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驱动桥说明书
商用车汽车驱动桥设计
摘要
本课题是进行商用车后驱动桥设计,如何设计高效、可靠的驱动桥成为本次设计的目的。
而驱动桥位于传动系末端,其基本功用是降速、增扭,承受作用于路面和车架或车身之间的作用力。
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,决定采用非断开式驱动桥。
在此基础上进行主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构类型,然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。
本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,从而保证所设计汽车在给定的条件下具备最佳的动力性和燃油经济性。
关键词:
商用汽车,驱动桥,主减速器,差速器
DesignofDriveAxleForcommercialvehicle
Abstract
Thesubjectofthisdesigniscommercialvehicle,howtodesignahighefficiencyreliablebecometheaimofthisdesign.driveaxleisattheendofthepowertrain,anditsbasicfunctionisincreasingthetorqueandreducingthespeed,bearingtheforcebetweentheroadandtheframeorbody.Accordingtothedesignparametersgiven,weadopttheordinarynot-disconnectingtypetransaxle.wedeterminetheoverallvehicleparametresinaccordancewiththetraditionaldesignmethodsandreferencethesamevehicleparameters,thenidentifythefinaldrive,differential,axleandaxlehousingstructuretype,finallydesigntheparametersofthemainandthedrivengearofthefinaldrive,axlegearsandspiralbevelgearandcheckthestrengthandlifeofthem.
Indesignprocessofthedriveaxle,weshouldensureareasonablestructure,practicalapplications,thedesignofassemblyandpartsasmuchaspossiblemeetingrequirementsofthestandardizationofparts,componentsandproducts’univertialityandtheserializationandchange,convenienceofrepairandmaintenance,goodmechanicaltechnology,beingeasytomanufacture,toensurethebestdynamicandfueleconomyongivencondition.
Keywords:
commercialvehicle,driveaxle,finaldrive,differential
目 录
前 言1
第1章驱动桥的结构形式及选择3
1.1驱动桥的结构形式及选择3
1.1.1非断开式驱动桥3
第2章主减速器的设计与计算4
2.1主减速器的设计与计算4
2.1.1主减速器的结构型式4
2.1.2主减速器主动锥齿轮的支承型式及安装方法4
2.1.3主减速器从动锥齿轮的支承型式及安装方法5
2.1.4主减速比的确定5
2.1.5主减速器齿轮计算载荷的确定6
2.1.6锥齿轮主要参数的选择8
2.1.7主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算11
2.1.8主减速器圆弧齿轮螺旋齿轮的强度计算14
2.1.9主减速器轴承的计算19
第3章差速器的设计与计算21
3.1差速器的设计与计算21
3.1.1差速器齿轮主要参数选择21
3.1.2差速器齿轮的材料23
3.1.3差速器齿轮几何尺寸计算23
3.1.4差速器齿轮强度计算26
第4章半轴的设计与计算27
4.1半轴的设计与计算27
4.1.1半轴的结构形式分析27
4.1.2半轴的强度计算27
4.2半浮式半轴计算载荷的确定27
4.2.1半轴在纵向力最大时28
4.2.2半轴在侧向力最大时28
4.2.3半轴在垂向力最大时29
4.3半轴的强度计算30
4.3.1纵向力最大时30
4.3.2侧向力最大时30
4.3.3垂向力最大时31
4.4半轴花键的设计31
4.5半轴的材料及热处理32
4.5.1半轴的工作条件和性能要求32
4.5.2热处理技术要求32
第5章驱动桥桥壳设计33
5.1驱动桥桥壳设计33
5.1.1桥壳的结构型式34
结 论36
谢辞37
参考文献38
前 言
本课题是进行商用汽车后驱动桥的设计。
设计出商用汽车后驱动桥,包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件,协调设计车辆的全局。
1.1本课题的来源、基本前提条件和技术要求
a.本课题的来源:
商用汽车在汽车生产中占有大的比重。
驱动桥在整车中十分重要,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。
b.要完成本课题的基本前提条件是:
在主要参数确定的情况下,设计选用驱动桥的各个部件,选出最佳的方案。
c.技术要求:
设计出的驱动桥符合国家各项轻型货车的标准[1],运行稳定可靠,成本降低,适合本国路面的行驶状况和国情。
1.2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。
因此,要想使汽车驱动桥的设计合理,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:
非断开式驱动桥的桥壳,相当于受力复杂的空心梁,它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。
对商用汽车,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。
1.3预期的成果
设计出商用汽车的驱动桥,包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件,配合其他同组同学,协调设计车辆的全局。
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
2国内外发展状况及现状的介绍
.商用汽车,在汽车发展趋势中,有着很好的发展前途。
生产出质量好,操作简便,价格便宜的商用汽车将适合大多数消费者的要求。
在国家积极投入和支持发展汽车产业的同时,能研制出适合中国国情,包括道路条件和经济条件的车辆,将大大推动汽车产业的发展和社会经济的提高。
然而,不可否认的是,国内汽车产业的现状离产业政策的目标还有相当的距离。
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。
第1章驱动桥的结构形式及选择
1.1驱动桥的结构形式及选择
在选择驱动桥总成的结构型式时,应当从所设计的汽车的类型和使用、生产条件出发,并和所涉及汽车的其他部件,尤其是与悬架的结构型式与特性相适应,以共同保证整个汽车预期使用性能的实现。
按悬架结构不同,驱动桥可分为非断开式驱动桥和断开式驱动桥。
大体驱动桥结构型式有三种:
非断开式驱动桥、断开式驱动桥及多桥驱动式驱动桥。
考虑到所设计的商用汽车的载重和各种要求,其价格要求要尽量低,故其生产成本应尽可能降低。
故本设计采用普通非断开式驱动桥。
1.1.1非断开式驱动桥
图1-1非断开式驱动桥
普通非断开式驱动桥,又称为整体式驱动桥。
整个驱动桥通过弹性悬架与车架连接。
如图1-1,它的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。
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。
第2章主减速器的设计与计算
2.1主减速器的设计与计算
主减速器的结构型式,主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异
2.1.1主减速器的结构型式
在现在的驱动桥上,应用最为广泛的主减速齿形是“格里森”(Gleason)制或“奥利康”(Oerlikon)制螺旋锥齿轮壳双曲面齿轮。
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啮合,所以它工作平稳、能承受较大的负荷。
一般io
≤7所以本设计采用组合式桥壳的单级主减速器。
2.1.2主减速器主动锥齿轮的支承型式及安装方法
图2-1主动锥齿轮齿面受力图
在壳体结构及轴承型式已定的情况下,主减速器主动齿轮的支承型式及安置方法,对其支承刚度影响很大,这是齿轮能否正确捏合并具有较高使用寿命的因素之一。
本设计采用悬臂式支承即齿轮以其轮齿大端一侧的轴颈悬臂式地支承于一对轴承的外侧。
另外,为了拆装方便,应使主动锥齿轮前后轴承的两个支承轴颈(即安装轴承处的轴颈)有不同的尺寸,使后轴承轴径比前轴承大一些。
当支承安装在主动锥齿轮的两侧时,为进一步增强刚度,应尽可能减小支承间的距离,增大支承轴颈的直径,适当提高轴承与轴及轴承与座孔间的配合紧度。
2.1.3主减速器从动锥齿轮的支承型式及安装方法
主减速器从动锥齿轮的支承刚度依轴承的型式、支承间的距离和载荷在轴承之间的分布而定。
两端支承多采用圆锥锥子轴承,安装时使它们的圆锥滚子大端相向朝内,而小端相背朝外。
为了防止从动齿轮在轴向载荷作用下的偏移,圆锥滚子轴承也应预紧。
由于从动锥齿轮轴承是装在差速器壳上,尺寸较大,足以保证刚度。
球面圆锥滚子轴承具有自动调位的性能,对轴的歪斜的敏感性较小,这在主减速器从动齿轮轴承的尺寸大时极其重要。
第3章差速器的设计与计算
3.1差速器的设计与计算
汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器,具有结构简单、质量较小等优点,应用广泛。
它可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器。
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。
3.1.1差速器齿轮主要参数选择
(1)行星齿轮数n
行星齿轮数n根据承载情况来选择,在本设计中选择为4个行星齿轮。
(2)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距的大小和承载能力,可根据经验公式来确定
第4章半轴的设计与计算
4.1半轴的设计与计算
对于非断开式驱动桥,车轮传动装置的主要零件为半轴;对于断开式驱动桥和转向驱动桥,车轮传动装置为万向传动装置。
以下仅讲述半轴的设计。
4.1.1半轴的结构形式分析
半浮式半轴的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔,车轮装在半轴上。
半浮式半轴除传递转矩外,其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。
半浮式半轴结构简单,所受载荷较大。
4.1.2半轴的强度计算
计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷,应考虑到以下三种可能的载荷工况:
纵向力
(驱动力或制动力)最大时,其最大值为
,附着系数
取0.8,没有侧向力作用;
侧向力
最大时,其最大值为
(发生于汽车侧滑时),侧滑时轮胎与地
第5章驱动桥桥壳设计
5.1驱动桥桥壳设计
动桥桥壳是汽车上的主要零件之一,其形状复杂,而汽车的行驶条件如道路条件、气候条件、及车辆的运动状态又是千变万化的,因此设计出合理的驱动桥壳是非常必要的。
由于桥壳的尺寸和质量比较大,制造比较困难,故其结构形式在满足使用要求的前提下,要尽可能便于制造。
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动件,同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置(半轴)的外壳。
在汽车行驶过程中,桥壳承受繁重的载荷,尤其是当汽车通过不平的路面时,由于车轮与地面所产生的冲击载荷,在设计不当或制造工艺有问题时,会引起桥壳变形或折断。
因此,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、
结 论
此次设计了驱动桥及其各个部件,包括驱动桥的设计、主减速器的设计、差速器的设计、半轴的设计和桥壳的设计。
所选择的主减速比在满足汽车在给定使用的条件下,具有最佳的动力性和燃料经济性。
差速器在保证左、右驱动车轮能以汽车动力学所要求的差速滚动外并能将转矩平稳而连续不断地传递给左、右驱动车轮。
驱动桥各零部件在保证其强度、刚度、可靠性及使用寿命的前提下,减小簧下质量。
初步改善了汽车的平顺性。
选用的结构简单,维修也比较方便,制造容易。
但同时,在驱动桥的设计上还存在着不足,有待解决。
谢辞
为期两个多月的毕业设计即将结束,回顾整个过程,我深有感受。
在设计过程中,我翻阅了大量的相关资料,同时将大一至大三期间所学的相关专业课本认真的温习了一遍,增加了很多理论知识。
以前我对汽车的工作原理、工厂的工作环境和汽车的构造,没什么认识,但通过这次设计,
参考文献
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清华大学出版社,2001.7
【2】张洪欣.汽车设计.北京:
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机械工业出版社,1999.
【5】余志生.汽车理论.北京:
机械工业出版社,2009.3
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【7】陈家瑞.汽车构造(下册).北京:
机械工业出版社,2002.3
【8】《现代机械传动手册》编辑委员会编.现代机械传动手册.北京:
机械工业出版社,2002.3
【9】汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册[M]:
设计篇.北京:
人
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