【毕业论文】基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析毕业设计说明书

在本设计中，由于载荷量超过吨，故采用跨置式。

从动锥齿轮的支承图从动锥齿轮辅助支承图主从动锥齿轮的许用偏移量从动锥齿轮的支承图，其支承刚度与轴承的形式支承间的距离及轴承之间的分布比例有关。

从动锥齿轮多用圆锥滚子轴承支承。

为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸。

为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的。

为了使载荷能尽量均匀分配在两轴承上，应尽量使尺寸等于或大于尺寸。

在具有大的主传动比和径向尺寸较大的从动锥齿轮的主减速器中，为了限制从动锥齿轮因受轴向力作用而产生偏移，在从动锥齿轮的外缘背面加设辅助支承图。

辅助支承与从动锥齿轮背面之间的间隙，应保证偏移量达到允许极限时能制止从动锥齿轮继续变形。

主从动齿轮受载变形或移动的许用偏移量如图所示。

主减速器齿轮的类型分析主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型减速形式的不同而不同。

主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮双曲面齿轮圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。

螺旋锥齿轮传动螺旋锥齿轮传动图的主从动齿轮轴线垂直相交于点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从端连续平稳地转向另端。

螺旋锥齿轮传动双曲面齿轮传动圆柱齿轮传动蜗杆传动图主减速器齿轮传动形式双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动图的主从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移距离，此距离称为偏移距。

由于偏移距的存在，使主动齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角。

根据啮合面上法向力相等，可求出主从动齿轮圆周力之比式中主从动齿轮的圆周力主从动齿轮的螺旋角。

螺旋角是指在锥齿轮节锥表面展开图上的齿线任意点的切线与该点和节锥顶点连线之间的夹角。

在齿面宽中点处的螺旋角称为中点螺旋角图。

通常不特殊说明，则螺旋角系指中点螺旋角。

图双曲面齿轮副受力情况双曲面齿轮传动比为式中双曲面齿轮传动比主动齿轮平均分度圆半径从动齿轮平均分度圆半径，。

螺旋锥齿轮传动比为令，则。

由于，所以系数，般为。

圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动图般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥图和双级主减速器贯通式驱动桥。

蜗杆传动蜗杆图传动与锥齿轮传动相比有如下优点在轮廓尺寸和结构质量较小的情况下，可得到较大的传动比可大于。

在任何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声。

便于汽车的总布置及贯通式多桥驱动的布置。

能传递大的载荷，使用寿命长。

结构简单，拆装方便，调整容易。

但是由于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，故成本较高另外，传动效率较低。

蜗杆传动主要用于生产批量不大的个别重型多桥驱动汽车和具有高转速发动机的大客车上。

图发动机横置且前置前驱动轿车驱动桥主减速器的减速形式主减速器的减速形式可分为单级减速双级减速双速减速单双级贯通单双级减速配以轮边减速等。

单级主减速器图单级主减速器可由对圆锥齿轮对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单质量小成本低使用简单等优点。

但是其主传动比不能太大，般，进步提高将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。

单级主减速器广泛应用于轿车和轻中型货车的驱动桥中。

双级主减速器双级主减速器与单级相比，在保证离地间隙相同时可得到大的传动比，般为。

但是尺寸质量均较大，成本较高。

它主要应用于中重型货车越野车和大客车上。

整体式双级主减速器有多种结构方案第级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮图第级为锥齿轮，第二级为行星齿轮第级为行星齿轮，第二级为锥齿轮图第级为圆柱齿轮，第二级为锥齿轮图。

对于第级为锥齿轮第二级为圆柱齿轮的双级主减速器，可有纵向水平图斜向图和垂向图三种布置方案。

在具有锥齿轮和圆柱齿轮的双级主减速器中分配传动比时，圆柱齿轮副和锥齿轮副传动比的比值般为，而且锥齿轮副传动比般为，这样可减小锥齿轮啮合时的轴向载荷和作用在从动锥齿轮及圆柱齿轮上的载荷，同时可使主动锥齿轮的齿数适当增多，使其支承轴颈的尺寸适当加大，以改善其支承刚度，提高啮合平稳性和工作可靠性。

图双级主减速器双速主减速器图内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。

它与普通变速器相配合，可得到双倍于变速器的挡位。

双速主减速器的高低挡减速比是根据汽车的使用条件发动机功率及变速器各挡速比的大小来选定的。

大的主减速比用于汽车满载行驶或在困难道路上行驶，以克服较大的行驶阻力并减少变速器中间挡位的变换次数小的主减速比则用于汽车空载半载行驶或在良好路面上行驶，以改善汽车的燃料经济性和提高平均车速。

双速主减速器的换挡是由远距离操纵机构实现的，般有电磁式气压式和电气压综合式操纵机构。

由于双速主减速器无换挡同步装置，因此其主减速比的变换是在停车时进行的。

双速主减速器主要在些单桥驱动的重型汽车上采用。

图双级主减速器布置方案贯通式主减速器贯通式主减速器图，根据其减速形式可分成单级和双级两种。

单级贯通式平衡问题的推广，可以确定些系统的特征值或临界值，如结构的稳定性分析及线弹性系统固有特性的确定等。

三是进行瞬时动态分析。

它可以进行求解些随时间而变的传播问题。

如弹性连续体的瞬时动态分析或称动力响应，流体动力学等。

在机械与汽车结构分析中，有限单元法已作为种常用的基本方法被广泛使用。

上述的有限单元法三大应用领域也包含了机械与汽车结构有限元分析的主要应用范围。

具体来讲，有限元分析应用体现在是在机械与汽车的设计中，对所有结构件主要机械零部件的强度刚度稳定性分析，有限单元法是不可替代的工具。

二是在机械与汽车结构的计算机辅助设计优化设计中，有限元法作为结构分析的工具，已成为其中主要组成部分之。

三是应用在机械与汽车结构动态分析中，普遍采用有限单元法来进行各构件的模态分析，同时在计算机屏幕上直观形象地再现各构件的振动模态，进步计算出各构件的动态响应，较真实地描绘出动态过程，为结构的动态设计提供方便有效的工具。

有限单元法最初应用于航空器的强度计算，但随着研究的深入，有限单元法不仅应用于力学问题的分析计算，还在其他科学技术领域中得到广泛应用，成为种应用广泛实用高效的数值计算方法。

主减速器壳体的有限元分析主减速器壳的有限元受力分析将模型导入如图图主减速器盖对模型进行定义网格类型，定义材料属性，网格划分主动锥齿轮的材料选用球墨铸铁，材料的主要力学性能屈服强度，泊松比，弹性模量。

导入了零件的实体模型后，紧接着定义该模型各项属性。

依次展开命令，出现如图所示的的对话框。

图单元类型对话框单击按钮，弹出对话框选择好自己要定义的元素类型，单击按钮即可，如图所示。

图定义元素类型定义完元素类型后应该定义材料的属性。

由于材料是各向同性的线弹性材料，其材料参数的定义步骤为选择命令，弹出对话框，如图所示。

在右侧列表框中依次选择命令。

双击将弹出所示的对话框。

在文本框中输入弹性模量，在文本框中输入泊松比。

图材料属性定义完材料属性后就可以对齿轮模型进行网格划分了。

网格划分又分为自由网格和映射网格。

本设计使用的是自由网格，因为它可以通过自己控制网格的划分精度。

是提供的强大的自动网格划分工具，它有自己的内部计算机制，使用在很多情况下更有利于在网格生成过程中生成形状合理的单元。

算法首先对待划分网格的面或体的所有线估算单元边长。

然后对几何体中的弯曲近似区域的线进行细化。

由于所有的线和面在网格划分开始时已经指定大小，生成网格的质量与待划分网格的面或体顺序无关。

网格后模型如图图网格化分加载步骤如下对螺栓孔进行约束，对轴承孔进行方向的约束图螺栓孔施加约束加载求解后查看结果轴承所受的力为径向力，轴向力查看变形结果变形如面分析下图。

图位移变形图变形量分析，总方向最大变形为，可见住加速器壳体的变形量很小，充分满足刚度要求。

图应力分布图应力结果分析数值显示，蓝色部位应力值最小，红色部位应力值最大。

应力最大值为。

球墨铸铁的抗拉强度为，无论是单个方向的最大应力，还是综合应力值均充分满足强度要求。

通过有限元分析可知，所设计的主减速器壳体及选用的材料均符合要求。

主减速器主动锥齿轮的有限元分析主减速器主动锥齿轮的有限元受力分析将模型导入如图图主动锥齿轮对模型进行定义网格类型，定义材料属性，网格划分主动锥齿轮的材料选用，材料的属性如表所示。

表的材料属性弹性模量泊松比抗拉强度密度导入了零件的实体模型后，紧接着定义该模型各项属性。

依次展开命令，出现如图所示的的对话框。

图单元类型对话框单击按钮，弹出对话框选择好自己要定义的元素类型，单击按钮即可，如图所示。

图定义元素类型定义完元素类型后应该定义材料的属性。

由于材料是各向同性的线弹性材料，其材料参数的定义步骤为选择命令，弹出对话框，如图所示。

在右侧列表框中依次选择命令。

双击将弹出所示的对话框。

在文本框中输入弹性模量，在文本框中输入泊松比。

图定义材料属性定义完材料属性后就可以对齿轮模型进行网格划分了。

网格划分又分为自由网格和映射网格。

本设计使用的是自由网格，因为它可以通过自己控制网格的划分精度。

是提供的强大的自动网格划分工具，它有自己的内部计算机制，使用在很多情况下更有利于在网格生成过程中生成形状合理的单元。

算法首先对待划分网格的面或体的所有线估算单元边长。

然后对几何体中的弯曲近似区域的线进行细化。

由于所有的线和面在网格划分开始时已经指定大小，生成网格的质量与待划分网格的面或体顺序无关。

网格后模型如图图网格化分加载步骤如下选择主动锥齿轮的两个端面进行约束，这里有全约束方向位移方向位移方向位移方向旋转方向旋转方向旋转，根据实际分析，应用全约束施加载荷操作如下，施加的转矩为图力的加载查看变形结果变形如面分析下图。

图总方向位移变形状况图位移变形图变形量分析，总方向最大变形为，可见主减速器主动锥齿轮的变形量很小，充分满足刚度要求。

查看列表应力获取最大应力执行命令，把各个节点的应力值以列表的形式输出如下图图总方向应力状况图应力分布图应力结果分析数值显示，蓝色部位应力值最小，红色部位应力值最大。

应力最大值为。

的抗拉强度为，无论是单个方向的最大应力，还是综合应力值均充分满足强度要求。

通过有限元分析可知，所设计的主减速器主动锥齿轮及选用的材料均符合要求。

主减速器从动锥齿轮的有限元分析主减速器从动锥齿轮的有限元受力分析将模型导入如图图从动锥齿轮对模型进行