基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析-任务书

有限元分析在汽车主减速器壳设计中的应用黄一鸣【摘要】主减速器是汽车驱动桥的重要组件之一,其主要作用将发动机的扭矩传递到车轮两端,在此过程中,主减速器壳扮演着维持整个传动链稳定的重要角色,其刚度和强度均是设计者需关注的重点.利用有限元分析软件分析得到主减速器壳体刚度和强度的,利用不同刚度的主减速器壳体装配主减总成装车进行NVH测试,以获得主减速器壳体刚度对主减噪音的影响,为后续主减速器的设计及优化提供参考.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】4页(P40-42,91)【关键词】Altair Hypermesh;汽车主减速器壳;有限元分析;刚度和强度【作者】黄一鸣【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心,广西柳州545007【正文语种】中文【中图分类】U46主减速器是汽车驱动桥的一个重要组件，其主要作用是将发动机或变速箱传来的扭矩通过减速增扭，并将扭矩传递到车轮上来驱动车辆行驶。

主减速器壳体支撑着整个主减总成，并维持传动平稳，工作过程中，壳体受到机械负荷和冲击载荷的共同作用，工况恶劣，容易产生裂纹，因此在过去主减速器壳的校核中，仅对其强度进行校核。

随着汽车行业NVH技术的发展，零部件的强度满足使用已经无法满足未来低噪音的要求，主减速器壳的刚度不足会导致传动过程中齿轮啮合偏移，进而影响齿轮啮合噪音以及使用寿命，因此在主减速器壳的设计中，主减速器壳强度和刚度都必须是设计者的关注重点。

本文以某MPV后驱车型主减速器壳为例，通过根据整车的输入参数计算出传动链中关键部件的受力情况，再根据各部件在主减速器壳中的位置将载荷分配到轴承上，轴承的受力将会直接作用于主减速器壳上，通过有限元分析计算，对比两种不同刚度主减速器壳的应力云图、位移云图，最终根据整车噪声测试，来验证刚度的影响。

运用有限元分析软件 Altair Hypermesh对汽车主减速器壳体进行有限元分析计算。

基于ANSYS 的减速器箱体建模与分析XY Z面\\22222.x_tJUL 11 2012班 级：机电技术研究所 * ***** 学 号：*******2013年5月1.有限元法基础知识1.1 有限元法有限元法(Finite Element Method，FEM)，是计算力学中一种重要的方法，是计算机辅助工程CAE 中的一种，从其出现至今已经过了约半个世纪的发展。

有限元法作为一个具有巩固理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，是现代力学、计算数学和计算机技术等学科相结合的产物，在国民经济建设和科学技术发展中发挥了巨大的作用。

1.2 有限元法的基本思想有限元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。

由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。

通常有限元法都遵循以下基本步骤：物体的离散化：离散化是有限元法的基础，这就是依据结构的实际情况，选择合适的单元形状、类型、数目、大小以及排列方式，将拟分析的物体假想地分成有限个分区或分块的集合体。

假设这些单元在处于它们边界上的若干个离散节点处相互连接，这些节点的位移将是该问题的基本未知参数。

挑选形函数或插值函数：选择一组函数，通常是多项式，最简单的情况是位移的线性函数。

这些函数应当满足一定条件，该条件就是平衡方程，它通常是通过变分原理得到的，就可由每个“有限单元”的节点位移唯一地确定该单元中的位移状态。

确定单元的性质：确定单元性质就是对单元的力学性质进行描述。

确定了单元位移后，可以很方便地利用几何方程和物理方程求得单元的应变和应力。

一般用单元的刚度矩阵来描述单元的性质，确定单元节点力与位移的关系。

组成物体的整体方程组：组成物体的整体方程组就是由已知的单元刚度矩阵和单元等效节点载荷列阵集成表示整个物体性质的结构刚度矩阵和结构载荷列阵，从而建立起整个结构已知量——总节点载荷与整个物体未知量——总节点位移的关系。

摘要汽车主减速器作为汽车重要的部件之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于轻型卡车显得尤为重要。

当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前轻型卡车的快速、重载的高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的主减速器。

所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已成为未来重载汽车的发展方向。

本文参照传统主减速器的设计方法进行了轻型卡车主减速器的设计。

首先，确定了主减速器的结构形式；其次，根据所给汽车参数合理的分配主减速器主、从动齿轮模数、齿数，计算出主减速器的相关参数，并对主减速器齿轮进行强度校核；然后选择适合该汽车使用的差速器类型，并对行星齿轮和半轴齿轮模数、齿数进行合理的分配并计算校核，最后，利用Pro/E建模ANSYS软件对主减速器的主要零件进行分析校核，设计出符合该汽车使用的主减速器，并绘制出装配图和零件图。

关键词：轻型货车；单级主减速器；弧齿锥齿轮；ANSYS；Pro/EABSTRACTAs one of the important parts of the car,automobile final drive has a direct impact on the whole performance，especially for the light track.We must complete with an efficient and reliability final drive when using the high power output torque engine to meet current light trucks of fast, reliable final drive. So with high transmission efficiency of single-stage reduction drive axle have become overloaded vehicles in the future direction of development.The design of the Light Truck final drive is refer to the traditional final drive. First,make sure the structure of the mian reducer form; Secondly, according to the given automobile parameters reasonable distribution of main reducer Lord, driven gear module, gear, calculate the primary reducer, and the relevant data of main reducer gear check intensity; Then choose appropriate use of the car, and the differential type planetary gear and half shaft pinion gear module, reasonable distribution and calculation, finally, check using ANSYS software, Pro/E of main reducer modeling analysis the main parts, design that meets the check the main reducer, cars and plot the assembly and detail drawings.Key words: Light Goods Gehicle (LGV); Single-stage Final Grive; The spiral bevel gear；ANSYS; Pro/E目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2主减速器国内外研究现状 (1)1.3设计的主要内容 (2)第2章主减速器结构方案确定 (4)2.1轻型货车参数 (4)2.2主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 (4)2.2.1主动锥齿轮的支承 (4)2.2.2从动锥齿轮的支承 (5)2.3主减速器齿轮的类型分析 (6)2.4主减速器的减速形式 (8)2.4.1单级主减速器 (8)2.4.2双级主减速器 (9)2.4.3贯通式主减速器 (10)2.4.4单双级减速配轮边减速器 (11)2.5 本章小结 (11)第3章主减速器齿轮基本参数的选择与计算 (12)3.1主减速器齿轮计算载荷的确定 (12)3.2主减速器齿轮参数的设计 (13)3.3主减速器锥齿轮的强度校核 (14)3.4主减速器的轴承的选择 (18)3.5主减速器相关零部件的设计 (23)3.5.1差速器的设计 (23)3.5.2其他零部件尺寸的确定 (30)3.6 本章小结 (31)第4章主减速器主要零件PRO/E建模 (32)4.1软件介绍 (32)4.1.1 PRO/E的发展历史 (32)4.1.2 PRO/E的特点和优势 (32)4.2 PRO/E建模 (33)4.2.1 主减速器壳体的建模 (33)4.2.2主减速器齿轮的建模 (35)4.3 本章小结 (40)第5章主减速器主要零件的有限元分析 (41)5.1软件介绍 (41)5.2主减速器壳体的有限元分析 (42)5.3主减速器主动锥齿轮的有限元分析 (45)5.4主减速器从动锥齿轮的有限元分析 (50)5.5 本章小结 (51)结论 (55)参考文献 (56)致谢 (57)附录A (58)附录B (63)第1章绪论1.1研究目的和意义轻型货车在汽车行业中占有较大的比重，而主减速器是轻型货车的一个重要部件，其设计的成功与否决定着车辆的动力性、舒适性、经济性等多方面的设计要求。

基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析1.1研究目的和意义轻型货车在汽车行业中占有较大的比重，而主减速器是轻型货车的一个重要部件，其设计的成功与否决定着车辆的动力性、舒服性、经济性等多方面的设计要求。

这就对主减速器设计人员提出较高的要求。

在我国传统的设计方式中以手工绘图或采纳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PRO/E及ANSYS软件对主减速器的要紧零件进行建模和分析校核，能够大大提高设计的效率和质量，为轻型货车的研发缩短了宝贵的时刻。

同时，选择轻型货车减速器设计作为毕业设计题目，能够对大学四年所学的基础课程和专业课程进行一次系统的复习，更最重要的是培养了我们综合分析问题、理论联系实际的能力，培养我们调查研究，正确熟练运用国家标准、手册、图册等资料、工具的能力, 锤炼自己的设计运算、数据处理、编写技术资料、绘图等独立工作能力,为以后的工作打下基础。

1.2 国内外主减速器研究现状改革开放以来，中国的汽车工业得到了长足进展，专门是加入WTO以后，我国的汽车市场对外开发，汽车工业逐步成为世界汽车整体市场的一个重要组成部分。

同样，车用减速器也随着整车的进展不断成长和成熟起来。

随着高速公路网状况的改善和国家环保法规的完善，环保、舒服、快捷成为客车和货车市场的主旋律。

对整车要紧总成之一的驱动桥而言，小速比、大扭矩、传动效率高、成本低逐步成为客车和货车主减速器技术的进展趋势。

产品上，国内卡车市场用户要紧以承载能力强、齿轮疲劳寿命高、结构先进、易爱护等特点的产品为首选。

目前己开发的产品，如陕西汉德引进德国公司技术的485单级减速驱动桥，一汽集团和东风公司的13吨级系列车桥为代表的主减速器技术，差不多上在有效吸取国外同类产品新技术的基础上，针对国内市场需求开发出来的高性能、高可靠性、高品质的车桥产品。

这些产品差不多代表了国内车用减速器进展的方向。

基于ANSYS的重型货车车架结构分析和优化研究的开题报告一、研究背景随着全球经济的不断发展，物流行业的发展速度也越来越快。

重型货车作为物流行业的主要运输工具，承担着重要的货物运输任务。

然而，目前市场上的重型货车普遍存在的问题是车辆结构强度不足以及车辆牵引性能低下，这些问题不仅会对货车的使用寿命和安全性产生影响，而且对整个物流行业和交通运输行业都具有重大的影响。

为了解决这些问题，本研究将以重型货车的车架结构为研究对象，利用ANSYS软件进行有限元分析和优化设计，旨在为重型货车的结构优化提供科学依据。

二、研究内容（一）重型货车车架结构的建模本研究将采用CATIA软件对重型货车的车架进行建模，并将车架结构导入ANSYS软件中进行有限元分析和优化设计。

（二）重型货车车架结构的强度分析本研究将使用ANSYS软件对重型货车车架结构进行强度分析，主要包括应力分析、变形分析、疲劳分析等，从而确定车架结构的强度是否满足设计要求。

（三）重型货车车架结构的优化设计在强度分析的基础上，本研究将利用ANSYS中的优化模块对车架结构进行优化设计，以达到结构轻量化、强度增加、牵引性能改善等目的。

三、研究意义本研究的主要意义在于：（一）为重型货车车架结构的优化设计提供科学依据；（二）为工程师提供车架结构设计和优化方案；（三）为重型货车的安全性和牵引性能的提升做出贡献；（四）本研究具有一定的理论和实践意义，为相关领域的进一步深入研究提供基础。

四、研究方法与技术路线本研究将采用如下技术路线和研究方法：（一）调研相关文献，了解现有的重型货车车架结构设计和优化研究的成果；（二）利用CATIA软件对重型货车的车架结构进行建模；（三）利用ANSYS软件对重型货车车架结构进行强度分析、变形分析、疲劳分析等；（四）根据分析结果对车架结构进行优化设计；（五）对优化后的车架结构进行验证和测试。

五、预期成果本研究的预期成果包括：（一）重型货车车架结构建模；（二）重型货车车架结构的强度分析报告；（三）重型货车车架结构的优化设计方案；（四）车架结构优化后的CAD模型；（五）相关技术论文。

减速器设计proe课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握减速器的基本结构及其工作原理；2. 学习并运用ProE软件进行减速器零件的三维建模；3. 了解减速器装配过程中各零件的配合关系及装配顺序；4. 掌握减速器工程图的绘制方法和技巧。

技能目标：1. 能够运用ProE软件独立完成减速器零件的三维建模；2. 学会使用ProE进行减速器装配，并能检查干涉情况；3. 熟练掌握减速器工程图的绘制，满足工程要求；4. 培养学生的创新意识和团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣，激发学生主动探究精神；2. 增强学生的环保意识，注重绿色设计；3. 培养学生严谨的工作态度和良好的职业道德；4. 增进学生对我国机械工程领域的了解，增强民族自豪感。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识和实际操作，培养学生运用ProE软件进行减速器设计的能力。

学生特点：学生已具备一定的机械基础知识，熟悉ProE软件的基本操作，具备一定的空间想象能力和动手能力。

教学要求：结合学生特点，以实际操作为主，注重培养学生的动手能力和创新能力，将理论知识与实践相结合。

通过本课程的学习，使学生能够独立完成减速器的设计与绘图工作，为将来的工作实践打下坚实基础。

二、教学内容1. 减速器基本结构及工作原理：通过课本相关章节的学习，使学生了解减速器各部分的功能和相互关系，掌握其工作原理。

- 减速器类型与分类- 减速器主要零件及其作用- 减速器工作原理及性能参数2. ProE软件三维建模：结合课本内容，教授学生如何使用ProE软件进行减速器零件的三维建模。

- ProE软件基本操作与功能- 减速器零件三维建模方法与步骤- 减速器零件建模技巧与实践3. 减速器装配：指导学生运用ProE软件进行减速器装配，了解各零件的配合关系及装配顺序。

- 减速器装配原理与方法- ProE装配操作与技巧- 干涉检查及调整4. 减速器工程图绘制：教授学生如何使用ProE软件绘制减速器工程图，满足工程要求。

基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法，以其在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用，特别是在材料应力、应变的线性范围更是如此。

在汽车设计领域，无论是车身、车架的计算仿真，还是发动机的曲轴以及传动系统的计算均使用到该方法。

有限元分析最基本的研究方法就是“结构离散→单元分析→整体求解”的过程。

经过近50年的发展，有限元法的理论日趋完善，已经开发出了一批通用和专用的有限元软件。

ANSYS是当前国际上流行的有限元分析软件，广泛地应用于各行各业，是一种通用程序，可以用它进行所有行业的几乎任何类型的有限元分析，如汽车、宇航、铁路、机械和电子等行业。

ANSYS软件将实体建模、系统组装、有限元前后处理、有限元求解和系统动态分析等集成一体，最大限度地满足工程设计分析的需要。

通过结合ANSYS软件，能高效准确地建立分析构件的三维实体模型，自动生成有限元网格，建立相应的约束及载荷工况，并自动进行有限元求解，对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出，对结构的动态特性作出评价。

它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模块。

汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。

驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。

由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。

驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。

整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。

但是由于其形状复杂，因此应力计算比较困难。

根据汽车设计理论，驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值，然后考虑一个安全系数来确定工作应力，这种设计方法有很多局限性。

基于ansys的减速器箱体有限元分析的开题报告一、选题背景和意义减速器箱体作为传动机械中的重要组成部分，其基本功能是保障动力传递和储存，以及保护机械设备不受外力干扰。

在实际工作中，减速器箱体不可避免地会受到很多内外部因素的影响，例如机械负载、震动、冲击等，这些因素都会对减速器箱体的安全可靠运行造成威胁。

因此，对减速器箱体的应力状态进行分析和优化设计显得尤为重要。

有限元分析技术是一种常用的分析和优化设计的方法，通过数值分析建立减速器箱体的有限元模型，并进行传递过程中的力和应力分析，在分析和优化设计减速器箱体时具有重要意义。

二、研究内容和方法本文选取减速器箱体为研究对象，采用有限元分析的方法，建立减速器箱体的有限元模型，计算箱体在工作过程中的应力状况，并对其进行优化设计。

具体研究内容包括以下几个方面：1. 利用三维建模软件对减速器箱体进行建模，确定箱体的几何形状和材料参数。

2. 基于有限元原理，在Ansys软件中建立减速器箱体的有限元模型，采用网格划分和节点自由度等方法对减速器箱体进行离散化处理。

3. 考虑减速器箱体的载荷情况，模拟减速器在工作中受到的力和应力，计算减速器箱体在传递过程中的应力状态。

4. 根据计算结果，对减速器箱体的结构进行优化设计，提高其承载能力和稳定性。

三、预期结果和价值本文预期取得以下成果：1. 建立减速器箱体的有限元分析模型，对其进行分析和计算，在计算结果的基础上对其结构进行优化设计，提高减速器箱体的承载能力和稳定性。

2. 提供一种新的方法和思路，通过有限元分析的技术，对减速器箱体进行精细化设计，避免传统设计方法中的盲目性和直觉性。

3. 为减速器箱体的实际工程应用提供有效的理论和技术基础，为减速器行业的进一步发展提供参考。

综上所述，本文将对减速器行业的发展和提高行业的技术水平具有一定的推动作用，能够提高工程设计的科学性和准确性，实现减速器箱体的高效、安全、稳定运行。