1、第24卷第3期2009年9月安 徽 工 程 科 技 學(xué) 院 學(xué) 報文章編號:1672 2477(2009)03 0021 04汽車驅(qū)動橋總成結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維建模與虛擬裝配研究錢 斌,朱順利12(1.安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽蕪湖 241000;2.安徽工程科技學(xué)院先進數(shù)控和伺服驅(qū)動技術(shù)安徽省重點實驗室,安徽蕪湖 241000)摘要:簡述了依據(jù)汽車設(shè)計規(guī)范和相關(guān)設(shè)計理論對驅(qū)動橋各零件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要思路.給出了在Pro/Engineer軟件中基于特征創(chuàng)建驅(qū)動橋各零件三維模型的思路與結(jié)果.闡述了建立驅(qū)動橋三維裝配模型的方法和主要步驟.驅(qū)動橋各零件三維精確建模有助于提高其零件的數(shù)控加工精度,三維虛擬

2、裝配則有助于及時發(fā)現(xiàn)和解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題,從而縮短驅(qū)動橋產(chǎn)品的研發(fā)周期,降低設(shè)計成本.關(guān) 鍵 詞:驅(qū)動橋;結(jié)構(gòu)設(shè)計;特征;三維建模;虛擬裝配;干涉檢查中圖分類號:TH12 文獻標識碼:A汽車懸架結(jié)構(gòu)型式有獨立式和非獨立式之分,與此相應(yīng),汽車驅(qū)動橋可分為斷開式和整體式兩類,后者為絕大多數(shù)商用貨車常用的驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)型式.其主要組成有主減速器、差速器、驅(qū)動橋殼等.驅(qū)動橋總成既能減速增扭,又能使兩側(cè)車輪在汽車轉(zhuǎn)向時適應(yīng)路面要求保持純滾,還能承受作用于路面和車架或車廂之間的垂直力、縱向力和橫向力以及制動力矩等,因此是汽車重要總成之一1 5.汽車驅(qū)動橋總成的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計采用二維系統(tǒng),缺點是零件的結(jié)構(gòu)形狀不

3、能靈活改變,同時,零部件之間的裝配關(guān)系通過二維裝配圖表達使設(shè)計人員只能由二維圖想象零部件的三維安裝定位情況,實際裝配中若產(chǎn)品的設(shè)計有誤差而無法進行準確的裝配時,往往會導(dǎo)致產(chǎn)品的重新設(shè)計,使開發(fā)周期延長,開發(fā)成本增加6.參數(shù)化設(shè)計是一種使用參數(shù)快速構(gòu)造和修改幾何模型的造型方法7 8,本文在驅(qū)動橋總成結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后,基于Pro/Engineer軟件平臺,先將參數(shù)化技術(shù)引入驅(qū)動橋各零件三維建模設(shè)計中,又將已建立三維實體的各零部件進行虛擬裝配,其優(yōu)點是一旦發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象或存在尺寸問題,可隨時修改相關(guān)零件尺寸,且零件和裝配件的相關(guān)部分自動修改,并按比例自動重新生成,能真實反映零部件的實際形狀和相互位置關(guān)系

4、,便于確認修改結(jié)果.1 驅(qū)動橋總成結(jié)構(gòu)設(shè)計驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)設(shè)計是零部件三維建模的基礎(chǔ),必須綜合考慮匹配車型、動力總成特性參數(shù)、汽車通過性參數(shù)(如地隙)、平均路面條件以及汽車工況條件.(1)整體式驅(qū)動橋方案設(shè)計.需進一步確定主減速器級數(shù)及嚙合齒輪類型、差速器類型、驅(qū)動橋殼以及半軸的結(jié)構(gòu)方案等.在本文中,選定雙曲面齒輪一級減速主減速器,差速器采用對稱錐齒輪式,驅(qū)動橋殼采用整體式結(jié)構(gòu)方案,半軸采用全浮式結(jié)構(gòu)方案.(2)主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計.其內(nèi)容有:主要參數(shù),如主從動齒輪齒數(shù)、主從動齒輪齒面寬度、雙曲面齒輪副偏移距、中點螺旋角、螺旋方向等的選擇;主從動齒輪支承方案的選擇和軸承類型的選擇和校核計算;主從動齒輪材

5、料的選擇;主從動齒輪輪齒接觸強度和彎曲強度的計算與校核等.(3)差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計.一般需依據(jù)汽車設(shè)計規(guī)范,查閱設(shè)計公式圖表進行差速器齒輪(包括行星齒輪、半軸齒輪)基本參數(shù)(包括各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、行星齒輪安裝尺寸等)選擇,再進行差速器齒輪幾何尺寸計算與強度校核.由于行星齒輪在差速器工作中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用,僅在左、右車輪有轉(zhuǎn)速差時行星齒輪和半軸齒輪間才有相對滾動,故對差速器齒輪可不考慮其疲勞壽命,僅進行彎曲強度校核即收稿日期:2009 05 25 :,男,.(4)驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)設(shè)計.驅(qū)動橋殼的受力分析與強度計算,我國通常推薦將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡化為三種典型的計算工況,即: 汽車滿載以

6、較高車速在不平路面行駛受到?jīng)_擊載荷時,承受最大的垂直載荷工況; 汽車滿載傳遞最大牽引力或緊急制動承受最大制動力工況;!汽車滿載側(cè)滑承受最大側(cè)向力工況.在選定材料后,按上述三種典型工況,分別校核橋殼的強度,如無強度愈限,則該橋殼在汽車的各種行駛條件下是可靠的.(5)全浮式半軸結(jié)構(gòu)設(shè)計.全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩,其計算轉(zhuǎn)矩可按車輪附著力矩并考慮到汽車行駛中軸荷的轉(zhuǎn)移而引入負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)進行計算,在選定材料后,按照材料力學(xué)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力公式確定半軸直徑,并校核扭轉(zhuǎn)角即可.2 驅(qū)動橋各零件的三維實體建模驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后,使用各零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)在Pro/Engineer軟件中進行其三維實體精確建模,這項工作可為

7、驅(qū)動橋各零件數(shù)控加工等提供精確的模型信息.為便于表達,將驅(qū)動橋各零件分為齒輪類、軸類、殼體類、支承類、連接類等5類,其三維建模過程如下:(1)齒輪類零件,包括主減速器主從動齒輪、差速器行星齒輪、半軸齒輪等.在依據(jù)基本結(jié)構(gòu)參數(shù),如各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒輪安裝尺寸等進行各空間齒輪的三維實體建模時涉及Pro/Engineer中高級操作.是由于齒輪齒廓是復(fù)雜曲線漸開線,可以通過選取一定密度的漸開線數(shù)據(jù)點,來擬合輪齒漸開線,這種#自文件創(chuàng)立基準曲線方法建模精度不高.為給數(shù)控加工提供精確的模型信息,在主減速器主從動齒輪、行星齒輪和半軸齒輪的三維建模中,采用#自方程創(chuàng)立基準曲線的方式,即通過直接輸入漸

8、開線方程創(chuàng)建一個齒槽兩側(cè)漸開線,再利用混合特征(blend)生成該齒槽,最后,通過陣列特征(patterntool)完成全部齒輪齒廓的三維建模.(2)軸類零件,包括差速器行星齒輪軸、半軸、半軸套管等.因差速器行星齒輪軸、半軸套管的三維建模僅涉及Pro/Engineer的基本特征,操作相對簡單,其中半軸主體可先草繪軸截面然后再利用旋轉(zhuǎn)特征生成,半軸凸緣上的螺紋孔可利用孔特征生成,花鍵則可以在先生成一個花鍵齒齒形后用陣列特征完成.(3)殼體類零件,包括主減速器殼、差速器左右半殼、驅(qū)動橋殼等.可用拉伸、旋轉(zhuǎn)以及孔、筋、陣列和倒角等特征生成.(4)支承類零件,包括主減速器主從動齒輪支承軸承、差速器總成

9、支承軸承等.利用基本特征,如旋轉(zhuǎn)、陣列等容易生成其三維實體模型.(5)連接類零件,包括差速器軸承座固定螺釘、驅(qū)動橋殼后蓋固定螺釘?shù)?螺釘主體可使用拉伸和旋轉(zhuǎn)特征生成,螺紋則可使用螺旋掃描(HelicalSweep)特征生成.在以上齒輪類、軸類、殼體類、支承類、連接類零件建模過程中,可以通過Pro/Engineer軟件中的關(guān)系關(guān)聯(lián)各特征參數(shù),在選定各零件特征參數(shù)時,要注意分析零件特點,一般來說用三維軟件建模時所使用的特征,如拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒角、抽殼等所涉及的幾何參數(shù)就是零件特征參數(shù).3 驅(qū)動橋總成三維裝配模型的建立在Pro/Engineer環(huán)境中,建立差速器各零件的三維實體模型后,可定義各零部件之

10、間的裝配配合關(guān)系,()第3期錢 斌,等:汽車驅(qū)動橋總成結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維建模與虛擬裝配研究%23%成產(chǎn)品的裝配順序,形象地表達了產(chǎn)品、部件、零件之間的父子從屬關(guān)系,其層次結(jié)構(gòu)表達方法,可滿足人機交互裝配規(guī)劃和裝配過程仿真功能的要求.根據(jù)驅(qū)動橋總成中各零件三維模型結(jié)構(gòu)特點及其功能要求,可確定各零部件間的裝配約束關(guān)系.Pro/Engineer中提供了4種標準配合約束關(guān)系:(1)匹配(mate)或匹配偏距(mateoffset);(2)對齊(a lign)或?qū)R偏距(alignoffset);(3)定向(orient);(4)插入(insert).驅(qū)動橋總成三維裝配模型建立時,應(yīng)先建立部件,如各軸承總成

11、、差速器總成的三維裝配模型,驅(qū)動橋各部件總成裝配中主要用到匹配與對齊兩種約束關(guān)系.以差速器總成裝配為例,可利用將元件添加到組件等操作生成差速器總成裝配圖.在根據(jù)實際的裝配關(guān)系對差速器零件進行裝配時,應(yīng)注意進行零件之間干涉分析和檢驗,以便及時發(fā)現(xiàn)問題并更改零件結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù).利用Pro/Engineer中視圖/分解/分解視圖命令,完成裝配圖的初步分解,進一步可生成差速器總成爆炸視圖(見圖1).3.圖1 差速器總成爆炸圖圖2 驅(qū)動橋總成裝配過程圖圖3 驅(qū)動橋總成爆炸圖4 結(jié)論在建立汽車驅(qū)動橋各零件的三維實體模型時,應(yīng)注意將各零件分類,提煉出特征參數(shù),再通過Pro/Engineer軟件中的關(guān)系關(guān)聯(lián)各特

12、征參數(shù),可以得到各零部件參數(shù)化三維模型.將虛擬裝配技術(shù)引入驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)設(shè)計中,可以在設(shè)計階段及時發(fā)現(xiàn)并解決零部件裝配干涉等結(jié)構(gòu)設(shè)計問題,縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期,降低了設(shè)計成本.參考文獻:1 陳家瑞.汽車構(gòu)造:下冊M.北京:機械工業(yè)出版社,2005.2 汽車工程手冊編輯委員會編.汽車工程手冊:設(shè)計篇M.北京:人民交通出版社,2001.3 劉惟信.汽車設(shè)計M.北京:清華大學(xué)出版社,2001.4 劉惟信.汽車車橋設(shè)計M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.5 王望予.汽車設(shè)計M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.6 周爾民.機械產(chǎn)品虛擬裝配仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用J.機械傳動,2007,31(3):31 33.7

13、 炊海春.Pro/Engineer從零件到整機M.北京:人民郵電出版社,2003.8 黃圣杰.Pro/Engineer2001高級開發(fā)實例M.北京:電子工業(yè)出版社,2002.(下轉(zhuǎn)第36頁)%36%安 徽 工 程 科 技 學(xué) 院 學(xué) 報第24卷參考文獻:1 HHussein,SFarag,KKandil,etal.ToleranceanduptakeofheavymetalsbyPseudomonadsJ.ProcessBiochem.2005,40(2):955 961.2 Hlin,YChen,YLan,etal.BiosorptionofZn(&)andCu(&)bytheindigen

14、ousThiobacillusthiooxidansJ.Chem.Eng.J.,2004,97(2):195 201.3 JianZhongChen,XiancongTao,JunXu,etal.Biosorptionoflead,cadmiumandmercurybyimmobilizedMicrocystisaeruginosainacolumnJ.ProcessBiochem.,2005,40(12):3675 3679.4 王憲,徐魯榮,陳麗丹,等.海藻生物吸附金屬離子技術(shù)的特點和功能J.臺灣海峽,2003,22(1):120 124.5 王亞雄,郭瑾瓏,劉瑞霞.微生物吸附劑對重金屬的

15、吸特性J.環(huán)境科學(xué),2001,22(6):72 75.6 李峰,張西平,黃昆,等.產(chǎn)朊假絲酵母細胞和細胞壁對銅離子的能力觀察J.常德高等?？茖W(xué)校學(xué)報,1999,11(2):62 64.StudyontheadsorptionofCu2+byaspergillusnigerDINGJia hong,YANGChao ying,XUEZheng lian,TianLeiKeywords:bioremediation;aspergillusniger;copper(上接第23頁)Configurationdesign,3 Dmodelingandvirtualassemblyfordrivingax

16、leofautomobileQIANBin,ZHUShun li12(1.AnhuiTechnicalCollegeofMechanicalandElectricalEngineering,Wuhu241000,China;2.AnhuiKeyLaboratoryofAdvancedNumericalControl&ServoTechnology,AnhuiUniversityofTechnology&Science,Wuhu241000,China)Abstract:Aftertheconfigurationdesignfordrivingaxleofautomobilebasedoncriterionsandrelativetheoryofautomobiledesignwereexpounded,thethoughtsandresultsof3 DmodelingofpartsfordrivingaxlebasedonfeatureswerepresentedbyPro/Engineersoftware.Finally,themethodandstepsof3 Dvirtualassemblymod elingwereexpounded.Precise3 Dmodelingofpartsfordrivingaxlearehelpfultoimprovingprecisi