汽车主减速器弧齿锥齿轮参数化设计与有限元分析

摘要

随着全球化采购趋势的扩大，我国汽车零部件企业必须加强自主研发能力，形成引进后吸收、自主研发试制的良性循环，提高其核心竞争能力。参数化设计减少了大量繁琐、低效的劳动，可以进行系列化设计，大大提高设计效率，缩短产品开发周期，进而提高零部件厂商的自主开发能力。
　　 主减速器是汽车传动系的重要组成部分，具有增矩减速的功用，在发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。主减速器设计的质量对整车的动力性、经济性、振动噪音、使用寿命等有着很大的影响。主减速器应用广泛，结构相似，设计重复率高，参数化设计的优势明显。本文是以CATIA软件为平台，结合VB二次开发工具，建立汽车主减速器的三维模型参数化设计系统。实现通过在人机界面上输入相应的整车参数和锥齿轮基本参数(齿数、压力角等)，得到主减速器的各项尺寸参数及三维模型。在主减速器锥齿轮三维建模过程中严格按照球面渐开线理论，建立精确的参数化模型。参数化建立的三维模型还可以导入到有限元软件中进行接触强度的分析验证。如果强度分析为不合格，可以通过简单的修改参数得到新的模型，尔后进行再次分析，节约了大量的时间和精力。
　　 对主减速器的初步有限元分析，是使用有限元软件ABAQUS来进行的。将装配好且经过干涉分析合格的模型导入到ABAQUS中，选择适合非线性接触分析的单元种类及网格划分类型，施加相应的载荷和边界条件，模拟主减速器齿轮啮合过程。分析接触过程中的齿面接触应力和齿根弯曲应力的大小及分布状况，以此对前面的参数化设计提供一定的改进措施。
　　 汽车后桥主减速齿轮，常常在高速度、大载荷的恶劣工况下工作。当其在工作时，容易在内外部激励的作用下发生振动，特别在激励频率与齿轮副固有频率相近时会发生激烈的共振，这将对齿轮副造成很大的破坏甚至造成齿轮失效。故对主减速器主从动齿轮进行模态分析，计算出两齿轮前十阶的固有频率，为避免共振提供理论依据。