SUV乘用车驱动桥设计解析

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除SUV乘用车驱动桥设计The Design of Drive Axle for SUV Passenger Car 摘 要驱动桥的基本功用是将传动轴或变速器传来的转矩增大并适当降低转速后分配给左、右驱动车轮，其次驱动桥要承受路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力和反作用力矩等。转向驱动桥在驱动桥的基础上增添了转向的功能，使汽车按照驾驶员的要求行驶。转向驱动桥的组成包括主减速器、差速器、半轴、等速万向节和驱动桥壳。驱动桥是汽车传动系中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好坏，驱动桥是汽车中的重要部件，它承受着来自路面和悬架之间的一切力和力矩，是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，如果设计不当会造成严重的后果。本设计主要内容包括转向驱动桥各部件的设计、计算和校核，并且绘制了转向驱动桥的装配图，主减速器的从动齿轮、半轴齿轮和万向节等主要部件的零件图。关键词：驱动桥，主减速器，差速器，车轮传动装置，驱动桥壳 Abstract The basic function of the Drive Axle is increasing torque which is from drive shaft or transmission and reducing the speed ,then drive it to the left and right driving wheel; secondly Drive Axle still withstand the vertical force ,longitudinal force and transverse force between the road and bridge or the body frame ,and braking force , reaction torque ,etc. Steering Drive Axle adds the function of shift under the basic of the Drive Axle, so that the car can run according to the driver. Steering Drive Axle include the main drive component, Differential, Half Axel, universal, Drive Axle Housing, etc. Drive Axle is one of the main assemble of the automotive power train. Whether the design of the Drive Axle is reasonable or not, affect the use of the cars. Drive Axle is the important part of the cars, it withstands the all force and torque between the road and the suspension and its working condition is the worst in cars. If the design is not right it will cause serious consequences. This article mainly includes the various parts of the Steering Drive Axles design, computation and examination, While the use of CAD software to map out the Steering Drive Axle assembly drawing, the driven gear of the main gear box, gear half shaft, outer axles parts diagram, and make their drawings. CAD as a computer-aided design of high-end software, with its powerful assembly management, functional simulation, manufacturing, data management, and is widely used to make parts of the assembly to meet the requirements.Key words: Drive Axle ,Main gear box ,Differential ,Half Axel ,Drive Axle Shell目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 前言11.2 国内外发展状况21.3 本设计的主要内容32 转向驱动桥的选型42.1 整车设计基本参数42.2 转向驱动桥的选型43 主减速器的设计83.1 主减速器功用及设计要求83.2 主减速器斜齿圆柱齿轮设计104 差速器的设计174.1 差速器结构形式选择174.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计174.3 普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算及材料选择205车轮传动装置设计225.1 半轴的结构形式225.2 万向节的选择与计算236 驱动桥壳设计26结 论27致 谢28参考文献29【精品文档】第 24 页1 绪 论1.1 前言驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增扭矩、降转速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将转矩合理地分配给左、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等组成。驱动桥的结构形式可以分为非断开式驱动桥和断开式驱动桥两大类。当驱动车轮采用非独立悬架时，就应该选用非断开式驱动桥，称为非独立悬架驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥，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，独立悬架驱动桥的结构虽然较为复杂，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。因此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。1.1.1 本课题要解决的主要问题和设计总体思路a. 本课题解决的主要问题：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，有了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。首先驱动桥的差速器用来解决左、右驱动车轮间的转矩分配问题和差速要求。其次，需将经过变速器传来的动力，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，要想使汽车转向驱动桥的设计合理，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。b. 本课题的设计总体思路：断开式驱动桥的桥壳，要求有足够的强度和刚度，同时还要尽量的减轻其重量。所选择的减速器比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃料经济性。对SUV汽车而言，由于它们有时会遇到坎坷不平的坏路面，要求它们的驱动桥有足够的离地间隙，以满足汽车在通过性方面的要求。驱动桥的噪声主要来自齿轮及其他传动机件。提高它们的加工精度、装配精度，增强齿轮的支承刚度，是降低驱动桥工作噪声的有效措施。驱动桥各零部件在保证其强度、刚度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下质量，以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷，从而改善汽车行驶的平顺性。1.1.2 预期的成果设计出SUV车型的转向驱动桥，包括主减速器、差速器、半轴、万向节和桥壳等部件。使设计出的产品使用方便，材料使用最少，经济性能最高。a. 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。b. 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。1.2 国内外发展状况目前国产驱动桥在国内市场占据了绝大部分份额，但仍有一定数量的汽车依赖进口，国产车桥与国际先进水平仍有一定差距。国内车桥的差距主要体现在设计和研发能力上，目前有研发能力的车桥厂家还不多，一些厂家仅仅停留在组装阶段。实验设备也有差距，比如工程车和牵引车在行驶过程中，齿轮啮合接触区的形状是不同的，国外先进的实验设备能够模拟这种状态，而我国现在还在摸索中。在结构方面，单级驱动桥的使用比例越来越高；技术方面，轻量化、舒适性的要求将逐步提高。总体而言，汽车在向节能、环保、舒适等方面发展，要求车桥趋向于轻量化、大扭矩、低噪声、宽速比、寿命长和低成本生产。在新政策汽车产业发展政策中，我国要成为世界主要汽车制造国，汽车产品满足国内市场大部分需求并批量进入国际市场；汽车生产企业要形成若干驰名的汽车、摩托车和零部件产品品牌；通过市场竞争形成几家具有国际竞争力的大型汽车企业集团等等。同时，在这个新的汽车产业政策描绘的蓝图中，还包含许多涉及产业素质提高和市场环境改善的综合目标，着实令人鼓舞。然而，不可否认的是，国内汽车产业的现状距离产业政策的目标还有相当长的距离。自1994年汽车工业产业政策颁布并执行以来，国内汽车产业结构有了显著变化，企业规模效益有了明显改善，产业集中度有了一定程度提高。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。1.3 本设计的主要内容本设计是为某车型设计合适的转向驱动桥（包括主减速器、差速器、半轴、万向节和驱动桥壳），按要求需要完成：1.主减速器、差速器、驱动半轴、万向节和桥壳等部分的设计和选型；2.主要参数设计和理论研究；3.各组成部分的结构设计；4.做出CAD工程图。2 转向驱动桥结构方案分析 2.1 基本设计参数汽车的主要设计参数包括尺寸参数，质量参数和汽车性能参数。汽车的主要尺寸参数有外部轮廓尺寸，轴距，轮距，前悬，后悬，车头长度和车厢尺寸等。汽车的质量参数包括整车整备质量，汽车总质量，载客量，轴荷分配等。汽车性能参数主要有动力性参数，燃油经济性参数，通过性几何参数，操作稳定性参数，制动性参数等。 所选车型以某车型相关数据为参考。相关参数如下：驱动形式：前置前驱 最高车速（km/h）：180主要几何尺寸与质量：长/宽/高(mm)：464018251690 轴距(mm)：2680轮距（前/后）(mm)：1565/1565 整备质量(kg)：1560发动机参数：发动机型式：4G63S4M 4气门/自然吸气/油缸内直喷最大功率（kw）：98/5500 最大扭矩（Nm）：186/40000-100km/h加速（s）：14.45 变速器型式：5挡手动悬架（前/后）：麦弗逊式独立悬架/四连杆独立悬架制动装置型式（前/后）：通风盘式/盘式轮胎类型与规格：225/65 R172.2 驱动桥的选型驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥型式应为非断开式。当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥型式应为断开式。图2-1 驱动桥的总体布置型式简图(a) 普通非断开式驱动桥 (b)带有摆动半轴的非断开式驱动桥 (c)断开式驱动桥 2.2.1 方案（一）：非断开式驱动桥图2-2 非断开式驱动桥1 桥壳 2主减速器 3差速器 4半轴 5轮毂普通非断开式驱动桥，如图2-2，由于其结构简单、造价低廉、工作可靠，最广泛地用在各种载货汽车、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。它的具体结构是桥壳是一根支承在左、右驱动车轮上的刚性空心梁，而齿轮及半轴等所有的传动机件都装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属簧下质量，使汽车的簧下质量较大，这是它的一个缺点。采用单级主减速器代替双级主减速器可大大减小驱动桥质量。采用钢板冲压-焊接的整体式桥壳及钢管扩制的整体式桥壳，均可显著地减轻驱动桥的质量。2.2.2 方案（二）：断开式驱动桥图2-3 断开式驱动桥1-主减速器 2-传动轴 3-弹性元件 4-减震器 5-车轮 6-摆臂 7-摆臂轴断开式驱动桥（如图2-3）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，它又总是与独立悬架相匹配，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梁或车厢底板上，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独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。所以断开式驱动桥也称为“带有摆动半轴的驱动桥”【4】。由于断开式驱动桥工作可靠，平稳性好，查阅资料，参照国内相关汽车的设计,最后根据某车型动力布置形式（前置前驱）采用断开式驱动桥。其结构如图2-4所示：图 2-4 驱动桥装配示意图3 主减速器设计3.1 主减速器功用及设计要求主减速器是汽车传动系中降低转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮或斜齿圆柱齿轮带动齿数多的锥齿轮或斜齿圆柱齿轮。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。对发动机横置的汽车，其主减速器就采用直齿轮传动而不必改变动力方向。由于汽车在各种道路上行驶时，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。3.1.1 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。（1）斜齿圆柱齿轮传动 图3-1 斜齿圆柱齿轮传动n1转速 Ft2切向力 Fr2径向力 Fae轴向力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。为了尽可能抵消主动轴上轴承的轴向力，主减速器中基本不用直齿圆柱齿轮而采用斜齿圆柱齿轮。此外，斜齿圆柱齿轮还具有运转平稳、噪声小等优点，汽车上获得广泛应用。哈弗H6为前置前驱，发动机横置，主减速器的齿轮选用斜齿圆柱齿轮形式（如图3-1示）。斜齿圆柱齿轮传动的主、从动齿轮轴线相互平行，齿轮是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。它工作平稳、能承受较大的负荷。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） 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柱齿轮（或者一对圆锥齿轮）组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。经方案论证，本设计的主减速器结构采用单级主减速器。其传动比i0一般小于等于7，满足乘用车（一般i0=34.5）的要求。3.1.2 主减速器主、从动斜齿圆柱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。（1）主动斜齿圆柱齿轮的支承图3-2主动斜齿圆柱齿轮支承形式主动斜齿圆柱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，采用悬臂式支承结构（如图3-2示）。支承距离应大于2.5倍的悬臂长度，且应比齿轮节圆直径的70%还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于悬臂长度尺寸。支承刚度除了与轴承形式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度有关以外，还与轴承与轴及轴承与座孔之间的配合紧度有关。它结构简单，支承刚度较差，用于传递转矩较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中本课题设计的主动斜齿圆柱齿轮的支承形式选择悬臂式支承。（2）从动斜齿圆柱齿轮的支承图3-3从动圆柱斜齿齿轮跨置式支撑形式c、d齿轮中心到左、右轴承的距离从动斜齿圆柱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内，以减小尺寸c+d。为了使从动斜齿圆柱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应不小于从动斜齿圆柱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。3.2 主减速器斜齿圆柱齿轮设计3.2.1 主减速比i0的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。i0的选择应在汽车总体设计时和传动系的总传动比i一起由整车动力计算来确定。可利用在不同i0下的功率平衡来研究i0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i0值，可使汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。对于SUV汽车而言，为了获得较大的足够的功率储备，通常按下式确定主减速比i0的大小： （3-1）式中：车轮的滚动半径，m；最大功率时的发动机转速，r/min； 最高车速，km/h； 变速器量高档传动比； 分动器或加力器高档传动比； 轮边减速器传动比。 查阅哈弗H6的相关资料，轮胎类型与规格：225/65 R17 其中：225轮胎名义断面宽度（mm）； 65轮胎名义高宽比（扁平率）； R子午线结构代号； 17轮辋名义直径（in）；查长度单位换算表得：1in=25.4mm因此，轮辋名义尺寸直径为17in=25.417mm所以车轮的自由半径为r=22565%+1725.4/2=362.15mm=0.36215m对汽车作静力学分析时，应该用静力学半径；而作动力学分析时，应该选用滚动半径。但通常不计它们的差别统称为车轮半径r。本设计中也认为二者数值相同，即： 查资料得， 最大功率时发动机的转速为：； 汽车的最高速度为：； 变速器最高档的传动比为：。 将数值代入公式（3-1）得：，为方便计算取。 3.2.2 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齿轮齿轮的计算转矩Tce ； (3-2) （2）按驱动轮打滑转矩确定从动齿轮的计算转矩Tcs ； (3-3) （3）按汽车日常行驶平均转矩确定从动齿轮的计算转矩Tcf ； (3-4) Temax为发动机最大扭矩，取186Nm；n为驱动桥数，取1；i1为变速器1档传动比，取3.835；为传动效率，取0.9；k为液力变矩器变距系数，取1；G2为满载状态下一个驱动桥上的静载荷；m2为汽车最大加速度时的负荷转移系数，取1.2；为轮胎与路面间的附着系数，取1；im为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，取0.96；为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，取1；Ft为日常汽车行驶的平均牵引力；i为分动器传动比，取1；汽车总质量ma的计算： ； (3-5)式中，m0为汽车整备质量，取1560kg；n为载客数，取5；为行李系数，取10。代入公式（31），。动载系数kd的计算：经计算，所以fj=0，则kd=1。将以上参数代入公式(32)、(33)和(34)得：Tce=2921.004Nm，Tcs=4721.372Nm，Tcf=786.895Nm。3.2.3 主减速器斜齿圆柱齿轮的主要参数选择 （1）主、从动斜齿圆柱齿轮齿数z1和z2的选择及齿轮的材料选择对于单级主减速器，首先根据主减速器传动比i0的大小选择主、从动齿轮的齿数。为了使磨合均匀，z1和z2之间应避免公约数；为了得到理想的齿面重叠系数，其齿数之和对于载货汽车来说应不小于40，对于轿车应不小于50。取z1=9，则z2=94.55=40.95，取z2=41。驱动桥斜齿圆柱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。主减速器斜齿圆柱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。4）选择合金材料是，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。汽车主减速器斜齿圆柱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，防止其在使用初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，斜齿圆柱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【5】。选择齿轮材料：主、从动齿轮均选用20CrMnTi钢，作渗碳淬火处理，硬度5662HRC。弯曲疲劳极限应力和接触疲劳极限应力分别为430、1500。（2）斜齿轮的设计计算 由于齿轮转速比较高，故选用硬齿面。 先按齿轮弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触强度，设计步骤如下： A、齿轮弯曲疲劳强度设计 a、小齿轮弯曲强度设计 (3-6) 1）计算载荷系数： 查机械设计手册选取使用系数kA=1.5；动载系数kv=1.1； K=kAkVkFkF=1.51.11.41.35=3.1185。 2）小齿轮的计算转矩： T1=Tcf/i0=786895/4.55=172939.9Nmm。 3）查机械设计手册选取齿宽系数=1。 4）选取螺旋角=15o。 5）当量齿数zV=9.99。 6）差机械设计手册取齿形系数YFa=3.37；应力校正系数YSa=1.44。 7）查机械设计手册取斜齿轮传动的端面重合度=1.67。 8）斜齿轮的纵向重合度：=0.318z1an=0.92。 9）查机械设计手册取螺旋角影响系数Y=0.88。 将以上参数代入公式（36），得：mn3.949,取mn=4.5。 则中心距: 螺旋角： 按公式计算大、小齿轮的分度圆直径： 计算齿轮宽度： b=d1=1.241.94=50.328mm，圆整后取B2=53mm，B1=60mm。 圆柱主、从动斜齿齿轮各参数见表3-1：表3-1 圆柱主、从动斜齿齿轮参数参 数符 号主动斜齿圆柱齿轮从动斜齿圆柱齿轮螺旋角15o327法面模数4.5端面模数4.66法面压力角 20端面压力角20o397分度圆直径41.94191.06基圆直径39.24178.78齿顶高4.954.95齿根高5.1755.175齿顶圆直径51.84200.96齿根圆直径31.59180.71齿宽6053当量齿数9.99545.531B、校核齿面接触疲劳强度由公式 (3-8)式中：斜齿圆柱齿轮轮齿的齿面接触应力，；主动斜齿圆柱齿轮分度圆直径，取41.94mm；主、从动斜齿圆柱齿轮齿面宽较小值,取53mm；载荷系数，取3.1185；斜齿轮的端面重合度，=1.67；齿数比，取4.55；区域系数，取值为2.42；主动斜齿圆柱齿轮计算转矩，T=172939.9Nmm；弹性影响系数，取值为189.8；将各公式代入公式（3-8），得： 故接触疲劳强度也是足够的。4 差速器的设计汽车在行使过程中，左右车轮在同一时间内滚过的路程往往是不相等的，左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行使阻力不相等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行使或直线行使，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。4.1 差速器结构形式选择差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。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(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差速器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。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，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置差速锁等。4.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计 a) 行星齿轮数n通常情况下，行星齿轮数n需根据承载情况来选择，在承载不大的情况下n可取2个，反之取4个。对于SUV车型，取n=4。 b) 行星齿轮球面半径行星齿轮球面半径反映了差速器锥齿轮节锥矩的大小和承载能力。由经验公式来确定 （4-1） 式中：行星齿轮球面半径系数，一般，对于有四个行星齿轮的乘用车取最大值3.0；差速器计算转矩，Nm，取 2921.004Nm；将各参数代入式（4-1），得：=42.884mm 预选行星齿轮节锥距A0为:42.455mm取。 c）行星齿轮和半轴齿轮齿数z1和z2为了使轮齿有较高的强度，需要取较大的模数，但尺寸又会增大，于是又要求行星齿轮齿数应取少些，但z1一般不少于10。半轴齿轮齿数z2在1425选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比z2/ z1在1.52.0的范围内。且半轴齿轮齿数和必须能被行星齿轮齿数整除。初定半轴齿轮与行星齿轮的齿数比z2/ z1=1.5，半轴齿轮齿数z2=16，行星齿轮的齿数 z1=10。 d）行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2及模数m行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2分别为 （4-2） （4-3）将各参数分别代入式（42）与式（43），得：锥齿轮大端的端面模数m为 （4-4）将各参数代入公式（4-1），得考虑到差速齿轮弯曲应力的校核，取m=4.5。 e)压力角汽车差速齿轮大都采用压力角=22。30，齿高系数为h*a=0.8,齿隙系数c*=0.3的齿形。 f)行星齿轮轴直径d和行星齿轮轴支承长度L 行星齿轮轴直径d（mm）为： d=()1/2 （4-5） 式中：T0差速器壳传递的转矩，2921.004Nm；n行星齿轮数，4；rd行星齿轮支承面中点到锥顶的距离，取28.666mm；支承面许用挤压应力，取69 ； 将各参数代入式（4-5）中，有：d=18.32mm 行星齿轮轴支承长度 ： L=1.1d=20.15mm计算半轴齿轮与行星齿轮参数，列表如下表4-1 汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算表序号项 目计 算 公 式 及 结 果1行星齿轮齿数Z1=102半轴齿轮齿数Z2=163模数m=4.54齿面宽，取F=12mm5齿工作高6齿全高7压力角8轴交角9节圆直径，10节锥角，11节锥距12周节13齿顶高，14齿根高，15径向间隙16齿根角，17面锥角，18根锥角，19外圆直径，d02=20节锥顶点至齿轮外缘距离，21理论弧齿厚，S2=，22齿侧间隙0.13（高精度）4.3 普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算及材料选择差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合传动状态，只有当汽车转弯或左、右轮行使不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此，对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度计算。轮齿弯曲应力（）为 （4-6）式中：N行星齿轮数目,4；J综合系数，取0.225；Z2半轴齿轮齿数16；m半轴齿轮模数，4.5mm；T半轴齿轮计算转矩（Nm），T=0.6 T0 /n；K0超载系数，取1；F齿面宽，F=（0.250.30）A0；尺寸系数，反映材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理等有关，当模数m1.6mm时， =0.65。载荷分配系数，当两个齿轮均用跨置式支承时，取1.001.10；当一个齿轮采用跨置式支承时，取1.101.25，支承刚度大时取小值。此处取1.0。质量系数，取1。极限弯曲应力=980 ；将各参数代入式（4-6）中，有：=651.2=980 ；所以齿轮弯曲强度满足要求。差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。5 车轮传动装置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半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节。5.1 半轴的结构形式半轴根据其车轮端的支撑方式不同，可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式，如图5-1所示。图 5-1 半轴结构形式全浮式半轴的结构特点是，半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相连接，而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支撑在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全部由桥壳或车身来承受。本次设计采用全浮式半轴。5.1.1 半轴的设计和计算 全浮式半轴的计算载荷： （5-1） 式中，G2为汽车总重在驱动轮上的静负荷，取10429.65N；为负荷转移系数，取1.2；为附着系数，取0.8；rr为车轮滚动半径,取0.36215m。 代入数据， 全浮式半轴杆部直径可按下式初步选取 （5-2） 式中，d为杆部直径（mm）；M为半轴计算直径，为1813.007Nm；K为直径系数，取2.052.18。 代入数据，得24.996mm26.582mm；出于对安全系数以及半轴强度的较核的考虑，取d=32mm。 半轴的扭转切应力为： （5-3） 代入数据，得=342.2MPa500MPa。 半轴的扭转角为： （5-4） 式中，为扭转角；为半轴长度，近似为700mm；G为材料的切变膜量，取为8.410N/mm；Ip为半轴断面的极惯性矩，所以=10.8o 。 5.2 万向节的选择与计算对于又要转向又要驱动的转向驱动桥，左、右驱动车轮需要随汽车行驶的轨迹而改变方向，这时多采用球笼式或球叉式等速万向节，其最大夹角即车轮的最大转角可达。Birfield型球笼式等速万向节的工作角可达，承载能力及耐冲击能力强（有6个钢球同时承载），传动效率高，尺寸紧凑，安装方便，因此得到广泛的应用。所以本次设计选用Birfield型球笼式等速万向节。图5-1 Birfield型球笼式等速万向节 球笼式等速万向节的失效形式主要是钢球与接触道表面的疲劳点蚀，在特殊情况下，因热处理不当、润滑剂不良或温度过高等也会因磨损而损坏。由于星形套滚道接触点的纵向曲率半径小于外半轴滚道的纵向曲率半径，所以前者上的接触椭圆比后者上的要小，即前者的接触应力大于后者，因此控制钢球与星形套滚道表面的接触应力，并以此来确定万向节的承载能力。对于Birfield型球笼式万向节，以与星形套连接轴的直径作为万向节的基本尺寸， 即 （5-5） 式中，万向节的计算转矩（Nmm）， = 1460502Nmm； 使用因素。对于无振动的理想传动取1.0，有轻微振动的取1.21.5，有中等振动的取1.72.0，振动十分严重的取2.73.6。取=1.7。所以 ，=30.5。由于Birfield型球笼式万向节已经标准化如表5-1，故由文献4查表取=31.8；钢球个数；钢球直径d=23.812；星形套最大直径37.16，最小直径37.22；槽距13；花键齿数为18；球形壳外径为115。球形壳和星形套采用制造，并且经渗碳、淬火、回火处理；选用轴承钢球，材料为。表5-1 球笼万向节的系列数据轴颈直径in0.7500.8750.9371.0001.1251.2501.5001.7502.000mm19.122.223.825.428.631.838.144.550.8钢球直径in9/1621/320.70873/427/3215/169/821/163/2mm14.28816.69918.00019.05021.43123.81228.57533.33838.100星形套最大直径mm22.42/22.3526.67/26.5926.67/26.5930.48/30.3533.15/33.0237.16/37.0846.10/45.9753.34/53.2460.45/60.33最小直径mm20.22/20.0924.67/24.5624.69/24.5625.53/25.4030.61/30.4833.35/33.2241.28/41.1548.08/47.9654.10/53.98槽距mm22.75/45.522.75/45.522.75/45.520/4020/4013/2610.5/219/188/16花键数192323232518181818球形外壳mm70818892103115137160182 6 驱动桥壳设计驱动桥壳的主要作用是支承汽车质量，并承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架（或车身）；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。驱动桥壳既是传力件又是承载件，因此驱动桥壳应满足如下设计要求：1.足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力。2.保证足够的强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高汽车行使平顺性。3.保证足够的离地间隙。4.结构工艺性好，成本低。5.保护装于其上的传动系部件和防止泥水浸入。6.拆装、调整、维修方便【4】。由于某车型采用的是承载式车身，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂直力由车身承担，因此桥壳的强度无需校核。 结论本课题设计的是SUV车型的驱动桥，采用断开式驱动桥，结构简单、主减速器造价低廉、工作可靠。设计介绍了转向驱动桥的结构形式和工作原理，计算了主减速器、差速器、半轴以及万向节的结构类型和尺寸，进行了强度校核，并运用绘图软件绘制了有关零件图、装配图和工程图。本驱动桥设计结构合理，符合实际应用，具有很好的动力性和经济性，驱动桥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。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。另外，在一些小的方面，由于时间问题，做得还不够仔细，恳请各位老师同学给予批评指正。致谢三个月的毕业设计总算是结束了，不管怎么说，自己在这三个月的忙碌中还是有所收获的。我做的课题是汽油动力SUV乘用车驱动桥设计，刚看到看个题目时，自己对驱动桥的概念还不是很清楚，所以一点头绪都没有。通过到实验室里去看实物，通过王老师的讲解，加上自己看书，又在网上看了大量的视频资料，终于有了驱动桥的设计思路。对于具体的细节问题，涉及到一些经验方面的问题，王老师总是不厌其烦的讲解，直到我听懂为止，我被王老师的这种敬业精神深深感动。通过这次毕业设计，我查手册的能力得到了很大的提高，也养成了一丝不苟的工作习惯。以前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，我可以很平静地进行计算和绘图，一点急躁的情绪都没有，这可能是做毕业设计给我留下的最为宝贵的东西，这对我以后的工作大有裨益。感谢大学四年来所有的老师，特别是机电学院的各位老师，为我打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢机电学院和中原工学院四年来对我的教育。参考文献1 编委会.汽车工程手册M.北京:人民交通出版社,20012 闻帮椿主编.机械设计手册(第5版)M.北京:机械工业出版社,20103 陈家瑞,汽车构造M.北京:人民交通出版社,20054 王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社,20055 王爱珍.工程材料与成形技术M. 北京：机械工业出版社，2003.6 大连理工工程图学教研室.机械制图M第六版. 北京：高等教育出版社，2007.7 汽车标准汇编(20002004) M.中国汽车技术研究中心标准研究所,2005