基于ANSYS的某车主减速器结构设计开题报告

全文总字数：6719字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1． 目的及意义（含国内外的研究现状分析）

（1）目的及意义

如今时代在迅速地发展，人们生活水平的日益升高，这离不开汽车行业的崛起。人们的生活也越来越离不开汽车，汽车在人们生活中扮演的角色也越来越重要。因此，本课题研究的目的和意义显得尤为重要，其主要目的及意义如下：

2. 研究的基本内容与方案

2． 研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

（1）基本内容及目标

主要以下面三部分内容进行设计和分析。

1) 进行某车型主减速器结构设计及建立三维模型。

目前，在主减速器中关于准双曲面齿轮传动有以下几种传动方案。

方案一:采用单级驱动的方式，如图1所示。由单级主减速器带动差速器将能量传递下去。这种驱动方式简单便捷，驱动桥结构简单，方便散热，同时对于设计人员而言，单级主减速器可以有较大范围的偏置距。此类主减速器的生产效率较高，使用的材料较少，成本低。而且此种方案相比于其他方式齿轮啮合对数较少，零件分布较为集中，因此也提高了传动精度，降低了噪音。

图1.单级主减速器驱动桥结构简图

1-主减速器 2-差速器 3-驱动轮 4-半轴

方案二：依然是单级驱动的方式，采用了两个被动圆锥齿轮，如图2所示^[13]。这种采用双被动齿轮的传动方案可以产生翻倍的输出转矩，降低了被动齿轮和行星齿轮的载荷，但这对于主动锥齿轮强度精度等要求过高，而且驱动桥内部零件较多，零件的增加无疑会对配合精度产生影响，同时还会影响驱动桥的散热，而且零件的增加会增大驱动桥的体积，减少了汽车内部的空间，影响驾驶人或乘车人的舒适度。

图2.单级主减速器双被动齿轮驱动桥结构简图

1-前半轴齿轮 2-后半轴齿轮 3-差速器 4-圆柱齿轮副 5-右主动圆锥齿轮 6-右车轮 7-右半轴 8-右被动圆锥齿轮 9-左被动圆锥齿轮 10-左半轴 11-左车轮 12-左主动圆锥齿轮

方案三：准双曲面双级主减速器，如图3所示。此主减速器由两对齿轮组成，第一对齿轮为准双面齿轮，第二对齿轮为圆柱齿轮，圆柱齿轮与差速器相联接带动车轮转动。这类主减速器常用于货车或者重载机械设备上，而且常常与轮边减速器配合使用，可以使发动机的功率发挥到最好的状态。

图3.双级主减速器结构简图

1,2-第一级减速的准双曲面齿轮副 3,4-第二级减速的圆柱齿轮副 5-差速器 6-车轮

经过权衡利弊，我选择方案一，本次设计为单级准双曲面主减速器。方案定好后，利用三维建模软件（如ProE、SolidWorks等）对主减速器进行建模。在建模前首先要确定准双曲面的主要结构参数，通过查阅相关手册和计算确定相关参数如齿数、模数、传动比、齿宽、偏置距、齿廓参数、齿形角、螺旋角、压力角等。

在确定好这些参数后，在三维建模软件上按照步骤一步一步进行建模，建好模型后要进行装配仿真。

2) 完成某车型主减速器理论计算及校核。

首先，理解准双面齿轮的传动特点及传动优势。接下来进行准双曲面齿轮的几何设计，这部分内容主要包括准双曲面齿轮主要参数的选择和确定准双曲面齿轮的节锥。之后进行准双曲面副的强度校核^[14-15]。

1主减速比i₀的确定

2汽车驱动桥的最小离地间隙

3主减速器齿轮计算载荷的确定

4主减速器齿轮基本参数的选择

1齿数的选择

2节圆直径d₂的选择

3齿轮端面模数m的选择

4齿面宽F的选择

5偏移距E

6偏移方向

7螺旋方向

8轴向力方向

9螺旋角β的选择

10齿轮法向压力角α的选择

5强度计算及齿轮材料

1单位齿长上的圆周力

2轮齿的弯曲强度计算

3轮齿的接触强度计算

3) 利用ANSYS对主减速器齿轮对进行啮合接触有限元分析及关键零部件的模态分析。

这一部分主要包含两个模块。

第一个模块是对准双曲面齿轮进行啮合接触有限元分析。齿轮啮合接触区的大小、位置和形状，都对准双曲面齿轮的传动平稳性、寿命、噪音有很大的影响。影响齿轮传动精度的因素主要是设计精度、加工精度和装配精度。本次设计主要围绕中心距误差、空间交叉角误差以及偏置距的大小进行有限元分析，分析各参数对于接触区的影响，同时选择最优的偏置距。

首先对啮合齿轮对进行静态接触分析，包括建立有限元模型、选择单元和设置材料属性、划分网格、定义接触对、定义边界条件并施加载荷、设置求解控制等。接着对准双曲面齿轮接触应力进行理论计算和强度校核。最后针对各参数对准双曲面齿轮接触区位置和大小的影响进行分析。

第二个模块是针对于主减速器关键零部件进行模态分析。主要是主动齿轮和从动齿轮。模态是结构系统所固有的振动属性，每一阶模态都具有特定的模态参数，如固有频率、阻尼比、模态振型等这些模态参数可以通过计算分析得到，这种分析过程称之为模态分析^[16]。本次设计就是利用ANSYS软件分析主被动齿轮的前六阶振型。

首先利用三维软件建立的模型将其导入ANSYS中进行网格划分。第二步设置载荷约束等求解分析。第三步扩展处理，扩展模态振性。最后分析相关结果，分析固有频率、各阶模态振性、应力分布等。模态分析的目的是为了得出整个系统的模态参数，为结构优化提供数据支撑，同时可以避免在结构设计时出现共振或某一特定的频率振动，使得产品能够做到轻量化、最优化。

（2）拟采用的技术方案及措施

1) 开题准备：利用学校图书馆查阅文献，利用中国知网，万方等网站查阅文献。将所查阅的文献进行记录、分类、总结、概括，并且在查阅过程中做好批注，记录下自己的想法和观点，整理资料，并做好参考文献记录。

2) 写出一个大致的提纲，对自己所设计的主减速器进行初步的写作阶段构思和设想

3) 利用设计手册进行设计计算，确定准双曲齿轮主要参数。使用三维建模软件（ProE、SolidWorks）建立准双曲面模型。

4) 将模型导入ANSYS有限元分析软件中

5) 对准双曲齿轮进行啮合接触分析，同时分析中心距、空间交叉角、偏置距等参数对于接触区的影响，得出相关结论。

6) 之后，针对准双曲面主从动齿轮进行模态分析，这部分主要是计算分析各模态参数，同时分析准双曲面齿轮的各阶振型特点，优化设计，得出结论。

7) 按照毕业设计题目的相关要求进行建模、设计、计算和分析、最终得出结论

8) 最后进行论文写作，装订。

技术路线如图4所示。

图4.技术路线

图1

图2

图3

图4

3. 研究计划与安排

3． 进度安排

1) 第1-3周，调研收集分析有关资料，了解原理与要求，对文献进行初步学习，翻译有关外文资料，总体方案构思，并完成开题报告。

2) 第4-6周，利用proe或solidworks等建模软件对某车型主减速器进行结构设计及三维建模，完成某车型主减速器的理论计算及校核。

4. 参考文献（12篇以上）

4． 阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

[1]中国汽车工程学会组译.汽车工程手册5底盘设计篇.北京理工大学出版社.2010