车轮传动装置设计

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1、.1 第五节 车轮传动装置设计 车轮传动装置位于传动系的末端，其根本功用是承受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。对于非断开式驱动桥，车轮传动装置的主要零件为半轴；对于断开式驱动桥和转向驱动桥(图527)，车轮传动装置为万向传动装置。万向传动装置的设计见第四章，以下仅讲述半轴的设计。一、构造形式分析 半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为牛浮式、34浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴(图528a)的构造特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半轴构造简单，所受载荷较大，只用于轿车和轻型货车及轻型客

2、车上。34浮式半轴(图528b)的构造特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般仅用在轿车和轻型货车上。全浮式半轴(图528c)的构造特点是半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相联，而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮不同女、半轴法兰平面相对其轴线不垂直等因素，会引起半轴的弯曲变形，由此引起的弯曲应力一般为570MPa。全浮式半轴主要用于中、重型货车上

3、。二、半轴计算 1全浮式半轴 全浮式半轴的计算载荷可按车轮附着力矩 M，计算 rrGm2221 M(5-43)式中，2G为驱动桥的最大静载荷；rr为车轮滚动半径；2m为负荷转移系数；为附着系数，计算时取 0.8。半轴的扭转切应力为.1 式中，为半轴扭转切应力；d 为半轴直径。半轴的扭转角为 pGIlM 180(5-45)式中，为扭转角；l为半轴长度；G为材料剪切弹性模量；pI为半轴断面极惯性矩，32/4dIp。半轴的扭转切应力宜为500700MPa，转角宜为每米长度615。2半浮式半轴 半浮式半轴设计应考虑如下三种载荷工况：(1)纵向力2xF最大，侧向力2yF为 0：此时垂向力2/222GmF

4、z，纵向力最大值2/2222GmFFxx，计算时2m可取 12，取 08。半轴弯曲应力，和扭转切应力为 32322221632drFdFFarxzx(5-46)式中，d 为轮毂支承轴承到车轮中心平面之间的距离，如图 528 所示。合成应力(2)侧向力2yF最大，纵向力2xF=0，此时意味着发生侧滑：外轮上的垂直反力ozF2。和轮上的垂直反力izF2分别为)(0.5GFF-GF122z20z2o2z2iBhg(5-48)式中，gh为汽车质心高度；2B为轮距；1为侧滑附着系数，计算时叭可取 1 0。外轮上侧向力oyF2和轮上侧向力iyF2分别为.1 12z2012z2iFFozizFF(5-49)

5、、外车轮上的总侧向力2yF为12G。这样，外轮半轴的弯曲应力0和轮半轴的弯曲应力i分别为 3223220)(32)(32daFrFdaFrFizriyiozroy(5-50)(3)汽车通过不平路面，垂向力2zF最大，纵向力02xF，侧向力02yF：此时垂直力最大值2zF为：式中，是为动载系数，轿车：75.1k，货车：0.2k，越野车：5.2k。半轴弯曲应力，为 32321632dakGdaFz(5-52)半浮式半轴的许用合成应力为600750MPa。334浮式半轴 34浮式半轴计算与半浮式类似，只是半轴的危险断面不同，危险断面位于半轴与轮手相配外表的端。半轴和牛轴齿轮一般采用渐开线花键连接，对

6、花键应进展挤压应力和键齿切应力验算。挤压应力不大于200MPa，切应力不大于73MPa。三、半轴可靠性设计 在汽车设计中，可靠性已成为比较重要的技术指标之一。对于产品设计，须考虑各参量的统计分散性，进展随机不确定分析，真实正确地反映产品的强度与受载等情况。1可靠度计算 对于全浮式半轴来说，所受的扭转切应力，按下式计算 式中，丁为半轴所传递的转矩；d 为半轴的直径。根据二阶矩技术，以应力极限状态表示的状态方程为.1 式中，r 为半轴材料的扭转强度；*为根本随机变量矢量，TdTrX),(。设 根 本 随 机 变 量 矢 量*的 均 值TdTrXE),()(，方 差TdTrXD),0,0,0,0,0

7、,0,()(222，且认为这些随机变量是服从正态分布的相互独立的随机变量。g(*)是反映半轴状态和性能的状态函数，可表示半轴的两种状态：将g(*)在均值XXE)(处展开成二阶泰勒级数，可得到g(*)的二阶近似均值g，和一阶近似方差2g 不管 g(*)服从什么分布，可靠性指标定义为 gg/(5-56)可靠度的一阶估计量为)(R(5-57)式中，)(为标准正态分布函数。2可靠性设计 给定半轴可靠度 R，查表得可靠性指标，由式(555)经推导整理得 02)(2236222BAAdrdrr(5-58)+式中，根据加工误差和3a法则，取半轴直径标准差d为0005倍的半轴直径均值d，求解式(558)即可求

8、得半轴的最小直径的均值d和标准差d。四、半轴的构造设计 对半轴进展构造设计时，应注意如下几点：(1)全浮式半轴杆部直径可按下式初步选取 3MKd(5-59).1 式中，d为半轴杆部直径(mm)；M为半轴计算转矩(Mmm)，按式(543)计算；K为直径系数，取02050218。根据初选的d，按前面的应力公式进展强度校核。2)半轴的杆部直径应小于或等于半轴花键的底径，以便使半轴各局部到达根本等强度。3)半轴的破坏形式大多是扭转疲劳损坏，在构造设计时应尽量增大各过渡局部的圆角半径，尤其是凸缘与杆部、花键与杆部的过渡局部，以减小应力集中。4)对于杆部较粗且外端凸缘也较大时，可采用两端用花键连接的构造。5)设计全浮式半轴杆部的强度储藏应低于驱动桥其它传力零件的强度储藏，使半轴起一个“熔丝的作用。半浮式半轴直接安装车轮，应视为保安件。