载重汽车驱动桥的设计【双级主减速器】
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附录1 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。因此桥壳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。桥壳的结构型式桥壳的结构型式大致分为可分式、整体式。可分式桥壳可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分,每一部分均由一个铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维修都很不方便,桥壳的强度和刚度也比较低。过去这种所谓两段可分式桥壳见于轻型汽车,由于上述缺点现已很少采用。整体式桥壳整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体,桥壳犹如一整体的空心粱,其强度及刚度都比较好。且桥壳与主减速器壳分作两体,主减速器齿轮及差速器均装在独立的主减速壳里,构成单独的总成,调整好以后再由桥壳中部前面装入桥壳内,并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都十分方便。整体式桥壳按其制造工艺的不同又可分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张成形式三种。驱动桥处于动力传动系的末端,其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮,另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。驱动桥设计应当满足如下基本要求:(a)所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。(b)外形尺寸要小,保证有必要的离地间隙。(c)齿轮及其它传动件工作平稳,噪声小。(d)在各种转速和载荷下具有高的传动效率。(e)在保证足够的强度、刚度条件下,应力求质量小,尤其是簧下质量应尽量小,以改善汽车平顺性。 (f)与悬架导向机构运动协调,对于转向驱动桥,还应与转向机构运动协调。(g)结构简单,加工工艺性好,制造容易,拆装,调整方便。驱动桥的结构型式按工作特性分,可以归并为两大类,即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时,应该选用非断开式驱动桥;当驱动车轮采用独立悬架时,则应该选用断开式驱动桥。因此,前者又称为非独立悬架驱动桥;后者称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构叫复杂,但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。非断开式驱动桥普通非断开式驱动桥,由于结构简单、造价低廉、工作可靠,广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上,在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同,但是有一个共同特点,即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁,齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量,汽车簧下质量较大,这是它的一个缺点。驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下,也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下,如果单级主减速器不能满足离地间隙要求,可该用双级结构。在双级主减速器中,通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内,也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器:越野汽车为了提高离地间隙,可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方;公共汽车为了降低汽车的质心高度和车厢地板高度,以提高稳定性和乘客上下车的方便,可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方;有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度,在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时,将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货汽车上,有时采用蜗轮式主减速器,它不仅具有在质量小、尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点,而且对汽车的总体布置很方便。 断开式驱动桥断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的,并且彼此之间可以做相对运动,所以这种桥称为断开式的。另外,它又总是与独立悬挂相匹配,故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段,主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上,或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动,相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素,而汽车簧下部分质量的大小,对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动桥的簧下质量较小,又与独立悬挂相配合,致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好,由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜,提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度,减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏,提高其可靠性及使用寿命。但是,由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂,故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上,且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。多桥驱动的布置为了提高装载量和通过性,有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动,常采用的有44、66、88等驱动型式。在多桥驱动的情况下,动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种。相应这两种动力传递方式,多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯通式与贯通式。前者为了把动力经分动器传给各驱动桥,需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力,这样不仅使传动轴的数量增多,且造成各驱动桥的零件特别是桥壳、半轴等主要零件不能通用。而对88汽车来说,这种非贯通式驱动桥就更不适宜,也难于布置了。为了解决上述问题,现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置型式。在贯通式驱动桥的布置中,各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内,并且各驱动桥不是分别用自己的传动轴与分动器直接联接,而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴,是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥的动力,是经分动器并贯通中间桥而传递的。其优点是,不仅减少了传动轴的数量,而且提高了各驱动桥零件的相互通用性,并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计(如汽车的变型)、制造和维修,都带来方便。由于非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠,查阅资料,可参照国内相关货车的设计。附录2Bridge-driven car shell is one of the main parts, non-drive off-shell bridge played a supporting role in the automotive load and load to the wheels. In the role of the drive wheels on the traction, braking force, lateral and vertical forces also spread to fly through the bridge and the shell or inside the frame. Therefore, the bridge carrying both pieces of shell-edge thing is, at the same time it is also the main reducer, and differential wheel drive transmission (such as the axle) of the shell. In the car, the axle housing to bear the heavy load, the design must take into account the dynamic load under the axle housing have enough strength and stiffness. In order to reduce the spring under the car of lower quality in order to facilitate dynamic load, and improve the cars running smoothly, while ensuring the strength and stiffness on the premise of the bridge should seek to reduce the quality of the shell. Shell structure of the bridge should be simple and easy to create the benefit of lower costs. It should also ensure that the structure of the main reducer of disassembly, adjustment, repair and maintenance easy. Bridge in the selection of the shell structure, should also be given to the type of car, asked to use, manufacture, supply materials and so on.A bridge of the shell structureBridge of the shell structure can be roughly divided into typeThere are bridge-shell There are bridge-shell as a whole from the shell of a bridge into the vertical joints around two parts, each part by the casting of a shell into the outside pressure and a side of the axle casing components. Half shell casing and connected with rivets. In the main reducer, and differential assembly after about two half-bridge through the shell in the joints of the Central Office of the bolt circle into a whole. It features a simple bridge shell manufacturing process, the main reducer bearing stiffness well. But the main reducer of the assembly, adjustment and maintenance are inconvenient, the bridge shell strength and stiffness will be lower. In the past the so-called two-axle housing can be found in the car light, as a result of these shortcomings is now rarely used.Whole-axle housin Bridge-shell as a whole is characterized by the entire bridge made of a shell as a whole, the bridge is like a shell of the hollow beam as a whole, its strength and stiffness than good. Bridge and the shell and the shell will be divided into two main reducer, the main reducer, and differential gears are mounted on the main independent slowdown shell, constitute a separate assembly, later adjusted by the bridge in front of the shell in the central bridge into the shell , And with the axle housing fixed together with bolts. It enables a reducer, and differential of disassembly, adjustment, repair, maintenance and so on is very convenient. Bridge-shell as a whole according to their different manufacturing process can be divided into a whole-casting, stamping steel plates welded steel pipe and the expansion into three forms.Bridge drive powertrain in the end, its basic function is to increase the transmission shaft or transmission from the torque and power reasonably allocated to the left and right wheel also bear on the role of road and the frame or body Between vertical and horizontal force strength. Driven by the main bridge in general reducer, and differential, gear wheels and drive axle housing component, and so on.Drive bridge should be designed to meet the basic requirements are as follows:(a) choice of the main reduction ratio should be able to ensure the car has the best power and fuel economy.(b) smaller size, it is necessary to ensure that the ground clearance.(c) transmission gears and other pieces of work in a smooth, small noise.(d) in a variety of speed and load with a high transmission efficiency.(e) to ensure sufficient strength, rigidity conditions, the quality should be as small, especially the quality of the next spring should be small in order to improve the car ride.(f)-oriented suspension and body movement coordination, the drive to the bridge, but also with the agency to coordinate movement.(g) simple structure, good process and create easy disassembly, easy adjustment. Drive bridge structure in accordance with characteristics of the work, can be grouped into two broad categories, namely non-drive off the bridge and drive off the bridge. When the drive wheel of a non-independent suspension, the non-selection should be off-drive axle; when the drive wheel independent suspension, the choice should be off-drive axle. As a result, the former driver, also known as non-independent suspension bridge; the latter known as the independent suspension bridge driver. Independent suspension bridge structure called complex drive, but will be much more uneven in the car traveling on the road ride comfort.Non-drive axle disconnect General non-drive off the bridge, because it is simple, low-cost, reliable, widely used in a variety of truck, bus and a bus, in most of the off-road cars and car parts is also using this structure. Details of their structure, in particular, the shell structure of the bridge although different, but there is a common feature of the bridge is a shell around the drive wheel bearing on the rigid hollow beams, such as transmission gears and axle components to install it. At this time the entire drive axle, wheel and drive shaft are part of the quality of the next spring, next spring the quality of the larger car, which is one of its shortcomings. Bridge drive size depends largely on the outline of the main type of reducer. In the tire size and drive under the bridge minimum ground clearance have been identified, will be limited to the main driven gear reducer diameter size. In a given ratio of the conditions, if the single-stage main reducer not meet the requirements of ground clearance, with the two-level structure. In the main two-stage reducer, usually two-stage gear reducer in a shell of the main reducer, can also slow down in the second grade as a round edge gear reducer. The round side reducer: off-road vehicle in order to improve the ground clearance, can constitute a pair of cylindrical gear wheel of the gear reducer at the top of the vertical driven gear; bus in order to reduce the vehicles center of mass and a high degree of deck A high degree of order to enhance the stability and convenience of the passengers get off, can be round edge of the gear reducer at the bottom of the vertical driven gear; some double-decker bus in order to further reduce the deck height, cylinder gear used in the round edge Reducer, the main reducer, and differential assembly also moved to a wheel next to the driver. In a small number of high-speed engine with a large bus, Bridge Multi-drive cars and super-heavy-duty truck, sometimes using the main worm-reducer, which not only has the quality in a small, compact size of the case could be a big transmission ratio, as well as the work of Smooth silent advantages, but also to the overall layout of the car easily.Drive-off bridge Off-drive off the bridge from the non-drive axle of the obvious characteristics is that the former do not have a connection about the drive wheels or beam rigid shell as a whole. Drive off-shell bridge is a section, and each other can do relative motion, such as the bridge-off. In addition, it is always with the independent match suspension, it is also known as the independent suspension bridge driver. This bridge in the middle of the main reducer, and differential, and so is mounting in the frame beams inside or on the floor or backbone frame-linked. The main reducer, and differential part of the drive shaft and the quality of the gear wheels are on the quality of the spring. Both sides of the drive wheel independent suspension as a result can be caused by site as opposed to one another or inside the frame for swinging up and down, and accordingly on the request of the gear wheel drive and its shell casing or swing accordingly. Flying car assembly and its flexibility in the type of device components and vibration characteristics of the work is to determine a car ride a major factor, and the spring under the car the size of some of the quality of its ride quality is also significant. Off-drive axle of the quality of the spring under the smaller, independent suspension with the match, with the result that drive the wheels on the ground and contacts of all kinds of terrain and better adaptability, which can greatly reduce the car in the uneven pavement When traveling on the train vibration and tilt to improve vehicle ride and average speed, and reduce the wheel of Axle Load and move on the part of the damage and improve the reliability and service life. However, due to off-drive axle and independent suspension of the match with the structure of the complex, and they were mainly observed in the structure of the smooth running of the higher part of the car and a number of off-road vehicle, and the latter belongs to light more of the following off-road vehicle Bridge or drive the heavy-duty off-road vehicle.Multi-Bridge-driven layout In order to improve the loading and through, and some heavy-duty vehicles and medium-sized all over the off-road vehicle and are based on the multi-bridge driver, there is often used in 4 4,6 6,8 8, and other types of drivers. In the multi-bridge drivers, power points as actuators to drive the bridge in two ways. The two corresponding power transfer mode, multi-drive vehicle bridge the drive axle of the type of layout is divided into non-through-and through. In order to power by the former sub-actuator to the drive axle, respectively, to be divided by the actuator through the drive axle own dedicated power transmission shaft, so that not only the increase in the number of drive shaft and caused the driver of the bridge parts in particular Shell Bridge, the main axle, and other parts can not be universal. The 8 8 on the car, this non-drive-through is even more inappropriate for the bridge, a difficult layout. In order to address these problems, and more modern bridges are built on a car driving through the drive-type layout of the bridge.In the drive-through layout of the bridge, the bridge of the vertical shaft arranged in the same vertical plane and drive the bridge were not Shaft with their own sub-actuator directly connected, but located at the front of the actuator or Behind the bridge of the two adjacent shaft, the layout of the series is. Before and after the driver of the car at both ends of the bridges driving force is divided by the actuator and through the middle of the bridge and pass. The advantage is not only a reduction of the number of drive shaft, but the driver raised the bridge parts commonality with each other and to simplify the structure, reducing the size and quality. This cars design (such as car variant), manufacturing and maintenance, are convenient. Due to the non-drive off the bridge structure is simple, low-cost, reliable access to information relevant in the light truck designs.- 14 -哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) I 摘要 驱动桥作为汽车四大总成之一,它的性能的好坏直接影响整车性能, 而对于载重汽车显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足 目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的需要时,必须要搭配一个 高效、可靠的驱动桥。所以采用传动效率高的双级减速驱动桥已成为未来 重载汽车的发展方向。 本文参照传统驱动桥的设计方法进行了载重汽车驱动桥的设计。本文 首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数;然后参考类似驱动桥的结 构,确定出总体设计方案;最后对主,从动锥齿轮,差速器圆锥行星齿轮, 半轴齿轮,全浮式半轴和整体式桥壳的强度进行校核以及对支承轴承进行 了寿命校核。本文不是采用传统的双曲面锥齿轮作为载重汽车的主减速器 而是采用弧齿锥齿轮。 关键词:载重汽车;驱动桥;双级主减速器;全浮式半轴 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) II Abstract As a vehicle drive axle assembly of one of the four, and its performance will have a direct impact on vehicle performance, and it is particularly important for trucks. When using high- power engine torque output of large trucks to meet the current fast, heavy-duty high-efficiency, cost-effective and necessary, must be with an efficient, reliable bridge driver. Therefore, efficient use of transmission of a double-stage driver slow down the bridge has become a heavy-duty motor vehicles in the future development direction. In this paper, in the light of the traditional design of the drive axle of the truck driver for the design of the bridge. This article first identified the major components of the structure and main design parameters; then a similar reference to the drive axle of the structure to determine the overall design of the program; on the final owner, Gear Driven cone, cone differential planetary gear, axle gear, the all-floating Half-bridge and the overall strength of the shell to carry out verification as well as support for the life of bearing checking. This article is not a traditional double-bevel gear surface as the main reducer truck instead of using the spiral bevel gear, as a hope that this will continue to study this issue. Keyword truck driver bridge double-stage bridge slowdown spiral bevel gear 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) III 目 录 摘要 .I Abstractb. 第 1章 绪论 .1 第 2章 驱动桥总成的结构型式 .4 2.1 驱动桥总体方案的确定 .4 2.1.1 非断开式驱动桥的结构分析 .4 2.1.2 断开式驱动桥的结构分析 .5 2.2 本设计驱动桥结构形式的确定 .6 第 3章 主减速器 .8 3.1 主减速器的结构形式 .8 3.1.1 主减速器的齿轮类型 .8 3.1.2 主减速器主从动锥齿轮的支承形式 .8 3.2 主减速器的基本参数选择与设计 .9 3.2.1 主减速比的确定 .9 3.2.2 主减速器计算载荷的确定 .10 3.2.3 主减速器基本参数的确定 .12 3.2.4 主减速器传动齿轮的几何尺寸计算 .13 3.2.5 主减速器轴承的选择 .14 3.2.6 主减速器齿轮的材料及热处理 .19 3.2.7 主减速器传动齿轮的强度校核 .23 第 4章 差速器 .23 4.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计 .23 4.1.1 差速器齿轮基本参数的确定 .23 4.1.2 差速器齿轮的几何尺寸的确定 .23 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) IV 4.2 差速器齿轮的强度校核 .24 第 5章 驱动半轴设计 .26 5.1 全浮式半轴的杆部直径的初选 .26 5.2 全浮式半轴的强度校核 .26 5.3 半轴花键的强度校核 .26 第 6章 驱动桥桥壳 .28 6.1 桥壳的结构形式 .28 6.1.1 整体式桥壳结构形式分析 .28 6.1.2 铸造整体式桥壳结构形式分析 .28 6.1.3 钢板冲压焊接整体式桥壳 .28 6.1.4 钢管扩张成形整体式桥壳 .29 6.2 桥壳的受力分析与强度校核 .29 6.2.1 桥壳的静弯曲应力计算 .29 6.2.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度校核 .30 6.2.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度校核 .31 6.2.4 汽车紧急制动时的桥壳强度校核 .33 结论 .35 致谢 .36 参考文献 .37 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 0 - 第 1章 绪论 汽车驱动桥位于传动系的末端。其基本功用首先是增扭、降速、改变 转矩的传递方向,即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩,并将转矩 合理的分配给左右驱动车轮;其次,驱动桥还要承受作用于路面或车身之 间的垂直力,纵向力和横向力,以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一 般由主减速器,差速器,车轮传动装置和桥壳组成。 对于重型载货汽车来说,要传递的转矩较乘用车和客车以及轻型商用 车都要大得多,以便能够以较低的成本运输较多的货物,选择功率较大的 发动机,这就对传动系统有较高的要求,而驱动桥在传动系统中起着举足 轻重的作用。随着目前国际上石油价格的上涨,汽车的经济性日益成为人 们关心的话题,这不仅仅只对乘用车,对于载货汽车,提高其燃油经济性 也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝。因为一般情况 下重型载货汽车所采用的发动机都是大功率,大转矩的。装载质量在十吨 以上的载货汽车的发动机,最大功率在 140KW 以上,最大转矩也在 700Nm 以上,百公里油耗是一般都在 34 升左右。为了降低油耗,不仅要 在发动机的环节上节油,而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必 须在发动机的动力输出之后,在从发动机传动轴驱动桥这一动力输送 环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。在这一环节中,发动机是动 力的输出者,也是整个机器的心脏,而驱动桥则是将动力转化为能量的最 终执行者。因此,在发动机相同的情况下,采用性能优良且与发动机匹配 性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。所以设计新型的驱动桥成 为新的课题。设计驱动桥时应当满足如下基本要求: (1)选择适当的主减速比,以保证汽车在给定的条件下具有最佳的 动力性和燃油经济性; (2)外廓尺寸小,保证汽车具有足够的离地间隙,以满足通过性的 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 1 - 要求; (3)齿轮及其他传动件工作平稳,噪声小; (4)在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率; (5)具有足够的强度和刚度,以承受和传递作用于路面和车架或车身 间的各种力和力矩;在此条件下,尽可能降低质量,尤其是簧下质 量,减少不平路面的冲击载荷,提高汽车的平顺性; (6)与悬架导向机构运动协调; (7)结构简单,加工工艺性好,制造容易,维修,调整方便。 目前我国正在大力发展汽车产业,采用后轮驱动汽车的平衡性和操纵 性都将会有很大的提高。后轮驱动的汽车加速时,牵引力将不会由前轮发 出,所以在加速转弯时,司机就会感到有更大的横向握持力,操作性能变 好。维修费用低也是后轮驱动的一个优点,尽管由于构造和车型的不同, 这种费用将会有很大的差别。如果你的变速器出了故障,对于后轮驱动的 汽车就不需要对差速器进行维修,但是对于前轮驱动的汽车来说也许就有 这个必要了,因为这两个部件是做在一起的。 所以后轮驱动必然会使得乘车更加安全、舒适,从而带来可观的经济 效益。通过对驱动桥的设计,使所选车型能达到最佳的动力性和经济性, 并采用标准化设计,使其修理保养方便,进行优化设计,可靠性设计等内 容,更好地学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 本设计驱动桥车型技术参数如表 1-1 所示。 表 1-1 技术参数 最高车速 87km/h 整车重量 5.02 吨 额定载重 2.8 吨 最大总质量 8.015 吨 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 2 - 续表 1-1 技术参数 最大载重 9.95 吨 最大输出功率 88kw 最大输出扭矩 835Nm 后桥允许载荷 5.085 吨 变速器档位数 6 1 档传动比 6.515 2 档传动比 3.796 3 档传动比 2.284 4 档传动比 1.248 5 档传动比 1 6 档传动比 0.85 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 3 - 第 2章 驱动桥总成的结构 2.1驱动桥总体方案的确定 驱动桥的结构型式按工作特性分,可以归并为两大类,即非断开式驱 动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时,应该选用非断开式 驱动桥;当驱动车轮采用独立悬架时,则应该选用断开式驱动桥。因此, 前者又称为非独立悬架驱动桥;后者称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动 桥结构叫复杂,但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。 2.1.1 非断开式驱动桥的结构分析 非断开式驱动桥是指主减速器和半轴装在整体的桥壳内,该形式车桥 和车轮只能随路面的变化而变化,使车桥整体上下跳动。由于结构简单、 造价低廉、工作可靠,广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上,在多 数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥 壳结构虽然各不相同,但是有一个共同特点,即桥壳是一根支承在左右驱 动车轮上的刚性空心梁,齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱 动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量,汽车簧下质量较大,这是 它的一个缺点。 驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱 动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下,也就限定了主减速器从动齿轮 直径的尺寸。在给定速比的条件下,如果单级主减速器不能满足离地间隙 要求,可该用双级结构。在双级主减速器中,通常把两级减速器齿轮放在 一个主减速器壳体内,也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮 边减速器:越野汽车为了提高离地间隙,可以将一对圆柱齿轮构成的轮边 减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方;公共汽车为了降低汽车的 质心高度和车厢地板高度,以提高稳定性和乘客上下车的方便,可将轮边 减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方;有些双层公共汽车为了进 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 4 - 一步降低车厢地板高度,在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时,将主减速器 及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。 在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货 汽车上,有时采用蜗轮式主减速器,它不仅具有在质量小、尺寸紧凑的情 况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点,而且对汽车的总体布 置很方便。 2.1.2 断开式驱动桥的结构分析 断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连 接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的,并 且彼此之间可以做相对运动,所以这种桥称为断开式的。另外,它又总是 与独立悬挂相匹配,故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段,主减速器 及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上,或与脊梁式车架相联。主减 速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。 两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作 上下摆动,相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。 汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶 平顺性的主要因素,而汽车簧下部分质量的大小,对其平顺性也有显著的 影响。断开式驱动桥的簧下质量较小,又与独立悬挂相配合,致使驱动车 轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好,由此可大大地减小汽 车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜,提高汽车的行驶平顺性和平均 行驶速度,减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏,提高其可靠性及使 用寿命。但是,由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂,故 这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的轿车及一些越野汽车上,且后 者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 5 - 由于要求本课题设计的是 9.95 吨级的后驱动桥,要设计这样一个级 别的驱动桥,一般选用非断开式结构以与非独立悬架相适应,且非断开式 驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠,查阅资料,可参照国内相关货车 的设计,最后本课题选用非断开式驱动桥。该种形式的驱动桥的桥壳是一 根支撑在左右驱动车轮的刚性空心梁,一般是铸造或钢板冲压而成,主减 速器,差速器和半轴等所有传动件都装在其中,此时驱动桥,驱动车轮都 属于簧下质量。 重型汽车驱动桥技术已呈现出向双级化发展的趋势,主要是双级驱动 桥还有以下几点优点: (l) 双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,在重型汽车上占有重要地位; (2) 重型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,重型汽车使 用条件对汽车通过性的要求降低。因此,重型汽车不必像过去一样,采用 复杂的结构提高通过性; (4) 与带轮边减速器的驱动桥相比,由于产品结构简化,双级减速驱 动桥机械传动效率提高,易损件减少,可靠性提高。 双级桥产品的优势为双级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的 角度看, 重型车产品在主减速比小于 6 的情况下,应尽量选用双级减速 驱动桥。 所以此设计采用双级主减速器再配以整体式桥壳。 2.2本设计驱动桥结构形式的确定 普通非断开式驱动桥,由于其结构简单,造价低廉,工作可靠,广泛 地用在各种载货汽车及公共汽车上,在多数的越野汽车上也采用这种结构。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 6 - 普通的非断开式驱动桥的特点是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性 空心梁,而主减速器、差速器及半轴等传动件都装在其中。这时,整个驱 动桥和驱动车轮的质量以及传动轴的部分质量都属于汽车的非悬挂质量, 使汽车的非悬挂质量较大,这是普通非断开式驱动桥的一个弱点,这种驱 动桥和轮毂,制动器及制动鼓的总质量约占一般汽车底盘质量的 11%-16%。 图 2-1 非断开式驱动桥 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 7 - 第 3章 主减速器 3.1 主减速器的结构形式 主减速器的结构形式按参加减速传动的齿轮副数目分,有单级主减速 器和双级主减速器。 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。弧齿锥齿轮传动,其特点是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, 工作平稳,噪声和振动小,所以在此选用弧齿锥齿轮传动。 3.1.2 主减速器主从动锥齿轮的支承形式 作为一个 9.95 吨级的驱动桥,传动的转矩较大,所以主动锥齿轮采用 悬臂式支承,如图 3-1 所示。 图 3-1 主动锥齿轮跨置式 从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承。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 轮大端分度圆直径的 70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上,应使 c 等 于或大于 d,如图 3-2 所示。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 8 - 图 3-2 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 3.2.1 主减速比的确定 在给定发动机最大功率 及其转速 的情况下,所选择的 i 值应amxPpn0 能保证这些汽车有尽可能高的最高车速 。这时 i 值应按下式来确定:amxv0 (3-1)rp0amxghni=.37vi 式中: 车轮的滚动半径, =0.5m;r r igh变速器量高档传动比。i gh =1。 对于其他汽车来说,为了得到足够的功率储备而使最高车速稍有下降, i 一般选择比上式求得的大 1025,即按下式选择:0 (3-2)rp0amxghFLBni=(.37.42)vi 式中: i分动器或加力器的高档传动比; iLB轮边减速器的传动比。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 9 - 计算出 i =4.450 3.2.2 主减速器计算载荷的确定 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ce (3-nKiTToLec /maxmN 3) 式中: 发动机至所计算的主减速器从动锥齿轮之间的传动系的最低TLi 挡传动比,在此取 6.5; 发动机的输出的最大转矩,在此取 835 ;maxe mN 传动系上传动部分的传动效率,在此取 0.9;T 该汽车的驱动桥数目在此取 1;n 由于猛结合离合器而产生冲击载荷时的超载系数,对于一般oK 的载货汽车 =1.0,当性能系数 0 时可取 =2.0。oKpfoK (3- 16Tgm0.95 0. Tgm.195-6eaxeaeax当当pf 4)式中: 汽车满载时的总质量在此取 9950 。amgK 所以 0.195 =23.2416 835109 =-0.330 即 =1.0pfoK 由以上各参数可求 Tce 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 10 - = =4896.02Tce19.05.683mN 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 csT (3-LBriGcs/2 5) 式中: 汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷,预2 设后桥所承载 5085N 的负荷; 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; 车轮的滚动半径,滚动半径为 0.5m;r , 分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车LBi 轮之间的传动效率和传动比, 取 0.9,由于没有轮LB 边减速器 取 1.0。LBi 所以 = =2410.25rcsGT/2 0.19585mN 按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 cfT (3- )( PHRLBrTacf ffni 6) 式中: 汽车满载时的总重量,在此取 9950N;aG 所牵引的挂车满载时总重量,N,但仅用于牵引车的计算;T 道路滚动阻力系数,计算时轿车取 0.0100.015;对于载货Rf 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 11 - 汽车可取 0.0150.020;越野车取 0.0200.035;在此取 0.018; 汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数,对于载货汽车可取Hf 0.050.09 在此取 0.07; 汽车的性能系数在此取 0。pf 所以 )(PHRLBrTacf ffniG m486.N07.18.0.95cf 3.2.3 主减速器基本参数的确定 主减速器齿轮的主要参数有一级传动主、从动齿轮的齿数 和 ,从1z2 动锥齿轮大端分度圆直径 、端面模数 、主从动锥齿轮齿面宽 和 ,2Dtm1b2 二级传动主、从动齿轮齿数 和 、模数和齿厚等。3z4 一级传动主、从动齿轮的齿数取 =10, =36, + =464012z12z 从动锥齿轮大端分度圆直径 和端面模数2Dtm 可根据经验公式初选,即2D (3-7)322cDTK 式中: 直径系数,一般取 13.016.0;2D 从动锥齿轮的计算转矩, ,为 Tce 和 Tcs 中的较小者。Tc mN 所以 =( 13.016.0 ) =200.92325.401 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 12 - 初选 =200.9 则 = / =200.9/36=5.582Dtm2Dz 有参考机械设计手册表 23.4-3 中 选取 6 t 对于一级传动从动锥齿轮齿面宽 ,推荐不大于节锥 的 0.3 倍,即2b2A ,而且 应满足 ,对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采223.0Ab2btm10 用: =0.155 200.9=31.1 在此取 3115D 通常小齿轮的齿面加大 10%较为合适,在此取 =341b 二级传动主、从动齿轮的齿数取 =15, =55,从动齿轮 的模数取 m=43z44z 二级传动从动齿轮齿厚 =73, =66。3b4 3.2.4 主减速器传动齿轮的几何尺寸计算 主减速器一级传动齿轮的几何尺寸如表 3-1 所示。 表 3-1 主减速器一级传动齿轮的几何尺寸 序 号 项 目 计 算 公 式 计 算 结 果 1 主动齿轮齿数 1z10 2 从动齿轮齿数 2 36 3 端面模数 m6 4 齿面宽 b =34 1b =312 5 全齿高 h =13.2h 6 法向压力角 =22.5 7 轴交角 =90 8 节圆直径 =dmz 601d =2162 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 13 - 9 节锥角 arctan121z=15.521 10 节锥距 A = 1sin d0A =111.110 11 周节 t=3.1416 mt=18.85 12 齿顶高 ah=6ah 13 齿根高 f =7.2 f 14 径向间隙 c= mc*c=2.31 15 齿根角 0artnAhfff=2.91 16 面锥角 21f2fa=15.611a =80.272 续表 3-1 主减速器一级传动齿轮几何尺寸 17 根锥角 =1f1f =2f2f =9.791f =74.512f 18 齿顶圆直径 11cosaahd =2a21coshd =71.52ad =222.362 主减速器二级传动齿轮的几何尺寸如表 3-2 所示。 表 3-2 主减速器二级传动齿轮的几何尺寸 序 号 项 目 计 算 公 式 计 算 结 果 1 主动齿轮齿数 3z15 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 14 - 2 从动齿轮齿数 4z55 3 端面模数 m4 4 齿厚 b =73 3b =664 5 中心距 a a=140 6 节圆直径 =dmz 603d =2204 7 齿顶高 ah=4ah 8 齿根高 f =5f 9 齿顶圆直径 3ad4 =683ad =2284 3.2.5 主减速器轴承的选择 作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力 A 和径向力 R 分别为 (3-8)cosinstacossinFFSNaz (3-9)itnsicoSRz 可计算 14946.6N 52.1cos3i52.1i.ta35cs107.8azF =5435.12NRz .in.cos.tno. 对于采用跨置式的主动锥齿轮和从动锥齿轮的轴承径向载荷,如图 3-5 所示。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 15 - 图 3-5 主减速器轴承的布置尺寸 轴承 A,B 的径向载荷分别为 R = (3-225.01maZRZdFbFa 10) (3-22.maZRZBc 11) 根据上式已知 =14947N, =5435N,a=91mm ,b=63mm,c=28mmaZFRZ 所以轴承 A 的径向 =A22 7.5149.063546318709 =12956N 其轴向力为 0 轴承 B 的径向力 R =B22 7.5149.06354815709 =8223N (1)对于轴承 A,采用圆锥滚子轴承 30208,此轴承的额定动载荷 Cr 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 16 - 为 105.65KN,所承受的当量动载荷 Q=XR =112956=12956N。所以有A 公式 s (3-12)610 QfCrLpt 式中: 为温度系数,在此取 1.0;tf 为载荷系数,在此取 1.2。p 所以 = =5.9410 sL63 10295.168 此外对于无轮边减速器的驱动桥来说,主减速器的从动锥齿轮轴承的计算 转速 为2n r/min (3-13)ramv6. 式中: 轮胎的滚动半径;r 汽车的平均行驶速度,km/h;对于载货汽车和公共汽车可取amv 3035 km/h,在此取 33 km/h。 所以有上式可得 = =175.56 r/min2n5.036 而主动锥齿轮的计算转速 =175.565.4=948.024r/min1 所以轴承能工作的额定轴承寿命: h (3-14) nLh60 式中: 轴承的计算转速,r/min。 有上式可得轴承 A 的使用寿命 =10442.8 h024.98615hL 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 17 - 若大修里程 S 定为 100000 公里,可计算出预期寿命即 = h (3-15)hLamv 所以 = =3030.30 h310 和 比较, ,故轴承符合使用要求。hh (2)对于轴承 B,在此选用 30207 型轴承。 在此径向力 R=8223N 轴向力 A=17625N,所以 =2.14e 由机械设RA 计可查得 X=0.4,Y=0.4cota=0.4cot =0.97。5.2 当量动载荷 Q= (3-16)YAXRfd 式中: 冲击载荷系数在此取 1.2。df 有上式可得 Q=1.2(0.48223+0.9717625)=24462.5N 所以轴承的使用寿命由式(3-19)和式(3-20)可得 = = =10833.7 h3030.30h=hL QCrn16703105.24689170 hL 所以轴承符合使用要求。 对于轴承 C 采用 30304,轴向力 A=10420N,径向力 R=8004.6;所以 =1.3e 由机械设计可查得RA X=0.4,Y=0.4cota =0.4cot =0.97。5.2 Q= =1.2( 0.410420+0.978004.6)=14318.9N YRXfd = = =16561hhL QCrn16703109.48756.10hL 轴承 C 符合要求。 轴承 D 采用 30208,轴向力 A=12560N,径向力 R=19445.8N, =0.65eRA 得 X=0.4,Y=0.4cota =0.4cot =0.97。5.2 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 18 - Q= =1.2(0.412560+0.9719445.8 ) =28663.7N YRXAfd = = =16759.3hhL QCrn16703107.286495.10hL 轴承 D 满足使用要求。 轴承 E,F 的径向力计算公式为: =ER22 1.864975.065436185702 =12352.6N =F 22 .18 =16387.6N 轴承 E,F 采用 30208 圆锥滚子轴承。 对于轴承 E,轴向力 A=12560N,径向力 R=16387.6N =1.02e 得 X=0.4,Y=0.4cota=0.4cot =0.97RA 5.2 Q= =1.2(0.412560+0.9712352.6 ) =20407.2N YXfd = = =21863.5hhL QCrn16703102.47956.10hL 轴承 E 符合使用要求。 对于轴承 F,轴向力 A=12560N,径向力 R=16387.6N =0.77e 得 X=0.4,Y=0.4cota=0.4cot =0.97。RA 5.2 Q= =1.2(0.412560+0.9716387.6 ) =25103.9N YXfd = = =24032.7hhL QCrn16703109.25476.10hL 轴承 F 符合使用要求。 3.2.6 主减速器齿轮的材料及热处理 在此,齿轮所采用的钢为 20CrMnTi 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 19 - 用渗碳合金钢制造的齿轮,经过渗碳、淬火、回火。 3.2.7 主减速器圆弧锥齿轮的强度校核 (1) 单位齿长上的圆周力 N mm (3-17)2bPp 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; rG2 从动齿轮的齿面宽,在此取 31mm。 2b 按发动机最大转矩计算时: Nmm (3-21 3max0bdiTpge 18) 式中: 发动机输出的最大转矩,在此取 835 ;maxeT mN 变速器的传动比;gi 主动齿轮节圆直径,在此取 60mm。1d 按上式 Nmm2.763126085.3p 按最大附着力矩计算时: Nmm (3-19)2 30bdrGp 式中: 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 20 - 汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷,在此取2G 5085N; 按上式= 742.61 Nmm312605.850 3p 其中上述两种方法计算用的许用单位齿长上的圆周力p都为 1865N/mm 。2 (2)轮齿的弯曲强度校核 汽车主减速器锥齿轮的齿根弯曲应力为 N/ (3-JmzbKTvs20 312 20) 式中: 该齿轮的计算转矩,Nm;T 超载系数;在此取 1.0;0K 尺寸系数,反映材料的不均匀性,与齿轮尺寸和热处理有关,s 当 时, ,在此 0.7;6.14.25mKs4.256sK 载荷分配系数, 1.001.10;m 质量系数,对于汽车驱动桥齿轮,可取 1.0;v 计算齿轮的齿面宽;b 计算弯曲应力的综合系数,按图 3-3 选取小齿轮的J 0.225,大齿轮 0.195 。J 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 21 - 按上式 95.75 N/ 210.9 N/2 31 65.041782 2m2m =128.83 N/ 210.9 N/ .2 32 22 所以主减速器齿轮满足弯曲强度要求。 图 3-3 弯曲计算用综合系数 J (3) 轮齿的表面接触强度校核 锥齿轮的齿面接触应力为: N/ (3-21)bJKTdCvfmspj 301122 式中: 主动齿轮的计算转矩; 材料的弹性系数,对于钢制齿轮副取 232.6 /mm;pC 2 1N 尺寸系数,在缺乏经验的情况下,可取 1.0;sK 表面质量系数,对于制造精确的齿轮可取 1.0;f 计算接触应力的综合系数。按图选取 =0.122。J J 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 22 - 按上式 =802.08 1750 N/3412.00548620.3 3j 2m 主、从动齿轮的齿面接触应力相等。所以均满足要求。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 23 - 第 4章 差速器 4.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计 4.1.1 差速器齿轮基本参数的确定 行星齿轮选 10 齿,半轴齿轮选 18 齿。 行星齿轮与半轴齿轮的节锥角 ,12 = =29.05 =90- =60.95211arctnz80rta12 再求出圆锥齿轮的大端端面模数 m m= = = =3.3310sinzA20siz05.9sin18 由于强度的要求在此取 m=5 得 =50 =518=9051md2zd 行星齿轮安装孔的直径 及其深度 L 行星齿轮的安装孔的直径 与行星齿轮轴的名义尺寸相同,而行星齿 轮的安装孔的深度就是行星齿轮在其轴上的支承长度,通常取: (4-1) 1.L (4-2)nlTc 302. (4-3)lc1. 30 24mm 27mm36475.289241.L 4.1.2 差速器齿轮的几何尺寸的确定 差速器齿轮的几何尺寸如表 4-1 所示。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 24 - 表 4-1 差速器齿轮的几何尺寸 序号 项目 计算公式 计算结果 1 行星齿轮齿数 10,应尽量取最小值1z =101z 2 半轴齿轮齿数 =14252 =182 3 模数 m=5mmm 4 齿面宽 b 9mm 5 全齿高 h 11mm 6 压力角 22.5 7 轴交角 =90 8 节圆直径 ; 1mzd2z 501d92 9 节锥角 ,21arctnz190 =29.05,.62 10 节锥距 210sini dA=103.07mm0A 11 周节 =3.1416tm=15.7mmt 12 齿顶高 ah5mm 13 齿根高 f =6mmfh 14 径向间隙 = - =0.188 +0.051chgm=1.931mmc 4.2 差速器齿轮的强度校核 轮齿弯曲强度 为w = MPa (4-4) wJmbzKTvs20 31 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 25 - 式中: 差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩,其计算式T 在此 为 734.4Nm;n6.0T 差速器的行星齿轮数; 半轴齿轮齿数;2z 计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数查得 =0.226。J J 图 4-3 弯曲计算用综合系数 根据上式 = =926 MPa980 MPaw26.05189.1794.7302 所以,差速器齿轮满足弯曲强度要求。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 26 - 第 5章 驱动半轴设计 驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端,其功用是将转矩由差速 器的半轴齿轮传给驱动车轮。在一般的非断开式驱动桥上,驱动车轮的传 动装置就是半轴,半轴将差速器的半轴齿轮与车轮的轮毂联接起来,半轴 的形式主要取决半轴的支承形式:普通非断开式驱动桥的半轴,根据其外 端支承的形式或受力状况不同可分为半浮式,3/4 浮式和全浮式,在此由 于是载重汽车,采用全浮式结构。 5.1 全浮式半轴的杆部直径的初选 全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行 (5-33 3)18.205.(196.0TTd 1) 根据上式 =(29.431.2)mm36.7.2 根据强度要求在此 取 30mm。d 5.2 全浮式半轴的强度校核 首先是验算其扭转应力 : MPa (5-316dT 2) 式中: 半轴的计算转矩,Nm 在此取 2937.6Nm;T 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 27 - 半轴杆部的直径,mm。d 根据上式 472 MPa =(490588) MPa30164.297 所以满足强度要求。 5.3 半轴花键的强度校核 计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其花键的剪切应力和挤压应 力。 半轴花键的剪切应力 为s MPa (5-3)bzLdDTpABs410 3 半轴花键的挤压应力 为c MPa (5-pABABc zLdDT2410 3 4) 式中: 半轴承受的最大转矩,Nm ,在此取 2937.6Nm;T 半轴花键的外径,mm,在此取 30mm;BD 相配花键孔内径,mm,在此取 25mm;Ad 花键齿数;在此取 24;z 花键工作长度,mm,在此取 55mm;pL 花键齿宽,mm,在此取 4mm;b 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 28 - 载荷分布的不均匀系数,计算时取 0.75。 根据上式可计算得 = =53.95 MPas75.042453016.97 3 = =86.32 MPa c.2. 3 根据要求当传递的转矩最大时,以上计算均满足要求。 第 6章 驱动桥桥壳 驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一,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架及车架上。因此,桥壳既 是承载件又是传动件。设计时必须考虑在动载下桥壳有足够的强度和刚度。 6.1 桥壳的结构型式 桥壳的结构型式有三种,即可分式桥壳,整体式桥壳和组合式桥壳。 本设计采用整体式桥壳。 6.1.1 整体式桥壳结构形式分析 整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体,桥壳犹如一个整体的 空心梁,其强度和刚度都比较好。 6.1.2 铸造整体式桥壳结构形式分析 通常可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。 铸造整体式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理想的形状,壁厚能够 变化,可得到理想的应力分布,其强度及刚度均较好,工作可靠,故要求 桥壳承载负荷较大的中、重型汽车,适于采用这种结构。尤其是重型汽车 适合采用这种结构。在球铁中加入 1.7%的镍,解决了球铁低温(-41C) 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 29 - 冲击值急剧降低的问题,得到了与常温相同的冲击值。为了进一步提高其 强度和刚度,铸造整体式桥壳的两端压入较长的无缝钢管作为半轴套筒。 另外,由于汽车的轮毂轴承是装在半轴套管上,其中轮毂内轴承与桥壳铸 件的外端面相靠,而外轴承则与拧在半轴套管外端的螺母相抵,故半轴套 管有被拉出的倾向,所以必须将桥壳与半轴套管用销钉固定在一起。 6.1.3 钢板冲压焊接整体式桥壳 是由钢板冲压件焊成的桥壳主体,两端再焊上带凸缘的半轴套管及 钢板弹簧座等组成。 钢板冲压焊接整体式桥壳,除了制造工艺简单,材料利用率高,废品 率很低,生产率高及制造成本低等优点外,还有足够的强度和刚度,特别 是其质量小,却比有些铸造式桥壳更安全可靠。 6.1.4 钢管扩张成形整体式桥壳 这种桥壳是由中碳无缝钢管或钢板卷焊钢管扩张,滚压成形制成。将 钢管中间扩孔,两端滚压变细,再加焊凸缘及钢板弹簧座等,这种制造工 艺的生产率高,材料的利用率最高,桥壳质量虽小而强度和刚度却比较好, 但需要专用扩张,滚压成形轧制设备。使用于轿车和轻型汽车的大批量生 产。 6.2 桥壳的受力分析与强度校核 6.2.1桥壳的静弯曲应力计算 桥壳犹如一空心横梁,两端经轮毂轴承支承于车轮上,在钢板弹簧座 处桥壳承受汽车的簧上载荷,而沿两侧轮胎中心线,地面给轮胎以反力 (双胎时则沿双胎中心线) ,桥壳则承受此力与车轮重力 之差值,2/G wg 计算简图如图 6-1 所示。 桥壳按静载荷计算时,在其两钢板弹簧座之间的弯矩为 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 30 - (6-1) 2s-B)(2wgGM mN18905.4095 式中: 汽车满载静止水平路面时驱动桥给地面的载荷,N;2G 车轮的重力,N;wg 驱动车轮轮距, m;B 驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离,m。s 由弯矩图 6-1 可见,桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。由于 大大地小于 /2,且设计时不易准确预计,当无数据时可忽略。wg2G 而静弯曲应力为: MPa (6-310vwjWM 2) Pwj 04.26172608953 式中: 危险断面处桥壳的垂向弯曲截面;VW ;2607)(613bhBHv ;9.5h 扭转截面系数 。t 1420)-(H1BWt 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 31 - 图 6-1 桥壳静弯曲应力的计算简图 6.2.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算 当汽车高速行驶于不平路面上时,桥壳除承受在静载状态下的那部分载荷 外,还承受附加的冲击载荷。这时桥壳载动载荷下的弯曲应力为: MPa (6-3)wjdk MPw1.6504.2 式中: 动载荷系数,对载货汽车取 2.5;dk 桥壳载静载荷下的弯曲应力,26.04 MPa。wj 6.2.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算 这时不考虑侧向力,如图 6-2 所示,汽车以最大牵引力行驶时桥壳的 受力分析简图。此时作用在左右驱动车轮上除有垂向反力外,尚有切向反 力。地面对左右驱动车轮的最大切向反力为 N (6-4) rTLeiP/maxa 5.79805.0.81683x 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 32 - 式中: 发动机的最大转矩 835 ;maxeTmN 传动系最低档传动比 6.515;Li 传动系的传动效率 0.9;T 轮胎的滚动半径 0.5m。r 图 6-2 汽车以最大牵引行驶时桥壳的受力分析简图 后驱动桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯曲矩为: (6-5)2)2(sBgmGMwv mN v 680.18.950 式中: 汽车加速行驶时的质量转移系数 1.2。 2m 由于驱动车轮的最大切向反力使桥壳也承受水平方向的弯矩,对于装 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 33 - 用普通圆锥齿轮差速器的驱动桥,在两弹簧之间桥壳所受的水平方向的弯 矩为: (6-6)2maxsBpMehN mh 3.15604.815.790 桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩。这时在两板簧座 间桥壳承受的转矩为: (6-NiTTLe 01.248max 7) 式中: 见式(6-4)下的说明。TLei,max 53.MPWhvw 2.17Tt 6.2.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算 这时不考虑侧向力。如图 6-3 所示,汽车在紧急制动时桥壳的受力分 析简图。此时作用在左右驱动车轮上除有垂向反力 外,尚有切向2/mG 反力,即地面对驱动车轮的制动力 。因此可求得:2/ 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 34 - 图 6-3 汽车紧急制动时桥壳的受力分析简图 紧急制动时桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩 及水平方向弯矩vM 分别为hM (6-8)mNsBgmGwv 3.821)2( (6-9)v .)( 式中: 见式(6-1)说明;sBG,2 汽车制动时的质量转移系数,对于越野汽车的后桥,m 0.85; 驱动车轮与路面的附着系数 0.8。 桥壳在两钢板弹簧的外侧部分同时还承受制动力所引起的转矩 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 35 - (6-10)mNrmGT5.8642 计算在钢板弹簧座附近的危险断面的弯曲应力和扭转应力分别为: (6-11) 4.89hvwWM 扭转应力 (6-8.60tT 12) 综上所述,所设计的桥壳满足这种条件下的强度要求。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 36 - 结论 本文是针对公路运输载货汽车驱动桥的设计,在设计过程中以提高可 靠性为目的,以“经济性,可靠性,合理性”为原则,提高和满足汽车在 综合使用条件下具有最佳的动力性和经济性,采用优化设计,对驱动桥各 部分总成如主减速器,差速器,半轴,桥壳等进行结构设计、参数计算, 强度校核等工作,初步掌握了汽车设计与机械设计的内容。 设计中,采用铸造整体式桥壳,双级主减速器,对称式圆锥行星齿轮 差速器,全浮式半轴等结构。在主减速器上加装了调整垫片,可以通过加 减垫片来调整齿轮啮合间隙和轴承预紧度。中间轴设计时,采用了调整垫 片来调整轴承的预紧度。 此次毕业设计,提高了我们的自学能力,并回顾了以往所学过的知识, 活跃了思维,锻炼了独立思考能力和创新意识,把理论与实践相结合,培 养了工程实践能力和理论研究能力。 鉴于自己的能力有限,对驱动桥的设计十分有限,并在设计中存在很 多的错误及不足之处,希望各位老师予以谅解并指正。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 37 - 致谢 在长达将近三个月的毕业设计中,从设计计算到图纸绘制,吴柏宇老 师尽职尽责,给我的毕业设计带来了很大的帮助,在此我对吴老师表示衷 心的感谢! 也特别感谢季海城、邹玉凤、李玉龙等等多位老师在毕业设计期间对 我的指导和帮助,使我顺利完成了毕业设计,谢谢你们! 通过这次毕业设计,使我查手册的能力得到了很大的提高。以前遇到 问题不是去问老师,就是跳过去,一点自己查资料的意识都没有。现在不 同了,通过指导老师的引导,通过自己的实践,现在可以独立到图书馆去 查资料,而且要查哪方面的资料,心理非常清楚,不像以前那么没有头绪 了。 在其他方面也有不少收获,比如说,这次毕业设计使我养成了一丝不 苟的工作方法。以前做作业时总是敷衍了事,一点耐心都没有,坐在凳子 上也不会安下心来,总是用一种浮躁的态度来对待自己的事情。现在不同 了,通过做毕业设计,我可以三、四个小时坐在凳子上不起身,心理很平 静,一点急噪的情绪都没有,这可能是做毕业设计给我留下的东西,这将 对我以后在社会上工作大有裨益。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 38 - 参考文献 1 刘惟信 编著.汽车车桥设计 .北京:清华大学出版社,2004 2 王春香 主编.基础材料力学.北京:科学出版社,2007 3 王望予 主编.汽车设计(第四版).北京:机械工业出版,2004 4 郭新华 主编.汽车构造.北京:高等教育出版社,2004 5 朱孝录 主编.齿轮传动设计手册.北京:化学工业出版社,2005 6 王黎钦 陈铁鸣 主编.机械设计(第四版).哈尔滨:工业大学出版社, 2008 7 重载汽车驱动桥的基本结构形式.http:/www.zhongka.Com 8 陈家瑞. 汽车构造M. 北京:机械工业出版社,2003. 9 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M:设计篇.北京:人民交通 出版社,2001. 10 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M:基础篇.北京:人民交通 出版社,2001. 11 石琴,陈朝阳,钱锋,温千红汽车驱动桥壳模态分析J.上海汽车, 1999,(4):1-3,8. 12 林军,周晓军,陈子辰,陈庆春.汽车驱动桥总成在线自动检测系统J. 机械与电子,2000, (4):20-21. 13 Ford Motor Company Arup Gangopadhyay, Sam Asaro, Michael Schroder,Ron Jensen and Jagadish Sorab. Fuel Economy Improvement Through Frictional Loss Reduction in Light Duty Truck Rear Axle.SAE,2002 14 Dirk Spindler Georg von Petery INA-Schaeffler KG. Angular Contact Ball Bearings for a Rear Axle Differential.SAE ,2003 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) - 39 -
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