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本科学生毕业设计起亚狮跑驱动桥设计 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 B07-6班 学生姓名： 指导教师： 职 称： 实验师 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors Degree Design of ShiPao Rear Axle Candidate：Specialty：Vehicle EngineeringClass：B07-6Supervisor：Lectyrer Heilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin摘 要驱动桥是汽车总成中的重要承载件之一，其性能直接影响整车的性能和有效使用寿命。一般由主减速器、差速器、半轴及桥壳四部分组成，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；此外，还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。本设计首先论述了驱动桥的总体结构，在分析驱动桥各部分结构型式、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：采用整体式驱动桥，主减速器的减速型式采用单级减速器，主减速器齿轮采用螺旋锥齿轮，差速器采用圆锥行星齿轮差速器，半轴采用全浮式型式，桥壳采用铸造整体式桥壳。在本次设计中，主要完成了单级减速器、圆锥行星齿轮差速器、全浮式半轴的设计和桥壳的校核及材料选取等工作。单独论文不含图，加153893706关键词： 驱动桥；单级；主减速器；差器；齿轮；材料；计算机辅助设计ABSTRACTDriving axle assembly is one of the important vehicle carrying pieces and can directly impact on the whole vehicles performance and its effective life. Driving Axle is consisted of Main Decelerator, Differential Mechanism, Half Shaft and Axle Housing. The basic function of Driving Axle is to increase the torque transmitted by Drive Shaft or directly transmitted by Gearbox, then distributes it to left and right wheel, and make these two wheels have the differential function which is required in Automobile Driving Kinematics; besides, the Driving Axle must also stand the lead hangs down strength, the longitudinal force and the transverse force acted on the road surface, the frame or the compartment lead.The configuration of the Driving Axle is introduced in the thesis at first. On the basis of the analysis of the structure and the developing process of Driving Axle, the design adopted the Integral Driving Axle, Single Reduction Gear for Main Decelerators deceleration form, Spiral Bevel Gear for Main Decelerators gear, Full Floating for Axle and Casting Integral Axle Housing for Axle Housing. In the design, we accomplished the design for Double Reduction Gear, tapered Planetary Gear Differential Mechanism, Full Floating Axle, the checking of Axle Housing and the election of the material and so on.Key words: Driving Axle；Single；Main Decelerator；Differential；Gear；Material；Computer Aided Design目 录摘要.Abstract .第1章.11.1 选题的目的和意义.11.2 研究现状.21.1.1 国内现状.21.1.2 国外现状.21.3 驱动桥的结构和种类41.3.1 汽车车桥的种类41.3.2 驱动桥的种类41.3.3 驱动桥结构组成5 1.4 完成主要内容.10第2章 设计方案的确定122.1 主要设计参数122.2 主减速比的计算122.3 主减速器结构方案的确定132.4 差速器结构方案的确定142.5 半轴型式的确定152.6 桥壳型式的确定15 2.7 本章小结15第3章 主减速器设计163.1 主减速齿轮计算载荷的确定163.2 主减速器齿轮参数的选择173.2.1 主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算183.2.2 主减速器螺旋锥齿轮的强度计算203.3 主减速器齿轮的材料及热处理223.4 主减速器轴承的计算23 3.5 主减速器的润滑25 3.6 本章小结. 26第4章 差速器设计274.1 差速器齿轮的基本参数选择274.2 差速器齿轮的几何尺寸计算与强度计算304.3 本章小结33第5章 半轴设计345.1 全浮式半轴的设计计算345.2 半轴的结构设计及材料与热处理37 5.3 本章小结.37 第6章 驱动桥桥壳的校核386.1 桥壳的静弯曲应力计算386.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算396.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算396.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算41 6.5 本章小结.42第7章 ProE图的制作过程437.1 零件的制作过程437.1.1 行星齿轮的制作过程437.1.2 半轴齿轮的制作过程447.1.3 主动齿轮的制作过程447.1.4 从动齿轮的制作过程457.1.5 差速器壳体的制作过程457.1.6 十字轴的制作过程467.2 零件的装配477.3 本章小结49结论.50参考文献. 51致谢.52附录.53第1章 绪 论1.1选题的目的和意义驱动桥是汽车总成中的重要承载件之一，其性能直接影响整车的性能和有效使用寿命。驱动桥一般由桥壳、主减速器、差速器和半壳等元件组成，转向驱动桥还包括各种等速联轴节，结构更复杂，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。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，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。传统设计是以生产经验为基础，以运用力学、数学和回归方法形成的公式、图表、手册等为依据进行的。现代设计是传统设计的深入、丰富和发展，而非独立于传统设计的全新设计。以计算机技术为核心，以设计理论为指导，是现代设计的主要特征。利用这种方法指导设计可以减小经验设计的盲目性和随意性，提高设计的主动性、科学性和准确性。电子计算机的出现和在工程设计中的推广应用，使汽车设计技术飞跃发展，设计过程完全改观。汽车结构参数及性能参数等的优化选择与匹配，零部件的强度核算与寿命预测，产品有关方面的模拟计算或仿真分析，都在计算机上进行。这种利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计(CAD)。计算机辅助设计的特点：Pro/Engineer是美国PTC公司开发的一套机械CAD/CAE/CAM集成软件，其技术领先，在机械、电子、航空、邮电、兵工、仿真等各行各业都有应用，在CAD/CAE/CAM领域中处于领先地位。它集零件设计、大型组件设计、钣金设计、造型设计、模具开发、数控加工、运动分析、有限元分析、数据库管理等功能于一身，具有参数化设计，特征驱动，单一数据库等特点，大大加快了产品开发速度。随着计算机在汽车设计中的推广应用，一些近代的数学物理方法和基础理论方面的新成就，在汽车设计中也日益得到广泛应用。现代汽车设计，除传统的方法和计算机辅助设计方法外，还引进了最优化设计、可靠性设计、有限元分析、计算机模拟计算或仿真分析、模态分析等现代设计刚方法于分析手段，甚至还引进了雷达防撞、卫星导航、智能化电子仪表及显示系统等新技术。 计算机辅助设计与以前的设计发展相比有明显优势，减少了设计、计算、制图、制表所需的时间，缩短了设计周期。有利于发挥设计人员的创造性，将他们从大量简单、繁琐的重复劳动中解放出来，由于采用了计算机辅助分析技术，可以从多方案中进行分析、比较，选出最佳方案，有利于实现设计方案的优化，有利于实现产品的标准化、通用化和系列化，减少了零件在车间的流通时间和在机床上装卸、调整、测量、等切削的时间，提高了加工效率，先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平，有能在较大范围内适应加工对象的变化，有利于企业提高应变能力和市场竞争力，计算机辅助设计的利用，是产品的设计、制造过程形成一个有机的整体，提高了产品的质量和设计、生产的效率。未来计算机辅助设计会成为设计中不可缺少的一部分。1.2研究现状1.2.1国内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。国内的大多数中小企业中，测绘市场销路较好的产品是它们的主要开发模式。特别是一些小型企业或民营企业由于自身的技术含量低，开发资金的不足，专门测绘、仿制市场上销售较旺的汽车的车桥售往我国不健全的配件市场。这种开发模式是无法从根本上提高我国驱动桥产品开发水平的。中国驱动桥产业发展过程中存在许多问题，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。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、仿制、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。我国驱动桥产业正处在发展阶段，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。1.2.2国外现状国外驱动桥主要采用模块化技术和模态分析进行驱动桥的设计分析，模块化设计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. 以DANA为代表的意大利企业多已采用了该类设计方法, 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。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。国外企业位减少驱动桥的振动特性，对驱动桥进行模态分析，调整驱动桥的强度，改善整车的舒适性和平顺性。20世纪60年代以来，由于电子计算机的迅速发展，有限元法在工程上获得了广泛应用。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。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。驱动桥的参数化设计，参数化设计是指设计对象模型的尺寸用变量及其关系表示，而不需要确定具体数值，是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。未来的驱动桥智能化控制系统已经在汽车业得到了快速发展，现代汽车上使用的制动防抱死控制、电子稳定控制装置、驱动力控制系统等系统。驱动力控制系统通过控制发动机转矩和汽车的制动系统等手段来控制驱动力，即在汽车起步，加速时减少驱动力,防止驱动力超过轮胎与路面的附着力而导致车轮空转打滑，保持最佳的驱动力,改善汽车的方向稳定性和操纵性。另外，汽车电子控制系统和总线驱动系统的迅速发展，如线控换挡、线控转向、线控制动等的研究开发。概念车底盘滑板结构就是总线控制、燃料电池驱动的，加上不同形状车身的轿车，现在已经开始启动，通用公司宣传，这种车有可能在未来10年上市。当线控这一目标实现时，汽车将是一种完全的高新技术产品，发动机、变速器、传动轴、驱动桥、转向机全都不见了，当然四个轮子还是要的。到那时，汽车就可以说是一台装在轮子上的计算机了。1.3 驱动桥的结构和种类1.3.1 汽车车桥的种类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。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。1.3.2 驱动桥的种类驱动桥作为汽车的重要的组成部分处于传动系的末端，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、右驱动车轮，并使左、石驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。在一般的汽车结构中、驱动桥包括主减速器（又称主传动器）、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件如图1.1所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10图1.1 驱动桥1.半轴2.圆锥滚子轴承3.支承螺栓4.主减速器从动锥齿轮5.油封6.主减速器主动锥齿轮7.弹簧座8.垫圈9.轮毂10.调整螺母对于各种不同类型和用途的汽车，正确地确定上述机件的结构型式并成功地将它们组合成一个整体驱动桥，乃是设计者必须先解决的问题。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；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥。本次设计车型主减速比小于7.6，设计多采用单级减速器，它具有结构简单、体积及质量小且制造成本低等优点。1.3.3 驱动桥结构组成1、主减速器 主减速器的结构形式，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安装（1）主减速器齿轮的类型 在现代汽车驱动桥中，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1.2（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1.2（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：尺寸相同时，双曲面齿轮有更大的传动比。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。图1.2 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮当传动比一定，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。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：长方向的纵向滑动使摩擦损失增加，降低了传动效率。齿面间有大的压力和摩擦功，使齿轮抗啮合能力降低。双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。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。（2）主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择 现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承形式有如下两种：悬臂式 悬臂式支承结构如图1.3所示，其特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴径，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两端的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子向外。悬臂式支承结构简单，支承刚度较差，多用于传递转钜较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。图1.3 锥齿轮悬臂式支承骑马式 骑马式支承结构如图1.4所示，其特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，在需要传递较大转矩情况下，最好采用骑马式支承。图1.4 主动锥齿轮骑马式支承（3）从动锥齿轮的支承方式和安装方式的选择 从动锥齿轮的两端支承多采用圆锥滚子轴承，安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内，而小端相向朝外。为了防止从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移，圆锥滚子轴承应用两端的调整螺母调整。主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并用细牙螺钉以精度较高的紧配固定在差速器壳的凸缘上5。（4）主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整 支承主减速器的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。分析可知，当轴向力于弹簧变形呈线性关系时，预紧使轴向位移减小至原来的1/2。预紧力虽然可以增大支承刚度，改善齿轮的啮合和轴承工作条件，但当预紧力超过某一理想值时，轴承寿命会急剧下降。主减速器轴承的预紧值可取为以发动机最大转矩时换算所得轴向力的30。主动锥齿轮轴承预紧度的调整采用套筒与垫片，从动锥齿轮轴承预紧度的调整采用调整螺母。（5）主减速器的减速形式 主减速器的减速形式分为单级减速（如图2.5）、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。通常单级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1.5 主减速器2、差速器 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。3、半轴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接传动装置且多采用等速万向节。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。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。半浮式半轴具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。主要用于质量较小，使用条件好，承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。3/4浮式半轴，因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命，故未得到推广。全浮式半轴工作可靠，广泛应用于轻型以上的各类汽车、越野车汽车和客车上，本设计采用此种半轴。4、桥壳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。因此桥完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。结构形式分类：可分式、整体式、组合式。按制造工艺不同分类：铸造式强度、刚度较大，但质量大，加工面多，制造工艺复杂，本设计采用铸造桥壳。钢板焊接冲压式质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，轿车和中小型货车，部分重型货车。1.4 完成主要内容（1） 完成驱动桥的主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的结构形式选择；（2） 完成主减速器的基本参数选择、设计计算和校核；（3） 完成差速器的设计与计算和校核；（4） 完成半轴的设计与计算和校核；（5） 完成驱动桥桥壳的受力分析及强度计算和校核；（6） 用CAD软件绘制装配图及主要零件图。第二章 设计方案的确定2.1 设计主要参数本次设计的任务是狮跑汽车后桥的设计。技术参数：表2.1参考数据序号项 目数 据单 位1车身长度4350mm2车身宽度1800mm3车身高度1730mm4车 重1418kg5轴 距2630mm6前轮距1540mm7后轮距1540mm8前胎规格215/65 R16 9排 量2.0L10最大功率/转速105/6000kw/ rpm11最大转矩/转速184/4500N.m/ rpm12最高车速171km/h13最高档传动比0.78214级 别SUV15离地间隙200-250mm2.2 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。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： =0.377=4.625 （2.1） 式中：车轮的滚动半径215/65 R16 =25.4+（1-）b=0.334334（m） 轮辋直径d=16英寸轮辋宽度b=215英寸，=0.4；最大功率时的发动机转速6000 rpm；汽车的最高车速171km/h； 变速器最高挡传动比0.782； 分动器传动比1.223。2.3 主减速器结构方案的确定（1）主减速器齿轮的类型 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）主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择本次设计选用： 主动锥齿轮：悬臂式支撑（圆锥滚子轴承）从动锥齿轮：跨置式支撑（圆锥滚子轴承）（3）从动锥齿轮的支承方式和安装方式的选择从动锥齿轮的两端支承多采用圆锥滚子轴承，安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内，而小端相向朝外。为了防止从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移，圆锥滚子轴承应用两端的调整螺母调整。主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并用细牙螺钉以精度较高的紧配固定在差速器壳的凸缘上。（4）主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整支承主减速器的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。分析可知，当轴向力于弹簧变形呈线性关系时，预紧使轴向位移减小至原来的1/2。预紧力虽然可以增大支承刚度，改善齿轮的啮合和轴承工作条件，但当预紧力超过某一理想值时，轴承寿命会急剧下降。主减速器轴承的预紧值可取为以发动机最大转矩时换算所得轴向力的30。主动锥齿轮轴承预紧度的调整采用调整螺母（利用轴承座实现），从动锥齿轮轴承预紧度的调整采用调整螺母。（5）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。由于单级主减速器具有机构简单、体积及质量小且制造成本低等优点，因此广泛用于主减速比小于7.6的各种中、小型汽车上，本设计汽车主减速比小于7.6 所以采用单级主减速器。2.4 差速器结构方案的确定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。但对于本设计的车型来说只选用普通的对称式圆锥行星齿轮差速器即可。本次设计选用：圆锥行星齿轮差速器。2.5 半轴型式的确定3/4浮式半轴，因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命，故未得到推广。全浮式半轴广泛应用于轻型以上的各类汽车上。本次设计选择全浮式半轴。2.6 桥壳型式的确定整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一个整体的空心梁，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。其主要缺点是桥壳不能做成复杂而理想的断面，壁厚一定，故难于调整应力分布。铸造式桥壳强度、刚度较大多用于越野车和重型货车。本次设计驱动桥壳就选用铸造式整体式桥壳。2.7 本章小结本章首先确定了主减速比，然后确定其它参数。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、主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整及主减速器的减速形式上得以确定从而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。第3章 主减速器设计3.1 主减速齿轮计算载荷的确定通常是将发动机最大转矩配以传动系最低档传动比时和驱动车轮打滑时这两种情况下作用于主减速器从动齿轮上的转矩（）的较小者，作为载货汽车计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷。即 /n=1642.86（） （3.1） =2974.40（） （3.2）式中：发动机最大扭矩，N.m，本车取N.m；从发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比；，已知； T上述传动部分的效率，取T0.9；K0超载系数，对于越野汽车及液力传动的各类汽车取K01；n该车的驱动桥数目，本车取n2；G2汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，取G28540.7N；轮胎对路面的附着系数，对于越野汽车，取1.0； Rr车轮的滚动半径，Rr334.334mm；lb，ilb分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和减速比；LB0.96,iLB1。由式（3.1），式（3.2）求得的计算载荷，是最大转矉而不是正常持续转矩，不能用它作为疲劳损坏依据。对于公路车辆来说，使用条件较非公路用輆稳定，其正常持续輬矩是根据所谓平均牵引力的值来确定的，即主加速器的平均计算转矩为 =1215.82（） （3.3）式中：汽车满载总重，N； 所牵引的挂车满载总重，N，仅用于牵引车取=0； 道路滚动阻力系数，通常取0.0150.020，可初取 =0.018； 汽车正常使用时的平均爬坡能力系数。通常取0.090.30，可初取=0.15； 汽车性能系数 （3.4）当 =26.8616时，取=03.2 主减速器齿轮参数的选择（1）齿数的选择 根据主减速比确定：对于单级主减速器，当i0较大时，则应尽量使主动齿轮的齿数Z1取小些，以得到满意的驱动桥离地间隙1。.当i06时，Z1的最小取值可取5，但为了啮合平稳及提高疲劳强度，Z1最好大于5；.当i0较小（i03.55）时，Z1可取为712，但这时常会因为主、从齿轮齿数太多，尺寸太大而不能保证所要求的离地间隙；.为了磨合均匀，Z1、Z2之间应避免有公约数；.为了得到理想的齿面重叠系数，Z1+ Z2应50；根据以上特点要求和本车的主减比，可确定主减速器主、从齿轮齿数z1 =10 z2 =43 。（2）节圆直径地选择 根据从动锥齿轮的计算转矩（见式3.2，式3.3并取两者中较小的一个为计算依据）按经验公式选出： =177mm （3.5）式中：d2从动锥齿轮的节圆直径，mm；Kd2直径系数，取K d2=1316；Tj计算转矩；取Tje与Tj中较小者： （3）齿轮端面模数的选择 选定后，可按式算出从动齿轮大端模数，并用下式校核= 4.5 （4）齿面宽的选择 汽车主减速器螺旋锥鼿轮鼿面宽度推荐为：F=0.155=38.75mm，可初取F=30mm。（5）螺旋锥齿轮螺旋方向 一般情况下主动齿轮为左旋，从动齿轮为右旋，以使二齿轮的轴向力有互相斥离的趋势。（6）螺旋角的选择 格里森制推荐公式：。在一般机械制造用的标准制中，螺旋角推荐用35。3.2.1 主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算主减速器锥齿轮的几何尺寸计算见表 表3.1 主减速器锥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102从动齿轮齿数433模数4.54齿面宽FF=305工作齿高7.2456全齿高=8.0467法向压力角=168轴交角 EMBED Aquation.3 =909节圆直径=45=193.510节锥角arctan=90-=13.091=76.90811节锥距A=A=10012周节t=3.1416 t=14.13713齿顶高=6.075mm=1.125mm14齿根高=1.971mm=6.921mm15径向间隙c=c=0.84616齿根角=1.1348=3.928917面锥角；=17.06995=3.928918根锥角=11.12=72.929119齿顶圆直径=56.83424=194.009620节锥顶点止齿轮外缘距离=95.374=21.40421理论弧齿厚=27.38mm=3.9915mm22齿侧间隙B=0.1020.1520.125mm23螺旋角=3524螺旋方向在一般的情况下主动齿轮为左旋，从动齿轮为右旋，以使二齿轮的轴向力有相互斥离的趋势主动齿轮为左旋，从动齿轮为右旋25驱动齿轮小齿轮小齿轮26驱动方向向齿轮背面看去，通常主动齿轮为顺时针，从动齿轮为反时针主动齿轮为顺时针，从动齿轮为反时针 3.2.2 主减速器螺旋锥齿轮的强度计算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。 螺旋锥齿轮的强度计算：（1）主减速器螺旋锥齿轮的强度计算单位齿长上的圆周力 （3.6）式中：单位齿长上的圆周力，N/mm; F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： =1260.74N/mm （3.7）按最大附着力矩计算时：=836.22 （3.8）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可知，校核成功。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 （3.9）式中：超载系数1.0； 尺寸系数 载荷分配系数1.11.25； 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；（2）轮齿的接触强度计算 螺旋锥齿轮齿面的计算接触应力（MPa）为： （3.10）式中：材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取232.6；=1，=1，=1.11，=1； 表面质量系数，对于制造精确的齿轮可取1； J 计算应力的综合系数，=0.1875，见图3.2所示。 =666.7MPa=1750MPa =2373.45MPa=2800MPa，故符合要求、校核合理。图3.2应力的综合系数3.3 主减速器齿轮的材料及热处理汽车驱动桥主减速器的工作相当繁重，与传动系其他齿轮比较，它具有载荷大、工作时间长、载荷变化多、带冲击等特点。其损坏形式主要有齿根弯曲折断、齿面疲劳点蚀（剥落）、磨损和擦伤等。据此对驱动桥齿轮的材料及热处理应有以下要求：（1）具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度以及较好的齿面耐磨性，故齿表面应有高的硬度；（2）轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下轮齿根部折断；（3）钢材的锻造、切削与热处理等加工性能良好，热处理变形小或变形规律性易控制，以提高产品质量、减少制造成本并降低废品率；（4）选择齿轮材料的合金元素时要适应我国的情况。例如:为了节约镍、铬等我国发展了以锰、钒、硼、钛、钼、硅为主的合金结构钢系统。汽车主减速器和差速器圆锥齿轮与双曲面齿轮目前均用渗碳合金钢制造。常用的钢号，及，在本设计中采用了。用渗碳合金钢制造齿轮，经渗碳、淬火、回火后，齿轮表面硬度可高达HRC5864，而芯部硬度较低，当m8时为HRC3245。对于渗碳深度有如下的规定：当端面模数m5时，为0.91.3mm。由于新齿轮润滑不良，为了防止齿轮在运行初期产生胶合、咬死或擦伤，防止早期磨损，圆锥齿轮与双曲面齿轮副草热处理及精加工后均予以厚度为0.0050.0100.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面镀层不应用于补偿零件的公差尺寸，也不能代替润滑5。对齿面进行喷丸处理有可能提高寿命达25。对于滑动速度高的齿轮，为了提高其耐磨性进行渗硫处理。渗硫处理时温度低，故不会引起齿轮变形。渗硫后摩擦系数可显著降低，故即使润滑条件较差，也会防止齿轮咬死、胶合和擦伤等现象产生。3.4 主减速器轴承的计算设计时，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，应先求出作用在齿轮上的轴向力、径向力、圆周力，然后再求出轴承反力，以确定轴承载荷。(1) 作用在主减速器主动齿轮上的力齿面宽中点的圆周力P为 （3.11）式中：T作用在该齿轮上的转矩。主动齿轮的当量转矩； 该齿轮齿面宽中点的分度圆直径。注：汽车在行驶过程中，由于变速器档位的改变，且发动机也不尽处于最大转矩状态，因此主减速器齿轮的工作转矩处于经常变化中。实践表明，轴承的主要损坏形式是疲劳损伤，所以应按输入的当量转矩进行计算。作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩可按下式求得： （3.12）式中：变速器，档使用率为1，3，5，16，75； 变速器的传动比为7.64，4.27，2.61，1.59，1.00； 变速器处于，档时的发动机转矩利用率50，60，70，70，60。对于螺旋锥齿轮 =35.07（mm） （3.13） =40.02（mm） （3.14）式中：主、从动齿轮齿面宽中点的分度圆直径； 从动齿轮齿面宽从动齿轮的节锥角62.53；计算得：=16063.3N螺旋锥齿轮的轴向力与径向力主动齿轮的螺旋方向为左；旋转方向为顺时针：=21729（N） （3.16）=5367.54（N） （3.17） 从动齿轮的螺旋方向为右： =6613.27（N） （3.18） =17088.3（N） （3.19）式中：齿廓表面的法向压力角22.5； 主、从动齿轮的节锥角13.091，76.908。主动锥齿轮选圆锥滚子轴承(GB/T297-1994)：滚动轴承 30207 GB/T297-1994滚动轴承 30208 GB/T297-1994 从动齿轮选圆锥滚子轴承(GB/T297-1994)： 滚动轴承 30208 GB/T297-1994（2）主减速器轴承载荷的计算 轴承的轴向载荷，就是上述的齿轮轴向力。而轴承的径向载荷则是上述齿轮径向力、圆周力及轴向力这三者所引起的轴承径向支承反力的向量和。当主减速器的齿轮尺寸、支承型试和轴承位置已确定，并算出齿轮的径向力、轴向力及圆周力以后，则可计算出轴承的径向载荷。悬臂式支承主动锥齿轮的轴承径向载荷 如图3.3（a）所示轴承A、B的径向载荷为 =10957（N） （3.20） =13368.21（N）
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