CA1040轻型货车驱动桥设计（单独论文不含图）

毕业设计说明书论文(图纸) QQ 36396305 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。轻型货车在商用货运汽车生产中占有很大的比重，为满足目前当前载货汽车的高速度、高效率、高效益的需要，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。因此设计出结构简单、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，所以本课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。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。关键词：驱动桥；单级主减速器；差速器；半轴；桥壳ABSTRACTDrive axle is at the end of the power train, 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. Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit today truck, must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks developing tendency. Design a simple, reliable, low cost of the drive axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production, and promote the economic development of automobile and automotive drive axle of the study and design practice, can better learn and to master modern automotive design and mechanical design of a comprehensive knowledge and skills, so the title of the fine structure of the design of a pickup vehicle drive axle has a certain practical significance.According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parameters 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 universality and the serialization and change , convenience of repair and maintenance, good mechanical technology, being easy to manufacture.Key words: Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing目 录摘要Abstract 第1章 绪论11.1 论文研究的背景及意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 设计的主要内容3第2章 驱动桥总体方案设计52.1 汽车车桥的种类52.2 驱动桥的种类52.2.1 非断开式驱动桥52.2.2 断开式驱动桥62.3 多驱动桥的布置62.4 驱动桥的设计要求72.5 设计车型参数72.6 主减速器方案82.6.1 主传动比的确定92.6.2 主减速器的齿轮类型102.6.3 主减速器的减速形式112.6.4 主减速器主从动锥齿轮的支撑方案112.7 差速器结构方案的确定132.8 半轴形式的确定142.9 桥壳形式的确定152.10 本章小结16第3章 主减速器设计173.1 概述173.2 主减速器齿轮参数的选择及强度计算173.2.1 主减速器齿轮计算载荷的确定173.2.2 锥齿轮主要参数的选择183.2.3 主减速器齿轮材料的选择223.2.4 主减速器齿轮强度的计算223.3 主减速器轴承的选择263.4 主减速器的润滑313.5 本章小结31第4章 差速器设计324.1概述324.2 对称式行星齿轮差速器工作原理324.3 对称式行星齿轮差速器的结构334.4 对称式行星圆锥齿轮设计334.4.1 差速器齿轮的材料334.4.2 差速器齿轮的基本参数选择344.4.3 差速器齿轮几何尺寸计算364.4.4 差速器齿轮强度计算374.5 本章小结39第5章 半轴设计405.1 概述405.2 半轴的设计405.2.1半轴材料与热处理405.2.2全浮式半轴的计算载荷的确定405.2.3全浮半轴杆部直径的初选425.2.4全浮半轴强度计算425.2.5全浮式半轴花键强度计算435.3 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计算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的强度计算516.3 本章小结54结论55参考文献 56致谢.58V第1章 绪 论1.1 论文研究的背景及意义近年来，我国汽车行业迅猛发展，2009年我国汽车产销分别完1379.10万辆和1364.48万辆，同比分别增长48%和46%。在各大细分市场中，增长最快为微型货车，2009年共销售50.57万辆，同比增长73%，对于商用车销售增长贡献度为29%。2011年，在汽车下乡政策的推动下，轻型货车市场仍将保持增长，国内企业为了获得更大的投资收益，也将在生产规模和产品质量上不断升级。随着汽车行业的迅猛发展，作为汽车关键零部件之一的汽车驱动桥也需得到相应的提升，为满足市场多样化及用户个性化的需求，驱动桥再也不能停留在载货车单一的、低档次的技术水平上，随着新材料、新能源、电子测控及信息技术的迅猛发展，应用这些高新科技武装和改造传统的汽车工业，以新型的驱动桥大幅度地提高车辆的安全性、舒适性和经济性，为广大消费者提供节能型和环保型的汽车产品。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1。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。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微型货车驱动桥具有一定的实际意义。而且由于我国的汽车行业发展日趋成熟，各汽车企业的竞争愈演愈烈，而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。这就必须在发动机的动力输出之后，在从离合器变速器万向传动装置驱动桥这些动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失的途径。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好的驱动桥就成了有效节油的措施之一。所以设计新型的驱动桥成为了新的课题。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，而对于载货汽车显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载货汽车的快速、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单级减速驱动桥已成为未来汽车的发展方向。对于载货汽车来说，要传递的转矩较乘用车和客车，以及商用车都要大得多，以便能够以较低的成本运输较多的货物，所以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。本课题就选取典型的轻型货车解放CA1040轻型货车来进行驱动桥设计。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国外微型货车驱动桥开发技术已经非常成熟，建立新的驱动桥开发模式成为国内外驱动桥开发团队的新目标。驱动桥设计新方法的应用使其开发周期缩短，成本降低，可靠性增加。目前国内最新的开发模式和驱动桥技术包括：（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的不同性能，不同规格的机械产片进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列的功能模块，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。该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以采用了这类设计方法。该方法的显著优点是：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惊醒振动分析研究的最先进的现代方法和手段之一。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，从而可以大大压缩系统分析的自由度数目，分析精度得到提高。驱动桥的振动特性不但直接影响其本身强度，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，是设计中的一个重要方面。（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，是问题简化为适合数值解法的问题，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。目前，有限元法已经成为求解数学，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。1.2.2 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。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 设计的主要内容设计出适合解放CA6140轻型货车的驱动桥，优化设计方案。本次设计的主要内容如下:1、主减速器的结构设计、基本参数选择及设计计算；2、差速器齿轮的基本参数的选择、几何及强度计算；3、驱动半轴的结构设计及强度计算；4、驱动桥壳的结构设计及受力分析与强度计算。5、驱动桥装配图A0图纸一张，零件图折合A0图纸两张。 提高汽车的技术水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更经济，更舒适，更机动，更方便，动力性更好，污染更少。改善汽车的经济效果，调整汽车在产品系列中的档次，以便改善其市场竞争地位并获得更大的经济效益。第2章 驱动桥总体方案设计2.1 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4-5。2.2 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。2.2.1 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4。2.2.2 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。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，参照国内相关轻型货车的设计，最后本课题选用非断开式驱动桥，其结构如图2.1所示。2.3 多驱动桥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4x4，6x6，8x8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8x8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5。图2.1 非断开式驱动桥2.4 驱动桥的设计要求驱动桥设计应当满足如下基本要求：（1）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。（2）外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。（3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。（4）在各种转速和载荷下具有高的传动效率。（5）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。（6）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。 （7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。2.5 设计车型参数本次设计是为解放CA1040车型设计驱动桥，其基本参数如表2.1所示。表2.1 解放CA1040轻型货车基本参数项目参数单位轮胎650-16 550F-发动机最大功率75发动机最大转矩190.8装载质量1750汽车满载质量3720满载时轴荷分布前轴1380 后轴2340最大车速100轮距1370钢板弹簧中心距离0.9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。2.6 主减速器方案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。2.6.1 主传动比的确定主减速比，驱动桥的离地间隙和计算载荷，是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。主减速比对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量大小以及当变速器处于最高档位时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的总传动比一起由整车动力计算来确定。可利用在不同下的功率平衡田来研究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，可使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。这时值应按式2.1来确定： （2.1）式中：车轮的滚动半径，取；变速器的最高档传动比，取；最大功率转速，取；最大车速，取。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，一般选择比上式求得的大10-25，即按式2.2选择： （2.2）式中：分动器或加力器的高档传动比；论辩减速器的传动比；带入数据后，经初步确定。为了使齿轮磨合均匀，主从动齿轮的齿数应满足，之间避免有公约数；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。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，主动锥齿轮齿数，从动齿轮齿数即。2.6.2 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2.2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。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。出于成本考虑，本次设计采用结构简单、成本低螺旋锥齿轮6-7。图2.2 螺旋锥齿轮传动2.6.3 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的各种中小型汽车上。如图2-3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。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（）且采用单级主减速器不能满足既定的主减速比和离地间隙等要求是才采用。通常仅用在装在质量10吨以上的重型汽车上，本次设计货车主减速比，所以采用单级主减速器。图2.3 单级减速器2.6.4 主减速器主从动锥齿轮的支撑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。（1）主动锥齿轮的支撑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，其结构形式如图 2.4所示。跨置式有较大的刚度，能够承载更大的载荷，但结构较为复杂，通常装载质量为2吨以上的汽车主减速器主动齿轮都是采用跨置式支承。本课题所设计的轻型货车装载质量在2吨以下，所以选用悬臂式。（2）从动锥齿轮的支撑从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承, 其结构形式如图2.5所示。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，应是c等于或大于d。图2.4 主减速器主动锥齿轮支撑形式图2.5 主减速器从动锥齿轮支撑形式2.7 差速器结构方案的确定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联系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的。例如，拐弯时外侧车轮行驶总要比内侧长。另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内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，则会由于左右车轮的转速虽然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。这不仅会是轮胎过早磨、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下不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学的要求。差速器的结构型式选择，应从所设计汽车的类型及其使用条件出发，以满足该型汽车在给定的使用条件下的使用性能要求。差速器的结构型式有多种，大多数汽车都属于公路运输车辆，对于在公路上和市区行驶的汽车来说，由于路面较好，各驱动车轮与路面的附着系数变化很小，因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器，作为安装在左、右驱动车轮间的所谓轮间差速器使用；对于经常行驶在泥泞、松软土路或无路地区的越野汽车来说，为了防止因某一侧驱动车轮滑转而陷车，则可采用防滑差速器。后者又分为强制锁止式和自然锁止式两类。自锁式差速器又有多种结构式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的。经过查阅资料，综合考虑后，本次设计选用：普通锥齿轮式差速器如图2.6所示，因为它结构简单，工作平稳可靠，适用于本次设计的汽车驱动桥。图2.6 普通对称式圆锥行星齿轮差速器2.8 半轴形式的确定驱动车轮的传动装置置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半铀齿轮与轮毂连接起来。根据半轴外端支撑形式分为半浮式，3/4浮式，全浮式8。（1）半浮式半轴半浮式半轴以靠近外端的轴颈直接支承在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有锥面的轴颈及键与车轮轮毂相固定，或以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接)。因此，半浮式半轴除传递转矩外，还要承受车轮传来的弯矩。由此可见，半浮式半轴承受的载荷复杂，但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。用于质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。（2）3/4浮式半轴3/4浮式半轴的结构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，而半轴则以其端部与轮毂相固定。由于一个轴承的支承刚度较差，因此这种半轴除承受全部转矩外，弯矩得由半轴及半轴套管共同承受，即3/4浮式半轴还得承受部分弯矩，后者的比例大小依轴承的结构型式及其支承刚度、半轴的刚度等因素决定。侧向力引起的弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命。可用于轿车和轻型载货汽车，但未得到推广。（3）全浮式半轴全浮式半轴的外端与轮毂相联，而轮毂又由一对轴承支承于桥壳的半轴套管上。多采用一对圆锥滚子轴承支承轮毂，且两轴承的圆锥滚子小端应相向安装并有一定的预紧，调好后由锁紧螺母予以锁紧，很少采用球轴承的结构方案。由于车轮所承受的垂向力、纵向力和侧向力以及由它们引起的弯矩都经过轮毂、轮毂轴承传给桥壳，故全浮式半轴在理论上只承受转矩而不承受弯矩。但在实际工作中由于加工和装配精度的影响及桥壳与轴承支承刚度的不足等原因，仍可能使全浮式半轴在实际使用条件下承受一定的弯矩，弯曲应力约为。具有全浮式半轴的驱动桥的外端结构较复杂，需采用形状复杂且质量及尺寸都较大的轮毂，制造成本较高，故轿车及其他小型汽车不采用这种结构。但由于其工作可靠，故广泛用于轻型以上的各类汽车上。由于所设计车型为轻型货车，可能在各种路况下行驶，行驶冲击比较大，所以本设计采用全浮半轴。2.9 桥壳形式的确定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。桥壳的结构型式大致分为可分式，组合式整体式三种。（1）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。（2）组合式组合式桥壳又称为支架式桥壳，对加工精度要求较高，刚度较差，通常用于微型汽车、轿车、轻型以下载货汽车。（3）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。钢板冲压焊接整体式桥壳是由钢板冲压焊接成的桥壳主体、两端再焊上半轴套管及钢板弹簧座组成。其制造工艺简单、材料利用率高、废品率低生产率高极、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，但是比有些铸造桥壳可靠，由于钢板冲压焊接整体式桥壳有一系列优点，近年来不但应用于轿车，轻型货车、中型载货车上得到了广泛的应用。本次设计驱动桥壳就选用钢板冲压焊接式整体桥壳。2.10 本章小结本章首先确定了主减速比，用以确定其它参数。对主减速器型式确定中主要从主减速器齿轮的类型、主减速器的减速形式、主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择、从动锥齿轮的支承方式和安装方式的选择，从而确定逐步给出驱动桥各个总成的基本结构，分析了驱动桥各总成结构组成。基本确定了驱动桥四个组成部分主减速器、差速器、半轴、桥壳的结构。第3章 主减速器设计3.1 概述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9-10。3.2 主减速器齿轮参数的选择及强度计算3.2.1 主减速器齿轮计算载荷的确定（1）按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的计算转矩 （3.1）式中：发动机最大转矩，取；变速器最低档传动比，取；主减速器传动比，取；上述传动部分的效率，取；驱动桥数目，取；猛接离合器产生的动载系数，取；液力变矩器变矩系数，取；最终带入数据可得：（2）按驱动轮在良好路面上打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 （3.2）式中：汽车满载时驱动桥给水平地面的最大载荷，但对后桥来说还应考虑汽车加速时负载增大量，可初取；汽车最大加速度时代后轴负荷转移系数，取；轮胎对地面的附着系数，取；主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，取；主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，取；带入数据可得：；由式3.1和式3.2求的的计算转矩，是作用在从动锥齿轮上的最大转矩，不同于日常形式平均转矩。当计算锥齿轮最大应力时，计算转矩应取前面两种的较小值，即，故主减速器齿轮的计算载荷：主动锥齿轮的计算转矩为： （3.3）式中：主动锥齿轮计算转矩，Nm；主减速比，取；主从动锥齿轮之间的传动效率，对于弧齿锥齿轮副，取；计算得3.2.2 锥齿轮主要参数的选择主减速器锥齿轮的主要参数有主、从锥齿轮齿数和、从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数、主、从动锥齿轮齿面宽和、中点螺旋角、法向压力角等12。（1）主、从动锥齿轮齿数和如前文所述，主动锥齿轮齿数选取，从动齿轮齿数选取。（2）从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数对于单级主减速器，增加尺寸会影响驱动桥壳高度尺寸和离地间隙，减小又会影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。壳根据经验公式初选，即 （3.4）式中：从动齿轮大端分度圆直径；直径系数，一般为；从动锥齿轮的计算转矩，由前文计算可得故计算可得可由式3.5得到： （3.5）同时还应满足式（3.6）： （3.6）式中：模数系数，取；经计算得，根据国家模数标准，选择模数，故（3）主、从动锥齿轮出面宽和锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致因锥齿轮齿轮下端齿沟变窄引起的切削刀头顶面宽过窄及刀尖圆角过下。这样，不但减小了齿根圆角半径，加大了应力集中，还降低了刀具的使用寿命。此外，安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因，使齿轮工作时载荷集中于齿轮小端，会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间减小。但是齿面过窄，轮齿表面的耐磨性会降低。对于从动锥齿轮齿面宽，推荐不大于其节锥距的0.3倍，即，并且一般推荐。对于弧齿锥齿轮，一般比大10%。故吃面宽选择为，圆整为，圆整为。（4）中心螺旋角螺旋角沿尺宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，齿轮小端的螺旋角最小。弧齿制齿轮副的中点的螺旋角是相等的。选择时，应考虑他对齿面重合度、轮齿强度和轴向力大小的影响。越大，则也越大，同时啮合的齿数越多，传动就越平稳，噪声就越低，而且轮齿的强度越高。一般不小于1.25，在时效果最好。但是过大，会导致轴向力增大。汽车主减速器弧齿锥齿轮螺旋角或双曲面齿轮副的平均螺旋角一般为35-40。乘用车选用较大的值以保证较大的齿面重合度，是运转平稳，噪声低；商用车选用较小的以防止轴向力过大，通常取35。（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螺旋方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进档时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿因卡死而损伤。在本设计中选取主动齿轮为左旋，从动齿轮为右旋方向。（6）法向压力角法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减小齿轮不发生根切的最少齿数。但对于小尺寸的齿轮，压力角大易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮端面重合度下降。因此，对于小负荷工作的齿轮，一般采用小的压力角，可使齿轮运转平稳，噪声低。对于弧齿锥齿轮，商用车的为或，乘用车的一般选用或。本设计中选取法向压力角为。综上所述，可得主从动锥齿轮的几何参数如表3.1所示。表3.1 主从动锥齿轮几何参数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443端面模数5.53.1 主从动锥齿轮几何参数（续）序号项目计算公式计算结果4齿面宽5工作齿高6全齿高7法向压力角208轴交角909节圆直径10节锥角11节锥距12周节13齿顶高14齿跟高15径向间隙16齿根角17面锥角18跟锥角19外圆直径20节锥定点主齿轮外圆直径21齿侧间隙22螺旋角353.2.3 主减速器齿轮材料的选择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：（1）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。（2）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。（3）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。因此选择合金材料，尽量少用含镍、铬的材料，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。3.2.4 主减速器齿轮强度的计算在选好主减速器锥齿轮的主要参数后，就可以根据所选择的齿形计算锥齿轮的几何尺寸，而后根据所确定的计算载荷进行强度校核，以保证锥齿轮有足够的强度和寿命。轮齿损坏的形式主要有弯曲疲劳折断，过载折断，齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。实际设计中往往还要依据台架和道路试验及实际使用情况等来检验10。（1）单位齿长的圆周力主减速器锥齿轮的表面耐磨性，常用轮齿上的单位齿长圆周力来估算，即： （3.7）式中：轮齿上单位齿长的圆周力，N/mm；作用在轮齿上的圆周力，N；从动齿轮的齿面宽，mm。（a）按发动机最大转矩计算时 （3.8）式中：变速器传动比，常取一档及直接档进行计算；主动锥齿轮中点分度圆直径，mm；其他符号同前。取一档时：，算得取直接档时：，算得（b）按驱动轮打滑的转矩计算时 （3.9）式中：驱动桥对水平地面的负荷，N；轮胎与地面的附着系数，取为0.85；轮胎的滚动半径，m；主减速器从动齿轮节圆直径，mm;汽车最大加速度时后轴负荷转移系数，商用车：，取为1.1；主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率；其他符