摘 要

随着汽车行业的迅速发展，汽车从动桥作为汽车一个重要的总成部分也随着其一起发展，已经基本上形成了生产系列化，标准化的局面。而且随着矿山开采行业的大型化，人们对矿山车辆的性能、功能等各方面的要求也越来越高。保证矿山车辆的行驶稳定性，安全性等问题，等待人们的解决。

本课题为对重型特种车（此处特种车选择矿车车辆这种非公路用车）的15吨重从动桥进行设计，此车桥需要适应矿山的恶劣行驶路况，要能保证在恶劣条件下的行驶稳定性和安全性。本文介绍了从动桥的分类，此次设计中对从动桥的选型；从动桥壳的设计计算，并对其强度进行校核，同时利用ANSYS有限元分析软件的workbench对其进行应力和变形分析，以保证本次设计的从动桥能够达到矿用车辆的行驶标准；最后对整个从动车桥进行完整的三维建模。

关键词：矿山车辆；从动桥；桥壳；有限元分析

Abstract

With the rapid development of the automotive industry, driven axle as an important part of the car has also been a corresponding development, which has been basically a series of production, standardization of the situation. And with the large-scale mining industry, people on the performance requirements of mining vehicles are also getting higher and higher. The problem of ensuring that the mine vehicle driving stability, security and so on are waiting for people to solve.
This project is designed for the 15-ton heavy-duty axle of heavy-duty special vehicles (where special vehicles are selected for off-road vehicles). The bridge needs to be adapted to the harsh road conditions of the mine, which must be ensured the driving stability and safety. This paper introduces the classification of the mover bridge, the selection of the driven bridge in the design, the design calculation of the driven axle shell, and the strength of the check, and the application of ANSYS finite element analysis software to stress and deformation Analysis to ensure that the design of the driven bridge to achieve the driving standards of mining vehicles; Finally, the entire vehicle from the full three-dimensional modeling.

Key Words：Mine vehicles; Driven axle; axle shell; Finite element analy

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 从动桥的概述 1

1.2国内外矿用车辆从动桥的发展现状及研究意义 1

1.3 本课题的研究内容 2

第2章 从动桥的设计计算 3

2.1 从动桥类型的选择 3

2.2 从动桥桥壳的结构分析 3

2.3 从动桥桥壳的设计计算 3

2.3.1 桥壳结构型式的选择 4

2.3.2 桥壳的受力分析和强度计算 4

2.3.3 从动桥桥壳的材料选择 10

第3章 从动桥桥壳的有限元分析计算 11

3.1 ANSYS简介 11

3.2 从动桥桥壳的静力分析 11

3.2.1 静力分析概述 11

3.2.2 桥壳静力分析的典型工况 12

3.3 桥壳的有限元分析计算 12

3.3.1 桥壳受到冲击载荷时的静力分析 12

3.3.2 紧急制动工况下的桥壳有限元分析 14

3.3.3 最大侧向力工况下的桥壳有限元分析 15

3.4 本章小结 17

第4章 从动桥桥壳的模态分析 18

4.1 模态分析概述 18

4.2 从动桥桥壳的模态分析 18

4.3 本章小结 22

第5章 制动器的选择 23

5.1 制动器的结构型式及选择 23

5.2 制动器的结构分析 23

5.3 盘式制动的基本结构设计 24

5.3.1 摩擦衬片的选择 24

5.3.2 盘式制动器主要参数的确定 24

参考文献 26

附 录 27

附录A 编程 27

致 谢 30

第1章 绪论

随着全球化矿山开采工业的持续发展，矿用车辆的发展前景也一片大好，因此矿用车辆也需要紧跟发展的大流一起进步。矿用车辆经过国内外十几年的发展逐步发展成现在的规模，我国国内已有20多家矿用车辆的生产厂家，也处于高速发展的路上。所以，本次设计是针对重型特种车的从动桥，目的在于对从动车桥进行改进。矿用车辆的主要总成部件的性能和使用寿命得到大幅度改进和提升，就能使矿用车辆的发展得到技术条件的保证，也能使其性能不断提高^[1]。

1.1 从动桥的概述

汽车从动桥即为非驱动车桥，又有一说法为从动车轴。从动车桥在安装时，是将悬架安装在桥壳上，然后悬架连接车身或者车架，车桥的两侧安设从动车轮，通过悬架将X、Y、Z三个方向的力传递给车架或者车身。并且，从动桥还要承受制动力，并传递由此带来的力矩。

对于从动车桥的分类，根据车轮能不能转向分为两种，一种是转向桥，一种是非转向桥。对于非转向从动桥而言，由于它仅仅只起支持汽车部分簧上质量的作用，因此又将其称为支持桥或者支持车轴。同时，根据和桥相连的悬架类型也能将其分为断开式车桥和非断开式车桥两种^[2]。

矿山产业所需求的矿用自卸车的体型及重量一般都比较庞大，所以为了保证矿用车辆具备良好的操纵稳定性，以及安全性，铰接式矿用自卸车得到了广泛的普及及应用，其主要优点在于铰接式转向液压系统的稳定性较高，转向响应快速，有良好的安全保障，所以才能得到广泛的应用。也因此，为了更好的顺应科学技术的发展，本论文从初选的转向从动桥，更改为支撑桥和铰接式转向的结合方式。因此本论文主要内容是对支撑式从动桥进行设计计算。支持桥与转向从动桥的结构中除了没有转向机构，此外的其他结构基本相似。

1.2国内外矿用车辆从动桥的发展现状及研究意义

改革开放以来，我国汽车行业进入了飞速发展的道路。然而如今因为人民的生活质量的快速提升，人们对汽车各方面的要求也越来越高，尤其是汽车性能方面，因此导致了我们和国外先进的设计技术水平、制造技术水平还存在一定的差异。尤其是近几十年来的矿山开采行业，我国矿山开采行业与国外几乎是同时发展的，但是经过了几十年的发展，却还是和国外的技术差距甚大。虽然我国的发展快速，但不可否认的是，我们仍有许多地方需要学习和进步。在矿用汽车行业，国外的品牌虽然不多，但是其使用覆盖率较广，简单来说就是品种齐全，各车型的载重级别比较全面；而我国的品牌单一，车型载重分类也比较单一，并且车辆的自动化程度较低。因此在我国高速发展中的现在，国外的品牌纷纷进驻我国，给我国自主品牌带来一定的冲击，因此我国需要提高矿用车辆的技术含量和质量水平。

1960S开始，矿用汽车行业开始出现并发展，但由于科研水平的落后及缺乏资金投入和相关科研工作者的前提下，和国外的矿用汽车行业对比，我国的矿用汽车行业还处于落后阶段。因此，矿用汽车产业需要不停改进各个总成或者部件的结构，以发挥其最大的作用，达到提高矿用车辆的性能和寿命的目的，最终能够推动我国矿用汽车行业的发展和提高。从动车桥作为汽车的一个总成部分，也有一定的重要性，从动桥的质量关系到整车的安全行驶，以及操纵稳定等等方面，因此对从动桥进行研究也有一定的必要性。

1.3 本课题的研究内容

本课题是对重型特种车（矿用车辆）的15吨的从动桥进行设计。根据任务书的设计要求，本车的从动桥达到15吨，桥宽1251mm，因此本次设计的主要内容有针对从动桥桥壳的设计计算，并完成从动车桥桥壳的三维建模，以及利用ANSYS对从动桥桥壳进行有限单元法分析，确定其设计能否合格达标，以及制动器的选型，最终设计出完整的从动桥，对整个车桥进行三维建模。本次设计的重点内容是围绕从动桥桥壳进行展开，因为它影响了整车的行驶性能，也是铰接式液压转向系统的响应者，有重要研究意义。