一、選題依據(jù)1研究領域汽車部件設計2論文（設計）工作的理論意義和應用價值驅動橋殼作為汽車驅動橋的主要組成部分之一，合理的設計可以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。本次設計將通過對汽車驅動橋殼的學習和設計實踐、結構的優(yōu)化設計、主要零部件強度的計算分析和有限元分析等內容， 可以更好地學習并掌握現(xiàn)代汽車零部件設計與計算分析的相關知識和技能。通過本次設計，將對汽車的結構具有更深入的認識，掌握汽車零部件設計的過程，并能熟練應用計算機輔助軟件進行設計，不僅能夠將所學專業(yè)理論知識應用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。3目前研究的概況和發(fā)展趨勢國內許多汽車廠家相繼引進了一些中重型車輛，其后橋殼大多為鋼板沖壓焊接而成。但沖壓焊接式橋殼采用沖壓成型的方法存在材料成型困難，有的還需增加退火工藝，能耗高、工序多，制造工藝復雜，生產(chǎn)成本高。汽車在崎嶇的路面上顛簸行駛，受到交變負荷的作用，橋殼焊接處易出現(xiàn)脫焊開裂問題，疲勞性能差，超載易變形，主減速器齒輪正常嚙合受影響，噪聲大，減少了驅動橋總成的使用壽命。球墨鑄鐵具有高強度、高韌性、高可靠性、高壽命的特點，能生產(chǎn)出最接近要求的形狀。隨著球墨鑄鐵技術的發(fā)展，鑄造已成為取代沖壓焊接生產(chǎn)汽車后橋殼的首選方法。因為與沖壓焊接后橋殼相比，鑄造后橋殼具有強度和剛度較大，生產(chǎn)成本 低，拆裝、保養(yǎng)、維修方便等優(yōu)點。發(fā)達國家在機械產(chǎn)品設計上早以進入了分析設計階段，他們利用計算機輔助設計技術，將現(xiàn)代設計方法，如有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計等應用到產(chǎn)品設計中，采用機械 CAD 系統(tǒng)在計算機上進行建模、分析、仿真、干涉檢查，實現(xiàn)三維設計，大大地提高產(chǎn)品設計的一次成功率，減少了試驗費用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設計手段仍處于以經(jīng)驗設計為主的二維設計階段，設計完成后在投產(chǎn)中往往要進行很大的改動，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長，性能質量低等。為改變我國的車輛零部件的生產(chǎn)和設計手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的 CAD 系統(tǒng)，對已開發(fā)的 CAD 系統(tǒng)需進一步提高和完善。驅動橋殼需要有很大的強度和剛度，驅動橋殼傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法是利用數(shù) 學、力學等理論知識進行計算。這種方法計算量大且很復雜，很難模擬各種工況。隨著科學技術的進一步發(fā)展，企業(yè)只有提高設計研發(fā)能力才能跟上發(fā)展的腳步，現(xiàn)代工業(yè)的典型特征就是大量使用計算機，所以人們希望借助計算機輔助分析技術（CAE）來解決相關復雜問題，有限元作為 CAE 技術的一種關鍵計算方法，被廣泛應用于各個行業(yè)，驅動橋殼作為車橋的重要組成部分之一，應用有限元法模擬，可以計算出驅動橋系統(tǒng)的動態(tài)響應，結果可信且接近實際，能較真實的模擬出驅動橋動態(tài)使用過程，是驅動橋殼設計的發(fā)展主流。隨著各國政府對汽車節(jié)能環(huán)保理念認識的不斷提高，各大汽車零部件廠商為了能夠滿足主機廠綠色設計的要求紛紛開始大力研究節(jié)能環(huán)保技術，汽車作為一種重要的交通工具，控制油耗成為主要的突破口，對汽車驅動橋殼進行輕量化設計成為驅動橋殼設計部分很重要的一環(huán)。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題確定橋殼的類型，對其結構進行設計，并計算相應參數(shù)尺寸，對主要結構尺寸進行校核，用有限元技術對橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）（1）查閱相關資料，了解研究課題的意義價值、研究概況和發(fā)展趨勢（2）橋殼結構設計及計算相應尺寸參數(shù)；（3）橋殼的受力分析；（4）橋殼的靜彎曲應力計算；（5）各種工況下橋殼強度的分析；（6）有限元技術分析驗證；（7）繪制橋殼圖紙，寫設計說明書。3.本論文（設計）預期取得的成果通過本次設計，將對汽車的結構具有更深入的認識，掌握汽車零部件設計的過程，并能熟練應用計算機輔助軟件進行設計，不僅能夠將所學專業(yè)理論知識應用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。預期提交以下成果：(1)設計圖紙一套（總工作量達 3 張零號圖紙）； (2)設計說明書（10000 字以上）； (3)與課題相關的一篇外文翻譯（2000 字以上）。 三、論文（設計）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；（1）調研并查閱相關資料；（2）總體方案的確定；（3）橋殼的設計；（4）橋殼的 Pro-e 建模；（5）設計結果的有限元技術校核；（6）繪制橋殼圖紙；（7）完成畢業(yè)設計和設計說明書。2.論文（設計）進度計劃第 1 周：通過查閱文獻，了解設計選題，與指導教師溝通理解任務書的內容。第 2、3 周：查閱資料，準備開題報告第 4 周：修改開題報告，并進行開題答辯。第 5-7 周：對橋殼進行總體設計第 8 周：整理前期工作，并進行中期檢查。翻譯外文文獻 1 篇。第 9-11 周：參數(shù)設計和計算；校核計算是否滿足要求第 12-14 周：繪制橋殼圖紙，準備設計說明書第 15 周：完善設計說明書，整理設計資料。第 16 周：準備答辯四、需要閱讀的參考文獻1黃昶春,韋志林,沈光烈. 驅動橋殼有限元分析模型的改進J. 汽車技術,2012,02:27-30. 2劉為,薛克敏,李萍,杜長春,唐子玉. 汽車驅動橋殼的有限元分析和優(yōu)化J. 汽車工程,2012,06:523-527. 3陳元華. 礦用自卸車驅動橋殼有限元疲勞分析與優(yōu)化J. 煤炭技術,2012,07:30-31. 4閻樹田,王劍,孫會偉,徐明輝. 商用車驅動橋殼強度和模態(tài)的有限元分析J. 機械與電子,2012,08:14-16. 5梁洪明,王靖岳,李學明. 基于 CATIA 和 ANSYS 的貨車驅動橋殼有限元分析J. 汽車工程師,2012,10:34-35. 6彭才望,周菊林,石毅新. 農(nóng)用載貨汽車后驅動橋殼有限元分析J. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2015,12:49-52. 7王開松,許文超,王雨晨. 汽車驅動橋殼有限元分析與輕量化設計J. 機械設計與制造,2016,07:222-225+231. 8楊利輝. 基于實際工況輪式挖掘機驅動橋殼有限元分析J. 機械傳動,2014,11: 157-161. 9庹前進. 基于有限元理論載重車驅動橋殼輕量化及可靠性分析J. 機械傳動,20 15,03:141-144. 10吳超,廖敏,業(yè)紅玲. 基于有限元方法的汽車驅動橋殼分析J. 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Klingbeil. 附：文獻綜述或報告1.引言隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車的性能要求越來越高，這使得傳統(tǒng)的驅動橋殼設計計算方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代汽車設計的要求。電子計算機的出現(xiàn)以及有限元法的飛速發(fā)展為驅動橋殼結構性能的計算分析帶來了新的革命。驅動橋殼是汽車的重要承載件和傳力件，非斷開式驅動橋殼支承汽車重量，并將載荷傳給車輪。作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力、垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此，驅動橋殼的使用壽命直接影響汽車的有效使用壽命。合理地設計驅動橋殼，使其具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性，減少橋殼的質量，有利于降低動載荷，提高汽車行駛的平順性和舒適性。驅動橋殼應滿足如下設計要求：（1）應具有足夠的強度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應力；（2）在保證強度和剛度的前提下，盡量減小質量以提高汽車行駛平順性；（3）保證足夠的離地間隙；（4）結構工藝性好，成本低；（5）保護裝于其上的傳動部件和防止泥水浸入；（6）拆裝，調整，維修方便。2.驅動橋殼的分類驅動橋殼從結構上可分為整體式橋殼和分段橋殼兩類。（1）整體式橋殼整體式橋殼的結構特點是一個剛性整體外殼或空心梁。按制造工藝的不同又可分為多種形式，常見的為整體鑄造、鋼板沖壓焊接式、中斷鑄造兩端壓入鋼管和鋼管擴張成形等形式。整體鑄造式橋殼的強度和剛度較大，但質量大，加工面多，制造工藝復雜，主要用于中、重型貨車上。但其簧下質量較大，對汽車的行駛平順性有不利的影響。鋼板沖壓焊接式和擴張成形式橋殼質量小，材料利用率高，制造成本低，適用用于大量生產(chǎn)，結構簡單，制造工藝性好，主減速器支承剛度好，拆 裝、調整、維修方便，廣泛用于轎車和中、小型貨車上。（2）分段式橋殼分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓連成一體。分段式橋殼比整體式易于鑄造， 加工簡便，但維修不方便。拆檢主減速器時，必須把整個驅動橋從汽車上拆卸下 來，目前已很少采用。驅動橋殼按結構形式分為整體式、可分式和組合式三種。（1）可分式橋殼由左、右橋殼和半軸套管組成。左、右橋殼經(jīng)鑄造制成后，先在每個橋殼外端壓入半軸套管，然后將兩者沿結合面圓周方向布置的螺栓緊固在一起，構成可分式橋殼。這種橋殼結構簡單，制造工藝性好，主減速器支撐剛度好。但拆裝、調整、維修很不方便，橋殼的剛度和強度受結構的限制，曾用于總質量不大的汽車上，現(xiàn)已較少使用。（2）整體式橋殼整個橋殼是一根空心梁，橋殼和主減速器殼為兩體。有剛度、強度大因而工作可靠的優(yōu)點，但質量大、加工困難，適用于裝載質量大的商用車。按照制造工藝不同，整體式橋殼又可分為:整體鑄造式橋殼。由兩端壓入用無縫鋼管制成的半軸套管、橋殼和后蓋等主要零件組成。整個橋殼為一根空心梁。鋼板沖壓焊接式橋殼。由橋殼主件、鋼板彈簧座、半軸套簡、后蓋等組成。將兩個橋殼、三角鑲塊、鋼板彈簧座和半軸套筒焊合在一起組成焊接式驅動橋橋殼(見圖 1 所示)。具有質量小、制造容易、材料利用合理、抗沖擊性能良好、成本低等優(yōu)點。在乘用車和裝載質量小的商用車上得到廣泛應用。擴張成形式橋殼。由中部經(jīng)過擴孔，兩端又經(jīng)過滾壓變細的鋼管、突緣和彈簧座等組成。凸緣和彈簧座焊在鋼管上構成橋殼。擴張成形式橋殼材料利用率最 高、質量小，而強度和剛度也足夠，故大量生產(chǎn)的乘用車和裝載質量在中等的商用車都適合用這種結構。（3）組合式橋殼組合式橋殼 由主減速器殼、無縫鋼管組成。特點是將主減速器殼與部分橋殼鑄造為一體，再在兩端分別壓入無縫鋼管而構成。組合式橋殼有主減速器從動齒輪軸承支承剛度較好，主減速器的裝配、調整比可分式橋殼方便的優(yōu)點，但加工精度要求高，僅應用在乘用車和總質量較小的商用車上。3.國內外研究現(xiàn)狀我國早期的汽車是借鑒前蘇聯(lián)的汽車技術，我國汽車工業(yè)發(fā)展至今，也借鑒和研究了歐美日德等汽車工業(yè)強國的技術和經(jīng)驗。但是目前大多數(shù)車廠借鑒和引進的技術還是保留在車輛的外觀和內飾的層面，對于發(fā)動機和底盤這些關鍵技術的自主知識產(chǎn)權擁有量還是微乎其微。不過這些局面最近幾年得以較大的改觀，雖然還是一些汽車工業(yè)強國把持著領先的關鍵技術，但是我國也形成了一大批擁有自主知識產(chǎn)權的汽車工業(yè)機關，在汽車領域重新分得一杯羹。特別是汽車研究領域，形成了一大批科研院所和專家，對汽車的關鍵技術，諸如驅動橋殼的結構型式的改進方面有較大的進步。國內許多汽車廠家相繼引進了一些中重型車輛，其后橋殼大多為鋼板沖壓焊接而成。但沖壓焊接式橋殼采用沖壓成型的方法存在材料成型困難，有的還需增加退火工藝，能耗高、工序多，制造工藝復雜，生產(chǎn)成本高。汽車在崎嶇的路面上顛簸行駛，受到交變負荷的作用，橋殼焊接處易出現(xiàn)脫焊開裂問題，疲勞性能差，超載易變形，主減速器齒輪正常嚙合受影響，噪聲大，減少了驅動橋總成的使用壽命。球墨鑄鐵具有高強度、高韌性、高可靠性、高壽命的特點，能生產(chǎn)出最接近要求的形狀。隨著球墨鑄鐵技術的發(fā)展，鑄造已成為取代沖壓焊接生產(chǎn)汽車后橋殼的首選方法。因為與沖壓焊接后橋殼相比，鑄造后橋殼具有強度和剛度較大，生產(chǎn)成本 低，拆裝、保養(yǎng)、維修方便等優(yōu)點。我國的汽車及各種車輛的零部件產(chǎn)品在性能和質量上和發(fā)達國家存在著一定的差距，其中一個重要原因就是設計手段落后，發(fā)達國家在機械產(chǎn)品設計上早以進入了分析設計階段，他們利用計算機輔助設計技術，將現(xiàn)代設計方法，如有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計等應用到產(chǎn)品設計中，采用機械 CAD 系統(tǒng)在計算機上進行建模、分析、仿真、干涉檢查，實現(xiàn)三維設計，大大地提高產(chǎn)品設計的一次成功率，減少了試驗費用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設計手段仍處于以經(jīng)驗設計為主的二維設計階段，設計完成后在投產(chǎn)中往往要進行很大的改動，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長，性能質量低等。為改變我國的車輛零部件的生產(chǎn)和設計手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的 CAD 系統(tǒng)，對已開發(fā)的 CAD 系統(tǒng)需進一步提高和完善。國外的這些汽車公司已有 CAD 程序，但涉及各公司的標準和技術規(guī)范及試驗都很保密，不可能公開。與國外相比，我國的汽車工業(yè)在 CAD 方面起步較晚，發(fā)展比較慢。目前一些高校和大中型企業(yè)已開始進行 CAD 的研究，在產(chǎn)品的改進設計、設計后的計算機繪圖及有限元分析等方面已陸續(xù)取得一些效果。但總的來講國內工廠多數(shù)是依賴傳統(tǒng)的設計方法經(jīng)驗類比法，對引進產(chǎn)品主要是測繪仿制，難以滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的客觀要求。采用現(xiàn)代設計方法，是提高自行設計、消化吸收和國產(chǎn)化的極其重要手段。4.發(fā)展趨勢驅動橋殼需要有很大的強度和剛度，驅動橋殼傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法是利用數(shù)學、力學等理論知識進行計算。這種方法計算量大且很復雜，很難模擬各種工況。隨著科學技術的進一步發(fā)展，企業(yè)只有提高設計研發(fā)能力才能跟上發(fā)展的腳步，現(xiàn)代工業(yè)的典型特征就是大量使用計算機，所以人們希望借助計算機輔助分析技術（CAE）來解決相關復雜問題，有限元作為 CAE 技術的一種關鍵計算方法，被廣泛應用于各個行業(yè)，驅動橋殼作為車橋的重要組成部分之一，應用有限元法模擬，可以計算出驅動橋系統(tǒng)的動態(tài)響應，結果可信且接近實際，能較真實的模擬出驅動橋動態(tài)使用過程，是驅動橋殼設計的發(fā)展主流。隨著各國政府對汽車節(jié)能環(huán)保理念認識的不斷提高，各大汽車零部件廠商為了能夠滿足主機廠綠色設計的要求紛紛開始大力研究節(jié)能環(huán)保技術，汽車作為一種重要的交通工具，控制油耗成為主要的突破口，對汽車驅動橋殼進行輕量化設計成為驅動橋殼設計部分很重要的一環(huán)。5.本文擬開展以下工作（1）根據(jù)給定參數(shù)，確定橋殼類型，確保所選用的橋殼類型最適合設計車輛；（2）對橋殼進行結構設計并計算相應尺寸參數(shù)，使橋殼各部分結構合理；（3）對主要結構尺寸進行校核，用有限元技術對橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性；（4）用 CATIA 軟件繪制驅動橋殼圖紙，使汽車驅動橋殼的結構能夠清晰的展示出來。