CATIA轿车齿轮的参数化设计和有限元分析(2)

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5.4 有限元分析 .. 39

结论 . 42

致谢 . 43

参考文献 .. 44
1 绪论 1.1 课题研究的背景及意义近年来，汽车工业快速发展。规模越大的汽车零部件生产商，自主开发能力显得越为重要。因此，各大汽车零部件生产商不断引进新技术，以维持市场上强势的竞争力。差速器作为传动系统的主要部件之一，主要安装在驱动桥内。车辆的通过性能、转向性能和可靠性能受差速器的影响较大，因素包括差速器各个构件的强度以及力矩的分配。国内大多车桥制造企业没有自己的研发系统，一些企业从下一级零部件厂商直接采购差速器齿轮、壳体和其他构件来组装总成；另一些企业只能按照合作的主机厂给定的图纸进行生产。由于技术为主机厂所有，其产品难以得到长足的发展，车桥企业受囿于此，难于主动开发其他产品，这样不仅降低了企业的利润也限制了自身的发展。西方的差速器研究走在世界前沿，我国现有的差速器技术也是得益于新技术的引进，吸收和发展。虽然说目前我国有了一定的差速器制造规模，但是研发新技术、新产品的能力仍然很欠缺，这就成了我国整车新车研发的软肋之一。正是在这种背景下，我国很多的研究员正在努力奋斗着，在差速器的技术开发之路上踽踽而行。
1.2 差速器齿轮的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多[2]。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[3]，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[4]。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作用的问题和转矩较大时不能自动将差速器锁死的问题[5]。源]自{751·~论\文}网·www.751com.cn/ 人们对差速器的原理比较好理解，但是要将其完整地设计出来，并且又要能够满足实际的需求，这就需要做很多的工作了。近年来，大量的研究员和学者投入到了对差速器研究的工作中。四川大学的李建超等人对差速器的理论设计做了比较完备的阐述。主要讲述了差速器的类型，几何结构，工作原理。并且给出了差速器设计所需的计算公式，为差速器的设计提供了有益的参考[6]。吉林大学的文立阁等人利用背锥面与球面几乎重合的背锥原理，近似地用背锥面上的齿廓来代替锥齿轮大端的球面齿廓。通过在背锥展开面上用参数方程的方法绘制出平面渐开线并将之代替球面渐开线。因此这是对直齿锥齿轮球面渐开线进行的近似模拟，最后运用齿顶锥体与齿槽实体的布尔差运算完成了直齿锥齿轮参数化设计的任务[7]。南京理工大学的刘飞基于 UG 软件系统，也利用背锥原理对直齿锥齿轮进行了参数化建模，并用 UG 软件自带的二次开发模块，对直齿锥齿轮的参数化建模过程进行了二次开发，建立参数输入菜单和窗口，只需输入差速器设计的基本参数即可自动生成相匹配的差速器齿轮模型[8]。华中科技大学的陈霞等人在 UG 平台上，运用直齿锥齿轮的啮合原理，提出了一种新方法，即直齿锥齿轮扫描成型法。该方法的步骤为：首先画出球面渐开线，接下来利用 UG 的扫描功能画出齿廓曲面，然后将齿廓曲面缝合以生成单个的轮齿实体，最后采用圆周阵列和布尔运算得到完整的直齿锥齿轮模型。该方法实现了对差速器直齿圆锥齿轮三维参数化的精确建模[9]。武汉理工大学的黄海浪，在 UG 软件的平台上完成了差速器直齿锥齿轮的精确参数化设计，同时也编写了一个二次开发程序。他的具体的方法是利用 UG 的规则曲线功能输入参数化的球面渐开线方程，这个步骤对生成单齿齿槽至关重要。将建好的参数化齿坯模型与齿槽进行求差的拓扑运算，即生成了差速器齿轮。他还利用大型有限元分析软件ANSYS 对行星齿轮和半轴齿轮进行了静态的应力分析和动态的接触分析。对齿轮施加约束和一定的载荷，可以从应力云图中读出齿根弯曲应力和齿面接触应力，这个方法可以真实地再现差速器的工况，为差速器齿轮的修缘和差速器的全局设计提供了参考[10]。