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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目:基于Pro/E及ANSYS的載貨汽車
主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程07-1
學(xué) 生 姓 名: 陳健兵
導(dǎo) 師 姓 名: 孫遠(yuǎn)濤
開 題 時(shí) 間: 2011年3月16日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
開題報(bào)告撰寫要求
一、“開題報(bào)告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義；
2. 文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）；
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題；
4. 技術(shù)路線或研究方法；
5. 進(jìn)度安排；
6. 主要參考文獻(xiàn)。
二、“開題報(bào)告”撰寫規(guī)范
請(qǐng)參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
陳健兵
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛07-1
指導(dǎo)教師姓名
孫遠(yuǎn)濤
職稱
實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
基于Pro/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
汽車的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩。將轉(zhuǎn)矩分配給左、右車輪，并使左、右車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及其力矩。在這一過(guò)程中主減速器起著重要作用。主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩選轉(zhuǎn)方向的作用。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按其總體布置來(lái)說(shuō)共有三種，即普通的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。
(1)螺旋錐齒輪傳動(dòng)
螺旋錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造也簡(jiǎn)單。但是在工作中噪聲大，對(duì)嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便會(huì)使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。
(2) 雙曲面齒輪傳動(dòng)
雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距正的存在，使主動(dòng)齒輪螺旋角 大于從動(dòng)齒輪螺旋角。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動(dòng)齒輪圓周力之比F1/F2=cosβ1/cosβ2式中，F(xiàn)1、F2 分別為主、從動(dòng)齒輪的圓周力；β1、β2 分別為主、從動(dòng)齒輪的螺旋角。雙曲面齒輪傳動(dòng)比為i0s=F2r2/F1r1=r2cosβ2/ r1cosβ1式中，i0s 為雙曲面齒輪傳動(dòng)比；r1 、r2 分別為主、從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑。令K= cosβ2/ cosβ1,則i0s=K r2/ r1。由于β1>β2,因此K>1,一般為1．25～1．50。螺旋錐齒輪傳動(dòng)比i01為i01=r2/r1。這說(shuō)明：
①當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)有更大的傳動(dòng)比。
? ②當(dāng)傳動(dòng)比一定，從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
③當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。
? 另外，雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：?
①在工作過(guò)程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)?？v向滑動(dòng)可改善齒輪的磨合過(guò)程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
②曲面齒輪副使其主動(dòng)齒輪的 大于從動(dòng)齒輪的 ，這樣同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，重合度較大，不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30％。
③雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪為大，其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高。
④雙曲綿主動(dòng)齒輪的變大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，故可選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動(dòng)比。
⑤雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪較大，加工時(shí)所需刀盤刀頂距較大，因而切削刃壽命較長(zhǎng)。
⑥雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置在從動(dòng)齒輪中心上方，便于實(shí)現(xiàn)多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫通，增大傳動(dòng)軸的離地高度。布置在從動(dòng)齒輪中心下方可降低萬(wàn)向傳動(dòng)軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。
但是，雙曲面齒輪傳動(dòng)也存在如下缺點(diǎn)：
①沿齒長(zhǎng)的縱向滑動(dòng)會(huì)使摩擦損失增加，降低傳動(dòng)效率。雙曲面齒輪副傳動(dòng)效率約為96％，螺旋錐齒輪副的傳動(dòng)效率約為99％。
②齒面間大的壓力和摩擦功，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。
③雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。
④雙曲面齒輪傳動(dòng)必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤(rùn)滑油，螺旋錐齒輪傳動(dòng)用普通潤(rùn)滑油即可。
由于雙曲面齒輪具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而它比螺旋錐齒輪應(yīng)用更廣泛。
（3） 圓柱齒輪傳動(dòng)
圓柱齒輪傳動(dòng)一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋和雙級(jí)主減速器貫通式驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速器。
（4） 蝸桿傳動(dòng)
與其他齒輪傳動(dòng)形式相比，蝸桿傳動(dòng)具有下述優(yōu)點(diǎn)：輪廓尺寸及質(zhì)量小，并可獲得較大的傳動(dòng)比；工作非常平穩(wěn)，無(wú)噪聲；便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)布置；可以傳遞大的載荷，使用壽命長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單拆裝方便，調(diào)整容易。其主要缺點(diǎn)是蝸輪齒圈要求使用昂貴的有色金屬合金（青銅）制造，材料成本高；此外，傳動(dòng)效率低。
主減速器的減速形式可分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單雙級(jí)貫通、單雙級(jí)減速配以輪邊減速等。
改革開放以來(lái)，中國(guó)汽車行業(yè)的好了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其加入WTO以后，我國(guó)汽車市場(chǎng)對(duì)外開放，汽車工業(yè)逐漸成為世界汽車整體市場(chǎng)的重要主成部分。同樣，車用主減速器也隨著整車的發(fā)展不斷的成長(zhǎng)和成熟起來(lái)。
與國(guó)外相比，我國(guó)車用減速器的開發(fā)設(shè)計(jì)不論在技術(shù)上，制造工藝上，還是成本控制上都純?cè)诓恍〉牟罹唷Ｓ绕潺X輪制造技術(shù)缺乏獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落后（國(guó)外以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程化，電算化）。目前比較突出的問(wèn)題是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱，工藝創(chuàng)新及管理水平低，企業(yè)管理方式比較粗放，相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔，缺乏國(guó)際影響力的產(chǎn)品品牌。行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。
總體來(lái)說(shuō)，車用主減速器發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)是向著六高，二低，二化方向發(fā)展。即高承載能力，高齒面硬度，高精度，高速度，高可靠性，高傳動(dòng)效率，低噪聲，低成本，標(biāo)準(zhǔn)化，多樣化，計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用。從發(fā)動(dòng)機(jī)的大馬力，低轉(zhuǎn)速的發(fā)展趨勢(shì)以及商用車的最高車速的提升來(lái)看，公路用車橋減速器應(yīng)該向小速比方向發(fā)展，在最大輸出扭矩相同時(shí)齒輪的使用壽命要求更高（齒輪疲勞壽命平均可達(dá)50 萬(wàn)次以上）；在額定軸荷相同時(shí)，車橋的超載能力更強(qiáng)，主減速器齒輪使用壽命更長(zhǎng)，噪音更低，強(qiáng)度更大，潤(rùn)滑密封能更好，整體剛性好，速比范圍寬。
2.研究的目的、意義
在現(xiàn)代汽車的驅(qū)動(dòng)橋上，應(yīng)用廣泛的主減速齒輪型式是“格里森”制或“奧利康”制螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。雙曲面齒輪的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線不相交而呈空間交叉90°夾角。這對(duì)于增強(qiáng)支承剛度，保證齒輪正確嚙合，從而提高齒輪壽命大有益處。另外，由于雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑大。其結(jié)果是齒面間的接觸應(yīng)力降低。
本文對(duì)汽車的主減速器設(shè)計(jì)主要是為了使汽車獲得最佳的動(dòng)力性能，能充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)減速增扭，提高汽車動(dòng)力性；此外，由于石油資源的緊缺，所以對(duì)減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，使汽車獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性對(duì)于提高汽車在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力有很大幫助，對(duì)于不同的汽車選用不同的主減速器和主減速形式，可以提高和改善汽車的性能。
通過(guò)對(duì)汽車主減速器的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能，還可以學(xué)習(xí)和運(yùn)用多種設(shè)計(jì)軟件。所以本題基于Pro/E及ANSYS對(duì)載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析具有一定的實(shí)際意義。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1.設(shè)計(jì)內(nèi)容
(1) 載貨汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式和主要參數(shù)的選擇；
(2) 主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；
(3) 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的強(qiáng)度校核；
(4) 主減速器Pro/E模型的建立；
(5) 應(yīng)用ANSYS進(jìn)行主減速器齒輪有限元分析。
2. 擬解決的主要問(wèn)題
（1）主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案的選擇；
（2）進(jìn)行有限元分析，保證主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的強(qiáng)度；
（3）在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。
三、技術(shù)路線（研究方法）
主減速器設(shè)計(jì)方案的確定
主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇
主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
其他零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
主動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
從動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
主減速器強(qiáng)度的校核
分
析
主減速器的建模
問(wèn)
題
原
因
主減速器的有限元分析
合 不合理
理
主減速器設(shè)計(jì)完成
四、進(jìn)度安排
1. 調(diào)研，收集資料，撰寫開題報(bào)告，進(jìn)行開題答辯 第1～2周(2月28日-3月13日)
2. 主減速器的方案設(shè)計(jì)，熟悉Pro/E、ANSYS軟件 第3～4 周(3月14日-3月27日)
3. 繪制主減速器總成圖及零部件圖，完成設(shè)計(jì)計(jì)算，建立Pro/E模型圖，進(jìn)行中期檢查
第5～8 周(3月28日-4月24日)
4. 運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行主減速器有限元分析 第9～11 周(4月25日-5月15日)
5. 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書并完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 第12周(5月16日-5月22日)
6. 完善設(shè)計(jì)，提交指導(dǎo)老師審核并修改 第13～14周(5月23日-6月5日)
7. 提交系里評(píng)閱并修改，準(zhǔn)備答辯 第15～16周(6月6日-6月19日)
8. 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周(6月20日-6月26日)
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日