載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)[雙級(jí)主減速器]【含CAD圖紙+PDF圖】

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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） I 摘要 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(duì)于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足 目前載重汽車的快速、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)效率高的雙級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來 重載汽車的發(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。本文不是采用傳統(tǒng)的雙曲面錐齒輪作為載重汽車的主減速器 而是采用弧齒錐齒輪。 關(guān)鍵詞：載重汽車；驅(qū)動(dòng)橋；雙級(jí)主減速器；全浮式半軸 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） II 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 double-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 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） III 目 錄 摘要 .I Abstractb. 第 1章 緒論 .1 第 2章 驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式 .4 2.1 驅(qū)動(dòng)橋總體方案的確定 .4 2.1.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分析 .4 2.1.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分析 .5 2.2 本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式的確定 .6 第 3章 主減速器 .8 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 .8 3.1.1 主減速器的齒輪類型 .8 3.1.2 主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式 .8 3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì) .9 3.2.1 主減速比的確定 .9 3.2.2 主減速器計(jì)算載荷的確定 .10 3.2.3 主減速器基本參數(shù)的確定 .12 3.2.4 主減速器傳動(dòng)齒輪的幾何尺寸計(jì)算 .13 3.2.5 主減速器軸承的選擇 .14 3.2.6 主減速器齒輪的材料及熱處理 .19 3.2.7 主減速器傳動(dòng)齒輪的強(qiáng)度校核 .23 第 4章 差速器 .23 4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) .23 4.1.1 差速器齒輪基本參數(shù)的確定 .23 4.1.2 差速器齒輪的幾何尺寸的確定 .23 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） IV 4.2 差速器齒輪的強(qiáng)度校核 .24 第 5章 驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì) .26 5.1 全浮式半軸的桿部直徑的初選 .26 5.2 全浮式半軸的強(qiáng)度校核 .26 5.3 半軸花鍵的強(qiáng)度校核 .26 第 6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼 .28 6.1 橋殼的結(jié)構(gòu)形式 .28 6.1.1 整體式橋殼結(jié)構(gòu)形式分析 .28 6.1.2 鑄造整體式橋殼結(jié)構(gòu)形式分析 .28 6.1.3 鋼板沖壓焊接整體式橋殼 .28 6.1.4 鋼管擴(kuò)張成形整體式橋殼 .29 6.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度校核 .29 6.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 .29 6.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度校核 .30 6.2.3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度校核 .31 6.2.4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度校核 .33 結(jié)論 .35 致謝 .36 參考文獻(xiàn) .37 附錄 1.38 附錄 2.43 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） - 1 - 第 1章 緒論 汽車驅(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的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩 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或車身之 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，車輪傳動(dòng)裝置和橋殼組成。 對(duì)于重型載貨汽車來說，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車和客車以及輕型商用 車都要大得多，以便能夠以較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，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。隨著目前國際上石油價(jià)格的上漲，汽車的經(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，對(duì)于載貨汽車，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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶。因?yàn)橐话闱闆r 下重型載貨汽車所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是大功率，大轉(zhuǎn)矩的。裝載質(zhì)量在十噸 以上的載貨汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率在 140KW 以上，最大轉(zhuǎn)矩也在 700Nm 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，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的 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） - 2 - 要求； (3)齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲?。?(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架或車身 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)汽車的平衡性和操縱 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。如果你的變速器出了故障，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的 汽車就不需要對(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。通過對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，使所選車型能達(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，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)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。 本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋車型技術(shù)參數(shù)如表 1-1 所示。 表 1-1 技術(shù)參數(shù) 最高車速 87km/h 整車重量 5.02 噸 額定載重 2.8 噸 最大總質(zhì)量 8.015 噸 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） - 3 - 續(xù)表 1-1 技術(shù)參數(shù) 最大載重 9.95 噸 最大輸出功率 88kw 最大輸出扭矩 835Nm 后橋允許載荷 5.085 噸 變速器檔位數(shù) 6 1 檔傳動(dòng)比 6.515 2 檔傳動(dòng)比 3.796 3 檔傳動(dòng)比 2.284 4 檔傳動(dòng)比 1.248 5 檔傳動(dòng)比 1 6 檔傳動(dòng)比 0.85 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） - 4 - 第 2章 驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu) 2.1驅(qū)動(dòng)橋總體方案的確定 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，即非斷開式驅(qū) 動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式 驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。因此， 前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(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在不平路面上的行駛平順性。 2.1.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分析 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋是指主減速器和半軸裝在整體的橋殼內(nèi)，該形式車橋 和車輪只能隨路面的變化而變化，使車橋整體上下跳動(dòng)。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、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(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) 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） - 5 - 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(duì)汽車的總體布 置很方便。 2.1.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分析 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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)行駛平順性要求較高的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。 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） - 6 - 由于要求本課題設(shè)計(jì)的是 9.95 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，一般選用非斷開式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，且非斷開式 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，可參照國內(nèi)相關(guān)貨車 的設(shè)計(jì),最后本課題選用非斷開式驅(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)車輪都 屬于簧下質(zhì)量。 重型汽車驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向雙級(jí)化發(fā)展的趨勢(shì)，主要是雙級(jí)驅(qū)動(dòng) 橋還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： (l) 雙級(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)橋的基本類型，在重型汽車上占有重要地位； (2) 重型汽車發(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，重型汽車使 用條件對(duì)汽車通過性的要求降低。因此，重型汽車不必像過去一樣，采用 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過性； (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，雙級(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。 雙級(jí)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為雙級(jí)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的 角度看， 重型車產(chǎn)品在主減速比小于 6 的情況下，應(yīng)盡量選用雙級(jí)減速 驅(qū)動(dòng)橋。 所以此設(shè)計(jì)采用雙級(jí)主減速器再配以整體式橋殼。 2.2本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式的確定 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，工作可靠，廣泛 地用在各種載貨汽車及公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車上也采用這種結(jié)構(gòu)。 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） - 7 - 普通的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的特點(diǎn)是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性 空心梁，而主減速器、差速器及半軸等傳動(dòng)件都裝在其中。這時(shí)，整個(gè)驅(qū) 動(dòng)橋和驅(qū)動(dòng)車輪的質(zhì)量以及傳動(dòng)軸的部分質(zhì)量都屬于汽車的非懸掛質(zhì)量， 使汽車的非懸掛質(zhì)量較大，這是普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的一個(gè)弱點(diǎn)，這種驅(qū) 動(dòng)橋和輪轂，制動(dòng)器及制動(dòng)鼓的總質(zhì)量約占一般汽車底盤質(zhì)量的 11%-16%。 圖 2-1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 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） - 8 - 第 3章 主減速器 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 主減速器的結(jié)構(gòu)形式按參加減速傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目分，有單級(jí)主減速 器和雙級(jí)主減速器。 3.1.1 主減速器的齒輪類型 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等 形式。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， 工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小，所以在此選用弧齒錐齒輪傳動(dòng)。 3.1.2 主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式 作為一個(gè) 9.95 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 懸臂式支承，如圖 3-1 所示。 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)使 c 等 于或大于 d，如圖 3-2 所示。 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） - 9 - 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) 3.2.1 主減速比的確定 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)amxPpn0 能保證這些汽車有盡可能高的最高車速 。這時(shí) i 值應(yīng)按下式來確定：amxv0 （3-1）rp0amxghni=.37vi 式中： 車輪的滾動(dòng)半徑， =0.5m；r r igh變速器量高檔傳動(dòng)比。i gh =1。 對(duì)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， i 一般選擇比上式求得的大 1025，即按下式選擇：0 （3-2）rp0amxghFLBni=(.37.42)vi 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。 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） - 10 - 計(jì)算出 i =4.450 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ce （3-nKiTToLec /maxmN 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TLi 擋傳動(dòng)比，在此取 6.5； 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 835 ；maxe mN 傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取 0.9；T 該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1；n 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oK 的載貨汽車 =1.0，當(dāng)性能系數(shù) 0 時(shí)可取 =2.0。oKpfoK （3- 16Tgm0.95 0. Tgm.195-6eaxeaeax當(dāng)當(dāng)pf 4）式中： 汽車滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取 9950 。amgK 所以 0.195 =23.2416 835109 =-0.330 即 =1.0pfoK 由以上各參數(shù)可求 Tce 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） - 11 - = =4896.02Tce19.05.683mN 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 csT （3-LBriGcs/2 5） 式中： 汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，預(yù)2 設(shè)后橋所承載 5085N 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，取 =0.85； 車輪的滾動(dòng)半徑，滾動(dòng)半徑為 0.5m；r ， 分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車LBi 輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比， 取 0.9，由于沒有輪LB 邊減速器 取 1.0。LBi 所以 = =2410.25rcsGT/2 0.19585mN 按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 cfT （3- )( PHRLBrTacf ffni 6） 式中： 汽車滿載時(shí)的總重量，在此取 9950N；aG 所牽引的掛車滿載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車的計(jì)算；T 道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，計(jì)算時(shí)轎車取 0.0100.015；對(duì)于載貨Rf 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） - 12 - 汽車可取 0.0150.020；越野車取 0.0200.035；在此取 0.018； 汽車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取Hf 0.050.09 在此取 0.07； 汽車的性能系數(shù)在此取 0。pf 所以 )(PHRLBrTacf ffniG m486.N07.18.0.95cf 3.2.3 主減速器基本參數(shù)的確定 主減速器齒輪的主要參數(shù)有一級(jí)傳動(dòng)主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù) 和 ，從1z2 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 ，2Dtm1b2 二級(jí)傳動(dòng)主、從動(dòng)齒輪齒數(shù) 和 、模數(shù)和齒厚等。3z4 一級(jí)傳動(dòng)主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)取 =10， =36， + =464012z12z 從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑 和端面模數(shù)2Dtm 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即2D （3-7）322cDTK 式中： 直徑系數(shù)，一般取 13.016.0；2D 從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， ，為 Tce 和 Tcs 中的較小者。Tc mN 所以 =（13.016.0 ） =200.92325.401 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） - 13 - 初選 =200.9 則 = / =200.9/36=5.582Dtm2Dz 有參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 23.4-3 中 選取 6 t 對(duì)于一級(jí)傳動(dòng)從動(dòng)錐齒輪齒面寬 ，推薦不大于節(jié)錐 的 0.3 倍，即2b2A ，而且 應(yīng)滿足 ，對(duì)于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采223.0Ab2btm10 用： =0.155 200.9=31.1 在此取 3115D 通常小齒輪的齒面加大 10%較為合適，在此取 =341b 二級(jí)傳動(dòng)主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)取 =15， =55，從動(dòng)齒輪 的模數(shù)取 m=43z44z 二級(jí)傳動(dòng)從動(dòng)齒輪齒厚 =73， =66。3b4 3.2.4 主減速器傳動(dòng)齒輪的幾何尺寸計(jì)算 主減速器一級(jí)傳動(dòng)齒輪的幾何尺寸如表 3-1 所示。 表 3-1 主減速器一級(jí)傳動(dòng)齒輪的幾何尺寸 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) 1z10 2 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 2 36 3 端面模數(shù) m6 4 齒面寬 b =34 1b =312 5 全齒高 h =13.2h 6 法向壓力角 =22.5 7 軸交角 =90 8 節(jié)圓直徑 =dmz 601d =2162 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） - 14 - 9 節(jié)錐角 arctan121z=15.521 10 節(jié)錐距 A = 1sin d0A =111.110 11 周節(jié) t=3.1416 mt=18.85 12 齒頂高 ah=6ah 13 齒根高 f =7.2 f 14 徑向間隙 c= mc*c=2.31 15 齒根角 0artnAhfff=2.91 16 面錐角 21f2fa=15.611a =80.272 續(xù)表 3-1 主減速器一級(jí)傳動(dòng)齒輪幾何尺寸 17 根錐角 =1f1f =2f2f =9.791f =74.512f 18 齒頂圓直徑 11cosaahd =2a21coshd =71.52ad =222.362 主減速器二級(jí)傳動(dòng)齒輪的幾何尺寸如表 3-2 所示。 表 3-2 主減速器二級(jí)傳動(dòng)齒輪的幾何尺寸 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) 3z15 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） - 15 - 2 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 4z55 3 端面模數(shù) m4 4 齒厚 b =73 3b =664 5 中心距 a a=140 6 節(jié)圓直徑 =dmz 603d =2204 7 齒頂高 ah=4ah 8 齒根高 f =5f 9 齒頂圓直徑 3ad4 =683ad =2284 3.2.5 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 （3-8）cosinstacossinFFSNaz （3-9）itnsicoSRz 可計(jì)算 14946.6N 52.1cos3i52.1i.ta35cs107.8azF =5435.12NRz .in.cos.tno. 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。 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） - 16 - 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 = （3-225.01maZRZdFbFa 10） （3-22.maZRZBc 11） 根據(jù)上式已知 =14947N， =5435N，a=91mm ，b=63mm，c=28mmaZFRZ 所以軸承 A 的徑向 =A22 7.5149.063546318709 =12956N 其軸向力為 0 軸承 B 的徑向力 R =B22 7.5149.06354815709 =8223N （1）對(duì)于軸承 A，采用圓錐滾子軸承 30208，此軸承的額定動(dòng)載荷 Cr 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） - 17 - 為 105.65KN，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR =112956=12956N。所以有A 公式 s (3-12)610 QfCrLpt 式中: 為溫度系數(shù)，在此取 1.0；tf 為載荷系數(shù)，在此取 1.2。p 所以 = =5.9410 sL63 10295.168 此外對(duì)于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說，主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算 轉(zhuǎn)速 為2n r/min (3-13)ramv6. 式中： 輪胎的滾動(dòng)半徑；r 汽車的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車和公共汽車可取amv 3035 km/h，在此取 33 km/h。 所以有上式可得 = =175.56 r/min2n5.036 而主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 =175.565.4=948.024r/min1 所以軸承能工作的額定軸承壽命： h (3-14) nLh60 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 =10442.8 h024.98615hL 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） - 18 - 若大修里程 S 定為 100000 公里，可計(jì)算出預(yù)期壽命即 = h (3-15)hLamv 所以 = =3030.30 h310 和 比較， ，故軸承符合使用要求。hh （2）對(duì)于軸承 B，在此選用 30207 型軸承。 在此徑向力 R=8223N 軸向力 A=17625N，所以 =2.14e 由機(jī)械設(shè)RA 計(jì)可查得 X=0.4，Y=0.4cota=0.4cot =0.97。5.2 當(dāng)量動(dòng)載荷 Q= （3-16）YAXRfd 式中： 沖擊載荷系數(shù)在此取 1.2。df 有上式可得 Q=1.2（0.48223+0.9717625）=24462.5N 所以軸承的使用壽命由式（3-19）和式（3-20）可得 = = =10833.7 h3030.30h=hL QCrn16703105.24689170 hL 所以軸承符合使用要求。 對(duì)于軸承 C 采用 30304，軸向力 A=10420N，徑向力 R=8004.6；所以 =1.3e 由機(jī)械設(shè)計(jì)可查得RA X=0.4，Y=0.4cota =0.4cot =0.97。5.2 Q= =1.2（0.410420+0.978004.6）=14318.9N YRXfd = = =16561hhL QCrn16703109.48756.10hL 軸承 C 符合要求。 軸承 D 采用 30208，軸向力 A=12560N，徑向力 R=19445.8N， =0.65eRA 得 X=0.4，Y=0.4cota =0.4cot =0.97。5.2 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） - 19 - Q= =1.2（0.412560+0.9719445.8）=28663.7N YRXAfd = = =16759.3hhL QCrn16703107.286495.10hL 軸承 D 滿足使用要求。 軸承 E,F 的徑向力計(jì)算公式為： =ER22 1.864975.065436185702 =12352.6N =F 22 .18 =16387.6N 軸承 E,F 采用 30208 圓錐滾子軸承。 對(duì)于軸承 E，軸向力 A=12560N,徑向力 R=16387.6N =1.02e 得 X=0.4，Y=0.4cota =0.4cot =0.97RA 5.2 Q= =1.2（0.412560+0.9712352.6）=20407.2N YXfd = = =21863.5hhL QCrn16703102.47956.10hL 軸承 E 符合使用要求。 對(duì)于軸承 F，軸向力 A=12560N,徑向力 R=16387.6N =0.77e 得 X=0.4，Y=0.4cota =0.4cot =0.97。RA 5.2 Q= =1.2（0.412560+0.9716387.6）=25103.9N YXfd = = =24032.7hhL QCrn16703109.25476.10hL 軸承 F 符合使用要求。 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 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） - 20 - 用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過滲碳、淬火、回火。 3.2.7 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度校核 （1） 單位齒長上的圓周力 Nmm (3-17)2bPp 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； rG2 從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取 31mm。 2b 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： Nmm （3-21 3max0bdiTpge 18） 式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 835 ；maxeT mN 變速器的傳動(dòng)比；gi 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取 60mm。1d 按上式 Nmm2.763126085.3p 按最大附著力矩計(jì)算時(shí)： Nmm （3-19）2 30bdrGp 式中： 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） - 21 - 汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，在此取2G 5085N； 按上式= 742.61 Nmm312605.8503p 其中上述兩種方法計(jì)算用的許用單位齒長上的圓周力p都為 1865N/mm 。2 （2）輪齒的彎曲強(qiáng)度校核 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 N/ （3-JmzbKTvs20312 20） 式中： 該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；T 超載系數(shù)；在此取 1.0；0K 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)，s 當(dāng) 時(shí)， ，在此 0.7；6.14.25mKs4.256sK 載荷分配系數(shù)， 1.001.10；m 質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，可取 1.0；v 計(jì)算齒輪的齒面寬；b 計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，按圖 3-3 選取小齒輪的J 0.225，大齒輪 0.195。J 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） - 22 - 按上式 95.75 N/ 210.9 N/2 31 65.041782 2m2m =128.83 N/ 210.9 N/ .2 32 22 所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 圖 3-3 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) J (3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度校核 錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為： N/ (3-21)bJKTdCvfmspj 301122 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；pC 2 1N 尺寸系數(shù)，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取 1.0；sK 表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取 1.0；f 計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)。按圖選取 =0.122。J J 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） - 23 - 按上式 =802.08 1750 N/3412.00548620.3 3j 2m 主、從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力相等。所以均滿足要求。 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） - 24 - 第 4章 差速器 4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 4.1.1 差速器齒輪基本參數(shù)的確定 行星齒輪選 10 齒，半軸齒輪選 18 齒。 行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 ，12 = =29.05 =90- =60.95211arctnz80rta12 再求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m m= = = =3.3310sinzA20siz05.9sin18 由于強(qiáng)度的要求在此取 m=5 得 =50 =518=9051md2zd 行星齒輪安裝孔的直徑 及其深度 L 行星齒輪的安裝孔的直徑 與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒 輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常取： （4-1） 1.L （4-2）nlTc 302. （4-3）lc1. 30 24mm 27mm36475.289241.L 4.1.2 差速器齒輪的幾何尺寸的確定 差速器齒輪的幾何尺寸如表 4-1 所示。 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） - 25 - 表 4-1 差速器齒輪的幾何尺寸 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1z =101z 2 半軸齒輪齒數(shù) =14252 =182 3 模數(shù) m=5mmm 4 齒面寬 b 9mm 5 全齒高 h 11mm 6 壓力角 22.5 7 軸交角 =90 8 節(jié)圓直徑 ； 1mzd2z 501d92 9 節(jié)錐角 ，21arctnz190 =29.05，.62 10 節(jié)錐距 210sini dA=103.07mm0A 11 周節(jié) =3.1416tm=15.7mmt 12 齒頂高 ah5mm 13 齒根高 f =6mmfh 14 徑向間隙 = - =0.188 +0.051chgm=1.931mmc 4.2 差速器齒輪的強(qiáng)度校核 輪齒彎曲強(qiáng)度 為w = MPa (4-4) wJmbzKTvs20 31 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） - 26 - 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T 在此 為 734.4Nm；n6.0T 差速器的行星齒輪數(shù)； 半軸齒輪齒數(shù)；2z 計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)查得 =0.226。J J 圖 4-3 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) 根據(jù)上式 = =926 MPa980 MPaw26.05189.1794.7302 所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 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） - 27 - 第 5章 驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置位于汽車傳動(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)車輪。在一般的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳 動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車輪的輪轂聯(lián)接起來，半軸 的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅(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，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 （5-33 3)18.205.(196.0TTd 1） 根據(jù)上式 =（29.431.2）mm36.7.2 根據(jù)強(qiáng)度要求在此 取 30mm。d 5.2 全浮式半軸的強(qiáng)度校核 首先是驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ： MPa （5-316dT 2） 式中： 半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm 在此取 2937.6Nm；T 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） - 28 - 半軸桿部的直徑，mm。d 根據(jù)上式 472 MPa =(490588) MPa30164.297 所以滿足強(qiáng)度要求。 5.3 半軸花鍵的強(qiáng)度校核 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s MPa (5-3)bzLdDTpABs410 3 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力 為c MPa （5-pABABc zLdDT24103 4） 式中： 半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，Nm ，在此取 2937.6Nm；T 半軸花鍵的外徑，mm，在此取 30mm；BD 相配花鍵孔內(nèi)徑，mm，在此取 25mm；Ad 花鍵齒數(shù)；在此取 24；z 花鍵工作長度，mm，在此取 55mm；pL 花鍵齒寬，mm，在此取 4mm；b 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） - 29 - 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 = =53.95 MPas75.042453016.97 3 = =86.32 MPa c.2. 3 根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，以上計(jì)算均滿足要求。 第 6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼 驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，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)過橋殼傳到懸架及車架上。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 整體式橋殼結(jié)構(gòu)形式分析 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。 6.1.2 鑄造整體式橋殼結(jié)構(gòu)形式分析 通?？刹捎们蚰T鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。 鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點(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，適于采用這種結(jié)構(gòu)。尤其是重型汽車 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（-41C） 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） - 30 - 沖擊值急劇降低的問題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進(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的無縫鋼管作為半軸套筒。 另外，由于汽車的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內(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釘固定在一起。 6.1.3 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。 6.1.4 鋼管擴(kuò)張成形整體式橋殼 這種橋殼是由中碳無縫鋼管或鋼板卷焊鋼管擴(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， 但需要專用擴(kuò)張，滾壓成形軋制設(shè)備。使用于轎車和輕型汽車的大批量生 產(chǎn)。 6.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度校核 6.2.1橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 橋殼猶如一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車輪上，在鋼板彈簧座 處橋殼承受汽車的簧上載荷，而沿兩側(cè)輪胎中心線，地面給輪胎以反力 （雙胎時(shí)則沿雙胎中心線） ，橋殼則承受此力與車輪重力 之差值，2/G wg 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 6-1 所示。 橋殼按靜載荷計(jì)算時(shí)，在其兩鋼板彈簧座之間的彎矩為 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） - 31 - （6-1） 2s-B)(2wgGM mN18905.4095 式中： 汽車滿載靜止水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，N ；2G 車輪的重力，N；wg 驅(qū)動(dòng)車輪輪距，m；B 驅(qū)動(dòng)橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離，m 。s 由彎矩圖 6-1 可見，橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座附近。由于 大大地小于 /2，且設(shè)計(jì)時(shí)不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，當(dāng)無數(shù)據(jù)時(shí)可忽略。wg2G 而靜彎曲應(yīng)力為： MPa （6-310vwjWM 2） Pwj 04.26172608953 式中： 危險(xiǎn)斷面處橋殼的垂向彎曲截面；VW ；2607)(613bhBHv ；9.5h 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù) 。t 1420)-(H1BWt 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） - 32 - 圖 6-1 橋殼靜彎曲應(yīng)力的計(jì)算簡(jiǎn)圖 6.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)汽車高速行駛于不平路面上時(shí)，橋殼除承受在靜載狀態(tài)下的那部分載荷 外，還承受附加的沖擊載荷。這時(shí)橋殼載動(dòng)載荷下的彎曲應(yīng)力為： MPa （6-3）wjdk MPw1.6504.2 式中： 動(dòng)載荷系數(shù)，對(duì)載貨汽車取 2.5；dk 橋殼載靜載荷下的彎曲應(yīng)力，26.04 MPa。wj 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 這時(shí)不考慮側(cè)向力，如圖 6-2 所示，汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼的 受力分析簡(jiǎn)圖。此時(shí)作用在左右驅(qū)動(dòng)車輪上除有垂向反力外，尚有切向反 力。地面對(duì)左右驅(qū)動(dòng)車輪的最大切向反力為 N （6-4） rTLeiP/maxa 5.79805.0.81683x 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） - 33 - 式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 835 ；maxeTmN 傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比 6.515；Li 傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 0.9；T 輪胎的滾動(dòng)半徑 0.5m。r 圖 6-2 汽車以最大牽引行駛時(shí)橋殼的受力分析簡(jiǎn)圖 后驅(qū)動(dòng)橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎曲矩為： （6-5）2)2(sBgmGMwv mN v 680.18.950 式中： 汽車加速行駛時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù) 1.2。 2m 由于驅(qū)動(dòng)車輪的最大切向反力使橋殼也承受水平方向的彎矩，對(duì)于裝 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） - 34 - 用普通圓錐齒輪差速器的驅(qū)動(dòng)橋，在兩彈簧之間橋殼所受的水平方向的彎 矩為： （6-6）2maxsBpMehN mh 3.15604.815.790 橋殼還承受因驅(qū)動(dòng)橋傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力矩。這時(shí)在兩板簧座 間橋殼承受的轉(zhuǎn)矩為： （6-NiTTLe 01.248max 7） 式中： 見式（6-4）下的說明。TLei,max 53.MPWhvw 2.17Tt 6.2.4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 這時(shí)不考慮側(cè)向力。如圖 6-3 所示，汽車在緊急制動(dòng)時(shí)橋殼的受力分 析簡(jiǎn)圖。此時(shí)作用在左右驅(qū)動(dòng)車輪上除有垂向反力 外，尚有切向2/mG 反力，即地面對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪的制動(dòng)力 。因此可求得：2/ 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） - 35 - 圖 6-3 汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼的受力分析簡(jiǎn)圖 緊急制動(dòng)時(shí)橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 及水平方向彎矩vM 分別為hM （6-8）mNsBgmGwv 3.821)2( （6-9）v .)( 式中： 見式（6-1）說明；sBG,2 汽車制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對(duì)于越野汽車的后橋，m 0.85； 驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù) 0.8。 橋殼在兩鋼板彈簧的外側(cè)部分同時(shí)還承受制動(dòng)力所引起的轉(zhuǎn)矩 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） - 36 - （6-10）mNrmGT5.8642 計(jì)算在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為： （6-11） 4.89hvwWM 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 （6-8.60tT 12） 綜上所述，所設(shè)計(jì)的橋殼滿足這種條件下的強(qiáng)度要求。 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） - 37 - 結(jié)論 本文是針對(duì)公路運(yùn)輸載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中以提高可 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 部分總成如主減速器，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，采用鑄造整體式橋殼，雙級(jí)主減速器，對(duì)稱式圓錐行星齒輪 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，可以通過加 減墊片來調(diào)整齒輪嚙合間隙和軸承預(yù)緊度。中間軸設(shè)計(jì)時(shí)，采用了調(diào)整墊 片來調(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，并回顧了以往所學(xué)過的知識(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。 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） - 38 - 致謝 在長達(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，吳柏宇老 師盡職盡責(zé)，給我的畢業(yè)設(shè)計(jì)帶來了很大的幫助，在此我對(duì)吳老師表示衷 心的感謝！ 也特別感謝季海城、鄒玉鳳、李玉龍等等多位老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì) 我的指導(dǎo)和幫助，使我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，謝謝你們！ 通過這次畢業(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 問題不是去問老師，就是跳過去，一點(diǎn)自己查資料的意識(shí)都沒有?，F(xiàn)在不 同了，通過指導(dǎo)老師的引導(dǎo)，通過自己的實(shí)踐，現(xiàn)在可以獨(dú)立到圖書館去 查資料，而且要查哪方面的資料，心理非常清楚，不像以前那么沒有頭緒 了。 在其他方面也有不少收獲，比如說，這次畢業(yè)設(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)耐心都沒有，坐在凳子 上也不會(huì)安下心來，總是用一種浮躁的態(tài)度來對(duì)待自己的事情。現(xiàn)在不同 了，通過做畢業(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。 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） - 39 - 參考文獻(xiàn) 1 劉惟信 編著.汽車車橋設(shè)計(jì) .北京：清華大學(xué)出版社，2004 2 王春香 主編.基礎(chǔ)材料力學(xué).北京：科學(xué)出版社，2007 3 王望予 主編.汽車設(shè)計(jì)(第四版).北京:機(jī)械工業(yè)出版，2004 4 郭新華 主編.汽車構(gòu)造.北京:高等教育出版社，2004 5 朱孝錄 主編.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 6 王黎欽 陳鐵鳴 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）.哈爾濱：工業(yè)大學(xué)出版社， 2008 7 重載汽車驅(qū)動(dòng)橋的基本結(jié)構(gòu)形式.http:/www.zhongka.Com 8 陳家瑞. 汽車構(gòu)造M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 9 汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè)M：設(shè)計(jì)篇.北京：人民交通 出版社，2001. 10 汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè)M：基礎(chǔ)篇.北京：人民交通 出版社，2001. 11 石琴，陳朝陽，錢鋒，溫千紅汽車驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析J.上海汽車， 1999，(4):1-3，8. 12 林軍，周曉軍，陳子辰，陳慶春.汽車驅(qū)動(dòng)橋總成在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)J. 機(jī)械與電子，2000， （4）：20-21. 13 Ford Motor Company Arup Gangopadhyay， Sam Asaro， Michael Schroder，Ron Jensen and Jagadish Sorab. Fuel Economy Improvement Through Frictional Loss Reduction in Light Duty Truck Rear Axle.SAE，2002 14 Dirk Spindler Georg von Petery INA-Schaeffler KG. Angular Contact Ball Bearings for a Rear Axle Differential.SAE ，2003 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） - 40 - 附錄 1 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(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