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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
CA1040輕型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
學(xué)院名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級： 車輛工程B07-8
學(xué)生姓名： 楊洪亮
指導(dǎo)教師： 孫遠(yuǎn)濤
職 稱： 實(shí)驗(yàn)師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Thesis for Bachelor's Degree
Desing of Drive axle for FawCA1040
Candidate：Yang Hongliang
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B07-8
Supervisor：Experimental division Sun Yuantao
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系末端，其基本功用是增矩、降速，承受作用于路面和車架或車身之間的作用力。它的性能好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。輕型貨車在商用貨運(yùn)汽車生產(chǎn)中占有很大的比重，為滿足目前當(dāng)前載貨汽車的高速度、高效率、高效益的需要，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。因此設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且通過對汽車驅(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)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識和技能，所以本課題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)優(yōu)良的輕型貨車驅(qū)動(dòng)橋具有一定的實(shí)際意義。
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)主要保證汽車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。本設(shè)計(jì)根據(jù)給定的參數(shù)，按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并參考同類型車確定汽車總體參數(shù)，再確定主減速器、差速器、半軸和橋殼的結(jié)構(gòu)類型，最后進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)并對主減速器主、從動(dòng)齒輪、半軸齒輪和行星齒輪進(jìn)行強(qiáng)度以及壽命的校核。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)過程中基本保證結(jié)構(gòu)合理，符合實(shí)際應(yīng)用，總成及零部件的設(shè)計(jì)能盡量滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求，修理、保養(yǎng)方便，機(jī)件工藝性好，制造容易。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；單級主減速器；差速器；半軸；橋殼
ABSTRACT
Drive axle is at the end of the power train, and its basic function is increasing the torque and reducing the speed, bearing the force between the road and the frame or body. Its performance will have a direct impact on automobile performance .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed，heavy-loaded，high efficiency，high benefit today’ heavy truck，must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truck’ developing tendency. Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit today` truck, must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks’ developing tendency. Design a simple, reliable, low cost of the drive axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production, and promote the economic development of automobile and automotive drive axle of the study and design practice, can better learn and to master modern automotive design and mechanical design of a comprehensive knowledge and skills, so the title of the fine structure of the design of a pickup vehicle drive axle has a certain practical significance.
According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parameters in accordance with the traditional design methods and reference the same vehicle parameters, then identify the main reducer, differential, axle and axle housing structure type, finally design the parameters of the main gear, the driven gear of the final drive, axle gears and spiral bevel gear and check the strength and life of them. In design process of the drive axle, we should ensure a reasonable structure, practical applications, the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts, components and products’ universality and the serialization and change , convenience of repair and maintenance, good mechanical technology, being easy to manufacture.
Key words: Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 論文研究的背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3
第2章 驅(qū)動(dòng)橋總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 汽車車橋的種類 5
2.2 驅(qū)動(dòng)橋的種類 5
2.2.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 5
2.2.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 6
2.3 多驅(qū)動(dòng)橋的布置 6
2.4 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求 7
2.5 設(shè)計(jì)車型參數(shù) 7
2.6 主減速器方案 8
2.6.1 主傳動(dòng)比的確定 9
2.6.2 主減速器的齒輪類型 10
2.6.3 主減速器的減速形式 11
2.6.4 主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支撐方案 11
2.7 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定 13
2.8 半軸形式的確定 14
2.9 橋殼形式的確定 15
2.10 本章小結(jié) 16
第3章 主減速器設(shè)計(jì) 17
3.1 概述 17
3.2 主減速器齒輪參數(shù)的選擇及強(qiáng)度計(jì)算 17
3.2.1 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 17
3.2.2 錐齒輪主要參數(shù)的選擇 18
3.2.3 主減速器齒輪材料的選擇 22
3.2.4 主減速器齒輪強(qiáng)度的計(jì)算 22
3.3 主減速器軸承的選擇 26
3.4 主減速器的潤滑 31
3.5 本章小結(jié) 31
第4章 差速器設(shè)計(jì) 32
4.1概述 32
4.2 對稱式行星齒輪差速器工作原理 32
4.3 對稱式行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 33
4.4 對稱式行星圓錐齒輪設(shè)計(jì) 33
4.4.1 差速器齒輪的材料 33
4.4.2 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 34
4.4.3 差速器齒輪幾何尺寸計(jì)算 36
4.4.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 37
4.5 本章小結(jié) 39
第5章 半軸設(shè)計(jì) 40
5.1 概述 40
5.2 半軸的設(shè)計(jì) 40
5.2.1半軸材料與熱處理 40
5.2.2全浮式半軸的計(jì)算載荷的確定 40
5.2.3全浮半軸桿部直徑的初選 42
5.2.4全浮半軸強(qiáng)度計(jì)算 42
5.2.5全浮式半軸花鍵強(qiáng)度計(jì)算 43
5.3 本章小結(jié) 44
第6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的設(shè)計(jì) 45
6.1 概述 45
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 45
6.2.1橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 45
6.2.2在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 47
6.2.3汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 47
6.2.4汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 49
6.2.5 汽車受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 51
6.3 本章小結(jié) 54
結(jié)論………………………………………………………………………………………55
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………56
致謝…………..……………………………………………………………58
附錄………………………………………………………………………………59
附錄A…………………………………………………………………………………59
附錄B……………………………………………………………………………62
IV
第1章 緒 論
1.1 論文研究的背景及意義
近年來，我國汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，2009年我國汽車產(chǎn)銷分別完1379.10萬輛和1364.48萬輛，同比分別增長48%和46%。在各大細(xì)分市場中，增長最快為微型貨車，2009年共銷售50.57萬輛，同比增長73%，對于商用車銷售增長貢獻(xiàn)度為29%。2011年，在汽車下鄉(xiāng)政策的推動(dòng)下，輕型貨車市場仍將保持增長，國內(nèi)企業(yè)為了獲得更大的投資收益，也將在生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量上不斷升級。
隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，作為汽車關(guān)鍵零部件之一的汽車驅(qū)動(dòng)橋也需得到相應(yīng)的提升，為滿足市場多樣化及用戶個(gè)性化的需求，驅(qū)動(dòng)橋再也不能停留在載貨車單一的、低檔次的技術(shù)水平上，隨著新材料、新能源、電子測控及信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用這些高新科技武裝和改造傳統(tǒng)的汽車工業(yè)，以新型的驅(qū)動(dòng)橋大幅度地提高車輛的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性，為廣大消費(fèi)者提供節(jié)能型和環(huán)保型的汽車產(chǎn)品。各生產(chǎn)廠家在研發(fā)和生產(chǎn)過程中基本上形成了專業(yè)化、系列化、批量化的局面，汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的重要總成，承載著汽車車架及承載式車身經(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。汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對汽車的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響[1]。
汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的重大總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(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。汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對汽車的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動(dòng)橋在汽車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，汽車驅(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，通過對汽車驅(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)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識和技能。
汽車驅(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，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且通過對汽車驅(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)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識和技能，所以本題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)優(yōu)良的微型貨車驅(qū)動(dòng)橋具有一定的實(shí)際意義。而且由于我國的汽車行業(yè)發(fā)展日趨成熟，各汽車企業(yè)的競爭愈演愈烈，而提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車生產(chǎn)商來提高其產(chǎn)品市場競爭力的一個(gè)法寶。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從離合器變速器萬向傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)橋這些動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過程中的損失的途徑。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)匹配性比較好的驅(qū)動(dòng)橋就成了有效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為了新的課題。
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載貨汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載貨汽車的快速、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)效率高的單級減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來汽車的發(fā)展方向。對于載貨汽車來說，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車和客車，以及商用車都要大得多，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。
本課題就選取典型的輕型貨車解放CA1040輕型貨車來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
國外微型貨車驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，建立新的驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)模式成為國內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)團(tuán)隊(duì)的新目標(biāo)。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)新方法的應(yīng)用使其開發(fā)周期縮短，成本降低，可靠性增加。目前國內(nèi)最新的開發(fā)模式和驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)包括：
（1）并行工程開發(fā)模式
并行工程開發(fā)模式是對在一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能的不同性能，不同規(guī)格的機(jī)械產(chǎn)片進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列的功能模塊，然后通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的一種設(shè)計(jì)方法。該方法能夠縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間，降低成本，提升質(zhì)量，提高市場競爭力，以DANA為代表的意大利企業(yè)多以采用了這類設(shè)計(jì)方法。該方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是：減少設(shè)計(jì)及工裝制造的投入，減少了零件種類，提高規(guī)模生產(chǎn)程度，降低制造費(fèi)用，提高市場響應(yīng)速度等。
（2）模態(tài)分析
模態(tài)分析是對工程結(jié)構(gòu)驚醒振動(dòng)分析研究的最先進(jìn)的現(xiàn)代方法和手段之一。它可以定義為對結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的解析分析（有限元分析）和實(shí)驗(yàn)分析（實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析），其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。模態(tài)分析技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)是在對系統(tǒng)做動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，用模態(tài)坐標(biāo)代替物理學(xué)坐標(biāo)，從而可以大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目，分析精度得到提高。驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)特性不但直接影響其本身強(qiáng)度，而且對整車的舒適性和平順性有著至關(guān)重要的影響。因此，對驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行模態(tài)分析，掌握和改善其振動(dòng)特性，是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面。
（3）驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析方法
有限元法不需要對所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的簡化，既可以考慮各種計(jì)算要求和條件，也可以計(jì)算各種工況，而且計(jì)算精度高。有限元法將具有無限個(gè)自由度的連續(xù)體離散為有限個(gè)自由度的單元集合體，是問題簡化為適合數(shù)值解法的問題，配以計(jì)算機(jī)就可以解決許多解析法無法解決的復(fù)雜工程問題。目前，有限元法已經(jīng)成為求解數(shù)學(xué)，物理，力學(xué)以及工程問題的一種有效的數(shù)值方法，也為驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。
（4）高性能制動(dòng)器技術(shù)
在發(fā)達(dá)國家驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品中, 已出現(xiàn)了自循環(huán)冷卻功能的濕式制動(dòng)器橋、帶散熱風(fēng)送的盤式制動(dòng)器橋、適于ABS的蹄、鼓式和盤式制動(dòng)器橋、帶自動(dòng)補(bǔ)償間隙的盤式制動(dòng)器等配置高性能制動(dòng)器橋，同時(shí)制動(dòng)器的布置位置也出現(xiàn)了從橋臂處分別向橋包總成和輪邊端部轉(zhuǎn)移的趨勢。前種處理方式易于散熱, 后種處理方式為了降低成本，甚至有廠商把制動(dòng)器的殼體與橋殼鑄為一體，既易于散熱，又利于降低材料成本，但這對鑄造技術(shù)、鑄造精度和加工精度都提出了極高的要求。
（5）電子智能控制技術(shù)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品
電子智能控制技術(shù)已經(jīng)在汽車業(yè)得到了快速發(fā)展，如現(xiàn)代汽車上使用的ABS(制動(dòng)防抱死控制)、ASR（驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)）等系統(tǒng)[2]。
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè),采用后輪驅(qū)動(dòng)汽車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)造和車型的不同，這種費(fèi)用將會(huì)有很大的差別。如果變速器出了故障，對于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車就不需要對差速器進(jìn)行維修，但是對于前輪驅(qū)動(dòng)的汽車來說也許就有這個(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)使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)研究的重點(diǎn)在于：從橋殼的制造技術(shù)上尋求制造工藝先進(jìn)、制造效率高、成本低的方法；從齒輪減速形式上將傳統(tǒng)的中央單極減速器發(fā)展到現(xiàn)在的中央及輪邊雙級減速或雙級主減速器結(jié)構(gòu)；從齒輪的加工形式上車橋內(nèi)部的的主從動(dòng)齒輪、行星齒輪及圓柱齒輪逐漸采用精磨加工，以滿足汽車高速行駛要求及法規(guī)對于噪聲的控制要求。
總之，我國汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)與世界先進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，我國車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進(jìn)國外技術(shù)、紡制、再加上自己改進(jìn)的基礎(chǔ)上了取得的。個(gè)別比較有實(shí)力的企業(yè)，雖有自己獨(dú)立的研發(fā)機(jī)構(gòu)但都處于發(fā)展的初期。在科技迅速發(fā)展的推動(dòng)下，高新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，各種國外汽車新技術(shù)的引進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)自身研發(fā)能力的提高，我國的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)和制造會(huì)逐漸發(fā)展起來，并跟上世界先進(jìn)的汽車零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平[3]。
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)出適合解放CA6140輕型貨車的驅(qū)動(dòng)橋，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下:
1、主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基本參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算；
2、差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇、幾何及強(qiáng)度計(jì)算；
3、驅(qū)動(dòng)半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算；
4、驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析與強(qiáng)度計(jì)算。
5、驅(qū)動(dòng)橋裝配圖A0圖紙一張，零件圖折合A0圖紙兩張。
提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更舒適，更機(jī)動(dòng)，更方便，動(dòng)力性更好，污染更少。改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場競爭地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋總體方案設(shè)計(jì)
2.1 汽車車橋的種類
汽車的驅(qū)動(dòng)橋與從動(dòng)橋統(tǒng)稱為車橋，車橋通過懸架與車架（或承載式車身）相連，它的兩端安裝車輪，其功用是傳遞車架（或承載式車身）于車輪之間各方向的作用力及其力矩。
根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同，車橋分為整體式和斷開式兩種。當(dāng)采用非獨(dú)立懸架時(shí)，車橋中部是剛性的實(shí)心或空心梁，這種車橋即為整體式車橋；斷開式車橋?yàn)榛顒?dòng)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立懸架配用。在絕大多數(shù)的載貨汽車和少數(shù)轎車上，采用的是整體式非斷開式。斷開式驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪可獨(dú)立相對于車廂上下擺動(dòng)。
根據(jù)車橋上車輪的作用，車橋又可分為轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種類型。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋，一般貨車多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，而后橋或中后兩橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋[4-5]。
2.2 驅(qū)動(dòng)橋的種類
驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系末端，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的轉(zhuǎn)矩，并合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩。驅(qū)動(dòng)橋分為斷開式和非斷開式兩種。
2.2.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)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(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(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)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(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，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級結(jié)構(gòu)。在雙級主減速器中，通常把兩級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(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；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)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(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)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(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，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)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對汽車的總體布置很方便[4]。
2.2.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(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(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
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(zhì)量的大小，對其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(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)車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)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(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(qū)動(dòng)的重型越野汽車。
由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱資料，參照國內(nèi)相關(guān)輕型貨車的設(shè)計(jì)，最后本課題選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。
2.3 多驅(qū)動(dòng)橋的布置
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(qū)動(dòng)，常采用的有4x4，6x6，8x8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8x8汽車來說，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難于布置了。
為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車都是采用貫通式驅(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，并且簡化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對于汽車的設(shè)計(jì)(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來方便[5]。
圖2.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
2.4 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
（1）所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
（2）外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。
（3）齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
（4）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。
（5）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，以改善汽車平順性。
（6）與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對于轉(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)。
（7）結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
2.5 設(shè)計(jì)車型參數(shù)
本次設(shè)計(jì)是為解放CA1040車型設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋，其基本參數(shù)如表2.1所示。
表2.1 解放CA1040輕型貨車基本參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
單位
輪胎
650-16 550F
-
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
75
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
190.8
裝載質(zhì)量
1750
汽車滿載質(zhì)量
3720
滿載時(shí)軸荷分布
前軸1380 后軸2340
最大車速
100
輪距
1370
鋼板彈簧中心距離
0.9
主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于汽車在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。
2.6 主減速器方案
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。
2.6.1 主傳動(dòng)比的確定
主減速比，驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。主減速比對主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定?？衫迷诓煌碌墓β势胶馓飦硌芯繉ζ噭?dòng)力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，對發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇值，可使汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
對于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車、長途公共汽車尤其是競賽車來說，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時(shí)值應(yīng)按式2.1來確定：
（2.1）
式中：——車輪的滾動(dòng)半徑，?。?
——變速器的最高檔傳動(dòng)比，??；
——最大功率轉(zhuǎn)速，??；
——最大車速，取。
對于其他汽車來說，為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車速稍有下降，一般選擇比上式求得的大10％-25％，即按式2.2選擇：
（2.2）
式中：——分動(dòng)器或加力器的高檔傳動(dòng)比；
——論辯減速器的傳動(dòng)比；
帶入數(shù)據(jù)后，經(jīng)初步確定。
為了使齒輪磨合均勻，主從動(dòng)齒輪的齒數(shù)應(yīng)滿足，之間避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40；為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對于商用車一般不小于6；主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙?？紤]到主、從動(dòng)主減速齒輪可能的齒數(shù)，對予以校正并最后確定，主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)，從動(dòng)齒輪齒數(shù)即。
2.6.2 主減速器的齒輪類型
按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。
在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。在現(xiàn)代貨車車驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。
螺旋錐齒輪如圖2.2所示，主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點(diǎn)到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時(shí)捏合，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。出于成本考慮，本次設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡單、成本低螺旋錐齒輪[6-7]。
圖2.2 螺旋錐齒輪傳動(dòng)
2.6.3 主減速器的減速形式
主減速器的減速形式分為單級減速、雙級減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，有時(shí)也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比的各種中小型汽車上。
如圖2-3所示，單級減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝較簡單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本型，在貨車車上占有重要地位。目前貨車車發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大扭矩發(fā)展的趨勢使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比向小速比發(fā)展；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，許多貨車使用條件對汽車通過性的要求降低，因此，產(chǎn)品不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過性；與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性增加。
與單級主減速器相比，由于雙級主減速器由兩級齒輪減速組成，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大；主減速器的齒輪及軸承數(shù)量的增多和材料消耗及加工的工時(shí)增加，制造成本也顯著增加，只有在主減速比較大（）且采用單級主減速器不能滿足既定的主減速比和離地間隙等要求是才采用。通常僅用在裝在質(zhì)量10噸以上的重型汽車上，本次設(shè)計(jì)貨車主減速比，所以采用單級主減速器。
圖2.3 單級減速器
2.6.4 主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支撐方案
主減速器中心必須保證主從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好地工作。齒輪的正確嚙合，除了與齒輪的加工質(zhì)量裝配調(diào)整及軸承主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。
（1）主動(dòng)錐齒輪的支撐
主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種，其結(jié)構(gòu)形式如圖 2.4所示?？缰檬接休^大的剛度，能夠承載更大的載荷，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通常裝載質(zhì)量為2噸以上的汽車主減速器主動(dòng)齒輪都是采用跨置式支承。本課題所設(shè)計(jì)的輕型貨車裝載質(zhì)量在2噸以下，所以選用懸臂式。
（2）從動(dòng)錐齒輪的支撐
從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承, 其結(jié)構(gòu)形式如圖2.5所示。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。
圖2.4 主減速器主動(dòng)錐齒輪支撐形式
圖2.5 主減速器從動(dòng)錐齒輪支撐形式
2.7 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定
根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長。另外，即使汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車輪軸將動(dòng)力傳給左右車輪，則會(huì)由于左右車輪的轉(zhuǎn)速雖然相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)是輪胎過早磨、無益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車的類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運(yùn)輸車輛，對于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此幾乎都采用了結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車輪間的所謂輪間差速器使用；對于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的。
經(jīng)過查閱資料，綜合考慮后，本次設(shè)計(jì)選用：普通錐齒輪式差速器如圖2.6所示，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)可靠，適用于本次設(shè)計(jì)的汽車驅(qū)動(dòng)橋。
圖2.6 普通對稱式圓錐行星齒輪差速器
2.8 半軸形式的確定
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。在一般非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來。根據(jù)半軸外端支撐形式分為半浮式，3/4浮式，全浮式[8]。
（1）半浮式半軸
半浮式半軸以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車輪輪轂相固定，或以突緣直接與車輪輪盤及制動(dòng)鼓相聯(lián)接)。因此，半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還要承受車輪傳來的彎矩。由此可見，半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜，但它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。用于質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。
（2）3/4浮式半軸
3/4浮式半軸的結(jié)構(gòu)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，而半軸則以其端部與輪轂相固定。由于一個(gè)軸承的支承剛度較差，因此這種半軸除承受全部轉(zhuǎn)矩外，彎矩得由半軸及半軸套管共同承受，即3/4浮式半軸還得承受部分彎矩，后者的比例大小依軸承的結(jié)構(gòu)型式及其支承剛度、半軸的剛度等因素決定。側(cè)向力引起的彎矩使軸承有歪斜的趨勢，這將急劇降低軸承的壽命?？捎糜谵I車和輕型載貨汽車，但未得到推廣。
（3）全浮式半軸
全浮式半軸的外端與輪轂相聯(lián)，而輪轂又由一對軸承支承于橋殼的半軸套管上。多采用一對圓錐滾子軸承支承輪轂，且兩軸承的圓錐滾子小端應(yīng)相向安裝并有一定的預(yù)緊，調(diào)好后由鎖緊螺母予以鎖緊，很少采用球軸承的結(jié)構(gòu)方案。由于車輪所承受的垂向力、縱向力和側(cè)向力以及由它們引起的彎矩都經(jīng)過輪轂、輪轂軸承傳給橋殼，故全浮式半軸在理論上只承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩。但在實(shí)際工作中由于加工和裝配精度的影響及橋殼與軸承支承剛度的不足等原因，仍可能使全浮式半軸在實(shí)際使用條件下承受一定的彎矩，彎曲應(yīng)力約為。具有全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋的外端結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需采用形狀復(fù)雜且質(zhì)量及尺寸都較大的輪轂，制造成本較高，故轎車及其他小型汽車不采用這種結(jié)構(gòu)。但由于其工作可靠，故廣泛用于輕型以上的各類汽車上。由于所設(shè)計(jì)車型為輕型貨車，可能在各種路況下行駛，行駛沖擊比較大，所以本設(shè)計(jì)采用全浮半軸。
2.9 橋殼形式的確定
驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)車輪上的牽引力，制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)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(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)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(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。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車的行駛平順性，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)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。
橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為可分式，組合式整體式三種。
（1）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)是橋殼制造工藝簡單、主減速器軸承支承剛度好。但對主減速器的裝配、調(diào)整及維修都很不方便，橋殼的強(qiáng)度和剛度也比較低。過去這種所謂兩段可分式橋殼見于輕型汽車，由于上述缺點(diǎn)現(xiàn)已很少采用。
（2）組合式
組合式橋殼又稱為支架式橋殼，對加工精度要求較高，剛度較差，通常用于微型汽車、轎車、輕型以下載貨汽車。
（3）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。鋼板沖壓焊接整體式橋殼是由鋼板沖壓焊接成的橋殼主體、兩端再焊上半軸套管及鋼板彈簧座組成。其制造工藝簡單、材料利用率高、廢品率低生產(chǎn)率高極、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，但是比有些鑄造橋殼可靠，由于鋼板沖壓焊接整體式橋殼有一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來不但應(yīng)用于轎車，輕型貨車、中型載貨車上得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼就選用鋼板沖壓焊接式整體橋殼。
2.10 本章小結(jié)
本章首先確定了主減速比，用以確定其它參數(shù)。對主減速器型式確定中主要從主減速器齒輪的類型、主減速器的減速形式、主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇、從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇，從而確定逐步給出驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)總成的基本結(jié)構(gòu)，分析了驅(qū)動(dòng)橋各總成結(jié)構(gòu)組成。基本確定了驅(qū)動(dòng)橋四個(gè)組成部分主減速器、差速器、半軸、橋殼的結(jié)構(gòu)。
第3章 主減速器設(shè)計(jì)
3.1 概述
主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于汽車在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力[9-10]。
3.2 主減速器齒輪參數(shù)的選擇及強(qiáng)度計(jì)算
3.2.1 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定
（1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3.1）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，??；
——變速器最低檔傳動(dòng)比，?。?
——主減速器傳動(dòng)比，??；
——上述傳動(dòng)部分的效率，??；
——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目，??；
——猛接離合器產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，取；
——液力變矩器變矩系數(shù)，??；
最終帶入數(shù)據(jù)可得：
（2）按驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3.2）
式中：——汽車滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大載荷，但對后橋來說還應(yīng)考慮汽車加速時(shí)負(fù)載增大量，可初??；
——汽車最大加速度時(shí)代后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，??；
——輪胎對地面的附著系數(shù)，取；
——主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，??；
——主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，取；
帶入數(shù)據(jù)可得：；
由式3.1和式3.2求的的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，是作用在從動(dòng)錐齒輪上的最大轉(zhuǎn)矩，不同于日常形式平均轉(zhuǎn)矩。當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)取前面兩種的較小值，即，故主減速器齒輪的計(jì)算載荷：
主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：
（3.3）
式中：——主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；
——主減速比，取；
——主從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)效率，對于弧齒錐齒輪副，?。?
計(jì)算得
3.2.2 錐齒輪主要參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從錐齒輪齒數(shù)和、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)、主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬和、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等[12]。
（1）主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和
如前文所述，主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)選取，從動(dòng)齒輪齒數(shù)選取。
（2）從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
對于單級主減速器，增加尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼高度尺寸和離地間隙，減小又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。
殼根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即
（3.4）
式中：——從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑；
——直徑系數(shù)，一般為；
從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由前文計(jì)算可得
故計(jì)算可得
可由式3.5得到：
（3.5）
同時(shí)還應(yīng)滿足式（3.6）：
（3.6）
式中：——模數(shù)系數(shù)，?。?
經(jīng)計(jì)算得，，根據(jù)國家模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選擇模數(shù)，故
（3）主、從動(dòng)錐齒輪出面寬和
錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪齒輪下端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面寬過窄及刀尖圓角過下。這樣，不但減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時(shí)載荷集中于齒輪小端，會(huì)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間減小。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會(huì)降低。
對于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于其節(jié)錐距的0.3倍，即，并且一般推薦。對于弧齒錐齒輪，一般比大10%。
故吃面寬選擇為，圓整為，，圓整為。
（4）中心螺旋角
螺旋角沿尺寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，齒輪小端的螺旋角最小?；↓X制齒輪副的中點(diǎn)的螺旋角是相等的。選擇時(shí)，應(yīng)考慮他對齒面重合度、輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響。越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪聲就越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。一般不小于1.25，在時(shí)效果最好。但是過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為35°-40°。乘用車選用較大的值以保證較大的齒面重合度，是運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低；商用車選用較小的以防止軸向力過大，通常取35°。
（5）螺旋方向
從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的螺旋方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)檔時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢，防止輪齒因卡死而損傷。
在本設(shè)計(jì)中選取主動(dòng)齒輪為左旋，從動(dòng)齒輪為右旋方向。
（6）法向壓力角
法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減小齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對于小負(fù)荷工作的齒輪，一般采用小的壓力角，可使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對于弧齒錐齒輪，商用車的為或，乘用車的一般選用或。
本設(shè)計(jì)中選取法向壓力角為。
綜上所述，可得主從動(dòng)錐齒輪的幾何參數(shù)如表3.1所示。
表3.1 主從動(dòng)錐齒輪幾何參數(shù)
序號
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
1
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
7
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
44
3
端面模數(shù)
5.5
3.1 主從動(dòng)錐齒輪幾何參數(shù)（續(xù)）
序號
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
4
齒面寬
5
工作齒高
6
全齒高
7
法向壓力角
20°
8
軸交角
90°
9
節(jié)圓直徑
10
節(jié)錐角
11
節(jié)錐距
12
周節(jié)
13
齒頂高
14
齒跟高
15
徑向間隙
16
齒根角
17
面錐角
18
跟錐角
19
外圓直徑
20
節(jié)錐定點(diǎn)主齒輪外圓直徑
21
齒側(cè)間隙
22
螺旋角
35°
3.2.3 主減速器齒輪材料的選擇
驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求：
（1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。
（2）齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。
（3）鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。
因此選擇合金材料，盡量少用含鎳、鉻的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。
汽車主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。
為改善新齒輪的磨合，防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高的齒輪壽命。對于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。
3.2.4 主減速器齒輪強(qiáng)度的計(jì)算
在選好主減速器錐齒輪的主要參數(shù)后