HQ1080车用5.5吨级驱动桥设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计载重汽车后桥（驱动桥）作为汽车四大总成之一，它承载着载重汽车的满载荷负重及地面经车轮、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；后桥（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。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。本文参照传统驱动桥的设计方法进行了载重汽车驱动桥的设计。希望做到结构简单、工作可靠、造价低廉的效果。本文首先通过设计参数确定主要部件的结构型式；然后参考类似驱动桥的结构，确定出总体设计方案；如驱动桥的结构型式按工作特性分为两大类，最后选取非断开式驱动桥。主减速器结构形式选取机械传动效率高，易损件减少，可靠性增加的单级主减速器。差速器结构形式选择广泛应用的对称式圆锥行星齿轮差速器。最后对主、从动锥齿轮、半轴齿轮和全浮式半轴强度进行校核以及对支承轴承进行了寿命校核。关键词：载重汽车；后桥；主减速器；差速器；半轴；齿轮黑龙江工程学院本科生毕业设计as of it of of to of is in to of a on as a on At to to a of to of to do in of of of to as to of of to of 摘要. . .课题研究的目的与意义.课题的国内外驱动桥研究状况和发展趋势.设计的主要内容与技术路线. .断开式驱动桥. .本章小结.主减速器结构方案分析. . . .主减速器的基本参数的选择与设计计算. .主减速器圆弧锥齿轮的强度计算. . . .主减速器轴承计算.主减速器的润滑. . 31第4章差速器设计. .对称式圆锥行星齿轮差速器原理.差速器齿轮的基本参数选择. . . .差速器齿轮材料. . 39第5章半轴设计. . . .半轴材料与热处理.本章小结. 44第6章驱动桥桥壳设计. .桥壳的受力分析及强度计算.本章小结. 55参考文献. 56黑龙江工程学院本科生毕业设计致谢. 57附录. 58附录A 外文文献原文. 58附录B 外文文献中文翻译. 63黑龙江工程学院本科生毕业设计1第1章绪 是人类成百上千年来幻想与企盼的结晶，是人类科学技术才能的积累。汽车作为商品在世界各处都有广阔的市场，有引起生产批量大而给企业带来丰厚的利润。汽车品中的多样性可满足各种生产、生活的需求，而且有良好的社会效益。汽车工业的发展，带动了许多相关企业、事业，包括钢铁、石油、橡胶、塑料、机床、道路、汽车销售、售后服务、运输、交通管理等的发展。近百年来，汽车工业之所以长生不衰主要得益于市场和科学技术的不断进步，是汽车能逐渐完善并满足使用者的需求。本课题是对本说明书将以“驱动桥设计”内容对驱动桥及其主要零部件的结构型式与设计计算作一一介绍。驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及设计要求讲起，详细地分析了驱动桥总成的结构型式及布置方法；全面介绍了驱动桥车轮的传动装置和桥壳的各种结构型式与设计计算方法。汽车驱动桥是汽车的重大总成，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。另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。例如，驱动桥包含主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴及轮边减速器）、桥壳和各种齿轮。由上述可见，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1。所设计的形美观，工作更稳定、可靠。该驱动桥设计大大降低了制造成本，同时驱动桥使用维护成本也降低了。驱动桥结构符合计的产品达到了结构简单，修理、保养方便；机件工艺性好，制造容易的要求。用后轮驱动汽车的平衡性和操作性都将会有很大的提高。后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所以在加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操作性能变好。维修费用低也是后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会有很大的差别。如果你的变速器出了故障，对于后轮驱动的汽车就不需要对差速器进行维修，但是对于前轮驱动的汽车来说也许就有这个必要了，因为这两个部件是做在一起的。所以后轮驱动必然会使得乘车更加安全、舒适，从而带来可观的经济效益。目前国内外研究的重点在于：从翘课的制造技术寻求制造工艺先进、制造效率高、成本低的方法；从齿轮减速形式上将传统的中央单级主减速器发展到现在的中央及轮边双级减速或双级主减速器结构；从齿轮的加工形式上车桥内部的主从动齿轮、行星齿轮及圆柱齿轮采用精磨加工，以满足汽车高速行驶要求及法规对于噪声控制的要求2。以下是具体的技术发展动向:1、产品结构设计方面为满足市场多样化及用户个性化的需求，驱动桥再也不能停留在载货车单一的、低档次的技术水平上，随着新材料、新能源、电子测控及信息技术的迅猛发展，应用这些高新科技武装和改造传统的汽车工业，以新型的驱动桥大幅度地提高车辆的安全性、舒适性和经济性，为广大消费者提供节能型和环保型的汽车产品。驱动桥的技术发展大致有以下几个方面：（1）整车总体布置上要满足发动机前置或后置的要求；车桥的轮距和簧距在一定范围内可调的要求：汽车（主要是客车）进一步降低地板的要求，主传动速比扩大变化范围的要求（2）在制动方面要满足制动间隙的自动调正，制动防抱死、防跑偏、防侧滑；制动不疲软、不僵硬、不啸叫；制动力矩大、制动距离小；摩擦片耐磨、寿命长；制动真空助力及制动缓速装置等。（3）在悬架方面，要求减震性能好，不侧倾，可升降、行驶更平稳、更舒适。（4）对驱动桥本身的结构设计要求减轻自重，增加刚性，提高传动效率，改善密封性能，降低系统噪声，便于维修等。当前，在驱动桥上出现的新型结构和高新技术有：a、制动间隙的调正由自动调整臂替代手动调整臂。按国家999（汽车制动系统结构性能和试验方法）的规定，到2003年1月凡使用凸轮式气制动的汽车必须强制安装制动间隙自动调整臂，保证各个车轮的制动间隙维持恒定，从而保证汽车黑龙江工程学院本科生毕业设计3行驶安全。该技术在国外已普遍采用，最有名的生产厂家是瑞典的汉德公司和美国的美驰公司，国内有吉林天成、商丘德信和东风公司在开发研制。b、盘式制动器相对于鼓式制动器，具有制动力矩大，可缩短制动距离，制动平稳，散热条件好（热衰退小，不疲软，摩擦片耐磨、寿命长），更换摩擦片便捷等优越性，正广泛应用于轿车和轻、微型汽车上，并有前盘后鼓配置转交为前盘后盘的趋势，国外在中、重型汽车，尤其是大型客车上己大量采用，取得十分理想的效果，不失为汽车制动技术的新宠。国内已有十余家开始轻型盘式制动器的国产化生产，而中、重型盘式制动器却处于空白状态。c、制动缓速装置是安全制动的辅助系统，它解决了由于车轮摩擦过热产生的热衰退，导致制动性能急剧下降，以及轮胎易分层造成早期爆裂等问题，减少车辆因制动失灵带来的危险，还可以承担90制动力矩，提高摩擦片寿命4欧、美、日等发达国家的客车几乎都使用，载重车的安装率已达80，是一项十分成熟的技术，而在我国则刚刚起步。由深圳特尔佳科技运输有限公司引进法国泰马尔技术而研制开发的无继电器电涡流缓速器，在客车上试验取得满意效果。由上海福伊特驱动技术系统有限公司采用德国 司技术开发生产的液力涡流缓速器，具有扭矩大（4000Nm）、重量轻（85散热快等优点，在汽车传动系统中可实现串联安装和并联安装。d、成汽车数字化制动体系，能使车轮始终处于最佳制动状态，最有效的利用地面附着力，避免了前轮抱死丧失转向能力，防止了后轮抱死产生侧滑甩尾的弊端，极大的提高了车辆行驶的本质安全性。在国外大都普遍采用。国内有重庆聚能、山东威明、西安博华、浙江亚太、广州科米及东风制动系统公司等几家在研发生产。e、空气悬架以其自振频率低，吸振能力强的优点，可大大改善汽车行驶的舒适性和平顺性，提高悬架系统寿命10倍，在欧美装车率：客车达95、载货车达80，拖挂车也达40以上，国内在高档豪华客车上安装，大部分靠进口，主要是美国扭威（固特异（居多。f、低地板门式驱动桥及偏置动力输入口设计，满足城市及高速公路客车的需要，车内地板由80085000降低汽车重心，提高车辆行驶稳定性和平顺性，便于乘客上、下车，目前，国产高档豪华客车开始采用，但完全靠进口，主要从德国采夫公司及曼公司、美国美驰公司和瑞典沃尔沃公司等厂家引进。g、为提高汽车的通过性，对道路的适应性及减少轮胎磨损等要求，分别采用了差黑龙江工程学院本科生毕业设计4速锁装置、悬架可升降装置、四轮转向系统、轮胎放气及气压监控系统，后者由军事交通学院研制并在一汽红旗世纪星轿车及5t、7。2、制造工艺技术方面：产品的技术含量及质量优劣，很大程度上取决于制造技术水平的高低，为使加工质量更高，制造成本更低，驱动桥及锥齿轮待业，注意跟踪国内外科技发展趋势，广泛采用行之有效的四新成果。主要有：（1）轻量化设计、减轻自重、节省材料，用冲焊整体桥壳替代铸造插管桥壳；以铸代锻，提高铸铁牌号，减小铸件壁厚及几何尺寸误差：采用精锻工艺，动凸轮用精锻取代切削成形。（2）广泛应用数控设备及加工中心，提高工艺柔性及加工精度，采用不重磨刀片、陶瓷刀片、枪钻、层及纳米处理技术提高刀具寿命及加工精度，采用立方氮化硼（轮及金刚滚轮，提高磨具寿命及加工一致性。（3）大量采用少屑无屑加工：如螺纹用滚压替代车削、铣削和套丝：花键用冷轧或冷推替代铣削。（4）对中碳钢件。普遍采用高、中频感应加热、自动喷水淬火，采用静变频电源，大功率一次淬火工艺已在半轴、转向节等主要零件上推广，取得较好技术经济效果。（5）擦焊、激光焊、埋弧焊及数控等离子切割技术在驱动桥的加工制造中得到充分的应用。（6）产品的装配、调正、试验技术越来越被人们关注，螺纹连接普遍采用定扭矩扳手及拧紧机，装配间隙或予紧负荷的调正，应用计算机及数控测量技术，动态模拟精选精调，如东风车桥股份有限公司同成都电子科技大学合作研制的主动锥齿轮总成选垫片机，一次选配成功，保证其轴承的予紧负荷。总成试验采用计算机及变频控制技术，模拟工况施加载荷，分别测试出所需定量的技术参数，保证了产品的可靠性。如东风车桥股份有限公司分别同浙江大学和重庆大学合作开发的驱动桥总成综合试蕴机，可定量测定出传动噪声，两轮制动力矩及力矩差，制动距离及制动时间等，试验结果由电子屏幕清晰显示。（7）此外在驱动桥上采用新的密封技术（新型油封结构、耐磨耐热、高跟随性的密封材料等）、降噪技术（加装吸振环，箱体内腔涂吸振涂料等）和新的摩擦材料（第二代京宏光空降设备厂研制，具有优良的耐热性，高的摩擦系数稳定性，低的磨损率，大大改善制动僵硬和高低频噪声，延长使用寿命，有取代半金属，钢纤纬摩擦片的趋势）。提高旋转件的运动平稳性，轮黑龙江工程学院本科生毕业设计5毂制动鼓采用动平衡措施2。3、锥齿轮技术方面：（1）弧齿锥齿轮（或准双曲面齿轮）的加工，开始由一汽用俄罗斯援建技术，于1956年实现国产化生产。1967年，由东风车桥股份有限公司与綦江齿轮厂首次引进美国相继由天津第一机床厂、南京机床厂及内江机床厂进行国产化切齿设备的研制，从而奠定了我国弧齿锥齿轮加工的物质技术基础。随着续引进了666、0年代又引进了最新入新千年，东风车桥股份有限公司为满足客车对降噪的要求，不惜重金又引进5035254成了弧齿锥齿轮加工制造的高水平闭环系统。50各种弧齿锥齿轮的轮齿表面可实现成形法磨削。生产效率高，以动轮单面磨削时间为1518秒齿，高于铣齿一倍多，从动轮单齿磨削时间为314秒齿，比设备加工精度可达56级，啮合噪声也可大大降低，仍以主传动1000转分条件下，正车面啮合噪声由8386分贝降至70分贝，反车面由90全满足高档豪华客车的要求。此外，该设备用于修复由于热处理变形而末达标的齿轮也具有十分可观的技术经济效益。（2）齿轮干切技术是意大利桑埔坦斯利（司开发的，开始应用于圆柱齿轮的滚切。美国发出型275加工直径 275，工件主轴及刀具主轴均由电动机直接驱动。干切技术的基本原理是在高速切削下，切屑高速飞出，切削热在没有传导到刀具及工件之前，就被切屑带走了，使刀具及工件温度不会上升很多，也不会造成机床的热变形，其刀具可用硬质合金或高速工具钢材料，但必须经涂层(涂层材料为切削速度：粗切达280m分、精切达600m分，走刀量粗切为177舳分，精切为06，可提高加工效率3省了冷却润滑液的费用，同时避免了用冷却润滑液造成的污染，加工成本可降低15左右。由于国内运用条件尚不成熟，今后有待应用2。计主要内容课题所设计的货车整车总质量为 8495车 42，后桥驱动，满载轴荷2995/5500；发动机最大转矩：30速器一挡传动比：减速器黑龙江工程学院本科生毕业设计6传动比：先选择初始方案，用后桥驱动，所以设计的驱动桥结构需要符合轻型货车的结构要求；接着选择各部件的结构形式；最后选择驱动桥各部件的具体参数，设计出各部件主要尺寸。同时对各个部件进行强度计算。2、技术路线本设计技术路线如下图所示。非断开式驱动桥 断开式驱动桥驱动桥总成的结构型式及布置主减速器 差速器 驱动车轮的半轴 驱动桥桥壳参数选择设计计算 参数选择设计计算 参数选择设计计算 参数选择设计计算各个部件强度校核用件图表达设计撰写说明书黑龙江工程学院本科生毕业设计7第2章驱动桥的总体方案确定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。驱动桥设计应当满足如下基本要求：（1）所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。（2）外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。（3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。（4）在各种转速和载荷下具有高的传动效率。（5）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。（6）与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。（7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便3。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比较复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性1。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黑龙江工程学院本科生毕业设计8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，有时采用蜗轮式主减速器，它不仅具有在质量小、尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点，而且对汽车的总体布置很方便1。开式驱动桥断开式驱动桥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1。桥驱动的布置为了提高装载量和通过性，有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动，常采用的有44、66、88等驱动型式。在多桥驱动的情况下，动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种。相应这两种动力传递方式，多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯通式与贯通式。前者为了把动力经分动器传给各驱动桥，需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力，这样不仅使传动轴的数量增多，且造成各驱动桥的零件特别是桥壳、半轴等主要零件不能通用。而对88汽车来说，这种非贯通式驱动桥就更不适宜，也难于布置了3 4。为了解决上述问题，现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置型式。黑龙江工程学院本科生毕业设计9在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，并且各驱动桥不是分别用自己的传动轴与分动器直接联接，而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴，是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥的动力，是经分动器并贯通中间桥而传递的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计(如汽车的变型)、制造和维修，都带来方便。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。减速器主动锥齿轮 章小结通过比较驱动桥的各种结构型式的优缺点，并根据轻型载货汽车的工作任务和工作环境进行分析论证，再结合目前市场上现有的轻型货车驱动桥的结构形式进行对比，最终确定驱动桥的结构形式为非断开式驱动桥。黑龙江工程学院本科生毕业设计10第3章主减速器设计主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。对发动机纵置的汽车，其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力9。驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求：（1）所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。（2）外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。（3）在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。（4）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。（5）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。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、主动齿轮和从动齿轮的安置方法及减速形式的不同而不同。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3.1（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3.1（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：旋锥齿轮与双曲面齿轮（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。（3）当传