載貨汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)方案

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1、目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1本課題研究的目的和意義 1 1.2 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3 本課題研究的主要任務(wù) 2 1.4 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋概述 2 2 主減速器設(shè)計(jì) 4 2.1 主減速器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介及選擇 4 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 5 2.2.1 主減速齒輪計(jì)算載荷的確定 5 2.2.2 主減速齒輪基本參數(shù)的選擇 7 2.2.3 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 10 2.3 主減速器齒輪的材料選擇 12 2.4 主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 12 2.5 主減速器齒輪支承形式的選擇 16 2.6 主減速器齒輪軸

2、承的載荷計(jì)算 17 2.6.1 錐齒輪齒面上的作用力 17 2.6.2 錐齒輪齒面上的軸向力和徑向力 17 2.6.3 主減速器齒輪軸承的選擇 19 3 差速器設(shè)計(jì) 20 3.1 差速器介紹 21 3.2 差速器的原理 21 3.3差速器齒輪主要參數(shù)選擇 22 3.4 差速器齒輪幾何尺寸計(jì)算 25 3.5 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 28 4 半軸設(shè)計(jì) 30 4.1 半軸的類(lèi)型與選擇 30 4.2 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 30 4.2.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 30 4.2.2 全浮式半軸直徑的選擇 31 4.2.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 31 4.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計(jì)及材料選擇 31 4.4 半軸花鍵的參數(shù)選擇 32 4.5 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 32 5 驅(qū)動(dòng)橋三維模型建立及運(yùn)動(dòng)仿真 33 5.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 33 5.2 建立驅(qū)動(dòng)橋三維模型 33 5.3 驅(qū)動(dòng)橋模型運(yùn)動(dòng)仿真 37 6 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)及有限元分析 38 6.1 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)要求 38 6.2 驅(qū)動(dòng)橋殼類(lèi)型確定和材料選擇 38 6.3 對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行有限元分析 39 7 結(jié)論 43 致謝 44 參考文獻(xiàn) 45 摘 要 本次設(shè)計(jì)是以東風(fēng)牌LZ1090D載貨汽車(chē)主要性能參數(shù)為依據(jù)來(lái)完成其驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)傳動(dòng)系中的重要組成部分，它主要

4、由主減速器、差速器、半軸和橋殼等組成。其主要作用是降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩，以及實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能，并且還要承受作用于路面與車(chē)架或車(chē)身之間的垂直力、縱向力和橫向力等。 本設(shè)計(jì)利用給出的數(shù)據(jù)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各零件的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算確定，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各主要部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核計(jì)算。利用AutoCAD繪制了驅(qū)動(dòng)橋零件及總成的二維圖，利用CATIA軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行了三維建模，并用CATIA軟件中的數(shù)字化裝配模塊，對(duì)三維模型進(jìn)行了直路和彎路兩種行駛條件下的運(yùn)動(dòng)仿真，最后利用ABAQUS軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的受力進(jìn)行了有限分析。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；CATIA；運(yùn)動(dòng)仿真；ABAQUS；有限元分析

5、 Abstract The design is based on Dongfeng truck LZ1090D based on key performance parameters to complete its drive axle design. Vehicle drive axle automotive driveline important part, It mainly consists of main gear, differential, axle and

6、axle housings and other components. Its main role is to reduce the speed, increase the torque, and achieve the required kinematic cars differential function, and also to withstand the vertical force acting on the frame or body surface between the longitudinal and lateral forces and the like. This d

7、esign uses the data given in the various parts of the drive axle parameters were calculated to determine, on the drive axle of the major components of the structural design and check calculations. Use AutoCAD to draw the drive axle assembly parts and two-dimensional map. The use of CATIA software fo

8、r 3D modeling bridge drivers, CATIA software with digital assembly module, the drive movement under the bridge were two straight driving conditions and detours simulation. Finally, the driving axle ABAQUS software were limited by the force analysis. Keywords: Automobile drive axle; CATIA; Motion si

9、mulation; ABAQUS; Finite element analysis I 1緒論 1.1本課題研究的目的和意義 汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)，國(guó)家一直積極投入和支持汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在政策方面，政府一直積極引導(dǎo)，給予支持和鼓勵(lì)，促使我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)日漸成為國(guó)民支柱產(chǎn)業(yè)；在市場(chǎng)中，目前我國(guó)有優(yōu)良的需求環(huán)境，中國(guó)對(duì)汽車(chē)的需求空間并未滿(mǎn)足，近幾十年來(lái)中國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，人民生活水平的提高，使得汽車(chē)的需求將會(huì)大大增加；從消費(fèi)者層面來(lái)講，汽車(chē)已經(jīng)是生活中必不可少的交通工具了，特別是安全可靠、性能好、價(jià)格實(shí)惠、舒適

10、性高的汽車(chē)，人們將大為歡迎。因此，在這種時(shí)代背景和它具有的重要意義下，致力于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的研究是必要的、正確的、也是具有先進(jìn)性的。 驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)傳動(dòng)系中的主要總成之一，由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成，驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到汽車(chē)的使用性能。因此，對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和研究具有重要意義，對(duì)于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有推動(dòng)作用。 通過(guò)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，可以鍛煉查閱和收集資料并進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)操作的能力，可以鍛煉機(jī)械制圖的能力，可以鍛煉運(yùn)用三維輔助軟件設(shè)計(jì)的能力，能夠更好的理解并掌握汽車(chē)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)和方法，并且能對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)。 1.2 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

11、進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，汽車(chē)行業(yè)取得了顯著成就，企業(yè)規(guī)模效益有了明顯改善，產(chǎn)業(yè)集中度有了一定程度提高，國(guó)內(nèi)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的研究制造技術(shù)水平也隨之提高。現(xiàn)階段，我國(guó)生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋的廠(chǎng)家較多、品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質(zhì)量基本上能夠滿(mǎn)足國(guó)產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械的使用，占有較大的市場(chǎng)份額，但仍有一定數(shù)量的車(chē)橋依賴(lài)進(jìn)口。國(guó)內(nèi)本土的設(shè)計(jì)能力跟國(guó)際先進(jìn)水平還有一定差距，在國(guó)內(nèi)汽車(chē)專(zhuān)利的申請(qǐng)還是跨國(guó)公司占絕大多數(shù)。國(guó)內(nèi)車(chē)橋廠(chǎng)的差距主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)和研發(fā)能力上，目前有研發(fā)能力的車(chē)橋廠(chǎng)家還不多，一些廠(chǎng)家僅僅停留在組裝階段。實(shí)驗(yàn)設(shè)備也存在差距，比如工程車(chē)和牽引車(chē)在行駛過(guò)程中，齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是不同的，國(guó)外先

12、進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠模擬這種狀態(tài)而我國(guó)現(xiàn)在還在摸索中。在具體工藝細(xì)節(jié)方面，我國(guó)和世界水平的差距也還比較大。 隨著我國(guó)公路條件的改善提高和物流業(yè)對(duì)車(chē)輛性能要求的變化，載重汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化的發(fā)展趨勢(shì)，單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋的使用比例越來(lái)越高，技術(shù)方面的輕量化、舒適性的要求也將會(huì)逐步提高。目前在國(guó)外公路型車(chē)上已廣泛的采用單級(jí)的減速橋，并且單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)車(chē)橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，其制造工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，噪音小，溫升低和整車(chē)油耗低等優(yōu)點(diǎn)，使得它在汽車(chē)上占有重要地位。公路狀況的改善，使得對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低，因此，載貨汽車(chē)產(chǎn)品不必像過(guò)去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其通過(guò)性

13、?？傊F(xiàn)在汽車(chē)具有向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展的趨勢(shì)，所以也將要求驅(qū)動(dòng)橋向輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長(zhǎng)和低成本生產(chǎn)的方向發(fā)展，而單級(jí)的驅(qū)動(dòng)橋就成為了主流的發(fā)展方向。 1.3 本課題研究的主要任務(wù) 1、完成主減速器總成的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2、對(duì)主減速器、差速器等主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核計(jì)算。 3、對(duì)各主要部件和總裝圖進(jìn)行二維圖的繪制 4、進(jìn)行三維實(shí)體造型仿真。 5、對(duì)三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真 6、對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行有限元分析 1.4 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋概述 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)底盤(pán)的重要組成部分，主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。 汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增

14、大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能。同時(shí)驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車(chē)架或承載式車(chē)身之間的力和力矩[1]。 驅(qū)動(dòng)橋有類(lèi)型有非斷開(kāi)式和斷開(kāi)式兩種，非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的左、右驅(qū)動(dòng)輪直接通過(guò)驅(qū)動(dòng)橋殼相聯(lián)，斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的左、右驅(qū)動(dòng)輪不直接通過(guò)驅(qū)動(dòng)橋殼相聯(lián)[2]。 1—驅(qū)動(dòng)橋殼；2—主減速器；3—差速器；4—半軸；5—輪轂。 圖1.1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好，維修調(diào)整容易，廣泛應(yīng)用于各種載貨汽車(chē)、客車(chē)上。它的缺點(diǎn)是一側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)路面凹坑時(shí)，兩輪中間的離地間隙隨之減小，影響車(chē)輛的通過(guò)

15、性；此外，驅(qū)動(dòng)橋殼的質(zhì)量大。（許兆棠，劉永成.汽車(chē)構(gòu)造（下冊(cè)）） 1— 主減速器；2—半軸；3—彈簧；4—減振器；5—驅(qū)動(dòng)輪；6—擺臂；7—擺臂軸。 圖1.2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋離地間隙大，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪彼此獨(dú)立地相對(duì)于車(chē)架上下跳動(dòng)，可提高汽車(chē)行駛的平順性和通過(guò)性，在轎車(chē)和越野車(chē)上應(yīng)用廣泛。（許兆棠，劉永成.汽車(chē)構(gòu)造（下冊(cè)）） 綜合分析以上驅(qū)動(dòng)橋的兩種類(lèi)型，結(jié)合本次驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)所參考車(chē)型及其參數(shù)，選擇驅(qū)動(dòng)橋類(lèi)型為非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。 表2.1 參考車(chē)型 參考車(chē)型 名稱(chēng) 東風(fēng)牌LZ1090D載貨汽車(chē) 主減速器型式 一對(duì)準(zhǔn)雙曲面齒輪 主減速比 6.33 總

16、質(zhì)量（kg） 9510 滿(mǎn)軸荷分配（前／后）（kg） 2600／6910 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下功率（kW/r/min） 99／2800 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（n*m/r/min） 382／1600～1900 變速器速比 一檔7.31 二檔4.31 三檔2.45 四檔1.54 五檔1.00 倒檔7.66 辦公類(lèi)型與規(guī)格 子午線(xiàn)9.00R20 2 主減速器設(shè)計(jì) 2.1 主減速器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介及選擇 主減速器的主要功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低車(chē)速，以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用。 主減速器的結(jié)構(gòu)型式主要是根據(jù)其齒輪類(lèi)

17、型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速型式的不同而異。 按參加減速傳動(dòng)的齒輪副的數(shù)目，可分為單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器，分別有一對(duì)和兩對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)。按主減速器傳動(dòng)比的擋數(shù)，可分為單速式和雙速式主減速器。前者只有一對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)，一個(gè)傳動(dòng)比，無(wú)擋位選擇；后者有兩個(gè)擋位可供駕駛員選用。按齒輪副結(jié)構(gòu)形式分，有圓柱齒輪式、圓錐齒輪式和準(zhǔn)雙曲面齒輪式。（孫存真，王占岐.中外汽車(chē)構(gòu)造圖冊(cè)） 本設(shè)計(jì)主減速器形式為單級(jí)式主減速器，齒輪副結(jié)構(gòu)為一對(duì)準(zhǔn)雙曲面齒輪。 圖2.1 螺旋圓錐齒輪（左）和準(zhǔn)雙曲面齒輪（右） （1）螺旋圓錐齒輪 優(yōu)點(diǎn)：同時(shí)嚙合齒數(shù)多，壽命長(zhǎng)，制造簡(jiǎn)單，質(zhì)量小。 缺點(diǎn)

18、：有軸向力、且方向不定，應(yīng)避免方向指向錐頂；對(duì)嚙合精度敏感，要求制造和裝配精度高。 （2）準(zhǔn)雙曲面齒輪 優(yōu)點(diǎn)：重心降低，行駛穩(wěn)定，較大傳動(dòng)比，較小的機(jī)構(gòu)尺寸，齒輪彎曲強(qiáng)度高，承載能力強(qiáng)。 缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率0.96，低于螺旋齒輪的0.99。 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 2.2.1 主減速齒輪計(jì)算載荷的確定 通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪打滑時(shí)這兩種情況下。作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩(，)的較小者，作為載貨汽車(chē)和越野汽車(chē)在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。（劉惟信.汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì).） 即：

19、 (2.1) (2.2) 式中: ——發(fā)動(dòng)機(jī)量大轉(zhuǎn)矩，； ——由發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比； ——傳動(dòng)系上述傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，取=0.9； ——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)于一般載貨汽車(chē)、礦用汽車(chē)和越野汽車(chē)以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速的各類(lèi)汽車(chē)取=1； ——該汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目； ——汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N ——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路汽車(chē)，取=0.85； ——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，m ——主減速

20、器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率，=0.9； ——主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)比，=1； 以上求得的計(jì)算載荷，是最大轉(zhuǎn)矩而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不能用它作為疲勞損壞的依據(jù)。對(duì)于公路車(chē)輛來(lái)說(shuō)，使用條件較非公路車(chē)輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均比牽引力的值來(lái)確定的，即主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 （2.3） 式中： ——汽車(chē)滿(mǎn)載總重量，N; GT——所牽引的掛車(chē)滿(mǎn)載總重量，N，但僅用于牽引車(chē)的計(jì)算； ——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，m； ——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，計(jì)算時(shí)轎車(chē)取fR＝0.010～0.015；載貨汽車(chē)取0

21、.015～0.020；越野汽車(chē)取0.020～0.035； ——汽車(chē)正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)。通常對(duì)轎車(chē)取0.08；載貨汽車(chē)和城市公共汽車(chē)取0.05～0.09；長(zhǎng)途公共汽車(chē)取0.06～0.10，越野汽車(chē)取0.09～0.30； ——汽車(chē)或汽車(chē)列車(chē)的性能系數(shù)： (2.4) 如果當(dāng)時(shí)，取。 在這里，，所以取。 2.2.2 主減速齒輪基本參數(shù)的選擇 （1）選擇主減速器的齒輪齒數(shù) 選擇主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)參照以下原則[2]: ①為了磨合均勻，，之間應(yīng)避免有公約數(shù)。 ②為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，對(duì)于載

22、貨汽車(chē)，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40，對(duì)于轎車(chē)應(yīng)不小于50。 ③當(dāng)主傳動(dòng)比i0較大時(shí)，則應(yīng)盡量使主動(dòng)齒輪的齒數(shù)取值小些，以得到滿(mǎn)意的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙。 ④為了嚙合平穩(wěn)和提高的疲勞強(qiáng)度，一般大于5。 參照以上原則，結(jié)合本設(shè)計(jì)主減速器比，取Z1=6，Z2=38。 （2）確定從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑和端面模數(shù) 從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑可根據(jù)以上公式（3.1）（3.2）的計(jì)算轉(zhuǎn)矩中取較小值按經(jīng)驗(yàn)公式選出： (2.5) 式中： ——從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm； ——直徑系數(shù)， =13~16； ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；根據(jù)以上公式（3.1）（3.2）的計(jì)

23、算轉(zhuǎn)矩，取其較小值； 從動(dòng)錐齒輪端面模數(shù)，取整數(shù)，可用下列公式校核： (2.6) 式中： ——齒輪大端端面模數(shù)，mm； ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，根據(jù)公式（3.1）（3.2）的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取其較小值； ——模數(shù)系數(shù)，取=0.3~0.4； 因此是合格的。所以，。 （3）計(jì)算主從動(dòng)錐齒輪齒面寬和 通常推薦圓錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng)從動(dòng)齒輪的齒寬F為其節(jié)錐距A0的0.30倍，即F=0.30A0，但F不應(yīng)超過(guò)端面模數(shù)的10倍，即。對(duì)于汽車(chē)工業(yè)，主減速器圓弧錐齒輪推薦采用： （2.7） 式中： d2——從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，mm；

24、 取，小錐齒輪的齒面寬一般要比大錐齒輪的大10%，，取。 （3）偏移距E及偏移方向和齒輪螺旋方向 對(duì)于中型及以上的載貨汽車(chē)、越野汽車(chē)和公共汽車(chē)等重負(fù)荷傳動(dòng)，E則不應(yīng)超過(guò)從動(dòng)齒輪節(jié)錐距A0的20%（或取E值為從動(dòng)齒輪d2的10%～12%，且一般不超過(guò)12%）。 節(jié)錐距： （2.8） 那么偏移距，取E=35mm。 由從動(dòng)齒輪的錐頂向其齒面看去并使主動(dòng)齒輪處于右側(cè)，這時(shí)如果主動(dòng)齒輪在從動(dòng)齒輪中心線(xiàn)上方時(shí)，則為上偏移，在下方時(shí)則為下偏移。雙曲面齒輪的偏移方向與其輪齒的螺旋方向間有一定的關(guān)系：下偏移時(shí)主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽笮?，從?dòng)齒輪為右旋；上偏移時(shí)主動(dòng)齒輪為右旋，從動(dòng)齒

25、輪為左旋。（劉惟信.汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì).） 本設(shè)計(jì)選取下偏移，主動(dòng)齒輪左旋，從動(dòng)齒輪右旋。 （4）螺旋角的選擇 汽車(chē)主減速器錐齒輪的螺旋角（雙曲面齒輪是大、小齒輪中點(diǎn)螺旋角的平均值）多在范圍內(nèi)。轎車(chē)應(yīng)選用較大值，以保證有較大的，以使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低。載貨汽車(chē)選用較小值以防止軸向力過(guò)大。通常，螺旋錐齒輪用35°的居多。劉惟信.汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì).） 本設(shè)計(jì)中，選取。 （5）法向壓力角的選擇 法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)，也可以使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。 一般情況下，轎車(chē)主減速器螺旋錐齒輪選用14°30′或16°的法向壓力角；載貨汽車(chē)和重型汽車(chē)則分別選用20°、2

26、2°30′的法向壓力角。 本設(shè)計(jì)車(chē)型為中型載貨汽車(chē)，所以選取壓力角。 2.2.3 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 表3.1 主減速器齒輪參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算 序號(hào) 名稱(chēng) 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 主減速比 6.33 2 主動(dòng)齒輪齒數(shù) 6 3 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 38 4 端面模數(shù) 9mm 5 節(jié)圓直徑 6 齒面寬 7 節(jié)錐距 8 偏移距 9 螺旋角 10 法向壓力角 11 軸交角 12 節(jié)錐角 13 齒工作高 14 齒全高

27、 15 周節(jié) 16 齒頂高 17 齒根高 18 徑向間隙 19 齒根角 20 面錐角 21 根錐角 22 外圓直徑 23 節(jié)錐頂至齒輪外緣距離 24 齒側(cè)間隙 25 理論弧齒厚 2.3 主減速器齒輪的材料選擇 與傳動(dòng)系的其它齒輪相比，驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件相當(dāng)繁重，它具有載荷大，作用時(shí)間長(zhǎng)，載荷變化多，帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情

28、況，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求： ①具有較高的疲勞彎曲強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度； ②輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷； ③鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率； ④選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國(guó)的情況。例如，為了節(jié)約鎳、鉻等元素 我國(guó)發(fā)展了以錳、釩、鈦、鉬、硅為主的合金結(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。 汽車(chē)主減速器用的準(zhǔn)雙曲面齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。其鋼號(hào)主要有：20CrMnTi、22C

29、rNiMo、20CrNiMo、20MnVB和20Mn2TiB等[1]。 本設(shè)計(jì)中，齒輪材料采用滲碳合金鋼，鋼號(hào)為20CrMnTi。 2.4 主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 （1）單位齒長(zhǎng)上的圓周力 在汽車(chē)工業(yè)中，主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算，即： （2.9） 式中： P——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，N； F——從動(dòng)齒輪的齒面寬，mm。 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： （2.10） 式中： ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)

30、矩，； ——變速器傳動(dòng)比； ——主減速器主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，。 按最大附著力矩計(jì)算時(shí)： （2.11） 式中： ——汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋還應(yīng)考慮汽車(chē)最大加速時(shí)的負(fù)荷增加量； ——輪胎與地面的附著系數(shù)，查表，取； ——輪胎的滾動(dòng)半徑，查表，取 ——主減速器從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，。 查表可得，許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力： （2.12） 以上兩式，所以滿(mǎn)足要求。 （2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車(chē)主減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪的計(jì)算彎曲應(yīng)力為： 式中： ——該齒

31、輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；對(duì)于從動(dòng)齒輪，按(見(jiàn)式（3.1）和式（3.2）兩者中較小者)和（見(jiàn)式（3.3））計(jì)算，對(duì)于主動(dòng)齒輪還需將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上； ——超載系數(shù)； ——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸與熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)時(shí)，； ——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，=1.00～1.10；當(dāng)一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)，=1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取小值； ——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)輪齒接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取=1； ——計(jì)算齒輪的齒面寬，mm； ——計(jì)算齒輪的齒數(shù)； ——端面模數(shù)，mm； ——計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)（

32、或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒 中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模數(shù)，今用大端數(shù)值，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。這里取。 查表得此種條件下的許用彎曲應(yīng)力，本設(shè)計(jì)，所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 （3）輪齒的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 準(zhǔn)雙曲面齒輪輪齒齒面的接觸應(yīng)力為： （2.13） 式中： ——主動(dòng)齒輪最大轉(zhuǎn)矩，； ——主動(dòng)齒輪工作轉(zhuǎn)矩，； ——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副??； ——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，； ——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對(duì)其淬透性

33、的影響，在缺管經(jīng)驗(yàn)的情況下，可??； ——表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒、磨齒、研齒等），即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取 ——齒面寬，mm；齒輪副中的較小值（一般為從動(dòng)齒輪齒面寬）； ——計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱(chēng)幾何系數(shù)）。它綜合地考慮了嚙合齒面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用位置、輪齒間的載荷分配、有效齒寬及慣性系數(shù)等因素的影響。查表取。 常常將上式（3.13）簡(jiǎn)化為： （2.14） 式中： ——主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；按(見(jiàn)式（3.1）和式（3.2）兩者中較小者)和（見(jiàn)式（3.3））計(jì)算，對(duì)

34、于主動(dòng)齒輪還需將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上； 主減速器的許用接觸應(yīng)力為，<，所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 2.5 主減速器齒輪支承形式的選擇 主動(dòng)錐齒輪的支承形式主要有兩種：懸臂式和跨置式。 圖2.2懸臂式（左）和跨置式（右） 本設(shè)計(jì)所選擇主動(dòng)錐齒輪的支承形式為懸臂式。 圖2.3 從動(dòng)齒輪支承形式 從動(dòng)齒輪采取跨置式支承方式，選擇圓錐滾子軸承。兩個(gè)軸承的圓錐滾子大端向內(nèi)，以增加支承剛度，并且減小尺寸。為了使主減速器從動(dòng)錐齒輪所對(duì)的差速器殼體有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增加支承穩(wěn)定性，距離c+d應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的%70。并且為了使兩軸承能均勻承受載荷，應(yīng)取c值等于或大于

35、d值。 2.6 主減速器齒輪軸承的載荷計(jì)算 錐齒輪在工作過(guò)程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可以分解為沿齒輪切線(xiàn)方向的圓周力、沿齒輪軸線(xiàn)方向的軸向力及垂直于齒輪軸線(xiàn)的徑向力。 2.6.1 錐齒輪齒面上的作用力 齒寬中點(diǎn)處的圓周力為 ＝ (2.15) 式中： ——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩； ——該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，由公式確定。 2.6.2 錐齒輪齒面上的軸向力和徑向力 圖2.4主動(dòng)錐齒輪齒面受力圖 本設(shè)計(jì)所選主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮?，旋轉(zhuǎn)方

36、向?yàn)槟鏁r(shí)針，如圖3.4所示， 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，在A點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，分解成兩個(gè)相互垂直的力和，垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線(xiàn)的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線(xiàn)方向的圓周力F和沿節(jié)圓母線(xiàn)方向的力。與之間的夾角為螺旋角，與之間的夾角為法向壓力角，這樣有： (2.16) (2.17) (2.18) 所以，作用在主動(dòng)錐

37、齒輪齒面上的軸向力和徑向力分別為： (2.19) (2.20) 代入數(shù)值，計(jì)算得： 作用在從動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力和徑向力分別為： (2.21) (2.22) 代入數(shù)值，計(jì)算得： 說(shuō)明：計(jì)算結(jié)果如軸向力為正，表明力的方向離開(kāi)錐頂，負(fù)值表示指向錐頂；徑向力是正值，表明力使該齒輪離開(kāi)相嚙合齒輪，負(fù)值表明力使該齒輪靠近相嚙合齒輪。 2.6.3 主減速器齒輪軸承的選擇 本設(shè)計(jì)主減速器的軸承布置圖如下： 圖2.5 主

38、減速器的軸承布置 上圖中各參數(shù)尺寸： a=66mm，b=45mm，c=80mm，d=140mm，=342mm。 軸承A、B的徑向載荷分別為 = (2.23) (2.24) 代入數(shù)值，解得： 軸承A的徑向力= =1467.18N 軸承A的軸向力為0。 軸承B的徑向力= =3404.78N 軸承B的軸向力為0。 選用B軸承為圓錐滾子軸承，型號(hào)30208，此軸承的額定動(dòng)載荷為59.8KN，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷，取X=1，則P=1=1467.18N

39、 (2.25) 式中： ——溫度系數(shù)，查表取1.0。 ——載荷系數(shù)，查表取1.2。 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 (2.26) 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35 km/h。 則主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 = =169834h 此軸承合格。 由于軸承B承受主傳動(dòng)輪機(jī)構(gòu)上最大的力，并且考慮到主傳

40、動(dòng)輪是加工成齒輪軸，為了便于安裝，因此選擇軸承A也為圓錐滾子軸承，型號(hào)30206。 軸承C和D選用圓錐滾子軸承，型號(hào)30211，軸承的額定動(dòng)載荷為86.5KN，同理，經(jīng)過(guò)校核，符合使用要求。 3 差速器設(shè)計(jì) 3.1 差速器介紹 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。最明顯的例子是：汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是有差別的，外側(cè)車(chē)輪的行程總要比內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)。所以，在汽車(chē)左、右驅(qū)動(dòng)輪間裝有差速器，從而保證驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車(chē)輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿(mǎn)足汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。 汽

41、車(chē)差速器的結(jié)構(gòu)形式很多，但應(yīng)用得最廣泛的是對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器。本設(shè)計(jì)采用此種類(lèi)型差速器。 3.2 差速器的原理 1、2—半軸齒輪；3—差速器殼；4—行星齒輪； 5—行星齒輪軸；6—主減速器從動(dòng)齒輪。 圖3.1 差速器原理圖 差速器殼3與行星齒輪連成一體，形成形星架，因它又與主減速器的從動(dòng)齒輪6固連，故為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為和。A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪與兩半軸齒輪的嚙合點(diǎn)，行星齒輪中心點(diǎn)為C，A、B、C點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離均為。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)公轉(zhuǎn)時(shí)，A、B、C三點(diǎn)圓周速度相等，其值為，于是，差速器不起差速作

42、用。 當(dāng)行星齒輪除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)A的圓周速度，點(diǎn)B圓周速度。 有： 即： 用轉(zhuǎn)速表示 它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，差速器起差速作用。 3.3差速器齒輪主要參數(shù)選擇 （1）確定行星齒輪數(shù)目 通常情況，轎車(chē)及一般乘用車(chē)多采用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車(chē)和越野汽車(chē)采用4個(gè)行星齒輪，本設(shè)計(jì)對(duì)象為載貨汽車(chē)，采用4個(gè)行星齒輪。 （2）確定行星齒輪軸面半徑 圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上也代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可按

43、如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： （3.1） 式中： ——行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.52~2.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的轎車(chē)和公路載貨汽車(chē)取小值；對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的轎車(chē)以及所有的越野汽車(chē)和礦用汽車(chē)取大值； ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取式（3.1）、式（3.2）計(jì)算值的較小者，。 差速器行星齒輪球面半徑確定以后，可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距： （3.2） （3）確定行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù) 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少些，但一般不就少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1

44、4~25。大多數(shù)汽車(chē)的半軸齒輪與行星齒輪數(shù)比在1.5~2的范圍內(nèi)。 差速器的各個(gè)行星齒輪與2個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此在確定這兩種齒輪的齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系。在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左、右兩半軸齒輪的齒數(shù)、之和，必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線(xiàn)周?chē)?，否則差速器將無(wú)法安裝。即應(yīng)滿(mǎn)足的安裝條件為 （3.3） 式中： 、——左、右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器來(lái)說(shuō)，=； ——行星齒輪數(shù)目； ——任意整數(shù)； 根據(jù)以上原則，本設(shè)計(jì)取，，滿(mǎn)

45、足要求。 （4）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角、； ； （3.4） 式中： 、——分別為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。 代入數(shù)值，可得：； 確定圓錐齒輪的大端端面模數(shù)： （3.5） 代入數(shù)值，可解得：，本設(shè)計(jì)取。 求出模數(shù)后，節(jié)圓直徑D即可根據(jù)齒數(shù)和模數(shù)由下式求得：

46、 （3.6） 代入數(shù)值，可求得：，。 （5）確定壓力角 本設(shè)計(jì)選擇，對(duì)應(yīng)的齒高系數(shù)為1。 （6）行星齒輪安裝孔的直徑及其深度 行星齒輪安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常取 （3.7） 式中： ——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，； ——行星齒輪數(shù)目； ——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，；，為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而； ——支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為69。 代

47、入數(shù)值，可解得： 3.4 差速器齒輪幾何尺寸計(jì)算 表3.1 差速器齒輪參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算 序號(hào) 名稱(chēng) 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪數(shù)目 4 2 行星齒輪球面半徑 34.262 3 節(jié)錐距 33.576 4 行星齒輪齒數(shù) 10 5 半軸齒輪齒數(shù) 18 6 行星齒輪節(jié)錐角 7 半軸齒輪節(jié)錐角 8 錐齒輪端面模數(shù) 9 行星齒輪節(jié)圓直徑 10 半軸齒輪節(jié)圓直徑 11 壓力角 12 行星齒輪安裝孔直徑 13 行星齒輪安裝孔深度 1

48、4 齒面寬 15 齒工作高 16 齒全高 17 軸交角 18 周節(jié) 19 齒頂高 20 齒根高 21 徑向間隙 22 齒根角 23 面錐角 24 根錐角 25 外圓直徑 26 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 27 理論弧齒厚 28 齒側(cè)間隙 29 弦齒厚 30 弦齒高 注 ：實(shí)際齒根高將比上述計(jì)算值大。 3.5

49、 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)疲勞壽命則不予考慮，這是因?yàn)樾行驱X輪在工作中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用，僅在左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪有轉(zhuǎn)速差時(shí)行星齒輪與半軸齒輪之間才有相對(duì)滾動(dòng)。 汽車(chē)差速器的彎曲應(yīng)力為 （3.8） 式中： ——差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，；其計(jì)算式為 式中： ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取式（3.1）、式（3.2）中較小值 ——差速器行星齒輪數(shù)目； ——半軸齒輪齒數(shù)； ——超載系數(shù)； ——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸與熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)時(shí)，

50、； ——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，=1.00～1.10；當(dāng)一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)，=1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取小值； ——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)輪齒接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取=1； ——計(jì)算齒輪的齒面寬，mm； ——端面模數(shù)，mm； ——計(jì)算汽車(chē)差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，查表取0.225。 按上式計(jì)算所得的汽車(chē)差速器齒輪彎曲應(yīng)力，不應(yīng)大于。上式，所以滿(mǎn)足要求。 4 半軸設(shè)計(jì) 半軸用來(lái)將差速器半軸齒輪輸出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪或輪邊減速器。半軸內(nèi)端以花鍵連接著半軸

51、齒輪，半軸齒輪在工作時(shí)只將扭矩傳給半軸，幾個(gè)行星齒輪對(duì)半軸齒輪施加的徑向力是互相平衡的，因而并不傳給半軸內(nèi)端。主減速器從動(dòng)齒輪所受徑向力則由差速器殼的兩軸直接傳給主減速器殼。顯然，半軸內(nèi)端只受扭矩而不受彎曲力矩。 4.1 半軸的類(lèi)型與選擇 半軸的型式主要取決于半軸的支承型式。普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端的支承型式或受力狀況的不同而分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，兩端均不承受任何反力和彎矩，因而廣泛應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)上。全浮式半軸易于拆裝，擰下半軸突緣上的螺栓即可抽出半軸，車(chē)輪與橋殼支持著汽車(chē)，從而給汽車(chē)維護(hù)帶來(lái)方便。 本設(shè)計(jì)選用全浮式半軸。 圖4.

52、1 全浮式半軸 4.2 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)矩為： （4.1） 式中：——差速器分配系數(shù)，對(duì)圓錐行星齒輪差速器可?。? ——變速器I擋傳動(dòng)比； ——主減速比。 4.2.2 全浮式半軸直徑的選擇 全浮式半軸桿部直徑的初步選擇： （4.2） 式中： ——半軸桿部直徑，； ——半軸計(jì)算載荷，； 取半軸桿部直徑為。 4.2.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：

53、 （4.3） 式中： ——半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，； 　　 ——半軸桿部的直徑，； 半軸扭轉(zhuǎn)的許用應(yīng)力，本設(shè)計(jì)，所以滿(mǎn)足要求。 4.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇 在半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不致過(guò)多地小于其桿部直徑，常常將半軸加工花鍵的端部設(shè)計(jì)得粗一些，并且適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增多，通常取10齒(轎車(chē)半軸)至18齒(載貨汽車(chē)半軸)。 半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量增大各過(guò)渡部分的圓角半徑，這樣可以減小應(yīng)力集中。對(duì)于載重汽車(chē)應(yīng)設(shè)計(jì)半軸桿部直徑粗一些，外端突緣大一些，這樣可以增加強(qiáng)度。 過(guò)去半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造

54、，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi， 35CrMnSi，35CrMnTi等。但現(xiàn)在各種工藝的發(fā)展，從節(jié)約材料和成本來(lái)看，不采用合金鋼，而采用中碳鋼(40鋼、45鋼)制造的半軸國(guó)內(nèi)外已大多采用。 本設(shè)計(jì)選用45鋼。 4.4 半軸花鍵的參數(shù)選擇 花鍵類(lèi)型：漸開(kāi)線(xiàn)花鍵 分度圓壓力角： 花鍵齒數(shù)： 齒的工作長(zhǎng)度： 花鍵齒寬： 花鍵模數(shù)： 花鍵側(cè)面工作高： 4.5 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為： (4.4) 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為：

55、 (4.5) 式中： ——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，； ——半軸花鍵軸外徑，；取 ——相配的花鍵孔內(nèi)徑，； ——花鍵齒數(shù)； ——花鍵工作長(zhǎng)度，； ——花鍵齒寬，； ——載荷分布的不均勻系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取0.75。 代入數(shù)值，可解得： = = 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)，擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)，以上計(jì)算值均在許用范圍內(nèi)，即花鍵強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 5 驅(qū)

56、動(dòng)橋三維模型建立及運(yùn)動(dòng)仿真 5.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 CATIA是法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、輪船制造、機(jī)械、電子、電器、廠(chǎng)房設(shè)計(jì)、消費(fèi)品等行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，世界前20名的汽車(chē)企業(yè)中有18家采用CATIA作為其核心設(shè)計(jì)軟件[14]。 由于CATIA具有如此強(qiáng)大的功能和便捷方面的操作界面，本設(shè)計(jì)利用此軟件建立驅(qū)動(dòng)橋三維模型。 5.2 建立驅(qū)動(dòng)橋三維模型 通過(guò)CATIA V5R20軟件中的草圖功能、零件模塊、創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊等，利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、開(kāi)槽等各命令，建立各零件模型如下： 圖5

57、.1 主減速齒輪軸 圖5.2 主減速?gòu)膭?dòng)齒輪 圖5.3 圓錐滾子軸承 圖5.4 差速器總成 圖5.5 子午線(xiàn)9.00R20輪胎 圖5.6 主減速器總成 圖5.7 驅(qū)動(dòng)橋總成 5.3 驅(qū)動(dòng)橋模型運(yùn)動(dòng)仿真 將建立好的驅(qū)動(dòng)橋三維模型導(dǎo)入CATIA軟件“數(shù)字化裝配”中的“DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)”模塊中，對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)接合約束，分別模擬汽車(chē)在直線(xiàn)行駛和彎道行駛狀況下驅(qū)動(dòng)橋的運(yùn)動(dòng)情況。 圖5.8 模擬驅(qū)動(dòng)橋在直線(xiàn)行駛時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 圖5.9 模擬驅(qū)動(dòng)橋在彎道行駛時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 從運(yùn)動(dòng)仿真中可以得出，驅(qū)動(dòng)橋在直線(xiàn)行駛條件下，左右半

58、軸齒輪轉(zhuǎn)速相同，差速器行星齒輪隨十字軸公轉(zhuǎn)而不自轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)橋在彎道行駛條件下，左右車(chē)輪轉(zhuǎn)速不同，左右半軸齒輪轉(zhuǎn)速也不同，差速器行星齒輪不僅隨十字軸一起公轉(zhuǎn)，每個(gè)行星齒輪還繞著自身所在軸自轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)差速功能。 6 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)及有限元分析 驅(qū)動(dòng)橋殼的功用是支承并保護(hù)主減速器，差速器和半軸等，使左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的軸向相對(duì)位置固定，并且支承車(chē)架及其上的各總成質(zhì)量。 6.1 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)要求 在設(shè)計(jì)選用驅(qū)動(dòng)橋殼時(shí)，要滿(mǎn)足以下設(shè)計(jì)要求： （1）應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常，并

59、不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。 （2）在保證強(qiáng)度和剛度的情況下，盡量減小質(zhì)量以提高汽車(chē)行駛的平順性。 （3）保證足夠的離地間隙。 （4）結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低。 （5）保護(hù)裝于其中的傳動(dòng)系統(tǒng)部件和防止泥水浸入。 （6）拆裝，調(diào)整，維修方便。 6.2 驅(qū)動(dòng)橋殼類(lèi)型確定和材料選擇 驅(qū)動(dòng)橋殼通常分為整體式橋殼、分段式橋殼，前者強(qiáng)度和鋼度較大，便于主減速的裝配、調(diào)整和維修。普遍用于各類(lèi)汽車(chē)上；多段式橋殼較整體式易于鑄造，加工簡(jiǎn)便，但維修保養(yǎng)不便，汽車(chē)較少采用。 本設(shè)計(jì)選用整體式橋殼。后橋殼體為整體鑄造，半軸套管從兩端壓入橋殼中。后橋殼前部和主減速器連接，后部為可拆式后蓋，后橋殼上裝有通氣塞。

60、 圖6.1 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)尺寸 本設(shè)計(jì)中的驅(qū)動(dòng)橋殼總長(zhǎng)為1800mm，簧板距為970mm，橋殼厚度為8mm，選用材料為可鍛鑄鐵，牌號(hào)為KT350-10，彈性模量為，泊松比為0.23，密度為，抗拉強(qiáng)度為350Mpa，屈服強(qiáng)度為200Mpa。 這種材料有著較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度，可用于承受較高的沖擊，振動(dòng)及扭轉(zhuǎn)載荷下工作的零件。 6.3 對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行有限元分析 ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的有限元分析軟件，特別是在非線(xiàn)性分析領(lǐng)域，其技術(shù)和特點(diǎn)更是突出，它融結(jié)構(gòu)、流體、傳熱學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)及熱固耦合、流固耦合等于一體，由于其功能強(qiáng)大，再加上其操作界面人性化，越來(lái)越受到人們的

61、歡迎。 在對(duì)橋殼進(jìn)行有限元分析，首先將CATIA軟件設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋殼模型導(dǎo)入ABAQUS軟件中，并將上述材料屬性添加到模型。 圖6.2 將模型導(dǎo)入ABAQUS并賦予屬性 由于本設(shè)計(jì)的橋殼為整體式橋殼，整體式橋殼與輪輞在凸緣盤(pán)外側(cè)位置通過(guò)軸承相連接，因此可以將此處位置的約束看成全自由度約束。橋殼通過(guò)板簧座位置與車(chē)體相連接，此處位置承受車(chē)體載荷。 本設(shè)計(jì)中車(chē)體滿(mǎn)軸載荷（后）為6910kg，考慮到車(chē)滿(mǎn)載狀況下行駛通過(guò)不平路面，將受沖擊載荷，所以取2.5倍滿(mǎn)軸載荷加于板簧座上，即總質(zhì)量為17275kg，每個(gè)板簧座承受86375kg。 圖6.3 給模型施加邊界條件和載荷 采用四面體

62、單元自由劃分方式為模型劃分網(wǎng)格，單元為C3D4線(xiàn)性減縮積分類(lèi)型，具有二次位移模式的特征能更真實(shí)地反映受力情況。 圖6.4 給橋殼模型劃分網(wǎng)格 圖6.5 橋殼模型節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù) 從上圖，可以看出有限元橋殼模型節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為7663，單元個(gè)數(shù)為26831。 將劃分了網(wǎng)格的有限元模型提交，進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果如下圖： 圖6.5 橋殼模型應(yīng)力分布云圖 圖6.6 橋殼模型應(yīng)力分布云圖 圖6.7 橋殼模型位移分布圖 計(jì)算結(jié)果顯示表明，應(yīng)力集中分布在凸緣盤(pán)兩側(cè)，其中凸緣盤(pán)外側(cè)米賽斯最大值為195.6Mpa，而橋殼模型材料為可鍛鑄鐵KT350-10，屈服應(yīng)

63、力為200Mpa。最大應(yīng)力值小于材料的屈服應(yīng)力。橋殼的位移變形主要是分布在橋殼的中間部分，并沿兩邊位移值逐漸減小，圖7.7顯示最大位移值為0.07488mm，可見(jiàn)橋殼受力變形位移非常小，滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)規(guī)定的滿(mǎn)軸載荷每米輪距最大位移變形不超過(guò)1.5mm要求。綜上分析表明，該橋殼模型滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 7 結(jié)論 本設(shè)計(jì)是以東風(fēng)牌LZ1090D載貨汽車(chē)為參考車(chē)型，對(duì)其驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)橋的類(lèi)型選擇的是非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好，維修調(diào)整容易的特點(diǎn)。主減速器齒輪形式為一對(duì)準(zhǔn)雙曲面齒輪，它具有降低汽車(chē)重心、行駛穩(wěn)定、有較大傳動(dòng)比、齒輪彎

64、曲強(qiáng)度高的特點(diǎn)。差速器采用的是4個(gè)圓錐行星齒輪，以保證具在、有足夠的強(qiáng)度。半軸形式采用全浮式半軸，其特點(diǎn)是全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，兩端均不承受任何反力和彎矩，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)上。驅(qū)動(dòng)橋殼類(lèi)型采用的是整體式橋殼，它的強(qiáng)度和鋼度較大，便于制造、裝配、調(diào)整和維修。 本設(shè)計(jì)除了對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，還對(duì)其強(qiáng)度及壽命的進(jìn)行了校核計(jì)算，以保證設(shè)計(jì)的正確性和合理性，并且通過(guò)繪制二維圖和三維模型來(lái)更加直觀地呈現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橋的原理和結(jié)構(gòu)特征，對(duì)模型進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，真實(shí)地反映了驅(qū)動(dòng)橋的運(yùn)動(dòng)原理。對(duì)橋殼模型進(jìn)行有限元分析，計(jì)算得出其強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

65、 致謝 本次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)大回顧，也是對(duì)自己四年來(lái)學(xué)習(xí)成果的一個(gè)大總結(jié)。本次設(shè)計(jì)促使我系統(tǒng)地回顧了大學(xué)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，促使我去查閱資料文獻(xiàn)，促使我動(dòng)腦動(dòng)手，鍛煉了我的思考能力，鍛煉了我的繪圖能力，鍛煉了我的分析和解決問(wèn)題能力，本次設(shè)計(jì)也給我了信心去面對(duì)以后人生的困難與挑戰(zhàn)。 特別感謝我的指導(dǎo)老師：于老師，每周細(xì)心地指導(dǎo)、幫助我解決設(shè)計(jì)中的疑問(wèn)和困難；敦促我在懶惰的時(shí)候，要前進(jìn)；在疑惑的時(shí)候，要學(xué)習(xí)。在此也對(duì)整個(gè)大學(xué)期間教導(dǎo)我的老師們表達(dá)謝意，謝謝老師們孜孜不倦地教給我們知識(shí)，解答我們的疑惑，指導(dǎo)我們的人生。 大學(xué)的結(jié)束，并不意味著學(xué)習(xí)生涯的結(jié)束，恰恰相反，它提

66、示著我們更加努力地去學(xué)習(xí)、求知和探索。學(xué)習(xí)應(yīng)該是我們相伴終身的朋友。 參考文獻(xiàn) [1]劉惟信.汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2004 [2]劉惟信.汽車(chē)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2001 [3]陳家端.汽車(chē)構(gòu)造.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [4]陳波.汽車(chē)構(gòu)造.北京：北京理工大學(xué)出版社，2011 [5]凌凱.汽車(chē)原理.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005 [6]濮良貴, 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2006 [7]孫恒，陳作模，葛文杰等.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2006 [8]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [9]鞏云鵬.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社，2008 [10]許兆棠，劉永成.汽車(chē)構(gòu)造（下冊(cè)）.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012 [11]張學(xué)文.CATIA機(jī)械零件參數(shù)化設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013 [12]張?jiān)平埽｝埖?CATIA V5R20高級(jí)應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2011 [13]魯金忠，羅開(kāi)玉等.CAT