低速工程车辆主传动与桥壳的

低速工程车辆主传动及桥壳的设计摘 要本说明书阐述的容是关于低速工程车辆驱动桥总成设计和计算过程。驱动桥是汽车行驶系的重要组成部分,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。所以其设计质量直接关系到整车性能的好坏。所以在设计过程中,设计者本着严谨和认真的态度进行设计。在前言部分,对驱动桥各总成及其选用形式作了简明扼要的说明。在方案论证部分,对驱动桥及其总成结构形式的选择作了具体的说明。本设计选用了单级减速器,尽量的简化结构,缩减尺寸,有效的利用空间,充分减少材料浪费,减轻整体质量。由于是工程车辆,主要形式在路面不良的条件下,因此要使用差速锁。在设计计算与强度校核部分,对主减速器主从动齿轮、差速器齿轮、传动装置和花键等重要部件的参数作了选择。同时也对以上的几个部件进行了必要的校核计算。结束语是作者对本次毕业设计的一些看法和心得体会,并对悉心帮助和指导过我的指导老师和同学表示衷心的感和深深的敬意。关键词：驱动桥,工程车辆,差速器,主减速器The Design of Main Drive System And Axle Housing of Low-speed Engineering Vehicles ABSTRACTThe main content of this bachelor paper is the process of the design and calculation of the drive axle for engineering vehicle.As one of main component of vehicle drive line, its basic effect is to enlarge the torques that comes from the drive shafts or directly from the transmission, and distributes the torques to side wheels, and make the side wheels have the differential drive axle has an important effect on vehicle performance, therefore, we should keep a serious and earnest attitude during the course of design.In preface, it has a short and sweet introduced the assembly and pattern selection for drive axle.In the part of selection and argumentation a concrete description of structure form of drive axle and its assemblies are made. In this design, it has selected the single-grade main-reducer drive axle, reduce the size, make effect use of the space and materials, reduce the whole quality. As it is for engineering vehicle and often use on bad rods, so it uses differential block.In the part of designing conclusion and strength check, parameter of the essential units such as the speed reduction differential wheel drive mechanism and so on are selected. At the same time, the author makes the strength check to the main speed reduction differential wheels drive mechanism.In the conclusion, the author makes a brief summary about this Graduation Project. And the author gives his heartily thanks and respects to the guide teachers and classmates, who helped and supervised the author a lot.KEY WORDS: drive axle,engineering vehicle,differential gear,main speed reduction26 / 30目录前言1第1章总体方案的布置3第2章主减速器设计52.1 主减速器结构方案分析52.1.1螺旋锥齿轮传动62.1.2 结构形式62.2 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案72.2.1 主动锥齿轮的支承72.2.2从动锥齿轮的支承72.3主减速器基本参数的选择82.4主减速器锥齿轮的材料102.5主减速器锥齿轮的强度计算112.5.1 单位齿长上的圆周力112.5.2齿轮弯曲强度112.5.3齿轮接触强度122.6主减速器锥齿轮轴承的设计计算132.6.1 锥齿轮齿面上的作用力132.6.2锥齿轮轴承的载荷142.6.3锥齿轮轴承型号的确定162.7主减速器的润滑17第3章差速器设计183.1 差速器类型的选择183.2差速器齿轮的基本参数选择183.3差速器齿轮强度计算20第4章半轴的设计224.1 半轴的型式224.2 半轴的设计与计算224.3半轴的强度验算224.4 半轴的结构设计及材料与热处理23第5章驱动桥壳设计24结论25辞26参考文献27前言随着汽车工业的发展和汽车技术的提高,驱动桥的设计和制造工艺都在日益完善。驱动桥和其他汽车总成一样,除了广泛采用新技术外,在结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专业化目标前进。应采用能以几种典型的零部件,以不同方案组合的设计方法和生产方式达到驱动桥产品的系列化或变形的目的,或力求做到将某一类型的驱动桥以更多或增减不多的零件,用到不同的性能、不同吨位、不同用途并由单桥驱动到多桥驱动的许多变形汽车上。本设计要求根据低速工程车辆的特点,要求驱动桥在保证日常使用基本要求的同时极力强调其对恶劣路况的适应力。驱动桥是汽车最重要的系统之一,是为汽车传输和分配动力所设计的。通过本课题设计,使我们对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面的,系统的回顾和总结,提高我们独立思考能力和团结协作的工作作风。随着汽车向采用大功率发动机和轻量化方向发展以及路面条件的改善,近年来主减速比有减小的趋势,以满足高速行驶的要求。为减小驱动轮的外廓尺寸,目前主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮。实践和理论分析证明,螺旋锥齿轮不发生根切的最小齿数比直齿齿轮的最小齿数少。显然采用螺旋锥齿轮在同样传动比下,主减速器的结构就比较紧凑。此外,它还具有运转平稳、噪声较小等优点。因而在汽车上曾获得广泛的应用。在现代汽车发展中,对主减速器的要求除了扭矩传输能力、机械效率和重量指标外,它的噪声性能已成为关键性的指标。噪声源主要来自主、被动齿轮。噪声的强弱基本上取决于齿轮的加工方法。区别于常规的加工方法,采用磨齿工艺,采用适当的磨削方法可以消除在热处理中产生的变形。因此,与常规加工方法相比,磨齿工艺可获得很高的精度和很好的重复性。 汽车在行驶过程中的使用条件是千变万化的。为了扩大汽车对这些不同使用条件的适应围,在某些中型车辆上有时将主减速器做成双速的,它既可以得到大的主减速比又可得到所谓多档高速,以提高汽车在不同使用条件下的动力性和燃料经济性。第1章 总体方案的布置 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和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳四大部分组成。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。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,独立悬架驱动桥结构虽然叫复杂,但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性,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。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,参照国相关货车的设计,最后本课题选用非断开式驱动桥。其结构如图1-1所示：图1-1非断开式驱动桥第2章 主减速器设计 主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件,它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。对发动机纵置的汽车,其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。由于汽车在各种道路上行使时,其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速,在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后,便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小,从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力。驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求：a所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。b外型尺寸要小,保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳,噪音小。c在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。d在保证足够的强度、刚度条件下,应力求质量小,以改善汽车平顺性。e结构简单,加工工艺性好,制造容易,拆装、调整方便。2.1 主减速器结构方案分析主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不同而不同。2.1.1 螺旋锥齿轮传动图2-1螺旋锥齿轮传动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。为了减少驱动桥的外轮廓尺寸,主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮而采用螺旋锥齿轮。因为螺旋锥齿轮不发生根切齿轮加工中产生轮齿根部切薄现象,致使齿轮强度大大降低的最小齿数比直齿轮的最小齿数少,使得螺旋锥齿轮在同样的传动比下主减速器结构较紧凑。此外,螺旋锥齿轮还具有运转平稳、噪声小等优点,汽车上获得广泛应用。近年来,有些汽车的主减速器采用准双曲面锥齿轮车辆行业中简称双曲面传动传动。准双曲面锥齿轮传动与圆锥齿轮相比,准双曲面齿轮传动不仅工作平稳性更好,弯曲强度和接触强度更高,同时还可使主动齿轮的轴线相对于从动齿轮轴线偏移。当主动准双曲面齿轮轴线向下偏移时,可降低主动锥齿轮和传动轴位置,从而有利于降低车身及整车重心高度,提高汽车行使的稳定性。东风EQ1090E型汽车即采用下偏移准双曲面齿轮。但是,准双曲面齿轮传递转矩时,齿面间有较大的相对滑动,且齿面间压力很大,齿面油膜很容易被破坏。为减少摩擦,提高效率,必须采用含防刮伤添加剂的双曲面齿轮油,绝不允许用普通齿轮油代替,否则将时齿面迅速擦伤和磨损,大大降低使用寿命。查阅文献1、2,经方案论证,主减速器的齿轮选用螺旋锥齿轮传动形式如图3-1示。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,所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。为保证齿轮副的正确啮合,必须将支承轴承预紧,提高支承刚度,增大壳体刚度。2.1.2 结构形式 为了满足不同的使用要求,主减速器的结构形式也是不同的。按参加减速传动的齿轮副数目分,有单级式主减速器和双级式主减速器、双速主减速器、双级减速配以轮边减速器等。双级式主减速器应用于大传动比的中、重型汽车上,若其第二级减速器齿轮有两副,并分置于两侧车轮附近,实际上成为独立部件,则称轮边减速器。单级式主减速器应用于轿车和一般轻、中型载货汽车。单级主减速器由一对圆锥齿轮组成,具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。本设计主减速器采用单级主减速器。其传动比为2.46。2.2 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案主减速器中心必须保证主从动齿轮具有良好的啮合状况,才能使它们很好地工作。齿轮的正确啮合,除了与齿轮的加工质量装配调整及轴承主减速器壳体的刚度有关以外,还与齿轮的支承刚度密切相关。2.2.1主动锥齿轮的支承 图2-2主动锥齿轮跨置式主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。查阅资料、文献,经方案论证,采用跨置式支承结构如图2-2示。齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承,故又称两端支承式。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,约减小到悬臂式支承的130以下而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/51/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。使用质量为2t以上的汽车主减速器主动齿轮都是采用跨置式支承。本课题为低速工程车辆,使用质量为2t以上,所以选用跨置式。2.2.2 从动锥齿轮的支承 从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承如图3-3示。为了增加支承刚度,两轴承的圆锥滚子大端应向,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,应是c等于或大于d。 图2-3从动锥齿轮支撑形式2.3 主减速器齿轮基本参数的选择1 齿数的选择对于单级主减速器,当较大时,则应尽量使主动齿轮的齿数取值小些,以得到满意的驱动桥离地间隙。当6时,的最小值可取为5,但为了啮合平稳及提高疲劳强度,最好大于5。当较小时,引可取为712,但这时常常会因主、从动齿轮齿数太多、尺寸太大而不能保证所要求的桥下离地间隙。为了磨合均匀,主、从动齿轮的齿数,之间应避免有公约数；为了得到理想的齿面重叠系数,其齿数之和对于载货汽车应不少于40,对于轿车应不少于50。本车的主减速比为2.5,主减速比较小,参考文献5表3-10、3-13后选用=13,=32；实际主减速比为2.46；+=4540符合要求。 2主、从动锥齿轮齿形参数计算可根据文献6推荐的主动锥齿轮的计算转矩中取较小值按经验公式选出： 式中 齿轮端面模数；计算转矩,=1520 Nm；主分度圆直径,。设计和计算,结果见表2-1。表2-1主、从动锥齿轮参数参 数符 号主动锥齿轮从动锥齿轮分度圆直径104256齿顶高；9.44.2齿根高5.70410.9齿顶圆直径121259齿根圆直径93248齿顶角a354145齿根角222431分锥角2268顶锥角a25546945根锥角f19386329锥距R=138138分度圆齿厚S=1.061m8.58.5齿宽B=0.155d244403齿轮螺旋角的选择弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的。汽车主减速器弧齿锥齿轮螺旋角的平均螺旋角一般为3540。货车选用较小的值以保证较大的F,使运转平稳,噪音低。取=354法向压力角法向压力角大一些可以增加轮齿强度,减少齿轮不发生根切的最少齿数,也可以使齿轮运转平稳,噪音低。对于货车弧齿锥齿轮,一般选用20。5 螺旋方向从锥齿轮锥顶看,齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋,向右倾斜为右旋。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轴向力的方向。当变速器挂前进挡时,应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向,这样可以使主、从动齿轮有分离趋势,防止轮齿卡死而损坏。2.4 主减速器锥齿轮的材料驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的,与传动系其它齿轮相比,具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。因此,传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。主减速器锥齿轮的材料应满足如下的要求：具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度,齿面高的硬度以保证有高的耐磨性。齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷,避免在冲击载荷下齿根折断。锻造性能、切削加工性能以及热处理性能良好,热处理后变形小或变形规律易控制。选择合金材料是,尽量少用含镍、铬呀的材料,而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。汽车主减速器锥齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造,主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层一般碳的质量分数为0.8%1.2%,具有相当高的耐磨性和抗压性,而芯部较软,具有良好的韧性。因此,这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于钢本身有较低的含碳量,使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用较高,表面硬化层以下的基底较软,在承受很大压力时可能产生塑性变形,如果渗碳层与芯部的含碳量相差过多,便会引起表面硬化层的剥落。为改善新齿轮的磨合,防止其在余兴初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死,锥齿轮在热处理以及精加工后,作厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理,可提高25%的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮,可进行渗硫处理以提高耐磨性。2.5主减速器锥齿轮的强度计算2.5.1 单位齿长上的圆周力 按发动机最大转矩计算时 P= 2-2 式中 变速器传动比,常取一挡传动比,=7.31 ；主动锥齿轮中点分度圆直径mm,=98mm； 其它符号同前。 将各参数代入式2-2,有： P=985 N/mm按照文献1,PP=1429 N/mm,锥齿轮的表面耐磨性满足要求。2.5.2 齿轮弯曲强度锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为： 2-3式中 锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力,；齿轮的计算转矩,；过载系数,一般取1；尺寸系数,0.749；齿面载荷分配系数,km=1.10；质量系数,取1；所计算的齿轮齿面宽,B=40mm；所讨论齿轮大端分度圆直径,D=256mm；齿轮的轮齿弯曲应力综合系数,取0.03。对于主动锥齿轮, T=1520Nm；从动锥齿轮,T=10190Nm；将各参数代入式2-3,有： 主动锥齿轮, =486MPa； 从动锥齿轮, =534MPa；按照文献1, 主从动锥齿轮的=700MPa,轮齿弯曲强度满足要求。2.5.3 轮齿接触强度锥齿轮轮齿的齿面接触应力为：= 2-4 式中 锥齿轮轮齿的齿面接触应力,；主动锥齿轮大端分度圆直径,mm,D1=104mm；主、从动锥齿轮齿面宽较小值,b=40mm；齿面品质系数,取1.0；综合弹性系数,取232N1/2/mm；尺寸系数,取1.0；齿面接触强度的综合系数,取0.01；主动锥齿轮计算转矩,=1520N.m；、选择同式2-3。将各参数代入式 2-4,有：j=2754MPa按照文献1,jj=2800MPa,轮齿接触强度满足要求。2.6 主减速器锥齿轮轴承的设计计算2.6.1 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线方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力以及垂直于齿轮轴线的径向力。1齿宽中点处的圆周力F F= 式中 T作用在从动齿轮上的转矩； Dm2从动齿轮齿宽中点处的分度圆直径,由式2-6确定,即 式中 D2从动齿轮大端分度圆直径,D2=256mm； b2从动齿轮齿面宽,b2=40mm；2从动齿轮节锥角,2=68。将各参数代入式,有： Dm2=219mm将各参数代入式,有：F=3463N对于弧齿锥齿轮副,作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的。2锥齿轮的轴向力和径向力主动锥齿轮作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力和径向力分别为= = 将各参数分别代入式 与式中,有：= 2825N,=518N2.6.2 锥齿轮轴承的载荷当锥齿轮齿面上所受的圆周力、轴向力和径向力计算确定后,根据主减速器齿轮轴承的布置尺寸,即可求出轴承所受的载荷。图2-4为单级主减速器的跨置式支承的尺寸布置图:图2-4单级主减速器轴承布置尺寸图24中各参数尺寸：a=48mm,b=34mm,c=149mm,d=41mm,e=34,Dm2=256mm。 轴承A：径向力= 2-9 轴向力=2-10将各参数代入式2-9与2-10,有：=4089N,=2825N轴承B：径向力= 2-11 轴向力= 02-12将各参数代入式2-11与2-12,有：=3303N,=0N轴承C：径向力= 2-13轴向力=2-14将各参数代入式2-13与2-14,有：=2149N,=2825N轴承D：径向力= 2-15 轴向力= 02-16将各参数代入式2-15与2-16,有：=832N,=0N轴承E：径向力= 2-17 轴向力= 02-18将各参数代入式2-17与2-18,有：=4143N,=0N2.6.3 锥齿轮轴承型号的确定轴承A计算当量动载荷P查阅文献2,锥齿轮圆锥滚子轴承e值为0.36,故 e,由此得X=0.4,Y=1.7。另外查得载荷系数fp=1.2。 P=fX+Y 2-19将各参数代入式2-19中,有：P=7726N轴承应有的基本额定动负荷Cr Cr= 2-20式中 ft温度系数,查文献4,得ft=1；滚子轴承的寿命系数,查文献4,得=10/3； n轴承转速,r/min； Lh轴承的预期寿命,5000h；将各参数代入式2-20中,有；Cr=31762N初选轴承型号查文献3,初步选择Cr =130000N Cr的圆锥滚子轴承30310。验算30310圆锥滚子轴承的寿命= 2-21将各参数代入式2-21中,有：=548419h5000h所选择30310圆锥滚子轴承的寿命高于预期寿命,故选30310轴承,经检验能满足。轴承B、轴承C、轴承D、轴承E强度都可按此方法得出,其强度均能够满足要求.2.7 主减速器的润滑主减速器及差速器的齿轮、轴承以及其他摩擦表面均需润滑,其中尤其应注意主减速器主动锥齿轮的前轴承的润滑,因为其润堵不能靠润滑油的飞溅来实现。为此,通常是在从动齿轮的前端近主动齿轮处的主减速壳的壁上设一专门的集油槽,将飞溅到壳体壁上的部分润滑油收集起来再经过进油孔引至前轴承圆锥滚子的小端处,由于圆锥滚子在旋转时的泵油作用,使润滑油由圆锥浪子的小端通向大端,并经前轴承前端的回油孔流回驱动桥壳中间的油盆中,使润滑油得到循环。这样不但可使轴承得到良好的润滑、散热和清洗,而且可以保护前端的油封不被损坏。为了保证有足够的润滑油能流进差速器,有的采用专门的导油匙。为了防止因温度升高而使主减速器壳和桥壳部压力增高所引起的谓油,应在主减速器壳上或桥壳上装置通气塞,后者应避开油溅所及之处。加油孔应设置在加油方便之处,抽孔位置也决定了油面位置低处,但也应考虑到汽车在通过障碍时放油塞不易被撞掉。第3章 差速器设计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关系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间所滚过的行程往往是有差别的。例如,转弯时外侧车轮的行程总要比侧的长。另外,即使汽车作直线行驶,也会由于左右车轮在同一时间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,则会由于左右驱动车轮的转速虽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。这不仅会使轮胎过早磨损、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装有差速器,后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以不同速度旋转的特性,从而满足了汽车行驶运动学要求。3.1 差速器类型的选择本设计采用普通的对称式圆锥行星齿轮差速器。此种差速器由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点,最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳,2个半轴齿轮,4个行星齿轮,行星齿轮轴,半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。3.2 差速器齿轮的基本参数选择 1行星齿轮数目的选择轿车常用2个行星齿轮,载货汽车和越野汽车多用4个行星齿轮,少数汽车采用3个行星齿轮。此设计采用4个行星齿轮 2行星齿轮球面半径的确定圆锥行星齿轮差速器的尺寸通常决定于行星齿轮背面的球面半径,它就是行星齿轮的安装尺寸,实际上代替了差速器圆锥齿轮的节锥距,在一定程度上表征了差速器的强度。 球面半径可根据经验公式来确定： 式中 行星齿轮球面半径系数,=2.522.99,对于有4个行星齿轮的轿车和公路载货汽车取小值；对于有2个行星齿轮的轿车以及越野汽车、矿用汽车取最大值,取=2.52计算转矩,Nm。按上式可以计算出行星齿轮球面半径为55mm确定后,即可根据下式预选其节锥距：此设计选用值为54mm。 3行星齿轮齿数与半轴齿轮齿数的选择 为了使轮齿有较高的强度,一般不少于10。半轴齿轮齿数在1425选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在1.52.0的围,且半轴齿轮齿数和必须能被行星齿轮齿数整除。查阅资料,经方案论证,初定半轴齿轮与行星齿轮的齿数比为1.64,半轴齿轮齿数=18,行星齿轮的齿数 =11。 4行星齿轮和半轴齿轮节锥角、及模数m行星齿轮和半轴齿轮节锥角、分别为31 3-359 3-4锥齿轮大端模数m为5 5半轴齿轮与行星齿轮齿形参数按照文献3中的设计计算方法进行设计和计算,结果见表3-1。 6压力角汽车差速齿轮大都采用压力角=2230,齿高系数为0.8的齿形。表3-1半轴齿轮与行星齿轮参数参数符 号半轴齿轮行星齿轮分度圆直径d9055齿顶高ha3.556.45齿根高hf3.792.2齿顶圆直径da97.167.9齿根圆直径82.450.6齿顶角a352431齿根角f48224分度圆锥角5931顶锥角a63203925根锥角f54522836锥距R5454分度圆齿厚s5.55.5齿宽b19243.3 差速器齿轮强度计算汽车差速器齿轮的弯曲应力为：w= 3-5式中 差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩, ；差速器行星齿轮数目；计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数,取为0.225；半轴齿轮齿宽,mm；半轴齿轮大端分度圆直径,mm；、按照主减速器齿轮强度计算的有关转矩选取。将各参数代入式3-5中,有：w=859 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；按计算转矩进行计算时,弯曲应力应不大于980。 从上可知设计的齿轮符合要求。第4章 半轴的设计半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心轴。其端与差速器的半轴齿轮bevel side gear连接,外端则与驱动轮的轮毂相连。半轴与驱动轮的轮毂在驱动桥壳上的支称形式,决定了半轴的受力情况。4.1 半轴的型式半轴的型式主要取决于半轴的支承型式。普通非断开式驱动桥的半轴,根据其外端的支承型式或受力状况的不同而分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。此设计选用全浮式。4.2 半轴的设计与计算半轴的主要尺寸是它的直径,在设计时可根据对使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同型式的半轴的分析比较,大致选定从整个驱动桥的布局来看比较合适的半轴半径,然后对它进行强度计算。全浮式半轴杆部直径的初选和确定： 4-1式中 半轴杆部直径,mm；半轴的计算转矩,；半轴扭转许用应力,；所以取半轴杆部直径为。4.3 半轴的强度验算全浮式半轴扭转应力： 4-2式中 半轴的扭转应力,；一半轴的计算转矩,T=7532Nm；半轴杆部直径,d=41mm。将数据带入式5-3、5-4得4.4半轴的结构设计及材料与热处理为了使半轴的花键径不小于其杆部直径,常常将加工花键的端部做得粗些,并适当地减小花键槽的深度,因此花键齿数必须相应地增加,通常取10齿至18齿。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏,因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。重型车半轴的杆部较粗,外端突缘也很大,当无较大锻造设备时可采用两端均为花键联接的结构,且取相同花键参数以简化工艺。在现代汽车半轴上,渐开线花键用得较广,但也有采用矩形或梯形花键的。半轴多采用含铬的中碳合金钢制造,如40Cr,40CrMnMo,40CrMnSi,40CrMoA,35CrMnSi,35CrMnTi等。40MnB是我国研制出的新钢种,作为半轴材料效果很好。半轴的热处理过去都采用调质处理的方法,调质后要求杆部硬度为HB388444。近年来采用高频、中频感应淬火的口益增多。这种处理方法使半轴表面淬硬达HRC5263,硬化层深约为其半径的13,心部硬度可定为HRC3035；不淬火区的硬度可定在HB248277围。由于硬化层本身的强度较高,加之在半轴表面形成大的残余压应力,以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺,使半轴的静强度和疲劳强度大为提高,尤其是疲劳强度提高得十分显著。由于这些先进工艺的采用,不用合金钢而采用中碳钢的半轴也日益增多。第5章 驱动桥壳设计 整体式桥壳是把整个桥壳制成一个整体,桥壳犹如一整体的空心梁,其刚度和强度都比较好。桥壳将车体上的重力传到车轮并将作用在车轮上的牵引力,制动力,侧向力传给悬架和车架。其部用来安装主减速器、差速器和半轴等。桥壳的作用就是直接承受汽车后部的负荷。当汽车直线行驶时,桥壳承受垂直和水平负荷,当汽车制动时,桥壳承受垂直和水平负荷及由制动力产生的扭转力矩,而汽车侧向滑移时,后桥壳承受垂直和侧向负荷。由此可知,后桥壳在实际使用中的工况是比较复杂的。因此在设计驱动桥壳时,应使其具有足够的强度,疲劳寿命及刚度,以确保减速器总成的正常运转。驱动桥壳应满足以下要求：保护装于其上的传动系部件和防止泥水侵入,具有足够的强度和使用寿命,质量小；具有高的刚度,以保证主减速器齿轮的啮合的正常工作和不使半轴产生附加弯曲应力；保证足够的离地间隙；结构工艺性好,成本底,拆装、保养、维修方便。整体式桥壳因制造方法不同,可分为整体铸造式、中段铸造压入钢管式和钢板冲压焊接式等。本设计选用焊接式桥壳,它具有如下优点：可制造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,其刚度和强度都比较好,工作可靠,适应于要求桥壳承载负荷较大的中型和重型工程车辆。结论为了提高汽车运输效率,改善汽车动力性不足,燃油经济性差的状况,提高货车汽车的安全性和可靠性,我们进行了低速工程车辆的底盘设计。本设计的主要容就是对主减速器、差速器、半轴、驱动桥壳等主要零部件的设计计算,以及对驱动桥的强度和结构的设计,使其满足低速工程车辆适应低速工况的要求。在这次毕业设计中,我系统的复习了机械制图、机械原理、汽车构造、汽车设计及生产制造等方面的基本理论和专业知识,从理论上到实践上了解各种驱动系统,同时也体现了我对所学的专业知识的程度。在这次设计中,首先的收获是查阅资料的能力。到图书馆借书、到网上搜索资料、到阅览室查阅期刊杂志,在大量的文字中找到我们需要的,并加以分析很整理,再把它融入到自己的设计中去。其次就是动手能力了。在我画驱动桥的装配图的过程中遇到很多的困难,对结构不是很了解,于是我们就到实验室对着实物一点一点的琢磨。通过对实际驱动桥的研究,再参照我们设计的驱动桥,进一步加深对它的认识。最能体现动手能力的方面还是CAD制图和手工绘图。这次的设计是对三年所学过的知识的一个复习,包括汽车构造、机械设计、机械制图等等。很多知识以前只是停留在理论上的认识,现在我们把理论运用到实践中去了,又有了更为深刻的认识。任何的事情都不可能达到完美,我们的设计更是这样的。通过反复的演算、修改、优化才能使我们的结果趋于合理,才会使图形效果更理想。通过这次设计,对这三年的学习做了一个总结,对自己也做了一个总结。这次的毕业设计给我最大的感受就是结果不是最重要的,我们享受的是一个努力的过程和认真的态度。但此设计过程仍有许多不足,在设计结构尺寸时,有些设计参数是按照以往经验值得出,这样就带来了一定的误差。 辞 毕业设计随着时间的推移已经结束了,经过这段时间的努力,在田全忠教授的悉心指导和同组同学的大力帮助下,我终于完成了这次的毕业设计低速工程车辆最驱动桥的设计。 通过这次毕业设计,我对驱动桥有了更深的了解,在查阅资料的同时对轴承、轴、齿轮和材料的选取等方面也有了新的认识。同时也掌握了面对一台新机器的设计思路,设计步骤的总体思想,但由于条件的限制,此课题也借助了很多前人的理论成果。我认真听取了指导老师的意见,广泛的搜集了有关论文和文献,在已有的基础上,进行了一些理论知识的探讨和机械结构的改造与创新。同时这次毕业设计也使我对二维有了进一步的熟悉,对以后的工作,也起到了过渡的作用。 毕业设计是对我们大学期间所学知识的综合检验,更是对实际动手能力的检验。对毕业生来说,它是我们迈向工作岗位的一个重要的过渡环节。在设计过程中,同组同学给予了诸多的帮助和支持。我们共同研究,相互鼓励,使我们之间营造了一个良好的团体协作精神。同时,也对周围同学的极大鼓励和支持表示感。而且在我的整个设计过程中,田全忠教授严谨、细致、认真负责的工作态度和对学生无微不至的关怀,使我在大学里最后一个课程设计中受益匪浅,为以后步入工作岗位打下了坚实的基础。感指导老师在设计中的辅导与帮助,田老师能及时发现我们在设计过程中出现的问题,使我们能够早早的改正,节省了许多时间和精力,而且给我们提供了一些有价值的资料,同组同宿舍的同学在设计中也给我提出了许多意见和建议,在此表示感。参考文献1 惟信.汽车设计M.:清华大学,2001.2 家瑞.汽车构造M. ：机械工业,2003.3 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M：设计篇.：人民交通,2001.4 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M：基础篇.：人民交通,2001.5 惟信.汽车设计丛书 驱动桥M.:清华大学,20046 惟信.汽车车桥设计M.:清华大学.2004.7 吴宗泽.机械设计M.:中国广播大学.1998.8 建中,何晓玲.课程设计M.:高等教育.2010.9 胡迪青,易建军,胡于进,成刚.基于模块化的越野汽车驱动桥设计及性能综合评价J.机械设计与制造工程,2000,3：8-11.10 唐善政.汽车驱动桥噪声的试验研究与控制J.汽车科技,2000,3：14-2412 石琴,钱锋,温千红汽车驱动桥壳模态分析J.汽车,1999,:1-3,8.13 林军,周晓军,子辰,庆春.汽车驱动桥总成在线自动检测系统J.机械与电子,2000,4：20-21.14 王聪兴,茂林. 现代设计方法在驱动桥设计中的应用J.公路与汽运,2004,:6-8.15 锁望,愈琪,钰.矿用自卸驱动桥壳结构分析与改进设计J.专用汽车,2005,1：21-23.16 王铁,国忠,周淑文.路面不平度影响下的汽车驱动桥动载荷J.东北大学学报,2003,:50-53.17 常曙光.重载汽车驱动桥齿轮用钢的成分设计J.现代零部件,2006,1：90-95.18 徐灦. 机械设计手册M. ：机械工业,1991.