車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）輕型貨車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

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1、南京工程學(xué)院車輛工程系本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求 1 1.2本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路 1 1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹 2 第二章 總體方案論證 3 第三章 主減速器的設(shè)計(jì) 6 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 6 3.2 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 7 3.2.1 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 7 3.2.2 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 8 3.3 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 11 3.4 主減速器錐齒輪與雙曲面齒

2、輪的強(qiáng)度計(jì)算 13 3.5 主減速器錐齒輪的材料 15 3.6 主減速器錐齒輪軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 第四章 差速器的設(shè)計(jì) 17 4.1差速器的結(jié)構(gòu)型式 17 4.2差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 19 4.3 差速器直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 21 4.4 差速器齒輪的材料 21 第五章 半軸的設(shè)計(jì) 23 5.1半軸的結(jié)構(gòu)型式 23 5.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23 5.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 26 第六章 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇 27 第七章 驅(qū)動(dòng)橋的三維建模 28 7.1 UG三維建模 28 7.2 零部件的建模 28 第七章 結(jié)論 3

3、7 致謝 38 參考文獻(xiàn) 39 附錄A：英文資料 40 39 附錄B：英文資料翻譯 46 附件： 畢業(yè)論文光盤資料 第一章 緒 論 本課題是進(jìn)行輕型貨車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出輕型載貨汽車的后驅(qū)動(dòng)橋，包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)車輛的全局。 1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求 a.本課題的來源：輕型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有大的比重。驅(qū)動(dòng)橋在整車中十分重要，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。 b.要完成本課題的基本前提條件是：在主要參數(shù)確定的情況下，

4、設(shè)計(jì)選用驅(qū)動(dòng)橋的各個(gè)部件，選出最佳的方案。 c.技術(shù)要求：設(shè)計(jì)出的驅(qū)動(dòng)橋符合國家各項(xiàng)輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn)[1]，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，成本降低，適合本國路面的行駛狀況和國情。 1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路 a.本課題解決的主要問題：設(shè)計(jì)出適合本車型的驅(qū)動(dòng)橋。汽車傳動(dòng)系的總?cè)蝿?wù)是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。在一般汽車的機(jī)械式傳動(dòng)中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動(dòng)機(jī)特性與汽車行駛要求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問題。首先是因?yàn)榻^大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上的縱向安置的，為使其轉(zhuǎn)矩能傳給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，必須由驅(qū)動(dòng)橋的主減速器來改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，同時(shí)還得由驅(qū)動(dòng)橋的差速器來解決左、右驅(qū)動(dòng)

5、車輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差速要求。其次，需將經(jīng)過變速器、傳動(dòng)軸傳來的動(dòng)力，通過驅(qū)動(dòng)橋的主減速器，進(jìn)行進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速的變化。因此，要想使汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)合理，首先必須選好傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比，并恰當(dāng)?shù)貙⑺峙浣o變速器和驅(qū)動(dòng)橋。 b.本課題的設(shè)計(jì)總體思路：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼，相當(dāng)于受力復(fù)雜的空心梁，它要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還要盡量的減輕其重量。所選擇的減速器比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。對載貨汽車，由于它們有時(shí)會(huì)遇到坎坷不平的壞路面，要求它們的驅(qū)動(dòng)橋有足夠的離地間隙，以滿足汽車在通過性方面的要求。驅(qū)動(dòng)橋的噪聲主要來自齒輪及其他傳動(dòng)機(jī)件。提高它們的

6、加工精度、裝配精度，增強(qiáng)齒輪的支承剛度，是降低驅(qū)動(dòng)橋工作噪聲的有效措施。驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改善汽車行駛的平順性。 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹 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。如果你的變速器出了故障，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

7、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[１]。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)的中央單級減速器發(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。 第二章 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

8、和車架或車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，以改善汽車平順性。 f)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)。 g)結(jié)構(gòu)簡單，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

9、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。 ⑴非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋[2]，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

10、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

11、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。 ⑵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

12、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

13、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。 ⑶ 多橋驅(qū)動(dòng)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44、66、88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

14、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88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

15、變型)、制造和維修，都帶來方便。 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)貨車的設(shè)計(jì),最后本課題選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 第三章 主減速器的設(shè)計(jì) 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 主減速器的結(jié)構(gòu)型式[3]，主要是根據(jù)其齒輪類型、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。 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器采用得最廣泛的是“格里森”（ Gleason）制或“奧利康”（Oerlikon）制的螺旋錐齒輪和雙面錐齒輪。 圖3-1螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng) (a)螺旋錐齒輪傳動(dòng)；(b)雙曲面齒輪傳動(dòng) 采用雙曲面齒輪。他的主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而

16、呈空間交叉。其空間交叉角（即將一軸線平移，使之與另一軸線相交的交角）也都是采用90。主動(dòng)齒輪軸相對于從動(dòng)齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個(gè)偏移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當(dāng)偏移距大到一定程度，可使一個(gè)齒輪軸從另一個(gè)齒輪軸旁通過。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。這對于增強(qiáng)支承剛度、保證齒輪正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。和螺旋錐齒輪由于齒輪的軸線相交而使得主、從動(dòng)齒輪的螺旋角相等的情況不同，雙曲面齒輪的偏移距使得主動(dòng)齒輪的螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃?dòng)齒輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。主動(dòng)齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)是大于從動(dòng)齒

17、輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高至175%。雙曲面主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)，這有力于大傳動(dòng)比傳動(dòng)。當(dāng)要求傳動(dòng)比大而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪更為合理。因?yàn)槿绻３謨煞N傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑一樣，則雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的

18、要小，這對于主減速比的傳動(dòng)有其優(yōu)越性。對中等傳動(dòng)比，兩種齒輪都能很好適應(yīng)。由于雙曲面主動(dòng)齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo)致其進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪沖動(dòng)工作更加平穩(wěn)、無噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。 圖3-2 采用組合式橋殼的單級主減速器 減速型式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(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)目及布置型式等。 本設(shè)計(jì)采用組合式橋殼的單級主減速器（圖）。單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小

19、、尺寸緊湊及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。其主、從動(dòng)錐齒輪軸承都直接支承在與橋殼鑄成一體的主減速器殼上，結(jié)構(gòu)簡單、支承剛度大、質(zhì)量小、造價(jià)低。 3.2 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 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)。 3.2.1主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 圖3-3 主動(dòng)錐齒輪跨置式 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。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)（如圖3-3示）。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承

20、，故又稱兩端支承式?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾樱过X輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的1／30以下．而主動(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。 裝載質(zhì)量為2t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YC1090貨車裝載質(zhì)量為5t，所以選用跨置式。 圖3-4 跨置式支承 1-調(diào)整墊圈；2-調(diào)整墊片 3.2.2主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖3-5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

21、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3-5 從動(dòng)錐齒輪支承形式 圖3-6 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置辦法 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在軸承之間的分布而定。兩端支承多采用圓錐錐子軸承，安裝時(shí)使它們的圓錐滾子大端相向朝內(nèi)，而小端相背朝外。 為了防止從動(dòng)齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承也應(yīng)預(yù)緊。由于從動(dòng)錐齒輪軸承是裝在差速器殼上，尺寸較大，足以保證剛度。球面圓錐滾子軸承（圖3-6（b））具有自動(dòng)調(diào)位的性能，對軸的歪斜

22、的敏感性較小，這在主減速器從動(dòng)齒輪軸承的尺寸大時(shí)極其重要。 3.3 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 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)。 1）主減速比的確定[4] 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势胶鈭D來研究對汽車動(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)作最價(jià)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。 為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車速稍有下降，按下式計(jì)算[5]：

23、 式中：—車輪滾動(dòng)半徑，m； —變速器最高檔傳動(dòng)比； —汽車最高車速； —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速。 根據(jù)所選定的主減速比值，確定主減速器的減速型式為單級。查表得汽車驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙為200mm。 2）主減速齒輪計(jì)算載荷的計(jì)算 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（、）的較下者，作為載貨汽車和越野汽車在強(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。既： 式中：

24、 —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，； —由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比； —上述傳動(dòng)部分的效率，??； —超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)的各類汽車?。? —該車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目； —汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)載，N，對后橋來說還要考慮到汽車加速時(shí)的負(fù)荷增大量； —輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取； —車輪的滾動(dòng)半徑，m； ，—分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比（例如輪邊減速器等

25、）。 由式（3-2）、式（3-3）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)。對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均牽引力來確定的，即主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nm）為[6] 式中：—汽車裝載總重，N； —所牽引的掛車滿載總重，N，但僅用于牽引車； —道路滾動(dòng)阻力系數(shù)； —汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)； —汽車或汽車列車的性能系數(shù)。 當(dāng)時(shí)，取 3）主減速齒輪基本參

26、數(shù)的選擇 ⑴ 齒數(shù)的選擇 對于單級主減速器，當(dāng)較大時(shí)，則應(yīng)盡量使主動(dòng)齒輪的齒數(shù)取得小些，以得到滿意的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙。當(dāng)6時(shí)，的最小值可取為5。當(dāng)較?。?.55）時(shí)，可取712。為了磨合均勻，主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)、間應(yīng)避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，對于其齒數(shù)和，貨車應(yīng)不少于40。取， 。[7] ⑵ 節(jié)圓直徑的選擇 可根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（見式4-4、式4-5并取兩者中較小的一個(gè)為計(jì)算依據(jù)）按經(jīng)驗(yàn)公式選出： 式中： —從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓半徑，mm； —直徑系數(shù)，?。? —計(jì)

27、算轉(zhuǎn)矩，。 ⑶ 齒輪端面模數(shù)的選擇 選定后可按式算出從動(dòng)齒輪大端端面模數(shù)，并用下式校核： 式中： —模數(shù)系數(shù)，??； ； 。 ⑷ 齒面寬的選擇 汽車主減速器雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒面寬為： ⑸ 雙曲面齒輪的偏移距 主動(dòng)齒輪軸線相對于從動(dòng)齒輪軸線的偏移距離稱為雙曲面齒輪的偏移距。對于本設(shè)計(jì)的輕型貨車，值不應(yīng)超過從動(dòng)齒輪節(jié)錐距的40%，或接近于的20%。 ⑹ 中點(diǎn)螺旋角β 弧齒錐齒

28、輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的。汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角的平均螺旋角一般為35～40。貨車選用較小的β值以保證較大的εF，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。取β=35。 ⑺ 法向壓力角α 法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，也可以使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。對于貨車弧齒錐齒輪，α一般選用20。 ⑻ 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旋轉(zhuǎn)方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可以使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢，防止輪齒卡死而損壞。 3.4

29、主減速器錐齒輪與雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 ⑴ 單位齒長圓周力 式中： —作用在齒輪上的圓周力，N； —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)為： 式中： —變速器傳動(dòng)比，常取一檔及直接檔得； —主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，mm。 常用作估算齒輪的表面耐磨性，載貨汽車的許用單位齒長上的圓周力。在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及制造質(zhì)量的提高，計(jì)算所得的值有時(shí)高出20%～25%。 ⑵ 輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 主減速器錐齒輪與雙曲面齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力為：

30、 式中： —計(jì)算轉(zhuǎn)矩，； —超載系數(shù)； —尺寸系數(shù)，當(dāng)端面模數(shù)，； —載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均為跨置式支承時(shí)，否則取，本設(shè)計(jì)??； —質(zhì)量系數(shù)，對驅(qū)動(dòng)橋齒輪可??； 、、—分別為計(jì)算齒輪的齒面寬（mm）、模數(shù)，和齒數(shù)； —計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，??； —許用彎曲應(yīng)力，取。 ⑶ 齒輪的接觸強(qiáng)度計(jì)算 圓錐齒輪與雙曲面齒輪齒面的接觸強(qiáng)度計(jì)算式為： 式中： —主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； —材料的彈性系數(shù)，鋼制齒輪副取232.6N1/2/mm；

31、—主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，mm； —尺寸系數(shù)，可??； —表面質(zhì)量系數(shù)，可?。? —齒面寬，取齒輪副中的較小值，一般為從動(dòng)齒輪齒面寬，mm； —計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)； —許用接觸應(yīng)力，按計(jì)算時(shí)取。 3.5 主減速器錐齒輪的材料 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： a）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。 b）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。 c）鍛造性能、切削加

32、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。 d）選擇合金材料是，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，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，

33、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25%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。 3.6 主減速器錐齒輪軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力以及垂直于齒輪軸線的徑向力。 主動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑為

34、 因此，差表得，主動(dòng)錐齒輪上選用型號為30205的圓錐滾子軸承。 ⑴齒寬中點(diǎn)處的圓周力F 　　　 　　 　　　 式中：　 T—作用在從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩； Dm2—從動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，由式（3-13）確定，即 　　　　　　　 式中： D2—從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑；D2＝120mm b2—從動(dòng)齒輪齒面寬；b2=18.6mm γ2—從動(dòng)齒輪節(jié)錐角；γ2=73 將各參數(shù)代入式(3-14)，有： 將各參數(shù)代入式(3-13)，有： 對于弧齒錐

35、齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的。 ⑵錐齒輪的軸向力Faz和徑向力Frz（主動(dòng)錐齒輪） 作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Faz和徑向力分別為 將各參數(shù)分別代入式(3-15) 與式(3-16)中，有： ， 第四章 差速器的設(shè)計(jì) 汽車在行使過程中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(dòng)半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行使阻力不等等。這樣，如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則不論

36、轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會(huì)加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。 差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來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)，用來保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。 4.1差速器的結(jié)構(gòu)型式 差速器選用對稱式圓錐行星齒輪差速器。其結(jié)構(gòu)原理如圖（4-1）所示[8]。普通對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪，行星齒

37、輪軸，半軸齒輪等組成。其工作原理如圖所示。為主減速器從動(dòng)齒輪或差速器殼的角速度；、分別為左右驅(qū)動(dòng)車輪或差速器半軸齒輪的角速度；為行星齒輪繞其軸的自轉(zhuǎn)角速度。 當(dāng)汽車在平坦路面上直線行駛時(shí)，差速器各零件之間無相對運(yùn)動(dòng)，則有 這時(shí)，差速器殼經(jīng)十字軸以力帶動(dòng)行星齒輪繞半軸齒輪中心作“公轉(zhuǎn)”而無自轉(zhuǎn)（）。行星齒輪的輪齒以的反作用力。對于對稱式差速器來說，兩半軸齒輪的節(jié)圓半徑相同，故傳給左、右半軸的轉(zhuǎn)矩均等于，故汽車在平坦路面上直線行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)左、右車輪的轉(zhuǎn)矩相等。 圖4-1 普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡圖 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，假如左右輪之間無差速器，則按運(yùn)動(dòng)學(xué)要求，行程長的外側(cè)車輪將

38、產(chǎn)生滑移，而行程短的內(nèi)側(cè)車輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。由此導(dǎo)致在左、右輪胎切線方向上各產(chǎn)生一附加阻力，且它們的方向相反，如圖4-1所示。當(dāng)裝有差速器時(shí)，附加阻力所形成的力矩使差速器起差速作用，以免內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪在地面上的滑轉(zhuǎn)和滑移，保證它們以不同的轉(zhuǎn)速和正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，若差速器工作時(shí)阻抗其中各零件相對運(yùn)動(dòng)的摩擦大，則扭動(dòng)它的力矩就大。在普通的齒輪差速器中這種摩擦力很小，故只要左、右車輪所走路程稍有差異，差速器開始工作。 當(dāng)差速器工作時(shí)，行星齒輪不僅有繞半軸齒輪中心的“公轉(zhuǎn)”，而且還有繞行星齒輪以角速度為的自轉(zhuǎn)。這時(shí)外側(cè)車輪及其半軸齒輪的轉(zhuǎn)速將增高，且增高量為（為行星齒輪齒數(shù)，為該側(cè)半軸齒輪齒數(shù)），這樣，外

39、側(cè)半軸齒輪的角速度為： 在同一時(shí)間內(nèi)，內(nèi)側(cè)車輪及其半軸齒輪（齒數(shù)為）的轉(zhuǎn)速將減低，且減低量為，由于對稱式圓錐齒輪差速器的兩半軸齒數(shù)相等，于是內(nèi)側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為： 由以上兩式得差速器工作時(shí)的轉(zhuǎn)速關(guān)系為 即兩半軸齒輪的轉(zhuǎn)速和為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍。 由式（4-1）知： 當(dāng)時(shí)，，或 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 最后一種情況，有時(shí)發(fā)生在使用中央制動(dòng)時(shí)，這時(shí)很容易導(dǎo)致汽車失去控制，使汽車急轉(zhuǎn)和甩尾。 4.2 差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 由于差速器亮是裝在主減速器從動(dòng)齒輪上，故在確定主減速器從動(dòng)

40、齒輪尺寸時(shí)．應(yīng)考慮差速器的安裝；差速器殼的輪廓尺寸也受到從動(dòng)齒輪及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。 1) 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 ⑴ 行星齒輪的基本參數(shù)選擇 本載貨汽車選用4個(gè)行星齒輪。 ⑵ 行星齒輪球面半徑的確定 圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定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)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐矩，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定： 式中： —行星齒輪球面半徑系數(shù)

41、； —計(jì)算轉(zhuǎn)矩，。 確定后，即可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐矩： ⑶ 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 選用行星齒輪齒數(shù)為10，半軸齒輪齒數(shù)為18。 ⑷ 齒輪節(jié)錐角、模數(shù)和節(jié)圓直徑的初步確定 行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角，： ； 式中： ，為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù) 再求出圓錐齒輪的大端模數(shù)： 節(jié)圓半徑右下式求得：

42、 ⑸ 壓力角 汽車差速齒輪大都采用的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，至少齒數(shù)可減至10。 ⑹ 行星齒輪軸直徑及其深度的確定 通常取 式中： —差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩； —行星齒輪數(shù)； —如右圖所示，為行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x（, 為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處得直徑，而），mm； —支承面得許用擠壓應(yīng)力，取為69N/mm2。 圖4-2 差速器行星齒輪安裝孔直徑及其深度 4.3 差速器直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，對疲

43、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)車輪有轉(zhuǎn)速差時(shí)行星齒輪與半軸齒輪之間才有相對滾動(dòng)的緣故。 汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為： 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，Nm； —計(jì)算轉(zhuǎn)矩； —行星齒輪數(shù)目； —半軸齒輪齒數(shù)； —汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力計(jì)算用的綜合系數(shù)； —許用彎曲應(yīng)力，按、兩者中較小者計(jì)算時(shí)。 4.4 差速器齒輪

44、的材料 差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。 第五章 半軸的設(shè)計(jì) 5.1半軸的結(jié)構(gòu)型式 采用全浮式半軸（圖5-1）。外端于以兩圓錐滾子軸承支承于橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，由于車輪所承受的垂向、縱向和側(cè)向力，以及由這些力引起的彎矩均經(jīng)輪轂、軸承傳給橋殼的半軸套管，因此半軸只承受轉(zhuǎn)矩不承受彎矩。其輪轂的尺寸及質(zhì)量較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較高，但工作可靠，廣泛用于輕型及其以上的客車、貨車

45、及越野汽車[11]。 圖5-1 全浮式半軸的結(jié)構(gòu)型式與安裝 5.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理的確定其計(jì)算載荷。 半軸的計(jì)算要考慮以下三種可能的載荷工況： A．縱向力（驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)（），附著系數(shù)取0.8，沒有側(cè)向力作用； B．側(cè)向力最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計(jì)算中取1.0，沒有縱向力作用； C．垂向力最大時(shí)，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時(shí)，其值為，是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒有縱向力和側(cè)向力作用。 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖5-

46、2 全浮式半軸及受力簡圖 全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： 全浮式半軸桿部直徑的初步選取可按下式進(jìn)行： 式中： —半軸桿部直徑，mm，取，差表得，半軸上使用軸承型號為30210的圓錐滾子軸承； —半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； []—半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，MPa。 三種半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力由下式計(jì)算： 式中: —半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa； 一半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； —

47、半軸桿部直徑，mm。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 式中： —半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，Nm； —半軸花鍵(軸)外徑，mm； —相配的花鍵孔內(nèi)徑，mm； —花鍵齒數(shù)； —花鍵工作長度，mm； —花鍵齒寬，mm； —載荷分布的不均勻系數(shù)，取0.75。 查表，選用規(guī)格為628327的矩形花鍵。 則 因此， 半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為 式中： —半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，Nm； —半軸長度，mm； —材料的剪切彈性模量，MPa； —半軸橫截面的極慣性矩

48、，。 半軸計(jì)算時(shí)的許用應(yīng)力與所選用的材料、加工方法、熱處理工藝及汽車的使用條件有關(guān)。當(dāng)采用40Cr，40MnB，40MnVB，40CrMnMo，40號及45號鋼等作為全浮式半軸的材料時(shí)，其扭轉(zhuǎn)屈服極限達(dá)到784MPa左右。在保證安全系數(shù)在1.3～1.6范圍時(shí)，半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取為[＝490～588MPa。 對于越野汽車、礦用汽車等使用條件差的汽車，應(yīng)該取較大的安全系數(shù)，這時(shí)許用應(yīng)力應(yīng)取小值；對于使用條件較好的公路汽車則可取較大的許用應(yīng)力。 當(dāng)傳遞最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，半軸花鍵的剪切應(yīng)力不應(yīng)超過71.05MPa；擠壓應(yīng)力不應(yīng)該超過196MPa，半軸單位長度的最大轉(zhuǎn)角不應(yīng)大于8/m。 5.

49、3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取10齒(轎車半軸)至18齒(載貨汽車半軸)。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)盡量增大各過渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很大，當(dāng)無較大鍛造設(shè)備時(shí)可采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡化工藝。在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，

50、35CrMnTi等。40MnB是我國研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為HB388—444(突緣部分可降至HB248)。近年來采用高頻、中頻感應(yīng)淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá)HRC52～63，硬化層深約為其半徑的1／3，心部硬度可定為HRC30—35；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度可定在HB248～277范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強(qiáng)度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過渡圓角等工藝，使半軸的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高得十分顯著。由于這些先進(jìn)工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳

51、(40號、45號)鋼的半軸也日益增多。 第六章 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇 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動(dòng)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（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

52、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。 選用組合式橋殼。它的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，它是將主減速器殼與中部橋殼鑄成一體，兩端壓入無縫鋼管并用銷釘貨塞焊固定。質(zhì)量較小，主減速齒輪軸承座的支承剛度好，但橋殼剛度較差，用于微型汽車，轎車及輕型以下貨車。 圖6-1 可分式橋殼 第七章 驅(qū)動(dòng)橋的三維建模 7.1 UG三維建模 對于零件的實(shí)體建模，目前主要采用的三維軟件有SolidWorks、Unigraphics(以下簡稱UG)、Pro/

53、Engineer 、Autocad、Catia等。 UG提供集成的、全面的總產(chǎn)品工程解決方案，是用戶能夠數(shù)字地建立和獲得三維產(chǎn)品定義。眾多世界一流的制造商使用它來進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)及詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)、工程仿真等。它能通過知識驅(qū)動(dòng)化（KDA），獲得并嵌入知識到許多復(fù)雜的過程。該軟件具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計(jì)功能。另外，在實(shí)際過程中還可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，從而提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、可靠性。同時(shí)，建立了三維模型可直接生成數(shù)控代碼用于產(chǎn)品加工。 與其它三維軟件相比，UG具有豐富的建模工具，包括圓柱，球體，長方體等成形特征，建模方便快

54、捷。主要有特點(diǎn)如下： 復(fù)合建模：無需草圖，需要時(shí)可進(jìn)行全參數(shù)設(shè)計(jì)，無需定義和參數(shù)化新曲線——可直接利用實(shí)體邊緣。 幾何特征：具有凸墊、鍵槽、凸臺、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征、引用模式。 光順倒圓：業(yè)界最好的倒圓技術(shù)，可自適應(yīng)于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構(gòu)形，變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。 本章節(jié)主要是運(yùn)用UG對輕型貨車驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行建模。 7.2 零部件的建模 1．半軸的建模 首先以Y軸為基準(zhǔn)軸畫一個(gè)圓柱。 然后選擇一個(gè)圓柱的平面畫草圖。 畫出草圖。 完成草圖后對話出的草圖進(jìn)行拉伸，并進(jìn)行布爾求和運(yùn)算

55、。 再進(jìn)行畫草圖。 對草圖進(jìn)行拉伸并進(jìn)行布爾求差運(yùn)算。 最后對草圖進(jìn)行影藏。 2. 行星齒輪軸建模 先以Y軸為基準(zhǔn)軸畫一圓柱，然后分別以X軸、Z軸畫兩個(gè)圓柱，并與前一個(gè)圓柱進(jìn)行布爾求和運(yùn)算。 再以Y軸為基準(zhǔn)軸畫一圓柱并進(jìn)行布爾求差運(yùn)算。 畫邊倒圓。 3. 從動(dòng)錐齒輪建模 4. 差速器殼建模 5. 螺母建模 第七章 結(jié)論 此次設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)橋及其各個(gè)部件，包括驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)、主減速器的設(shè)計(jì)、差速器的設(shè)計(jì)、半軸的設(shè)計(jì)和橋殼的設(shè)計(jì)。 所選擇的主減速比在滿足汽車在給定

56、使用的條件下，具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車動(dòng)力學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及使用壽命的前提下，減小簧下質(zhì)量。初步改善了汽車的平順性。選用的結(jié)構(gòu)簡單，維修也比較方便，制造容易。但同時(shí)，在驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)上還存在著不足，有待解決。 參 考 文 獻(xiàn) [1] GB18320-2001,農(nóng)用運(yùn)輸車 安全技術(shù)條件[S]． [2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005. [3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(下冊).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005. [4] 王望予.汽車

57、設(shè)計(jì)(第四版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004 [5] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001. [6] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004,1. [7] 周開勤.機(jī)械零件手冊[M].北京:高等教育出版社,2001. [8] 溫芳,黃華梁.基于模糊可靠度約束的差速器行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].2004.6. [9] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（1～4冊）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1993. [10] 劉惟信.汽車車橋設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2004. [11] 李文彪.Research on Key Technologies in Assembly Line of Auto Axle Shaft.合肥工業(yè)大學(xué):2006,7.