东风EQ1090E型货车驱动桥总成的设计【含7张CAD图纸+文档全套】
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XX设计(XX)开题报告设计(论文)题目:东风EQ1090E型货车驱动桥总成的设计 院 系 名 称: 专 业 班 级: 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 指导委员会审查意见: 签字: 年 月 日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义;2. 文献综述(课题研究现状及分析);3. 基本内容、拟解决的主要问题;4. 技术路线或研究方法;5. 进度安排;6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上,文字要精练通顺,条理分明,文字图表要工整清楚。 XX设计(XX)开题报告学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称东风EQ1090E型货车驱动桥总成的设计一、课题研究现状、选题目的和意义1.研究现状及发展趋势为适应不断完善社会主义市场经济体制的要求以及加入世贸组织后国内外汽车产业发展的新形势,推进汽车产业结构调整和升级,全面提高汽车产业国际竞争力,满足消费者对汽车产品日益增长的需求,促进汽车产业健康发展,特制定汽车产业发展政策。通过该政策的实施,使我国汽车产业在2010年前发展成为国民经济的支柱产业,为实现全面建设小康社会的目标做出更大的贡献。政府职能部门依据行政法规和技术规范的强制性要求,对汽车、农用运输车(低速载货车及三轮汽车,下同)、摩托车和零部件生产企业及其产品实施管理,规范各类经济主体在汽车产业领域的市场行为。轻型载货汽车,在汽车发展趋势中,有着很好的发展前途。生产出质量好,操作简便,价格便宜的轻型载货汽车将适合大多数消费者的要求。在国家积极投入和支持发展汽车产业的同时,能研制出适合中国国情,包括道路条件和经济条件的车辆,将大大推动汽车产业的发展和社会经济的提高。但是,长期以来困扰中国汽车产业发展的散、乱和低水平重复建设问题,还没有从根本上得到解决。多数企业家预计,在新的汽车产业政策的鼓励下,将会有越来越多的汽车生产企业按照市场规律组成企业联盟,实现优势互补和资源共享。汽车驱动桥生产行业经过很多年的发展,现有的产品比较笨重没有什么技术含量,大多用在卡车大客车上,这种产品从诞生到现在基本没有多大的更新。所以,如果还是生产老式产品的话,会陷入同质化竟争难以取得好的效益,如果要在这外行业有所发展的话一定要有自己创新。开发出轻巧坚固的驱动桥,另外,老式的车桥不能更好地与地面保持平行,所以在路面不平时轮胎的抓地能力很差,现在的轿车大都淘汰了这种驱动桥,而采用性能更优越的多连杆整车桥。轻型载货汽车在汽车生产中占有大的比重,所以,轻型载货汽车的驱动桥需求量非常大,许多驱动桥生产厂家也都很看好这方面的市场前景。本课题是进行轻型载货汽车驱动桥的设计。驱动桥在整车中十分重要,设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥,能大大降低整车生产的总成本,推动汽车经济的发展。设计出小型轻型载货汽车驱动桥,包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件,协调设计车辆的全局。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作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。假如变速器出了故障,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。目前国内外研究的重点在于:从桥壳的制造技术上寻求制造工艺先进、制造效率高,成本低的方法:从齿轮减速形式上将传统的中央单机减速器发展到现在的中央及轮边双级减速或双级主减速器结构;从齿轮加工形式上车桥内部的主从动齿轮、行星齿轮及圆柱齿轮逐渐采用精磨加工,以满足汽车高速行驶要求及法规对于噪声的控制要求。2.选题目的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,而对于轻型载货汽车显得尤为重要。此次选题的目的在于设计一款具有良好的动力性、燃油经济性、操作稳定性的驱动桥总成的轻型载货汽车,通过对汽车整体的匹配性设计完成驱动桥的各部件的型号的设计与计算,并完成校核的设计过程。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳的组成,处于动力传动系的末端,它的作用是将万向传动装置传来的动力折过90角,改变动力的传递方向,并由主减速器降低转速,增大转矩后,经差速器分配给左右半轴和驱动轮。其基本功能是将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速胎、差速器、半轴等传到驱动车轮,实现降速增大转矩;通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向;通过差速器实现两侧车轮差速作用,保证内、外侧车轮以不同转速转向。3.选题意义 汽车驱动桥是汽车的重要总成,承载着汽车的满载簧荷重及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩,以及冲击载荷;驱动桥还传递着传动系中的最大转矩,桥壳还承受着反作用力矩,是将万向传动装置传来的发动机转矩传到驱动车轮上,还可以通过齿轮副改变转矩的传递方向,同时保证内、外侧车轮以不同转速转向,良好的驱动桥能保证具有合适的主减速比,使汽车具有良好的动力性和经济性;具有较大的离地间隙以保证良好的通过性;尽可能减轻重量以提高行驶的平顺性。因此驱动桥的结构形式选择、设计参数选取及设计计算对驱车的整车设计极其重要。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响外,也对汽车的可靠性与耐久性有重要影响。另外,汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。例如,驱动桥包含主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置(半轴及轮边减速器)、桥壳和各种齿轮。由上述可见,汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛,对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺。因此,通过驱动桥设计熟悉汽车驱动桥的结构、性能及设计过程,可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题驱动桥设计的基本内容:设计的驱动桥应符合国家各项轻型货车的标准,运行稳定可靠,成本低,适合本国路面的行驶状况(1)驱动桥、主减速器、差速器、半轴和驱动桥桥壳的结构形式选择(2)主减速器的基本参数选择与设计计算(3)差速器的设计与计算(4)半轴的设计与计算(5)驱动桥桥壳的受力分析及强度计算(6)用CAD画装配图和零件图。拟解决的主要问题设计出适合本课题的驱动桥。汽车传动系的总任务是传递发动机的动力,使之适应于汽车行驶的需要。在一般汽车的机械式传动中,有的变速器还不能完全解决发动机特性与汽车行驶要求间的矛盾和结构布置上的问题。1因为绝大多数的发动机在汽车上的纵向安置的,为使其转矩能传给左、右驱动车轮,必须由驱动桥的主减速器来改变转矩的传递方向,同时还得由驱动桥的差速器来解决左、右驱动车轮间的转矩分配问题和差速要求。2需将经过变速器、传动轴传来的动力,通过驱动桥的主减速器,进行进一步增大转矩、降低转速的变化。因此,要想使汽车驱动桥的设计合理,首先必须选好传动系的总传动比,并恰当地将它分配给变速器和驱动桥。 三、技术路线(研究方法)1.充分利用图书馆及现有的资源收集资料,调研了解驱动桥的组成、功用,掌握CAD制图的规范及要求,了解国内外驱动桥的发展状况2.到生产车间及实验室了解驱动桥的构造,各零部件的装配位置3.编写课题研究大纲和开题报告4.选择基本参数并对各参数进行设计与计算调查研究数据采集、分析、处理驱动桥设计可行性方案研究根据资料和研究方案确定驱动桥的总体布置设计方案选择基本参数并对各个零件进行设计计算绘制CAD零件图和装配图编写驱动桥设计说明书主减速器的结构形式选择主减速器基本参数选择与设计计算差速器的结构形式选择差速器的基本参数选择与设计计算半轴的基本参数选择与设计计算半轴的结构形式选择驱动桥壳的结构形式选择驱动桥壳的受力分析与强度计算四、进度安排(1)收集资料,调研,撰写开题报告 第一周(2月28日-3月6日)(2)周四交开题报告,实习了解驱动桥的构造 第二周(3月7日-3月13日)(3)完成各参数的设计、计算和校核工作,至少应有装配图的草图 第三周-第七周(3月14日-4月17日)(4)中期检查,画装配图和零件图 第八周(4月18日-4月24日)(5)画装配图和零件图,编写说明书 第九周-第十一周(4月25日-5月15日)(6)交毕业设计说明书和装配图、零件图,修改 第十二周(5月16日-5月22日)(7)毕业设计指导教师审核 第十三周(5月23日-5月29日)(8)毕业设计修改 第十四周(5月30日-6月5日) (9)毕业设计评阅教师评阅或预审 第十五周(6月6日-6月12日) (10) 毕业设计修改 第十六周(6月13日-6月19日) (11)毕业设计答辩 第十七周(6月20日-6月26日)五、参考文献1 刘惟信.汽车车桥设计M.北京:清华大学出版社,2004.2 张洪欣.汽车底盘设计M.北京:机械工业出版社,1998.3 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,2000.4机械设计手册联合编写组编.机械设计手册M.化学工业出版社,2004.5 张永奇.汽车驱动桥主减速器圆锥滚子轴承滚子接触应力分析J.吉林大学学报2008年第3期,2008.03.6 刘军利.单级桥:重型车桥的发展方向J. 商用汽车,2005.7 刘永辉 朱小波.重型汽车驱动桥的基本结构及发展方向J.科技经济市场,2006.8 胡迫青,梁高副.重型越野车驱动桥智能设计系统J.华中理工大学学报第27卷第11期,2007.11.9 刘小龙.大转矩汽车驱动桥主减速器齿轮的研制J.无锡职业学院学报,2008.07.10 王革新. 某车型汽车驱动桥壳的力学分析D .沈阳:东北大学,2006.11 陈芳. 双被齿驱动后桥的研究D .武汉:武汉理工,2010.12 龚溎义.机械设计课程设计图册M.北京:高等教育出版社,1989.13 王望予.汽车设计.第3版.北京:机械工业出版社,2000. 14 陈家瑞.汽车构造M.北京:人民交通出版社,2006.15汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M.北京:人民交通出版社,2001.16 Joseph Constance,DFMA leaning to Design for Manufacture and Assembly,Meeh,Erg,2007.17 A.Higuchi,Y.Saitoh.Optimal Control of Four Wheel Steering Veering Vehicle: Vehicle System Dynamic,12(2007),pp.397-410.六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日目 录II摘 要IIIAbstractIV1 绪 论12 驱动桥的结构类型以及参数32.1 驱动桥的种类32.2 驱动桥的结构组成43 主减速器的设计63.1 主减速器概述63.2 主减速器的基本参数选择和设计计算73.3 主减速器锥齿轮的强度校核103.4 齿轮的材料研究和热处理133.5 主减速器轴承载荷的计算和校核144 差速器的设计164.1 差速器简介164.2 差速器类型的选择164.3 差速器齿轮基本参数的确定174.4 差速器齿轮的强度计算175 半轴的设计195.1 半轴简述195.2 全浮式半轴195.3 半轴的设计205.4 半轴花键强度的计算205.5 半轴的材料216 驱动桥桥壳的设计226.1 驱动桥桥壳简介226.2 桥壳结构形式的选择226.3 驱动桥桥壳的受力分析和强度校核237 结 论25参考文献26致 谢27东风 EQ1090E 货车驱动桥总成的设计摘 要在现如今的汽车的前景市场上,汽车零部件的制造越来越趋向于简约精细高效化,而汽车驱动桥作为汽车四大总成之一,对于汽车整体的重要性不言而喻,优良的驱动桥可以改善汽车整体性价比,提高乘客的舒适度,提高汽车的整体水平。目前汽车行业发展越来越快速高效,因此制造出一个可靠优良的驱动桥对提高整个汽车的性价比和成本有巨大作用,对于推动经济发展,改造货车的动力系统结构具有很大的帮助。同时利用这次的毕业设计也可以巩固自己的知识,开拓视野,为自己以后的发展铺垫道路。本次毕业设计是以东风 EQ1090E 载物货车为设计原型,根据货车的主要参数货车总重,滚动半径等等一系列数据,建立在驱动桥的实用性与适用性的基础上,确定大体的方案,完成对主减速器载荷的计算和锥齿轮的选择与强度校核,还有差速器的选择和齿轮强度校核,半轴的形式以及强度校核以及驱动桥壳载荷能力的计算与校核。最后总结本次毕业论文的收获和经验。完成论文后需要根据其中所得的齿轮半轴等数据,运用 CAD 软件画出零件图和装配图。最后在老师的指导下做最后的改进,并且完成答辩,顺利毕业。关键词:东风货车;主减速器;差速器;半轴;驱动桥桥壳;IVDesign of Dongfeng EQ1090E Truck Drive Axle AssemblyAbstractIn the foreground market of todays automobiles, the manufacture of auto parts tends to be simpler, more sophisticated and more efficient, and the automobile drive axle, as one of the four major automotive assemblies, is self-evident to the car as a whole. The drive axle can improve the overall cost-effectiveness of the car, improve the comfort of passengers and increase the overall level of the car. At present, the development of the automotive industry is becoming faster and more efficient. Therefore, the production of a reliable and excellent drive axle has a tremendous effect on improving the cost performance and cost of the entire automobile. It is of great help to promote the economic development and transform the structure of the powertrain of the truck. At the same time, by using this graduation project, you can also consolidate your knowledge, broaden your horizons, and pave the way for your own future development.The graduation design is based on the Dongfeng EQ1090E cargo wagon design prototype, based on the trucks main parameters of the total weight of the truck, rolling radius and a series of data, established on the basis of the practicality and applicability of the drive axle, to determine the general plan Completion of the calculation of the final drive load and bevel gear selection and strength check, as well as the choice of differential and gear strength check, the form and strength of the semi-axle, and the calculation and calibration of the load capacity of the axle housing nuclear. Finally, we summarize the harvest and experience of this thesis. After completing the paper, it is necessary to use CAD software to draw the parts and assembly drawings based on the data obtained from the gear half shaft and other data. Finally, under the guidance of the teacher to make the final improvement, and complete the defense, graduated smoothly.Key words: Dongfeng truck; main reducer; differential; Drive axle housing1 绪 论本次论文是关于东风 EQ1090E 轻型货车驱动桥总成的设计,因为货车的载重超过一般车型,所以需要一个功率比较大的发动机,因此对于动力系统和动力传动系统要求变高, 同时油类资源的宝贵,高效驱动装置的需求迫在眉睫。文章的重点内容将围绕驱动桥的结构原理,驱动桥组成部分包括主减速器,差速器,半轴以及驱动桥壳来一一介绍和设计。对主要零部件的选择设计以及计算校核和它们的原理也将系统的说明。驱动桥总成是汽车四大总成之一,其他三个为发动机,变速器,车架,其重要性不言而喻。驱动桥主减速器,差速器,半轴,驱动桥桥壳这几个主要部位,对于整个汽车的启动以及动力传递都有很大作用,它的功能主要有:(1)将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器,差速器,半轴等传到驱动车轮降低速度增大转矩。(2)通过主减速器圆锥齿轮改变转矩的传递方向。(3)通过差速器改变左右两侧车轮的速度,保证内侧和外侧车轮以不同转速转向。(4)驱动桥桥壳起到承载作用1。在设计的过程中如果出现计算失误将影响结构类型的选择,从而将影响了车辆的使用寿命而且会大大降低车辆的行驶性能,比如操作性、平稳性、机动性以及燃油经济性等性能。因此驱动桥总成的设计应当满足以下几个要求:1.采用的主减速比尽量能够保证汽车具有最好的机动性和燃料经济性。2.整体尺寸大小要适中,驱动桥和地面距离正好,能保证安全。3.齿轮啮合处及其他传动件工作时平稳安全,噪声小。4.能够承受各种转矩和重量,并且传动效果好。5.在保证足够的强度和刚度的条件下,能够保证驱动桥在质量上尽量轻便,其中弹簧应该尽量小,以提高乘客的乘坐舒适性。6.结构简单,工艺性好性价比高,并且拆卸维修组装容易。驱动桥总成里包括了很多零部件,有的是大学课堂里学习过的,有的是还未接触到的, 但这些都与机械息息相关,利用这次毕业设计的机会可以充分了解和熟悉车辆各零部件的设计,可以更好的学习和了解汽车行业的机械性和动力等等各方面性能。在当下以科学技术为主要支撑点,以理论知识为指导,是现代设计的主要方法和理念。利用这种方式指导能够减小设计的盲目性和脱离实际情况的不切实际性,提高设计的高效率、高品质和高水平2。从现在的状况来看,我国驱动桥的目前研究重点在于寻找轻量化的驱动桥桥壳,从高科技,高技术制造业出发寻求成本低,制造工艺好,技术先进的驱动桥桥壳制造方案。同时深入改进减速器,差速器的技术方案,对齿轮的精加工逐步提高,改进货车整体的舒适性和噪声控制。目前在驱动桥桥壳材料的开发使用,主从齿轮,行星齿轮等齿轮的精加工上还是与国外的水平有些差距的。总之现在对于驱动桥的要求已经不仅仅局限于高效,更向着舒适,经济的方向发展 2。28而且驱动桥与汽车其他总成之间也有密切的联系,比如减速器,差速器影响着汽车行驶的安全性,半轴驱动桥桥壳则与稳定性息息相关,做好每一个部位,寻求最恰当的零件才能做出符合现代汽车理念的驱动桥总成。总之驱动桥作为汽车车身结构一个重要的组成结构,对提高汽车整体的经济性,实用性能具有重要的价值,高效经济的驱动桥对推动汽车产业的发展,优化汽车产业链具有至关重要的作用,也为防止国外垄断技术,对提高民族企业,竞争力具有重要作用3。2 驱动桥的结构类型以及参数2.1 驱动桥的种类驱动桥处于汽车的动力传动装置的末端,是重要的组成部分。其主要功能是增大由传动轴或变速器传递来的转矩,并将动力平均分配给左,右驱动轮,另外也承受作用于地面和车架或车身之间的垂直力,纵向力和横向力。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,选择一个优良的主减速器,差速器以及适合的半轴和驱动桥桥壳是组装成一个驱动桥的前提。一般的驱动桥总成包括主减速器,差速器,半轴和驱动桥桥壳等装置。这些部分应该具备一定的强度条件,有良好的工艺性和安全性,同时应该具备方便组装,方便拆卸维修的功能,对于乘客来说,能够提供一个优良的乘坐环境和舒适性也是非常重要的4。图 2.1 断开式驱动桥驱动桥有两种类型,分别是断开式驱动桥和非断开式驱动桥。1断开式驱动桥(如图 2.1);断开式驱动桥与采用独立悬架的货车配合使用。没有使用半轴套管,于是,半轴处于外侧,半轴的两侧通过万向节各自与主减速器壳内的减速器和驱动轮连接。主减速器壳固定在车架或车身上。驱动桥两侧分别用悬架与车架或车身连接,这样,两侧驱动轮能相对独立地针对与车架或车身上下跳动,然而断开式驱动桥也有坏处比如,它的结构较为复杂,并且价格有点昂贵,大大的提高了整体的价格,对于性价比的影响较大。2非断开式驱动桥(如图 2.2);非断开式结构桥相较于断开式结构不同的是,它的结构较为简单一点,易于拆卸与安装,并且制造工艺性良好、材料加工成本不高、运转时安全性能高、维修清洗方便,所以普遍的应用在各种小型载货汽车,小轿车和越野式汽车和货车。非断开式驱动桥,驱动轮不是由悬架系统承载的,故对货车稳定性和在货车的行驶过程中动载荷的减少不利。因此从整个安全性以及性价比的条件下考虑,此次选择断开式驱动桥作为目标5。图 2.2 非断开式驱动桥1-主减速器 2-套筒 3-差速器 4.7-半轴 5-调整螺母 6-调整垫片 8-桥壳2.2 驱动桥的结构组成一般情况下驱动轮的结构组成主要有主减速器,差速器,车轮传动装置和驱动桥桥壳。主减速器的作用有两点;第一是改变动力传递的方向,第二是作为变速器的末端为其各个档位确定一个相同的传动比。差速器则是为了调节左右车轮的转速不同而装备的。货车四轮启动的时候,为了启动四个车轮,务必将四个车轮连接起来,如果只是将其机械性的连接在一起,汽车在弯曲道路上行驶的时候就会以不同的速度转弯,为了保证汽车转弯时旋转速度相差不能大,这时需要加入一个差速器用来保证前后轮速度一样,这样可以防止事故的发生6。车轮传递装置简单点说就是传递动力,就是将动力系统产生的动力传递给各个中间设备,驱动车轮行驶。驱动桥桥壳的作用则有以下几点:1保护作用;保护减速器,差速器,半轴等零部件;2固定保护驱动轮,还可以防止侧滑等现象;3承载着车架上货车部件的重量;4承受传递车轮在路面上受到力和力矩。图 2.3 货车驱动桥(整体式)1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主减速齿轮传动锥齿轮 7弹普座 8垫圈 9轮毅 10调节螺母设计任务书所给的原始数据如下表 2.1,2.2;表 2.1 轻型货车整车设计参数:项目参数空车总重4080kg满载总重9290kg负荷分配满载前 2360kg 后 6930kg轴距3950mm最高车速Va max =90 km/h发动机额定功率99kw表 2.2 变速器传动比档数1 档2 档3 档4 档5 档倒挡变速器传动比7.314.312.451.541.007.663 主减速器的设计3.1 主减速器概述主减速器在驱动桥中的主要作用是改变转矩和转速。它的功用是加大经由变速器和半轴传递装置的转矩,降低转速的大小,改变转矩的传递方向,原理是用齿数较少的齿轮带动齿数较多的齿轮啮合运动。正常的主减速器由几对减速齿轮副构成,动力从主动轮输入由从动齿轮输出 7。图 3.1 主减速器示意图1按数目分可分为:单级减速器和双极减速器,其中双极还可以分为整体式和分开式, 判断的方法是第一主减速器和第二主减速器是否分开装在单独的壳体内。当传动比比较大的时候,为了保证适当的离地距离,一般使用双极减速器。本次选用单级减速器。2按传动比档数可以分为单速式和双速式,当下国内大都采用双速式。3按结构形式可以分为圆柱齿轮式,圆锥齿轮和准双曲面齿轮等形式。圆柱齿轮的特点是结构简单、加工容易,常用斜齿圆柱齿轮。锥齿轮的特点是工作平稳、发出的噪声小、载荷能力好。但是安装精度要求高。双曲面齿轮它的传动特点是主动齿轮轴线与从动齿轮轴线虽然垂直但不相交。主动齿轮轴线相对于从动齿轮轴线向上或下偏移距离 E,称偏移距。相同情况下即传动比一定的,从动齿轮相同的条件下,双曲面齿轮则有较大的强度,并且啮合的齿数较多,工作时平顺发出噪声较小8。目前市场上的货车的主减速器大多数都采用了螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。双曲面齿轮工作时,齿面间的压力较大,摩擦较为复杂,齿面油膜容易破坏故采用双曲面齿轮油润滑, 绝不允许用普通齿轮油代替,否则齿面将很快擦损,磨坏。大大降低齿轮的使用寿命。3.2 主减速器的基本参数选择和设计计算3.2.1 主减速器的载荷计算1主减速比主减速比是一个影响货车动力性能和燃油性能的一个重要因素。一般来说,主减速比越大,对于加速能力和爬坡能力有加强,但燃油经济性变差。但如果过大, 那么发动机则不能发挥全部功率来达到应有的车速。当主减速比越小,最高车速越大,提高了汽车的燃油经济性,但车辆的爬坡能力加速能力削弱,因此多数货车采用的是齿轮式主减速器,其中包含最基本的直齿轮式齿轮,比之更好的是斜齿,最好的是渐开式齿轮。根据此次车型东风 EQ1090E 型货车所提供的数据参数,主减速比为 6.33。2主减速器齿轮转矩的计算 (1)从动齿轮按最大输出转矩 TTce=TamaxiTLKdnT/n=14700 Nm;Temax发动机最大转矩,353 Nm;i1 变 速 器 最 低 档 传 动 比 i1=7.31; rr 动 力 传 递 效 率 , 取 0.9; i0 主 减 速 比 i0= 6.33; Kd超载系数,对于一般的载货汽车超载系数一般取值为 1,本次为东风货车;(2)按驱动轮打滑时的输出转矩 TTcs=G2𝜑𝜑rr/(nmim)=15437.646 N mG2汽车满载时整个驱动桥对水平地面的最大重力,取 65%的满载质量;m2货车的负荷转移系数,一般取值 1.3;轮胎对地面的附着系数,一般公路用车如货车=0.85;rr车轮的滚动半径,取值 0.229m;hm ,im分别为主减速器从动轮到驱动轮之间的传动效率和减速比。该车无轮边减速器,故 nm=0.97,im=1;3. 按从动轮的平均转矩 TTcf= G rr fr+fh+fp =1969.036imnmGa货车满载时总重量,N;取 9290N。GT所牵引的货车满载时重量,N;fr货车滚动时的阻力系数,载货汽车取 0.0150.020;该车取 0.015;fh货车正常行驶时的平均爬坡能力系数。通常载货汽车和城市公共汽车取 0.050.09;所以该车取 0.07;fp汽车或者货车的性能系数; fp=0.015*16-0.195*(Ga+GT)/Temax=-6.6由于 fp 计算为负,取 0 值。则 fp=0;主动齿轮T = Tc0Gz i hTc计算转矩,N m。按最低档传动比时 Tc14700Nm;按从动齿轮的平均计算转矩Tjm1969.036Nm;i0 主减速比;T齿轮传动部分的效率,取hT =0.95。3.2.2 主减速器齿轮主要参数的选择1主动锥齿轮齿数的确定。为了满足驱动桥离地距离能够符合要求,一次齿轮齿数尽量小点。同时为了得到理想的齿面重叠系数,货车主动轮和从动轮齿数之和应该大于等于 40,同时尽量避免主从齿轮有公约数.本次东风货车的主减速比是 6.33,所以可以取 Z1=7;Z2=44.Z1+Z2 大于 40 符合要求。2从动锥齿轮节圆直径和端面模数的确定。直径d2 = Kd 2 3 Tcd2=(13.016.0)314700=(318.37391.84)mm式中:d2从动锥齿轮的节圆直径,mm;Kd2直径系数,Kd2=13.016.0;Tc计算转矩,N m; 14700 N m;初选 D2=380mm;则齿轮端面模数 m=D2/Z2=380/44=8.64mm; 故 m 可以取 9mm;D2=mz2=448.64=380.16mm。3齿面宽度的确定齿轮齿面过宽并不一定有好处,齿面边宽并不能增大它的使用寿命,反而导致齿沟变窄,而致使刀面或刀角变小变窄,集中了应力反而降低了刀具的使用寿命,从而影响了其他方面,并且齿面过宽也会占用了其他部件的空间。但齿面过窄,那么同样的齿轮的强度就降低了,齿轮的损坏也变得容易,影响齿轮的寿命,因此需要选择适当的齿宽9。大齿宽 b2=0.155d2=58.92mm; 小齿宽 b1=1.1b2=64.81mm;4双曲面齿轮的偏移量E=(0.10.15)b2=38.01657.042,取 E=45mm;5法向压力角 和中点螺旋角 的确定法向压力角对齿轮的性能有很大的影响,合适的压力角有利于降低噪音,提高工作稳定性,一般轻型载物货车压力角可选择 20 度。而对于螺旋角来说需要考虑以下几个因素;与齿面的重合程度,一般取值 1.52.0 齿轮强度和轴向力等。螺旋角越大那么法向压力角越大,这样的话,齿轮运转越平稳,传动越平顺,齿轮的强度也就越高,但螺旋角过大会导致轴向力过大从而导致运转的失衡,因此螺旋角的取值有一定的范围,一般在 35 度40 度。所以这次东风 EQ1090E 货车可取值 35 度。6齿轮的偏移与螺旋方向当汽车挂前行档的时候,由于主动轮与从动轮啮合的缘故,所以他们的转动方向相反。由从动轮的锥顶部看向它的齿轮齿面部位,主动轮处于它的右边。这时如果主动齿轮处于从动齿轮中心线上面的位置时,称之为上偏移,在下方时就称之为下偏移。而且双曲面齿轮的偏移方向和它的齿轮的螺旋方向有很大的关系;当双曲面齿轮向下偏移的时候,主动齿轮的为左旋的螺旋方向,从动齿轮螺旋方向为右旋;当双曲面齿轮向上偏移时从动齿轮螺旋方向为左旋,主动齿轮为左旋的螺旋方向,这样使得主动轮和从动轮就会有分离的趋势,两齿轮也不会因此而卡住10。3.2.3 主减速器齿轮的尺寸计算齿轮尺寸参数计算见表 3.1。表 3.1 部分尺寸参数序号计算公式数值释义1Z17小齿轮齿数2Z244大齿轮齿数3m9mm模数4b164.81mm小齿轮齿面宽5b258.92mm大齿轮齿面宽6a20压力角7Hg=h1m14.85mm齿轮工作时高 hg,H1 取 1.658h = H2m 16.47mm齿轮全高 h,H2 取 1.83990轴交角10d1 = mz163mm小齿轮分度圆直径11g = arctan( z / z )1129.039小齿轮节锥角序号计算公式数值释义12g = 90 - g2180.961大齿轮节锥角13A0=d1/2sin200.6mm节锥距14t=3.1416m28.27mm周节15h2=Kam3.42mm大齿轮齿顶高 h2,Ka 取 0.3816h1 = hg - h211.43mm小齿轮齿顶高 h117h = h - h 115.04mm小齿轮齿根高18h = h - h 2213.05mm大齿轮齿根高19c = h - hg1.62mm径向间隙20=arctan(h1/A0)1.43小齿轮齿根角21c= d2 - h sing01 211122.20mm小齿轮节锥顶点至齿轮外缘距离22c= d1 - h sing02 22219.40mm大齿轮节锥顶点至齿轮外缘距离23s2 = Skm 7.74mm大齿轮理论弧齿厚 S224s1 = t - s220.53mm小齿轮理论弧齿厚335螺旋角3.3 主减速器锥齿轮的强度校核3.3.1 齿轮的磨坏形式1齿轮折断 (疲劳折断、过载折断)(1)疲劳折断在长时间的交变应力下,齿轮根部不断地接受交变应力。当应力一旦到达最高时超过了材料的承受极限,在齿轮的根部便会出现细小的裂痕,在长时间的交变应力作用下。裂痕将会越来越大,最后齿轮将会突然断裂损坏,在断裂的过程中断裂面经过不断地摩擦形成了明亮的断面口,这种方式断裂产生的是粗糙的断裂面。(2)过载折断可能在设计的时候出现问题,或者是校核的时候没有达到要求,热处理没有达到要求, 也可能是突然地最大载荷冲击,使得应力波动突然超过了齿轮的弯曲强度的可允许范围,致使齿轮的突然折断。除了这些原因,安装不合理,润滑不到位,位置调节不当都可能使得齿轮的受力接触面集中一点,过载而使得突然地断裂。以上所有形式的断裂都是粗糙的新断面。为了防止齿轮的断裂,首先齿轮应该具备足够的弯曲强度,齿轮的系数包括,齿数模数压力角以及所使用的材料都应该符合标准。对于齿轮的加工也必须反复确认,其他的类似于润滑等也严格要求11。2齿面的点蚀和剥落点蚀和剥落也是齿轮的重要破坏形式之一,大多数的齿轮因为这种原因报废了,因此对于这类齿轮的解决还有必要的。(1)齿面的点蚀类似于齿根的交变应力,在齿轮的表面因多次的高强度接触而引起的表面疲劳的结果, 因为常常在小齿轮齿根节点区域开始,由一开始的小裂缝逐渐演变成小小的浅坑,出现这 种状况的现象称之为点蚀。点蚀一般先出现在几个少数的齿面上,但如果齿轮继续工作, 那么小坑的数目会不断增加也不断变大。最终导致了齿面的脱落,造成大的麻烦。甚至可 能造成齿轮的折断损坏。而解决的方法则是,减少齿面的载荷,保持齿面的润滑,又或者载荷不变在允许的条件下增大齿面宽度,减小齿面应力。(2)齿面剥落大都发生在表面渗碳的齿面上,因为形成了比点蚀更大的坑儿时的表面下陷。造成这种的原因主要是齿面强度不够,表层太薄使得齿面剥落。另外热处理不当使得渗碳层碳浓度不均匀于是原因之一。(3)齿面胶合有时在机械高速运转或者在大气压强过大的时候,机械内部存在局部的高温,有时候冷却系统出现问题,或者表面油膜遭到破坏,从而使得齿轮表面直接摩擦而导致了高温, 高压。这一系列原因使得两齿轮表面粘在一起,但因为齿轮的强制运动而使得再次分开出现的损伤和磨坏的现象,称之为叫胶合。胶合这种损坏现象在齿轮顶部出现的频率较高, 其撕裂的现象多出现在与齿线的垂直方向。因为齿轮的齿面胶合是因为高温,高压的原因导致的。因此,控制温度在允许温度的范围内是减少齿轮齿面胶合的一种有效的方法,通常我们用润滑剂来改善运作的状态,调节温度。(4)齿面磨损齿轮齿面磨损顾名思义就是两齿轮齿面之间相互作用,摩擦滑动,从而导致齿面磨损, 造成划痕的破坏现象。因为世界上不存在零摩擦,所以齿轮之间肯定存在摩擦,有摩擦那么就会有损坏,一般情况下我们可以控制磨损的范围,在规定的范围内的磨损是正常的允许的。在齿面磨损中还存在一个研磨磨损,它是因为齿轮在运转中掉落的小颗粒夹杂其中, 只要及时清理小颗粒去除废皮,是应该可以避免的。在新车才使用的时候存在磨合状态, 以及车辆长时间使用过后,按照方法更换相应的润滑油或者定期清洗都是有效防止齿面磨损的方法12。3.3.2 单位齿上的圆周力1圆周力一般用于表示齿轮的耐磨性即单位齿长圆周力。 p = Pb2Te max ig 103N/mm;p =d1 b22= 1390.33N/mm;式中:Temax 为发动机输出的最大转矩,取 353N m;ig 为变速器第一挡传动比,即:ig=7.31;d1 为主动齿轮节圆的直径,取 63mm;还有一种按照最大附着力计算P=G2𝜑𝜑rr1032/(b2d2) ;其中,G2 是汽车满载时驱动桥给水平地面的最大重力,取 57969.6N;为轮胎与地面的附着系数,取值 0.85;rr 为轮胎的滚动半径,这里取值 0.229mm; 所以 P=147.74 N。2锥形齿轮的弯曲强度计算s = 2 103 T K 0 Ks Km2Kv b z m2 JN/ mm ;式中:T齿轮的计算转矩,N m:如果是主动齿轮则需要把计算转矩等价到主动齿轮上;K0货车超载系数:取 1;Ks尺寸系数:反应材料材质分布的不均匀性,与齿轮尺寸大小及热处理方式等4 m / 25.4有关。当端面模数 m1.6mm 时,Ks=0.829;Km载荷分配系数:当两个齿轮均用骑马式支承型式时,Km1.001.10;如果一个齿轮用骑马式支承时,Km1.101.25。当齿轮支承刚度较大时,取小值 Km 取 1.1;Kv质量系数:当货车轮齿接触面状况良好、周节及径向跳动精度高时,可取 Kv1;F计算齿轮的齿面宽 64.81mm;Z计算齿轮的齿数,7;m齿轮端面模数 9mm;3.锥齿轮的接触强度Cp2TK K K K *103d10 SmfKvbJs j =(1)按照发动机最大转矩(353Nm)计算;j = 678.73 N mm2;(2)按照发动机额定转矩(157Nm)计算;j = 413.44N mm2;满足强度条件。式中:T齿轮的计算转矩,N m:如果是主动齿轮则需要把计算转矩等价到主动齿轮上;K0超载系数,取 1;Ks尺寸系数,反映材料材质分布属性的不均匀性,与齿轮尺寸大小及热处理方4 m / 25.4式等有关。当端面模数 m1.6mm 时,Ks=0.829;Km载荷分配系数:当两个齿轮均用骑马式支承型式时,Km1.001.10;当一个齿轮用骑马式支承时,Km1.101.25。当齿轮支承刚度较大时取小值,Km 取 1.1;Kv质量系数:当货车轮齿接触面良好、周节及径向跳动精度高时,可取 Kv1; F 计 算 齿 轮 的 齿 面 宽 64.81mm; Z 计 算 齿 轮 的 齿 数 , 取 7; m 齿 轮 端 面 模 数 取 值 9mm; J齿轮弯曲综合系数,取值由图 3.3 可得,取值 0.29;3.4 齿轮的材料研究和热处理图 3.2 J 的取值范围表汽车驱动桥总成作为汽车最后一个大的总成,其主减速器齿轮工作量很大,与其他部位的工作齿轮相比,它的载荷较大,时间长,磨损冲击力大13。对于材料的要求是性价比高,工艺性好,并且能够符合他的强度要求,最好材料的获取容易,对于环保有益。所以对于主减速器齿轮的硬度要求也同样严格。根据他的磨损,齿轮折断,点蚀剥落等情况,于是对于主减速器齿轮我们有以下几点要求。1由于齿轮的繁重运转,因此首先具备高度弯曲疲劳强度和抗磨损的特性。其硬度必须足够。2适当的韧性来承受运转过程中的冲击力。3受热后不会发生变形,防止报废率太高。4考虑到资源的利用和对于环境的保护,尽量少使用稀缺,贵重的金属材料,多使用合金材料14。当前主减速器齿轮的材料大多是渗碳合金钢,例如 20CrMnTi、20MnTiB、20MnVB 等, 经过处理后表面有一层硬化层使其不易磨损破坏,能够承受巨大压力。为了防止新齿轮润滑不够,早期出现磨损,胶合等现象。我们一般会采取对锥形齿轮进行精加工和热处理。在其表面进行磷化处理或者镀铜,厚度 0.0050.020mm,最后在表面进行应力喷丸处理, 整套的处理可以提高齿轮的寿命约 25%。3.5 主减速器轴承载荷的计算和校核图 3.3 锥齿轮轴承结构简图对于本次所使用的圆锥滚子轴承,锥齿轮的轴承需要承受轴向力和径向力如图 3.3,所以必须有足够的强度和硬度,并且有良好的抗热性,不易发生弯曲而且能够高强度的工作。同时轴承必须得有足够的使用强度也就是所说有足够寿命,这样才能长期工作因此必须对轴承的强度进行校核15。首先计算主动锥齿轮齿宽中心的圆周力 PP= 2T/dm1 ;𝑑𝑑m1=d1-b1 sin r1=52.8mm ;dm2=dm1 (Z1/Z2)=331.9mm; 因此 P=12146N;其次计算轴向力和径向力;径向载荷的计算;R= 1 (Fb)2 + (F b-0.5F d )2 R= 1 (Fc)2 + (F c + 0.5F2 d )AaRZazmBARzazm带进去计算可得RA=6768.56N,RB=14763.56N。轴承工作的额定时间为Lh=L/60n ,h ;n 为轴承的转速,单位 r/min。而𝐿𝐿 = (fr 𝐶𝐶r 𝑓𝑓𝑝𝑝 𝑄𝑄) 106,式子里:fr为温度系数取值 1.0;fp为载荷系数取值 1.2;而由上面的计算可得;主减速器的从动锥齿轮轴承的转速n2=2.66vam/rr 。式子里:vam为汽车平均速度,对于轻小型汽车货车可取值 32km/h;rr 为轮胎的滚动半径,取值 0.229mm; 而 Q = fd(XRB + YA);L = 106 ( Cr=10610( 542002 ) 3 =7599.5h 3333.4hh60n)Q601312.616009所以轴承的寿命符合条件。4 差速器的设计4.1 差速器简介汽车在转弯的时候,车轮转弯的形状是弧形,因此对于左右两个车轮来说行驶过的路径长度不一样,因此路径长的那个车轮行驶的速度也必须快一点,这样才能弥补距离上的差距。否则,如果转弯时还是以同样的速度,那么外围的车轮不可避免的将会打滑,磨损, 而也会影响汽车的稳定性,使汽车的操纵性能降低。为了弥补这种速度上的差距,因此早在一百多年前,法国雷诺汽车公司的创始人就设计出差速器这种东西,差速器的存在可以使得左右两车路在经过弯道时,使车轮不同的速度使得汽车平衡的经过转交。也正是因为差速器的存在恶劣天气条件下的车辆事件也减少了很多16。差速器的功能主要体现在对两个转动的输出轴转矩的调节,确保在需要的输出环境下转动工作。锥齿轮差速器里面结构包括左右差速器壳,行星齿轮,半轴齿轮等零件。本次设计的东风货车采用的是普通对称式锥齿轮差速器。一般的差速器分为对称式差速器和不对称式差速器,区别在它的输出转矩是否平分左右两车轮,但这种差速器有个劣势,当车陷入劣势的时候,如果一个车轮陷入坑里,一个车轮在平地。在坑里的车路需要的转矩就不一样在坑里的车轮需要比平面上更大的转矩,但对称式车轮的转矩都一样,这时如果只是一度增大油门,那么就是浪费汽车的燃油经济性,解决的方法一般是在坑里车轮下铺点东西。4.2 差速器类型的选择图 4.1 差速器结构简图1 一轴承;2 一调整螺母;3,7 一差速器壳;4 一半轴齿轮垫片;5 一半轴齿轮;6 一行星齿轮;8 一轴架;9 一长轴:10 一行星齿轮止推片;11 一短轴本次设计的汽车是东风 EQ1090E 轻型载货汽车,所采用的是对称式圆锥行星齿轮差速器。这种差速器的优点是结构简单,制造容易,平稳性高,对左右两驱动轮分配的动力相等。这种差速器包括的结构有轴承,调整螺母,差速器壳,半轴齿轮垫片,半轴齿轮, 行星齿轮,轴架等如上图 4.1。4.3 差速器齿轮基本参数的确定4.3.1 基本参数1行星齿轮数目为 4,即大多数载货汽车的齿轮数目;BBB2球面半径RR= K 3T =63.69mm;KB球面半径系数,一般情况下取值范围为 2.522.99,此设计差速器的行星齿轮有 4 个,球面半径系数尽量取小一点,故可以取 2.6;T计算转矩为 14700N m;RB 计算得到后,可以利用下式计算得到节锥矩;A0=(0.980.99) RB =62.4163.05 故可以取 63;3行星齿轮齿数及半轴齿轮参数的确定齿轮的强度和刚度与齿轮的模数有关。模数越大齿轮强度越高,模数越小强度就比较低,因此模数应该尽可能大。这样应该让齿数应该少点,但一般情况下不少于 10。所以齿数选择为 10。根据半轴齿轮齿数除以行星齿轮应该为整数来说,齿数比选择 1.8,所以半轴齿轮齿数取 18,行星齿轮齿数取 10。4差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的计算第一步 首先确定行星齿轮和半轴齿轮的节锥角;2 = tanh( Z1 /Z2)=tanh-1(10/18)=29.051=90-2=60.95第二步 求出圆锥齿轮的大端断面模数 m;m=2A0/Z1sin1=2A0/Z2sin2=6.11可以取 10mm;第三步,根据模数 m 可以计算出齿轮节圆直径 d=mz 得d1 =100mm d2 =180mm; 第四步,双曲面轮齿面宽 b2 𝑏𝑏2(0.2500.300)A015.7518.9, 取 18mm;5压力角通俗来说,压力角就是部件受力方向延长直线和运动方向延长直线所夹的角度,取锐角。差速器的压力角一般都是 20 度,齿高系数为 0.8.但是在此处我们可以选择 20.5 度。4.4 差速器齿轮的强度计算差速器与减速器相比不同的是,差速器齿轮只有在汽车转弯,改变方向的时候,齿轮才处于啮合工作的状态。因此检核齿轮强度主要是弯曲强度。w = 2000 𝑇𝑇 𝐾𝐾s 𝐾𝐾m/(𝐾𝐾v 𝑚𝑚 𝑛𝑛 𝐽𝐽 𝑏𝑏2 𝑑𝑑2)=656.67980MPa其中: T差速器行星齿轮和半轴齿轮间的转矩,T=0.15TC;n差速器行星齿轮数目,4;J货车差速器齿轮弯曲应力的综合系数,由表 3.3 可得。按日常行驶平均转矩计算所得的汽车差速器齿轮的弯曲应力,应不大于 210.9MPa;用计算转矩代入时,弯曲应力小于等于 980MPa。从上可知设计的齿轮符合要求。表 4.1 差速器直齿锥齿轮的部分尺寸记录序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数Z110,应尽量取最小值Z1=102半轴齿轮齿数Z2=1425Z2=183模数mm=10mm4齿面宽b=(0.250.30)A0,b10m18mm5工作齿高hg=1.6mhg=16mm6全齿高h =1.788m+0.05117.9317压力角𝛼𝛼22.58轴交角=909节圆直径d1=mz1;d2=mz2d1=100d2=18010节锥1 = tan-1(z1 /z2),2 = 90-11=29.05𝛾𝛾2 = 60.9511周节t=3.1416mt=31.42mm12齿顶高ha1=hg-ha2;ha1=12.3mm ha2=5.6mm13齿根高hf1=1.788m-ha1;hf1=1.788m-ha2hf1=7.32mm; hf2=12.44mm14径向间隙c=h-hg=0.188m+0.051c=1.931mm5 半轴的设计5.1 半轴简述半轴是驱动桥总成里面一个重要的组成部分,基本功能就是传递动力,也就是连接变速器和车轮部分的轴,大多选择的是空心轴。把变速器所改变的转矩,力矩传递给车轮行驶,改变车轮的行驶速度。普通断开式驱动桥半轴一般有半浮式,四分之三浮式,和全浮式。本次论文为东风 EQ1090E 轻型货车,根据初始条件我们选择的是全浮式半轴,这类半轴相比于其他两种半轴运用更加广泛和流畅。对于半轴而言,最重要的尺寸是它的直径,根据的运转状况和载荷情况,与各类半轴相比较,选定适合东风汽车的半轴,其中关键的是半轴的花键,半轴的花键主要承受剪切力和径向力,需要对其进行强度校核17。5.2 全浮式半轴全浮式半轴示意图如下图 5.1。图 5.1 全浮式半轴示意图除了全浮式半轴,对于半浮式和四分之三浮式半轴来说,他们不仅仅是传递转矩的作用,他们还有可能受车轮与地面的垂直力,驱动力,侧向力等力矩。因此四分之三浮式半轴在汽车领域应用较少。而全浮式半轴完全不需要承受两端的轴向力和径向力,它只需要传递转矩,因此工作安全性能,可靠度高被广泛运用到商务车中去18。5.3 半轴的设计半轴是介于变速器和车轮驱动桥之间的空心轴,因为它需要传递转矩,因此半轴必须有足够的强度和刚度,一般我们采取的方式是淬火,淬火可以提高轴的整体强度。1.全浮式半轴载荷的计算由于是全浮式,故只有转矩 X2L,X2R。计算去最小值就行。根据地面附着率计算𝑋𝑋2L = 𝑋𝑋2R = 𝑚𝑚𝐺𝐺2𝜑𝜑/2;式子中, 为地面附着系数,取 0.8;M 加速减速时质量转移系数,取 1.3; 故 X2L = X2R =30144N 。根据发动机最大转矩计算 X 2 L = X 2 R = xTe max ih / rr ;式子里,x 差速器转矩分配系数,取值 0.6;Temax发动机的最大转矩 353N m;汽车传动效率,取值 0.9; 故 X2L=6760.95N ,T=1548.26N。2.全浮式半轴杆部直径的初选;T 1033 0.196t d = (2.05 2.18)3 T =23.725.22mm 取值 25mm。3.半轴的强度校核;半轴的扭转应力的计算t = 16 T 103 =504.9 所以满足强度条件。p d3式中:半轴的许用扭转应力,664MPa;d半轴长杆直径,25mm;5.4 半轴花键强度的计算花键有内花键和外花键之分,在内圆柱表面的成为内花键,外圆柱表面的成为外花键, 花键一般的作用是连接,因此花键需要足够的强度和硬度。一般的半轴的花键主要受力有剪切应力和挤压应力。首先计算剪切应力 s;pDB+dA𝜏𝜏s = 𝑇𝑇 1000/ z L bMPa4其次是挤压应力 ;= T 1000 (D -d)/2 (zL)MPaccDB+dABAP4其中,T 为半轴承受的最大转矩,取 12200N m。DB 为花键外径,取 60mm;DA 为花键对应的内径,取值 55mm;Z 为花键齿数;LP 为花键工作长度,取 100mm; 为载荷分布不均匀系数,一般取值 0.75;带入计算得c = 69.56MPas = 173.59MPa 。所以得当传递的转矩最大是,花键的切应力不大于 69.56MPa ,剪应力不大于173.59MPa,都满足条件。5.5 半轴的材料一般的现在的半轴采用的材料大多为合金结构钢,根据车型的不同,钢材也是用上中下不同的档次,全浮式半轴的一个优点就是拆装容易,因此现在市场上出现了一批新兴的材料,比如 40MnB。现在也有很多厂商采用了含碳钢,价格便宜,成本更低,减少了合金钢的使用。现在我国的研发热度上升。新兴了很多新型材料,尤其是含碳合金材料的开发,对半轴的材料选择提供了很大的选择空间,可能在未来的路上材料的开发将改变半轴,差速器, 减速器等部件的结构空间和形式选择。也将为汽车的轻量化,简易化作出最大贡献。在现在汽车行业的高潮下,对于重要零部件的成本控制和安全性能也将格外重视,稀缺资源的保护和对环境的重视,在材料方面我们需要尽量使用合金钢等材料代替稀缺金属材料。因此在材料上的开发也将重中之重18。6 驱动桥桥壳的设计6.1 驱动桥桥壳简介桥壳顾名思义有着承载车身的一个作用,而驱动桥桥壳更有着承受汽车变向时的各种力和力矩。因此驱动桥桥壳必须具有足够的刚度和强度,这样才能保证车辆的形式。并且在保证刚度和强度的同时,尽量减少驱动桥桥壳本身的重量,保证乘客的舒适性。驱动桥桥壳还应该制作简单,结构也不复杂,具有良好的工艺性。同时还能兼顾到其他主要部位的拆卸,维修的方便性,因此桥壳对于整个车身的重要性不言而喻。但是不管怎样我们必须首先保证桥壳的刚度和强度,然后再考虑其工艺性和简易性18。6.2 桥壳结构形式的选择现如今的桥壳形式主要分为,可分式,组合式和整体式桥壳。本次设计的对象为东风EQ190E 型轻型载货汽车,所选用的结构形式是整体式如图 6.1。整体式顾名思义是一个整体框架,并且整体式桥壳与减速器不是相连接的,所以对于主减速器,差速器来说维修,拆卸都是一个好的选择。而整体式桥壳又有三种,分别是整体铸造式桥壳,钢板冲压式桥壳和扩张成型式桥壳。整体铸造式桥壳用钢铁或者铸铁和铸钢制造而成,用钢管作为套管并用销钉固定,壳为一根空心梁。钢板冲压焊接式桥壳有桥壳主件,钢板弹簧座,半轴套件,后盖等组成。具有质量小, 制造容易,材料利用合理,抗冲击性功能优良等优点。扩张成形式桥壳,由中部经过扩孔,两端又经过滚压变细的钢管,弹簧座等组成。这种桥壳材料的利用率高,报废率低,并且质量不高同时满足刚度和强度要求。6.1 整体式驱动桥结构图而可分式桥壳分为两部分如图 6.2,这两部分的连接用螺栓完成。这种驱动桥的好处是结构简单,制造的方式不难,但是因为螺栓连接的缘故,所以拆卸,组装都很麻烦。而且这种形式桥壳不是整体锻造的,所以它的承受能力不强,因此很少使用。图 6.2 可分式桥壳而组合式桥壳意味着它的壳都是连在一起的,它的优点正好是可分式不具有的,刚度良好,拆卸安装和维修都很简单容易。但相反,它的制造方式困难,难以达到精度的要求, 所以普及程度不高,如果以后技术先进了则有希望有所突破。6.3 驱动桥桥壳的受力分析和强度校核6.3.1 桥壳静弯曲应力计算下图 6.3 为桥壳静弯曲应力简图。图 6.3 桥壳静弯曲应力受力图1.当牵引力最大的时候,桥壳钢板弹簧座危险面的弯曲应力和扭转应力分别为𝜎𝜎 = 𝑀𝑀v/𝑊𝑊v + 𝑀𝑀h/𝑊𝑊和𝜏𝜏 = 𝑇𝑇T/𝑊𝑊T;其中:
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