轻型货车驱动桥的设计.doc

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1、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

2、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AUTOCAD完成装配图和主要零件图的绘制。关键词：轻型货车；驱动桥；单级主减速器；差速器；半轴；桥壳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 impor

3、tant 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

4、 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

5、, 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 c

6、omponents 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 p

7、arts 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 AUTOCAD and mapping the main components. Keywords: Pickup truck; Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle;

8、Drive Axle housing 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题的背景目的及意义11.2 国内外驱动桥研究状况11.3 设计主要内容和预期结果3第2章 驱动桥的总体方案确定42.1驱动桥的种类结构和设计要求42.1.1汽车车桥的种类42.1.2驱动桥的种类42.1.3驱动桥结构组成42.1.4 驱动桥设计要求52.2 设计车型主要参数52.3主减速器结构方案的确定62.3.1 主减速比的计算62.3.2 主减速器的齿轮类型62.3.3 主减速器的减速形式82.3.4 主减速器主从动锥齿轮的支承形式及安装方法92.4 差速器结构方案的确定102.5半轴的形式确定1

9、12.6 桥壳形式的确定122.7本章小结13第3章 主减速器设计143.1概述143.2主减速器齿轮参数的选择与强度计算143.2.1 主减速器计算载荷的确定143.2.2 主减速器齿轮参数的选择153.2.3 主减速器齿轮强度计算183.2.4 主减速器轴承计算243.3主减速器齿轮材料及热处理303.4主减速器的润滑303.5 本章小结31第4章 差速器设计324.1概述324.2对称式圆锥行星齿轮差速器原理324.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构334.4对称圆锥行星锥齿轮差速器的设计344.4.1 差速器齿轮的基本参数选择344.4.2 差速器齿轮的几何尺寸计算364.4.3 差速

10、器齿轮的强度计算37 4.4.4 差速器齿轮的材料39 4.5 本章小结39第5章 半轴设计405.1概述405.2半轴的设计与计算405.2.1全浮式半轴的计算载荷的确定405.2.2半轴杆部直径的初选425.2.3 全浮式半轴强度计算425.2.4 全浮式半轴花键强度计算425.2.5 半轴材料与热处理445.3 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.

11、5 汽车受最大侧向力时桥壳强度计算506.3 本章小结54结论55参考文献56致谢57附录A58附录B64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吨总质量6吨）共销售100.53万辆，同比增长了17.64%。2008年，国家对“三农”的投入不断加大，同时随着铁路不断提速也为“门到门”的短途运输提供了机会，受此影响，轻型货车在以后几年也会呈现明显增长。我国2008年上半年货车累计销售约93万辆，其中轻型货车61万辆，同比增长20.2%，可见轻型汽车在商用汽车生产中占有很大的比重1。作为汽车关键零部件之一的汽

12、车驱动桥也得到相应的发展，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。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

13、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。1.2 国内外驱动桥研究状况1、国外研究现状国外轻型货车驱动桥开发技术已经非常的成熟，建立新的驱动桥开发模式成为国内外驱动桥开发团体的新目标。驱动桥设计新方法的应用使得其开发周期缩短，成本降低，可靠性增加。国外的最新开发模式和驱动桥新技术包括：(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

14、选择和组合构成不同产品的一种设计方法，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已采用了该类设计方法, 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。驱动桥的振动特

15、性不但直接影响其本身的强度，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，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2。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

16、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(

17、制动防抱死控制)、ASR（驱动力控制系统）等系统2。2、国内研究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。一些企业技术力量相对要好些的企业，测绘的是从国外引进的原装桥，并且这些企业一般具有较为完善的开发体系和流程，也具有较完善的试验手段，但是开发过程属于对国外的仿制，对其逆向研究后结合自我情况生产。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

18、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 设计主要内容和预期成果1、驱动桥结构形式及布置方案的确定。2、驱动桥零部件尺寸参数确定及校核：（1）完成主减速器的基本参数选择与设计计算；（2）完成差速器的设计与计算；（3）完成半轴的设计与计算；（4）完成驱动桥桥壳的受力分析及强度计算。3、完成驱动桥驱动桥装配图和主要部分零件。第2章 驱动桥的总体方案确定2.1 驱动桥的结构和种类和设计要求2.1.1 汽车车桥的种类

19、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。2.1.2

20、 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。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，其桥壳是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁，主减速器、差速器和半轴等所有的传动件都装在其中；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥4。2.1.3 驱动桥结构组成在多数汽车

21、中，驱动桥包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴）及桥壳等部件如图1.1所示。 1 2 3 4 5 61轮毂 2半轴 3钢板弹簧座 4主减速器从动锥齿轮 5主减速器主动锥齿轮 6差速器总成图1.1 驱动桥2.1.4 驱动桥设计要求1、选择适当的主减速比，以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。2、外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。3、齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。4、在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。5、具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲

22、击载荷，提高汽车的平顺性。6、与悬架导向机构运动协调。7、结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。2.2设计车型主要参数表2.1 设计车型参数轮胎 7.5-16发动机最大功率71/3200Pemax kW/np （r/min）发动机最大转矩201/2200Temax Nm/nr （r/min）装载质量3000kg汽车满载总质量6000kg满载时轴荷分布前轴1900 后轴4100kg最大车速90km/h轮距（双胎中心线）1458mm钢板弹簧座中心距离865mm2.3 主减速器结构方案的确定2.3.1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、质量大小影响很大。当变速器处于最高

23、档位时对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。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。这时值应按下式来确定5：=0.377 （2.1）式中：车轮的滚动半径，=0.405m 变速器最高档传动比1.0（为直接档）。 最大功率转速3200 r/min 最大车速90km/h对于与其

24、他汽车来说，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：=（0.3770.472） （2.2）经计算初步确定=6.14按上式求得的应与同类汽车的主减速比相比较，并考虑到主、从动主减速齿轮可能的齿数对予以校正并最后确定。2.3.2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

25、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2.1（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2.1（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：1、尺寸相同时，双曲面齿轮有更大的传动比。2、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。(b)(a)图2.1 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮

26、3、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。4、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：1、长方向的纵向滑动使摩擦损失增加，降低了传动效率。2、齿面间有大的压力和摩擦功，使齿轮抗啮合能力降低。3、双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。4、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。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

27、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。本次设计采用螺旋锥齿轮。2.3.3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。通常单极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2.2主减速器如图2.2（a）所示，单级减速驱动车桥是驱

28、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。如图2.2（b）所示，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

29、较大（7.616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=7，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

30、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=300mm。 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。 =5.677.5由GB/T12368-1990，取=7mm，满足校核。所以有：=49mm =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：F=0.155=46.66mm，可初取F=50mm。一般习惯使锥齿轮的小齿轮齿

31、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