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1、- 第五節(jié) 車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 車輪傳動(dòng)裝置位于傳動(dòng)系的末端，其根本功用是承受從差速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對(duì)于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，車輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸；對(duì)于斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋(圖5—27)，車輪傳動(dòng)裝置為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)見第四章，以下僅講述半軸的設(shè)計(jì)。 一、構(gòu)造形式分析 半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為牛浮式、3／4浮式和全浮式三種形式。 半浮式半軸(圖5—28a)的構(gòu)造特點(diǎn)是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對(duì)車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸構(gòu)造簡(jiǎn)單，所受載荷較大，只用于轎車

2、和輕型貨車及輕型客車上。 3／4浮式半軸(圖5—28b)的構(gòu)造特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支承著車輪輪轂，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用在轎車和輕型貨車上。 全浮式半軸(圖5—28c)的構(gòu)造特點(diǎn)是半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相聯(lián)，而輪轂又借用兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在驅(qū)動(dòng)橋殼的半軸套管上。理論上來(lái)說(shuō)，半軸只承受轉(zhuǎn)矩，作用于驅(qū)動(dòng)輪上的其它反力和彎矩全由橋殼來(lái)承受。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同女、半軸法蘭平面相對(duì)其軸線不垂直等因素，會(huì)引起半軸的彎曲變形，由此引起的彎曲應(yīng)力一般為5～70

3、MPa。全浮式半軸主要用于中、重型貨車上。 二、半軸計(jì)算 1．全浮式半軸 全浮式半軸的計(jì)算載荷可按車輪附著力矩M，計(jì)算 (5 - 43) 式中，為驅(qū)動(dòng)橋的最大靜載荷；為車輪滾動(dòng)半徑；為負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；為附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.8。 半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 式中，為半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；d為半軸直徑。 半軸的扭轉(zhuǎn)角為 (5 - 45) 式中，為扭轉(zhuǎn)角；為半軸長(zhǎng)度；G為材料剪切彈性模量；為半軸斷面極慣性矩，。 半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力宜為500～700MPa，轉(zhuǎn)角宜為每米長(zhǎng)度～。 2．半浮式半軸 半浮式半軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下三種載荷工況： (1)縱向力最大，側(cè)向力為0：此時(shí)垂向力，縱向力最大值，

4、計(jì)算時(shí)可取1．2，取0．8。 半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 (5 - 46) 式中，d為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離，如圖5—28所示。 合成應(yīng)力 (2)側(cè)向力最大，縱向力=0，此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑：外輪上的垂直反力。和輪上的垂直反力分別為 (5 - 48) 式中，為汽車質(zhì)心高度；為輪距；為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)叭可取1．0。 外輪上側(cè)向力和輪上側(cè)向力分別為 (5 - 49) 、外車輪上的總側(cè)向力為。 這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力和輪半軸的彎曲應(yīng)力分別為 (5 - 50) (3)汽車通過不平路面，垂向力最大，縱向力，側(cè)向力：此時(shí)垂直力最大值為： 式中，是為動(dòng)載系數(shù)，

5、轎車：，貨車：，越野車：。 半軸彎曲應(yīng)力，為 (5 - 52) 半浮式半軸的許用合成應(yīng)力為600—750MPa。 3．3／4浮式半軸 3／4浮式半軸計(jì)算與半浮式類似，只是半軸的危險(xiǎn)斷面不同，危險(xiǎn)斷面位于半軸與輪手相配外表的端。 半軸和牛軸齒輪一般采用漸開線花鍵連接，對(duì)花鍵應(yīng)進(jìn)展擠壓應(yīng)力和鍵齒切應(yīng)力驗(yàn)算。擠壓應(yīng)力不大于200MPa，切應(yīng)力不大于73MPa。 三、半軸可靠性設(shè)計(jì) 在汽車設(shè)計(jì)中，可靠性已成為比較重要的技術(shù)指標(biāo)之一。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，須考慮各參量的統(tǒng)計(jì)分散性，進(jìn)展隨機(jī)不確定分析，真實(shí)正確地反映產(chǎn)品的強(qiáng)度與受載等情況。 1．可靠度計(jì)算 對(duì)于全浮式半軸來(lái)說(shuō)，所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

6、，按下式計(jì)算 式中，丁為半軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩；d為半軸的直徑。 根據(jù)二階矩技術(shù)，以應(yīng)力極限狀態(tài)表示的狀態(tài)方程為 式中，r為半軸材料的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度；*為根本隨機(jī)變量矢量，。 設(shè)根本隨機(jī)變量矢量*的均值，方差，且認(rèn)為這些隨機(jī)變量是服從正態(tài)分布的相互獨(dú)立的隨機(jī)變量。g(*)是反映半軸狀態(tài)和性能的狀態(tài)函數(shù)，可表示半軸的兩種狀態(tài)： 將g(*)在均值處展開成二階泰勒級(jí)數(shù)，可得到g(*)的二階近似均值，和一階近似方差 不管g(*)服從什么分布，可靠性指標(biāo)定義為 (5 - 56) 可靠度的一階估計(jì)量為 (5 - 57) 式中，為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。 2．可靠性設(shè)計(jì) 給定半軸可靠度R，查表得可靠性

7、指標(biāo)，由式(5—55)經(jīng)推導(dǎo)整理得 (5 - 58) + 式中， 根據(jù)加工誤差和3a法則，取半軸直徑標(biāo)準(zhǔn)差為0．005倍的半軸直徑均值，求解式(5—58)即可求得半軸的最小直徑的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。 四、半軸的構(gòu)造設(shè)計(jì) 對(duì)半軸進(jìn)展構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)： (1) 全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取 (5 - 59) 式中，d為半軸桿部直徑(mm)；為半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩(M·mm)，按式(5—43)計(jì)算；K為直徑系數(shù)，取0．205～0．218。 根據(jù)初選的d，按前面的應(yīng)力公式進(jìn)展強(qiáng)度校核。 2)半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各局部到達(dá)根本等強(qiáng)度。 3)半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量增大各過渡局部的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡局部，以減小應(yīng)力集中。 4)對(duì)于桿部較粗且外端凸緣也較大時(shí)，可采用兩端用花鍵連接的構(gòu)造。 5)設(shè)計(jì)全浮式半軸桿部的強(qiáng)度儲(chǔ)藏應(yīng)低于驅(qū)動(dòng)橋其它傳力零件的強(qiáng)度儲(chǔ)藏，使半軸起一個(gè)“熔絲〞的作用。半浮式半軸直接安裝車輪，應(yīng)視為保安件。 . z