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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 重型載貨汽車(chē)貫通式驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè) 車(chē)輛工程
學(xué) 號(hào) 1089311104
學(xué) 生 谷金龍
指 導(dǎo) 教 師 寧世軍
答 辯 日 期 2011.12.29
哈工大華德學(xué)院
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)
姓名： 谷金龍 學(xué)號(hào)： 1089311104 專(zhuān)業(yè)： 車(chē)輛工程
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 重型載貨汽車(chē)貫通式驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
工作起止日期：2011年10月10日起 2011年12月28_日止
指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況，完成質(zhì)量及評(píng)分意見(jiàn)：
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指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱(chēng)：
評(píng)閱人評(píng)閱意見(jiàn)：
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評(píng)閱教師簽字：_______________ 評(píng)閱教師職稱(chēng)：_______________
答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：
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根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評(píng)定：
學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定為：
對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特殊評(píng)語(yǔ)：
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答辯委員會(huì)主任（簽字）： 職稱(chēng)：________________
答辯委員會(huì)副主任（簽字）：
答辯委員會(huì)委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________
年 月 日
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
姓 名： 谷金龍 院 （系）：汽車(chē)系
專(zhuān) 業(yè)： 車(chē)輛工程 班 號(hào)：0893111
任務(wù)起至日期： 2011年 10 月 10 日至 2011年12 月29日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：重型載貨汽車(chē)貫通式驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
立題的目的和意義：汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)的重大總成，承載著汽車(chē)的滿載簧荷重及地面經(jīng)車(chē)輪、車(chē)架及承載式車(chē)身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車(chē)的可靠性與耐久性有重要影響外，也對(duì)汽車(chē)的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過(guò)性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋在汽車(chē)的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。由上述可見(jiàn)，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的品種極為廣泛，對(duì)這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝。因此，通過(guò)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。
技術(shù)要求與主要內(nèi)容：
本課題的設(shè)計(jì)思路可分為以下幾點(diǎn)：首先選擇初始方案，貫通式驅(qū)動(dòng)橋主要用于多軸驅(qū)動(dòng)重型貨車(chē)貨越野車(chē)上，所以設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)需要符合多軸驅(qū)動(dòng)車(chē)的結(jié)構(gòu)要求；接著選擇各部件的結(jié)構(gòu)形式；最后選擇各部件的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)出各主要尺寸。
進(jìn)度安排：
2011年10月10至10月22日 調(diào)研、查閱相關(guān)車(chē)型的相關(guān)資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
2011年10月22日 開(kāi)題
2011年10月24日 收集查閱相關(guān)資料，方案設(shè)計(jì)與分析。
2011年10月23日至11月19日 完成各零部件的參數(shù)的選取以及其他參數(shù)的設(shè)計(jì)校核工作。
2011年11月19日至11月26日 接受中期檢查。
2011年11月27日至12月10日 完成各零件圖以及裝配圖的繪制和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的初稿。
2011年12月10日至12月16日 圖紙及說(shuō)明書(shū)審查。
2011年12月16日至12月24日 對(duì)圖紙及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行修改。
2011年12月28日至12月29日 接受終期答辯。
同組設(shè)計(jì)者及分工：
指導(dǎo)教師簽字___________________
年 月 日
系（教研室）主任意見(jiàn)：
系（教研室）主任簽字___________________
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘要
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車(chē)性能，而對(duì)于載重汽車(chē)顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車(chē)的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來(lái)重載汽車(chē)的發(fā)展方向。
本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)；然后參考類(lèi)似驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案；最后對(duì)主，從動(dòng)錐齒輪，差速器圓錐行星齒輪，半軸齒輪，全浮式半軸和整體式橋殼的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核。本文采用傳統(tǒng)的雙曲面錐齒輪作為載重汽車(chē)的主減速器。
關(guān)鍵字：載重汽車(chē)；橋間差速器；貫通橋；全浮式半軸
ABSTRACT
As a vehicle drive axle assembly of one of the four, and its performance will have a direct impact on vehicle performance, and it is particularly important for trucks. When using high-power engine torque output of large trucks to meet the current fast, heavy-duty high-efficiency, cost-effective and necessary, must be with an efficient, reliable bridge driver. Therefore, efficient use of transmission of a single-stage driver slow down the bridge has become a heavy-duty motor vehicles in the future development direction.
In this paper, in the light of the traditional design of the drive axle of the truck driver for the design of the bridge. This article first identified the major components of the structure and main design parameters; then a similar reference to the drive axle of the structure to determine the overall design of the program; on the final owner, Gear Driven cone, cone differential planetary gear, axle gear, the all-floating Half-bridge and the overall strength of the shell to carry out verification as well as support for the life of bearing checking. This article is not a traditional double-bevel gear surface as the main reducer truck instead of using the spiral bevel gear, as a hope that this will continue to study this issue.
Keyword: truck driver bridge double-stage bridge slowdown spiral bevel gear
II
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
第2章 驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式 3
2.1驅(qū)動(dòng)橋總體方案論證 3
2.1.1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 3
2.1.2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 4
第3章 主減速器 6
3.1 主減速器結(jié)構(gòu)形式 6
3.1.1 主減速器的齒輪類(lèi)型 6
3.1.2 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 6
3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 7
3.2.1 主減速比io的確定 7
3.2.2 主減速器計(jì)算載荷的確定 8
3.2.3 主減速器基本參數(shù)的選擇 9
3.2.4 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 10
3.2.5 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 12
3.2.6 主減速器齒輪的材料及熱處理 14
3.2.7 主減速器軸承的選擇 14
第4章 差速器 18
4.1 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 18
4.1.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 18
4.1.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 19
4.1.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 20
第5章 驅(qū)動(dòng)半軸 22
5.1 全浮式半軸的桿部直徑的初選 22
5.2 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 22
5.3 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 23
第6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼 25
6.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式 25
6.1.1 整體式橋殼 25
結(jié)論 27
致謝 28
參考文獻(xiàn) 29
附錄1 32
附錄2 37
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)設(shè)計(jì)）
第1章 緒 論
汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用首先是增扭，降速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪；其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面或車(chē)身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器，差速器，車(chē)輪傳動(dòng)裝置和橋殼組成。
對(duì)于重型載貨汽車(chē)來(lái)說(shuō)，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車(chē)和客車(chē)，以及輕型商用車(chē)都要大得多，以便能夠以較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國(guó)際上石油價(jià)格的上漲，汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)乘用車(chē)，對(duì)于載貨汽車(chē)，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車(chē)生產(chǎn)商來(lái)提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶，因?yàn)橹匦洼d貨汽車(chē)所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是大功率，大轉(zhuǎn)矩的，裝載質(zhì)量在十噸以上的載貨汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率在140KW以上，最大轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)軸—驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過(guò)程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為新的課題。設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
(1) 選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車(chē)在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
(2) 外廓尺寸小，保證汽車(chē)具有足夠的離地間隙，以滿足通過(guò)性的要求。
(3) 齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
(4) 在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率。
(5) 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車(chē)架或車(chē)身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減 少不平路面的沖擊載荷，提高汽車(chē)的平順性。
(6) 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
(7) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。
目前我國(guó)正在大力發(fā)展汽車(chē)產(chǎn)業(yè),采用后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的平衡性和操作性都將會(huì)有很大的提高。后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)加速時(shí)，牽引力將不會(huì)由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，司機(jī)就會(huì)感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費(fèi)用低也是后輪驅(qū)動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管由于構(gòu)造和車(chē)型的不同，這種費(fèi)用將會(huì)有很大的差別。如果你的變速器出了故障，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)就不需要對(duì)差速器進(jìn)行維修，但是對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)來(lái)說(shuō)也許就有這個(gè)必要了，因?yàn)檫@兩個(gè)部件是做在一起的。
所以后輪驅(qū)動(dòng)必然會(huì)使得乘車(chē)更加安全、舒適，從而帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，使所選車(chē)型能達(dá)到最佳的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，并采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，使其修理保養(yǎng)方便，并加進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可靠性設(shè)計(jì)等內(nèi)容，更好地學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。
本文將采用斯太爾載貨6×4驅(qū)動(dòng)型式，中橋進(jìn)行設(shè)計(jì)。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式
2.1驅(qū)動(dòng)橋總體方案論證
驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩,并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車(chē)輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類(lèi)，即非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱(chēng)為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱(chēng)為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)叫復(fù)雜，但可以大大提高汽車(chē)在不平路面上的行駛平順性。
2.1.1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車(chē)、客車(chē)和公共汽車(chē)上，在多數(shù)的越野汽車(chē)和部分轎車(chē)上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的剛性空心梁，主減速器、差速器和半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車(chē)簧下質(zhì)量較大，這是普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的一個(gè)特點(diǎn)，這種驅(qū)動(dòng)橋和輪轂，制動(dòng)器及制動(dòng)鼓的總質(zhì)量約占一般汽車(chē)底盤(pán)質(zhì)量的11%---16%,這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車(chē)輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車(chē)為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車(chē)為了降低汽車(chē)的質(zhì)心高度和車(chē)廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車(chē)的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車(chē)為了進(jìn)一步降低車(chē)廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車(chē)、多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)和超重型載貨汽車(chē)上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無(wú)聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車(chē)的總體布置很方便。
2.1.2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋
斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒(méi)有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性整體外殼或梁。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱(chēng)為斷開(kāi)式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱(chēng)為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車(chē)架橫粱或車(chē)廂底板上，或與脊梁式車(chē)架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車(chē)架或車(chē)廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
汽車(chē)懸掛總成的類(lèi)型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車(chē)行駛平順性的主要因素，而汽車(chē)簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車(chē)廂傾斜，提高汽車(chē)的行駛平順性和平均行駛速度，減小車(chē)輪和車(chē)橋上的動(dòng)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(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車(chē)及一些越野汽車(chē)上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車(chē)或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車(chē)。
由于要求本課題設(shè)計(jì)的是20.41噸級(jí)的后驅(qū)動(dòng)橋，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開(kāi)式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，且非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱資料，參照國(guó)內(nèi)相關(guān)貨車(chē)的設(shè)計(jì),最后本課題選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)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(dòng)件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪都屬于簧下質(zhì)量。
重型汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化發(fā)展的趨勢(shì)，主要是單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
(l) 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低， 是驅(qū)動(dòng)橋的基本類(lèi)型，在輕型汽車(chē)上占有重要地位；
(2) 重型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢(shì)，使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)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(chē)使用條件對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低。因此，重型汽車(chē)不必像過(guò)去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過(guò)性；
(4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性提高。
根據(jù)汽車(chē)使用條件不同，有時(shí)要求主減速器具有較大的傳動(dòng)比和具有較好的通過(guò)性，單級(jí)主減速器已不能保證需要，固多采用兩對(duì)齒輪降速的雙級(jí)主減速器。雙級(jí)主減速器有一下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 提高了汽車(chē)的通過(guò)性；
(2) 作用在半軸和差速器上的轉(zhuǎn)矩較?。?
(3) 有較大的主傳動(dòng)比。
為了提高汽車(chē)的載質(zhì)量和通過(guò)性，總質(zhì)量較大的商用車(chē)大多采用多橋驅(qū)動(dòng)方式，而各驅(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)形式
主減速器?結(jié)構(gòu)孢式主要是根據(jù)其齒輪的類(lèi)型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)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(lèi)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(dòng)，其特點(diǎn)是可以承受較大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小。
3.1.2 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式
作為一個(gè)20.41噸級(jí)的驅(qū)動(dòng)橋，傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩較大，所以主動(dòng)錐齒輪采用跨置式支承（如圖3—1）
圖3-1主動(dòng)錐齒輪跨置式
從動(dòng)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(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動(dòng)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(yīng)是c等于或大于d。（如圖3—2）
圖3-2從動(dòng)錐齒輪支撐形式
3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1 主減速比i的確定
在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的i值應(yīng)能保證這些汽車(chē)有盡可能高的最高車(chē)速。這時(shí)i值應(yīng)按下式來(lái)確定：
（3-1）
式中——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑， =0.5m
igh——變速器量高檔傳動(dòng)比。igh =1
對(duì)于其他汽車(chē)來(lái)說(shuō)，為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車(chē)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(dòng)器或加力器的高檔傳動(dòng)比
iLB——輪邊減速器的傳動(dòng)比。
計(jì)算出 i=5.18
3.2.2 主減速器計(jì)算載荷的確定
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Ｔce
（3-3）
式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比，在此取9.01，此數(shù)據(jù)此參考斯太爾車(chē)型；
——發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，此數(shù)據(jù)參考斯太爾車(chē)型在此取980；
——傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取0.9；
——該汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取2；
——由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于一般的載貨汽車(chē)=1.0，當(dāng)性能系數(shù)>0時(shí)可取=2.0；
（3-4）——汽車(chē)滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取32000 ；
所以 0.195 =64>16
=-0.48〈0 即=1.0
由以上各參數(shù)可求
==17681.67
按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3-5）
式中 ——汽車(chē)滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，預(yù)設(shè)后橋所承載294000N的負(fù)荷;
——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用車(chē)，取=0.85
——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為12.00R20，滾動(dòng)半徑為 0.5m；
，——分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取0.9，由于沒(méi)有輪邊減速器取1.0
所以==138848.45
按汽車(chē)日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3-6）
式中：——汽車(chē)滿載時(shí)的總重量，參考斯太爾車(chē)型在此取320000N；
——所牽引的掛車(chē)滿載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車(chē)的計(jì)算；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取0.015~0.020；在此取0.018
——汽車(chē)正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取0.05~0.09在此取0.08
——汽車(chē)的性能系數(shù)在此取0；
所以
==72756
3.2.3 主減速器基本參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)和，從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、主從動(dòng)錐齒輪齒面寬和等。
參考《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》中表3-12 表3-13取=9 =40
+=49〉40
從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即
（3-7）
——直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0
——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為T(mén)ce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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表23.4-3中選取10 則=400
根據(jù)=來(lái)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(dòng)錐齒輪齒面寬和
對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對(duì)于汽車(chē)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(jì)算
表3-1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
序 號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
1
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
9
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
40
3
端面模數(shù)
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(qiáng)度計(jì)算
（1） 單位齒長(zhǎng)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(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，N；
——從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取80mm.
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
N／mm （3-9）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取980；
——變速器的傳動(dòng)比；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取90mm.
按上式 N／mm
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
N／mm （3-10）
式中：——汽車(chē)滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，在此取320000N；
按上式=1520.5 N／mm
其中上述兩種方法計(jì)算用的許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力[p]都為1865N/mm
（2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
汽車(chē)主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為
N/ （3～11）
式中：——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m;
——超載系數(shù)；在此取1.0
——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，
當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.829
——載荷分配系數(shù)，＝1.00～1.10。
——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，可取1.0;
——計(jì)算齒輪的齒面寬，mm;
——計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，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(qiáng)度要求。
(3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算
錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為
N/ (3-12)
式中：——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；
——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6/mm;
——尺寸系數(shù)，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取1.0；
——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取1.0
——計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)。按圖選取=0.122
按上式=1450 〈1750 N/
主、從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)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(jīng)過(guò)滲碳、淬火、回火。
3.2.7 主減速器軸承的選擇
作用在主動(dòng)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(jì)算20202N
=9662N
對(duì)于采用跨置式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)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(jù)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(duì)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(dòng)載荷Cr為102.85KN，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷Q=X·R=1×15976=15976N。所以有公式
s (3-17)
式中:——為溫度系數(shù)，在此取1.0;
——為載荷系數(shù)，在此取1.2。
所以==2.703×10s
此外對(duì)于無(wú)輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來(lái)說(shuō)，主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
r/min (3-18)
式中：——輪胎的滾動(dòng)半徑，m
——汽車(chē)的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車(chē)和公共汽車(chē)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(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)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(jì)算轉(zhuǎn)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(jì)算出預(yù)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(duì)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(jī)械設(shè)計(jì)》中表18.7可查得X=1.0，Y=0.45cota=1.6×=1.8
當(dāng)量動(dòng)載荷 Q= （3-21）
式中：——沖擊載荷系數(shù)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(duì)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(duì)于從動(dòng)齒輪的軸承C，D的徑向力計(jì)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(dòng)載荷Cr為134097N
（3）對(duì)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(duì)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(chē)行駛過(guò)程中，車(chē)輪對(duì)路面相對(duì)運(yùn)動(dòng)有兩種狀態(tài)——滾動(dòng)和滑動(dòng)。差速器的作用是：①使左、右車(chē)輪能以不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行滾動(dòng)轉(zhuǎn)向或直線行駛，稱(chēng)為差速器特性；②將主減速器傳來(lái)的扭矩平均分給兩半軸，盡量使兩側(cè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)力相等，稱(chēng)為扭矩等分特性。
汽車(chē)在正常行駛情況下，驅(qū)動(dòng)橋車(chē)輪因差速器的作用盡可能使車(chē)輪不發(fā)生滑動(dòng)，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(shí)現(xiàn)兩側(cè)車(chē)輪純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的理想狀態(tài)。對(duì)于從動(dòng)橋車(chē)輪，車(chē)輪分別用軸承支承在軸上，允許左、右車(chē)輪以不同的角速度旋轉(zhuǎn)，因此不需設(shè)置差速器。
差速器若安裝在同一驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪之間的布置形式稱(chēng)為輪間差速器。對(duì)于多軸驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，各驅(qū)動(dòng)橋間由傳動(dòng)軸相連。若各橋的驅(qū)動(dòng)輪均以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，同樣也會(huì)發(fā)生輪間無(wú)差速的情況。為使各驅(qū)動(dòng)橋在特定情況下具有不同的輸入角速度，以消除各橋驅(qū)動(dòng)輪的滑動(dòng)情況，因此在前、后驅(qū)動(dòng)橋之間設(shè)有軸間差速去。
4.1 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)
4.1.1 差速器齒輪的基本參數(shù)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(shù)m
m====7.86
由于強(qiáng)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(zhǎng)度，通常?。?
（4-3）
≈38mm ≈40mm
4.1.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算
表4-1 差速器齒輪參數(shù)
序號(hào)
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
1
行星齒輪齒數(shù)
≥10，應(yīng)盡量取最小值
=10
2
半軸齒輪齒數(shù)
=14～25，且需滿足式（3-4）
=18
3
模數(shù)
=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(qiáng)度計(jì)算
輪齒彎曲強(qiáng)度為
= MPa (4-4)
式中：——差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式
在此為1547.25 N·m；
——差速器的行星齒輪數(shù)；
——半軸齒輪齒數(shù)；
——計(jì)算汽車(chē)差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)查得=0.225
圖4-3 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)
根據(jù)上式==201.7 MPa〈210.9 MPa
所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
第5章 驅(qū)動(dòng)半軸
驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置位于汽車(chē)傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器的半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。在一般的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車(chē)輪的輪轂聯(lián)接起來(lái)，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)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(chē)，采用全浮式結(jié)構(gòu)。
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(jìn)行
（5-1）
根據(jù)上式=（47.67～55.7）mm
根據(jù)強(qiáng)度要求在此取49mm。
5.2 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算
首先是驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
MPa （5-2）
式中：——半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m在此取17946.1N·m；
——半軸桿部的直徑，mm。
根據(jù)上式＝＝481 MPa< =(490～588) MPa
所以滿足強(qiáng)度要求。
5.3 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算
計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。
半軸花鍵的剪切應(yīng)力為
MPa (5-3)
半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為
MPa （5-4）
式中：——半軸承受的最大轉(zhuǎn)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(nèi)徑，mm，在此取50mm;
——花鍵齒數(shù)；在此取24
——花鍵工作長(zhǎng)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(shù)，計(jì)算時(shí)取0.75。
根據(jù)上式可計(jì)算得==71.6 MPa
==60.3 MPa
根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力[]不應(yīng)超過(guò)71.05 MPa，擠壓應(yīng)力[]不應(yīng)超過(guò)196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。
第6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼
驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車(chē)上的主要零件之一，作用在驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的牽引力，制動(dòng)力，側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過(guò)橋殼傳到懸架及車(chē)架上，因此，橋殼既是承載件又是傳動(dòng)件。設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。
6.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式
橋殼的結(jié)構(gòu)型式有三種，即可分式橋殼，整體式橋殼和組合式橋殼。
本設(shè)計(jì)采用整體式橋殼。
6.1.1 整體式橋殼
整體式橋殼的特點(diǎn)是將整個(gè)橋殼制成一個(gè)整體，橋殼猶如一個(gè)整體的空心梁，其強(qiáng)度和剛度都比較好。
6.1.1.1鑄造整體式橋殼
通常可采用球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。
鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點(diǎn)在于可制成復(fù)雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應(yīng)力分布，其強(qiáng)度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負(fù)荷較大的中、重型汽車(chē)，適于采用這種結(jié)構(gòu)。尤其是重型汽車(chē)適合采用這種結(jié)構(gòu)。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(wèn)題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長(zhǎng)的無(wú)縫鋼管作為半軸套筒。另外，由于汽車(chē)的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內(nèi)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(xiāo)釘固定在一起。
本設(shè)計(jì)采用此類(lèi)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(jiǎn)單，材料利用率高，廢品率很低，生產(chǎn)率高及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)外，還有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是其質(zhì)量小，卻比有些鑄造式橋殼更安全可靠。
6.1.1.3鋼管擴(kuò)張成形整體式橋殼
這種橋殼是由中碳無(wú)縫鋼管或鋼板卷焊鋼管擴(kuò)張，滾壓成形制成。將鋼管中間擴(kuò)孔，兩端滾壓變細(xì)，再加焊凸緣及鋼板彈簧座等，這種制造工藝的生產(chǎn)率高，材料的利用率最高，橋殼質(zhì)量雖小而強(qiáng)度和剛度卻比較好，但需要專(zhuān)用擴(kuò)張，滾壓成形軋制設(shè)備。使用于轎車(chē)和輕型汽車(chē)的大批量生產(chǎn)。
結(jié)論
本文是針對(duì)公路運(yùn)輸載貨汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中以提高可靠性為目的，以“經(jīng)濟(jì)性，可靠性，合理性”為原則，提高和滿足汽車(chē)在綜合使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各分總成如主減速器，差速器，半軸，橋殼等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算，強(qiáng)度校核等工作，初步掌握了汽車(chē)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
設(shè)計(jì)中，采用鑄造整體上橋殼，單級(jí)主減速器，對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器，全浮式半軸等結(jié)構(gòu)。在主減速器上加裝了調(diào)整墊片，可以通過(guò)加減墊片來(lái)調(diào)整齒輪嚙合間隙和軸承緊度。從動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，采用了能限制從動(dòng)錐齒輪因受力而發(fā)生偏移的止推裝置。并將裝了調(diào)整墊片，可以調(diào)整軸承的預(yù)緊度。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高了我們的自學(xué)能力，并回顧了以往以所學(xué)過(guò)的知識(shí)，活躍了思維，鍛煉了獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識(shí)，把理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)了工程實(shí)踐能力和理論研究能力。
鑒于自己的能力有限，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)十分有限，并在設(shè)計(jì)中存在很多的錯(cuò)誤及不足之處，希望各位老師予以諒解并指正。
致謝
在長(zhǎng)達(dá)將近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，從設(shè)計(jì)計(jì)算到圖紙繪制，寧世軍老師盡職盡責(zé)，給我的畢業(yè)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的幫助，在此我對(duì)寧老師表示衷心的感謝！
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我查手冊(cè)的能力得到了很大的提高。以前遇到問(wèn)題不是去問(wèn)老師，就是跳過(guò)去，一點(diǎn)自己查資料的意識(shí)都沒(méi)有?，F(xiàn)在不同了，通過(guò)指導(dǎo)老師的引導(dǎo)，通過(guò)自己的實(shí)踐，現(xiàn)在可以獨(dú)立到圖書(shū)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(méi)有頭緒了。
在其他方面也有不少收獲，比如說(shuō)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我養(yǎng)成了一絲不茍的工作方法。以前做作業(yè)時(shí)總是敷衍了事，一點(diǎn)耐心都沒(méi)有，坐在凳子上也不會(huì)安下心來(lái)，總是用一種浮躁的態(tài)度來(lái)對(duì)待自己的事情。現(xiàn)在不同了，通過(guò)做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以三、四個(gè)小時(shí)坐在凳子上不起身，心理很平靜，一點(diǎn)急噪的情緒都沒(méi)有，這可能是做畢業(yè)設(shè)計(jì)給我留下的東西，這將對(duì)我以后在社會(huì)上工作大有裨益。
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附錄1
驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車(chē)上的主要零件之一，非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽車(chē)荷重的作用，并將載荷傳給車(chē)輪．作用在驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的牽引力，制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過(guò)橋殼傳到懸掛及車(chē)架或車(chē)廂上。因此橋殼既是承載件又是傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置(如半軸)的外殼。
在汽車(chē)行駛過(guò)程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車(chē)的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車(chē)的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量．橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車(chē)的類(lèi)型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。
橋殼的結(jié)構(gòu)型式
橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為可分式
可分式橋殼
可分式橋殼的整個(gè)橋殼由一個(gè)垂直接合面分為左右兩部分，每一部分均由一個(gè)鑄件殼體和一個(gè)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(guò)在中央接合面處的一圈螺栓聯(lián)成一個(gè)整體。其特點(diǎn)是橋殼制造工藝簡(jiǎn)單、主減速器軸承支承剛度好。但對(duì)主減速器的裝配、調(diào)整及維修都很不方便，橋殼的強(qiáng)度和剛度也比較低。過(guò)去這種所謂兩段可分式橋殼見(jiàn)于輕型汽車(chē)，由于上述缺點(diǎn)現(xiàn)已很少采用。
整體式橋殼
整體式橋殼的特點(diǎn)是將整個(gè)橋殼制成一個(gè)整體，橋殼猶如一整體的空心粱，其強(qiáng)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(dú)立的主減速殼里，構(gòu)成單獨(dú)的總成，調(diào)整好以后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi)，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(diào)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(kuò)張成形式三種。
驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩,并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車(chē)輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
a)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車(chē)具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)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(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
d)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。
e)在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車(chē)平順性。
f)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
g)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類(lèi)，即非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱(chēng)為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱(chēng)為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)叫復(fù)雜，但可以大大提高汽車(chē)在不平路面上的行駛平順性。
非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車(chē)、客車(chē)和公共汽車(chē)上，在多數(shù)的越野汽車(chē)和部分轎車(chē)上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車(chē)簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車(chē)輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車(chē)為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車(chē)為了降低汽車(chē)的質(zhì)心高度和車(chē)廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車(chē)的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車(chē)為了進(jìn)一步降低車(chē)廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車(chē)、多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)和超重型載貨汽車(chē)上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無(wú)聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車(chē)的總體布置很方便。
斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋
斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒(méi)有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性整體外殼或梁。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱(chēng)為斷開(kāi)式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱(chēng)為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車(chē)架橫粱或車(chē)廂底板上，或與脊梁式車(chē)架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車(chē)架或車(chē)廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
汽車(chē)懸掛總成的類(lèi)型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車(chē)行駛平順性的主要因素，而汽車(chē)簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車(chē)廂傾斜，提高汽車(chē)的行駛平順性和平均行駛速度，減小車(chē)輪和車(chē)橋上的動(dòng)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(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車(chē)及一些越野汽車(chē)上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車(chē)或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車(chē)。
多橋驅(qū)動(dòng)的布置
為了提高裝載量和通過(guò)性，有些重型汽車(chē)及全部中型以上的越野汽車(chē)都是采用多橋驅(qū)動(dòng)，常采用的有4×4、6×6、8×8等驅(qū)動(dòng)型式。在多橋驅(qū)動(dòng)的情況下，動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動(dòng)力傳遞方式，多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)各驅(qū)動(dòng)橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋，需分別由分動(dòng)器經(jīng)各驅(qū)動(dòng)橋自己專(zhuān)用的傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力，這樣不僅使傳動(dòng)軸的數(shù)量增多，且造成各驅(qū)動(dòng)橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對(duì)8×8汽車(chē)來(lái)說(shuō)，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難于布置了。
為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)都是采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置型式。
在貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置中，各橋的傳動(dòng)軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且各驅(qū)動(dòng)橋不是分別用自己的傳動(dòng)軸與分動(dòng)器直接聯(lián)接，而是位于分動(dòng)器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動(dòng)軸，是串聯(lián)布置的。汽車(chē)前后兩端的驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力，是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是，不僅減少了傳動(dòng)軸的數(shù)量，而且提高了各驅(qū)動(dòng)橋零件的相互通用性，并且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對(duì)于汽車(chē)的設(shè)計(jì)(如汽車(chē)的變型)、制造和維修，都帶來(lái)方便。
由于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱資料，參照國(guó)內(nèi)相關(guān)貨車(chē)的設(shè)計(jì)。
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