机械工程学院
毕业设计（论文）开题报告
毕业设计（论文）题目：
Y1250型载货汽车主减速器设计及有限元分析
学 生 姓 名： 陈 浩 指导教师姓名： 张瑞亮 专 业： 车辆工程
2010 年 04 月 13 日
1. 课题名称
TY1250型载货汽车主减速器设计及有限元分析
2. 课题研究背景
汽车主减速器是汽车驱动桥中的主要总成结构之一，是汽车传动系最主要的传动部件，主要由主减速器壳体、主减速器螺旋锥齿轮副和差速器总成组成汽车传动系。主减速器是起降低转速，增大转矩作用的主要部件，当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。它是依靠齿数少的齿轮带齿数多的齿轮来实现减速的，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转方向。将主减速器布置在动力向驱动轮分流之前的位置，有利于减小其前面的传动部件（如离合器、变速器、传动轴等）所传递的转矩，从而减小这些部件的尺寸和质量。
在现代汽车的主减速器上，应用最广泛的齿轮型式是“格里森”(Gleason)制或“奥利康”(Ocrlikon)制螺旋锥齿轮或双曲面齿轮传动。在双级主减速器中，通常还加一对圆柱齿轮(多为斜齿圆柱齿轮，也有的采用直齿或人字行齿圆柱齿轮)或一组行星齿轮。在轮边减速器中常采用普通平行轴式布置的一对外啮合斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。锥齿轮是传递相交轴之间旋转运动和改变力矩传递方向的最有效的方法，常用锥齿轮有直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮。直齿锥齿轮副在传动中同时啮合的齿数相对少，容易产生冲击，传动不平稳、噪音大。螺旋锥齿轮是齿面节线为曲线的锥齿轮，其齿轮副在传动时齿轮由一端至另一端逐渐而平稳地进入接触，同时啮合的齿数对要比
直齿锥齿轮多。螺旋锥齿轮副的大小齿轮具有大小相等、方向相反的螺旋角，其重合度明显大于直齿锥齿轮副，因此在高速运转时噪音和振动显著减少，同时螺旋锥齿轮副的小齿轮的齿数可以相对减少，从而得到较大的传动比和紧凑的结构。正因为螺旋锥齿轮有这些优点，所以在汽车主减速器齿轮中得到了广泛的应用。
有限单元法最初于20世纪40年代初期作为处理固体力学问题的方法出现。1960年，美国的Clough在一篇论文中才首次提出了“有限单元法’'(Finite ElementMethod)的概念。直到20世纪60年代末70年代初，有限单元法在理论上才基本成熟。随着计算机技术的迅速发展和广泛应用，有限单元法的应用已涉及机械工程、土木工程、航空结构等领域，已成为科学研究和工程设计的重要数值分析工具。有限单元法是当今工程分析中获得最广泛应用的数值计算方法，由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。有限单元法是基于变分原理的一种求解数学物理问题的数值计算方法，其基本思想是将连续的求解域离散为一组有限个单元的组合体，这样的组合体能解析的模拟或逼近求解域。由于单元能按各种不同的连接方式组合在一起，且单元本身又可以有不同的几何形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。
3. 课题研究意义
随着工业和国防现代化的发展，无论对公路运输还是非公路运输的车辆都提出了更高的要求。近年来，在交通建设和物流增长的推动下，中国的汽车市场进入空前繁荣的时期。由于汽车的重型化和高速
化，不仅对整车性能提出了更高的要求，对汽车主减速器的性能要求也相应提高。汽车主减速器具有产量大、品种多，对产品性能、寿命、质量和成本等方面要求高的特点。汽车工业的发展带动了零部件及相关产业的展, 作为汽车关键零部件之一的车桥系统也得到相应的发展，各生产厂家基本上形成了专业化、系列化、批量化生产的局面。主要表现在以下几个方面：（1） 国际间的技术合作提高了车桥的整体质量；（2） 重型载重汽车的发展牵动了车桥向重载方向发展；（3） 激烈的市场竞争使得各专业生产厂家不得不从增加车桥及其附件的技术含量的方向上增加车桥的竞争力。因此，本文设计主减速器并对其锥齿轮进行接触分析对促进我国汽车行业的发展具有积极的意义。
4. 文献查阅概况
1）主减速器简介及分析
文献【1】指出汽车的驱动桥位于传动系的末端，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、右车轮，并使左、右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承载式车身之间的铅垂力、纵向力和横向力及其力矩。驱动桥总成的结构型式，按其总体布置来说共有3 种：普通的非断开式驱动桥、带有摆动半轴的非断开式驱动桥和断开式驱动桥。普通的非断开式驱动桥，由于其结构简单、造价低廉、工作可靠，最广泛地应用在各种载货汽车及公共汽车上。文献【2】汽车主减速器是驱动桥最重要的组成部分，其功用是将万向传动装置传来的发动机转矩传递给驱动车轮，是汽车传动系中减小转速、增大扭
矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说，主减速器还有改变动力传输方向的作用。汽车正常行驶时，发动机的转速通常在2000至3000r/min左右，如果将这么高的转速只靠变速箱来降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需要很大，齿轮的半径也相应加大，也就是说变速箱的尺寸会加大。另外，转速下降，扭矩必然增加，也加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器，可以使主减速器前面的传动部件，如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，同时也减小了变速箱的尺寸和质量，而且操控灵敏省力。文献【3】主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来的动力传递给从动锥齿轮，从动锥齿轮再将动力传递给差速器。因此，零件结构上主动螺旋锥齿轮是齿轮轴，一端是花键，与变速器动力输出轴相连，另一端是螺旋锥齿轮；从动锥齿轮是盘状齿轮，直径大于主动螺旋锥齿轮，起到减速作用，同时沿圆周均布一些螺栓孔，使从动锥齿轮通过螺栓固定在差速器壳上，将减速后的动力传递给差速器。目前，在汽车主减速器中应用较多的螺旋锥齿轮齿制有格里森（Greason）、奥立康（Oliken）。格里森采用的是圆弧齿制，其特点是齿轮的节锥齿线为圆弧线，齿轮的轮齿为收缩齿。奥立康采用的是延伸外摆线齿制，其特点是齿轮的节锥齿线为延伸外摆线，齿轮的轮齿为等高齿。在机械铣齿机时代，加工这两种齿制的铣齿机在结构上是不相容的，进入21世纪，由于机床数控技术的发展和机床传动形式的调整以及机床刚性的提高，加工这两种齿制的螺旋齿轮铣齿机在结构上已基本相同。文献【4】有限