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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院（畢業(yè)設計） 第1章 緒 論 汽車驅動橋位于傳動系的末端。其基本功用首先是增扭，降速，改變轉矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉矩，并將轉矩合理的分配給左右驅動車輪；其次，驅動橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等。驅動橋一般由主減速器，差速器，車輪傳動裝置和橋殼組成。 對于重型載貨汽車來說，要傳遞的轉矩較乘用車和客車，以及輕型商用車都要大得多，以便能夠以較低的成本運輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動機，這就對傳動系統(tǒng)有較高的要求，而驅動橋在傳動系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國際上石油價格的上漲，汽車的經濟性日益成為人們關心的話題，這不僅僅只對乘用車，對于載貨汽車，提高其燃油經濟性也是各商用車生產商來提高其產品市場競爭力的一個法寶，因為重型載貨汽車所采用的發(fā)動機都是大功率，大轉矩的，裝載質量在十噸以上的載貨汽車的發(fā)動機，最大功率在140KW以上，最大轉矩也在700N·m以上，百公里油耗是一般都在34升左右。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動機的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動機的動力輸出之后，在從發(fā)動機—傳動軸—驅動橋這一動力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動機是動力的輸出者，也是整個機器的心臟，而驅動橋則是將動力轉化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動機相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動機匹配性比較高的驅動橋便成了有效節(jié)油的措施之一。所以設計新型的驅動橋成為新的課題。設計驅動橋時應當滿足如下基本要求： (1) 選擇適當的主減速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動力性和燃油經濟性。 (2) 外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。 (3) 齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。 (4) 在各種載荷和轉速工況下有較高的傳動效率。 (5) 具有足夠的強度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質量，尤其是簧下質量，減 少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。 (6) 與懸架導向機構運動協(xié)調。 (7) 結構簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調整方便。 目前我國正在大力發(fā)展汽車產業(yè),采用后輪驅動汽車的平衡性和操作性都將會有很大的提高。后輪驅動的汽車加速時，牽引力將不會由前輪發(fā)出，所以在加速轉彎時，司機就會感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費用低也是后輪驅動的一個優(yōu)點，盡管由于構造和車型的不同，這種費用將會有很大的差別。如果你的變速器出了故障，對于后輪驅動的汽車就不需要對差速器進行維修，但是對于前輪驅動的汽車來說也許就有這個必要了，因為這兩個部件是做在一起的。 所以后輪驅動必然會使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經濟效益。通過對驅動橋的設計，使所選車型能達到最佳的動力性和經濟性，并采用標準化設計，使其修理保養(yǎng)方便，并加進行優(yōu)化設計，可靠性設計等內容，更好地學習并掌握現(xiàn)代汽車設計與機械設計的全面知識和技能。 本文將采用斯太爾載貨6×4驅動型式，中橋進行設計。 第2章 驅動橋總成的結構型式 2.1驅動橋總體方案論證 驅動橋處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉矩,并將動力合理地分配給左、右驅動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼等組成。 驅動橋的結構型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅動橋和斷開式驅動橋。當驅動車輪采用非獨立懸架時，應該選用非斷開式驅動橋；當驅動車輪采用獨立懸架時，則應該選用斷開式驅動橋。因此，前者又稱為非獨立懸架驅動橋；后者稱為獨立懸架驅動橋。獨立懸架驅動橋結構叫復雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。 2.1.1 非斷開式驅動橋 普通非斷開式驅動橋，由于結構簡單、造價低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數的越野汽車和部分轎車上也采用這種結構。他們的具體結構、特別是橋殼結構雖然各不相同，但是有一個共同特點，即橋殼是一根支承在左右驅動車輪上的剛性空心梁，主減速器、差速器和半軸等傳動部件安裝在其中。這時整個驅動橋、驅動車輪及部分傳動軸均屬于簧下質量，汽車簧下質量較大，這是普通非斷開式驅動橋的一個特點，這種驅動橋和輪轂，制動器及制動鼓的總質量約占一般汽車底盤質量的11%---16%,這是它的一個缺點。 驅動橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅動橋下的最小離地間隙已經確定的情況下，也就限定了主減速器從動齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級結構。在雙級主減速器中，通常把兩級減速器齒輪放在一個主減速器殼體內，也可以將第二級減速齒輪作為輪邊減速器。對于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對圓柱齒輪構成的輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時，將主減速器及差速器總成也移到一個驅動車輪的旁邊。 在少數具有高速發(fā)動機的大型公共汽車、多橋驅動汽車和超重型載貨汽車上，有時采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動比以及工作平滑無聲的優(yōu)點，而且對汽車的總體布置很方便。 2.1.2 斷開式驅動橋 斷開式驅動橋區(qū)別于非斷開式驅動橋的明顯特點在于前者沒有一個連接左右驅動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸掛相匹配，故又稱為獨立懸掛驅動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅動車輪傳動裝置的質量均為簧上質量。兩側的驅動車輪由于采用獨立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應地就要求驅動車輪的傳動裝置及其外殼或套管作相應擺動。 汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質量的大小，對其平順性也有顯著的影響。斷開式驅動橋的簧下質量較小，又與獨立懸掛相配合，致使驅動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時的振動和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅動橋及與其相配的獨立懸掛的結構復雜，故這種結構主要見于對行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅動的重型越野汽車。 由于要求本課題設計的是20.41噸級的后驅動橋，要設計這樣一個級別的驅動橋，一般選用非斷開式結構以與非獨立懸架相適應，且非斷開式驅動橋結構簡單、造價低廉、工作可靠，查閱資料，參照國內相關貨車的設計,最后本課題選用非斷開式驅動橋。該種形式的驅動橋的橋殼是一根支撐在左右驅動車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動件都裝在其中，此時驅動橋，驅動車輪都屬于簧下質量。 重型汽車驅動橋技術已呈現(xiàn)出向單級化發(fā)展的趨勢，主要是單級驅動橋還有以下幾點優(yōu)點： (l) 單級減速驅動橋是驅動橋中結構最簡單的一種，制造工藝簡單，成本較低， 是驅動橋的基本類型，在輕型汽車上占有重要地位； (2) 重型汽車發(fā)動機向低速大轉矩發(fā)展的趨勢，使得驅動橋的傳動比向小速比發(fā)展； (3) 隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，重型汽車使用條件對汽車通過性的要求降低。因此，重型汽車不必像過去一樣，采用復雜的結構提高通過性； (4) 與帶輪邊減速器的驅動橋相比，由于產品結構簡化，單級減速驅動橋機械傳動效率提高，易損件減少，可靠性提高。 根據汽車使用條件不同，有時要求主減速器具有較大的傳動比和具有較好的通過性，單級主減速器已不能保證需要，固多采用兩對齒輪降速的雙級主減速器。雙級主減速器有一下優(yōu)點： (1) 提高了汽車的通過性； (2) 作用在半軸和差速器上的轉矩較小； (3) 有較大的主傳動比。 為了提高汽車的載質量和通過性，總質量較大的商用車大多采用多橋驅動方式，而各驅動橋又采用貫通式的布置形式。 第3章 主減速器 3.1 主減速器暄結構形式 主減速器?結構孢式主要是根據其齒輪的類型，主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。 3.1.1 主減速器的齒輪類型 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。在此選用弧齒錐齒輪傳動，其特點是可以承受較大的負荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動小。 3.1.2 主減速器主，從動錐齒輪的支承形式 作為一個20.41噸級的驅動橋，傳動的轉矩較大，所以主動錐齒輪采用跨置式支承（如圖3—1） 圖3-1主動錐齒輪跨置式 從動錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應向內，以減小尺寸c+d。為了使從動錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設置加強肋以增強支承穩(wěn)定性，c+d應不小于從動錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應是c等于或大于d。（如圖3—2） 圖3-2從動錐齒輪支撐形式 3.2 主減速器的基本參數選擇與設計計算 3.2.1 主減速比i的確定 在給定發(fā)動機最大功率及其轉速的情況下，所選擇的i值應能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時i值應按下式來確定： （3-1） 式中——車輪的滾動半徑， =0.5m igh——變速器量高檔傳動比。igh =1 對于其他汽車來說，為了得到足夠的功率儲備而使最高車速稍有下降，i一般選擇比上式求得的大10％～25％，即按下式選擇： （3-2） 式中i——分動器或加力器的高檔傳動比 iLB——輪邊減速器的傳動比。 計算出 i=5.18 3.2.2 主減速器計算載荷的確定 按發(fā)動機最大轉矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉矩Ｔce （3-3） 式中 ——發(fā)動機至所計算的主減速器從動錐齒輪之間的傳動系的最低擋傳動比，在此取9.01，此數據此參考斯太爾車型； ——發(fā)動機的輸出的最大轉矩，此數據參考斯太爾車型在此取980； ——傳動系上傳動部分的傳動效率，在此取0.9； ——該汽車的驅動橋數目在此取2； ——由于猛結合離合器而產生沖擊載荷時的超載系數，對于一般的載貨汽車=1.0，當性能系數>0時可取=2.0； （3-4）——汽車滿載時的總質量在此取32000 ； 所以 0.195 =64>16 =-0.48〈0 即=1.0 由以上各參數可求 ==17681.67 按驅動輪打滑轉矩確定從動錐齒輪的計算轉矩 （3-5） 式中 ——汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷，預設后橋所承載294000N的負荷; ——輪胎對地面的附著系數，對于安裝一般輪胎的公路用車，取=0.85 ——車輪的滾動半徑，在此選用輪胎型號為12.00R20，滾動半徑為 0.5m； ，——分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅動車輪之間的傳動效率和傳動比，取0.9，由于沒有輪邊減速器取1.0 所以==138848.45 按汽車日常行駛平均轉矩確定從動錐齒輪的計算轉矩 （3-6） 式中：——汽車滿載時的總重量，參考斯太爾車型在此取320000N； ——所牽引的掛車滿載時總重量，N，但僅用于牽引車的計算； ——道路滾動阻力系數，對于載貨汽車可取0.015~0.020；在此取0.018 ——汽車正常行駛時的平均爬坡能力系數，對于載貨汽車可取0.05~0.09在此取0.08 ——汽車的性能系數在此取0； 所以 ==72756 3.2.3 主減速器基本參數的選擇 主減速器錐齒輪的主要參數有主、從動齒輪的齒數和，從動錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數、主從動錐齒輪齒面寬和等。 參考《汽車車橋設計》中表3-12 表3-13取=9 =40 +=49〉40 從動錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數 可根據經驗公式初選，即 （3-7） ——直徑系數，一般取13.0～16.0 ——從動錐齒輪的計算轉矩，，為Tce和Tcs中的較小者 所以 =（13.0～16.0）=（338～416） 初選=400 則=/=400/40=10 有參考《機械設計手冊》表23.4-3中選取10 則=400 根據=來校核=10選取的是否合適，其中=（0.3～0.4） 此處，=（0.3～0.4）=（7.8～10.4），因此滿足校核。 主，從動錐齒輪齒面寬和 對于從動錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應滿足，對于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用： =0.155400=62 在此取62 ，通常小齒輪的齒面加大10%較為合適，在此取=70 3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算 表3-1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算用表 序 號 項 目 計 算 公 式 計 算 結 果 1 主動齒輪齒數 9 2 從動齒輪齒數 40 3 端面模數 10㎜ 4 齒面寬 =70㎜ =62㎜ 5 工作齒高 17.1㎜ 6 全齒高 =18.88㎜ 7 法向壓力角 =22.5° 8 軸交角 =90° 9 節(jié)圓直徑 = 90㎜ =400㎜ 10 節(jié)錐角 arctan =12.71° 11 節(jié)錐距 A= A=204.55㎜ 12 周節(jié) t=3.1416 t=31.416㎜ 13 齒頂高 =8.5㎜ 14 齒根高 = =10.46㎜ 15 徑向間隙 c= c=1.92㎜ 16 齒根角 =2.91 ° 17 面錐角 =15.61° =80.27° 18 根錐角 = = =9.79° =74.51° 19 齒頂圓直徑 = =117.93㎜ =476.51㎜ 3.2.5 主減速器圓弧錐齒輪的強度計算 （1） 單位齒長上的圓周力 N／mm (3-8) 式中：P——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動機最大轉矩Temax和最大附著力矩 兩種載荷工況進行計算，N； ——從動齒輪的齒面寬，在此取80mm. 按發(fā)動機最大轉矩計算時： N／mm （3-9） 式中：——發(fā)動機輸出的最大轉矩，在此取980； ——變速器的傳動比； ——主動齒輪節(jié)圓直徑，在此取90mm. 按上式 N／mm 按最大附著力矩計算時： N／mm （3-10） 式中：——汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷，在此取320000N； 按上式=1520.5 N／mm 其中上述兩種方法計算用的許用單位齒長上的圓周力[p]都為1865N/mm （2）輪齒的彎曲強度計算 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應力為 N/ （3～11） 式中：——該齒輪的計算轉矩，N·m; ——超載系數；在此取1.0 ——尺寸系數，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關， 當ｍ時，，在此＝0.829 ——載荷分配系數，＝1.00～1.10。 ——質量系數，對于汽車驅動橋齒輪，可取1.0; ——計算齒輪的齒面寬，mm; ——計算彎曲應力的綜合系數，按圖3--3選取小齒輪的＝0.225，大齒輪＝0.195. 按上式＝192.3 N/< 210.3 N/ =193.2 N/<210.3 N/ 所以主減速器齒輪滿足彎曲強度要求。 (3) 輪齒的表面接觸強度計算 錐齒輪的齒面接觸應力為 N/ (3-12) 式中：——主動齒輪的計算轉矩； ——材料的彈性系數，對于鋼制齒輪副取232.6/mm; ——尺寸系數，在缺乏經驗的情況下，可取1.0； ——表面質量系數，對于制造精確的齒輪可取1.0 ——計算接觸應力的綜合系數。按圖選取=0.122 按上式=1450 〈1750 N/ 主、從動齒輪的齒面接觸應力相等。所以均滿足要求。 3.2.6 主減速器齒輪的材料及熱處理 在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi 用滲碳合金鋼制造的齒輪，經過滲碳、淬火、回火。 3.2.7 主減速器軸承的選擇 作用在主動錐齒輪齒面上的軸向力A和徑向力R分別為 （3-13） （3-14） 可計算20202N =9662N 對于采用跨置式的主動錐齒輪和從動錐齒輪的軸承徑向載荷，如圖3-5所示 圖3-5 主減速器軸承的布置尺寸 軸承A，B的徑向載荷分別為 R= （3-15） （3-16） 根據上式已知=20202N，=9662N，a=134mm ，b=84mm，c=50mm 所以軸承A的徑向= =15976N 其軸向力為0 軸承B的徑向力R= =13265N （1）對于軸承A，只承受徑向載荷所以采用圓柱滾子軸承N311E，此軸承的額定動載荷Cr為102.85KN，所承受的當量動載荷Q=X·R=1×15976=15976N。所以有公式 s (3-17) 式中:——為溫度系數，在此取1.0; ——為載荷系數，在此取1.2。 所以==2.703×10s 此外對于無輪邊減速器的驅動橋來說，主減速器的從動錐齒輪軸承的計算轉速為 r/min (3-18) 式中：——輪胎的滾動半徑，m ——汽車的平均行駛速度，km/h;對于載貨汽車和公共汽車可取30～35 km/h，在此取32.5 km/h。 所以有上式可得==163.89 r/min 而主動錐齒輪的計算轉速=163.89×4.45=715 r/min 所以軸承能工作的額定軸承壽命： h (3-19) 式中: ——軸承的計算轉速，r/min。 有上式可得軸承A的使用壽命=6176 h 若大修里程S定為100000公里，可計算出預期壽命即 = h (3-20) 所以==3078.7 h 和比較，〉，故軸承符合使用要求。 （2）對于軸承B，在此選用7513E型軸承。 在此徑向力R=13369N 軸向力A=20202N，所以=1.51〈e 由《機械設計》中表18.7可查得X=1.0，Y=0.45cota=1.6×=1.8 當量動載荷 Q= （3-21） 式中：——沖擊載荷系數在此取1.2 有上式可得Q=1.2（1×13369+1.8×20202）=61618.5N 由于采用的是成對軸承=1.71Cr 所以軸承的使用壽命由式（2-20）和式（2-22）可得 ===3876.6 h>3076.9 h= 所以軸承符合使用要求。 對于從動齒輪的軸承C，D的徑向力計算F=25450N，=9662N，=20202N，a=410mm，b=160mm.c=250mm 所以，軸承C的徑向力： ==10401.3N 軸承D的徑向力： ==23100.5N 軸承C，D均采用7315E，其額定動載荷Cr為134097N （3）對于軸承C，軸向力A=9662N，徑向力R=10401.3N，并且=0.93〉e，在此e值為1.5tana約為0.402，可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6 所以Q==1.2(0.4×9662＋1.6×10401.3)=24608.256N ===28963 h> 所以軸承C滿足使用要求。 （4）對于軸承D，軸向力A=0N，徑向力R=23100.5N，并且=4120〉e 可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6 所以Q==1.2×(1.6×23100.5)=44352.96N ===4064.8 h > 所以軸承D滿足使用要求。 第4章 差速器 汽車行駛過程中，車輪對路面相對運動有兩種狀態(tài)——滾動和滑動。差速器的作用是：①使左、右車輪能以不同的轉速進行滾動轉向或直線行駛，稱為差速器特性；②將主減速器傳來的扭矩平均分給兩半軸，盡量使兩側車輪驅動力相等，稱為扭矩等分特性。 汽車在正常行駛情況下，驅動橋車輪因差速器的作用盡可能使車輪不發(fā)生滑動，減少由于路面凹凸不平、輪胎制造尺寸誤差、輪胎磨損、充氣壓力和載荷因素的影響，實現(xiàn)兩側車輪純滾動運動的理想狀態(tài)。對于從動橋車輪，車輪分別用軸承支承在軸上，允許左、右車輪以不同的角速度旋轉，因此不需設置差速器。 差速器若安裝在同一驅動橋兩側驅動輪之間的布置形式稱為輪間差速器。對于多軸驅動的汽車，各驅動橋間由傳動軸相連。若各橋的驅動輪均以相同的角速度旋轉，同樣也會發(fā)生輪間無差速的情況。為使各驅動橋在特定情況下具有不同的輸入角速度，以消除各橋驅動輪的滑動情況，因此在前、后驅動橋之間設有軸間差速去。 4.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設計 4.1.1 差速器齒輪的基本參數的選擇 行星齒輪選10齒，半軸齒輪選20齒。 行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角， ==29.05° （4-1） =90°-=60.95° （4-2） 再求出圓錐齒輪的大端端面模數m m====7.86 由于強度的要求在此取m=10mm 得=100mm =10×18=180mm 行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L 行星齒輪的安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常取： （4-3） ≈38mm ≈40mm 4.1.2 差速器齒輪的幾何計算 表4-1 差速器齒輪參數 序號 項目 計算公式 計算結果 1 行星齒輪齒數 ≥10，應盡量取最小值 =10 2 半軸齒輪齒數 =14～25，且需滿足式（3-4） =18 3 模數 =10mm 4 齒面寬 b=(0.25～0.30)A;b≤10m 30mm 5 工作齒高 =16mm 6 全齒高 17.931 7 壓力角 22.5° 8 軸交角 =90° 9 節(jié)圓直徑 ； 10 節(jié)錐角 ， =29.05°， 11 節(jié)錐距 =103.07mm 12 周節(jié) =3.1416 =31.42mm 13 齒頂高 ; =12.3mm =5.6mm 14 齒根高 =1.788-;=1.788- =7.32mm; =12.44mm 15 徑向間隙 =-=0.188+0.051 =1.931mm 16 齒根角 =; =1.067°; =6.868° 17 外圓直徑 ； mm mm 4.1.3 差速器齒輪的強度計算 輪齒彎曲強度為 = MPa (4-4) 式中：——差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉矩，其計算式 在此為1547.25 N·m； ——差速器的行星齒輪數； ——半軸齒輪齒數； ——計算汽車差速器齒輪彎曲應力用的綜合系數查得=0.225 圖4-3 彎曲計算用綜合系數 根據上式==201.7 MPa〈210.9 MPa 所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。 第5章 驅動半軸 驅動車輪的傳動裝置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉矩由差速器的半軸齒輪傳給驅動車輪。在一般的非斷開式驅動橋上，驅動車輪的傳動裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車輪的輪轂聯(lián)接起來，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅動橋的半軸，根據其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是載重汽車，采用全浮式結構。 5.1 全浮式半軸的桿部直徑的初選 全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進行 （5-1） 根據上式=（47.67～55.7）mm 根據強度要求在此取49mm。 5.2 全浮式半軸的強度計算 首先是驗算其扭轉應力： MPa （5-2） 式中：——半軸的計算轉矩，N·m在此取17946.1N·m； ——半軸桿部的直徑，mm。 根據上式＝＝481 MPa< =(490～588) MPa 所以滿足強度要求。 5.3 半軸花鍵的強度計算 計算半軸在承受最大轉矩時還應該校核其花鍵的剪切應力和擠壓應力。 半軸花鍵的剪切應力為 MPa (5-3) 半軸花鍵的擠壓應力為 MPa （5-4） 式中：——半軸承受的最大轉矩，N·m ，在此取17946.1N·m; ——半軸花鍵的外徑，mm，在此取57mm; ——相配花鍵孔內徑，mm，在此取50mm; ——花鍵齒數；在此取24 ——花鍵工作長度，mm，在此取85mm; ——花鍵齒寬，mm，在此取4mm; ——載荷分布的不均勻系數，計算時取0.75。 根據上式可計算得==71.6 MPa ==60.3 MPa 根據要求當傳遞的轉矩最大時，半軸花鍵的切應力[]不應超過71.05 MPa，擠壓應力[]不應超過196 MPa，以上計算均滿足要求。 第6章 驅動橋橋殼 驅動橋橋殼是汽車上的主要零件之一，作用在驅動車輪上的牽引力，制動力，側向力和垂向力也是經過橋殼傳到懸架及車架上，因此，橋殼既是承載件又是傳動件。設計時必須考慮在動載下橋殼有足夠的強度和剛度。 6.1 橋殼的結構型式 橋殼的結構型式有三種，即可分式橋殼，整體式橋殼和組合式橋殼。 本設計采用整體式橋殼。 6.1.1 整體式橋殼 整體式橋殼的特點是將整個橋殼制成一個整體，橋殼猶如一個整體的空心梁，其強度和剛度都比較好。 6.1.1.1鑄造整體式橋殼 通?？刹捎们蚰T鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。 鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點在于可制成復雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應力分布，其強度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負荷較大的中、重型汽車，適于采用這種結構。尤其是重型汽車適合采用這種結構。在球鐵中加入1.7%的鎳，解決了球鐵低溫（-41°C）沖擊值急劇降低的問題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進一步提高其強度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長的無縫鋼管作為半軸套筒。另外，由于汽車的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內軸承與橋殼鑄件的外端面相靠，而外軸承則與擰在半軸套管外端的螺母相抵，故半軸套管有被拉出的傾向，所以必須將橋殼與半軸套管用銷釘固定在一起。 本設計采用此類橋殼。 6.1.1.2鋼板沖壓焊接整體式橋殼 是由鋼板沖壓件焊成的橋殼主體，兩端再焊上帶凸緣的半軸套管及鋼板彈簧座等組成。 鋼板沖壓焊接整體式橋殼，除了制造工藝簡單，材料利用率高，廢品率很低，生產率高及制造成本低等優(yōu)點外，還有足夠的強度和剛度，特別是其質量小，卻比有些鑄造式橋殼更安全可靠。 6.1.1.3鋼管擴張成形整體式橋殼 這種橋殼是由中碳無縫鋼管或鋼板卷焊鋼管擴張，滾壓成形制成。將鋼管中間擴孔，兩端滾壓變細，再加焊凸緣及鋼板彈簧座等，這種制造工藝的生產率高，材料的利用率最高，橋殼質量雖小而強度和剛度卻比較好，但需要專用擴張，滾壓成形軋制設備。使用于轎車和輕型汽車的大批量生產。 結論 本文是針對公路運輸載貨汽車驅動橋的設計，在設計過程中以提高可靠性為目的，以“經濟性，可靠性，合理性”為原則，提高和滿足汽車在綜合使用條件下具有最佳的動力性和經濟性，采用優(yōu)化設計，對驅動橋各分總成如主減速器，差速器，半軸，橋殼等進行結構設計參數計算，強度校核等工作，初步掌握了汽車設計與機械設計的內容。 設計中，采用鑄造整體上橋殼，單級主減速器，對稱式圓錐行星齒輪差速器，全浮式半軸等結構。在主減速器上加裝了調整墊片，可以通過加減墊片來調整齒輪嚙合間隙和軸承緊度。從動齒輪設計時，采用了能限制從動錐齒輪因受力而發(fā)生偏移的止推裝置。并將裝了調整墊片，可以調整軸承的預緊度。 此次畢業(yè)設計，提高了我們的自學能力，并回顧了以往以所學過的知識，活躍了思維，鍛煉了獨立思考能力和創(chuàng)新意識，把理論與實踐相結合，培養(yǎng)了工程實踐能力和理論研究能力。 鑒于自己的能力有限，對驅動橋的設計十分有限，并在設計中存在很多的錯誤及不足之處，希望各位老師予以諒解并指正。 致謝 在長達將近三個月的畢業(yè)設計中，從設計計算到圖紙繪制，寧世軍老師盡職盡責，給我的畢業(yè)設計帶來了很大的幫助，在此我對寧老師表示衷心的感謝！ 通過這次畢業(yè)設計，使我查手冊的能力得到了很大的提高。以前遇到問題不是去問老師，就是跳過去，一點自己查資料的意識都沒有。現(xiàn)在不同了，通過指導老師的引導，通過自己的實踐，現(xiàn)在可以獨立到圖書館去查資料，而且要查哪方面的資料，心理非常清楚，不像以前那么沒有頭緒了。 在其他方面也有不少收獲，比如說，這次畢業(yè)設計使我養(yǎng)成了一絲不茍的工作方法。以前做作業(yè)時總是敷衍了事，一點耐心都沒有，坐在凳子上也不會安下心來，總是用一種浮躁的態(tài)度來對待自己的事情?，F(xiàn)在不同了，通過做畢業(yè)設計，我可以三、四個小時坐在凳子上不起身，心理很平靜，一點急噪的情緒都沒有，這可能是做畢業(yè)設計給我留下的東西，這將對我以后在社會上工作大有裨益。 參考文獻 [1] 劉惟信 編著.汽車車橋設計 .北京：清華大學出版社，2004 [2] 徐顥 主編.機械設計手冊（第3，4卷）.北京：機械工業(yè)出版社，1991 [3] 吉林大學 王望予 主編.汽車設計(第四版).北京:機械工業(yè)出版社，2004 [4] 吉林大學 陳家瑞 主編.汽車構造(下冊).北京:機械工業(yè)出版社，2005 [5] 朱孝錄 主編.齒輪傳動設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2005 [6] 邱宣懷 主編.機械設計.北京：高等教育出版社，1997 [7] 重載汽車驅動橋的基本結構形式.http://www.zhongka.Com [8] 陳家瑞. 汽車構造[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003. 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Agricultural equipment and vehicle engineering .2006, (10) :19-21 附錄1 驅動橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅動橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪．作用在驅動車輪上的牽引力，制動力、側向力和垂向力也是經過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又是傳力件，同時它又是主減速器、差速器及驅動車輪傳動裝置(如半軸)的外殼。 在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。為了減小汽車的簧下質量以利于降低動載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強度和剛度的前提下應力求減小橋殼的質量．橋殼還應結構簡單、制造方便以利于降低成本。其結構還應保證主減速器的拆裝、調整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結構型式時，還應考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應等。 橋殼的結構型式 橋殼的結構型式大致分為可分式 可分式橋殼 可分式橋殼的整個橋殼由一個垂直接合面分為左右兩部分，每一部分均由一個鑄件殼體和一個壓入其外端的半軸套管組成。半軸套管與殼體用鉚釘聯(lián)接。在裝配主減速器及差速器后左右兩半橋殼是通過在中央接合面處的一圈螺栓聯(lián)成一個整體。其特點是橋殼制造工藝簡單、主減速器軸承支承剛度好。但對主減速器的裝配、調整及維修都很不方便，橋殼的強度和剛度也比較低。過去這種所謂兩段可分式橋殼見于輕型汽車，由于上述缺點現(xiàn)已很少采用。 整體式橋殼 整體式橋殼的特點是將整個橋殼制成一個整體，橋殼猶如一整體的空心粱，其強度及剛度都比較好。且橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨立的主減速殼里，構成單獨的總成，調整好以后再由橋殼中部前面裝入橋殼內，并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調整、維修、保養(yǎng)等都十分方便。 整體式橋殼按其制造工藝的不同又可分為鑄造整體式、鋼板沖壓焊接式和鋼管擴張成形式三種。 驅動橋處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉矩,并將動力合理地分配給左、右驅動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼等組成。 驅動橋設計應當滿足如下基本要求： a)所選擇的主減速比應能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經濟性。 b)外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。 c)齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。 d)在各種轉速和載荷下具有高的傳動效率。 e)在保證足夠的強度、剛度條件下，應力求質量小，尤其是簧下質量應盡量小，以改善汽車平順性。 f)與懸架導向機構運動協(xié)調，對于轉向驅動橋，還應與轉向機構運動協(xié)調。 g)結構簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調整方便。 驅動橋的結構型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅動橋和斷開式驅動橋。當驅動車輪采用非獨立懸架時，應該選用非斷開式驅動橋；當驅動車輪采用獨立懸架時，則應該選用斷開式驅動橋。因此，前者又稱為非獨立懸架驅動橋；后者稱為獨立懸架驅動橋。獨立懸架驅動橋結構叫復雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。 非斷開式驅動橋 普通非斷開式驅動橋，由于結構簡單、造價低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數的越野汽車和部分轎車上也采用這種結構。他們的具體結構、特別是橋殼結構雖然各不相同，但是有一個共同特點，即橋殼是一根支承在左右驅動車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動部件安裝在其中。這時整個驅動橋、驅動車輪及部分傳動軸均屬于簧下質量，汽車簧下質量較大，這是它的一個缺點。 驅動橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅動橋下的最小離地間隙已經確定的情況下，也就限定了主減速器從動齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級結構。在雙級主減速器中，通常把兩級減速器齒輪放在一個主減速器殼體內，也可以將第二級減速齒輪作為輪邊減速器。對于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對圓柱齒輪構成的輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時，將主減速器及差速器總成也移到一個驅動車輪的旁邊。 在少數具有高速發(fā)動機的大型公共汽車、多橋驅動汽車和超重型載貨汽車上，有時采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動比以及工作平滑無聲的優(yōu)點，而且對汽車的總體布置很方便。 斷開式驅動橋 斷開式驅動橋區(qū)別于非斷開式驅動橋的明顯特點在于前者沒有一個連接左右驅動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸掛相匹配，故又稱為獨立懸掛驅動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅動車輪傳動裝置的質量均為簧上質量。兩側的驅動車輪由于采用獨立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應地就要求驅動車輪的傳動裝置及其外殼或套管作相應擺動。 汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質量的大小，對其平順性也有顯著的影響。斷開式驅動橋的簧下質量較小，又與獨立懸掛相配合，致使驅動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時的振動和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅動橋及與其相配的獨立懸掛的結構復雜，故這種結構主要見于對行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅動的重型越野汽車。 多橋驅動的布置 為了提高裝載量和通過性，有些重型汽車及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅動，常采用的有4×4、6×6、8×8等驅動型式。在多橋驅動的情況下，動力經分動器傳給各驅動橋的方式有兩種。相應這兩種動力傳遞方式，多橋驅動汽車各驅動橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動力經分動器傳給各驅動橋，需分別由分動器經各驅動橋自己專用的傳動軸傳遞動力，這樣不僅使傳動軸的數量增多，且造成各驅動橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對8×8汽車來說，這種非貫通式驅動橋就更不適宜，也難于布置了。 為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅動汽車都是采用貫通式驅動橋的布置型式。 在貫通式驅動橋的布置中，各橋的傳動軸布置在同一縱向鉛垂平面內，并且各驅動橋不是分別用自己的傳動軸與分動器直接聯(lián)接，而是位于分動器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅動橋的動力，是經分動器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點是，不僅減少了傳動軸的數量，而且提高了各驅動橋零件的相互通用性，并且簡化了結構、減小了體積和質量。這對于汽車的設計(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來方便。 由于非斷開式驅動橋結構簡單、造價低廉、工作可靠，查閱資料，參照國內相關貨車的設計。 附錄2 Bridge-driven car shell is one of the main parts, non-drive off-shell bridge played a supporting role in the automotive load and load to the wheels. In the role of the drive wheels on the traction, braking force, lateral and vertical forces also spread to fly through the bridge and the shell or inside the frame. Therefore, the bridge carrying both pieces of shell-edge thing is, at the same time it is also the main reducer, and differential wheel drive transmission (such as the axle) of the shell. In the car, the axle housing to bear the heavy load, the design must take into account the dynamic load under the axle housing have enough strength and stiffness. In order to reduce the spring under the car of lower quality in order to facilitate dynamic load, and improve the car's running smoothly, while ensuring the strength and stiffness on the premise of the bridge should seek to reduce the quality of the shell. Shell structure of the bridge should be simple and easy to create the benefit of lower costs. It should also ensure that the structure of the main reducer of disassembly, adjustment, repair and maintenance easy. Bridge in the selection of the shell structure, should also be given to the type of car, asked to use, manufacture, supply materials and so on. A bridge of the shell structure Bridge of the shell structure can be roughly divided into type There are bridge-shell There are bridge-shell as a whole from the shell of a bridge into the vertical joints around two parts, each part by the casting of a shell into the outside pressure and a side of the axle casing components. Half shell casing and connected with rivets. In the main reducer, and differential assembly after about two half-bridge through the shell in the joints of the Central Office of the bolt circle into a whole. It features a simple bridge shell manufacturing process, the main reducer bearing stiffness well. But the main reducer of the assembly, adjustment and maintenance are inconvenient, the bridge shell strength and stiffness will be lower. In the past the so-called two-axle housing can be found in the car light, as a result of these shortcomings is now rarely used. whole-axle housing