五十铃轻型货车驱动桥设计【9张CAD图纸和毕业论文全套】
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毕业设计(论文)任务书学生姓名陶冠宇系部汽车工程系专业、班级车辆BW07-5指导教师姓名赵国迁职称高级实验师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称五十铃轻型货车驱动桥的设计一、设计(论文)目的、意义 五十铃轻型汽车市场占有率较高。其驱动桥在整车结构中十分重要,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,提高运输效率。而且本设计可是学生全面复习所学知识,为走上工作岗位打下基础,所以本题设计具有一定的实际意义。二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)(一)设计内容驱动桥结构方案确定;主减速器的结构设计、基本参数选择及设计计算;差速器齿轮的基本参数的选择、几何及强度计算;驱动半轴的结构设计及强度计算;驱动桥壳的结构设计及受力分析与强度计算。(二)研究方法1、 参考相关资料,对比各种驱动桥优缺点,初步确定设计方案。2、 实地考察五十铃车,为最终设计方案提供依据。3、 利用Autocad画出五十铃货车驱动桥二维图纸。三、设计(论文)完成后应提交的成果(一)计算说明部分完成设计说明书1.5万字。其中包括主减速器的结构设计、基本参数选择及设计计算;差速器齿轮的基本参数的选择、几何及强度计算;驱动半轴的结构设计及强度计算;驱动桥壳的结构设计及受力分析与强度计算。(二)图纸部分驱动桥装配图零件图若干张,共计折合4张A0图纸。四、设计(论文)进度安排(1)调研、查阅相关资料、完成开题报告 第12周(3月3日3月15日) (2)确定总体方案 第34周(3月16日3月29日) (3)对驱动桥结构进行设计第56周(3月30日4月12日) (4)对驱动桥主要零部件尺寸进行设计78周(4月13日4月26日)(5)建立驱动桥的零件图第89周(4月20日5月3日) (6)建立驱动桥的装配模型第910周(4月28日 5月10日) (7)书写设计说明书第1113周(5月11日5月31日)(8)设计审核、修改 第1416周(6月1日6月21日)(9)毕业设计答辩准备及答辩 第17周(6月22日6月28日)五、主要参考资料1 货车驱动桥结构设计 河北科技师范学院本科毕业设计http:/wenku.baidu.com/view/c360a1e9856a561252d36f42.html2 成大先机械设计手册(14册)M.北京:化学工业出版社,19933 刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社,2001.4 成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2004,1.5 周开勤.机械零件手册M.北京:高等教育出版社,2001.6 温芳,黄华梁.基于模糊可靠度约束的差速器行星齿轮传动优化设计J.2004.6.7王望予汽车设计M北京:机械工业出版社,2005六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日毕业设计(论文)过程管理材料题 目五十铃轻型货车驱动桥设计学生姓名陶冠宇院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程BW07-5班指导教师赵国迁职 称高级实验师教研室车辆工程系起止时间2011年2月28日2011年6月24日教 务 处 制毕业设计(论文)开题报告学生姓名陶冠宇系部汽车工程系专业、班级车辆BW07-5指导教师姓名赵国迁职称高级实验师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称五十铃轻型货车驱动桥设计一、 课题研究现状,选题的目的、依据和意义一、国外研究现状:随着高速公路网状况的改善和国家环保法规的完善,环保、舒适、快捷成为客车和货车市场的主旋律。对整车主要总成之一的驱动桥而言,小速比、大扭矩、传动效率高、成本低逐渐成为客车和货车主减速器技术的发展趋势。产品上,国外货车市场用户主要以承载能力强、齿轮疲劳寿命高、结构先进、易维护等特点的产品为首选。目前己开发的产品,如陕西汉德引进德国撇N公司技术的485单级减速驱动桥,一汽集团和东风公司的13吨级系列车桥为代表的主减速器技术,都是在有效吸收国外同类产品新技术的基础上,针对国内市场需求开发出来的高性能、高可靠性、高品质的车桥产品。1这些产品基本代表了国内车用减速器发展的方向。通过整合和平台化开发,目前国内市场形成了457、460、480、500等众多成型稳定产品,并被用户广泛认可和使用。设计开发上,CAD、CAE、C胡等计算机应用技术,以及AUT优AD、UG16、CATIA、PR于E等设计软件先后应用于主减速器的结构设计和齿轮加工中,有限元分析、数模建立、虚拟试验分析等也被采用;齿轮设计也初步实现了计算机编程的电算化。新一代减速器设计开发的突出特点是:不仅在产品性能参数上进一步进设计上完全遵从模块化设计原则,产品配套实现车型的平台化,造型和结构更加合理,更宜于组织批量生产,更适应现代工业不断发展,更能应对频繁的车型换代和产品系列化的特点,这些都对基础件产品提出愈来愈高的配套要求,需要在产品设计上不断地进行二次开发和持续改进,以满足快速多变的市场需求。与国外相比,我国的车用减速器开发设计不论在技术上、制造工艺上,还是在成本控制上都存在不小的差距,尤其是齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力,技术手段落后(国外己实现计算机编程化、电算化)。目前比较突出的问题是,行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低,企业管理方式较为粗放,相当比例的产品仍为中低档次,缺乏有国际影响力的产品品牌,行业整体散乱情况依然严重。这需要我们加快技术创新、技术进步的步伐,提高管理水平,加快与国际先进水平接轨,开发设计适应中国国情的高档车用减速器总成,由仿制到创新,早日缩小并消除与世界先进水平的差距。2近几年来,国内汽车生产厂家,如重汽集团、福田汽车、江淮汽车等通过与国外卡车巨头,如沃尔沃、通用、五十铃、现代、奔驰、雷诺等进行合资合作,在车桥减速器的开发上取得了显著的进步。目前,上汽集团、东风、一汽、北汽等各大汽车集团也正在开展合作项目,希望早日实与世界先进技术的接轨,争取设计开发的新突破。二、国内研究现状: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。如果变速器出了故障,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极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;从齿轮的加工形式上车桥内部的的主从动齿轮、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、意义与目的:汽车驱动桥是汽车的重大总成,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。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外,也对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。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,通过对汽车驱动桥的学习和设计实践,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。3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,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。与非断开式驱动桥相比较,断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量,从而改善汽车行驶平顺性,提高了平均行驶速度;减小了其策划行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷,提高了零部件的使用寿命;增加了汽车的离地间隙;由于驱动车轮与路面的接触情况及对各种地形的适应性较好,增强了车轮的抗侧滑能力;若与之配合的独立悬架导向机构设计合理,可增加汽车的不足转向效应,提高汽车的操纵稳定性。但其结构复杂,成本较高。断开式驱动桥在乘用车和部分越野汽车上应用广泛。非断开式驱动桥结构简单,成本低,工作可靠,但由于其簧下质量较大,对汽车的行驶平顺性和降低动载荷有不利的影响。4本论文的的研究目的在于通过对五十铃汽车整体的匹配性设计完成后轮驱动桥的主减速器、差速器等部件型号的设计与计算,并完成校核的设计过程。二、 设计(论文)的基本内容,拟解决的主要问题一、基本内容:1、驱动桥结构方案选择 2、主减速器设计 3、差速器设计4、驱动半轴的设计5、驱动桥壳的设计二、解决的问题:一、主减速器的结构形式1、 主减速器的齿轮类型主2、 减速的减速形式3、 主减速器主4、 从动缀齿轮的支承形式主减速器的基本参数选择与设计计算 二、1、差速器的差速原理结构2、齿轮的基本参数选择几何校核及强度计算3、半轴计算载荷的确定4、杆部直径的选择、强度计算 半轴花键的强度计算5、整体式驱动桥壳的结构、6、驱动桥壳的受力分析与强度计算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。三、技术路线(研究方法)查询五十铃货车驱动桥资料驱动桥结构方案选择主减速器设计车轮传动装置设计 差速器设计驱动桥壳设计CAD出图完成说明书 四、进度安排(1)调研、查阅相关资料、完成开题报告 第12周(3月3日3月15日) (2)确定总体方案 第34周(3月16日3月29日) (3)对驱动桥结构进行设计第56周(3月30日4月12日) (4)对驱动桥主要零部件尺寸进行设计78周(4月13日4月26日)(5)建立驱动桥的零件图第89周(4月20日5月3日) (6)建立驱动桥的装配模型第910周(4月28日 5月10日) (7)书写设计说明书第1113周(5月11日5月31日)(8)设计审核、修改 第1416周(6月1日6月21日)(9)毕业设计答辩准备及答辩 第17周(6月22日6月28日)五、主要参考资料1 莫思剑.浅析我国商用汽车车桥的发展现状及趋势J.制造技术,20082 王聪兴,冯茂林.现代设计方法在驱动桥设计中的应用J公路与汽运, 20043 李梦群,武文革,孙厚芳.21世纪机械制造业J.机械设计与制造,20034 陈家瑞. 汽车构造M. 北京:机械工业出版社,2003.5 余志生. 汽车理论M. 北京:机械工业出版社, 2008.6 尹国臣.浅析汽车驱动桥主减速器的装配与调整J.科学教育家,20077 陈珂,殷国富,汪永超.汽车后桥差速器齿轮结构设计优化研究J. 机械传动,20088 刘惟信.汽车车桥设计M.北京:清华大学出版社,2004.9 安晓娟,郝春光.主减速器齿轮的失效分析J.拖拉机与农用运输车,2007.10 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,2001.11 机械设计手册编委会.齿轮传动(单行本)M. 北京:机械工业出版社,2007.12 成大先机械设计手册(1-3卷)M.北京:化学工业出版社,2002.13 肖文颖,王书翰.差速器行星齿轮的力学分析J.科技资讯,2007,14 彭彦宏,吕晓霞,陆有. 差速器圆锥齿轮的失效分析J. 金属热处理,2006,.15 付建红.载重汽车后桥半轴的技术改进J. 新余高专学报,2006,16 周小平.避免驱动桥半轴扭断的工艺改进J. 新余高专学报,2005,17 刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社,2001.18 杨朝会,王丰元,马浩.基于有限元法驱动桥壳分析J. 农业装备与车辆工程,2006,19 li-Ping,Jeong Kim,Beom-Soo Kang. Analysis and design of hydroforming proess for automobile rear axle housing by FEMJ. Internation Journal of Machine Tools & Manufacture,2000, 20 WANG Liang-mo,WANG He-fu,CHEN Jin-rong,LING Zhi-liang,CAO Yu-hua.Development of a Test Machine for IVECO Drive AxleJ. International Journal of Plant Engineering and Management,2007,六、备注指导教师意见签字: 年 月 日本科学生毕业设计五十铃轻型货车驱动桥设计 系部名称: 汽车与交通工程学院 专业班级: 车辆工程 B07-5班 学生姓名: 陶冠宇 指导教师: 赵国迁 职 称: 高级实验师 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design for Driving Axle of Isuzu Pickup TrucksCandidate:Tao GuanyuSpecialty: VehicleEngineeringClass: B07-5 Supervisor:Senior Technician. Zhao GuoqianHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin摘 要驱动桥位于传动系末端,其基本功用是增矩、降速,承受作用于路面和车架或车身之间的作用力。它的性能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,必须搭配一个高效、可靠的驱动桥,所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已经成为未来载重汽车的发展方向。驱动桥设计应主要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。本设计根据给定的参数,按照传统设计方法并参考同类型车确定汽车总体参数,再确定主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构类型,最后进行参数设计并对主减速器主、从动齿轮、半轴齿轮和行星齿轮进行强度以及寿命的校核。驱动桥设计过程中基本保证结构合理,符合实际应用,总成及零部件的设计能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求,修理、保养方便,机件工艺性好,制造容易。关键字:轻型货车;驱动桥;单级主减速器;差速器;半轴;桥壳黑龙江工程学院本科生毕业设计ABSTRACTDrive axle is at the end of the powertrain, and its basic function is increasing the torque and reducing the speed,bearing the force between the road and the frame or body. Its performance will have a direct impact on automobile performance .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed,heavy-loaded,high efficiency,high benefit today heavy truck,must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truck developing tendency. Drive axle should be designed to ensure the best dynamic and fuel economy on given condition. According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parametres in accordance with the traditional design methods and reference the same vehicle parameters, then identify the main reducer, differential, axle and axle housing structure type, finally design the parameters of the main gear,the driven gear of the final drive, axle gears and spiral bevel gear and check the strength and life of them. In design process of the drive axle,we should ensure a reasonable structure, practical applications, the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts, components and products univertiality and the serialization and change , convenience of repair and maintenance, good mechanical technology, being easy to manufacture.Keywords: Pickup truck; Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing45目 录摘要IABSTRACTstractII第1章 绪论11.1 选题的背景目的及意义11.2 国内外驱动桥研究状况11.3 设计主要内容和预期结果3第2章 驱动桥的总体方案确定42.1驱动桥的种类结构和设计要求42.1.1汽车车桥的种类42.1.2驱动桥的种类42.1.3驱动桥结构组成42.1.4 驱动桥设计要求52.2 设计车型主要参数52.3主减速器结构方案的确定62.3.1 主减速比的计算62.3.2 主减速器的齿轮类型62.3.3 主减速器的减速形式82.3.4 主减速器主从动锥齿轮的支承形式及安装方法92.4 差速器结构方案的确定102.5半轴的形式确定112.6 桥壳形式的确定122.7本章小结13第3章 主减速器设计143.1概述143.2主减速器齿轮参数的选择与强度计算143.2.1 主减速器计算载荷的确定143.2.2 主减速器齿轮参数的选择153.2.3 主减速器齿轮强度计算183.2.4 主减速器轴承计算243.3主减速器齿轮材料及热处理303.4主减速器的润滑303.5 本章小结31第4章 差速器设计324.1概述324.2对称式圆锥行星齿轮差速器原理324.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构334.4对称圆锥行星锥齿轮差速器的设计344.4.1 差速器齿轮的基本参数选择344.4.2 差速器齿轮的几何尺寸计算364.4.3 差速器齿轮的强度计算37 4.4.4 差速器齿轮的材料39 4.5 本章小结39第5章 半轴设计405.1概述405.2半轴的设计与计算405.2.1全浮式半轴的计算载荷的确定405.2.2半轴杆部直径的初选425.2.3 全浮式半轴强度计算425.2.4 全浮式半轴花键强度计算425.2.5 半轴材料与热处理445.3 本章小结44第6章 驱动桥桥壳的设计456.1概述456.2桥壳的受力分析及强度计算456.2.1 桥壳的静弯曲应力计算456.2.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度476.2.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算476.2.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算496.2.5 汽车受最大侧向力时桥壳强度计算506.3 本章小结54结论55参考文献56致谢57附录A58附录B64第1章 绪 论1.1 选题背景目的及意义在我国轻型货车占有较大市场,据中国汽车工业协会统计,截至2007年底,国内轻型货车(1.8吨总质量6吨)共销售100.53万辆,同比增长了17.64%。2008年,国家对“三农”的投入不断加大,同时随着铁路不断提速也为“门到门”的短途运输提供了机会,受此影响,轻型货车在以后几年也会呈现明显增长。我国2008年上半年货车累计销售约93万辆,其中轻型货车61万辆,同比增长20.2%,可见轻型汽车在商用汽车生产中占有很大的比重1。作为汽车关键零部件之一的汽车驱动桥也得到相应的发展,各生产厂家在研发和生产过程中基本上形成了专业化、系列化、批量化的局面,汽车驱动桥是汽车的重要总成,承载着汽车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。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外,也对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。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,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,并且通过对汽车驱动桥的学习和设计实践,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,所以本题设计一款结构优良的轻型货车驱动桥具有一定的实际意义。1.2 国内外驱动桥研究状况1、国外研究现状国外轻型货车驱动桥开发技术已经非常的成熟,建立新的驱动桥开发模式成为国内外驱动桥开发团体的新目标。驱动桥设计新方法的应用使得其开发周期缩短,成本降低,可靠性增加。国外的最新开发模式和驱动桥新技术包括:(1) 并行工程开发模式 并行工程开发模式是对在一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计方法,能够缩短新产品的设计时间、降低成本、提升质量、提高市场竞争力,以DANA为代表的意大利企业多已采用了该类设计方法, 优点是: 减少设计及工装制造的投入, 减少了零件种类, 提高规模生产程度, 降低制造费用, 提高市场响应速度等。(2) 模态分析 模态分析是对工程结构进行振动分析研究的最先进的现代方法与手段之一。它可以定义为对结构动态特性的解析分析(有限元分析)和实验分析(实验模态分析),其结构动态特性用模态参数来表征。模态分析技术的特点与优点是在对系统做动力学分析时,用模态坐标代替物理学坐标,从而可大大压缩系统分析的自由度数目,分析精度较高。驱动桥的振动特性不但直接影响其本身的强度,而且对整车的舒适性和平顺性有着至关重要的影响。因此,对驱动桥进行模态分析,掌握和改善其振动特性,是设计中的重要方面。(3) 驱动桥壳的有限元分析方法 有限元法不需要对所分析的结构进行严格的简化,既可以考虑各种计算要求和条件,也可以计算各种工况,而且计算精度高。有限元法将具有无限个自由度的连续体离散为有限个自由度的单元集合体,使问题简化为适合于数值解法的问题。只要确定了单元的力学特性,就可以按照结构分析的方法求解,使分析过程大为简化,配以计算机就可以解决许多解析法无法解决的复杂工程问题2。目前,有限元法己经成为求解数学、物理、力学以及工程问题的一种有效的数值方法,也为驱动桥壳设计提供了强有力的工具。(4) 高性能制动器技术 在发达国家驱动桥产品中, 已出现了自循环冷却功能的湿式制动器桥、带散热风送的盘式制动器桥、适于ABS的蹄、鼓式和盘式制动器桥、带自动补偿间隙的盘式制动器等配置高性能制动器桥, 同时制动器的布置位置也出现了从桥臂处分别向桥包总成和轮边端部转移的趋势。前种处理方式易于散热, 后种处理方式为了降低成本, 甚至有厂商把制动器的壳体与桥壳铸为一体, 既易于散热,又利于降低材料成本, 但这对铸造技术、铸造精度和加工精度都提出了极高的要求。(5) 电子智能控制技术进入驱动桥产品 电子智能控制技术已经在汽车业得到了快速发展,如,现代汽车上使用的ABS(制动防抱死控制)、ASR(驱动力控制系统)等系统2。2、国内研究现状我国驱动桥制造企业的开发模式主要由测绘、引进、自主开发三种组成。主要存在技术含量低,开发模式落后,技术创新力不够,计算机辅助设计应用少等问题。一些企业技术力量相对要好些的企业,测绘的是从国外引进的原装桥,并且这些企业一般具有较为完善的开发体系和流程,也具有较完善的试验手段,但是开发过程属于对国外的仿制,对其逆向研究后结合自我情况生产。总之,我国汽车驱动桥的研究设计与世界先进驱动桥设计技术还有一定的差距,我国车桥制造业虽然有一些成果,但都是在引进国外技术、纺制、再加上自己改进的基础上了取得的。个别比较有实力的企业,虽有自己独立的研发机构但都处于发展的初期。在科技迅速发展的推动下,高新技术在汽车领域的应用和推广,各种国外汽车新技术的引进,研究团队自身研发能力的提高,我国的驱动桥设计和制造会逐渐发展起来,并跟上世界先进的汽车零部件设计制造技术水平3。1.3 设计主要内容和预期成果1、驱动桥结构形式及布置方案的确定。2、驱动桥零部件尺寸参数确定及校核:(1)完成主减速器的基本参数选择与设计计算;(2)完成差速器的设计与计算;(3)完成半轴的设计与计算;(4)完成驱动桥桥壳的受力分析及强度计算。3、完成驱动桥驱动桥装配图和主要部分零件。第2章 驱动桥的总体方案确定2.1 驱动桥的结构和种类和设计要求2.1.1 汽车车桥的种类汽车的驱动桥与从动桥统称为车桥,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。在绝大多数的载货汽车和少数轿车上,采用的是整体式非断开式。断开式驱动桥两侧车轮可独立相对于车厢上下摆动。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位于传动系末端,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和车架或车厢之间的垂直力、纵向力和横向力,以及制动力矩和反作用力矩。驱动桥分为断开式和非断开式两种。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,其桥壳是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁,主减速器、差速器和半轴等所有的传动件都装在其中;当驱动车轮采用独立悬挂时,则配以断开式驱动桥4。2.1.3 驱动桥结构组成在多数汽车中,驱动桥包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置(半轴)及桥壳等部件如图1.1所示。 1 2 3 4 5 61轮毂 2半轴 3钢板弹簧座 4主减速器从动锥齿轮 5主减速器主动锥齿轮 6差速器总成图1.1 驱动桥2.1.4 驱动桥设计要求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。2.2设计车型主要参数表2.1 设计车型参数轮胎 7.5-16发动机最大功率71/3200Pemax kW/np (r/min)发动机最大转矩201/2200Temax Nm/nr (r/min)装载质量3000kg汽车满载总质量6000kg满载时轴荷分布前轴1900 后轴4100kg最大车速90km/h轮距(双胎中心线)1458mm钢板弹簧座中心距离865mm2.3 主减速器结构方案的确定2.3.1主减速比的计算主减速比对主减速器的结构形式、轮廓尺寸、质量大小影响很大。当变速器处于最高档位时对汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。的选择应在汽车总体设计时和传动系统的总传动比一起由整车动力计算来确定。可利用在不同的下的功率平衡图来计算对汽车动力性的影响。通过优化设计,对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择值,可是汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说,在给定发动机最大功率及其转速的情况下,所选择的值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速。这时值应按下式来确定5:=0.377 (2.1)式中:车轮的滚动半径,=0.405m 变速器最高档传动比1.0(为直接档)。 最大功率转速3200 r/min 最大车速90km/h对于与其他汽车来说,为了得到足够的功率而使最高车速稍有下降,一般选得比最小值大10%25%,即按下式选择:=(0.3770.472) (2.2)经计算初步确定=6.14按上式求得的应与同类汽车的主减速比相比较,并考虑到主、从动主减速齿轮可能的齿数对予以校正并最后确定。2.3.2主减速器的齿轮类型按齿轮副结构型式分,主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动(又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动)和蜗杆蜗轮式传动等形式。在发动机横置的汽车驱动桥上,主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮;在发动机纵置的汽车驱动桥上,主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动。 在现代货车车驱动桥中,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2.1(a)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2.1(b)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:1、尺寸相同时,双曲面齿轮有更大的传动比。2、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。(b)(a)图2.1 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮3、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。4、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:1、长方向的纵向滑动使摩擦损失增加,降低了传动效率。2、齿面间有大的压力和摩擦功,使齿轮抗啮合能力降低。3、双曲面主动齿轮具有较大的轴向力,使其轴承负荷增大。4、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。螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点,齿轮并不同时在全长上啮合,而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外,由于轮齿端面重叠的影响,至少有两对以上的轮齿同时捏合,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。本次设计采用螺旋锥齿轮。2.3.3主减速器的减速形式主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。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 (a) 单级主减速器 (b) 双级主减速器图2.2主减速器如图2.2(a)所示,单级减速驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种,制造工艺较简单,成本较低,是驱动桥的基本型,在货车车上占有重要地位。目前货车车发动机向低速大扭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,许多货车使用条件对汽车通过性的要求降低,因此,产品不必像过去一样,采用复杂的结构提高其的通过性;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,可靠性增加。如图2.2(b)所示,与单级主减速器相比,由于双级主减速器由两级齿轮减速组成,使其结构复杂、质量加大;主减速器的齿轮及轴承数量的增多和材料消耗及加工的工时增加,制造成本也显著增加,只有在主减速比较大(7.616时,取=0。=1612.43.2.2 主减速器齿轮参数的选择1、 主、从动齿数的选择 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素:为了磨合均匀,之间应避免有公约数;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;为了啮合平稳,噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车一般不小于6;主传动比较大时,尽量取得小一些,以便得到满意的离地间隙。对于不同的主传动比,和应有适宜的搭配。主减速器的传动比为6.14,初定主动齿轮齿数z1=7,从动齿轮齿数z2=43。2、从动锥齿轮节圆直径及端面模数的选择 根据从动锥齿轮的计算转矩(见式3.1和式3.2并取两式计算结果中较小的一个作为计算依据,按经验公式选出: (3.5) 式中:直径系数,取=1316;计算转矩,取,较小的。取=6675.46。计算得,=244.78301.26mm,初取=300mm。 选定后,可按式算出从动齿轮大端模数,并用下式校核 (3.6) 式中:模数系数,取=0.30.4;计算转矩,取。 =5.677.5由GB/T12368-1990,取=7mm,满足校核。所以有:=49mm =301mm。3、螺旋锥齿轮齿面宽的选择 通常推荐圆锥齿轮从动齿轮的齿宽F为其节锥距的0.3倍。对于汽车工业,主减速器螺旋锥齿轮面宽度推荐采用:F=0.155=46.66mm,可初取F=50mm。一般习惯使锥齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮稍大,使其在大齿轮齿面两端都超出一些,通常小齿轮的齿面加大10%较为合适,在此取=55。4、螺旋锥齿轮螺旋方向 主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受的轴向力的方向。当变速器挂前进挡时,应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向。这样可使主、从动齿轮有分离的趋势,防止轮齿因卡死而损坏。所以主动锥齿轮选择为左旋,从锥顶看为逆时针运动,这样从动锥齿轮为右旋,从锥顶看为顺时针,驱动汽车前进。5、 旋角的选择 螺旋角是在节锥表面的展开图上定义的,齿面宽中点处为该齿轮的名义螺旋角。螺旋角应足够大以使1.25。因越大传动就越干稳,噪声就越低。在一般机械制造用的标准制中,螺旋角推荐用35。6、法向压力角a的选择 压力角可以提高齿轮的强度,减少齿轮不产生根切的最小齿数,但对于尺寸小的齿轮,大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小,并使齿轮的端面重叠系数下降,一般对于“格里森”制主减速器螺旋锥齿轮来说,载货汽车可选用20压力角8。7、主从动锥齿轮几何计算计算结果如表3.1 表3.1 主减速器齿轮的几何尺寸计算用表序号项 目计 算 公 式计 算 结 果1主动齿轮齿数72从动齿轮齿数433模数74齿面宽=55mm=50mm5工作齿高10.92mm6全齿高=12.131mm7法向压力角=208轴交角=909节圆直径=49mm=301mm10节锥角arctan=90-=9.246=80.75311节锥距A=A=152.486mm12周节t=3.1416 t=21.99mm13齿顶高=9.03mm=1.89mm14齿根高=3.101mm=10.241mm15径向间隙c=c=1.211mm16齿根角=1.165=3.84217面锥角;=13.088=81.91818根锥角=8.081=76.91119外圆直径=68.825mm=301.607mm20节锥顶点止齿轮外缘距离=149.049mm=22.634mm21理论弧齿厚=16.27mm=5.72mm22齿侧间隙B=0.1780.2280.2mm23螺旋角=353.2.3螺旋锥齿轮的强度计算1、损坏形式及寿命在完成主减速器齿轮的几何计算之后,应对其强度进行计算,以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。它们的主要特点及影响因素分述如下:(1)轮齿折断 主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开始,因为齿根处齿轮的弯曲应力最大。 疲劳折断:在长时间较大的交变载荷作用下,齿轮根部经受交变的弯曲应力。如果最高应力点的应力超过材料的耐久极限,则首先在齿根处产生初始的裂纹。随着载荷循环次数的增加,裂纹不断扩大,最后导致轮齿部分地或整个地断掉。在开始出现裂纹处和突然断掉前存在裂纹处,在载荷作用下由于裂纹断面间的相互摩擦,形成了一个光亮的端面区域,这是疲劳折断的特征,其余断面由于是突然形成的故为粗糙的新断面。 过载折断:由于设计不当或齿轮的材料及热处理不符合要求,或由于偶然性的峰值载荷的冲击,使载荷超过了齿轮弯曲强度所允许的范围,而引起轮齿的一次性突然折断。 为了防止轮齿折断,应使其具有足够的弯曲强度,并选择适当的模数、压力角、齿高及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等。齿根圆角尽可能加大,根部及齿面要光洁。(2)齿面的点蚀及剥落 齿面的疲劳点蚀及剥落是齿轮的主要破坏形式之一,约占损坏报废齿轮的70%以上。它主要由于表面接触强度不足而引起的。点蚀:是轮齿表面多次高压接触而引起的表面疲劳的结果。由于接触区产生很大的表面接触应力,常常在节点附近,特别在小齿轮节圆以下的齿根区域内开始,形成极小的齿面裂纹进而发展成浅凹坑,形成这种凹坑或麻点的现象就称为点蚀。一般首先产生在几个齿上。在齿轮继续工作时,则扩大凹坑的尺寸及数目,甚至会逐渐使齿面成块剥落,引起噪音和较大的动载荷。在最后阶段轮齿迅速损坏或折断。减小齿面压力和提高润滑效果是提高抗点蚀的有效方法,为此可增大节圆直径及增大螺旋角,使齿面的曲率半径增大,减小其接触应力。在允许的范围内适当加大齿面宽也是一种办法。齿面剥落:发生在渗碳等表面淬硬的齿面上,形成沿齿面宽方向分布的较点蚀更深的凹坑。凹坑壁从齿表面陡直地陷下。造成齿面剥落的主要原因是表面层强度不够。例如渗碳齿轮表面层太薄、心部硬度不够等都会引起齿面剥落。当渗碳齿轮热处理不当使渗碳层中含碳浓度的梯度太陡时,则一部分渗碳层齿面形成的硬皮也将从齿轮心部剥落下来。(3)齿面胶合 在高压和高速滑摩引起的局部高温的共同作用下,或润滑冷却不良、油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时,因高温、高压而将金属粘结在一起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。它多出现在齿顶附近,在与节锥齿线的垂直方向产生撕裂或擦伤痕迹。轮齿的胶合强度是按齿面接触点的临界温度而定,减小胶合现象的方法是改善润滑条件等。(4)齿面磨损 这是轮齿齿面间相互滑动、研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒、装配中带入的杂物,如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不洁物所造成的不正常磨损,应予避免。汽车主减速器及差速器齿轮在新车跑合期及长期使用中按规定里程更换规定的润滑油并进行清洗是防止不正常磨损的有效方法。汽车驱动桥的齿轮,承受的是交变负荷,其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为20万千米或以上时,其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。因此,驱动桥齿轮的许用弯曲应力不超过210.9Nmm.表3.2给出了汽车驱动桥齿轮的许用应力数值。 表3.2汽车驱动桥齿轮的许用应力 ( Nmm)计算载荷 主减速器齿轮的许用弯曲应力主减速器齿轮的许用接触应力差速器齿轮的许用弯曲应力,中的较小者7002800980210.91750210.9 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和最大附着转矩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。2、主减速器螺旋锥齿轮的强度计算(1)单位齿长上的圆周力 在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性,常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算,即 (3.7)式中:单位齿长上的圆周力,N/mm; P作用在齿轮上的圆周力,N,按发动机最大转矩和最大附着力矩两种载荷工况进行计算。按发动机最大转矩计算时: (3.8)式中:发动机输出的最大转矩,在此取201; 变速器的传动比; 主动齿轮节圆直径,在此取49mm.;按上式计算一档时: Nmm直接档时: Nm。表3.3 许用单位齿长上的圆周力 (Nmm)类别档位一档二档直接档轿车893536321载货汽车1429250公共汽车982214牵引汽车536250按最大附着力矩计算时: (3.9)式中: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40180N; 轮胎与地面的附着系数,在此取0.85; 轮胎的滚动半径,在此取0.405m;按上式=1838.13 Nmm。虽然附着力矩产生的p很大,但由于发动机最大转矩的限制p最大只有986.13 N/mm可知,校核成功。(2)轮齿的弯曲强度计算 汽车主减速器螺旋锥齿轮轮齿的计算弯曲应力为 (3.10)式中:齿轮计算转矩,对从动齿轮,取,较小的者即=6675.46和=1612.4来计算;对主动齿轮应分别除以传动效率和传动比得=1132.51,=273.54;超载系数,1.0; 尺寸系数=0.7245; 载荷分配系数取=1; 质量系数,对于汽车驱动桥齿轮,档齿轮接触良好、节及径向跳动精度高时,取1;J计算弯曲应力用的综合系数,见图3.1,=0.242,=0.181。相啮合齿轮的齿数求综合系数J的齿轮齿数图3.1 弯曲计算用综合系数J按计算: 主动锥齿轮弯曲应力=359.45 Nmm700 Nmm从动锥齿轮弯曲应力=507.27 Nmm700 Nmm按计算:主动锥齿轮弯曲应力=116.08 Nmm210.9 Nmm从动锥齿轮弯曲应力=122.53 Nmm210.9Nmm综上所述由表3.2,计算的齿轮满足弯曲强度的要求。(3)轮齿的接触强度计算 螺旋锥齿轮齿面的计算接触应力(Nmm)为: (3.11)式中:主动齿轮计算转矩分别为=1132.51,=273.54;材料的弹性系数,对于钢制齿轮副取232.6;主动齿轮节圆直径,49mm;,同3.10;尺寸系数,=1; 表面质量系数,对于制造精确的齿轮可取1; F齿面宽,取齿轮副中较小值即从动齿轮齿宽50mm; J 计算应力的综合系数,J =0.135,见图3.2所示。小齿轮齿数接触强度计算用J大齿轮齿数图3.2 接触强度计算综合系数J按计算,=2749.782800 Nmm 按计算,=1351.411750 Nmm由表3.2轮齿齿面接触强度满足校核。(4)主动齿轮轴的弯矩 如图3.3所示为主动齿轮受力及弯矩图。图3.3 主动齿轮轴弯矩图 危险截面上的合成弯曲应力为 : (3.12)式中: 弯曲截面系数,,D=35mm;主动齿轮计算转矩为273.54危险截面弯矩,主动齿轮径向力为3091.05N。经计算,=66.7MPa=230MPa所以主动齿轮轴满足要求。3.2.4主减速器的轴承计算轴承的计算主要是计算轴承的寿命。设计时,通常是先根据主减速器的结构尺寸初步确定轴承的型号,然后验算轴承寿命。影响轴承寿命的主要外因是它的工作载荷及工作条件,因此在验算轴承寿命之前,应先求出作用在齿
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