I 摘 要 驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)四大總成之一 它的性能的好壞直接影響整車(chē)性能 對(duì)于輕 型客車(chē)也很重要 驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端 它的基本功用是將傳動(dòng)軸或變速器 傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩增大并適當(dāng)減低轉(zhuǎn)速后分配給左 右驅(qū)動(dòng)輪 另外還承受作用于路面 和車(chē)架或車(chē)身之間的垂直力 縱向力和橫向力 通過(guò)提高驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè) 計(jì)水平 以保證汽車(chē)良好的動(dòng)力性 安全性和通過(guò)性 此次輕型客車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)主要包括 主減速器 差速器 車(chē)輪傳動(dòng)裝置和驅(qū) 動(dòng)橋殼進(jìn)行設(shè)計(jì) 主減速器采用單級(jí)主減速器 差速器設(shè)計(jì)采用普通對(duì)稱(chēng)圓錐行 星差速器 車(chē)輪傳動(dòng)裝置采用全浮式半軸 驅(qū)動(dòng)橋殼采用整體型式 并對(duì)驅(qū)動(dòng)橋 的相關(guān)零件進(jìn)行了校核 本文驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中 利用了 CAXA 繪圖軟件表達(dá)整體裝配關(guān)系和部分零件圖 關(guān)鍵詞 驅(qū)動(dòng)橋 主減速器 差速器 半軸 橋殼 II Abstract Drive axle is the one of automobile four important assemblies It s performance directly influences on the entire automobile especially for the Sports Utility Vehicles Driving axle set at the end of the transmission system The basic function of driving axle is to increase the torque transported from the transmission shaft or transmission and decrease the speed then distribute it to the right left driving wheel another function is to bear the vertical force lengthways force and transversals force between the road surface and the body or the frame In order to obtain a good power performance safety and trafficability characteristic engineers must promote quality and level of design Driving axle design of the Zotye2008 Sports Utility Vehicles mainly contains main gear box differential transmitted apparatus of wheel and the housing of driving axle The main gear box adopted single reduction gear and the differential adopted a common symmetry taper planet gear Transmission apparatus of wheel adopted full floating axle shaft and the housing of driving axle adopted the whole pattern and proofread interrelated parts During the design process CAXAdrafting software is used to expresses the wholes to assemble relationship and part drawing by drafting Key words driving axle main gear box differential half shaft housing III 目 錄 第 1 章 緒 論 1 1 1 驅(qū)動(dòng)橋簡(jiǎn)介 1 1 2 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的要求 1 第 2 章 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析 3 第 3 章 驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì) 5 3 1 主減速器簡(jiǎn)介 5 3 2 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 5 3 3 主減速器的齒輪類(lèi)型 5 3 4 主減速器主動(dòng)齒輪的支承型式 6 3 5 主減速器的減速型式 7 3 6 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3 6 1 主減速比的確定 7 3 6 2 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 8 3 6 3 主減速器齒輪基本參數(shù)選擇 9 3 6 4 主減速器雙曲面錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3 6 5 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 18 3 7 主減速器齒輪的材料及熱處理 22 第 4 章 差速器設(shè)計(jì) 24 4 1 差速器簡(jiǎn)介 24 4 2 差速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 24 4 2 1 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 25 4 2 2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 26 4 3 差速器齒輪主要參數(shù)的選擇 26 4 4 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度校核 28 第 5 章 驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置 31 5 1 車(chē)輪傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)介 31 5 2 半軸的型式和選擇 31 5 3 半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 31 5 4 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 33 第 6 章 驅(qū)動(dòng) 橋殼設(shè)計(jì) 34 IV 6 1 驅(qū)動(dòng)橋殼簡(jiǎn)介 34 6 2 驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)型式及選擇 34 6 3 驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算 35 6 3 1 當(dāng)牽引力或制動(dòng)力最大時(shí) 35 6 3 2 通過(guò)不平路面垂直力最大時(shí) 36 第 7 章 結(jié)論 37 參考文獻(xiàn) 38 致 謝 39 附 錄 A 40 V VI VII VIII IX X 第 1 章 緒 論 1 1 驅(qū)動(dòng)橋簡(jiǎn)介 在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天 隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷進(jìn)步以及客車(chē)應(yīng)用的普及 汽車(chē)的各項(xiàng)性能指標(biāo)也在不斷提高 作為傳動(dòng)系末端的驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 更要有進(jìn) 一步的改進(jìn) 以適應(yīng)市場(chǎng)的需要 促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力系的末 端 其功用是將傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩增大并適當(dāng)減低轉(zhuǎn)速后分配給左 右 驅(qū)動(dòng)輪 承載著汽車(chē)的滿(mǎn)載荷重及地面經(jīng)車(chē)輪 車(chē)架及承載式車(chē)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(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式除對(duì)汽車(chē)的可靠性與 耐久性有重要影響外 也對(duì)汽車(chē)的行駛性能如動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性 平順性 通過(guò)性 機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響 必須有合理的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 才能滿(mǎn)足汽車(chē)有 良好的汽車(chē)動(dòng)力性 通過(guò)性和安全可靠性 1 2 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的要求 驅(qū)動(dòng)橋一般包括主減速器 差速器 驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件 驅(qū)動(dòng)橋的機(jī)構(gòu)型式雖然各不相同 但在使用中對(duì)它們的基本要求卻是一致的 驅(qū)動(dòng)橋的基本要求可以歸納為 1 驅(qū)動(dòng)橋主減速器所選擇的主減速比應(yīng)能滿(mǎn)足汽車(chē)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 2 驅(qū)動(dòng)橋輪廓尺寸應(yīng)與汽車(chē)的總體布置和要求的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙相適應(yīng) 3 驅(qū)動(dòng)橋在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率 4 驅(qū)動(dòng)橋具有足夠的強(qiáng)度和剛度 以承受和傳遞作用于路面和車(chē)架或車(chē)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(chē)的平順性 5 驅(qū)動(dòng)橋的齒輪及其他傳動(dòng)部件工作平穩(wěn) 噪聲小 2 6 驅(qū)動(dòng)橋與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào) 7 驅(qū)動(dòng)橋總成及其他零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能盡量滿(mǎn)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(chē)變型的要求 8 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 加工工藝性好 制造容易 維修 調(diào)整方便 9 隨著汽車(chē)向采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化方向的發(fā)展以及路面條件的改善 近年來(lái)主減速比有減小的趨勢(shì) 以滿(mǎn)足高速行駛的要求 3 第 2 章 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析 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(lèi) 即非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí) 應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 當(dāng)驅(qū) 動(dòng)車(chē)輪采用獨(dú)立懸架時(shí) 則應(yīng)該選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 因此 前者又稱(chēng)為非獨(dú)立懸 架驅(qū)動(dòng)橋 后者稱(chēng)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)較復(fù)雜 但可以大大 提高汽車(chē)在不平路面上的行駛平順性 1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 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(chē) 客車(chē)和公共汽車(chē)上 在多數(shù)的越野汽車(chē)和部分轎車(chē)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(chē)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(chē)輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量 汽車(chē)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(chē)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(mǎn)足離地間隙要求 可用雙級(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(chē)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(chē)為了降低汽車(chē)的質(zhì)心高度和車(chē)廂地板高度 以提高穩(wěn)定性和乘客上下車(chē) 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(chē)為了進(jìn)一步降低車(chē)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(chē)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(chē) 多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)和超重型載貨汽車(chē)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(wú)聲的優(yōu)點(diǎn) 而且對(duì)汽車(chē)的總體布置很方便 2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒(méi)有一個(gè)連接左右 驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性整體外殼或梁 斷開(kāi)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(chēng)為斷開(kāi)式的 另外 它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配 故又稱(chēng)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(chē)架橫 4 梁或車(chē)廂底板上 或與脊梁式車(chē)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(chē)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(chē)輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以 彼此獨(dú)立地相對(duì)于車(chē)架或車(chē)廂作上下擺動(dòng) 相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及 其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng) 汽車(chē)懸掛總成的類(lèi)型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車(chē)行駛平 順性的主要因素 而汽車(chē)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(kāi)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(chē)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(chē)在不平路面上行駛時(shí) 的振動(dòng)和車(chē)廂傾斜 提高汽車(chē)的行駛平順性和平均行駛速度 減小車(chē)輪和車(chē)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(kāi)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(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高的 一部分轎車(chē)及一些越野汽車(chē)上 且后者多屬于輕型以下的越野汽車(chē)或多橋驅(qū)動(dòng)的 重型越野汽車(chē) 3 多橋驅(qū)動(dòng)的布置 為了提高裝載量和通過(guò)性 有些重型汽車(chē)及全部中型以上的越野汽車(chē)都是采 用多橋驅(qū)動(dòng) 常采用的有 4 4 6 6 8 8 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(chē)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(zhuān)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(duì) 8 8 汽車(chē)來(lái)說(shuō) 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(wèn)題 現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(jiǎn)化了結(jié)構(gòu) 減小了體積和質(zhì)量 這對(duì)于 汽車(chē)的設(shè)計(jì) 如汽車(chē)的變型 制造和維修 都帶來(lái)方便 本次設(shè)計(jì)的是輕型客車(chē)的后驅(qū)動(dòng)橋 由于普通的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 造價(jià)低廉 工作可靠 故采用此種形式較為適宜 5 第 3 章 驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì) 3 1 主減速器簡(jiǎn)介 主減速器的功用是將傳動(dòng)軸輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)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 3 2 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 主要是根據(jù)其齒輪類(lèi)型 減速形式以及主動(dòng)齒輪 從 動(dòng)齒輪的支承形式和主減速器的減速形式的不同而異 3 3 主減速器的齒輪類(lèi)型 主減速器齒輪主要有弧齒錐齒輪 雙曲面齒輪 圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等型式 圖 3 1 主減速器雙曲面錐齒輪傳動(dòng)形式 a 弧齒錐齒輪傳動(dòng) b 雙曲面齒輪傳動(dòng) c 圓柱齒輪傳動(dòng) d 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 本次設(shè)計(jì)采用雙曲面錐齒輪 如圖 3 1b 的主 從動(dòng)齒輪的軸線(xiàn)相互垂直但不 相交 雙曲面齒輪有如下優(yōu)點(diǎn) 1 由于存在偏移距 雙曲面齒輪副使其主動(dòng)齒輪的 大于從動(dòng)齒輪的 1 2 6 這樣同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多 重合度較大 不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性 而且使齒輪的 彎曲強(qiáng)度提高約 30 2 雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪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)的螺旋錐齒輪的大 其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高 3 雙曲面主動(dòng)齒輪的 變大 則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少 故可選1 用較少的齒數(shù) 有利于增加傳動(dòng)比 4 雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪較大 加工時(shí)所需刀盤(pán)刀頂距較大 因而 切削刃壽命較長(zhǎng) 5 雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置從動(dòng)齒輪中心上方 便于實(shí)現(xiàn)多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫 通 增大傳動(dòng)軸的離地高度 布置在從動(dòng)齒輪中心下方可降低萬(wàn)向傳動(dòng)軸的高度 有利于降低轎車(chē)車(chē)身高度 有利于降低轎車(chē)車(chē)身高度 并可減少車(chē)身地板中部凸 起通道的高度 3 4 主減速器主動(dòng)齒輪的支承型式 現(xiàn)代汽車(chē)主減速器主動(dòng)錐齒輪的支撐形式有 懸臂式 如圖 3 2 和跨置式 支承 如圖 3 3 懸臂式支撐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 在錐齒輪大端一側(cè)有較長(zhǎng)的軸 并在其上安裝一 對(duì)圓錐滾子軸承 懸臂式支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)有較長(zhǎng)的軸 并在其上安裝一對(duì) 圓錐滾子軸承 兩軸承的圓錐滾子的大端應(yīng)朝外 這樣可以減小懸臂長(zhǎng)度 和增a 加兩支承間的距離 以改善支撐剛度 為了盡可能的地增加支承剛度 支承距b 離 應(yīng)大于 2 5 倍的懸臂長(zhǎng)度 為了方便拆裝 應(yīng)使靠近齒輪的軸承軸徑比另ba 一軸承的支承軸徑大些 懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 支承剛度差 用于傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小 的減速器上 圖 3 2 懸臂式 圖 3 3 跨置式 綜上所述本次設(shè)計(jì)采用懸臂式支撐教為合理 7 3 5 主減速器的減速型式 主減速器的減速型式分為單級(jí)減速 雙級(jí)減速 雙速 單級(jí)貫通 雙級(jí)貫通 主減速及輪邊減速等 影響減速型式選擇的因素有汽車(chē)的類(lèi)型 使用條件 驅(qū)動(dòng)橋處的離地間隙 驅(qū)動(dòng)橋數(shù)和布置形式以及主傳動(dòng)比 有關(guān) 主要取決于影響動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性等整0i 車(chē)性能的主減速比 的大小 0i 單級(jí)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 質(zhì)量小 尺寸緊湊 制造成本低 使用簡(jiǎn)單等 優(yōu)點(diǎn) 因而廣泛應(yīng)用于主傳動(dòng)比 7 的乘用車(chē)和總質(zhì)量較小的商用車(chē)上 單級(jí)0i 主減速器 其結(jié)構(gòu)如圖 3 4 所示 其特點(diǎn)是將主減速器與差速器組合為一個(gè)大總 成并從整體橋殼前面的開(kāi)孔裝入橋殼內(nèi) 拆裝方便 本次設(shè)計(jì)采用單級(jí)主減速器 圖 3 4 單級(jí)主減速器布置形式 1 橋殼 2 從動(dòng)錐齒輪 3 主動(dòng)錐齒輪 4 差速器半軸 3 6 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 3 6 1 主減速比的確定 主減速比對(duì)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(chē)的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響 i 的選擇應(yīng)在汽車(chē)總體設(shè)計(jì)0 時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比 i 一起由整車(chē)動(dòng)力計(jì)算來(lái)確定 可利用在不同 i 下的功率0 平衡來(lái)研究 i 對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性的影響 通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最0 佳匹配的方法來(lái)選擇 i 值 可使汽車(chē)獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性 0 對(duì)于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車(chē) 長(zhǎng)途公共汽車(chē)尤其是競(jìng)賽車(chē)來(lái)說(shuō) 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)能保證這些汽車(chē)有盡amxPpn0 可能高的最高車(chē)速 這時(shí) i 值應(yīng)按下式來(lái)確定 aV0 3 ghapriVnmx3 4 8 1 0 377 845 0123 5 042 式中 車(chē)輪的滾動(dòng)半徑 r 0 3014m r r 變速器最高擋傳動(dòng)比 i gh 0 845 ghi 再把對(duì)應(yīng)的 np 4500r n 120km h 代入 3 1 計(jì)算出 i 5 042maxV0 根據(jù)計(jì)算結(jié)果和與參考現(xiàn)有同類(lèi)車(chē)型 并考慮將確定的主 從動(dòng)主減速器齒 輪齒數(shù) 確定 5 042 故本設(shè)計(jì)采用單級(jí)主減速器 0i 3 6 2 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)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ce 3 2 niikTfedce 01max 4mN 式中 由于猛接合離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載荷系數(shù) 1 dk dk 4 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩 輕型客車(chē)在此取 157 maxeT k 為液力變矩器變矩系數(shù) k 1 4 是變速器最低檔傳動(dòng)比 4 2181i 1i 分動(dòng)器傳動(dòng)比 在此取 1 f 主減速器傳動(dòng)比 此前已算出 5 0420i 0i 變速器傳動(dòng)效率 在此取 0 9 該汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1 n4 代入以上各參數(shù)可求 Tce 3005 0491Tce19 02 58 4571 mN 2 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 3 mriGcs 2 4 式中 1195 9 8 0 6 7026 6 N 2 60 ga 汽車(chē)最大加速時(shí)的后軸轉(zhuǎn)移負(fù)荷系數(shù) 乘用車(chē) 1 2 1 4 在此取2 m 2 m 4 1 3 2 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(chē) 取 0 85 對(duì)于越野汽車(chē)取 1 0 對(duì)于安裝有專(zhuān)門(mén)的防滑寬輪胎的高級(jí) 4 轎車(chē) 計(jì)算時(shí)可取 1 25 此處 0 85 9 車(chē)輪的滾動(dòng)半徑 在此選用輪胎型號(hào)為 6 00 14 8 層級(jí) 滾動(dòng)半徑為 r 0 3014m 分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率m i 和傳動(dòng)比 取 0 95 由于沒(méi)有輪邊減速器 取 1 0 m 4 mi 4 代入數(shù)據(jù)算得 7026 6 1 3 0 85 0 3014 1 0 95 2463 3558 csT N 3 主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 z 542 8524 3 4 zGci 0 49 02 5386 式中 主動(dòng)齒輪的前面從動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩中的較小值 2463 3558 Tc Tc 主 從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率 對(duì)于雙曲面錐齒輪主減速器傳動(dòng)比G p 符合設(shè)計(jì)要求 N 2 輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算汽車(chē)主減速器的雙曲面齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力 為w 2 m 3 JDmbKTsvjw20 31 4 11 25 031 168 6 3 404 式中 22 齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 min jTjTcesTmN 超載系數(shù) 一般取為 1 0K 尺寸系數(shù) 反映材料性質(zhì)的不均勻性 與齒輪尺寸及熱處理有關(guān) s 當(dāng)端面模數(shù) 5 1 6 時(shí) sm sK6 0425 4 s 4 載荷分配系數(shù) 1 00 1 10 1 m m 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VK 動(dòng)精度高時(shí) 可取 1 V 計(jì)算齒輪的齒面寬 為 32 2b D 計(jì)算齒輪的大端分度圓直徑 D 203mm J 計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù) 見(jiàn) 圖 3 111 圖 3 116 查取 J 0 25 4 按 中較小者計(jì)算時(shí) 汽車(chē)主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為jeT j 700 代入數(shù)據(jù)算得 404 700 符合強(qiáng)度要求 aMPw aMPa 3 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算 雙曲面齒輪的計(jì)算接觸應(yīng)力 為ja 3 12 j JbKTdCvfmsjF1 3012 4 25 0310 685 4 963 3 1412 68 aMP 式中 4 6989 主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 542 8524 Tz mN 材料的彈性系數(shù) 對(duì)于鋼制齒輪副取 232 6 FC 2 1 4 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑 1d 前邊已說(shuō)明 0KVm 尺寸系數(shù) 它考慮了齒輪對(duì)其淬火性的影響 取 0 666 S SK 4 表面質(zhì)量系數(shù) 對(duì)于制造精確的齒輪可取 1 f f 4 齒面寬 32 1b J 計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù) 可由 圖 3 119 圖 3 131 查取 J 0 25 4 代入數(shù)據(jù)算得 1412 68 2800 符合強(qiáng)度要求 j aMPj aP 3 7 主減速器齒輪的材料及熱處理 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作相當(dāng)繁重 與傳動(dòng)系其它齒輪相比它具有載荷作 23 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 據(jù)此對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主減速器齒輪的材料及熱 處理有以下要求 1 有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度 以及較好的齒面耐磨性 故而齒表面應(yīng)有高的硬度 2 輪齒芯部應(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) 律性易控制 以提高產(chǎn)品質(zhì)量 減少制造成本并降低廢品率 4 選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國(guó)的情況 齒輪的材料目前多采 用滲碳合金鋼常用的鋼號(hào)有 20CrMnTi 22CrMnMo 20CrNiMo 和 20MnVB 等 本方案采用鋼號(hào)為 18CrMnTi 的滲碳合金鋼 使其經(jīng)過(guò)滲碳 淬火 回火處 理 滲碳深度為 1 0 1 4mm 用滲碳合金鋼制造的齒輪 經(jīng)過(guò)滲碳 淬火 回火后 輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到 58 64HRC 而心部硬度較低 由于新齒輪接觸和潤(rùn)滑不良 為了防止在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合 咬死或擦傷 防止早期的磨損 圓錐齒輪的傳動(dòng)副 或僅僅大齒輪 在熱處理及經(jīng)加工 如磨 齒或配對(duì)研磨 后均予以厚度 0 005 0 010 0 020mm 的磷化處理或鍍銅 鍍錫 這種表面不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸 也不能代替潤(rùn)滑 對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá) 25 對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪 為了 提高其耐磨性 可以進(jìn)行滲硫處理 滲硫處理時(shí)溫度低 故不引起齒輪變形 滲 硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低 故即使?jié)櫥瑮l件較差 也會(huì)防止齒輪咬死 膠合和 擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生 24 第 4 章 差速器設(shè)計(jì) 4 1 差速器簡(jiǎn)介 汽車(chē)在行使過(guò)程中 左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)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(chē)輪上的負(fù)荷不均勻而引起車(chē)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(chē)輪剛性連接 則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線(xiàn)行使 均會(huì)引起車(chē)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(guò)性和操縱穩(wěn)定性變壞 為此 在驅(qū)動(dòng)橋的左右車(chē)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(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) 用來(lái)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 2 差速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 汽車(chē)上廣泛采用的差速器為對(duì)稱(chēng)錐齒輪式差速器 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 質(zhì)量較小 等優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用廣泛 它可分為普通錐齒輪式差速器 摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止 式差速器 普通齒輪式差速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪式 齒輪差速器要圓錐齒輪式和圓柱齒 輪式兩種 強(qiáng)制鎖止式差速器就是在對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖 當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪 滑轉(zhuǎn)時(shí) 可利用差速鎖使差速器不起差速作用 差速鎖在軍用汽車(chē)上應(yīng)用較廣 本設(shè)計(jì)差速器結(jié)構(gòu)形式選擇對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器 普通的對(duì)稱(chēng)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 少數(shù)汽車(chē)采用 3 個(gè)行星齒輪 小型 微型汽車(chē)多采用 2 個(gè)行星齒輪 行星齒輪軸 不少裝 4 個(gè)行星齒輪的差速器采用十字軸結(jié)構(gòu) 半軸齒輪及行星齒 輪墊片等組成 由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作平穩(wěn) 制造方便 用在公路汽車(chē)上也很可 靠等優(yōu)點(diǎn) 最廣泛地用在轎車(chē) 客車(chē)和各種公路用載貨汽車(chē)上 有些越野汽車(chē)也 采用了這種結(jié)構(gòu) 但用到越野汽車(chē)上需要采取防滑措施 例如加進(jìn)摩擦元件以增 大其內(nèi)摩擦 提高其鎖緊系數(shù) 或加裝可操縱的 能強(qiáng)制鎖住差速器的裝置 25 差速鎖等 4 2 1 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 圖 4 1 差速器差速原理 如圖 4 1 所示 對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu) 差速器殼 3 與行 星齒輪軸 5 連成一體 形成行星架 因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪 6 固連在一起 固為主動(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 0 1 2 A B 兩點(diǎn)分別為行星齒輪 4 與半軸齒輪 1 和 2 的嚙合點(diǎn) 行星齒輪的中心點(diǎn)為 C A B C 三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離均為 r 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) 顯然 處在同一半 徑 上的 A B C 三點(diǎn)的圓周速度都相等 圖 4 1 其值為 于是 r 0r12 即差速器不起差速作用 而半軸角速度等于差速器殼 3 的角速度 0 當(dāng)行星齒輪 4 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4 周速度為 嚙合點(diǎn) B 的圓周速度為 于是1r0 r2r0r 240r4 即 2 4 12 1 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 表示 則n 4 021 2 式 4 2 為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程 式 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 而與行星齒 輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān) 因此在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下 都可以借行星齒輪以相應(yīng) 轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn) 使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng) 有式 4 2 還可以得知 當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí) 另一側(cè)半 軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍 當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零 例如中央制動(dòng) 26 器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí) 若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng) 則另一側(cè)半軸齒輪 即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng) 4 2 2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼 兩個(gè)半軸齒輪 四個(gè)行星齒 輪 行星齒輪軸 半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成 如圖 4 2 所示 由于其 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作平穩(wěn) 制造方便 用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn) 故廣泛 用于各類(lèi)車(chē)輛上 圖 4 2 普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器 1 12 軸承 2 螺母 3 14 鎖止墊片 4 差速器左殼 5 13 螺栓 6 半軸齒輪墊片 7 半軸齒輪 8 行星齒輪軸 9 行星齒輪 10 行星齒輪墊片 11 差速器右殼 4 3 差速器齒輪主要參數(shù)的選擇 由于差速器是安裝在主減速器從動(dòng)齒輪上 故在確定主減速器尺寸時(shí) 應(yīng)考 慮差速器的安裝 差速器的輪廓尺寸也受到從動(dòng)齒輪及主動(dòng)齒輪刀向軸承支座的 限制 1 行星齒輪數(shù)目的選擇 大多數(shù)汽車(chē)多采用四個(gè)行星輪 本次設(shè)計(jì)采用四個(gè)行星齒輪 2 行星齒輪球面半徑 的確定BR 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 它就是行BR 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)錐距 在一定程度上表征 了差速器的強(qiáng)度 27 球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定 4 3jBTKR 3 2 6 35 11 358 246 式中 行星齒輪球面半徑系數(shù) 2 5 2 99 對(duì)于有 4 個(gè)行星齒輪的轎BKBK 車(chē)客車(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)以及礦用汽車(chē)取大值 本設(shè)計(jì)取 2 6 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 jTmN 確定后 根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距 BR 4 98 0 A BR 4 34 41 3 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度 應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量小 但一般不少于 10 半軸齒輪的齒數(shù)采用 14 15 半軸齒輪與行星齒輪比多在 1 5 2 范圍內(nèi) 根據(jù)這一原則 選擇行星齒輪齒數(shù)為 半軸齒輪齒數(shù)為12 z 0 z 在任何圓錐行星齒輪式差速器中 左右半軸齒輪的齒數(shù) 之和 必須Lz2R 能被行星齒輪數(shù)目 n 所整除 否則不能安裝 即應(yīng)滿(mǎn)足 整數(shù) 4 nzRL2 5 滿(mǎn)足要求 104 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 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角 1 2 4 9638 0arctnrt211 z 28 6 4236 5910arctnrt122 z 式中 為行星齒輪和半軸齒輪的齒數(shù) 1z2 再根據(jù)下式初步求出圓錐齒輪的端面模數(shù) 4 2010sinsi2 zAzm 7 則取 4 85 396 si27 4 節(jié)圓直徑 d 由下式求得 4 mzd 8 則 48121 02 zd 5 壓力角 目前汽車(chē)差速器齒輪壓力較大都選用 的壓力角 3 6 行星齒輪軸直徑 及支承長(zhǎng)度 L 的確定 行星齒輪安裝孔直徑 與行星齒輪軸名義直徑相同 而行星齒輪安裝孔的深 度就是行星齒 69 輪在其軸上的支撐長(zhǎng)度 L 通常取 4 9 94 165 1 L 15 4 4 10 dcnrTd 0 3 4328 105 式中 3280 58 05 22 l 差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩 jTmN n 行星齒輪數(shù) 支撐面的許用擠壓應(yīng)力 取為 98 c aMP 29 4 4 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度校核 1 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 表 4 1 為汽車(chē)差速器用直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟 表 4 1 汽車(chē)差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 單位 序號(hào) 計(jì)算公式 注釋 1 12 1z 行星齒輪齒數(shù) 2 202 半軸齒輪齒數(shù) 3 4m模數(shù) 4 11 b齒面寬 5 6 4hg6 1齒工作高 6 7 20305 78 齒全高 7 32 壓力角 8 90 軸交角 9 48 801mzd2zd節(jié)圓直徑 10 30 9638 596 423 21arctn 190 節(jié)錐角 11 46 64761210sini A 節(jié)錐距 12 12 5664 mt46 3 周節(jié) 13 2 2528 4 1472 21hg z 370 212 齒頂高 14 3 0048 4 8992 1178 228 h齒根高 15 0 8030 0mhcg 徑向間隙 16 0 0492 0 0801 011artnA 022arctnA 齒根角 30 17 0 5896 1 1105 210 120 面錐角 18 0 4912 0 9502 R R 根錐角 19 55 1124 110cos hd 82 3181 22 外圓直徑 20 37 8663 22 8 1201sin hdx 210sin hdx 409 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣 距離 21 5 7025 6 86 21St mtS ta 221 39 理論弧齒厚 22 0 1620 齒側(cè)間隙 23 6 7595 5 6167 261 31BdSx 2632BdSx 弦齒厚 24 4 2924 2 30 114coshx 224coshx 51 弦齒高 2 差速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的工作情況與主減速器齒輪不同 一是差速器的齒輪尺寸較小而 承受的載荷較大 二是差速器齒輪并非經(jīng)常處于嚙合狀態(tài) 只有在左右兩車(chē)輪轉(zhuǎn) 速不同時(shí) 行星齒輪才有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 行星齒輪和半軸齒輪才有嚙合運(yùn)動(dòng) 否則行 星齒輪只起等臂推力桿的作用 因此 對(duì)差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算 彎曲應(yīng)力按下式計(jì)算 4 JndmbKTvScW2 310 4 11 48 0141637 3 613 206 N 31 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 cT mN 013 4786 35 246 0 j 4 12 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 按 兩種計(jì)算轉(zhuǎn)矩中心的較小者進(jìn)行計(jì)算 jTjTje j 差速器心齒輪數(shù)目 4 nn 半軸齒輪分度圓直徑 80 2d2d 半軸齒輪的模數(shù) 4 mm 計(jì)算汽車(chē)差速器輪齒彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù) 由 汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì) 圖 4 J 9 圖 4 11 查取 J 0 228 674 587 980 彎曲應(yīng)力不大于 980 根據(jù)計(jì)算結(jié)果W aMPW aPaMP 可知 設(shè)計(jì)符合要求 32 第 5 章 驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置 5 1 車(chē)輪傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)介 驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置位于汽車(chē)傳動(dòng)系的末端 基本功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半 軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪 在斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中 其車(chē)輪傳動(dòng)裝置主要包 括半軸和萬(wàn)向傳動(dòng)裝置 在非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋中 車(chē)輪傳動(dòng)裝置的主要零件是半軸 5 2 半軸的型式和選擇 普通整體式驅(qū)動(dòng)橋的半軸 根據(jù)其外端的支撐型式或受力狀況的不同而分為 三種型式 半浮式 3 4 浮式和全浮式 根據(jù)輕型客車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇其半軸的型式為全浮式半軸 全浮式半軸的特 點(diǎn)是全浮式半軸的外端與輪轂相聯(lián) 而輪轂又由一對(duì)軸承支承于橋殼的半軸套管 上 多采用一對(duì)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 理論 上說(shuō) 半軸只承受轉(zhuǎn)矩 作用于驅(qū)動(dòng)輪上的其它反力和彎矩全由殼來(lái)承受 但由 于橋殼變形 輪轂與差速器半軸齒輪不同心 半軸法向平面對(duì)其軸線(xiàn)不垂直等因 素 會(huì)引起半軸的彎曲變形 由此引起的彎曲應(yīng)力一般為 5 70 全浮式半aMP 軸其工作可靠 廣泛應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē) 5 3 半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 如前所述本方案采用全浮式半軸其設(shè)計(jì)過(guò)程如下 半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 0 6 157 4 218 5 042 2003 3661 01maxiTge mN 式中 差速器 半軸強(qiáng)度校核 3 16 0Td 529 588 MPa 33 33 310 96 2 05 18dTT 28 式中 半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 MPa T 半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 mN d 半軸桿部直徑 半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力 可取 490 588 Pa 經(jīng)以上計(jì)算符合要求 半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為 5 4 02 14 387 408592310 GJTl 式中 半軸長(zhǎng)度l ml6 1 材料的剪切彈性模量 GPa8 J 半軸橫截面的極慣性矩 44412 603283mdJ 則 在每米長(zhǎng)度 6 15 之間 符合要求 02 14 34 5 4 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(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)渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中 重型車(chē)半軸的桿部較 粗 外端突緣也很大 當(dāng)無(wú)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(jiǎn)化工藝 在現(xiàn)代汽車(chē)半軸上 漸開(kāi)線(xiàn)花鍵用得較廣 但也有 采用矩形或梯形花鍵的 本設(shè)計(jì)采用的是矩形花鍵 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造 如 40Cr 40CrMnMo 40CrMnSi 40CrMoA 35CrMnSi 35CrMnTi 等 40MnB 是我國(guó) 研制出的新鋼種 作為半軸材料效果很好 半軸的熱處理過(guò)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(lái)采用 高頻 中頻感應(yīng)淬火的日益增多 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(guò)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 40 號(hào) 45 號(hào) 鋼的半軸也日益增多 綜合考慮本次設(shè)計(jì)采用 40Cr 35 第 6 章 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 6 1 驅(qū)動(dòng)橋殼簡(jiǎn)介 驅(qū)動(dòng)橋殼的主要功用是支承汽車(chē)質(zhì)量 并承受有車(chē)輪傳來(lái)的路面反力和反力 矩 并經(jīng)懸架傳給車(chē)身 它同時(shí)又是主減速器 差速器和半軸的裝配體 驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)要求 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 以保證主減速器齒輪嚙合正常 并不使半軸 產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力 在保證強(qiáng)度和剛度的情況下 盡量減小質(zhì)量以提高行駛的平順性 保證足夠的離地間隙 結(jié)構(gòu)工藝性好 成本低 保護(hù)裝于其中的傳動(dòng)系統(tǒng)部件和防止泥水浸入 拆裝 調(diào)整 維修方便 6 2 驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)型式及選擇 橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為 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(guò)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(jiǎn)單 主減速器軸承支承剛度好 但對(duì)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(guò)去這種所謂兩 段可分式橋殼見(jiàn)于輕型汽車(chē) 由于上述缺點(diǎn)現(xiàn)已很少采用 2 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 本次設(shè)計(jì)根據(jù)車(chē)的特點(diǎn) 選擇整體式驅(qū)動(dòng)橋殼 36 6 3 驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算 驅(qū)動(dòng)橋可以視力為一個(gè)空心梁 它的支點(diǎn)位于輪胎中心 載荷作用于鋼板彈 簧座上 驅(qū)動(dòng)橋的受力圖如圖 6 1 所示 6 3 1 當(dāng)牽引力或制動(dòng)力最大時(shí) 此種情況下 橋殼的危險(xiǎn)斷面在鋼板彈簧座附近 在垂直平面內(nèi) 橋殼鋼板彈簧座 懸架 處的彎矩 為 WZM 6 2 2SBgGmMwWZ 4 1 05 7941 5026 74 N 式中 側(cè)驅(qū)動(dòng)輪帶輪轂及制動(dòng)器總成的質(zhì)量 wg 驅(qū)動(dòng)殼的輪距 m B79 2 B 后驅(qū)動(dòng)橋兩懸架支撐點(diǎn)間的距離 取 S mS045 2 橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座附近 通常由于 遠(yuǎn)小于 且設(shè)計(jì)wg2 G 時(shí)不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì) 當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)可以忽略不計(jì) 如圖 6 1 驅(qū)動(dòng)橋受力簡(jiǎn)圖 在水平面內(nèi) 由牽引力產(chǎn)生的彎矩 為 WXM 6 201maxSBriTgeWX 4 2 37 2045 793014 26 5817 1980 77 mN 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩 為 157 maxeT N 是變速器 1 檔傳動(dòng)比 4 218 1gi 1i 是主減速器的傳動(dòng)比 5 042 0 0 傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 取 0 96 T T 合成彎矩 為 WM 6 2WZXM 4 3 227 1980 506 5402 9219 mN 6 3 2 通過(guò)不平路面垂直力最大時(shí) 汽車(chē)通過(guò)不平路面時(shí) 橋殼受到最大垂直動(dòng)載荷 此時(shí) 危險(xiǎn)斷面在鋼板彈 簧座附近 其彎曲力矩為 dM 6 2 2SBgGkw 4 4 05 79 1 75 7330 66 mN 式中 動(dòng)載荷系數(shù) 乘用車(chē) 1 75 kk 見(jiàn)上式 6 1 下說(shuō)明 2GwgBS 38 39 第 7 章 結(jié)論 本課題設(shè)計(jì)的輕型客車(chē)驅(qū)動(dòng)橋 采用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 主減 速器造價(jià)低廉 工作可靠 可以被廣泛用在各種汽車(chē) 設(shè)計(jì)介紹了后橋驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式和工作原理 計(jì)算了差速器 主減速器以及 半軸的結(jié)構(gòu)尺寸 進(jìn)行了強(qiáng)度校核 并繪制了有關(guān)零件圖和裝配圖 本驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理 符合實(shí)際應(yīng)用 具有很好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 驅(qū)動(dòng) 橋總成及零部件的設(shè)計(jì)能盡量滿(mǎn)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(chē)變型的要求 修理 保養(yǎng)方便 機(jī)件工藝性好 制造容易 但此設(shè)計(jì)過(guò)程仍有許多不足 在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸時(shí) 有些設(shè)計(jì)參數(shù)是按照以往 經(jīng)驗(yàn)值得出 這樣就帶來(lái)了一定的誤差 另外 在一些小的方面 由于時(shí)間問(wèn)題 做得還不夠仔細(xì) 懇請(qǐng)各位老師同學(xué)給予批評(píng)指正 40 參考文獻(xiàn) 1 王望予 汽車(chē)設(shè)計(jì) 吉林 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 2 陳家瑞 汽車(chē)構(gòu)造 人民交通出版社 2002 3 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社 2002 4 劉惟信 汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì) 北京 清華大學(xué)出版社 2004 5 吳宗澤主編 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) 北京 機(jī)械工程出版社 2002 6 細(xì)川武志編 魏朗譯 汽車(chē)構(gòu)造圖冊(cè) 北京 人民交通出版社 2004 7 崔心存主編 現(xiàn)代汽車(chē)新技術(shù) 北京 人民交通出版社 2001 8 蔣立盛 汽車(chē)設(shè)計(jì)手冊(cè) 整車(chē) 底盤(pán)卷 4 4 4 5 長(zhǎng)春汽車(chē)研究所 1998 9 唐嘉平 AutoCAD2006 實(shí)用教程 第 2 版 北京 清華大學(xué)出版社 2006 10 劉彥戎 張慧緣 李萬(wàn)用 汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)匯編 第四卷 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究 中心標(biāo)準(zhǔn)化研究所出版社 2000 11 紀(jì)峻嶺 傳動(dòng)軸 差速器 驅(qū)動(dòng)橋 車(chē)橋 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 12 相關(guān)圖紙 期刊 13 王樹(shù)偉 MATLAB6 0 輔助圖象處理 北京 電子工業(yè)出版社 2003 14 趙學(xué)敏 汽車(chē)底盤(pán)構(gòu)造與維修 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2003 15 Dirk Spindler Georg von Petery INA Schaeffler KG Angular Contact Ball Bearings for a Rear Axle Differential SAE 2003 16 Gleason Company GLEASON BEVEL ANDHYPOID GEAR DESIGN 1972 41 致 謝 在這三個(gè)月忙碌的畢業(yè)設(shè)計(jì)中 我學(xué)到了很多東西對(duì)驅(qū)動(dòng)橋有了更進(jìn)一步的 認(rèn)識(shí) 我設(shè)計(jì)的課題是 CA6440 輕型客車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 其實(shí)剛拿到題目的時(shí)候 是很茫然 不知道從何下手 但是我查閱了很多和驅(qū)動(dòng)橋有關(guān)的書(shū)籍 并且在老 師的辛勤指導(dǎo)下 終于將這個(gè)課題順利的完成了 還要感謝學(xué)校能夠組織我們到 長(zhǎng)春一汽進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí) 在工廠里我們看到了實(shí)物 這次實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)對(duì)我進(jìn)行畢 業(yè)設(shè)計(jì)的幫助也非常大 在此向我的指導(dǎo)老師單鵬老師表示由衷的感謝 感謝您 的悉心指導(dǎo)非常有耐心的為我們解答疑惑 您能在百忙之中抽出時(shí)間給我們答疑 檢查圖紙您的辛苦我們都知道 在此再一次對(duì)您表示感謝 這段時(shí)間自己真正的動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)課題 使我知道了畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性 畢 業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì) 使我在大學(xué)期間學(xué) 到的知識(shí)進(jìn)行了一次大總結(jié) 一次大檢查 特別是機(jī)械設(shè)計(jì) 工程制圖 機(jī)械原 理等基礎(chǔ)知識(shí) 進(jìn)行了一次徹底的復(fù)習(xí) 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我對(duì)課堂上的理 論知識(shí)有了更加深刻和具體的理解 讓我對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)能夠熟練的掌握與運(yùn)用 也 提高了解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力 通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn) 資料的查閱及運(yùn)用電腦軟件 進(jìn)行繪圖也使我對(duì)電腦及網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用能力有所提升 我要感謝學(xué)校給我們提 供了這個(gè)讓我們的能力得到提高的機(jī)會(huì) 最后我要特別感謝汽車(chē)與交通工程學(xué)院所有老師對(duì)我四年來(lái)的細(xì)心教誨與無(wú) 微不至的幫助 沒(méi)有你們的辛勤輔導(dǎo) 我們也不會(huì)這么順利的畢業(yè) 非常感謝你 們 我們敬愛(ài)的老師 42 附 錄 A 一 英文原材料 Drive Axle All vehicles have some type of drive axle differential assembly incorporated into the driveline Whether it is front rear or four wheel drive differentials are necessary for the smooth application of engine power to the road The drive axle must transmit power through a 90 angle The flow of power in conventional front engine rear wheel drive vehicles moves from the engine to the drive axle in approximately a straight line However at the drive axle the power must be turned at right angles from the line of the driveshaft and directed to the drive wheels This is accomplished by a pinion drive gear which turns a circular ring gear The ring gear is attached to a differential housing containing a set of smaller gears that are splined to the inner end of each axle shaft As the housing is rotated the internal differential gears turn the axle shafts which are also attached to the drive wheels The differential is an arrangement of gears with two functions to permit the rear wheels to turn at different speeds when cornering and to divide the power flow between both rear wheels 43 1 The accompanying illustration has been provided to help understand how this occurs The drive pinion which is turned by the driveshaft turns the ring gear 2 The ring gear which is attached to the differential case turns the case 3 The pinion shaft located in a bore in the differential case is at right angles to the axle shafts and turns with the case 4 The differential pinion drive gears are mounted on the pinion shaft and rotate with the shaft 5 Differential side gears driven gears are meshed with the pinion gears and turn with the differential housing and ring gear as a unit 6 The side gears are splined to the inner ends of the axle shafts and rotate the shafts as the housing turns 7 When both wheels have equal traction the pinion gears do not rotate on the pinion shaft since the input force of the pinion gears is divided equally between the two side gears 8 When it is necessary to turn a corner the differential gearing becomes effective and allows the axle shafts to rotate at different speeds As the inner wheel slows down the side gear splined to the