近年来,国家农业部提出要大力发展丘陵地区轻便型农业机械,拖拉机作为丘陵地区农业生产的母机,在播种、旋耕和收获过程中发挥着重要作用。为适应丘陵地区田间落差大、道路条件差的作业特点,在设计开发过程以增加整机强度和刚度的方式满足丘陵地区农业机械作业要求,造成了整机重量过重,不利于丘陵山区轻便型农业机械的发展,有必要对整机进行轻量化设计。驱动桥作为拖拉机中的大重量部件之一,其轻量化的设计对于整机重量的减轻非常重要。然而,目前国内对拖拉机驱动桥轻量化研究基本上是对驱动桥壳的轻量化研究,很少对驱动桥组件开展轻量化研究并且忽略了内部零件作用力对驱动桥壳强度的影响,也未提出具体的评估体系来评价驱动桥壳的轻量化效果。本文以丘陵山地拖拉机前转向驱动桥为研究对象,分析前转向驱动桥组件内部零件作用力对前转向驱动桥强度的影响,并提出前转向驱动桥的轻量化效果评估体系。本文的研究工作和结果为拖拉机部件及整机的轻量化研究提供了有意义的参考价值。本论文主要研究内容如下:1、丘陵山地拖拉机前转向驱动桥的静力学计算分析。首先将前转向驱动桥进行简化处理,建立前转向驱动桥的三维几何模型;然后分别对前转向驱动桥的前转向驱动桥壳组件、传动组件、调平油缸杠杆和转向节组件进行静力学计算分析,获得前转向驱动桥的这四个组件的最大等效应力和位移变形,结果表明前转向驱动桥壳组件和转向节组件的强度和刚度余量较大,有必要对这两个组件进行轻量化设计。2、丘陵山地拖拉机前转向驱动桥的轻量化设计。利用Solidworks和Workbench的联合模拟平台进行变量参数识别;基于响应面法,优化设计前转向驱动桥壳组件和转向节组件的结构尺寸,研究分析了前转向驱动桥组件连接体下端内孔直径、桥壳本体半轴套管处内孔直径等输入参数与前转向驱动桥组件的重量、最大等效应力、最大位移变形等输出参数的灵敏度图以及单个变量以及组合变量的输入输出函数之间的关系,定义优化设计的约束条件和目标函数,得到响应面优化结果;对轻量化前后的前转向驱动桥壳组件和转向节组件进行静力学分析,发现两组件轻量化设计后的最大应力和位移变形有一定提升,但是仍然符合前转向驱动桥的强度和刚度要求,前转向驱动桥总重量减轻了5.7kg,降低了约5%。3、丘陵山地拖拉机前转向驱动桥轻量化前后的模态分析。分析了轻量化设计前后的前转向驱动桥壳组件在自由模态和约束模态下的固有频率和振型,发现无论自由模态还是约束模态一阶固有频率均高于外部激励频率,表明前转向驱动桥壳组件不会与激励频率产生共振,轻量化后的前转向驱动桥壳组件的固有频率相比轻量化前有一定提升,表明前转向驱动桥壳组件结构布局更加合理。对转向节组件进行轻量化后约束模态分析,发现转向节组件的一阶模态固有频率远远超过发动机激励频率,表明转向节组件结构牢靠,不会与外部激励频率发生共振。4、轻量化效果评估方法研究及丘陵山地拖拉机前转向驱动桥的轻量化效果评估。进行组件或整机轻量化性能指标参数的分类,计算各性能指标参数轻量化效果因子,建立组件或整机轻量化效果评估系数计算方法;根据轻量化效果评估系数计算方法,分别计算了前转向驱动桥的生产成本、重量、强度以及刚度等参数的轻量化效果因子,最后计算出前转向驱动桥的轻量化效果评估系数值。