1、任务书设计题目：桑塔纳轿车驱动桥的振动分析1设计的主要任务及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论和专业知识，深入了解汽车驱动桥结构组成的复杂性，应用相关软件完成其实体模型的建立，进行虚拟振动仿真分析，比较得出影响驱动桥结构振动的因素，给出具有工程实用价值的分析结果，为学生在毕业后从事机械振动分析及软件应用工作打好基础。2设计的基本要求和内容（1）拆卸和实测汽车驱动桥，绘制草图；（2）完成驱动桥的实体模型仿真分析，比较相关数据得出分析结果；（3）编写设计说明书，完成实体模型仿真分析云图。3主要参考文献1 陈家瑞. 汽车构造. 第2版M.北京：机械工业出版社，2005，12 孙恒.
2、陈作模.葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006，53 蔡敢为. 机械振动学M.武汉：华中科技大学出版社，2012，1 4 凌桂龙. ANSYS 14.0从入门到精通M.北京：清华大学出版社，20134进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅资料，确定总体规划，进行开题检查2013.12.182014.03.162拆卸和实测并绘制草图2014.03.172014.04.133学习相关软件，完成实体建模，进行中期检查2014.04.142014.05.114完成实体模型的仿真，得出振动分析结果2014.05.122014.05.315整理毕业论文，准备答辩2014.06.012014
3、.06.10桑塔纳轿车驱动桥振动分析摘要：驱动桥是汽车底盘上主要的振动和噪声源，驱动桥主减速器等齿轮结构在啮合中产生的冲击载荷通过半轴和连接轴承传递到驱动桥壳上，从而产生桥壳的振动。本文利用有限元技术，对桑塔纳轿车前驱动桥进行振动分析，并通过改变加强筋和材料，进行结果对比，提出改善驱动桥振动的方向和措施。从查阅的国内资料来看，汽车驱动桥振动主要是由于驱动桥壳体内主减速器锥齿轮的动态激励与冲击而引起的壳体结构振动。因此本课题主要是通过有限元分析出驱动桥壳固有频率，然后和主减速器啮合传动引起的激励的频率作对比分析。本课题首先对驱动桥实体进行了拆卸、测绘，然后利用Pro/E软件建立了驱动桥壳的几何模
4、型，之后通过无缝切换接口导入ANSYS软件建立有限元模型。在此基础上分析了驱动桥壳自由模态，得出了在2000Hz以内的固有频率，驱动桥壳固有频率较高，第一阶高达1007Hz，而资料显示桑塔纳轿车在90km/h速度下，由驱动桥主减速器啮合所产生对桥壳激励较大的频率主要有71.43Hz、128.57Hz、200Hz、271.43Hz、314.28Hz，没有与桥壳的模态频率发生重叠，可见桥壳动态特性较好，能够成功的避开桥壳的共振频率。通过对去掉加强筋和改变材料的驱动桥壳进行模态分析，可知加强筋和材料对驱动桥壳的固有频率有较大的影响，适当使用加强筋可以提高驱动桥壳的刚度，提高驱动桥壳的固有频率，远离激
5、励频率，改善了驱动桥壳的动态特性；材料弹性模量、密度、泊松比的提高之后，驱动桥壳固有频率提高，远离激励频率，改善了驱动桥壳的动态特性。所以驱动桥壳的减振可以从这两方面加以考虑。关键词：驱动桥，振动，几何建模，有限元Study on Santana drive Axle VibrationAbstract: The drive axle is the one of the main vibration and noise resources in transmitting mechanism. According to previous studies, the noise stem from
6、the impact on axle housing which is produced by the gears joggling.It makes full use of FEM technology in this paper to analyze the vibration of Santana drive axle. And by changing the stiffener and the material, comparing the results, put forward improving dynamic characteristics of the drive axle
7、direction and measures. So this paper is mainly through the drive axle shell finite element analysis of the inherent frequency, and then compare with the excitation frequency caused by the main reducer gear meshing. The main jobs of this paper are as follow:Firstly, remove，survey and map the drive a
8、xle entity. Secondly，the 3D model and FE model of the rear axle were established under Pro/E and ANSYS platform respectively. Thirdly the free modal analysis of the drive axle housing was carried out in order to attain the natural frequency and vibration shape of the rear axle housing within 2000Hz.
9、 It shows that the 1st natural frequency is 1007Hz. And data shows that frequency of Santanas main reducer meshing at 71.43 Hz, 128.57 Hz and 200 Hz, 271.43 Hz, 314.28 Hz under 90 km/h speed produce great excitation. There is no overlap with the modal frequency of the drive axle shell, visibly drive
10、 axle shell has good dynamic characteristic, so it can successfully avoid the resonance frequencies of the drive axle shell.Reinforcement and material has a large effect on natural frequency of the drive axle housing. Appropriate use of reinforcement can improve the stiffness of the drive axle shell
11、, increase the natural frequency of the drive axle housing, away from the excitation frequency, and improve the dynamic characteristics of drive axle housing. Increase of elastic modulus, density, and poissons ratio, can increase drive axle shell frequencies, away from the excitation frequency, and
12、improve the dynamic characteristic of the drive axle housing.Keywords: drive axle, vibration, geometric modeling, finite element 目 录1 绪论11.1 设计研究目的及意义11.2 驱动桥振动噪声研究21.3 本论文主要内容52 桑塔纳轿车驱动桥的结构及其传动原理62.1车辆驱动桥结构与分类62.2桑塔纳轿车驱动桥结构及其传动原理72.3桑塔纳轿车驱动桥的拆卸82.3.1 拆卸驱动桥的步骤82.3.2 拆卸驱动桥的注意事项83 桑塔纳轿车驱动桥壳实体建模93.1 实体
13、建模软件Pro/ENGINEER简介103.1.1 Pro/E概述103.1.2 Pro/E的产生和发展103.1.3 Pro/E的典型设计思想113.2 使用Pro/E软件进行驱动桥壳几何建模124 桑塔纳轿车驱动桥壳有限元振动分析134.1有限元法概述144.2 ANSYS软件简介154.2.1 软件介绍154.2.2 ANSYS主要功能174.3驱动桥壳的振动分析174.3.1 桑塔纳驱动桥振动的传递路径分析174.3.2 驱动桥壳有限元模型的建立194.3.3 桑塔纳轿车驱动桥壳的模态分析21结 论27参考文献30致 谢321 绪论1.1 设计研究目的及意义汽车驱动桥处于汽车传动系的末
14、端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左右驱动车轮，并使左右驱动车轮具有汽车运动学上要求的差速功能。在一般的汽车结构中，驱动桥包括主减速器（又称主传动器）、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件。驱动桥的结构形式虽然可以各不相同，但在使用中对他们的基本要求却是一致的，这就是设计中各种改进与研究所追求的根本目标，它们可归纳为： 选择的主减速比应能满足汽车具有最佳的动力性和燃料经济性； 保证左右驱动车轮能以汽车运动学所要求的差速滚动外并能将转矩平稳而连续不断（无脉动）的传递给左右车轮； 当左右驱动车轮与地面的附着系数不同时，应能充分的利用汽车的牵引力； 驱动桥各零部件在
15、保证其强度、刚度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下质量，以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷，从而改善汽车的平顺性； 能承受和传递路面和车架的铅垂力、纵向力和横向力，以及驱动力矩和制动力矩； 轮廓尺寸不大以便于控制驱动桥离地间隙； 齿轮与其他传动部件工作平稳，无噪声； 驱动桥设计应能尽量满足标准化、通用化和系列化及汽车变型的要求； 在各种载荷和转速工况下有高的传动效率。而在机械系统不断高速化的今天，其中、问题尤为突出，而且这三个问题的好坏直接影响到其他基本要求的实现，这三个问题可归纳为驱动桥系统的振动问题。而驱动桥的振动噪声问题不但影响周围环境，同时驱动桥的振动噪声问题也将成为驱动桥桥壳断裂、齿轮系统磨损加剧，甚至烧死的重要原因。因此，对于驱动桥的传动性能及其振动噪声的研究具有十分重要的意义6。汽车驱动桥是汽车传动系主要的振动和噪声源之一。它除了产生齿轮噪声、轴承噪声外，还激发壳体的表面振动而辐射噪声，同时由于驱动桥支持在悬架上，受簧上振动质量和扭转的作用以及路面不平的影响，会产生强烈的弯曲振动和扭转振动，特别是在共振的情况下，会产生强烈的噪声。不但影响汽车车辆动力传动系的工作可靠性，产生令人不适的噪声，同时还可能引起车身垂向和纵向振动，影响乘座的
