摘 要

本文的主要研究对象是4.5吨蓝牌轻卡物流车。主要是对其进行车桥结构设计。

作为车辆动力传输系统中的一个必不可少的部分，驱动桥的动力传递效率常常与驱动系统结构形式的不同有相当大的关系，这使得选择合适的电动汽车的驱动系统十分的重要，也十分的有意义。根据目前已知的某种品牌的电动汽车的一些基本参数与设计要求，选择并分析了驱动桥的系统结构形式，设计或选择了所需要的驱动系统结构，包括半轴、驱动桥壳、主减速器总成差速器总成的选型以及驱动电机的选型，通过使用3d设计软件Proe完成了电动汽车驱动桥总成以及一些零部件如半轴，电机，减速器，驱动桥壳等的建模。利用理论力学的知识，对驱动桥进行了理论分析，得到了不同条件下，驱动桥壳的受力状况，然后使用有限元分析软件仿真分析：在ANSYS中导入已经建立好的三维模型图，通过简化准则，进行简化，简化完成后，再进行驱动桥壳在各个行驶状况下的驱动桥壳应力分析以及各个部位的变形状况，分析得到的结果，再结合驱动桥壳各个部分材料的屈服强度，可以初步确定驱动桥壳的可靠性。

对于驱动桥总成的优化，根据以往的经验，大多数的优化会将重点集中在如何对驱动桥壳进行的优化。因为当我们根据驱动桥壳在集中典型工况下的有限元分析结果，我们可以通过对结果的分析，能够提出一些比较好的优化设计方案，同时通过对板簧座的优化设计，决定通过改变板簧座的受力面积和间距，最终也降低了驱动桥壳受力与产生的应变，改善了驱动桥的应力状况。同时，根据多次有限元模拟分析以确定驱动轴的改进参数。确定优化设计的设计参数，并确定驱动桥的最终结构形式。

关键词：电驱动桥：总成设计：有限元分析：优化设计

Summary

The main research object of this paper is 4.5 tons blue brand light truck logistics vehicle. The main purpose is to design the axle structure.

As an indispensable part of the vehicle power transmission system, the power transmission efficiency of the drive axle often has a considerable relationship with the difference in the structure of the drive system, which makes the selection of a suitable electric vehicle drive system very important and influential . According to some basic parameters and design requirements of a known brand of electric vehicles, the system structure of the drive axle is selected and analyzed, and the required drive system structure is designed or selected, including the half shaft, drive axle housing, and main reducer The selection of the assembly differential assembly and the selection of the drive motor, through the use of 3d design software Proe, completed the construction of the electric vehicle drive axle assembly and some parts such as half shafts, motors, reducers, drive axle housings, etc. mold. Using the knowledge of theoretical mechanics, the theoretical analysis of the drive axle was carried out, and the stress condition of the drive axle housing under different conditions was obtained. Then, the finite element analysis software was used to simulate and analyze: import the established 3D model diagram in ANSYS, pass Simplify the criteria and simplify. After the simplification is completed, the stress analysis of the drive axle housing under various driving conditions and the deformation status of each part are carried out. The results obtained from the analysis are combined with the yield strength of each part of the drive axle housing. The reliability of the drive axle housing can be initially determined.

For the optimization of the drive axle assembly, based on past experience, most of the optimization will focus on the optimization of the drive axle housing. Because according to the finite element analysis results of the drive axle housing under typical working conditions, through the analysis of the results, some optimized design schemes can be proposed. Through the optimized design of the leaf spring seat, it is decided to change the force area and the spacing ultimately reduces the stress and strain on the drive axle housing and improves the stress condition of the drive axle. At the same time, based on multiple finite element simulation analysis to determine the improved parameters of the drive shaft. Determine the design parameters of the optimized design and determine the final structural form of the drive axle.

Keywords: electric drive axle: assembly design: finite element analysis: optimal design

目 录

第1章 绪论 6

1.1 研究目的及意义 6

1.2 国内外研究现状分析 7

1.2.1 国外研究现状 7

1.2.2 国内研究现状 8

1.3 研究对象及基本内容 8

1.4 技术路线 9

1.5 本章小结 9

第2章 驱动桥总成介绍与结构设计 10

2.1 电驱桥总成简介 10

2.2 减速器设计 11

2.2.1 减速器传动比的确定 11

2.2.2 运动和动力参数计 11

2.2.3 主减速器的型式 12

2.2.4 主减速器壳体 12

2.3 差速器选型 13

2.3.1 差速器的作用原理 13

2.3.2 差速器选型 14

2.4 半轴的设计 14

2.4.1 半轴结构形式的选择 14

2.4.2 半轴的设计计算 15

2.4.3半轴干部直径初选 15

2.5 驱动桥壳的设计与静力学计算 16

2.5.1 驱动桥壳的设计 16

2.5.2 驱动桥壳的静力学计算 17

2.6 驱动电机选型 21

2.7 本章小结 23

第3章 车桥有限元模型的分析 24

3.1 构建驱动桥有限元模型 24

3.1.1 有限元网格的划分 24

3.1.2 驱动桥壳几何模型的简化原则 25

3.1.3 有限元模型简化 25

3.2 驱动桥有限元分析 26

3.2.1 最大垂直工况 27

3.2.2最大牵引力工况 29

3.2.3最大制动力工况 30

3.2.4最大侧向力工况 31

3.2.2 半轴有限元分析 32

3.3 本章小结 33

第4章 驱动桥的优化设计 34

4.1 结构优化的解决方法 34

4.1.1 概述 34

4.1.2 优化问题的基本解法 34

4.2 驱动桥驱动桥壳改进方案 35

4.2.1 改变板簧座受力面积 35

4.2.2 改进板簧座间距 36

4.3 优化后桥壳的有限元分析与比较 36

4.4 本章小结 37

第5章 总结 38

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

近年来，随着中国经济的快速增长，极大地促进了交通运输业特别是汽车工业的发展。在汽车工业中，纯电动工业车辆的发展正在突飞猛进。模式的发展趋于国际化，生产模式趋于简单，商业模式趋于完善，未来的生产方式也会趋于集中。科学技术的不断进步，导致了生活水平与质量要求越来越高，稳定耐用性，舒适实用性，安全可靠性，经济实惠性和美观性已成为汽车发展的重要因素。电动汽车的车桥有着十分重要的作用：输出功率，传递扭矩和速度以及车辆负载质量的作用。车桥总成的各项性能指标会直接影响到对整个车辆的性能评价与评估。一般来说，根据电机轴的不同布置方式，常常把电驱动车桥分为以下几类：

a.电机轴与驱动轴相互垂直的电驱动桥：电动机和减速机构置于两车轮中间，采用集成式设计，整个后桥的重心与车轮的行驶中心位于同一直线上。

b.电机轴与传动轴构成整体式驱动桥式电驱动桥:将驱动电机与减速-差动机构集成为整体式驱动桥。

c.电机轴与传动轴平行的电驱动桥:将传动轴与电机轴平行放置，并在两者之间设置齿轮减速机构，可以简化系统结构和设计，使汽车底盘布置更加灵活。采用将驱动电机和减速机构与车桥半轴平行的方式进行布置，这样可以提高车桥的稳定性，减速机构必不可少，因为这样驱动电机才能实现动力传递，这样会导致车桥设计人员的工作量和工作难度增加^[1]。

本文研究的载重货车的车桥总成由减速器、驱动电机、后桥盖，气室，差速器、驱动桥壳和半轴等部件组成。在设计中，差速器作为汽车的车桥总成中的一个重要部件，它一般由四个部分组成，包括了半轴齿轮、行星齿轮，差速器的简壳和行星齿轮轴。差速器的主要作用是在车辆需要在不平坦的路面上进行转弯操作或平稳行驶时，将来自主减速器的输出扭矩经行重新分配，改变左右两半轴速度，这样就能使得左右两车轮能够以不同的速度运行，实现转弯的操作。对称锥齿轮差速器在汽车上的应用非常广泛。这种差异具有很强的承载力。然而，由于对称锥齿轮差速器加工过程太复杂、其制造尺寸大、而且生产成本高，近年来研究人员提出了圆柱齿轮差速器。其轴向尺寸小，能较好地满足汽车的性能要求。

为了提高驱动桥的安全性和可靠性，在设计过程中必须满足驱动桥的一些必要的设计要求，如驱动桥的强度，刚度等与车桥性能有关的要求。通过对驱动桥壳进行结构优化设计，根据传动路线合理地进行驱动桥总成零件的布置，以保证车桥的可靠性为目标，在满足强度要求的同时，尽可能地降低构件应力，这样提高驱动桥上各零件材料地利用率，降低车桥的生产成本。对于驱动桥总成的结构布局,需要一个额外的＂电子差速器＂，以确保汽车的平滑转变时，降低对电动机性能的依赖性，实现传动比的合理分布,优化驱动桥总成的结构^[2]。

1.2 国内外研究现状分析

汽车的车桥作为汽车必不可少的组成部分，其安全性会直接影响到汽车的使用寿命等其他性能，因此有必要对桥的性能进行研究。很早以前，国内外许多学者利用有限元分析软件对车轴进行了多阶多阶模态分析、各工况下的静力分析、瞬态分析、车桥的疲劳寿命分析还能进行对车桥总成后驱动桥壳的结构优化设计等研究^[3]。

1.2.1 国外研究现状

国外在上个世纪的六十年代就开始就对驱动桥壳进行了大量的实验和研究，研究的手段非常先进，有效，也取得了大量成果，这些成果颇具参考价值^[4]。

就以日本为例，日本的各大汽车制造商们如丰田，本田等车企对计算机技术十分重视，因为一个先进的技术往往可以保证企业在行业中保持一个高的竞争力。因为先进的技术可以加快产品的研发速度，还可以提高产品的性能^[5]。