车辆工程毕业设计（论文）-9t货车的驱动桥设计与计算【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 9t货车驱动桥设计与计算 学院名称： 汽车与交通工程 专业班级： 车辆工程 1004 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 教 授 2014 年 5 月9t货车驱动桥设计与计算 专业班级：车辆1004 学生姓名： 指导教师： 职称：教授摘要 随着时代的发展，汽车的作用越来越大，已成了我们生活不可缺少 的工具。驱动桥作为汽车四大总成之一，它的性能的好坏直接影响整车 性能，而对于载重汽车显得尤为重要。汽车驱动桥一般由主减速器、差 速器、传动装置和驱动桥壳组成，汽车的动力性、燃油经济性、驾驶平 顺性和操作稳定性都和汽车驱动桥的选择有着非常重要的关系。 本文参照传统驱动桥的设计方法进行了对9t货车驱动桥的设计。 首先我们确定了主要部件的结构型式和主要设计参数；然后参考类似驱 动桥的结构，确定出总体布置形式和设计方案；最后依次对主，从动锥 齿轮，支承轴承，差速器行星齿轮，半轴齿轮，全浮式半轴和整体式桥 壳进行了设计计算，其中也包括了对锥齿轮弯曲和接触强度的校核、轴 的强度校核以及轴承的寿命条件校核。 本方案设计简单，操作方便，可靠性强。选用单级主减速器驱动桥， 使得整个后桥的结构简单，制造工艺简单，从而大大的降低了制造成本。 并且，双曲面齿轮的单级主减速器提高了后桥的传动效率，提高了传动 的可行性，从而能达到任务书的要求。关键词： 驱动桥 主减速器 差速器 半轴 桥壳全套图纸，加153893706The design and calculation of 9 tons truck driving axleAbstract With the development of the times,the effects of automobile is growing, it has become an indispensable tool in our life.Drive axle is the one of automobile four important assemblies.It performance directly influence on the entire automobile,especially for the heavy truck . Truck driving axle generally consists of the main reducer,differential, transmission and drive axle housing.The cars power,fuel economy,driving comfort and operation stability have a very important relationship with the selection of truck driving axle. The design method of this article for the design of 9 tons truck driving axle is referred to the traditional driving axle . First, we determine the structure of main components and the main design parameters;Then we determine the overall layout forms and the design scheme referenced to the similar driving axle structure; At last , we turn on to design and calculate the the driving and driven bevel gear , the block bearing ,the differential planetary gear , axle shaft gear fully floating axle and axle housing, including the bending and contact strength check of the bevel gear the strength check of shaft and the life condition check of bearing. The scheme has the advantages of simple design, convenient operation and strong reliability . We select the single stage reducer in drive axle to make the whole drive axle structure and the manufacturing process simple,so that we can reduces the manufacturing cost greatly . Also , single stage reducer consisted of spiral bevel gear can improve the transmission efficiency of the rear axle and the feasibility of the transmission,so as to achieve the requirements of the task book.Key words: drive axle main reducer differential half axle axle housing目 录第一章 课程设计题分析71.1 设计参数 71.2 设计要求 71.3 驱动桥形式的选择 8第二章 主减速器设计 9 2.1 减速器的结构形式 92.2 主减速器的基本参数选择与设计计算 9 2.2.1 主减速比i0的确定 92.2.2 主减速器计算载荷的确定 10 2.3 主减速器锥齿轮的主要参数选择12 2.4 主减速器锥齿轮的材料 15 2.5 主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算 16 2.5.1 单位齿长上的圆周力 16 2.5.2 轮齿的弯曲强度计算 172.5.3 轮齿的表面接触强度计算 182.6 主减速器轴承计算及选择 20 2.6.1 锥齿轮齿面上的作用力 202.6.2 主减速器轴承载荷的计算 23 2.6.3 锥齿轮轴承型号的确定 25第三章 差速器的设计 27 3.1 差速器结构形式选择 27 3.2 差速器参数确定 28 3.3 差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算 29 3.4 差速器直齿锥齿轮的强度计算 30第4章 半轴的设计31 4.1 半轴型式 31 4.2 半轴参数设计及计算 32 4.3 半轴的结构设计及材料与热处理 33第五章 桥壳及桥壳附件设计34 5.1 驱动桥壳结构方案选择 34 5.2驱动桥壳强度计算 35结论37致谢38参考文献 39引 言 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，另外还承受作用与路面和车架或车身之间的垂直力纵向力和横向力。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。 目前国内对驱动桥的研究重点在于：从桥壳的制造技术上寻求制造工艺先进、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减速器发展到现在的中央及轮边双极减速或双级减速器结构；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逐渐采用静默加工，以满足汽车高速行驶要求及法规对于噪声的控制要求。 而单级减速驱动桥产品的优势在于单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种.。制造工艺简单，成本较低，是驱动桥的基本类型，在重型汽车上占有重要地位。汽车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比同小速比发展。 本设计主要是分析9吨货车驱动桥总成的结构型式及布置方法，全面介绍驱动桥车轮的传动装置和桥壳的各结构型式与设计计算方法。其主要内容有：（1） 驱动桥结构方案的分析、选择与匹配； （2） 主减速器的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择；（3） 差速器的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择；（4） 驱动桥桥壳以及强度的分析；（5） 驱动桥整桥、主减速器、差速器和桥壳的工程图的绘制 从上面可以看出所选的方案设计简单，操作方便，可靠性强，加工效率高、精度高，也比较经济，能大幅度提高生产效益，能达到了任务书的要求。同时也能达到汽车具有最佳的动力性，燃油经济性，驾驶平顺性和操纵稳定性的预期结果。 我们这次对9吨货车驱动桥的设计、计算和校核，完成相关布置，绘制总装配图、零件图的意义，就是为了让我们熟悉汽车构造，掌握汽车设计的基本方法和基本原理，熟练掌握机械制图及其相关绘图标准，能够通过计算机绘图软件完成零件图和装配图的绘制，了解汽车相关标准。第一章 课程设计题目分析1.1设计参数 本次设计题目为9t货车驱动桥，车型为东风eq1090e。 具体参数如下： 汽车布置方式：FR ；总长/宽/高：6910/2470/2455mm 轴距：3950mm；轮距：前轮 1810mm，后轮1800mm 总质量：9290kg；整备质量：5000kg 满载前轴荷：2360 kg；满载后轴荷：6930 kg； 发动机：EQ6100-1，排量：5.42L 最大功率：99.3Kw/ 3000rpm；最大扭矩：352.8Nm/ 1200rpm 轮胎：9.00-20；最高车速：90km/h 设计开始之前，需准备汽车设计课程设计指导书 、 汽车工程手册等书籍，由于以前做过减速器设计，所以机械设计 、 机械设计课程设计指导书也会在此次设计中用到。1.2设计要求 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立、纵向力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳。 设计驱动桥时应 满足如下基本要求：（1） 选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性 和燃油经济性。（2）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。（3）齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。（4）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。（5） 具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的 各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减 少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。（6） 与悬架导向机构运动协调。结构简单，加工工艺性好，制造容易。 1.3驱动桥形式的选择 驱动桥分为断开式和非断开式。在选择的时候，应当从所设计的汽车类型及使用、生产条件出发，还得和所设计的其他部件结合，尤其是悬架，一次保证整车的预期性能和使用要求。 驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式；当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺行好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及多数的越野汽车和小轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对于汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构复杂，成本较高，但它大大地增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，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，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增强了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野车上应用相当广泛。 本课题要求设计东风eq1090e货车的驱动桥，根据结构、成本和工艺等特点，所以我们采用非断开式驱动桥，这样，成本低，制造加工简单，便于维修。第二章 主减速器设计2.1减速器的结构形式主减速器的结构形式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速形式的不同而异。2.1.1 主减速器的齿轮类型和减速形式的选择主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。与螺旋锥齿轮传动相比较，双曲面齿轮传动具有以下优点：尺寸相同时，双曲面齿轮传动具有更大的传动比；传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮有更大的直径和较高的齿轮强度及较大的主动齿轮轴和轴承刚度；传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮有较小尺寸，从而可以获得更大的离地间隙；此外，由于偏移距存在有更高的运转平稳性。本设计选用双曲面锥齿轮的单级主减速器。 2.1.2主减速器主，从动锥齿轮的支承形式 本题为设计9t货车，主动齿轮和从动齿轮都采用跨置式安装。2.2主减速器的基本参数选择与设计计算 2.2.1主减速比i0的确定对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给定发动机最大功率及其转速的情况下，所选择的i值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速。这时i值应按下式来确定： （1）-车轮的滚动半径，此处给定轮胎型号为9.00-00，所以滚动 径为0.5migh-变速器量高档传动比。igh =1 （2） 取io比上式大10%-25%得io=6.33 2.2.2 主减速器计算载荷的确定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转矩ce （3） 式中： Tce-计算转矩，Nm； Temax-发动机最大转矩； Temax =352.8N.m n-计算驱动桥数， n= 1； if-分动器传动比， if= 1； i0-主减速器传动比， i0=6.33； -变速器传动效率， =0.90； k-液力变矩器变矩系数， K=1； Kd-由于猛接离合器而产生的动载系数，Kd=1； i1-变速器最低挡传动比，i1=7.31； 将数据代入上式可得： Tce=14692N.m 2）按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs （4）式中：-每个驱动轴上的重量，为6930*9.8=67914N -加速时重量转移系数，此处为1.1； -轮胎与路面的附着系数，对于一般轮胎的公路用汽车在良好 的混凝土或沥青路上可取0.85； -车轮滚动半径，0.5m； -车轮到从动锥齿轮间的传动比，取1； m-车轮到从动锥齿轮间的传动效率，一般为0.9；将数据代入公式可得到Tcs=35278 N.m 3）按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcf （5） 式中：-汽车总重量，9290*9.8=91042N； -车轮滚动半径，0.5m； -从动锥齿轮到轮边减速比，取1； -驱动轴传动效率，圆弧锥齿轮取0.90； -公路坡度系数，它代表汽车在设计时要求能够持续爬坡 的力，而不是公路的坡度系数，取0.05； -性能系数，代表汽车在坡度上的加速能力，取0.015； 代入公式可得：Tcf=3288Nm minTce，Tcs=14692N.m Tcf=3288N.m主动锥齿轮计算转矩可由此计算： （6） 式中 取95 所以 Tz =Tc/6.33*0.95 =2443或547Nm 2.3主减速器锥齿轮的主要参数选择1)主、从动锥齿轮齿数z1和z2选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素；为了啮合平稳、噪音小和具有高的疲劳强度，大小齿轮的齿数和不少于40在轿车主减速器中，小齿轮齿数不小于9。查阅汽车课程设计指导书资料表6-4，主减速器的传动比为6.33，初定主动齿轮齿数z1=6，从动齿轮齿数z2=38。2)从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms对于单级主减速器，增大尺寸D2会影响驱动桥壳的离地间隙，减小D2又会影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。D2可根据经验公式初选，即 （7） Kd2直径系数，一般取13.015.3 Tc=minTce，Tcs=14692N.m 选D2=380mm 则ms=D2/z2=10mm 所以D1=msz1 =60mm3) 主，从动锥齿轮齿面宽和 锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致因锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起的切削刀头顶面过窄及刀尖圆角过小，这样不但会减小了齿根圆角半径，加大了集中应力，还降低了刀具的使用寿命。此外，安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端，会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间减小。但齿面过窄，轮齿表面的耐磨性和轮齿的强度会降低。 对于从动锥齿轮齿面宽，推荐不大于节锥的0.3倍，即，而且应满足小于等于10ms，对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采用： b2=0.155D2=0.155*380 取为60mm 一般习惯使锥齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮稍大，使其在大齿轮齿面两端都超出一些，通常小齿轮的齿面加大10%较为合适，在此取b1=1.1b2=66mm4） 中点螺旋角 齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，选时应考虑它对齿面重合度，齿强度和轴向力大小的影响，越大，则也越大，同时啮合的齿越多，传动越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高，应不小于1.25，在1.52.0时效果最好，但过大，会导致轴向力增大。 汽车主减速器弧齿锥齿轮的平均螺旋角为3540，而商用车选用较小的 值以防止轴向力过大，通常取35。 5） 螺旋方向 主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受的轴向力的方向，当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离的趋势，防止轮齿因卡死而损坏。所以主动锥齿轮选择为右旋，从锥顶看为逆时针运动，这样从动锥齿轮为左旋，驱动汽车前进。6） 法向压力角 加大压力角可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重叠系数下降，一般对于“格里森”制主减速器螺旋锥齿轮来说，选择压力角7） 具体参数如下表名 称代号计 算 公 式 和 说 明计算结果轴交角按需要确定一般，最常用螺旋角通常取为3540=35大端分度圆直径DD=mszD1=60mmD2=380mm节锥角1=arctanz1/z22=arctanz2/z11=8.9732=81.027节锥距AoAo=D1/2sin1Ao=192.3mm齿面宽bb2=0.155D2，b1=1.1b2b1=66mm，b2=60mm齿工作高hghg=H1*ms=1.5*1015mm齿全高hH=H2*ms=1.666*1016.66mm齿顶高haha1=hg-ha2ha2=Kams=0.215*10ha1=12.85mmha2=2.15mm齿根高hfhf1=h-ha1hf2=h-ha2hf1=3.81mmhf2=14.51mm径向间隙cc=h-hgc=1.66mm齿根角1=arctanhf1/Ao2=arctanhf2/Ao1=1.1352=4.314面锥角oo1=1+2o2=2+1o1=13.287o2=82.162根锥角RR1=11R2=22R1=7.838R2=76.713 表1 主从动齿轮具体参数表2.4 主减速器锥齿轮的材料 驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。因此，传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。主减速器锥齿轮的材料应满足如下的要求：a） 具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面高的硬度以保证有高的耐磨性。b） 齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。c） 锻造性能、切削加工性能以及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。d） 选择合金材料是，尽量少用含镍、铬呀的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。 汽车主减速器锥齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层（一般碳的质量分数为0.8%1.2%），具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性。因此，这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于钢本身有较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用较高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗碳层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。在此选择从动锥齿轮材料为18CrMnTi。为改善新齿轮的磨合，防止其在余兴初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理以及精加工后，作厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高25%的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。 2.5 主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算2.5.1 单位齿长上的圆周力 在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算 按发动机最大转矩计算时 (8) 发动机输出的最大转矩，在此取352.8；变速器的各档传动比主动齿轮节圆直径，在此取60mm. b260mm按上式得p=176.4igp1=176.4*7.31=12891429MpaP5=176.4*1=176.4250Mpa按驱动轮打滑的转矩计算 (9) 求得 P=2*67914*1.1*0.85*500/380*60*0.9 =3095N/mm虽然附着力矩产生的p很大，但由于发动机最大转矩的限制p只有1433N/mm所以校核成功。2.5.2轮齿的弯曲强度计算 汽车主减速器锥齿轮的齿根弯曲应力为 （10） 式中：该齿轮的计算转矩，Tc1=14692N.m Tc2=3288N.m Tz1=2443N.m Tz2=547N.m超载系数；在此取1.0尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当时，m=10时，Ks为0.792载荷分配系数，跨置式，取1。质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取1.0;计算齿轮的齿面宽，分别为60mm和66mm;端面模数，9mm;计算弯曲应力的综合系数（或几何系数），它综合考虑了齿形系数。载荷作用点的位置、载荷在齿间的分布、有效齿面宽、应力集中系数及惯性系数等对弯曲应力计算的影响。计算弯曲应力时本应采用轮齿中点圆周力与中点端面模数，今用大端模数，而在综合系数中进行修正。由图1得校核从动齿轮时为0.165，校核主动齿轮时为0.23按上式从动：1=619Mpa700Mpa,2=138Mpa210Mpa主动：1=424Mpa700Mpa, 2=95Mpa210Mpa所以主减速器齿轮满足弯曲强度要求。 图1 弯曲计算用综合系数J（20压力角，35螺旋角）2.5.3轮齿的表面接触强度计算 锥齿轮的齿面接触应力为 （11） 式中：主动齿轮的计算转矩；=2443Nm;=547Nm. b60mm D160mm此处已删除，完整版加153893706 我这次对9吨货车驱动桥的设计、计算和校核，完成相关布置，绘制总装配图、零件图的意义，就是为了让我们熟悉汽车构造，掌握汽车设计的基本方法和基本原理，熟练掌握机械制