五菱汽车驱动桥设计说明书.doc
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河南科技大学毕业设计(论文)
五菱汽车驱动桥设计
摘要
驱动桥作为汽车的重要的组成部分处于传动系的末端,其基本功用是减速增扭,并将转矩经差速器分配给左、右驱动车轮,使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能。
本设计根据设计任务书的要求,熟悉其组成和要求,进行驱动桥总成方案分析、结构设计和方案论证,通过由主要功能部件向外设计的方法进行设计。
根据后驱动桥的工作要求,分析驱动桥的运动原理,由给定参数分析汽车的结构、工作受力情况,再根据轻型汽车后驱动桥设计要求,选择满足驱动桥在工作条件下的传动型式,进行传动比计算,主减速器中主、从动齿轮类型的选择及各项参数的选取与计算、主、从动齿轮的支承方式选择、差速器设计计算以及驱动桥壳设计的设计,最后对半轴的强度进行了校核。
整体设计使驱动桥壳离地有足够的间隙,质量尽量小,传递效率高。
最终完成驱动桥的整体设计。
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满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化的要求,修理、保养方便、工艺性好、制造容易、成本低。
关键词:
驱动桥,主减速器,差速器,半轴,驱动桥壳
WULINGVEHICLESDRIVEAXLEDESIGN
ABSTRACT
Asanimportantcomponentofanautomobile,driveaxleisattheendofthedriveline,ofwhichthebasicuseisreducingthespeedandincreasingthetorque.Thenthetorquewillbeallocatedtotheleftandrightdrivewheelsthoughthedifferential,sothatthetwowheelshavedifferentialfunctionrequestedbyAutomobileDrivingkinematics.Theworkaccoringtotherequirementsofdesign,beingconversantwithcompositionsandrequirementsofthedriveaxle,andanalysesthefinaldriveaxleproject,designsstructure,demonstratesproject.Thedriveaxledesignadoptsthemethodthatdesignsmainfunctionunitfirstthentheothers.Accordingtoreardriveaxleworkingrequirement,thedesigngivestheanalysisofthemovementprincipleofthedriveaxle.Fromthegivenparameter,thedesignanalsizesthestructureandtheforcewhileworking.Onthebaseofrequirementsfromlightvehiclesreardriveaxle.Thedesignchoosesadrivesystemthatfulfilsdriveaxleunderworking,calculatesdriveratio.Thenitalsochoosesdrivinggear,drivengeartypeinthemainreducer,eachparameterandcalculatesthechosenparameter.Thesupportingmodesfordrivinggearanddrivengear,brace,designofdifferentialstructureformwillbeconsideredlater.Besides,thedesignofhalfaxis,strengthchecking,thedesignofdriveaxlehousingwillbealsoconcluded.Generaldesignmakesrear-axlehousinghaveenoughinterspaces,itsmasssmallest,hightransferefficiency.Finally,thewholedesignofdriveaxleiscompleted.
Thedesignofdriveaxlehasarationalconstructionandistallywiththeactualuse.Ithasgreatpowerperformanceandfueleconomy.Driveaxletotalandthedesignofintermediateproductcangettherequirementsforstandardizationinparts,generalizedinassembly,systematizationinproducts.Ononehand,withgoodtechnologicalefficiency,itisveryconvenientformendingandupkeep.Ontheotherhand,itiseasymadewithlowcost.
KEYWORDS:
Driveaxle,themainreducer,differential,axle,driveaxlehousing
46
目录
主要符号..........................................1
前言..............................................3
第1章驱动桥总成的结构型式与布置.................4
§1.1总体方案论证............................4
§1.2驱动桥分类..............................4
§1.2.1非断开式驱动桥....................4
§1.2.2断开式驱动桥......................6
第2章主减速器设计...............................9
§2.1主减速器结构分析........................9
§2.1.1圆弧齿双曲面齿轮传动..............9
§2.1.2结构型式..........................9
§2.2主减速器主、从动锥齿轮的支承方案.......10
§2.2.1主动锥齿轮的支承.................10
§2.2.2从动锥齿轮的支承.................10
§2.3主减速器锥齿轮设计.....................10
§2.3.1主减速比的确定...................10
§2.3.2主减速器齿轮计算载荷的确定.......11
§2.4主减速器齿轮基本参数的选择.............13
§2.4.1齿数的选择.......................13
§2.4.2从动锥齿轮节圆直径的选择.........13
§2.4.3从动锥齿轮端面模数的选择.........13
§2.4.4双曲面齿轮齿宽F的选择...........14
§2.4.5双曲面齿轮的偏移距离.............14
§2.4.6双曲面齿轮的偏移方向及螺旋方向...15
§2.4.7螺旋角的选择.....................15
§2.4.8齿轮法向压力角的选择.............16
§2.5主减速器圆弧齿双曲面齿轮的几何尺寸计算.16
§2.6双曲面齿轮的强度计算...................24
§2.6.1单位齿长上的圆周力...............24
§2.6.2轮齿的弯曲强度计算...............25
§2.6.3轮齿的齿面接触强度计算...........25
§2.7主减速器齿轮的材料及热处理.............26
§2.8主减速器轴承的计算.....................27
§2.8.1作用在主减速器主动齿轮上的力.....27
§2.8.2主减速器轴承的当量载荷...........28
§2.8.3计算主减速器轴承的额定寿命.......29
§2.9主减速器的润滑.........................29
第3章差速器设计................................31
§3.1差速器结构形式选择.....................31
§3.2对称式圆锥行星齿轮差速器的设计.........31
§3.2.1差速器齿轮的基本参数选择.........32
§3.2.2差速器齿轮的几何尺寸计算.........34
§3.3差速器齿轮的材料.......................36
§3.4差速器齿轮的强度计算...................36
第4章半轴设计..................................38
§4.1半轴的型式.............................38
§4.2半轴的设计与计算.......................39
§4.2.1全浮式半轴计算载荷的确定.........39
§4.2.2全浮式半轴杆部直径的初选.........39
§4.2.3半轴的结构设计及材料与热处理.....40
§4.2.4半轴的强度计算...................40
第5章驱动桥壳的设计............................41
结论.............................................45
参考文献.........................................46
致谢.............................................47
主要符号
大齿轮节锥距
从动锥齿轮中点锥距
轴承的额定动载荷
、分别为主、从动双曲面齿轮的外圆直径
、分别为主、从动双曲面齿轮的节圆直径
双曲面齿轮偏移距
双曲面齿轮的从动齿轮齿面宽
汽车正常使用时的平均爬坡能力系数
汽车或汽车系列的性能系数
道路滚动阻力系数
后轴对水平地面的荷重
汽车满载总重量
、分别为主、从动齿轮的齿顶高
、分别为主、从动齿轮的齿根高
齿工作高
齿工作高系数
齿全高系数
驱动桥主减速比
分动器高档传动比
变速器1档传动比
轮边减速器传动比
传动系低档传动比
双曲面齿轮轮齿弯曲计算用综合系数
双曲面齿轮的从动齿轮齿顶高系数
双曲面齿轮强度计算用表面质量系数
双曲面齿轮强度计算用载荷分配系数
双曲面齿轮强度计算用超载系数
双曲面齿轮强度计算用尺寸系数
双曲面齿轮强度计算用质量系数
轴承的额定寿命
齿轮模数、端面模数
发动机最大功率下的转速
发动机最大功率
单位齿长上的圆周力
刀盘的名义半径
车轮的滚动半径
发动机转矩
发动机最大转矩
计算转矩
发动机最大转矩配以传动系最低挡传动比时作用在主减速器从动齿轮上的计算转矩
驱动车轮滑转时作用在主减速器从动齿轮上的计算转矩
主减速器从动齿轮的平均计算转矩
齿轮齿数
齿轮压力角
中点螺旋角或名义螺旋角
、分别为双曲面齿轮主、从动齿轮的节锥角
、分别为主、从动齿轮的面锥角
、分别为主、从动齿轮的根锥角
轮胎与路面的附着系数
汽车传动系效率
轮边减速器的传递效率
接触应力
弯曲应力
前言
近几年来,我国汽车工业发展迅猛,从2000年到2003年,全国商用车年销售量由77万辆增加到了121万辆,总增长率高达56.3%,汽车工业的发展带动了零部件及相关产业的发展,作为汽车关键零部件之一的车桥系统也得到相应的发展。
汽车车桥是汽车的重要大总成,它包括驱动桥与从动桥。
其中驱动桥处于动力传动系的末端,其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理的分配给左、右驱动轮,另外还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。
驱动桥的结构型式主要有断开式驱动桥和非断开式驱动桥两种。
主减速器的结构形式主要是根据其齿轮类型、减速型式的不同而异,采用双曲面齿轮的主减速器,相对于其他齿轮平稳性更好,且主动齿轮轴线可相对从动齿轮轴线偏移的特点可降低车身的整个重心,从而有利于提高汽车行驶的稳定性。
而其减速型式采用单级主减速器具有体积小,重量轻,传动效率高等特点,因而被大多数汽车所采用。
对称式锥齿轮差速器工作平稳、制造方便,故目前大多数汽车均采用此种型式。
半轴的型式主要取决于半轴的支承型式,它主要包括半浮式半轴、全浮式半轴和3/4浮式半轴三种。
全浮式半轴因结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉而被广泛用于微、中型客车与商用车。
驱动桥壳又分为整体式桥壳和分段式桥壳。
目前被普遍应用于各类汽车的整体式桥壳,具有较大的强度与刚度,且便于主减速器的装配、调整与维修。
汽车驱动桥的设计过程涵盖了齿轮、轴承(圆锥磙子轴承、圆柱滚子轴承)、各种油封、调整垫片、垫圈,各种螺栓、螺母、垫圈,轮毂等零件的尺寸与技术参数的设计计算与选用。
同时,在汽车驱动桥的制造过程中也涵盖了很多加工工艺。
例如;铸造、锻造、焊接、热处理、粉末冶金等各种热加工工艺;车、铣、刨、磨、拉削、冷滚压、或挤压、喷丸处理、冷冲、配对研磨等冷加加工工艺;镀铜、
镀锡、镀锌、磷化处理、渗硫处理等表面加工工艺等。
随着汽车工业的发展及汽车技术的提高,驱动桥的设计、制造工艺都在日益完善。
驱动桥也和其他汽车一样,除了广泛采用新技术外,在结构设计中日益朝着零件标准化、部件通用化、产品系列化的方向发展及生产组织的专业化目标前进。
采用能以几种典型的零部件、以不同方案组合的设计方法和生产方式达到驱动桥产品的系列化或变型的目的,或力求做到将某一基型的驱动桥已更换获增减不多的零件,用到不同性能、不同吨位、不同用途并由单桥到多桥驱动的许多变型汽车上。
从近几年国内外的汽车发展趋势已经可以看到未来汽车驱动桥的发展趋势,其已经向重载、多联驱动桥,以及不断提升驱动桥附件技术含量的方向发展。
例如,驱动桥的噪声主要来自齿轮及其传动部件。
提高齿轮及其他传动部件的加工精度、装配精度,增强齿轮支撑刚度,采用运转平稳、无噪声的双面齿轮作主减速器齿轮,当高通过性汽车选用牙嵌式自有轮差速器时采用消声环结构,增强桥壳及主减速器壳的刚度以避免其受载变形后破坏齿轮的正常啮合等等,都是降低驱动桥工作噪声的有效措施。
随着计算机技术的发展,汽车驱动桥在可靠性设计、优化设计等方面也取得了一定的进步,从而在保证产品的优良性能、减小体积与质量,降低产品造价等方面有了新的发展。
综合分析,虽然汽车科技发展迅速,但在目前的状态下车桥的结构变化不大,为了适应市场的需要,适应国家法律、法规的需要,车桥技术的进展主要是:
改变桥壳的制造工艺以提高制造的效率、增加车桥附件的技术含量以提高车辆行驶安全性、提高车桥的自润滑能力以提高车桥的使用寿命、、降低车桥成本以提高车桥的竞争力等方面开发
车桥,从最大限度上满足车桥高速发展的需要,以生产出适合市场需要的车桥。
第1章驱动桥总成的结构型式与布置
§1.1总体方案论证
驱动桥处于动力传动系的末端,其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮,另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力力和横向力。
驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。
§1.2驱动桥的分类
驱动桥的结构型式按工作特性分,可以归并为两大类,即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。
当驱动车轮采用非独立悬架时,应该选用非断开式驱动桥;当驱动车轮采用独立悬架时,则应该选用断开式驱动桥。
因此,前者又称为非独立悬架驱动桥;后者称为独立悬架驱动桥。
独立悬架驱动桥结构可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。
§1.2.1非断开式驱动桥
普通非断开式驱动桥,由于结构简单、造价低廉、工作可靠,广泛用在各种载货汽车、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。
他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同,但是有一个共同特点,即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁,齿轮及半轴等传动部件安装在其中。
这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量,汽车簧下质量较大,这是它的一个缺点。
驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。
在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下,也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。
在给定速比的条件下,如果单级主减速器不能满足离地间隙要求,可该用双级结构。
在双级主减速器中,通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内,也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。
对于轮边减速器:
越野汽车为了提高离地间隙,可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方;公共汽车为了降低汽车的质心高度和车厢地板高度,以提高稳定性和乘客上下车的方便,可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方;有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度,在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时,将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。
在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货汽车上.
图1-1非断开式驱动桥
1-主减速器2-套筒3-差速器4,7-半轴
5-调整螺母6-调整垫片8-桥壳
§1.2.2断开式驱动桥
断开式驱动桥(如图2-2)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,它又总是与独立悬挂相匹配,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粱或车厢底板上,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致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。
汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素,而汽车簧下部分质量的大小,对其平顺性也有显著的影响。
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,由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜,提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度,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。
但是,由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂,故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。
图1-2断开式驱动桥
由于非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠,查阅资料,参照国内相关货车的设计,最后本课题选用非断开式驱动桥。
其结构如图1-3所示:
图1-3驱动桥
1-半轴2-圆锥滚子轴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
第2章主减速器的设计
§2.1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。
§2.1.1圆弧齿双曲面齿轮传动
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。
双曲面齿轮传动特点是主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。
其空间交叉角采用90°夹角。
主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上或向下的偏移,称为上偏置或下偏置。
该偏移量称为双曲面齿轮的偏移量。
当偏移距达到一定程度时,可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴的上面
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