毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目: HQ2080用转向驱动桥设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院

专 业 班 级: 车辆工程10-9班

学 生 姓 名: 崔明

导 师 姓 名: 赵雨旸

开 题 时 间: 20xx年3月14日

黑龙江工程学院本科生毕业设计 一、课题研究目的和意义

长城炫丽乘用车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳及差速器是该车的一个重要部件，其设计的成功与否决定着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用AutoCAD 绘制二维平面图，做出成品进行试验为主，无法满足快速设计的需求，造成产品开发周期长、设计成本高。利用ANSYS软件对半轴与桥壳进行分析校核，能够大大提高设计的效率和质量，为长城炫丽乘用车的研发缩短了宝贵的时间。

二、课题研究现状

当前汽车在朝着经济性和动力性的发展方向，如何能够使自己的产品燃油经济性和动力性尽可能提高是每个汽车厂家都在做的事情，当然这是一个广泛的概念，汽车的每一个部件都在发生着变化，差速器也不例外，尤其是那些对操控性有较高要求的车辆。 需要全套设计请联系QQ1537693694

桥壳是汽车的重要零件之一，不仅起着支撑汽车荷重的作用，还是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置和半轴的外壳。在动载荷条件下，要求桥壳在具有足够的强度和刚度的条件下还应力求减小桥壳的质量。此外桥壳还应具备结构简单，制造成本低，便于保证主减速器拆装、调整、维修和保养等优点。汽车目前使用的驱动桥壳只要有可分式、整体式和组合式三种，其中整体式桥壳普遍用于各类汽车。

目前，国内外的桥壳制造分为铸造桥壳、冲焊桥壳、机械扩胀式桥壳和内高压成型桥壳几种类型。其中，铸造桥壳是历史最为悠久的桥壳，早起的卡车后桥桥壳多为铸造而成，后来为了提高桥壳的强度开发了铸钢桥壳。冲压焊接桥壳和内高压成型桥壳是近年来发展起来的新型桥壳，重量相对于铸造桥壳要低，生产效率高。随着汽车工业 的进步和人们生活水平的提高，卡车在保证可靠性的同时向两个方向发展：一方面卡车驾驶乘用车化，另一个方向是超级重型化。前者主 要考虑长、短途运输，行驶路面相对比较好，后者则主要用于矿山、水库工地等条件恶劣的环境。因此桥壳的发展是管坯成形的桥壳在大吨位桥上将逐渐取代冲焊桥壳，对于超级重型车而言，铸钢桥壳在一定时期内仍将占据主要市场。

有限单元法是一种现代化的结构计算方法，在一定前提条件下它可以计算出各种机械零件的各个几何部位的应力和应变。随着有限单元法和计算机技术的发展，有限单元法的应用，特别是在汽车零部件设计中的应用越来越重要。应用有限单元法，不仅可以对所有汽车结构和零部件进行刚度、强度等静态分析，还可以进行相应的动态分析，较清晰地描绘出其动态过程。

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黑龙江工程学院本科生毕业设计 1.国外研究现状

国外的那些差速器生产企业的研究水平已经很高，而且还在不断进步。年销售达18亿美金的伊顿汽车集团是全球化的汽车零部件制造供应商，在发动机气体管理，变速箱，牵引力控制盒安全排放控制领域居全球领先地位，对汽车差速器的内部各零件的加工制造要用精密制造方法。零件主要产品包括发动机气体管理部分及动力控制系统，其中属于动力控制系统的差速器产品在同类产品中居领先地位。伊顿公司开发了新型的锁式差速器，它的工作原理与其他差速器的不同之处：当一侧轮子打滑时，普通开式差速器几乎不能提供任何有效扭矩给车辆，而伊顿的锁式差速器则可以在发现车轮打滑，锁式动力传递百分之百的扭矩到不打滑车轮，足以克服各种困难路面给车辆带来的限制。在牵引力测试、连续弹坑、V型沟等试验中，两驱车在装有伊顿锁式差速器后，越野性能及通过性能甚至超过了四轮驱动的车辆，通过有限元分析，就可以知道各个车轮的受力情况。因为只要驱动力的任何一侧发生打滑空转以后，伊顿锁式差速器会马上锁住动力，并把全部动力转移到另一有附着力的轮上，使车辆依然能正常向前或向后行驶。毫无疑问，更强的越野性和安全性是差速器的最终目标。

在国外,有限元技术在汽车零部件的优化设计中已经得到了很大应用。从上世纪七十年代开始，伴随着几家大的美国汽车企业掀起的关于汽车结构设计的热潮，一系列介绍汽车有限元模型的文章也相继出现，如R.J.Melosh,K.Kirioka和T.Hirata等人发表在美国SAE杂志上的文章。19xx年Kamal和Wolf发表在ASME上的一篇文章全面详述了有限元技术在整个小客车模型上应用的情况，有限元方法逐渐在汽车零部件的强度分析中得到应用。进入80年代以来，随着计算机软件的硬件的不断发展和计算方法的创新，建立有限元模型的技术和发展日趋完善，有限元分析技术在汽车零部件的优化设计中也得到了很大的应用，应用较广的几种有限元分析软件有ANSYS、MSC.NASTRAN、PATRAN、DYNAMIC DESIGNER、SOLID WORKS等。模型的规模也逐渐增大，从线性到非线性，从静态到动态分析，单元数也在逐渐增加，从数以十计到数以百计、数以万计。各大汽车零部件公司以将应用有限元软件建立汽车零部件的有限元模型，然后静态、模态等各种分析，以达到汽车零部件的优化设计的方法作为汽车设计的一种基本方法。有限元分析软件NASTRAN在70年代就已经被美国福特汽车公司所采用，他们用板单元建立车身的有限元模型，然后进行静力分析，找出高应力区，并对其结构进行改进，以改善应力分布，使其结构更加合理。在80年代末，日本五十铃汽车公司已将有限元分析应用到车身设计的各个阶段（从最初设计阶段粗略模型的设计到后期模型的细化），分析的范围包含了强度、刚度、振动、疲劳。从90年代到现在，

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黑龙江工程学院本科生毕业设计 有限元分析的应用变得更为广泛。一些汽车公司在通用有限元程序的基础上自主开发了后处理程序，将一些数据集成数据库，然后进行各种分析，极大简化了分析过程。还有些汽车公司利用有限元分析仿真来推动整个设计过程，减少了设计时间，是汽车的一些性能得到优化。20xx年，智利北部一家铜矿的一辆2500马力的运输扯得后桥壳发生断裂，工程师ReneSuaz负责对该起事故的原因进行调查。根据车辆生产厂家提供的桥壳工程图纸和技术参数，Suaz利用Solidworks对桥壳进行了三维建模，然后利用有限元分析软件ALGOL对桥壳进行有限元分析，很快就找出了问题的根源所在，并且提出了改进设计的建议，不但很快完成了运输车的维修，而且避免了更大损失的可能。另外，美国的一些机械研究所、汽车公司、高等院校等，都曾经利用有限元法计算桥壳的强度。

由此可见，在国外，汽车公司和研究部门都不约而同地认识到有限元分析是汽车零部件研究的重要方法之一。

2.国内研究现状

从目前来看，我国差速器行业已经顺利完成了由小到大的转变，正处于由大到强的发展阶段，在这个转型和调整的关键时刻，提高汽车车辆差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。近几年中国汽车差速器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励汽车差速器产业向高科技产品方向发展，国企企业新增投资项目逐渐增加。投资者对汽车差速器行业的关注越来越密切，这就使得汽车差速器行业的发展需求增大。差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化。目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，还有现在各种各样的功能多样的差速器，如：轮间差速器、防滑差速器、强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、托森差速器。其中的托森差速器是一种新型差速器机构，它能解决在其他差速器内差动转矩较小时不能起差速器作用的问题和转矩较大时不能自动将差速器锁死的问题。

这里着重介绍一下一种新型差速器为LMC常互锁差速器：LMC常互锁差速器是由湖北力鸣汽车差速器公司投资500万元生产的新型差速器20xx年批量生产，20xx年达到验收。LMC常互锁差速器用于0.5——1.5吨级车辆，它能有效地提高车辆的通过性、越野性、可靠性、安全性和经济性，能够满足很多不同条件和不同情况下的车辆要求。这种纯机械、非液压、非液粘、非电控的中央差速器分动装置，已申报了美、英、日、韩、俄罗斯等19个国家的专利保护，这一技术不仅仅是一项中国发明，也是一项世界发明。LMC常互锁差速器是由多种类的齿轮系统及相应的轴、壳体组织，具备传动汽车的前轮和后轮轮间差速器、前后桥轴间差速器。LMC常互锁差速器分动器通过四支传动轴和轮边减速器带动四个车

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黑龙江工程学院本科生毕业设计 轮，实现每个车轮独立驱动，在有两个车轮打滑的情况下仍能正常行驶，在冰雪路面、泥泞路面、无路路面上有其独特优势，可以彻底解决传统四驱汽车的不足：如不能告诉行驶；车轮打滑不能正常行驶；不能实现轴间差速；高耗油问题、功率循环问题；四驱转换麻烦等。装有LMC常互锁差速器分动器的车辆具有以下优点：

（1）提高车辆的通过性：基友混合差速，LMC常互锁差速分动器可实现轮间、轴间、对角任意混合差速和锁止，任何情况下单个车轮、对角线双轮不会发生滑转，即使单个车轮悬空，车轮仍有驱动力而能正常行驶。

（2）提高汽车的传动系的寿命和可靠性：因实现了任意差速，消去了功率循环，克服了分时四驱在四驱状态下传动系统因内耗而产生的差速器、传动轴、分动器等机件磨损，甚至于致命性的损坏，延长了传动系统的使用寿命。

（3）提高车辆的安全性：行车安全，转弯容易，加速性好，制动稳定，操纵轻便安全，无需增加操纵机构。

（4）具有良好的经济性：功能领先，制造成本低，维修简便，节油，经济环保，产品适用性广。

LMC常互锁差速分动器的研发是在经济刺激的影响下产生的产品，符合我国国情的需要。

在我国由于各种原因，中国汽车工业距国际水平还有相当大的差距。作为汽车的关键总成之一，汽车车桥的质量水平直接决定着整车的档次。因此，桥壳的设计分析对汽车工业的发展具有重要的作用。

桥壳的计算一般是利用力学分析方法，计算危险截面的强度和刚度。随着计算机在国内的普及和发展，有限元方法也越来越多的应用到汽车桥壳的性能分析中。国内很多单位已花巨资购买了各种商业化的有限元软件。运用有限元软件既可以进行新产品的设计，又可以用来对已有产品进行验算，还可以分析产品失效的原因并进行改进，国内很多人对此进行了研究。如何发挥商业化有限元软件的作用，克服商业化有限元软件存在的不足，形成规范化的分析步骤和方法，是有关驱动桥壳有限元分析必须面对的问题。用I-Deas软件对装载机的前驱动桥壳进行了有限元强度分析，计算出桥壳应力、变形分布和应力集中情况，为提高驱动桥壳的承载能力和新产品的开发提供了较为可靠的依据。

3.小结

通过查阅现有文献可知，关于有限元分析在整车或汽车零部件的分析中的应用已经相当成熟和完善。但在关于驱动桥壳的有限元分析中存在一些问题，甚至是错误。因此，关于驱动桥壳的有限元模型的建立及分析仍待进一步研究。

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黑龙江工程学院本科生毕业设计

三、设计（论文）的、拟解决的主要问题

1.设计的车型和主要参数

发动机最大功率

3907/1694/1521

转矩 138Nm 整备质量 1120 kg 77.2KW 最高车速 170 Km/h 长/宽/高(mm):

最大功率转速6000r/min 最大扭矩转速4200 r/min 轮胎尺寸185/65 R 15

2.拟解决的主要问题

（1）采用三维实体造型软件建立装载机驱动桥三维实体造型；

（2）进行差速器齿轮参数化造型系统的开发；

（3）进行目标车型差速器的设计；

（4）对锥齿轮进行简单的寿命分析；

（5）根据桥壳静强度分析结果对桥壳进行优化，消减质量，节约成本。

3.主要内容

（1）设计方案的初步确定

（2）减速器的设计与校核

（3）桥壳的设计与校核

（4）半轴的设计与校核

（5）UG建立模型

（6）有限元分析

四、技术路线（研究方法）

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黑龙江工程学院本科生毕业设计 五、进度安排

（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第1～2周（3月3日～3月17日）

（2）确定总体方案 第3～4周（3月18日～3月31日）

（3）对半轴与桥壳结构及尺寸参数进行设计第 5～6周（4月1日～4月14日）

（4）建立半轴与桥壳及差速器的零件图及装配模型 第7周（4月15日～4月

21日）

（5）ANSYS软件验证半轴桥壳及差速器设计合理性第8～11周（4月22日～5

月19日）

（5）书写设计说明书第 12～13周（5月20日～6月3日）

（7）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月24日～6月30日） （6）设计审核、修改设计说明书 第14～16周（6月4日～6月23日）

六、参考文献

[1]王望予，汽车设计[M]．第3版．北京:机械工业出版社，2000．

[2]刘惟信，汽车车桥设计[M]．北京:清华大学出版社，2004．

[3]臧杰，阎岩，汽车构造[M]．北京：机械工业出版社，2005．

[4]曾范量，差速器的工作原理与使用[J]．汽车维修，2005,(9):15．

[5]《汽车工程手册》编辑委员会．汽车工程手册．设计篇．北京:人民交通出版

社，2001．

[6]张洪欣，汽车底盘设计[M]．北京:机械工业出版社，1998．

[7]《汽车工程手册》编辑委员会．汽车工程手册．制造篇．北京:人民交通出版

社，2001．

[8]王宝玺，贾庆祥．汽车制造工艺学[M]．北京:机械工业出版社，2007．

[9]杨可桢，程光蕴．李仲生．机械设计基础[M]．第5版．北京:高等教育出版

社，2002．

[10]韩晓娟，机械设计课程设计[M]．北京:机械工业出版社，2000．

[11]余志生，汽车理论[M]．第3 版．北京:机械工业出版社，2000．

[12]陈家瑞，汽车构造[M]. 北京：机械工业出版社，2003．

[13]张学孟，汽车齿轮设计（文集）[M]．北京：北京齿轮总厂科协技协，1995．

[14]成大先，机械设计手册[M]．北京:化学工业出版社，2004．

[15]周松鹤，徐烈烜．工程力学[M]．第2 版．北京: 机械工业出版社，2007.

[16]祝凌云，Pro/ENGINEER运动仿真和有限元分析[M].北京:人民邮电出版社.

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黑龙江工程学院本科生毕业设计 [17]葛正浩，Pro/E 3.0 机械结构有限元分析[M].北京:化学工业出版社，2007

[18]Shichi Sano，Yoshimi furukawa，etc.Four Wheel Steering System with

RearWheel Steer Angle:SAE Technical Paper Series，No.860625，2004

[19]A.Higuchi，Y.Saitoh.Optimal Control of Four Wheel Steering Vteering

Vehicle:Vehicle System Dynamic，2000, (12).

[20] Lee H.Kim H.Improvement of fuel economy by shift speed control f

or metal belt continuously variable transmission[J]，ImechE，2002.

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第二篇：中型货车驱动桥设计开题报告

燕 山 大 学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称： 中型载货汽车驱动桥设计 学院（系）： 车辆与能源学院 年级专业： 11级车辆工程 学生姓名： 王宏伟 指导教师： 彭加耕 完成日期： 2015/03/15

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1、选题意义

中型载货汽车驱动桥作为汽车行驶系四大总成之一，包括驱动桥壳，差速器，主减速器，半轴四部分。它承载着汽车自重和负重，地面经车轮，车架及承载式车身经悬架给与的铅垂力，纵向力及其力矩，还传递着传东西子最大的转矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性和耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操纵稳定性等有直接影响。【1-3】

再者，近些年油价上涨，运输成本上升，因此在保证汽车动力性的前提下，降低燃油消耗的趋势势在必行。为了降低燃油消耗，除了在发动机环节省油，也必须在传动系环节减少能量损失，因此在动力传输过程当中减少能量损失。这就必须在发动机--传动轴--驱动桥这一动力输送环节寻找减少能量损失的措施。在这一环节中，发动机是动力输出者，是整个汽车动力的源泉，而驱动桥是将动力转化微能量的最终执行者，因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良，匹配性较高的驱动桥成为了有效节油的措施之一。【2】

2、国内外驱动桥研究动态

在西欧，带轮边减速的双击主减速器后驱动桥只占整个产品的40%，且有呈下降趋势，在美国只占10%，其原因是这些地区的道路较好，采用单机减速双曲线螺旋锥齿轮副成本较低，故大部分均采用这种结构。国外汽车驱动桥已普遍采用限滑差速器，可以大大减少轮胎的磨损。国内企业一部分使用，主要是因为成本较高。[4]

亚洲、非洲和拉美国家则采用带轮边减速的双级主减速器的驱动桥，用于非道路和恶劣道路使用的车辆。因此可以得出结论：一个国家的道路越差，

则采用带轮边减速双级主减速器驱动桥越多，反之，则越少。国内有几个制

造商生产比例扭矩差速器，单据微单周姐，锁紧系数为138，较3周节要小

得多。徐州良羽传动机械有限公司在停车制动器上也做了一些工作，主要用

于重型卡车产品，但国产此类产品的可靠性还有待提高。[4]

目前国内外研究的重点在于：从制造技术寻求制造工艺先进、制造效率

高、成本低的方法；从齿轮减速形式上将传统的中央单级主减速器发展到现

在的中央及轮边双级减速或双级主减速器结构；从齿轮的加工形式上车桥内

部的主从动齿轮、行星齿轮及圆柱齿轮采用精磨加工，以满足汽车高速行驶

要求及法规对于噪声控制的要求此外，在驱动桥上采用新的密封技术、降噪

技术和新的摩擦材料。在具体工艺方面，我国和世界水平的差距还比较大，

归根结底后桥的功用还是承载和驱动。【4】

综上所述，通过对货车驱动桥的设计与学习，可以更好地了解和掌握汽

车驱动桥设计和机械设计的基本技能，提高自己的画图基本功。也可以更好

的了解国内外汽车的发展动态，发现国内外的巨大差距，提高自己的民族自

尊心，好好学习，回报国家。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

本次设计的基本内容为：

1.驱动桥结构方案的分析、选择与匹配；

2.半轴的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择；

3.主减速器的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择；

4.差速器的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择；

5.驱动桥桥壳以及强度的分析；

6.驱动桥整桥、主减速器、半轴、差速器和桥壳的工程图的绘制。

三、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析

货车驱动桥位于传动系的末端，其基本功用首先是增扭、降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，将并转矩合理的分配给左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；其次，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩等

计算驱动桥时应当满足如下基本要求：

1.选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。

2.齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。

3.在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。

4.具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。

5.与悬架导向机构运动协调。

四、研究工作进度

1.从图书馆电子资源下载；从图书馆借阅相关书籍。

2.将收集到的材料进行整理，选取一些好的具有参考性的内容作为今后设计中的一个理论参考。整理成说明书。

3.参数计算

在网上查找发动机，根据发动机的外特性曲线和万有特性曲线以及各部件的位置进行参数计算，绘制参数曲线。

4.实体建模 （1）用CAXA绘制驱动桥的主要零件图和装配图；

（2）用CATIA绘制驱动桥的三维模型和装配设计。

5.步骤：1-4周 准备阶段（搜集资料，翻译外文文献）

5-8周 初步设计计算阶段（整理已获得的材料，完成总体

方案分析和总体参数设计和计算）

9-12周 详细设计计算阶段（主减速器总成，差速器总成，

半轴和驱动桥壳的设计）

13-16周 三维设计（用CATIA对驱动桥壳进行三维建模，

完成零件的三维设计，并装配在一起）和装配图和零件图的绘制

17-18周 找老师修改，设计说明书的编写

五、主要参考文献

[1]刘惟信. 汽车设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2001: 86-105.

[2] 王望予. 汽车设计(第3版)[M]. 北京: 机械工业出版社, 2000: 157-178.

[3] 《汽车工程手册》编辑委员会. 汽车工程手册(设计篇)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001: 216-255.

[4]马顺龙, 刘海峰, 王成刚, 孙树臣. 中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势. 一汽铸造有限公司技术中心, 吉林省长春市和平大街1281号, 邮编:130062

[5]王聪兴,冯茂林.现代设计方法在驱动桥设计中的应用 ( 北京科技大学土木与环境工程学院,北京;100083)

[6] Zhou Feiqing. The analysis and calculation of location accuracy of precise jig

and error factors of force deformation [C]//ISIST’99 Proceeding. Luoyand City. Chian, 1999: 16-25.

[7]Ford Motor Company Arup Gangopadhyay, Sam Asaro, Michael Schroder, Ron Jensen and Jagadish Sorab. Fuel Economy Improvement Through Frictional Loss Reduction in Light Duty Truck Rear Axle.SAE,2002.

[8]李惠林,周兵兵,刘倩,何锋.载重货车驱动桥壳谐响应分析(贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025)

[9]牛忠荣.汽车驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元法分析，20071201

[10]李红渊.载重汽车驱动桥主减速器设计,2009：1673－3142

[11]李国柱主编.机械设计及理论.北京；科学出版社，2003

[12]江铃汽车驱动桥桥壳有限元分析,江铃JMC研发中心,南昌 330029

[13]唐照伟.东风自卸货车驱动桥壳修复方法的探讨.南京公交培训中心(210001)

[14]陈波.差速器装配中压入设备的浮动结构设计(上海 强工程有限公司动力总成部门,上海201319)

[15]张学忱.CA1040P90L2 轻型货车驱动桥设计.长春理工大学机电学院:吉林长春 ,130022；

[16]蔡广新主编.汽车机械基础.北京:高等教育出版社,2005.1

[17]主编.路面不平度影响下的汽车驱动桥动载荷:东北大学,110004.

[18]尹国臣.YIN Guo-chen 浅析汽车驱动桥主减速器的装配与调整[期刊论文]-商情·科学教育家2007(10)

六、指导教师意见：

指导教师签字：

年 月 日

七、系级教学单位审核意见：

审查结果： □ 通过 □ 完善后通过 □ 未通过

负责人签字：

年 月 日