轻型载货汽车驱动桥设计毕业设计

轻型载货汽车驱动桥设计作 者 姓 名：指 导 教 师：单 位 名 称：机械工程与自动化学院专 业 名 称：车辆工程 Drive axle design 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：轻型载货汽车驱动桥设计基本内容：(1) 满足如下设计参数要求：总质量：6000kg；装载质量：3000kg；轴距：4000mm；后轮距1500mm；钢板弹簧座中心距离：865mm；满载时前轴荷1900kg；满载时后轴荷4100kg；最大功率70kw/3200r/min；最大转矩200Nm/2200r/min；(2) 进行总体方案分析，总体参数设计和计算，完成总体设计全部内容；(3) 进行零部件设计好校核计算，标准件选择和校核等；(4) 完成总体和主要零部件二维设计；(5) 撰写毕业设计说明书(6) 翻译一篇与汽车相关的外文文献毕业设计（论文）专题部分：题目：基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期第周指导教师签字： 年月日I 摘 要轻型汽车在商用汽车生产中占有很大的比重，而且驱动桥在整车中十分重要。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。为满足目前当前载货汽车的快速、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。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。本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数，在分析驱动桥各部分结构形式、发展过程及其以往形式的优缺点的基础上，确定了总体设计方案，采用传统设计方法对驱动桥各部件主减速器、差速器、半轴、桥壳进行设计计算并完成校核。最后运用CAXA完成装配图和主要零件图的绘制。关键词：轻型货车；驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳东北大学毕业设计 Abstract Abstract Pickup trucks take a large proportion of commercial vehicles production, and the drive axle is one of the most important structure. Drive axle is the one of automobile four important assemblies, Its performance directly influence on the entire automobile, especially for the truck .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.In this paper, first of all determine the structure of major components and the main design parameters, the analysis of the various parts of the structure of the bridge drive type, the form of the development process and its advantages and disadvantages of the past, determined on the basis of the design program, using the traditional design method of various parts of the drive axle Main reducer, differential, axle, axle housing was designed to calculate and complete the check. Finally complete the final assembly drawing by using CAXA and mapping the main components.Keywords: Pickup truck; Drive axle; final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing东北大学毕业设计 目录 目 录毕业设计(论文)任务书摘 要ABSTRACT第 1 章 绪 论11.1 选题背景目的及意义11.2 国内外驱动桥研究状况21.3 设计主要内容和预期成果4第2章 驱动桥的总体方案确定5 2.1 驱动桥结构种类和设计要求52.1.1 汽车车桥的种类 52.1.2 驱动桥的种类52.1.3 驱动桥的组成62.1.4 驱动桥的设计要求6 2.2 主减速器结构方案的确定72.2.1 主减速比的计算72.2.2 主减速器的齿轮类型82.2.3 主减速器的减速形式92.2.4 主减速器从动锥齿轮的支持形式及安装方法11 2.3 差速器结构方案的确定13 2.4 半轴形式的确定14 2.5 桥壳形式的确定15 2.6 本章小结16第3章 主减速器设计17 3.1 概述17 3.2 主减速器齿轮参数的选择与强度计算173.2.1 主减速器齿轮计算载荷的确定173.2.2 主减速器齿轮参数的选择193.2.3 螺旋锥齿轮的强度计算223.2.4 主减速器的轴承计算30 3.3 主减速器齿轮材料及热处理37 3.4 主减速器斜齿圆柱齿轮的参数选择和设计计算38 3.5 本章小结41第4章 差速器的设计43 4.1 对称式圆锥行星齿轮式差速器的设计计算444.1.1 行星齿轮数444.1.2 行星齿轮球面半径和节锥距444.1.3 行星齿轮和半轴齿轮齿数444.1.4 行星齿轮和半轴齿轮节锥角及模数444.1.5 半轴齿轮与行星齿轮齿形参数454.1.6 压力角454.1.7 行星齿轮安装孔直径及其深度的确定45 4.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的材料47 4.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的强度计算48第5章 驱动车轮的传动装置设计49 5.1 半轴的设计与计算49 5.2 半轴的结构设计及材料与热处理52第6章 驱动桥壳的设计53 6.1 桥壳的受力分析及强度计算53 6.1.1 桥壳的静弯曲应力计算53 6.1.2 在不平路面冲击作用下的桥壳强度计算55 6.1.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算56 6.1.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算57 6.1.5 受最大侧向力时的桥壳强度计算59第7章 经济性和环保性分析61第8章 结论62致谢63参考文献64附录 65 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16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=21，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=301mm。 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。 =5.677.53由GB/T12368-1990，取=7，满足校核。所以有：=147mm =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：=0.155=46.66mm，可初取=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。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212从动齿轮齿数433模数74齿面宽b=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=147mm=301mm10节锥角arctan=90-=26.03=63.9711节锥距A=A=167mm12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=1.065=3.5117面锥角；=29.58=65.03518根锥角=24.9=60.12819外圆直径=163mm=303mm20节锥顶点止齿轮外缘距离=146.5mm=71.8mm21理论弧齿厚=14.27mm=8.82mm22齿侧间隙B=0.3050.4060.32mm23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。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200； 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： Nmm。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。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；大齿轮齿数 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图3.2 接触强度计算综合系数J