基于UG的一种汽车驱动桥虚拟装配仿真_图文

1、摘 要随着汽车对安全、节能、环保的不断重视,汽车驱动桥作为整车的一个关键部件, 其产品的质量对整车的安全使用及整车性能的影响是非常大的,因而对汽车驱动桥进行 有效的优化设计计算是非常必要的。驱动桥作为汽车四大总成之一,它的性能的好坏直 接影响整车性能,而对于汽车显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足 目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的需要时,必须要搭配一个高效、可靠的 驱动桥。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。所以采用 传动效率高的单级减速驱动桥已成为未来重载汽车的发展方向。.本文参照传统驱动桥的设计方法进行了汽车驱动桥的设计。本文首先确定主要部件

2、 的结构型式和主要设计参数;然后参考类似驱动桥的结构,确定出总体设计方案;本文 主要基于UG的一种汽车驱动桥虚拟装配仿真。关键词:驱动桥,主减速器,差速器,半轴,桥壳AbstractTo security, energy­conservation, constant attention of environmental protection with the car, the car rear axle is regarded as a key part of the completed car, its product's impact on safe handling a

3、nd completed car performance of the completed car of quality is very great, therefore is very essential for car rear axle to calculate effective optimization design. The transaxle always becomes as four major cars, the quality of its performance influences the performance of completed car directly,

4、and seem particularly important to the truck. When adopting the high­power engine to output the big torque in order to meet the need of the fast, heavily loaded high benefit with high efficiency of the truck at present, must match ahigh­efficient, reliable transaxle. The transaxle is gener

5、ally made up of main decelerator, differential mechanism, transmission device of the wheel and transaxle shell,etc. Adopt transmission with high efficiency single grade moderate transaxle become future heavily loaded developing direction of car already.With car to security, energy­conservation,

6、 constant attention of environmental protection, car rear axle is regard as a key part of the completed car, its product's impact on safe handling and completed car performance of the completed car of quality is very great, therefore is very essential for car rear axle to calculate effective opt

7、imization design. This text has carried on the design of the truck transaxle according to the traditional transaxle design method. This text confirms the structural pattern of the main part and main design parameter at first Then consult the transaxle ­like structure, determine the overall desi

8、gn plan To the main fact finally, the gear wheel of the driven awl, the taper planet gear of the differential mechanism, semi­axis gear wheel, the floating type semi­axis and shelly intensity of integral bridge check and check the life­span in supporting the bearing completely. It is

9、following to originally design: Because adopt forms central the grades last transaxle,make rear axles whole the of simple structure, manufacturing process is simple, thus big reducing manufacturing cost. And, the single grade of main decelerators of the awl gear wheel of arc tooth has improved the t

10、ransmission efficiency of the rear axle, have improved the feasibility of the transmission.Key Words: Transaxle , Main decelerator,Differential mechanism, Semi­axis , Bridge shell目 录摘 要.I Abstract.II 目 录.III 第1章 绪论. (51.1 驱动桥概述 (51.2 研究现状和发展趋势 (61.3 课题研究方法 (71.4 本课题要解决的主要问题和设计总体思路 (7第2章 UG的功能与特

11、点分析 (72.1 参数化与模块化设计 (72.1.1 参数化设计和变量化设计 (72.1.2 模块化设计 (82.2 UG的功能与特点 (82.3 UG NX 产品设计概述 (102.3.1 UG NX的工作流程 (102.3.2 UG产品设计的一般过程 (112.3.3 三维造型的步骤 (112.3.4 UG NX 基本操作流程 (12第3章 汽车驱动桥3D设计 (123.1概述 (123.1.1 选择研究对象 (133.2建立驱动桥的3D模型 (14第4章 汽车驱动桥虚拟装配设计 (58总结与展望 (64参考文献 (65致 谢 (66第 1章 绪论1.1 驱动桥概述驱动桥和其他汽车总成一

12、样,除了广泛采用新技术外,在结构设计中日益朝着“零 件标准化、部件通用化、产品系列化”的方向发展及生产组织专业化目标前进。应采用 能以几种典型的零部件,以不同方案组合的设计方法和生产方式达到驱动桥产品的系列 化或变形的目的,或力求做到将某一类型的驱动桥以更多或增减不多的零件,用到不同 的性能、不同吨位、不同用途并由单桥驱动到多桥驱动的许多变形汽车上。驱动桥是汽车传动系的主要组成部分。汽车的驱动桥处于传动系的末端,其基本功 用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩,将转矩分配给左、右驱动轮,并使左、 右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能;同时,驱动桥还要承受作用于路面 和车架或车厢的铅垂

13、力、纵向力和横向力。它要保证当变速器处于最高挡时,在良好的 路面上有足够的牵引力以克服行驶阻力和获得汽车最大的速度,这主要取决于驱动桥的 传动比。虽然在汽车的整体设计时,从整车性能出发决定驱动桥的传动比,但是用什么 形式的驱动桥、什么结构的主减速器和差速器等在驱动桥设计中要具体考虑。决大多数 的发动机在汽车上是纵置的,为了使扭矩传给车轮,驱动桥必须改变扭矩的方向,同时 根据车辆的具体要求解决左右扭矩的分配。整体式驱动桥一方面需要承担汽车的载荷; 另一方面车轮上的作用力以及传递扭矩所产生的作用力矩都要由驱动桥承担,所以驱动 桥的零件必须具有足够的强度和刚度,以保证机件的可靠工作。驱动桥还必须满足

14、通过 性和平顺性的要求。 6 。在一般的汽车结构中,驱动桥包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置和桥壳 等组成。它们应具有足够的强度和寿命、良好的工艺、合适的材料和热处理等。对零件 应进行良好的润滑并减少系统的振动和噪音等 1 。驱动桥的结构型式虽然可以各不相同,但在使用中对它们的基本要求却是一致的, 其基本要求可以归纳为 1 :1所选择的主减速比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃油经 济性。2差速器在保证左、右驱动车轮能以汽车运动学所要求的差速滚动外并能将转矩平稳而连续不断(无脉动地传递给左、右驱动车轮。3当左右驱动车轮与地面的附着系数不同时,应能充分利用汽车的牵引力。4能承

15、受和传递路面和车架式车厢的铅垂力、纵向力和横向力以及驱动时的反作 用力矩和制动时的制动力矩。5驱动桥各零部件在保证其强度、刚度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下 质量,以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷,从而改善汽车的平顺性。6轮廓尺寸不大以便于汽车的总体布并与所要求的驱动桥离地间隙相适应。7齿轮与其他传动机件工作平稳,无噪声。8驱动桥总成及零部件的设计应能满足零件的标准化,部件的通用化和产品的系 列化及汽车变型的要求。9在各种载荷及转速工况下有高的传动效率。10结构简单,维修方便,机件工艺性好,容易制造。1.2 研究现状和发展趋势随着汽车向采用大功率发动机和轻量化方向发展以及路面条件的改善,

16、近年来主减 速比有减小的趋势,以满足高速行驶的要求。 1为减小驱动轮的外廓尺寸,目前主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮。 实践和理论分析 证明,螺旋锥齿轮不发生根切的最小齿数比直齿齿轮的最小齿数少。显然采用螺旋锥齿 轮在同样传动比下,主减速器的结构就比较紧凑。此外,它还具有运转平稳、噪声较小 等优点。因而在汽车上曾获得广泛的应用。近年来,准双曲面齿轮在广泛应用到轿车的 基础上,愈来愈多的在中型、重型货车上得到采用。 3在现代汽车发展中, 对主减速器的要求除了扭矩传输能力、 机械效率和重量指标外, 它的噪声性能已成为关键性的指标。噪声源主要来自主、被动齿轮。噪声的强弱基本上 取决于齿轮的加工方法。区

17、别于常规的加工方法,采用磨齿工艺,采用适当的磨削方法 可以消除在热处理中产生的变形。因此,与常规加工方法相比,磨齿工艺可获得很高的 精度和很好的重复性。 4汽车在行驶过程中的使用条件是千变万化的。为了扩大汽车对这些不同使用条件的 适应范围,在某些中型车辆上有时将主减速器做成双速的,它既可以得到大的主减速比 又可得到所谓多档高速,以提高汽车在不同使用条件下的动力性和燃料经济性。1.3 课题研究方法1.了解驱动桥的构成。2.通过上网,查阅书籍等途径来熟悉它的工作原理。3.沟通讨论。1.4 本课题要解决的主要问题和设计总体思路1. 本课题解决的主要问题:国内外对驱动桥的研究很多,但是涉及到有限元分析

18、的还是较少。本文选择一款轿车或者重型卡车的驱动桥(按结构可以分为中央单级减 速驱动桥、中央双级减速驱动桥、中央单级、轮边减速驱动桥,分析其主要组成部 分的具体结构。2. 本课题的设计总体思路:选择一种机型的驱动桥。应用三维软件UG对其各个部分进行建模及装配,优化设 计结构,以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷,从而改善汽车行驶的平顺性。第 2章 UG的功能与特点分析2.1 参数化与模块化设计2.1.1 参数化设计和变量化设计早期的 CAD 系统中其设计结果仅仅实现了用计算机及其外围设备出图,就产品图形 而言,不过是几何图素(点,线,圆,弧的拼接,是产品的可视形状,并不包含产品图开有 内在的拓扑关系

19、和尺寸约束.因此,当需要改变图形中哪怕任一微小的部分,都要擦除重 画.这不仅使设计者投入相当的精力用于重重劳动,而且,这种重复劳动的结果并不能充 分反映设计者对产品的本质构思和意图.一个机械产品,从设计到定型 ,其间经历了反 复的修改和优化;定型之后,还要针对用户不同的规格系列的变而自动生成.如何将只有 几何图素的“死图”变为含有设计构思,设计信息的产品几何模型,这是研究参数化设计 和变量化设计的出发点。参数化和变量化设计的基础是尺寸驱动几何模型。 与传统的设计不同,尺寸驱动的几 何模型可以通过改变尺寸达到更改设计的目的。这意味着,设计人员一开始可以设计一个草图,稍后再通过精确的尺寸完成设计的

20、细节。参数化设计一般指图形的拓扑关系不变,尺寸形状由一组参数进行约束。 参数与图形 的控制尺寸有显式的对应,不同的参数值驱动产生不同大小的几何图形。可见,参数化设 计的规格化,系列化产品设计的一简单,高效,优质的设计方法。变量化设计是指设计图开有修改自由度不仅是尺寸形状参数,而且包括拜年结构关 系,甚至工程计算条件,修改余地大,可变元素多,设计结果受到一组约束方程的控制和 驱动.这种方法为设计方法为设计者提供了更加灵活的修改空间。无论参数化设计还是变量化设计,其本质是相同的,即在约束的基础上驱动产生新的 设计结果,所不同的是约束自由度的范围,在参数化设计方法中要严格的逐个连续求解 参数;而在变

21、量设计方法中则是方程联立求解。2.1.2 模块化设计模块化的概念由来已久, 人类的语言无论其表达能力多么丰富,都是由有限的音节构 成的;再用有限的字符刻录下来就构成了描述不同对象的文字系统。这里音节和字符就 是基本模快,通过基本模型的排列组合就构成了丰富万千的不同系统;26个英文字母可 以表达任何意思;10个阿拉伯数字字符可以表达任何数字;一组儿童积木可以拼搭不同 的玩具造型;相同的建筑材料可以盖成不同式样的楼宇。到 20 世纪 50 年代,欧美一些 国家正式提 出“模块化设计”概念,把模块化设计提到理论高度来分。目前,模块化设 计的思想已涌到许多领域,例如机床,减速器,家电,计算机等等.在每

22、个领域,模块及模 块化化设计都其特定的含义。所谓模块化设计,即在对产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列相对通用 的功能模快,通过模块的选择和组合可以构成不同功能或相同功能不同性能,不同规格 的产品,以满足市场的不同需求。2.2 UG 的功能与特点目前,随着信息技术的发展,市场上已出现了许多不同的CAD/CAPP/CAM软件,如CAD、 UG 、PRO/E、 CAXA、Solidworks等等,其中,犹以PRO/E和UG为典型代表。PRO/E是基 于参数化设计的典型软件,UG是基于模块化设计的典型软件。UG NX主要应用于数字化产品设计、数字化仿真和数字化产品制造等3大领域。(1 数字化

23、产品设计数字化产品设计又称全面设计技术。作为通向整个产品工程的一个主要的部分, Unigraphics 产品设计技术涉及了绝大部分设计方法,使概念设计与详细的产品设计无 缝组合。装配设计被提升为基于系统的建模,它提高了工程师对整个产品和生产过程进 行评估的能力。评估过程中,工程师可以无限制地修改设计尺寸、零件或者整个部件。 UG NX附加的开发设计工具还可以提高产品的质量,并且促进产品开发协作。(2 数字化仿真UG NX 软件具有强大的根据产品特性进行虚拟仿真的功能。传统的虚拟仿真往往意 味着需要专门训练的工程师和昂贵的物理原型,尽管随着高级仿真工具的出现省掉了一 些物理原型,但对产品而言,这

24、些工具往往显得笨拙而不易操作,而且还要求操作人员 经过高级的专门培训。而UG NX 软件提供了专业的产品仿真应用模块,能够进行产品的 运动仿真、结构强度分析和产品模态分析。随着更多现代化的仿真工具的嵌如,UG NX 的虚拟仿真更便于非专业的设计师和工程师使用,并且在最大程度上确保了产品的物理 特性。(3 数字化产品制造UG NX的数字化制造应用模块为生成、模拟和验证数控加工路径提供了一套全面、 易用的方法,以应对制造业越来越昂贵的费用开支,它是一个可扩展的解决方案,可以 在单机和多CDA或集成环境下有效地实施。在与机床和传感器产品的结合方面,UG NX 倡 导抓住和再利用加工过程中面向知识驱动

25、的解决方案,以提高精密加工的技术和含量。UG每次升级的最新版本都代表了最先进的制造技术,很多现代设计方法和理论都能 较快地在其新版本中找到。例如在并行工程中强调的几何关联设计,参数化设计等都是 这些先进方法的体现。UG NX 的主要特点是:实现了知识驱动型自动化和利用知识库进行建模,同时能自 上而下进行设计,以确定子系统和接口,实现完整的系统库建模。知识驱动型自动化就 是终端用户能够利用系统向导进行操作,由于有制作向导的工具,因此用户可以添加设 计方法。系统库建模使用的是先前版本中被称为“WAVE”的设计技术。同时UG NX还是Unigraqhics与I-deas进行整合的版本, 实现了它们之

26、间的互操作性。 在一个系统中进行设计,而在另一个系统中可以对该设计进行分析或加工。用户可以充 分利用两套软件的优势来优化产品的研发流程,以获取更高价值。两套系统之间保证双 向变更的相关通知及更新,实现对历程树等智能跟踪。按照不同设计阶段,两套系统将逐步实现对几何参数,模型文件,产品数据的交互操作功能。比如,在绘制产品的二维 图形时,可以将I-deas数据自动读入UG NX中,在草图设计中追加约束条件。·UG NX还具有UG系列软件通用性·集成的产品开发环境·产品设计相关性·产品设计并行协作·基于知识的工程管理·设计客户化2.3 UG

27、NX 产品设计概述2.3.1 UG NX的工作流程UG NX 软件在产品的设计制造过程中,体现了并行工程的思想,在产品设计的早期, 它的下游应用部门(如工艺部门、加工部门、分析部门等就已经介入设计阶段,所以 设计过程是一个可反馈、修改的过程。UG NX 强大的参数化功能能够支持模型的实时修 改,系统能自动刷新模型,以满足设计要求。由此,这种设计过程不必等产品全部设计 完,才进行下游工作,而是在产品初步设计后,进可进行方案评审,并不断修改设计, 直到达到设计要求。应用UG NX 软件进行产品设计的工作流程如图2-1所示。 图2-1 UG NX 的工作流程2.3.2 UG产品设计的一般过程(1 先

28、做准备工作·阅读有关设计的初始文档,了解设计目标和设计资源。·收集可重复使用的设计数据·定义关键参数的结构草图·了解产品装配结构的定义·编写设计细节说明书·建立文件目录(2 再应用UG进行设计·建立主要的产品装配结构·在装配设计的顶层定义产品设计的主要控制参数和设计结构描述·将这些参数和结构描述数据·保存整个产品设计结构·对不同了部件和零件进行细节设计·随时进行装配层上的检查2.3.3 三维造型的步骤(1理想模型的设计这里应该了解主要的设计参数、关键的设计结构和设计约束等设计

29、情况。(2主体结构造型找出模型的关键结构,如主要轮廓和关键定位孔等结构。关键结构的确定会对造型 过程起到关键性作用。对于复杂模型而言,模型的分解是造型的关键。如果一个结构不能直接用三维特征 造型来完成,就需要找到该结构的某个二维轮廓特征。然后用拉伸、旋转或扫描的方法, 还可以用曲面造型的方法来建立该模型。UG允许用户在一个实体设计上使用多个特征,这样就可以分别建立多个主结构,然 后在设计后期将它们用布尔运算连接在一起。对于能够确定的设计模型,应该先造型, 而那些不能确定的设计部分应该放在造型后期来完成。在进行主体结构造型时,要注意设计基准的确定。设计基准常将决定设计的思路,好的基准会帮助简化造

30、型过程,并方便后期的设计工作。(3零件的相关性设计UG 允许用户在建模完成之后,再建立零件之间的参数关系。但更直接的方法是在 造型中就直接引用相关参数。(4细节特征设计细节特征设计一般放在造型的后期阶段,一般不要在早期阶段进行这些细节设计, 这样会大大加长设计周期。2.3.4 UG NX 基本操作流程UG NX 的功能操作都是在零部件文件的基础上进行的, UG的文件是以 “xxxxx.prt” 格式保存的。下面介绍UG NX 基本的操作流程。(1启动UG NX 。(2如果是新的设计,应该先建立一个新的文件名。如果是修改一个已有的零件,可以打开已经存在的文件。(3 根据设计需要,进入相应的设计功

31、能模块,如建模、制图、装配和结构分析等模块。(4 进行相关的准备工作:如坐标系、层和参数的预设置,为具体的设计指定相应 的参数,它们会影响用户的后续操作。(5 开始做具体的设计操作。(6 检查零部件模型的正确性,如果有必要,对模型进行相应的修改。(7 保存需要保存文件后,退出系统。第 3 章 汽车驱动桥 3D设计驱动桥是汽车传动系的主要组成部分。汽车的驱动桥处于传动系的末端,其基本 功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩,将转矩分配给左、右驱动轮,并使左、 右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能;同时,驱动桥还要承受作用于路面 和车架或车厢的铅垂力、纵向力和横向力。它要保证当变速器处

32、于最高挡时,在良好的路面上有足够的牵引力以克服行驶阻力和获得汽车最大的速度,这主要取决于驱动桥的 传动比。虽然在汽车的整体设计时,从整车性能出发决定驱动桥的传动比,但是用什么 形式的驱动桥、什么结构的主减速器和差速器等在驱动桥设计中要具体考虑。决大多数 的发动机在汽车上是纵置的,为了使扭矩传给车轮,驱动桥必须改变扭矩的方向,同时 根据车辆的具体要求解决左右扭矩的分配。整体式驱动桥一方面需要承担汽车的载荷; 另一方面车轮上的作用力以及传递扭矩所产生的作用力矩都要由驱动桥承担,所以驱动 桥的零件必须具有足够的强度和刚度,以保证机件的可靠工作。驱动桥还必须满足通过 性和平顺性的要求。 6 。驱动桥的

33、结构型式虽然可以各不相同,但在使用中对它们的基本要求却是一致的, 其基本要求可以归纳为 1 :1所选择的主减速比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃油经 济性。2差速器在保证左、右驱动车轮能以汽车运动学所要求的差速滚动外并能将转矩 平稳而连续不断(无脉动地传递给左、右驱动车轮。3当左右驱动车轮与地面的附着系数不同时,应能充分利用汽车的牵引力。4能承受和传递路面和车架式车厢的铅垂力、纵向力和横向力以及驱动时的反作 用力矩和制动时的制动力矩。5驱动桥各零部件在保证其强度、刚度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下 质量,以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷,从而改善汽车的平顺性。6轮廓尺寸不

34、大以便于汽车的总体布并与所要求的驱动桥离地间隙相适应。7齿轮与其他传动机件工作平稳,无噪声。8驱动桥总成及零部件的设计应能满足零件的标准化,部件的通用化和产品的系 列化及汽车变型的要求。9在各种载荷及转速工况下有高的传动效率。10结构简单,维修方便,机件工艺性好,容易制造。3.1.1 选择研究对象鉴于本课题研究的特殊性,本课题不是从无到有的设计,也不是理论性的设计说 明,而是根据前人的经验和实际产品模型的基础上进行的分析和验证,运用一种新的设 计方法和途径来探索问题的研究方法的。 3.2 建立驱动桥的 3D 模型驱动桥的组成驱动桥主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。1、桥壳是汽车上的

35、主要零件之一,非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车荷重的作用, 并将载荷传给车轮.作用在驱动车轮上的牵引力,制动力、侧向力和垂向力也是经过桥 壳传到悬挂及车架或车厢上。因此桥壳既是承载件又是传力件,同时它又是主减速器、 差速器及驱动车轮传动装置(如半轴的外壳。在汽车行驶过程中,桥壳承受繁重的载荷,设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够 的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性, 在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量.桥壳还应结构简单、制造方便以利 于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。在选择桥壳的 结构型式时,还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。1 桥壳的结构型式桥壳的结构型式大致分为可分式(1可分式桥壳可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分,每一部分均由一个铸件 壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥 壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维