低速車后輪總成設計【全套含CAD圖紙、說明書】

文獻綜述 [摘要]：農業(yè)機械化是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代農業(yè)的前提和基礎。低速車作為農資運輸所不可或缺的生產資料，在農業(yè)發(fā)展中扮演著極其重要的角色。本文通過對國內外低速車驅動橋新技術、新結構的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的分析、歸納，在學習的基礎上得出自己的見解，并以此展開畢業(yè)設計后續(xù)工作。 關鍵詞：農業(yè)機械化、低速車、驅動橋 1. 引言 自 20 世紀 90 年代以來，我國低速車就進入了一個新的發(fā)展時期，在應用技術的同時，不斷涌現(xiàn)出新的結構和產品。同時，繼完成提高整機可靠性任務后， 技術發(fā)展的重點在于增加產品的電子信息技術含量和智能化程度，努力完善產品的標準化、系列化和通用化，改善駕駛人員的工作條件，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、驅動橋殼、制動器組成，其基本功能是增大傳動轉矩，并合理分配給驅動輪，另外還要承受作用于路面和車架之間的力，它的結構形式、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。 但由于與國內外驅動橋技術發(fā)展有著巨大的差距，我們在模仿、逆向的基礎上很難掌握驅動橋技術的精髓，驅動橋在合理性、可靠性和經(jīng)濟性方面亟待提高。低速汽車必須市場需求為導向，以科技進步為動力，以開拓創(chuàng)新為主線，努力適應“三農”發(fā)展的需要，才能得到快速健康的發(fā)展【2 】。 2. 國外驅動橋發(fā)展及研究現(xiàn)狀 2.1 驅動橋技術現(xiàn)狀 2.1.1 模塊化技術的采用 模塊化設計是對在一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機械產品進行功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列功能模塊，然后通過模塊的選擇和組合構成不同產品的一種設計方法。 以DANA為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設計方法, 優(yōu)點是: 減少設計 及工裝制造的投入, 減少了零件種類, 提高規(guī)模生產程度, 降低制造費用, 提 高市場響應速度等。至今，模塊化已發(fā)展?jié)u趨成熟，成為汽車主要的生產方式。 2.1.2 模態(tài)分析 模態(tài)分析是對工程結構進行振動分析研究的最先進的現(xiàn)代方法與手段之一。它可以定義為對結構動態(tài)特性的解析分析(有限元分析)和實驗分析(實驗模態(tài)分析)，其結構動態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。模態(tài)分析技術的特點與優(yōu)點是在對系統(tǒng)做動力學分析時，用模態(tài)坐標代替物理學坐標，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重要的影響。因此，對驅動橋進行模態(tài)分析，掌握和改善其振動特性， 是設計中的重要方面[ 3 ] 。 2.1.3 配置高性能制動器的驅動橋技術 在世界各國的生機產品中, 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、鑄造精度和加工精度都提出了極高的要求 [ 4 ] 。 3、國內驅動橋技術研究水平 3.1 國內驅動橋技術現(xiàn)狀 目前，國內生產驅動橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質量基本上能夠滿足國產農業(yè)機械和工程機械的使用需求，呈現(xiàn)了明顯的產業(yè)特點：由進口國外產品向國產化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產業(yè)化發(fā)展，由低端產品向高端產品發(fā)展，由引進國外技術向自主研發(fā)發(fā)展。在技術方面，通過不斷提高自身鑄鍛造技術及工藝水平來保證研發(fā)產品制造質量；通過利用先進科學的設計輔助手段來達到設計優(yōu)化的目的；通過不斷學習吸收國外先進的技術逐步實現(xiàn)技術與國際接軌的目標，從而提高產品的核心競爭力；通過運用先進的技術及方法來提高 產品的性能，滿足市場需求，推進機電一體化進程。目前國內驅動橋生產廠家分為四種類型。 一是與國際知名品牌廠家合作，利用國內本土資源優(yōu)勢及國外先進的技術支持生產。如 1995 年柳工與德國采埃孚公司在柳州建立的合資公司，除生產采埃孚高技術水平雙變外，還生產采埃孚高技術水平驅動橋，供中國高技術及出口裝載機、平地機等配套，為中國高技術水平驅動橋技術的發(fā)展起到了促進作用。成工引進了卡特三節(jié)式濕式橋的樣機，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械集團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 工程技術人員 100 多人，主要產品包括各種輪式車輛用剛性橋、從動橋、轉向驅動橋、轉向貫通驅動橋、貫通橋。 二是通過引進國外先進的技術，依托本土的環(huán)境優(yōu)勢建立的民族企業(yè)，占據(jù)著國內市場的大部份額。如引進意大利菲亞特技術、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。其農機驅動橋產品已從 16 馬力覆蓋至 200 馬力，所生產的 80~160 馬力驅動橋在市場上占據(jù)著主導地位，有“中國第一橋”的美譽。此外，山東的前進橋廠、煙臺捷林達橋廠以及新昌齒輪箱廠也在不斷借鑒國內外先進的技術，推動國產驅動橋的發(fā)展。 三是一些主機廠家根據(jù)自身需要，利用自身資源自產自用，也是國產驅動橋的一種發(fā)展模式。比如常發(fā)集團生產的中小馬力拖拉機上用的驅動橋就是典型的生產自用型。此外，龍工、徐工等工程機械廠家也生產自己整機上所用的驅動橋， 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商進軍中國市場，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業(yè)不可小視的競爭對手。[5] 3.2 國內驅動橋設計方法 傳統(tǒng)設計是以生產經(jīng)驗為基礎，以運用力學、數(shù)學和回歸方法形成的公式、圖表、手冊等為依據(jù)進行的。 3.2.1 驅動橋殼常規(guī)設計方法 早期驅動橋殼設計通常采用設計和試驗交叉進行。在驅動橋殼結構定型之前往往經(jīng)過多輪設計，設計面對的對象是實物，需要經(jīng)過樣品試制-試驗-修改-再設計的往復，這種方式不可避免地導致整個設計周過期長，造成人力、物力和財力資源的嚴重浪費。隨著設計經(jīng)驗的積累，人們將計算技術應用于汽車驅動橋殼結構性能的分析及設計中。初期的驅動橋殼結構性能計算是通汽車驅動橋殼優(yōu)化設計過將驅動橋殼簡化成單根縱梁，進行彎曲強度校核。這種計算方法至今還在沿用，但它顯然滿足不了汽車驅動橋殼結構性能的設計要求。 后來提出的驅動橋殼結構扭轉強度計算方法，只能計算純扭轉工況，不能考慮驅動橋殼的實際工況，而且，計算比較復雜，工作量大，在實際運用中存在著很大的困難。再后來，人們將比較設計的思想應用于驅動橋殼設計中。這種設計方法是以同一類型的成熟樣車為參考來進行驅動橋殼的設計，目前依然是驅動橋殼結構初步設計的主要方法。但是，這種方法可能造成驅動橋殼各處材質不均勻， 某些局部強度富裕較大，產生材料浪費等現(xiàn)象[ 6 ] 。 3.2.2 弧齒錐齒加工方法 傳統(tǒng)的Gleason 技術[7] 是以“局部共軛原理”為基礎的。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,并以此為基礎來確定小輪切齒調整參數(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雙曲面齒輪技術的關鍵和難點,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多次,且需要經(jīng)驗的積累。目前國內的齒輪加工企業(yè)大都采用這種加工方式，但也有更先進技術的使用如綦江齒輪廠引進的洛克威爾單級橋齒輪技術，采用特殊的“HYPOID GENEROID”錐齒輪傳動，該齒輪運用了計算機輔助設計與制造技術，運轉時有較多對齒同時嚙合，強度高、噪音小、壽命長。 4、 驅動橋關鍵技術及先進開發(fā)模式 4.1 驅動橋殼有限元分析法 20 世紀 60 年代以來，由于電子計算機的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應用。有限元法不需要對所分析的結構進行嚴格的簡化，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特性，就可以按照結構分析的方法求解，使分析過程大為簡化，配以計算機就可以解決許多解析法無法解決的復雜工程問題 [8] 。目前，有限元法己經(jīng)成為求解數(shù)學、物理、力學以及工程問題的一種有效的 數(shù)值方法，也為驅動橋殼設計提供了強有力的工具。 4.2 驅動橋的參數(shù)化設計 參數(shù)化設計(Parametrie)(也叫尺寸驅動 Dimension-Driven)是指設計對象模型的尺寸用變量及其關系表示，而不需要確定具體數(shù)值[9] ，是 CAD 技術在實際應用中提出的課題，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 技術應用領域內的一個重要的、且待進一步研究的課題。利用參數(shù)化設計手段開發(fā)的專用產品設計系統(tǒng)，可使設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)模式在驅動橋設計中的應用 汽車零部件已在國內甚至全球范圍內展開了劇烈的競爭，縮短新產品的設計時間、降低成本、提升質量、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，先進的產品設計開發(fā)模式，是解決上述問題的一種好辦法。并行工程的關鍵是對產品及其相關過程實行集成的并行設計、面向制造與裝配的設計(DFMA，Design For Manufacturing And Assembly)[1 1 ]~[13]是并行工程的重要內容。 由此可見，現(xiàn)代汽車零部件設計已不再是單一的機械設計，而正在成為需綜合運用多方面的基礎理論、技術基礎理論、專業(yè)知識和許多當代技術成就而進一種交叉學科的現(xiàn)代化設計。 5、未來驅動橋 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（驅動力控制系統(tǒng)）等系 統(tǒng)。ASR 通過控制發(fā)動機轉矩和汽車的制動系統(tǒng)等手段來控制驅動力，即在汽車起步，加速時減少驅動力,防止驅動力超過輪胎與路面的附著力而導致車輪空轉打滑，保持最佳的驅動力,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)和總線驅動系統(tǒng)的迅速發(fā)展，如線控換擋、線控轉向、線控制動等的研究開發(fā)。AUTOnomy 概念車底盤—滑板結構就是 SKF 線控制、燃料電池驅動的，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。當線控這一目標實現(xiàn)時， 汽車將是一種完全的高新技術產品，發(fā)動機、變速器、傳動軸、驅動橋、轉向機全都不見了，當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了[14]。 6. 小結 結合國內外低速車相關技術的技術及發(fā)展現(xiàn)狀，可以預測，未來低速車發(fā)展有以下趨勢： 1. 系列化、大型化。由于產品更新?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，仍與國外先進產品有一定差距。這是對我國汽車制造業(yè)的考驗和機遇。 2. 微電子技術、信息技術的普及和應用。 3. 節(jié)能與環(huán)保。為提高產品的節(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主要從降低發(fā)動機排放、提高液壓系統(tǒng)的效率和減振、降噪等方面入手。 4. 強調以人為本。歸根到底，車是為人而造的，為司機創(chuàng)造一個更加舒適的環(huán)境無可厚非，應充分利用人機工程學知識設計汽車相關產品。如擦用防塵、減振和隔音材料，設計可調節(jié)司機座椅，安裝翻車保護機構和落物撞擊保護機構等。 5. 計算機管理及故障診斷、遠程監(jiān)控及整機智能化。如安裝可以集成顯示并監(jiān)控發(fā)動機燃油液面高度、冷卻水溫、變速器和液壓油溫等，并具備故障診斷能力，可以向司機發(fā)出預警，從而防患于未然。 6. 優(yōu)秀的設計。優(yōu)秀的設計是延長機械使用壽命的首要環(huán)節(jié)，設計過程中均衡考慮汽車的維修性能和保障性能的平衡。即降低機械表面的接觸應力，如發(fā)動 機活塞高位活塞環(huán)的設計；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。設計時，努力改善機械的維修性可延長機械壽命。 即使，國內驅動橋發(fā)展前景一片光明，但我們仍要意識到與國外先進生產技術的差距，我國驅動橋的發(fā)展任重而道遠。隨著技術發(fā)展由機械到電子的轉變， 我們既要學習傳統(tǒng)技術中的精華，又要緊跟時代步伐，掌握CAD、CAE技術，在已有的基礎上改革企業(yè)體制，增加科技創(chuàng)新投入，才能謀求長遠發(fā)展。 參考文獻： ［1］ 劉惟信 編著.驅動橋(汽車設計從書)[M]．北京：人民交通出版式社，1987 ［2］ 許蘭穎 略論國外拖拉機的新技術和發(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)代設計方法在驅動橋設計中的應用[J]．公路與汽運2004/8 第 4 期 ［4］ 天工 驅動橋產品設計制造出現(xiàn)新變化[J].中國交通報.2001/12/3 (7) ［5］ 楊秀峰 國內驅動橋發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國縣域經(jīng)濟報 2010/8/19 第 64 期 ［6］ 王亮 汽車驅動橋殼優(yōu)化設計[D].河北工業(yè)大學，2006 ［7］ 曾韜 螺旋錐齒輪設計與加工[M].哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學出版社,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)絡化(第一版)[M]. 西安.西北工業(yè)大學出版社，1996 ［10］ 李夢群、武文革、孫厚芳 21 世紀機械制造業(yè)[J]，機械設計與制造， 2003 ［11］ Shad Dowlaststshhai.A comparison of Approach to concurrent Engineering．Adv．Mnauf Tech，1994 ［12］ G.Boothroyd and PDewhurst，Porduct Design for Manufacture and Assembly，Meeh，Erg，1992 ［13］ Joseph Constanse ， DFMA leaming to Design for Manufacture and Assembly，Meeh，Erg，1992 ［14］ 張興業(yè) 汽車電子信息技術狀況及趨勢[J].科學時報.2005/9/14 (B3)