车辆工程毕业设计（论文）-中型卡车驱动桥设计【全套图纸】.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文 中型卡车驱动桥设计学院名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆1004 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 讲师 2014 年 5 月目 录摘要1引言3第一章 课题的目的及意义3第二章 驱动桥的说明4 2.1 减速器结构方案分析 6 2.2 车轮传动装置 6 2.3 驱动桥壳 6第三章 主减速器设计 7 3.1 主减速器齿轮计算载荷的确定 8 3.1.1按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算载荷 8 3.1.2 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 8 3.2 主减速器齿轮基本参数选择 8第四章 主减速器锥齿轮强度计算 11 4.1 按发动机最大转矩计算 11 4.2 轮齿弯曲强度11 4.2.1 主动齿轮 114.2.2 从动锥齿轮 124.3 轮齿接触强度12第五章 主减速器齿锥齿轮轴承的载荷计算 13 5.1 齿轮齿面上作用力13 5.2齿轮布置为螺旋方向为右，顺时针14 5.3 悬臂式支承主动锥齿轮的轴承径向载荷15 5.4 A轴承的使用寿命计算17 5.5 C轴承的使用寿命计算185.6 主动锥齿轮轴的校核19第六章 差速器的设计 19 6.1 差速器结构形式选择 20 6.2 差速器齿轮强度计算 22第七章 车轮传动装置设计 23 7.1 结构形式 23 7.2 半轴计算 23第八章 驱动桥壳设计 24 8.1选可分式桥壳 24 8.2 桥壳静弯曲应力计算 24 8.3 在不平路面上冲击载荷的作用下桥壳强度计算 25 8.4 车以最大牵引力行驶时桥壳强度计算 25 8.5 汽车紧急制动时桥壳强度计算 26结论 28致谢28参考文献 29 中型卡车驱动桥设计 专业班级：车辆1004 姓名： 指导老师： 职称： 讲师全套图纸，加153893706摘要：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。驱动桥设计是汽车设计重要组成部分，汽车的驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮；并使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能. 同时驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载式车身之间的力和力矩。汽车车桥的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、机动性和操作稳定性等有直接影响。本课题是以东风天锦的驱动桥为研究对象，考虑全部情况我采用非断开式驱动桥，采用螺旋锥齿轮传动，单级主减速器，而主减速器圆锥齿轮的材料为20CrMnTi。能够保证在保证足够的强度刚度时，尽量减少质量以达到提高汽车行驶平顺性的目的。本说明书对各齿轮、轴和桥壳的结构做了受力分析，保证在足够的强度、刚度条件下，要尽量使其质量小，以改善汽车平顺性。通过本课题可以达到几个目的，一是通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以锻炼查阅收集资料并进行实际设计操作的能力，掌握机械设计的方法和过程。二是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。 关键词：非断开式驱动桥设计 东风天锦卡车 单级主减速器 螺旋锥齿轮传动 Design of drive axle for medium truckAbstract Because of simple structure, low cost, reliable work,The non drive off the bridge is widely used in various trucks, passenger cars and buses.Drive axle design is an important part of automobile design.Vehicle drive axle work at the end of the transmission system, its basic function is to increase the drive shaft or transmission came directly from the torque, the torque distribution to the left, the right driving wheels; and the left, the right driving wheels with the car driving kinematics differential function which is required.At the same time, the drive axle must bear on the role of road and the frame or the bearing capacity and the torque between the body.Structure and design parameters of automobile axle has an important effect in addition to the reliability and durability of the car, but also directly affect the performance of motor vehicles such as power, economy, comfort, the operation stability, maneuverability and etc.This topic is in the drive axle Dongfeng days Kam as research object, considering all the non drive off the bridge, the spiral bevel gear transmission, single stage reducer,The main reducer cone gear material is 20CrMnTi.Ensure enough strength and stiffness, reduce the quality in order to improve the ride comfort of automobile objective.The specification of each gear, shaft and axle housing structure of the force analysis, the conditions of enough strength, stiffness is designed to try to make the quality of small, in order to improve the vehicle ride comfort.Through this topic can reach several objectives.The first，through the bridge design of the study and practice of driving on the car, it can exercise collected data and the actual design work, to grasp the method and process of mechanical design. The second is the automobile driving axle design of the study and practice, it can better study and master the comprehensive knowledge and skills in modern automobile design and mechanical design.Key words The non drive off the bridge design Single stage reducer Spiral bevel gear transmission 引言 有桥壳的非断开式驱动桥结构简单，制造工艺好、成本底、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载重货汽车、中型货车、及多数越野汽车和部分小轿车上。该设计对于了解驱动桥有非常好的帮助。 第一章 课题目的及意义 驱动桥驱动汽车，可利用汽车的全部重量作为汽车附着力，在不发生车轮打滑的情况下，将足够的动力传至路面，使汽车具有很强的越野能力，增强了汽车的牵引力极限，同时将发动机的动力分别传至各个车轮，减少每一驱动轮的驱动力负荷，保证轮胎不超过摩擦极限，使轮胎的磨损均一，延长轮胎的使用寿命。中国的本土的设计能力跟国际先进水平还有一定差距，在国内汽车专利的申请还是跨国公司占绝大多数。所以中国要进一步发展汽车的行业，应该在自主设计和创新方面做出更大努力。驱动桥设计是汽车设计重要组成部分，汽车的驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮；并使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能. 同时驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载式车身之间的力和力矩。汽车车桥的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、机动性和操作稳定性等有直接影响。通过本课题可以达到以下目的： 1) 通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以锻炼查阅收集资料并进行实际设计操作的能力，掌握机械设计的方法和过程。 2) 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。 3) 熟练掌握AUTOCAD，利用已掌握的机械制图技能完成汽车驱动桥结构设计。 4) 通过查阅汽车驱动桥的相关资料，可以对汽车行业的发展有新的认识。第二章 驱动桥的说明驱动桥一般主要由主减速器、差速器、车轮传动装置、和驱动桥壳等组成。在选择驱动桥结构形式时，应当从所设计汽车的类型及使用、生产条件出发，并和所设计的汽车的其他部件、尤其是与悬挂的结构形式与特征相适应，以共同保证整个汽车的预期使用性能的实现。在设计中，当选择某一具体汽车驱动桥的结构形式时，必须从各项要求中，找到所设计的既定用途汽车的独特使用性能有直接影响的主要之点，从而保证所设计汽车的最重要的使用性能的实现。 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较复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。考虑到设计的是中型货车，价格是主要考虑因素，所以我们采取非断开式驱动桥。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。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。具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单，制造工艺好、成本底、工作可靠、维修调整容易。因此本课题的中型货车采用了非断开式驱动桥。整个驱动桥都是属于簧下质量，对汽车降低它的动载荷和汽车平顺方面不利。断开式驱动桥结构复杂，成本比较高，但这种结构能够增加离地间隙；减小簧下质量，这样就能改善汽车平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的寿命。驱动车轮中，传动装置的功能在于将扭矩由差速器传到驱动车轮。它的结构特点是根据驱动桥的结构型式是否为转向桥设定。如果驱动车轮同时又是转向车轮，就必须要在驱动车轮的传动装置中安装准等速万向节。带有摇摆半轴驱动桥，其驱动车轮的传动装置也要采用万向节传动。在普通的非断开式驱动桥上，如果驱动车轮不是转向轮，那么汽车车轮直接连接轮毂和差速器的半轴驱动。这时，半轴由于其外端不同的支承而承受不同载荷，根据载荷的不同，半轴又可分为半浮式、全浮式、3/4浮式三种。驱动桥不仅是汽车的动力传递机构，而且也是汽车的行驶机构，还必须要承受支撑汽车的载荷作用。车驾驶室或车厢以及他们所承受的载荷等簧上质量，是通过悬挂总成的弹性元件，由车轮支承各个车桥的。驱动桥不仅承受着作用与路面和车架或车厢之间的垂直方向的力，而且承受着它们之间的纵向力及横向力。除了铅垂力由弹性元件传递之外，纵向力及横向力也可以由悬挂的一些弹性元件来传递。驱动桥总成结构形式，按其总体布置来说，共有三种类型的驱动桥。一是普通的非断开式驱动桥，二是带有摇摆式半轴的非断开式驱动桥，三是断开式驱动桥。根据它们的工作特性，又可以把它们归并为两大类，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挂时，采用非断开式驱动桥。当汽车采用独立悬挂时，我们要选用断开式驱动桥。根据我们所要设计的车辆要求我们采用非断开式驱动桥。 2.1 减速器结构方案分析 驱动桥上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。 驱动桥上差速器结构方案汽车在行驶过程中，左右两车轮在同一时间所滚过的路程通常是不相等的，如转弯的时候，内侧车轮行程比外侧车轮短；从而导致了左右两车轮内气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上载荷不均匀，从而引起车轮滚动半径不相等。这样子的话，如果驱动桥的左右车轮刚性连接，那么不管是转弯行驶或直线行驶，都会引起车轮在路面上的滑移或滑转，为此，在驱动桥的左右车轮间要装有轮间差速器。差速器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角速度转动。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2.2 车轮传动装置车轮传动装置位于传动系的末端，它的基本的功用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。对于非断开式驱动桥，车轮传动装置的主要零件为半轴；对于非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。2.3 驱动桥壳驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受由车轮传动的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架；同时，它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。 2.3.1桥壳应满足如下设计要求：2.3.1.1 要满足做够强度，以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力。2.3.1.2 在保证足够的强度刚度时，尽量减少质量以达到提高汽车行驶平顺性的目的。 2.3.1.3 保证汽车要有足够的离地间隙。 2.3.2 驱动桥设计还要满足下例要求：2.3.2.1 选择的主减速比必须要能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。2.3.2.2 外形尺寸要小，保证要有必要的离地间隙。2.3.2.3 齿轮及其他传动工件平稳，噪声小。2.3.2.4 在各种转速和载荷下具有高的传动效率。2.3.2.5 在保证足够的强度、刚度条件下，要尽量使其质量小，以改善汽车平顺性。2.3.2.6 与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，应与转向运动相协调。2.3.2.7 结构简单，加工工艺好，制造容易，拆装、调整方便. 第三章 主减速器设计主减速器的结构形式，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形式不同而异。本课题是以东风天锦的后桥为研究对象东风天锦货车参数额定载质量3315kg最高车速90 km/h发动机型号EQH140-30最大马力140 马力变速箱型号DF6S650货箱形式箱式档位数6档排量4752ml轴距5000最大扭矩500 N.m考虑全部情况我采用非断开式驱动桥，采用螺旋锥齿轮传动，单级主减速器，而主减速器圆锥齿轮的材料为20CrMnTi。3.1 主减速器齿轮计算载荷的确定3.1.1按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算载荷：Tje=Temax*it2*k0/N (3-1) Temax此处已删除，完整版加1538937068.3 在不平路面上冲击载荷的作用下桥壳强度计算动弯=K动静弯 （8-3）动弯-桥壳在动载荷作用下弯曲应力K动-考虑汽车行驶在不平路面上的动载荷系数，他等于静载时的应力与动载是附加应力之和与静载是应力之比 K动=3静弯-桥壳在静载荷作用下的弯曲应力 =3*97.6=292.8Nmm28.4 车以最大牵引力行驶时桥壳强度计算作用左右驱动轮上扭矩所引起地面对左右车轮的最大切向反作用力共为:PMAX=MEMAXIKI0t/RK （8-4） MEMAX-发动机最大扭矩 IK1-变速器1档速比 I0-驱动桥的主减速比 RK-驱动车轮的滚动半径 T-传动效率 =186*3.117*4.55*0.9/0.35=6783.2N如忽略T则地面对前驱动桥左右车轮垂向反作用力N左。N右相等N左=G2（1+PMAXHG/LG）=G2/2*M2 （8-5） G2-汽车满载静止于水平面时驱动桥给地面的载荷 HG-汽车的重心高度 L-汽车的轴矩 M2-汽车加速行驶时重量转移系数，这可取M2=1.11.4 N左=G2*M2=17167*1.1/2=9441.9N按垂直载荷计算时前驱动桥在钢板弹簧之间弯矩M垂弯M垂弯=（G2m2/2-gK）*（t-S）/2=4409.3NM （8-6） M平弯=0.5PMAX*（t-S）=3167.7NM （8-7） M合弯= =5429.2NM （8-8）由合成弯矩计算出钢板弹簧座附近危险截面的弯曲应力 弯=M合弯/W弯*103 =5429.2/41.088=132.1N/M2 （8-9）桥壳还承受应驱动桥传递驱动扭矩而应起反作用力矩两钢板弹簧之间桥壳扭矩 M扭=M0MAXIK1I0/2 （8-10）MEMAX-发动机最大扭矩I0-驱动桥的主减速比T-传动效率 =186*3.117*4.55*0.9/2=1187.1N/M2钢板弹簧座附近危险断面的扭转应力为： =M扭*1000/W扭=41071.74*2/1187.1=69.2Nmm2 （8-11）桥壳在钢板弹簧附近危险端面处弯曲及扭转合成应力为 合=178.2N/M（8-12）8.5 汽车紧急制动时桥壳强度计算设地面对后驱动桥左右车轮的垂向反作用力N2左、N2右相等，则 N2左=N2右=GA/2L*（L1-hg/G） （8-13）可得：N2/2=1/2（G2-HgGa/L） =G2/2（1-HG/L）=G2M2/2， -为驱动轮与轮面附着系数，计算时取=0.70.8 M2-汽车紧急制动时重量转移系数，对载重车来说.M2=0.750.95 L1-为汽车满载时重心离前轮中心线的水平距离。 =17167*0.8/2=6866.8N 紧急制动时，后桥壳在两钢板弹簧之间的垂向弯矩为M垂弯=（G2M2/2-GK）*（T-S）/2=3206.8NM （8-14）M平弯=G2* M2*(t-s)/4=3206.8NM （8-15）其合成弯矩为： M合= =4617.8NM （8-16）由合成弯矩计算出钢板弹簧座附近危险截面的弯曲应力 弯= M合弯/W弯*103=4617.8*1000/41071.7=112.4Nmm2 （8-17） 桥壳在两钢板弹簧的外侧部分同时还承受制动力所引起的扭矩M扭=G2/2* M2*RK=17167*0.8*0.3=2403.4NM （8-18） 在钢板弹簧附近危险端面的扭转应力为=M扭/W扭=2403.4*1000/(2*41071=29.3N/M2 （8-19） 桥壳在钢板弹簧附近危险端面处弯曲及扭转合成应力为合=123.3N/M2 （8-20） 结 论 这次非断开式驱动桥的设计比较成功，在课本上也借鉴了很多。在两个多月的毕业设计过程中，我学到了很多东西，比如对汽车工业当中的机械设计有了更多的了解；对驱动桥的设计以及各个部件的设计校核，轴承的选择和校核都做了非常细致认真的工作；学会了如何查找自己想要的资料；如何熟练地使用 Microsoft Word、AutoCAD等软件。当然设计过程中还是存在一些问题，如：我没有对十字轴万向节结构，差速器结构的特点，主减速器结构做更深入的研究，所以我们只能做一些总体的设计以及对各个部件的设计没有对驱动桥进行精确设计、可靠性设计和优化设计。总之，这段时间的生活过得紧张又充实，大学四年所学的课程在这段时间内有了综合的应用，理顺了自己的知识。我知道自己有做的很多不好的地方，但这段经历也让我培养了今后工作中如何去解决问题的能力，对各位老师和学院致以真挚的感谢。 致谢 在本课题的研究的整个过程中，张树培老师对我悉心指导，在这里向付出大量精力的张老师致以崇高的敬意和