个人资料整理仅限学习使用C精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用摘要本次设计的题目是解放赛龙CA1080 货车驱动桥设计。驱动桥一般由主减速器、差速器、半轴及桥壳四部分组成，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右车轮，并使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；此外，还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。本设计首先论述了驱动桥的组成，再分析驱动桥各部分结构型式，确定总体设计方案：采用整体式驱动桥，主减速器的减速型式采用单级减速器，主减速器齿轮采用螺旋锥齿轮，差速器采用普通对称式圆锥行星齿轮差速器，半轴采用全浮式型式，桥壳采用钢板冲压焊接式整体式桥壳。在本次设计中，主要完成了单级减速器、圆锥行星齿轮差速器、全浮式半轴的设计和桥壳的校核及CAD 绘图等工作。关键词 ：驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳；CAD；设计；校核精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用ABSTRACT The object of the design is The Design for Driving Axle of truck of Cellon CA1080. Driving Axle is consisted of Final Drive, Differential Mechanism, Half Shaft and Axle Housing. The basic function of Driving Axle is to increase the torque transmitted by Drive Shaft or directly transmitted by Gearbox, then distributes it to left and right wheel, and make these two wheels have the differential function which is required in Automobile Driving Kinematics。 besides, the Driving Axle must also stand the lead hangs down strength, the longitudinal force and the transverse force acted on the road surface, the frame or the compartment lead.The configuration of the Driving Axle is introduced in the theses at first. On the basis of the analysis of the structure ,the developing process and advantages and disadvantages of the former type of Driving Axle, the design adopted the Integral Driving Axle, Single Reduction Gear for Main Decelerators deceleration form, Spiral Bevel Gear for Main Decelerators gear, Full-floating for Axle and stamp-welded steel sheet of Integral Axle Housing for Axle Housing. In the design, we accomplished the design for Single Reduction Gear, taperedPlanetary Gear Differential Mechanism, Full-floating Axle, the checking of Axle Housing and CAD drawing and so on. Keywords:Drive Axle ； Main Reducer； Differential ； Axle ； Bridge Shell； CAD ；Design；Check精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用目录摘要 IAbstractII第 1 章绪论 11.1 研究背景 11.2 驱动桥研究的目的和意义11.3 驱动桥研究状况与发展趋势21.3.1 发展状况 21.3.2 驱动桥发展趋势21.4 主要研究内容 4第 2 章驱动桥结构方案拟定52.1 驱动桥的结构和种类52.1.1 汽车车桥的种类 52.1.2 驱动桥的种类 52.1.3 驱动桥结构组成52.2 设计要求 102.2.1 适用车型 102.2.2 设计基础数据 102.3 本章小结 10第 3 章主减速器设计 113.1 主减速器的结构形式113.1.1 主减速器的齿轮类型123.1.2 主减速器主、从动锥齿轮的支承形式123.2 主减速器的基本参数选择与设计计算133.2.1 主减速比 i0 的确定 133.2.2 主减速器计算载荷的确定133.2.3 主减速器基本参数的选择15精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用3.2.4 主减速器圆弧锥齿轮的几何尺寸计算173.2.5 主减速器圆弧锥齿轮的强度计算183.3 主减速器轴承的载荷计算223.3.1 锥齿轮齿面上的作用力223.3.2 锥齿轮轴承载荷的计算253.3.3 锥齿轮轴承型号的确定273.4 本章小结 28第 4 章差速器设计 294.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理294.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构304.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计304.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择314.3.2 差速器齿轮的几何计算334.3.3 差速器齿轮的强度计算344.4 本章小结 36第 5 章驱动半轴的设计375.1 结构形式分析 375.1 全浮式半轴计算载荷的确定385.2 全浮式半轴的杆部直径的初选395.3 全浮式半轴的强度计算395.4 半轴花键的选择及强度计算405.4.1 半轴花键的选择405.4.2 半轴花键的强度计算425.5 半轴的结构设计及材料与热处理435.6 本章小结 43第 6 章驱动桥壳的设计446.1 驱动桥设计概述 446.2 桥壳的受力分析及强度计算446.2.1 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算446.2.2 汽车侧向力最大时的桥壳强度计算456.2.3 汽车在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算46精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用6.3 本章小结 46结论 47参考文献 48致谢 49附录 A50附录 B54精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用第1章绪论1.1研究背景汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。作为交通运输工具之一，汽车在人们的日常生产及生活中发挥着越来越大的作用，成为了人们生活中不可或缺的一部分。中型载货汽车在汽车生产中占有很大的比重，而驱动桥作为汽车中重要的组成部分，在整车设计中十分重要。良好驱动桥设计可大大提高汽车对各种路面及地面的适应性，提高其通过性及行驶安全性。随着汽车工业的发展及汽车技术的提高，驱动桥的设计，制造工艺都在日益完善。驱动桥也和其他汽车总成一样，除了广泛采用新技术外，在机构设计中日益朝着“零件标准化、部件通用化、产品系列化”的方向发展及生产组织的专业化目标前进。面对着日趋激烈的竞争，提高驱动桥的性能，降低成本，维修方便成了现代驱动桥设计首先考虑的问题1。驱动桥是汽车总成中的重要承载件之一 , 其性能直接影响整车的性能和有效使用寿命。驱动桥一般由桥壳、主减速器、差速器和半壳等元件组成 , 转向驱动桥还包括各种等速联轴节 , 结构更复杂。传统设计是以生产经验为基础 , 以运用力学、数学和回归方法形成的公式、图表、手册等为依据进行的。现代设计是传统设计的深入、丰富和发展 , 而非独立于传统设计的全新设计。以计算机技术为核心 , 以设计理论为指导 , 是现代设计的主要特征。利用这种方法指导设计可以减小经验设计的盲目性和随意性 , 提高设计的主动性、科学性和准确性。同样 , 对驱动桥的研究不应仅停留在传统设计方法上 , 而应借助于现代设计方法以精益求精。本文采用现代驱动桥设计方法 , 结合计算机 CAD 技术，以促进其设计过程趋于合理化和科学化。1.2驱动桥研究的目的和意义我国幅员辽阔，地理和道路条件复杂，在各种路面条件下均可获得良好行驶性能的载货汽车非常适合我国的道路条件。此外，随着我国人民物质生活水平的提高，以及对汽车安全性认识的提高，驱动桥的性能得到了人们的重视。我国的载货汽车和客车保有量很大，而且年需求量也相当大。由于工作环境、运输效率等的因素，这些车型迫切需要设计出性能更加出色的驱动桥，以提高汽车的动力性、通过性及安全性。从我国汽车工业发展情况来看，由于我国汽车工业起步较晚，技术相对落后，虽然有着良好的发展势头，但是与国外汽车相比仍然有很大差距。因此，国内汽车产品精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用的更新换代在多方面要受制于国外，这无疑对我国汽车工业的发展极为不利2。现在，我国已成为WTO 成员国，国内汽车市场竞争日趋激烈，同时国内汽车业也面临着与国外汽车业同台竞争的压力。只有在价格和性能方面占优势的产品才能在这场竞争中取胜。鉴此，开展驱动桥的设计计算方法、实验方法及其在汽车产品中的应用研究，具有重要的理论意义和实用价值。本课题研究的驱动桥适用于解放赛龙CA1080 载货汽车并可供一般8 吨左右的车型使用，以作为储备技术和扩大产品的配套能力。1.3 驱动桥研究状况与发展趋势1.3.1 发展状况我国汽车工业与国外相比，起步较晚，技术相对落后，虽然有着良好的发展势头，但是与国外汽车相比仍然有很大差距。作为汽车的重要配套基础件，驱动桥的更新换代在多方面受制于国外，这对我国汽车工业的发展极为不利。经过数十年的发展，我国的汽车行业无论是生产规模、管理模式、技术创新、机制改革、经营理念等诸多方面，都有了很大的发展，已经连续数年保持强劲地增长势头。作为汽车驱动桥这一关键的基础配套件企业，也紧跟着汽车行业的发展，发生了很大的变化。各大驱动桥企业不断的进行管理创新、技术创新、超前进行技术储备、产品开发，生产规模不断扩大，产品质量不断进步。国外汽车企业起步早、技术成熟，由于较早的使用了计算机技术，使产品设计时间缩短，提高了产品的研发效率，80年代开始我国逐步开始引进国外先进汽车技术，进行消化吸收，不断创新，对驱动桥作了多次重大的技术改进，完成了数个吨位驱动桥的产品系列，使得设计更加先进、结构更加合理，适应广泛满足了众汽车企业的要求，产量连年攀升。各大汽车驱动桥企业纷纷采用CAD、CAE技术、有限元分析，为驱动桥的设计提供了先进的技术平台，使得产品开发快捷，快速满足用户要求，为产品的更新换代提供了良好的基础；厂房的改造、设备的更新、工艺路线的调整为产品的内在质量和规模提供了保证。1.3.2 驱动桥发展趋势随着我国公路条件的改善和物流业对车辆性能要求的变化，汽车驱动桥技术已呈现出向单级化发展的趋势。单级桥与双级桥的主要区别及用途单级桥有主减速器，一级减速。桥包尺寸大，离地间隙小，相对双级桥而言，其通过性较差，主要用于公路运输车辆。双级桥有主减速器减速、轮边减速器减速，形成二级减速。由于是二级减速，主减速器减速速比小，主减速器总成相对较小，桥包相对减小，因此离地间隙加大，通过性好。该系列桥总成主要用于公路运输，以及石油、工矿、林业、野外作精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用业和部队等领域。单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺简单，成本较低，是驱动桥的基本类型，汽车上占有重要地位；由于中型载货汽车汽车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比向小速比发展；随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，中型载货汽车使用条件对汽车通过性的要求降低，中型载货汽车不必像过去一样，采用复杂的结构提高通过性；与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性提高。单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看，中型车产品在主减速比小于 7的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。近几年中型载货汽车企业的产销数据显示，中卡市场的集中度正在进一步提高。随着缺陷汽车召回制度及欧、欧排放标准的实施，加上原材料涨价等因素，中型货车的研发、制造、销售等环节的成本将有一定幅度的上升，因此，未来几年内，中型货车市场的盈利水平将会越来越低，中型货车市场价格将会全面调整和适度下降。中型货车未来几年盈利水平的降低，在客观上为中型货车企业的重组创造了条件。随着整个中型汽车企业市场的发展变化，作为 4大总成之一的车桥也会随之发生变化，面临市场集中度的问题。与中型货车企业相似，目前国内中型货车车桥生产企业也主要集中在一汽车桥厂、东风襄樊车桥公司、中国重汽桥箱厂、陕西汉德车桥公司、重庆红岩桥厂和安凯车桥厂几家企业。这些企业几乎占到国内重卡车桥90以上的市场。随着中型货车产销持续上升，中型货车车桥生产企业纷纷扩大产能并实施技改工程。各中型货车桥厂产能的提升，为中型货车的发展打下了坚实的基础。中型货车热销，各厂家纷纷扩大产能的同时，将加大优势资源的竞争能力。竞争的加剧必然造成巨头的出现。衡量一个成功的桥厂，其5万根以上的产量是最低基准线。在斯太尔平台桥厂中，中国重汽桥箱厂、陕西汉德车桥有限公司、重庆红岩桥厂、安凯桥厂产能均在2004-2005年突破 5万根大关。可以预料在未来两三年内，主要中重型卡车桥企业的二期、三期技改将会全面完成，其中重卡车桥国内布局也将初步完成。高速的中卡呼唤新型中卡车桥，为了适应未来的发展需要，提高运输效率，有关人士呼吁我国中卡企业必须转变传统的公路运输概念，生产出适应快速、长途的高效率、高效益型中卡。我国现有的斯太尔驱动桥产品主要满足中高档中型汽车的需求，属于典型的欧洲中型汽车产品的零部件结构，这决定了存在诸多缺点：传动效率相对较低，油耗高长途运输容易导致汽车轮载发热，散热效果差，为了防止过热发生爆胎，不得不增加喷淋装置使结构相对复杂。导致产品价格高等。随着公路网络的不断完善，特别是高速公路的迅猛发展，上述缺点在公路运输中型汽车中日显突出，据统计，欧美中型汽车采用该结构的车桥产品呈下降趋势，日本采用该结构的产品更少。有关专精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用家预测我国采用斯太尔驱动桥产品的合理比例是占整个重型汽车驱动桥的25，驱动桥的主流产品是单级减速驱动桥产品。未来中卡车桥将由典型的斯太尔双级减速驱动桥向单级桥方向发展。 GB1589的颁布实施，鼓励中卡向多轴化发展。国内众多中卡企业纷纷推出多轴卡车，这使承载轴的需求量大增。承载轴的走俏，为各大桥厂提供了更大的市场空间。专家预测，在未来10年内，客车的市场需求量仅仅是中型载货汽车的10左右，市场空间不大，如果考虑轿车进入家庭的影响，今后的大型客车市场将逐步下降；因此，各企业发展战略的重点都放在中重卡车桥上。客车车桥产品可以保留，用以满足客车生产的需要。2005年及以后的几年内，中型汽车所需桥总成将会形成以下产品格局：公路运输以10t及以上单级减速驱动桥、承载轴为主，工程、港口等用车以 10t级以上双级减速驱动桥为主。公路运输车辆向大吨位、多轴化、大功率方向发展，使得驱动桥总成也向传动效率高的单级减速方向发展。有关专家预测，未来我国的中重型车桥产品中75的驱动桥将是单级驱动桥。1.4 主要研究内容结合相关参考文献和实际设计要求，在参考以往的研究成果以及国内外发展的现状，确定主要研究内容如下：1. 针对解放赛龙 CA1080 载货汽车为设计对象，进行驱动桥的结构的选择；2. 进行主减速器、差速器、半轴、桥壳的选择、计算及校核；3. 利用 CAD 完成驱动桥装备图及主要零件图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用第2章驱动桥结构方案拟定2.1驱动桥的结构和种类2.1.1汽车车桥的种类车桥通过悬架与车架 或承载式车身）相连，它的两端安装车轮，其功用是传递车架或承载式车身）于车轮之间各方向的作用力及其力矩。根据悬架结构的不同，车桥分为整体式和断开式两种。当采用非独立悬架时，车桥中部是刚性的实心或空心梁，这种车桥即为整体式车桥；断开式车桥为活动关节式结构，与独立悬架配用。根据车桥上车轮的作用，车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种类型。其中，转向桥和支持桥都属于从动桥，一般货车多以前桥为转向桥，而后桥或中后两桥为驱动桥。2.1.2 驱动桥的种类驱动桥作为汽车的重要的组成部分处于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮，并使左、石驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。在一般的汽车结构中、驱动桥包括主减速器又称主传动器）、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件如图2.1所示。对于各种不同类型和用途的汽车，正确地确定上述机件的结构型式并成功地将它们组合成一个整体 驱动桥，乃是设计者必须先解决的问题。驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切相关。当驱动车轮采用非独立悬挂时，例如在绝大多数的载货汽车和部分小轿车上，都是采用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥。非独立悬架，整体式驱动桥。这种类型的车一般的设计多采用单级减速器，它可以保证足够大的离地间隙同时也可以增大主传动比。2.1.3 驱动桥结构组成1、主减速器主减速器的结构形式，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安装方法。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用1 2 3 4 5 6 7 8 9 101半轴 2圆锥滚子轴承3支承螺栓4主减速器从动锥齿轮5油封6主减速器主动锥齿轮7弹簧座 8垫圈 9轮毂 10调整螺母图 2.1 驱动桥1）主减速器齿轮的类型，在现代汽车驱动桥中，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。螺旋锥齿轮如图2.2a）所示主、从动齿轮轴线交于一点，交角都采用90 度。螺旋锥齿轮的重合度大，啮合过程是由点到线，因此，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。双曲面齿轮如图2.2b）所示主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。和螺旋锥齿轮相比，双曲面齿轮的优点有：尺寸相同时，双曲面齿轮有更大的传动比。传动比一定时，如果主动齿轮尺寸相同，双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有较大轴径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。图 2.2 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮的直径较小，有较大的离地间隙。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用工作过程中，双曲面齿轮副既存在沿齿高方向的侧向滑动，又有沿齿长方向的纵向滑动，这可以改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。双曲面齿轮传动有如下缺点：长方向的纵向滑动使摩擦损失增加，降低了传动效率。齿面间有大的压力和摩擦功，使齿轮抗啮合能力降低。双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。双曲面齿轮必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油1。2）主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择，现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承形式有如下两种：悬臂式悬臂式支承结构如图2.3 所示，其特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴径，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a 和增加两端的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子向外。悬臂式支承结构简单，支承刚度较差，多用于传递转钜较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。图 2.3 锥齿轮悬臂式支承骑马式骑马式支承结构如图2.4 所示，其特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，在需要传递较大转矩情况下，最好采用骑马式支承。图 2.4 主动锥齿轮骑马式支承3）从动锥齿轮的支承方式和安装方式的选择，从动锥齿轮的两端支承多采用圆锥滚子轴承，安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内，而小端相向朝外。为了防止精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移，圆锥滚子轴承应用两端的调整螺母调整。主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并用细牙螺钉以精度较高的紧配固定在差速器壳的凸缘上3。4）主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整，支承主减速器的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。分析可知，当轴向力于弹簧变形呈线性关系时，预紧使轴向位移减小至原来的1/2。预紧力虽然可以增大支承刚度，改善齿轮的啮合和轴承工作条件，但当预紧力超过某一理想值时，轴承寿命会急剧下降。主减速器轴承的预紧值可取为以发动机最大转矩时换算所得轴向力的 30。主动锥齿轮轴承预紧度的调整采用套筒与垫片，从动锥齿轮轴承预紧度的调整采用调整螺母。5）主减速器的减速形式的选择，主减速器的减速形式分为单级减速如图 2.5）、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。按主减速比的变化可分为单速主减速器和双速主减速器两种3。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比io 的大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。通常单极减速器用于主减速比io7.6的各种中小型汽车上。2、差速器根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互联系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的4。例如，拐弯时外侧车轮行驶总要比内侧长。即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮，则会由于左右车轮的转速虽然相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。这不仅会是轮胎过早磨、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移，易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮间都有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以下不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学的要求。差速器的结构型式选择，应从所设计汽车的类型及其使用条件出发，以满足该型汽车在给定的使用条件下的使用性能要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用差速器的结构型式有多种，大多数汽车都属于公路运输车辆，对于在公路上和市区行驶的汽车来说，由于路面较好，各驱动车轮与路面的附着系数变化很小，因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器，作为安装在左、右驱动车轮间的所谓轮间差速器使用；对于经常行驶在泥泞、松软土路或无路地区的越野汽车来说，为了防止因某一侧驱动车轮滑转而陷车，则可采用防滑差速器。后者又分为强制锁止式和自然锁止式两类。自锁式差速器又有多种结构式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的。3、半轴驱动车轮的传动装置置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向接传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半铀齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。半浮式半轴具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。主要用于质量较小，使用条件好，承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。3/4 浮式半轴，因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命，故未得到推广。全浮式半轴广泛应用于各类重型汽车上。4、桥壳驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车荷重的作用，并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此桥完既是承载件又是传力件，同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置如半轴）的外壳。在汽车行驶过程中，桥壳承受繁重的载荷，设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性，在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量。桥壳还应结构简单、制造方便以利于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。在选择桥壳的结构型式时，还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。结构形式分类：可分式、整体式、组合式。按制造工艺不同分类：铸造式强度、刚度较大，但质量大，加工面多，制造工艺复杂，用于中重型货车。钢板焊接冲压式质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，轿车精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用和中小型货车，部分重型货车4。2.2 设计要求2.2.1适用车型解放赛龙 CA1080 载货汽车2.2.2设计基础数据1、车型：载货汽车；2、整备质量： 4330kg；3、满载质量： 8015kg；4、最高车速： 93km/h；5、最大爬坡度：大于29%；6、变速器 1 挡传动比： 7.285；7、额定功率： 104kw最高车速时 3000r/min 时）； 8、最大转矩： 330Nm，是驱动桥的基本形式，在载重汽车中占主导地位。一般在主传动比较小的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。图 3.1 单级主减速器图 3.2 双级主减速器2、中央双级主减速器中央双级减速桥 结构最简单，制造工艺简单，成本较低，是驱动桥的基本类型，在重型汽车上占有重要地位；(2载重汽车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比向小速比发展；(3随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，汽车使用条件对汽车通过性的要求降低；(4与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性提高。单级驱动桥产品的优势为单级驱动桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看，载重车产品在主减速比小于7 的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。所以此设计采用中央单级减速驱动桥，再配以整体式桥壳。3.1.1 主减速器的齿轮类型主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选用弧齿锥齿轮传动，其特点是主、从动齿轮的轴线垂直交于一点。由于轮齿端面重迭的影响，至少有两个以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷，加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐有齿的一端连续而平稳的地转向另一端，所以工作平稳，噪声和振动小。另外，弧齿锥齿轮与双曲面锥齿轮相比，具有较高的传动效率。3.1.2 主减速器主、从动锥齿轮的支承形式主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承如图 3.3 示）和跨置式支承 如图 2.4）两种。查阅资料、文献，经方案论证，采用跨置式支承结构。跨置式支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小。图 3.3 主动锥齿轮悬臂式支承图 3.4 主动锥齿轮跨置式从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承如图 3.5 示）。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，c+d 应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用的 70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应尽量使c等于或大于3。图 3.5 从动锥齿轮支撑形式3.2 主减速器的基本参数选择与设计计算3.2.1 主减速比 i0的确定对于载货汽车来说，为了得到足够的功率储备而使最高车速稍有下降，i0一般选用下式确定：rp0amax gh Fh LBr ni =(0.3770.472)vi i i3.1）式中：rr车轮的滚动半径，rr=0.487m；igh变速器量高档传动比。igh =1；i分动器或加力器的高档传动比；iLB 轮边减速器的传动比。将 np=3000r/min，vamax=93km/h，rr=0.487m，igh=1 代入3.1），最终取 i0=6.33。3.2.2主减速器计算载荷的确定1、按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Tce从动锥齿轮计算转矩Tce Tce=TemaxiTLK0T/n 3.2）式中： Tce计算转矩， Nm；Temax发动机最大转矩； Temax =330 Nmn计算驱动桥数， 1；iTL由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低挡传动比；为变速器 1 挡传动比与主减速器传动比的乘积，此处为46.11；T变速器传动效率，取 T =0.9；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用K0超载系数，对于一般载货汽车、矿用汽车和越野车以及液力传动的各类汽车取 K0=1；代入式 3.2），有： Tce=13694.67 Nm主动锥齿轮计算转矩T=2163.45Nm2、按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs Tcs=G2rr/LBiLB3.3）式中： G2汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，对于42 的货车满载时后桥承载全车重量的60%68%，此处取 64%，则取G2=50270N。轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用车，取=0.85；对于越野汽车取1.0；对于安装有专门的防滑宽轮胎的高级轿车，计算时可取1.25。rr车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为8.25R20，则车论的滚动半径为0.487m；LB，iLB分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动效率和传动比， LB取 0.9，由于没有轮边减速器iLB取 1.0代入式 3.3），有 Tcs=23121 N m3、按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcf 对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续的转矩根据所谓的平均牵引力的值来确定：()aTrcfRHPLBLBGGrTfffin3.4）式中：aG汽车满载时的总重量，78547N；TG所牵引的挂车满载时总重量，N，但仅用于牵引车的计算；Rf道路滚动阻力系数，对于载货汽车可取0.0150.020；在此取 0.016 Hf汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取0.050.09 在此取 0.06；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用pf汽车的性能系数在此取0；LB主减速器从动齿轮到车轮之间的效率；取为0.9 LBi主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；n驱动桥数。所以=3230.2cfTNm3.2.3主减速器基本参数的选择主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动齿轮的齿数z1和 z2、从动锥齿轮大端分度圆直径2D、端面模数 mt、主从动锥齿轮齿面宽b1和 b2、中点螺旋角 、法向压力角 等4。1、主、从动锥齿轮齿数z1和 z2选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：1）为了磨合均匀， z1，z2之间应避免有公约数。2）为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于 40。3）为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车z1一般不小于 6。4）主传动比 i0较大时， z1尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。5）对于不同的主传动比，z1和 z2应有适宜的搭配。根据以上要求，这里取z1=6 z2=38，能够满足条件： z1+z2=4440 2、从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数 mt对于单级主减速器，增大尺寸D2会影响驱动桥壳的离地间隙，减小D2又会影响悬置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。D2可根据经验公式初选，即232DCDKT3.5）式中：2DK直径系数，一般取13.016.0；Tc从动锥齿轮的计算转矩，Nm，为 Tce和 Tcs中的较小者。所以 D2=13.016.0）=311383）mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用初选 D2=380mm，则 mt=D2/z2=380/38=10mm 选取 mt=10mm，则 D2=380mm，根据 mt=km来校核 mt=10mm 选取的是否合适，其中 km=0.30.4）此处， mt=0.30.4）= 式中： P作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩Temax 和最大附着力矩两种载荷工况进行计算， N；2b从动齿轮的齿面宽，在此取60mm. 按发动机最大转矩计算时：213max210bdiTpge Nmm 3.7）式中：maxeT发动机输出的最大转矩，在此取330Nm；gi变速器的传动比，常取1 挡及直接挡传动比进行计算；1d主动齿轮节圆直径，在此取60mm. 当按 1 挡传动比进行计算时有：33307.285 101252.11/60642pNm精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用当按直接挡传动比进行计算时有：33301.0 10171.87/60642pNm按最大附着力矩计算时：322210/2rGrpNmdb3.8）式中：2G汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，对于后驱动桥还应考虑汽车最大加速时的负荷增加量，在此取50270N；轮胎与地面的附着系数，在此取0.85：rr轮胎的滚动半径，在此取0.487m；按上式3502700.85 0.48710380642p=1711.3 Nmm在现代汽车的设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力有时提高许用资料的20%25%。表 3.2许用单位齿长上的圆周力 P Nmm参数汽车类别轮胎与地面的附着系数挡挡直接挡轿车893 536 321 893 0.85 载货汽车1429 250 1429 0.85 公共汽车982 214 0.85 牵引汽车536 250 0.65 由上表可知对于按照发动机计算转矩计算的P为：1挡：1714.81786.25 Nmm直接挡： 300 312.5 Nmm按照最大附着力矩计算的 P为：1786.25 Nmm，则可知主减速器的单位齿长圆周力满足要求。2、齿轮弯曲强度锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用30w2210csmvT k k kMPak m bzJ3.9）式中 w锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力，MPa；Tc齿轮的计算转矩，从动齿轮按Tcs，Tce见式 3.1）、3.2）两者中之较小者和Tcf见式 3.3）计算；对于主动齿轮还需转换到主动齿轮上；k0过载系数，一般取1；ks尺寸系数，当端面模数1.6mm 时，ks=425.4m，此处取 ks=0.79 km齿面载荷分配系数，当只有一个齿轮采用骑马式支承形式时，km=1.101.25，此处取 km =1.10；kv质量系数，取 1；b所计算的齿轮齿面宽；J齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，通过图3.6可知对于主动齿轮J=0.165.对于从动齿轮 J=0.2252；当按 Tce，Tcs中较小的一个计算时， Tc1=2163.45Nm,Tc2=13694.67 Nm, 将各参数代入式 3.8），有：主动：3W122163.45 1.100.7910593.45646 1000.165MPa从动：3W2213694.671.100.79 10429.246438 1000.228MPa当按 Tcf计算时， Tc1 =510.3 Nm,Tc2=3230.2 Nm , 将各参数代入式 3.9），有：主动：3W12510.3 1.100.7910139.97646 1000.165MPa从动：3W223230.2 1.100.7910101.246438 1000.228MPa当按Tce， Tcs中较小的一个计算时，汽车主减速器齿轮的许用弯曲应力为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用700MPa。按 Tcf计算时，许用弯曲应力为210.9 MPa,轮齿弯曲强度满足要求。图 3.6 3、轮齿接触强度锥齿轮轮齿的齿面接触应力为：j=p31c0smf1vc2T k k k k 10dk bJ3.10）式中： j锥齿轮轮齿的齿面接触应力，MPa；d1主动锥齿轮大端分度圆直径，mm；d1=60mm b主、从动锥齿轮齿面宽较小值；b=64mm kf齿面品质系数，取1.0；cp综合弹性系数，对于钢制齿轮副取232.6N1/2/mm；k0、ks、km、kv见式3.9）下说明；J齿面接触强度的综合系数，取0.165；T1c主动锥齿轮计算转矩，可按Tce，Tcs见式 3.2）、3.3）两者中之较小者和 Tcf见式 3.4）计算；当按 Tce，Tcs见式3.2）、3.3）两者中之较小者计算时，Tc1=2163.45Nm，将各参数代入式 3.10），有：齿轮轮齿弯曲系数J 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用j=3232.62 2163.45 1.10 0.79 106064 0.165=2677.5 MPa当按 Tcf见式 3.4）计算时， Tcf=510.3Nm，将各参数代入式 3.10），有：j=3232.62 510.3 1.10 0.79 106064 0.165=1123.5MPa主、从动齿轮的接触应力式相同的。当按Tcf计算时，许用接触应力为1750MPa；当按 Tce，Tcs两者中之较小者计算时，许用接触应力为2800MPa。轮齿接触应力满足要求实践表明，主减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷即平均计算转矩）有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩Tce 和最大附着转矩Tcs 并不是使用中的持续载荷，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据9。3.3 主减速器轴承的载荷计算3.3.1锥齿轮齿面上的作用力锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切向方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。为计算作用在齿轮的圆周力，首先需要确定计算转矩。汽车在行驶过程中，由于变速器挡位的改变，且发动机也不全处于最大转矩状态，故主减速器齿轮的工作转矩处于经常变化中。实践表明，轴承的主要损坏形式为疲劳损伤，所以应按输入的当量转矩Td进行计算10。3333123max1231.100100100100TTTdeggggggfffTTfififi3.11）式中：maxeT发动机最大转矩， 330N.m 1gf，2gf，3gf，gRf变速器， 倒档使用率，按表3.3取1gf，2gfgi，gi，gi，.giR变速器， ，倒档传动比，其中gi=7.285 gi=4.193，gi=2.485，gi=1.563，gi=1.0，gi=0.783，giR=6.777。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用1Tf，2Tf，3Tf，TRf变速器处于，倒档时的发动机转矩利用率，可按表 3.4选取。表 3.3车型档位数最高档传动比fgi/% 变速器档位载货汽车4 1 1 3 21 75 4 1 1 4 35 60 5 1 1 3 5 16 75 5 1 1 3 12 64 20 6 1 1 2 4 8 15 70 6 1 1 2 4 8 70 15 8 1 0.5 1 3 5.5 10 15 45 20 表 3.4车型变 速 器档位轿车公共汽车载货汽车档档档档带超速档档档带超速档档KT80 fTi/% 60 70 65 70 70 50 50 50 60 65 60 70 70 60 60 60 50 60 50 60 60 70 80 70 60 50 60 60 60 80 70 60 超速档75 70 将以上数据代入式 3.10），则有：解得dT=436.15 N.m对于圆锥齿轮的齿面中点的分度圆直径222sinmddb3.12）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用2112mmzddz3.13）式中： d2从动齿轮节圆直径，取d2=380mm；b从动齿轮齿面宽，取b=64mm；2从动齿轮节锥角，取2=81.027；z1、z2主、从动齿轮齿数， z1 =6，z2=38.将以上结果代入式 3.12）、 齿宽中点处的圆周力齿宽中点处的圆周力为F12mTdN (3.14式中：T作用在该齿轮上的转矩，作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩T=436.15N；d1m主动齿轮齿面宽中点处的分度圆直径。按上式主减速器从动锥齿轮齿宽中点处的圆周力F=2436.1550.02=17.439 KN由 F1/F2=/可知，对于弧齿锥齿轮副，作用主从动齿轮的圆周力是相等的。2）锥齿轮的轴向力和径向力精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用图 3.7 主动锥齿轮齿面的受力图如图3.7，主动锥齿轮螺旋精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 32 页