YC1090货车驱动桥的结构设计说明书毕业论文.doc

yc1090 货车驱动桥的设计 目 录 1 前言1 2 总体方案论证 .2 2.1 非断开式驱动桥 .2 2.2 断开式驱动桥 .3 2.3 多桥驱动的布置 .3 4 差速器设计 17 4.1 差速器结构形式选择 17 4.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计 17 4.3 差速器齿轮的材料 19 4.4 普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算.20 7 结论 27 参 考 文 献 .28 致 谢 29 1 前言 本课题是对 yc1090 货车驱动桥的结构设计。故本说明书将以“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。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 1 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。 课题所设计的货车最高车速 v85km/h,发动机标定功率（3000r/min）99kw， 最大扭矩（12001400r/min）430 nm。 他有以下两大难题，一是将发动机输出扭矩通过万向传动轴将动力传递到后轮 子上，达到更好的车轮牵引力与转向力的有效发挥，从而提高汽车的行驶能力。二 是差速器向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边 车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。 本课题的设计思路可分为以下几点：首先选择初始方案，yc1090 属于中型货车， 采用后桥驱动，所以设计的驱动桥结构需要符合中型货车的结构要求；接着选择各 部件的结构形式；最后选择各部件的具体参数，设计出各主要尺寸。 所设计的 yc1090 货车驱动桥制造工艺性好、外形美观，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 yc1090 货车的整体结构要求。设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。 目前我国正在大力发展汽车产业,采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。 2 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 yc1090 货车驱动桥的设计 2 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： a)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。 b)外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。 c)齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。 d)在各种转速和载荷下具有高的传动效率。 e)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。 f)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。 g)结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。 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叫复杂，但可以大大提高汽车 在不平路面上的行驶平顺性。 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， 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。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 3 2.2 断开式驱动桥 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。 2.3 多桥驱动的布置 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。 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。 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。 其结构如图 2-1 所示： yc1090 货车驱动桥的设计 4 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 图 2-1 驱动桥 4 差速器设计 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 5 汽车在行使过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，左 右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动 半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行使阻力不等等。这样，如果驱动桥 的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行使或直线行使，均会引起车轮在路面上的滑 移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通 过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。 差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可 能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮 胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由 轮式等多种形式。 4.1 差速器结构形式选择 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。 普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮 式两种。 强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑 转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。 查阅文献5经方案论证，差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。 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 个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，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有些越野汽车也采用了这种结 构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提 高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置差速锁等。 4.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计 a) 行星齿轮数 n 通常情况下，货车的行星齿轮数 n=4。 b) 行星齿轮球面半径 rb 行星齿轮球面半径 rb反映了差速器锥齿轮节锥矩的大小和承载能力。 rb=kb （4-1） 3 d t 式中： kb行星齿轮球面半径系数，kb=2.53.0，对于有两个行星齿轮的轿车取最 大值； td差速器计算转矩，nm； 将各参数代入式（4-1） ，有： yc1090 货车驱动桥的设计 6 rb=34 mm c）行星齿轮和半轴齿轮齿数 z1和 z2 为了使轮齿有较高的强度，z1一般不少于 10。半轴齿轮齿数 z2在 1425 选用。 大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在 1.52.0 的范围内，且半轴齿轮 2 1 z z 齿数和必须能被行星齿轮齿数整除。 查阅资料，经方案论证，初定半轴齿轮与行星齿轮的齿数比=2，半轴齿轮齿 2 1 z z 数 z2=24，行星齿轮的齿数 z1=12。 d） 行星齿轮和半轴齿轮节锥角 1、2及模数 m 行星齿轮和半轴齿轮节锥角 1、2分别为 1= （4-2） 1 2 z arctan z 2= （4-3） 2 1 z arctan z 将各参数分别代入式（42）与式（43） ，有： 1=27，2=63 锥齿轮大端模数 m 为 m= （4-4） 01 1 2a sin z 将各参数代入式（4-4） ，有： m=5.497 查阅文献3，取模数 m=5.5 e）半轴齿轮与行星齿轮齿形参数 按照文献3中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表 4-1。 f）压力角 汽车差速齿轮大都采用压力角 =2230，齿高系数为 0.8 的齿形。 表 4-1 半轴齿轮与行星齿轮参数 参 数符 号半轴齿轮行星齿轮 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 7 分度圆直径 d14196 齿顶高 ha1.833.76 齿根高 hf4.432.5 齿顶圆直径 da144103 齿根圆直径 df13384 齿顶角 a419231 齿根角 f231419 分度圆锥角 6327 顶锥角 a67192931 根锥角 f60292241 锥距 r4746 分度圆齿厚 s99 齿宽 b2027 g)行星齿轮轴用直径 d 行星齿轮轴用直径 d（mm）为 d= （4- 3 0 cd t 10 1.1 nr 5） 式中： t0差速器壳传递的转矩，nm； n行星齿轮数； rd行星齿轮支承面中点到锥顶的距离，mm； c支承面许用挤压应力，取 98 mpa； 将各参数代入式（4-5）中，有： d=15.7mm，取 16mm。 4.3 差速器齿轮的材料 差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制 造差速器锥齿轮的材料为 20crmnti、20crmoti、22crmnmo 和 20crmo 等。由于差速 器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。 4.4 普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算 差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那 样经常处于啮合传动状态，只有当汽车转弯或左、右轮行使不同的路程时，或一侧 yc1090 货车驱动桥的设计 8 车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此，对于差速器齿 轮主要应进行弯曲强度计算。轮齿弯曲应力 w（mpa）为 w= （4- 3 sm v22 2tk k 10 k mb d jn 6） 式中： n行星齿轮数； j综合系数，取 0.01； b2半轴齿轮齿宽，mm； d2半轴齿轮大端分度圆直径，mm； t半轴齿轮计算转矩（nm） ，t=0.6 t0； ks、km、kv按照主减速器齿轮强度计算的有关转矩选取； 将各参数代入式（4-6）中，有： w=852 mpa 按照文献1, 差速器齿轮的 ww=980 mpa，所以齿轮弯曲强度满足要 求。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 9 7 结论 本课题设计的 yc1090 货车驱动桥，采用非断开式驱动桥，由于结构简单、主 减速器造价低廉、工作可靠，可以被广泛用在各种中型载货汽车。 设计介绍了后桥驱动的结构形式和工作原理，计算了差速器、主减速器以及半 轴的结构尺寸，进行了强度校核，并绘制了有关零件图和装配图。 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。 但此设计过程仍有许多不足，在设计结构尺寸时，有些设计参数是按照以往经 验值得出，这样就带来了一定的误差。另外，在一些小的方面，由于时间问题，做 得还不够仔细，恳请各位老师同学给予批评指正。 yc1090 货车驱动桥的设计 10 参参 考考 文文 献献 1 刘惟信.汽车设计m.北京:清华大学出版社,2001. 2 陈家瑞. 汽车构造m. 北京：机械工业出版社，2003. 3 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册m：设计篇.北京：人民交通出版社，2001. 4 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册m：基础篇.北京：人民交通出版社，2001. 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