低速車后輪總成設(shè)計【全套含CAD圖紙、說明書】

文獻(xiàn)綜述 [摘要]：農(nóng)業(yè)機(jī)械化是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的前提和基礎(chǔ)。低速車作為農(nóng)資運輸所不可或缺的生產(chǎn)資料，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中扮演著極其重要的角色。本文通過對國內(nèi)外低速車驅(qū)動橋新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的分析、歸納，在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上得出自己的見解，并以此展開畢業(yè)設(shè)計后續(xù)工作。 關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械化、低速車、驅(qū)動橋 1. 引言 自 20 世紀(jì) 90 年代以來，我國低速車就進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期，在應(yīng)用技術(shù)的同時，不斷涌現(xiàn)出新的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品。同時，繼完成提高整機(jī)可靠性任務(wù)后， 技術(shù)發(fā)展的重點在于增加產(chǎn)品的電子信息技術(shù)含量和智能化程度，努力完善產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，改善駕駛?cè)藛T的工作條件，向節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展。 后輪總成（主要是驅(qū)動橋）作為低速車重要總成部分，位于傳動系的末端， 主要由主減速器、差速器、車輪傳動裝置、驅(qū)動橋殼、制動器組成，其基本功能是增大傳動轉(zhuǎn)矩，并合理分配給驅(qū)動輪，另外還要承受作用于路面和車架之間的力，它的結(jié)構(gòu)形式、合理性、可靠性及耐久性，對汽車性能和操作穩(wěn)定性有著直接的影響[ 1 ] ，因此對后輪總成的研究顯得尤為重要。 但由于與國內(nèi)外驅(qū)動橋技術(shù)發(fā)展有著巨大的差距，我們在模仿、逆向的基礎(chǔ)上很難掌握驅(qū)動橋技術(shù)的精髓，驅(qū)動橋在合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面亟待提高。低速汽車必須市場需求為導(dǎo)向，以科技進(jìn)步為動力，以開拓創(chuàng)新為主線，努力適應(yīng)“三農(nóng)”發(fā)展的需要，才能得到快速健康的發(fā)展【2 】。 2. 國外驅(qū)動橋發(fā)展及研究現(xiàn)狀 2.1 驅(qū)動橋技術(shù)現(xiàn)狀 2.1.1 模塊化技術(shù)的采用 模塊化設(shè)計是對在一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，然后通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的一種設(shè)計方法。 以DANA為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設(shè)計方法, 優(yōu)點是: 減少設(shè)計 及工裝制造的投入, 減少了零件種類, 提高規(guī)模生產(chǎn)程度, 降低制造費用, 提 高市場響應(yīng)速度等。至今，模塊化已發(fā)展?jié)u趨成熟，成為汽車主要的生產(chǎn)方式。 2.1.2 模態(tài)分析 模態(tài)分析是對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動分析研究的最先進(jìn)的現(xiàn)代方法與手段之一。它可以定義為對結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的解析分析(有限元分析)和實驗分析(實驗?zāi)B(tài)分析)，其結(jié)構(gòu)動態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。模態(tài)分析技術(shù)的特點與優(yōu)點是在對系統(tǒng)做動力學(xué)分析時，用模態(tài)坐標(biāo)代替物理學(xué)坐標(biāo)，從而可大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目，分析精度較高。 驅(qū)動橋的振動特性不但直接影響其本身的強度，而且對整車的舒適性和平順性有著至關(guān)重要的影響。因此，對驅(qū)動橋進(jìn)行模態(tài)分析，掌握和改善其振動特性， 是設(shè)計中的重要方面[ 3 ] 。 2.1.3 配置高性能制動器的驅(qū)動橋技術(shù) 在世界各國的生機(jī)產(chǎn)品中, 已出現(xiàn)了自循環(huán)冷卻功能的濕式制動器橋、帶散熱風(fēng)送的盤式制動器橋、適于ABS的蹄、鼓式和盤式制動器橋、帶自動補償間隙的盤式制動器等配置高性能制動器橋, 同時制動器的布置位置也出現(xiàn)了從橋臂處分別向橋包總成和輪邊端部轉(zhuǎn)移的趨勢。前種處理方式易于散熱, 后種處理方式為了降低成本, 甚至有廠商把制動器的殼體與橋殼鑄為一體, 既易于散熱，又利于降低材料成本, 但這對鑄造技術(shù)、鑄造精度和加工精度都提出了極高的要求 [ 4 ] 。 3、國內(nèi)驅(qū)動橋技術(shù)研究水平 3.1 國內(nèi)驅(qū)動橋技術(shù)現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)生產(chǎn)驅(qū)動橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質(zhì)量基本上能夠滿足國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械的使用需求，呈現(xiàn)了明顯的產(chǎn)業(yè)特點：由進(jìn)口國外產(chǎn)品向國產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端產(chǎn)品向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進(jìn)國外技術(shù)向自主研發(fā)發(fā)展。在技術(shù)方面，通過不斷提高自身鑄鍛造技術(shù)及工藝水平來保證研發(fā)產(chǎn)品制造質(zhì)量；通過利用先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計輔助手段來達(dá)到設(shè)計優(yōu)化的目的；通過不斷學(xué)習(xí)吸收國外先進(jìn)的技術(shù)逐步實現(xiàn)技術(shù)與國際接軌的目標(biāo)，從而提高產(chǎn)品的核心競爭力；通過運用先進(jìn)的技術(shù)及方法來提高 產(chǎn)品的性能，滿足市場需求，推進(jìn)機(jī)電一體化進(jìn)程。目前國內(nèi)驅(qū)動橋生產(chǎn)廠家分為四種類型。 一是與國際知名品牌廠家合作，利用國內(nèi)本土資源優(yōu)勢及國外先進(jìn)的技術(shù)支持生產(chǎn)。如 1995 年柳工與德國采埃孚公司在柳州建立的合資公司，除生產(chǎn)采埃孚高技術(shù)水平雙變外，還生產(chǎn)采埃孚高技術(shù)水平驅(qū)動橋，供中國高技術(shù)及出口裝載機(jī)、平地機(jī)等配套，為中國高技術(shù)水平驅(qū)動橋技術(shù)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。成工引進(jìn)了卡特三節(jié)式濕式橋的樣機(jī)，成功開發(fā)了成工的三節(jié)式系列濕式橋，已批量推向了市場。徐州美馳車橋有限公司是由美國的阿文美馳公司和徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司共同投資的合資公司，公司投資總額 2408.7 萬美元，注冊資本 1680.3 萬美元，其中美方股比為 60%、中方為 40%，擁有員工 1000 多人，其中 工程技術(shù)人員 100 多人，主要產(chǎn)品包括各種輪式車輛用剛性橋、從動橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向貫通驅(qū)動橋、貫通橋。 二是通過引進(jìn)國外先進(jìn)的技術(shù)，依托本土的環(huán)境優(yōu)勢建立的民族企業(yè)，占據(jù)著國內(nèi)市場的大部份額。如引進(jìn)意大利菲亞特技術(shù)、依托于中國一拖旗下的一拖 （洛陽）開創(chuàng)裝備科技有限公司就是典型的代表。其農(nóng)機(jī)驅(qū)動橋產(chǎn)品已從 16 馬力覆蓋至 200 馬力，所生產(chǎn)的 80~160 馬力驅(qū)動橋在市場上占據(jù)著主導(dǎo)地位，有“中國第一橋”的美譽。此外，山東的前進(jìn)橋廠、煙臺捷林達(dá)橋廠以及新昌齒輪箱廠也在不斷借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，推動國產(chǎn)驅(qū)動橋的發(fā)展。 三是一些主機(jī)廠家根據(jù)自身需要，利用自身資源自產(chǎn)自用，也是國產(chǎn)驅(qū)動橋的一種發(fā)展模式。比如常發(fā)集團(tuán)生產(chǎn)的中小馬力拖拉機(jī)上用的驅(qū)動橋就是典型的生產(chǎn)自用型。此外，龍工、徐工等工程機(jī)械廠家也生產(chǎn)自己整機(jī)上所用的驅(qū)動橋， 但這種模式僅為自給自足，很難滿足外部市場需求。 四是國際知名品牌傳動系生產(chǎn)商進(jìn)軍中國市場，成立的獨資企業(yè)。如卡拉羅青島公司、德納在無錫的工廠以及 EME 在陜西成立的銷售公司等。由于剛剛進(jìn)駐中國市場，暫時還處于競爭上的劣勢，還無法對本土企業(yè)造成太大的威脅，但隨著國際交流日趨密切，這些企業(yè)最終必將成為民族產(chǎn)業(yè)不可小視的競爭對手。[5] 3.2 國內(nèi)驅(qū)動橋設(shè)計方法 傳統(tǒng)設(shè)計是以生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，以運用力學(xué)、數(shù)學(xué)和回歸方法形成的公式、圖表、手冊等為依據(jù)進(jìn)行的。 3.2.1 驅(qū)動橋殼常規(guī)設(shè)計方法 早期驅(qū)動橋殼設(shè)計通常采用設(shè)計和試驗交叉進(jìn)行。在驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)定型之前往往經(jīng)過多輪設(shè)計，設(shè)計面對的對象是實物，需要經(jīng)過樣品試制-試驗-修改-再設(shè)計的往復(fù)，這種方式不可避免地導(dǎo)致整個設(shè)計周過期長，造成人力、物力和財力資源的嚴(yán)重浪費。隨著設(shè)計經(jīng)驗的積累，人們將計算技術(shù)應(yīng)用于汽車驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)性能的分析及設(shè)計中。初期的驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)性能計算是通汽車驅(qū)動橋殼優(yōu)化設(shè)計過將驅(qū)動橋殼簡化成單根縱梁，進(jìn)行彎曲強度校核。這種計算方法至今還在沿用，但它顯然滿足不了汽車驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計要求。 后來提出的驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)強度計算方法，只能計算純扭轉(zhuǎn)工況，不能考慮驅(qū)動橋殼的實際工況，而且，計算比較復(fù)雜，工作量大，在實際運用中存在著很大的困難。再后來，人們將比較設(shè)計的思想應(yīng)用于驅(qū)動橋殼設(shè)計中。這種設(shè)計方法是以同一類型的成熟樣車為參考來進(jìn)行驅(qū)動橋殼的設(shè)計，目前依然是驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)初步設(shè)計的主要方法。但是，這種方法可能造成驅(qū)動橋殼各處材質(zhì)不均勻， 某些局部強度富裕較大，產(chǎn)生材料浪費等現(xiàn)象[ 6 ] 。 3.2.2 弧齒錐齒加工方法 傳統(tǒng)的Gleason 技術(shù)[7] 是以“局部共軛原理”為基礎(chǔ)的。首先切出大輪齒面, 然后選取一個計算參考點,求出與大輪齒面做線接觸的小輪齒面在參考點處的位置、法向量以及法曲率等一階、二階接觸參數(shù),然后根據(jù)要求修正小輪齒面在參考點處的法曲率,并以此為基礎(chǔ)來確定小輪切齒調(diào)整參數(shù)。由此可見,修正小輪齒面在參考點處的法曲率是弧齒錐齒輪與準(zhǔn)雙曲面齒輪技術(shù)的關(guān)鍵和難點,并且修正后的齒面嚙合性能只能通過試切滾檢或通過仿真分析后才能知道。因此,為了得到滿意的嚙合性能往往需要反復(fù)多次,且需要經(jīng)驗的積累。目前國內(nèi)的齒輪加工企業(yè)大都采用這種加工方式，但也有更先進(jìn)技術(shù)的使用如綦江齒輪廠引進(jìn)的洛克威爾單級橋齒輪技術(shù)，采用特殊的“HYPOID GENEROID”錐齒輪傳動，該齒輪運用了計算機(jī)輔助設(shè)計與制造技術(shù)，運轉(zhuǎn)時有較多對齒同時嚙合，強度高、噪音小、壽命長。 4、 驅(qū)動橋關(guān)鍵技術(shù)及先進(jìn)開發(fā)模式 4.1 驅(qū)動橋殼有限元分析法 20 世紀(jì) 60 年代以來，由于電子計算機(jī)的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應(yīng)用。有限元法不需要對所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的簡化，既可以考慮各種計算要求和條件，也可以計算各種工況，而且計算精度高。有限元法將具有無限個自由度的連續(xù)體離散為有限個自由度的單元集合體，使問題簡化為適合于數(shù)值解法的問題。只要確定了單元的力學(xué)特性，就可以按照結(jié)構(gòu)分析的方法求解，使分析過程大為簡化，配以計算機(jī)就可以解決許多解析法無法解決的復(fù)雜工程問題 [8] 。目前，有限元法己經(jīng)成為求解數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)以及工程問題的一種有效的 數(shù)值方法，也為驅(qū)動橋殼設(shè)計提供了強有力的工具。 4.2 驅(qū)動橋的參數(shù)化設(shè)計 參數(shù)化設(shè)計(Parametrie)(也叫尺寸驅(qū)動 Dimension-Driven)是指設(shè)計對象模型的尺寸用變量及其關(guān)系表示，而不需要確定具體數(shù)值[9] ，是 CAD 技術(shù)在實際應(yīng)用中提出的課題，它不僅可使 CAD 系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。目前它是 CAD 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一個重要的、且待進(jìn)一步研究的課題。利用參數(shù)化設(shè)計手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)，可使設(shè)計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設(shè)計速度，并減少信息的存儲量。 4.3 并行工程開發(fā)模式在驅(qū)動橋設(shè)計中的應(yīng)用 汽車零部件已在國內(nèi)甚至全球范圍內(nèi)展開了劇烈的競爭，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計時間、降低成本、提升質(zhì)量、提高市場競爭力，日益成為汽車零部件制造企業(yè)考慮的首要問題。并行工程(CE，Concurrent Engineering)[ 10] 作為現(xiàn)代的，先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)模式，是解決上述問題的一種好辦法。并行工程的關(guān)鍵是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程實行集成的并行設(shè)計、面向制造與裝配的設(shè)計(DFMA，Design For Manufacturing And Assembly)[1 1 ]~[13]是并行工程的重要內(nèi)容。 由此可見，現(xiàn)代汽車零部件設(shè)計已不再是單一的機(jī)械設(shè)計，而正在成為需綜合運用多方面的基礎(chǔ)理論、技術(shù)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和許多當(dāng)代技術(shù)成就而進(jìn)一種交叉學(xué)科的現(xiàn)代化設(shè)計。 5、未來驅(qū)動橋 智能化控制系統(tǒng)已經(jīng)在汽車業(yè)得到了快速發(fā)展，如，現(xiàn)代汽車上使用的ABS(制動防抱死控制)、ESC（電子穩(wěn)定控制裝置）、ASR（驅(qū)動力控制系統(tǒng)）等系 統(tǒng)。ASR 通過控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和汽車的制動系統(tǒng)等手段來控制驅(qū)動力，即在汽車起步，加速時減少驅(qū)動力,防止驅(qū)動力超過輪胎與路面的附著力而導(dǎo)致車輪空轉(zhuǎn)打滑，保持最佳的驅(qū)動力,改善汽車的方向穩(wěn)定性和操縱性。 另外，汽車電子控制系統(tǒng)和總線驅(qū)動系統(tǒng)的迅速發(fā)展，如線控?fù)Q擋、線控轉(zhuǎn)向、線控制動等的研究開發(fā)。AUTOnomy 概念車底盤—滑板結(jié)構(gòu)就是 SKF 線控制、燃料電池驅(qū)動的，加上不同形狀車身的轎車，現(xiàn)在已經(jīng)開始啟動，通用公司宣傳Dring the Hy-wire，這種車有可能在未來 10 年上市。當(dāng)線控這一目標(biāo)實現(xiàn)時， 汽車將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)動機(jī)、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向機(jī)全都不見了，當(dāng)然四個輪子還是要的。到那時，汽車就可以說是一臺裝在輪子上的計算機(jī)了[14]。 6. 小結(jié) 結(jié)合國內(nèi)外低速車相關(guān)技術(shù)的技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀，可以預(yù)測，未來低速車發(fā)展有以下趨勢： 1. 系列化、大型化。由于產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短，特點是科技含量高， 研制與生產(chǎn)周期較長，投資大，而市場容量有限，市場競爭激烈，特別是我國處于發(fā)展的中期，仍與國外先進(jìn)產(chǎn)品有一定差距。這是對我國汽車制造業(yè)的考驗和機(jī)遇。 2. 微電子技術(shù)、信息技術(shù)的普及和應(yīng)用。 3. 節(jié)能與環(huán)保。為提高產(chǎn)品的節(jié)能效果和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，我國低速車制造公司應(yīng)主要從降低發(fā)動機(jī)排放、提高液壓系統(tǒng)的效率和減振、降噪等方面入手。 4. 強調(diào)以人為本。歸根到底，車是為人而造的，為司機(jī)創(chuàng)造一個更加舒適的環(huán)境無可厚非，應(yīng)充分利用人機(jī)工程學(xué)知識設(shè)計汽車相關(guān)產(chǎn)品。如擦用防塵、減振和隔音材料，設(shè)計可調(diào)節(jié)司機(jī)座椅，安裝翻車保護(hù)機(jī)構(gòu)和落物撞擊保護(hù)機(jī)構(gòu)等。 5. 計算機(jī)管理及故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控及整機(jī)智能化。如安裝可以集成顯示并監(jiān)控發(fā)動機(jī)燃油液面高度、冷卻水溫、變速器和液壓油溫等，并具備故障診斷能力，可以向司機(jī)發(fā)出預(yù)警，從而防患于未然。 6. 優(yōu)秀的設(shè)計。優(yōu)秀的設(shè)計是延長機(jī)械使用壽命的首要環(huán)節(jié)，設(shè)計過程中均衡考慮汽車的維修性能和保障性能的平衡。即降低機(jī)械表面的接觸應(yīng)力，如發(fā)動 機(jī)活塞高位活塞環(huán)的設(shè)計；水套的高位冷卻；傳動系統(tǒng)選用螺旋齒代替漸開線齒， 增加重迭系數(shù)；為減少熱量，采用濕式離合器、濕式制動器等。設(shè)計時，努力改善機(jī)械的維修性可延長機(jī)械壽命。 即使，國內(nèi)驅(qū)動橋發(fā)展前景一片光明，但我們?nèi)砸庾R到與國外先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的差距，我國驅(qū)動橋的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。隨著技術(shù)發(fā)展由機(jī)械到電子的轉(zhuǎn)變， 我們既要學(xué)習(xí)傳統(tǒng)技術(shù)中的精華，又要緊跟時代步伐，掌握CAD、CAE技術(shù)，在已有的基礎(chǔ)上改革企業(yè)體制，增加科技創(chuàng)新投入，才能謀求長遠(yuǎn)發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： ［1］ 劉惟信 編著.驅(qū)動橋(汽車設(shè)計從書)[M]．北京：人民交通出版式社，1987 ［2］ 許蘭穎 略論國外拖拉機(jī)的新技術(shù)和發(fā)展趨勢[J].中國商界.2010 年 9 月第 206 期。 ［3］ 王聰興 馮茂林 現(xiàn)代設(shè)計方法在驅(qū)動橋設(shè)計中的應(yīng)用[J]．公路與汽運2004/8 第 4 期 ［4］ 天工 驅(qū)動橋產(chǎn)品設(shè)計制造出現(xiàn)新變化[J].中國交通報.2001/12/3 (7) ［5］ 楊秀峰 國內(nèi)驅(qū)動橋發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國縣域經(jīng)濟(jì)報 2010/8/19 第 64 期 ［6］ 王亮 汽車驅(qū)動橋殼優(yōu)化設(shè)計[D].河北工業(yè)大學(xué)，2006 ［7］ 曾韜 螺旋錐齒輪設(shè)計與加工[M].哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1989 ［8］ 朱加銘，歐貴寶，何蘊增 有限元與邊界元法.哈爾濱.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2002.1.9 ［9］ 蔡青、高光蠢編著，CADC/AM 系統(tǒng)的可視化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化(第一版)[M]. 西安.西北工業(yè)大學(xué)出版社，1996 ［10］ 李夢群、武文革、孫厚芳 21 世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)[J]，機(jī)械設(shè)計與制造， 2003 ［11］ 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