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機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計方案
論證報告
題 目: ZQ1030型皮卡車驅(qū)動橋、后懸架設(shè)計
學(xué)生姓名：
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20xx年03月31日
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目錄
1.驅(qū)動橋與后懸架設(shè)計總述 1
1.1 汽車驅(qū)動橋現(xiàn)狀分析 1
1.2 汽車后懸架現(xiàn)狀分析 1
2.驅(qū)動橋設(shè)計方案論證 1
2.1驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)形式分析 1
2.2 主減速器設(shè)計方案 2
2.3 差速器設(shè)計方案 3
2.4 半軸結(jié)構(gòu)形式的確定 4
2.5驅(qū)動橋殼的選擇 4
3.后懸架的設(shè)計方案 5
3.1非獨立懸架和獨立懸架的選擇 5
3.2懸架主要參數(shù)的確定 5
3.3 鋼板彈簧的設(shè)計方案 6
3.4 減振器結(jié)構(gòu)方案分析 7
論證結(jié)果 8
參考文獻 8
1.驅(qū)動橋與后懸架設(shè)計總述
1.1 汽車驅(qū)動橋現(xiàn)狀分析
目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè),汽車的設(shè)計、制造工藝均在日益完備，總體而言，現(xiàn)在汽車向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展的趨勢要求車橋向輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低產(chǎn)本生產(chǎn)。驅(qū)動橋也不例外，除了采用更多的新技術(shù)之外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展。為了防止產(chǎn)生功率循環(huán)現(xiàn)象，現(xiàn)代型的多橋驅(qū)動的汽車上往往裝有軸間差速器。從而顯著地減少了多橋驅(qū)動汽車的主減速器出現(xiàn)過載的情況。但在安裝軸間差速器的汽車上，必須考慮到能充分利用各驅(qū)動橋牽引力的要求。
現(xiàn)今，國內(nèi)生產(chǎn)驅(qū)動橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質(zhì)量基本上能夠滿足國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機械和工程機械的使用需求。汽車驅(qū)動橋是汽車的重要總成，驅(qū)動橋設(shè)計是汽車設(shè)計的重要組成部分之一。目前國內(nèi)外驅(qū)動橋設(shè)計出現(xiàn)了一些變化：（1）主要部件和功能向驅(qū)動橋的中部集中。（2）橋殼采用球墨鑄鐵，以提高整橋外觀質(zhì)量。（3）適應(yīng)特種要求的多功能驅(qū)動橋。
1.2 汽車后懸架現(xiàn)狀分析
載貨汽車的后懸架一般均采用鋼板彈簧懸架。鋼板彈簧懸架分為少片變截面鋼板彈簧懸架與等截面多片鋼板彈簧懸架。少片變截面鋼板彈簧懸架多用于輕型載貨汽車上，具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但是也有生產(chǎn)工藝復(fù)雜、制造困難、材料較貴等缺點。等截面多片鋼板彈簧懸架則運用廣泛，其制造簡單、工藝性好、靈活多變的結(jié)構(gòu)設(shè)計使其用于各種載貨汽車的后懸架上。缺點是汽車平順性、舒適性較差；簧下質(zhì)量大，無法適應(yīng)重卡輕量化的發(fā)展，并且不能同時兼顧載貨汽車的舒適性與操縱穩(wěn)定性。
近些年來，載貨汽車后懸架出現(xiàn)了運用空氣懸架或者橡膠懸架?？諝鈶壹芎拖鹉z懸架是以空氣或者橡膠彈簧為彈性元件，它們具有變剛度的特點，因此，整個懸架有較強的承載能力。在承載性、可靠性等方面都比傳統(tǒng)使用的鋼板懸架更具優(yōu)勢，而且能夠適應(yīng)礦山作業(yè)等惡劣工況。
空氣懸架彈簧是一種運用在高檔客車和重型載貨車上的懸架系統(tǒng)，是世界鋼板彈簧發(fā)展趨勢?？諝鈶壹芑傻淖罱K發(fā)展趨勢是不再需要或使用很少的彈簧扁鋼?？諝鈶壹茉跉W美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有70多年的發(fā)展歷史，二十世紀(jì)五十年代，空氣懸架彈簧開始應(yīng)用在載重車、小轎車、大客車及鐵道車輛上。到六十年代，德國、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的大部分公共汽車中裝有了空氣彈簧懸架。
2.驅(qū)動橋設(shè)計方案論證
一般的，驅(qū)動橋由主減速器、差速器、車輪和其傳動裝置，橋殼等構(gòu)成。
驅(qū)動橋在傳動系的末尾，其功用是降速、增扭，以及改變從變速器傳遞來的動力的傳遞方向。同時將轉(zhuǎn)矩分配給左右兩個驅(qū)動車輪；驅(qū)動橋的另外一個功能是承受作用在路面和車身或者車架之間的縱向力、垂直力、縱向力。以及制動力矩、反作用力矩等等。
2.1驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)形式分析
驅(qū)動橋的兩種結(jié)構(gòu)形式斷開式和非斷開式（如圖1）。
圖1驅(qū)動橋的總體布置形式簡圖
（a）普通非斷開式驅(qū)動橋；(b)帶有擺動半軸的非斷開式驅(qū)動橋；（c）斷開式驅(qū)動橋
斷開式驅(qū)動橋是指沒有剛性的整體外殼或者是梁來連接左、右的驅(qū)動車輪，主減速器、差速器以及它們的殼體均安裝在車架或者車身上，通過萬向傳動裝置來驅(qū)動車輪的結(jié)構(gòu)形式。主減速器、差速器、部分車輪傳動裝置的質(zhì)量都屬于簧上質(zhì)量。位于兩側(cè)的驅(qū)動輪經(jīng)過獨立懸架與車身或者車架連接在一起，因此，兩側(cè)的驅(qū)動輪對于車身可以相對獨立的上下擺動。
非斷開式驅(qū)動橋是指支撐左右驅(qū)動輪的是一根剛性的空心梁式的橋殼，主減速器和差速器、半軸以及所有的傳動件都裝在橋殼里，此時驅(qū)動橋以及驅(qū)動輪都是簧下質(zhì)量。
斷開式與非斷開式相比較，有以下優(yōu)點：一，可以提高汽車的平順性；二，可以提高汽車的平均行駛速度；三，有利于提高汽車零部件的使用壽命；四，增強了汽車的康側(cè)滑能力；五，提高了汽車的操作穩(wěn)定性。但斷開式的驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，成本高，因此廣泛應(yīng)用于乘用車和越野車上。而非斷開式的驅(qū)動橋因為結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維修方便等優(yōu)點在商用車以及部分乘用車得到了廣泛的應(yīng)用。
綜上所述，ZQ1030型皮卡車車應(yīng)該選用非斷開式的驅(qū)動橋。
2.2 主減速器設(shè)計方案
2.2.1主減速器的減速形式的選擇
按照減速形式的不同，主減速器可以分為：單級、雙級、雙速、貫通式、單雙級減速配輪邊減速等。以下主要對比介紹單級主減速器和雙級主減速器。
單級主減速器常由一對圓錐齒輪副組成。這種主減速器結(jié)構(gòu)較簡單，質(zhì)量小，成本低，使用方便。但是主傳動比不能太大，一般不大于7.0。如果進一步提高主減速器傳動比將會增大從動齒輪直徑，使驅(qū)動橋殼尺寸增大，從而減小最小離地間隙，降低通過性，并且會使從動齒輪熱處理復(fù)雜化。所以，單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車上。
雙級主減速器有兩對齒輪副傳動。與單級主減速器相比，采用雙級主減速器可以在保證離地間隙相同的情況下能得到更大的傳動比，但是其尺寸和質(zhì)量較大，成本高，傳動效率較低。雙級主減速器主要用于中、重型貨車、越野車和大客車上。
綜上可知，ZQ1030型皮卡車，其總質(zhì)量為3噸，選擇單級主減速器。
2.2.2 主減速器的齒輪類型選擇
主減速的齒輪類型有弧齒錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪、蝸輪蝸桿等形式。
弧齒錐齒輪傳動過程中，主、從動齒輪的軸線，垂直相交于一個點上。傳動過程中，輪齒端面重疊，因此無論那一刻，總會有兩對以上的齒輪相互嚙合，這樣以來就提高了齒輪所能承受的滿負(fù)荷。另一方面，弧齒錐齒輪工作平順，噪聲小，振動小。但是其對內(nèi)核的精度要求很高，稍不吻合，就會令工作條件幾句惡化，加劇磨損，增大噪聲。
與弧面錐齒輪比較，雙曲面齒輪有許多的尤優(yōu)點：（1）同樣的尺寸下，雙曲面齒輪的傳動比更大。（2）當(dāng)傳動比一定、從動齒輪尺寸也相同的情況下，與相應(yīng)的弧面錐齒輪比較，雙曲面齒輪擁有，較高的齒輪強度，更大的直徑，較大的主動齒輪軸以及軸承剛度。（3）當(dāng)傳動比一定、主動齒輪尺寸相同的情況下，雙曲面齒輪的從動齒輪齒輪的尺寸更小，從而可以提高離地的間隙。（4）由于雙曲面齒輪存在偏移距，在傳動過程中既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動，又有沿著齒長方向的縱向滑動，這樣不僅提高了齒輪磨合的過程，同時也使得齒輪運轉(zhuǎn)的更加平順穩(wěn)定。（5）屬哪個曲面齒輪傳動過程中同時嚙合的齒輪數(shù)較多，重合度大，平穩(wěn)性高，彎曲強度也高。（6）雙曲面齒輪的偏移距也有利于汽車的總體布置。
同時雙曲面齒輪也存在著缺點：（1）沿著齒長的方向的縱向滑動會增加摩擦損失從而降低了齒輪的傳動效率。（2）由于摩擦力較大，導(dǎo)致齒輪面燒結(jié)、咬死，油膜破壞，抗膠合的能力較低。因此要選用有防刮傷添加劑和改善油膜強度的潤滑油。
綜上所述，雙曲面齒輪性能更好更穩(wěn)定。因此ZQ1030型皮卡車選擇雙曲面齒輪。
2.2.3 主減速器主、從動錐齒輪的支承方案
主動錐齒輪的支承形式可以分為跨置式和懸臂梁式。
跨置式支承是指錐齒輪兩端的軸上面都有軸承支承的形式，這種支承形式可以大大提高支承的剛度，同時又可以減小負(fù)荷，改善嚙合條件，因此此種方式多應(yīng)用于承載能力較大的車型上。
懸臂梁式支撐形式是指在錐齒輪大端的一側(cè)有長軸，在這根軸上安裝上圓錐滾子軸承。通常情況下為提高支承的剛度，應(yīng)使這丟圓錐滾子的大端朝外。懸臂梁式的支承形式引起結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，便于維修等優(yōu)點應(yīng)用較為廣泛。
綜上所述，ZQ1030型皮卡車主減速器應(yīng)用懸臂梁式的支承形式。
2.3 差速器設(shè)計方案
2.3.1 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇
差速器，放置在兩輸出軸之間，分配轉(zhuǎn)矩并保證兩輸出軸能夠以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。按照結(jié)構(gòu)的不同，差速器可以分為凸輪式、齒輪式、蝸輪式、牙嵌自由式等多種形式。以下主要介紹對稱式錐齒輪差速器。
對稱式錐齒輪式差速器包括摩擦片式、普通錐齒輪式、強制鎖止式差速器等。
摩擦片式差速器由差速器殼體、摩擦片、壓盤、V形面、行星齒輪軸、行星齒輪、半軸齒輪構(gòu)成。當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩時差速器可以通過自身的斜面對行星齒輪軸產(chǎn)生沿著行星齒輪軸線方向的軸向力，該軸向力使壓盤把摩擦片壓緊。工作當(dāng)中，當(dāng)左右的半軸的轉(zhuǎn)速不一致時主、從動摩擦片產(chǎn)生摩擦力矩。摩擦片式差速器工作平順，可以顯著提高汽車的通過性。
普通錐齒輪式差速器由差速器殼體、行星齒輪、半軸齒輪等組成。這種差速器結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉、工作可靠性強、工作平穩(wěn)。兩半軸的轉(zhuǎn)矩比為1.11-1.35之間，也就是說兩半軸轉(zhuǎn)矩的差異不大，大致可以認(rèn)為左、右兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等。因為其有諸多的優(yōu)點，普通錐齒輪式差速器廣泛應(yīng)用與一般條件下使用的各類汽車當(dāng)中。
綜上考慮，ZQ1030型皮卡車的差速器應(yīng)使用普通錐齒輪式差速器。
2.3.2差速器的主要參數(shù)的選擇
行星齒輪數(shù)n的選擇。行星齒輪數(shù)應(yīng)與所承受的轉(zhuǎn)矩成正比，一般情況下n=4。
行星齒輪球面半徑Rb的選擇。球面半徑Rb表示差速器齒輪節(jié)錐距的承載能力、大小。可以根據(jù)經(jīng)驗公式
Rb=Kb
確定。Kb一般取2.5-3.0，Td=min〔Tce,Tcs〕, 行星齒輪節(jié)錐距
A0=（0.98-0.99）Rb..
行星齒輪和半軸齒輪數(shù)z1,z2.齒輪的模數(shù)越大，強度越高，但是尺寸就越大。因此z1,z2相互合適。Z1/Z2應(yīng)該在1.5-2.0之間。
行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1，γ2以及模數(shù)m.
γ1=actan(Z1/Z2)
γ2=actan(Z2/ Z1)
錐齒輪大端的端面模數(shù)m
m=2A0 sinγ1/ Z1
2.4 半軸結(jié)構(gòu)形式的確定
根據(jù)車輪的支承形式的不同，半軸可以分為全浮式、3/4浮式、半浮式。
全浮式是指半軸外端的凸緣直接和輪轂用螺釘相連接，輪轂有支撐在驅(qū)動橋殼的半軸套上。理論分析來講半軸只能承受轉(zhuǎn)矩作用于驅(qū)動輪上的玩具、反力均有橋殼承擔(dān)。橋殼的變形、半軸齒輪不同心、半軸法蘭平面相對其他軸線的不垂直等因素會使半軸彎曲，由此產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力在5-7MPa.全浮式半軸 要應(yīng)用于總質(zhì)量較大的 商用車之上。
3/4浮式半軸是指半軸的外端僅僅有一個軸承，并且這個軸承裝在驅(qū)動橋殼半軸套管的端部。直接用于支承車輪轂。半軸外部的凸緣則用螺釘與輪轂連接。該種方式應(yīng)用于總質(zhì)量角小的商用車和乘用車上。
半浮式半軸是指，半軸外端在半軸套管外端孔內(nèi)支承，車輪裝在半軸上面。半浮式所受載荷大，結(jié)構(gòu)簡單，只限用在乘用車和總質(zhì)量較小的商用車上。
綜上考慮，ZQ1030型皮卡車的半軸形式用全浮式。
2.5驅(qū)動橋殼的選擇
驅(qū)動橋殼可以分為整體式、可分式、組合式。
整體式橋殼是指整個的橋殼式一個空心梁。主減速器殼、橋殼分為兩體。整體式驅(qū)動橋殼中，主減速器調(diào)整、拆裝十分的方便；剛度、強度較大；結(jié)構(gòu)較為簡單，生產(chǎn)制造的成本低，適用于大量生產(chǎn)，故應(yīng)用廣泛。
組合式橋殼試將部分的橋殼和主減速器殼鑄造在一起，用無縫鋼管分別壓入殼體兩端加以固定。這種形式優(yōu)點是支承剛度好，但是要求的加工精度較高，成本高。
可分式橋殼由于拆裝、維修 等比較麻煩，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。
綜上考慮，ZQ1030型皮卡車選用整體式的橋殼。
3.后懸架的設(shè)計方案
3.1非獨立懸架和獨立懸架的選擇
懸架可以分為獨立懸架和非獨立懸架兩種類形（如圖2所示）。非獨立懸架是指用一根整體式的軸將左右車輪連接在一起，再有懸架與車架連接在一起。非獨立懸架則是指左右車輪分別通過各自獨立的懸架與車架相連接在一起。
圖2 獨立懸架和非獨立懸架示意圖
非獨立懸架的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)十分簡單，便于制造，生產(chǎn)成本低，工作安全可靠，維修十分方便。缺點是由于干板彈簧的剛度較大，汽車的平順性相對較差，簧下質(zhì)量較大，在不好的路面上行駛時左右車輪互相影響較大，舒適差。因此這種懸架主要應(yīng)用于商用車的前后懸架上。
獨立懸架雖然平順性較好，但是其制造車本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便于維修，故多用于乘用車上。
綜上考慮，ZQ1030型皮卡車的后懸架選用非獨立懸架。
3.2懸架主要參數(shù)的確定
3.2.1懸架靜撓度fc
懸架靜撓度是指汽車在靜止、滿載時候懸架上載荷與當(dāng)時的懸架剛度的比值。
汽車的前后懸架與其簧上的質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)固有頻率，是影響汽車行駛的平順性的主要參數(shù)。汽車的后懸架的靜撓度的計算公式為：
fc=mg/c
在選取汽車的靜撓度時盡量使前、后懸架的值相接近，并且使得前懸架的靜撓度要略大于后懸架的。推薦fc2=(0.8-0.9)fc1,其中fc1為前懸架靜撓度值，fc2為后懸架靜撓度值。貨車在滿載的時候，后懸架的偏頻應(yīng)在1.70-2.17Hz。
3.2.2 懸架的動撓度
汽車的動撓度指的是滿載、靜平衡位置開始，懸架被壓縮到最大的形變的時候，車輪的中心相對于車身（或車架）的垂直位移。一般的，貨車的fd在6-9cm。
3.2.3 懸架彈性特性
在垂直外力的作用下，車輪中心相對于車身的位移的關(guān)系曲線，就是懸架的彈性特性。曲線的切線的斜率就是懸架的剛度。
3.2.4 后懸架主、副簧剛度的分配
貨車的后懸架，大多采用主副簧結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧。當(dāng)載荷比較小的時候，副簧式不工作的，只有當(dāng)載荷達(dá)到了一定的設(shè)定值的時候，副簧才和主簧一起工作。
第一種確定方式：使汽車空載情況下的懸架撓度f0等于副簧開始工作時候的懸架撓度fa。第二種方式是使汽車懸架空載和滿載情況下的載荷的平均值等于副簧開始起作用識貨的載荷。前者方式確定的主、副簧剛度的比值死U然能夠確保在空載和滿載時懸架的振動變化，但是簧接觸托架前和接觸后的振動頻率變化比較的大；后者則剛好相反，故守則適用于經(jīng)常處于半載的貨車上。
3.3 鋼板彈簧的設(shè)計方案
汽車上的鋼板彈簧有縱置、橫置兩種形式?？v置的鋼板彈簧形式可以傳遞各種力和力矩，同時結(jié)構(gòu)簡單，因此廣泛應(yīng)用于汽車上?？v置的鋼板彈簧形式又分為對稱式和不對稱式兩種形式，但大多汽車采用對稱式（如圖3所示）。根據(jù)本車的設(shè)計要求，應(yīng)用對稱式鋼板彈簧。
圖3鋼板彈簧示意圖
3.4 減振器結(jié)構(gòu)方案分析
目前汽車上使用最多的減震器是液力減振器，所謂的液力減振器就是內(nèi)部充有液體的液力減震器。當(dāng)汽車的車身，車輪振動是時，減震器內(nèi)部的液體就會在流經(jīng)阻尼孔時候產(chǎn)生摩擦阻力，將振動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的熱能，傳遞到空氣當(dāng)中，從而達(dá)到迅速衰減振動的目的。減震器分為單作用式和雙作用式兩種形式，僅僅在壓縮行程或者伸張行程中有能量的耗散，則這種減震器稱為單作用式減震器，反之則稱為雙作用式。雙作用式減震器因其減震作用更好，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用（如圖5所示 ）。
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，減震器分為搖臂式、筒式兩種。搖臂式工作壓力比較大，但是其工作特性受溫度變化和活塞磨損的影響較大，故已經(jīng)被淘汰。筒式減震器工作壓力僅為2.5-5MP，但是其工作性能穩(wěn)定，從而在汽車上得到了廣泛應(yīng)用。筒式減震器分為沖氣式、單筒式、雙筒式。其中，雙筒式因為噪聲小、干摩擦阻力小、總長度短、工作穩(wěn)定，從而在乘用車上得到了越來越多的應(yīng)用。
由于制造成本的限制，以及考慮到貨車后懸架不需要考慮乘坐舒適性的因素，故ZQ1030型皮卡車車的前懸架選用雙向作用筒式減震器，后懸架只用鋼板彈簧，不在添加減震器。
圖5 雙向作用筒式減震器結(jié)構(gòu)示意圖
論證結(jié)果
通過以上的論證，ZQ1030型皮卡車采用非斷開式結(jié)構(gòu)，主減速器采用單級雙曲面齒輪主減速器，采用懸臂梁式的支承形式，采用普通圓錐齒輪式差速器，車輪傳動裝置采用全浮式結(jié)構(gòu)，整體式橋殼，非獨立后懸架、彈性元件采用對稱式鋼板彈簧。
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