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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目:五菱之光微型客車后驅(qū)動橋設(shè)計
一.畢業(yè)設(shè)計(論文)綜述
1.題目背景和研究意義
驅(qū)動橋處于動力傳動系的末端,其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩,并將動力合理地分配給左、右驅(qū)動輪,另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力和橫向力[1]。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼等組成。隨著高等級公路的發(fā)展,汽車的車速正在日益提高,同時節(jié)約能源,減少污染的環(huán)境意識使得發(fā)動機又正向著大轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展。為適應(yīng)以上情況,汽車驅(qū)動橋的減速比應(yīng)該減小,此時不必在橋中采用雙級減速。因而目前在國外的公路型車上已廣泛地采用單級減速橋,單級橋具有成本低,質(zhì)量輕,維修保養(yǎng)簡單,傳動效率高,噪音小,溫升低和整車油耗低等優(yōu)點。目前,國外單級驅(qū)動橋與雙級驅(qū)動橋應(yīng)用比例約為8:2[2]。
隨著中國公路建設(shè)水平的不斷提高,公路運輸車輛正向大噸位,多軸化,大馬力方向發(fā)展,使得重型車橋總成也向傳動效率高的單級減速方向發(fā)展單級驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)簡單,機械傳動效率高,易損件少,可靠性高。由于單級橋傳動鏈減少,摩擦阻力小,比雙級橋省油,噪聲也小過去,單級橋因為橋包尺寸大,離地間隙小,導(dǎo)致通過性較差,應(yīng)用范圍相對較小,但是現(xiàn)在公路狀況已經(jīng)得到了顯著改善,重型汽車使用條件對通過性的要求降低這種情況下,單級橋的劣勢得以忽略,而其優(yōu)勢不斷突出[3]。陜汽總廠現(xiàn)有驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)中除了引進的斯太爾輪邊行星式雙級減速橋技術(shù)性比較先進外,其它類品種均不能令人滿意,雖然斯太爾輪邊橋有一定的優(yōu)勢,但顯然其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,而且它不適用于客車[4],所以對驅(qū)動橋的研究有重要意義。
2.國內(nèi)外相關(guān)研究情況
雖然驅(qū)動橋現(xiàn)狀有所改觀,但由于我國汽車行業(yè)起步晚,而且多數(shù)技術(shù)依賴于進口,所以,想達到全盤優(yōu)化還存在著很多困難[5]。例如:缺乏設(shè)計和研發(fā)能力;基礎(chǔ)材料水平比較落后,主要體現(xiàn)在材料分類和使用方面比較粗放;技工技術(shù)的欠缺也是一大障礙,驅(qū)動橋內(nèi)重要部分是減速器,主要是主動錐齒輪和起差速作用的行星齒輪,因此齒輪的加工技術(shù)和熱處理能力從很大程度上決定了車橋的穩(wěn)定性和可靠性,齒輪的材料和加工精度決定著車橋的承載能力和使用壽命[6]。
此次課題對驅(qū)動橋的研究,主要是在驅(qū)動橋滿足汽車使用要求和結(jié)構(gòu)強度要求的基礎(chǔ)上,設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理,體積小,質(zhì)量輕的驅(qū)動橋,實現(xiàn)輕量化和汽車通過性以及對道路環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)化。驅(qū)動橋設(shè)計應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求[7]:
1)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。
2)外形尺寸要小,保證有必要的離地間隙。
3)齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn),噪音小。
4)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。
5)在保證足夠的剛度條件下,應(yīng)力求質(zhì)量小,以改善汽車平順性。
6)結(jié)構(gòu)簡單,加工工藝性好,制造容易,拆卸調(diào)整方便。
二.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
主要內(nèi)容:
1.驅(qū)動橋總體概述與非斷開式驅(qū)動橋的選擇:
驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分,可以歸并為兩大類,即非斷開式驅(qū)動橋和斷開式驅(qū)動橋。根據(jù)驅(qū)動橋設(shè)計應(yīng)滿足的要求,本次設(shè)計采用非斷開式驅(qū)動橋,下面簡要介紹非斷開式驅(qū)動橋。
1.1非斷開式驅(qū)動橋
非斷開式驅(qū)動橋也稱為整體式驅(qū)動橋,其半軸套管與主減速器殼均與軸殼剛性地相連一個整體梁,因而兩側(cè)的半軸和驅(qū)動輪相關(guān)地擺動,通過彈性元件與車架相連。它由驅(qū)動橋殼,主減速器,差速器和半軸組成[8],如圖1所示。由于結(jié)構(gòu)簡單,制造工藝性好,成本低,可靠性好,維修調(diào)整容易,廣泛應(yīng)用于貨車的和部分橋車上。但是,其懸掛質(zhì)量較大,對降低動載荷和提高平順性不利。
圖1 非斷開式驅(qū)動橋
2.驅(qū)動橋各零部件的設(shè)計
2.1主減速器設(shè)計
主減速器是汽車傳動系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件,它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪或斜齒圓柱齒輪帶動齒數(shù)多的錐齒輪或斜齒圓柱齒輪。對發(fā)動機縱置的汽車,其主減速器還利用錐齒輪傳動以改變動力方向。對發(fā)動機橫置的汽車,其主減速器就采用直齒輪傳動而不必改變動力方向。由于汽車在各種道路上行使時,其驅(qū)動輪上要求必須具有一定的驅(qū)動力矩和轉(zhuǎn)速,在動力向左右驅(qū)動輪分流的差速器之前設(shè)置一個主減速器后,便可使主減速器前面的傳動部件如變速器、萬向傳動裝置等所傳遞的扭矩減小,從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。驅(qū)動橋中主減速器、差速器設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求[9]:
a)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。
b)外型尺寸要小,保證有必要的離地間隙;齒輪其它傳動件工作平穩(wěn),噪音小。
c)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率;與懸架導(dǎo)向機構(gòu)與動協(xié)調(diào)。
d)在保證足夠的強度、剛度條件下,應(yīng)力求質(zhì)量小,以改善汽車平順性。
e)結(jié)構(gòu)簡單,加工工藝性好,制造容易,拆裝、調(diào)整方便。
2.1.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析與單級主減速器的選用
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)減速形式的不同而不同。為了滿足不同的使用要求,主減速器的結(jié)構(gòu)形式也是不同的。按參加減速傳動的齒輪副數(shù)目分,有單級式主減速器和雙級式主減速器、雙速主減速器、雙級減速配以輪邊減速器等[10]。雙級式主減速器應(yīng)用于大傳動比的中、重型汽車上,單級式主減速器應(yīng)用于轎車和一般輕、中型載貨汽車。根據(jù)主減速器設(shè)計應(yīng)滿足的要求,本次設(shè)計采用單級主減速器,下面簡要介紹單級主減速器。
單級主減速器由一對圓柱齒輪(或者一對圓錐齒輪)組成,具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。如圖2所示
圖2單級主減速器結(jié)構(gòu)圖
2.2差速器總體概述與對稱式圓錐行星齒輪差速器的選擇:
差速器是個差速傳動機構(gòu),用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩,并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動,用來保證各驅(qū)動輪在各種運動條件下的動力傳遞,避免輪胎與地面間打滑[11]。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器,具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點,應(yīng)用廣泛。它可分為對稱式圓錐行星齒輪差速器、自鎖式差速器和強制鎖止式差速器[12]。
2.2.1對稱式圓錐行星齒輪差速器:
普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼,兩個半軸齒輪,四個行星齒輪,行星齒輪軸,半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠、質(zhì)量較小、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點,故廣泛用于各類車輛上。
2.3半軸綜述與半浮式半軸的選擇:
半軸根據(jù)其車輪端的支撐方式不同,可分為半浮式、3/4浮式、和全浮式三種形式[13]。
2.3.1半浮式半軸:
半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜,但它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價低廉等優(yōu)點。用于質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。本次設(shè)計采用半浮式半軸[14]。
2.4驅(qū)動橋殼設(shè)計與整體式橋殼的選擇
非斷開式驅(qū)動橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用,并將載荷傳給車輪。作用在驅(qū)動車輪上的牽引力,制動力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又是傳力件,同時它又是主減速器、差速器及驅(qū)動車輪傳動裝置(如半軸)的外殼。橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為可分式橋殼和整體式橋殼。
2.4.1整體式橋殼
整體式橋殼的特點是將整個橋殼制成一個整體,橋殼猶如一整體的空心粱,其強度及剛度都比較好。且橋殼與主減速器殼分作兩體,主減速器齒輪及差速器均裝在獨立的主減速殼里,構(gòu)成單獨的總成,調(diào)整好以后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi),并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調(diào)整、維修、保養(yǎng)等都十分方便[15]。
研究方案:
五菱之光微型客車(6388N 實用型 8座)的基本參數(shù)如表1所示。
表1五菱之光微型客車(6388N 實用型 8座)的基本參數(shù)
五菱之光微型客車(6388N 實用型 8座)的基本參數(shù)
最大功率
45 kw
最大扭矩
85 Nm
最大功率轉(zhuǎn)速
5600 r/min(rpm)
最大扭矩轉(zhuǎn)速
3500~4000 r/min(rpm)
發(fā)動機位置
中置后驅(qū)
最小離地間隙
160 mm
參考有關(guān)資料,學(xué)習(xí)汽車構(gòu)造與設(shè)計并了解一些比較先進的微型客車的設(shè)計過程,再根據(jù)本次設(shè)計的要求,制定了如下方案:如表2所示
表2.五菱之光微型客車驅(qū)動橋設(shè)計方案
驅(qū)動橋
主減速器
差速器
半軸
驅(qū)動橋殼
非斷開式
單級主減速器
對稱式圓錐行星齒輪差速器
半浮式半軸
整體式橋殼
由于結(jié)構(gòu)簡單,制造工藝性好,成本低,可靠性好,維修調(diào)整容易。
具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。
由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠、質(zhì)量較小、制造方便。
半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜但它具有質(zhì)量小、尺寸緊湊、等優(yōu)點。
使主減速器和差速器的拆裝、調(diào)整、維修、保養(yǎng)等都十分方便。
三.本課題研究的重點及難點,前期已開展工作
1.重點
1.1主減速器主要參數(shù)的選擇
1.2差速器齒輪主要參數(shù)的選擇
1.3半軸的設(shè)計計算
2.難點
2.1 主減速器齒輪計算載荷的確定
2.2 差速器齒輪的強度計算
3.前期已開展的工作
(1)通過查閱相關(guān)資料,了解了課題的背景和發(fā)展?fàn)顩r;
(2) 學(xué)習(xí)了驅(qū)動橋的基礎(chǔ)知識、并提出初步的原理方案;
(3) 對驅(qū)動橋及其各零部件進行優(yōu)化比較,論證并選擇最優(yōu)方案。
4.實施計劃
第1周: 消化課題題目,收集資料,明確設(shè)計的任務(wù)及要求。
第2-4周:撰寫開題報告,開題檢查表。
第5周:熟悉AutoCAD軟件和確定設(shè)計方案。
第6-11周:設(shè)計計算驅(qū)動橋各部件的數(shù)據(jù)。
第12-15周:應(yīng)用AutoCAD軟件繪制驅(qū)動橋的總裝配圖以及撰寫論文。
指導(dǎo)教師意見(對課題的深度、廣度及工作量的意見)
指導(dǎo)教師: 年 月 日
所在系審
系主管領(lǐng)導(dǎo): 年 月 日
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