毕业设计（论文）-客车底盘后驱动桥壳设计（全套图纸）.pdf

I 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 客车底盘后驱动桥壳设计客车底盘后驱动桥壳设计 II 目 录 目 录 . I 摘 要 . III Abstract . IV 第一章 绪论 . 1 1.1 课题研究背景 . 1 1.2 研究现状 . 3 1.2.1 我国客车行业现状 . 4 1.2.2 客车的结构形式 . 4 1.3 课题研究意义 . 4 第二章 驱动桥壳结构方案分析 . 5 2.1 驱动桥壳的功用 . 5 2.2 驱动桥壳的类型 . 5 2.2.1 可分式桥壳. 5 2.2.2 整体式桥壳. 6 2.2.3 组合式桥壳. 6 2.3 驱动桥壳的选用. 6 2.4 后桥壳的设计要求. 7 第三章 后桥壳的设计校核. 8 3.1 简介 . 8 3.2 桥壳的静弯曲应力计算. 8 3.3 在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算 . 10 3.4 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算 . 11 3.5 汽车紧急制动时桥壳的强度计算 . 13 第四章 汽车桥壳加工制造工艺研究 . 16 4.1 整体铸造式 . 16 4.2 钢板冲压焊接式 . 17 4.2.1 后桥壳壳体焊接工艺 . 17 4.2.2 后桥壳焊接时注意的主要问题 . 18 4.3 钢管扩张成形式 . 18 4.4 液压涨形成 . 19 结 论 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 22 III 摘 要 驱动桥壳用以支承并保护主减速器、差速器、和半轴等；与从动桥一起支撑车 架及其上的各总成重量；并承受汽车行驶时由车轮传来的各种反力及力矩，经悬架 传给车架。 驱动桥壳是汽车的重要的承载件和传力件，桥壳的性能和强度显得尤为重要， 尤其是载人较多的大中型客车，对传动系要求很高，对车桥的要求更为重要。中重 型客车的驱动桥类似于载重汽车的驱动桥，但因为客车承载的是人，在可靠性、平 顺性和舒适性等方面要求的更为严格，总体布置形式两者有所不同。 本文首先简要客车驱动桥壳的结构，然后对设计的桥壳强度进行了校核计算， 最后对后桥壳加工制造工艺进行了研究。 关键词关键词：驱动桥；桥壳；客车；制造工艺 全套图纸加 153893706 IV Abstract To support and protect the main reducer, differential, axle and drive axle and driven axle; together with the supporting frame and the weight of each assembly; and when the vehicle is driven by a variety of bearing force and torque to the wheels, suspension to frame. The drive axle is an important vehicle bearing and power transmission parts, axle performance and strength is particularly important, especially the mannedmore large and medium- sized passenger car, the transmission is high, the requirement is more important on the axle. Drive axle drive axle of heavy- duty vehicle similar to the truck, but because the bus is people, the requirements in terms of reliability, smoothness and comfort of the more strict, the overall layout of two different forms. In this paper, the structure of the drive axle housing is briefly introduced, and then the strength of the axle housing is checked and calculated. Key words: drive axle; axle housing; bus; manufacturing technology Manufacturing process V 1 第一章 绪论 1.1 课题研究背景 汽车作为国民经济和现代生活中不可缺少的一种交通工具，问世百余年来， 特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业大发展以来，已为世界经济的大发展、 为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，掀起了一场划时代的革命。人 类社会及人们生活的“汽车化” ，大大地扩大了人们日常活动的范围，加速了地区 间、国际间的交往，成倍地提高了人们外出办事的效率，加快了人们的活动节奏， 促进了世界经济的大发展，开创了现代“汽车社会”这样一个崭新的时代。汽车工 业1是一个国家工业化水平的代表性产业，也是最典型的成熟性产业，它的兴衰成 败决定和影响着一大批相关工业产业。汽车工业的振兴能带动相关产业的发展，相 关产业的发展又支撑着汽车工业的振兴。正是基于汽车工业的产业关联度大、时代 性强，特别是快速的技术创新步伐和高投入、高产出的规模经济之特点，汽车工业 已成为世界公认的推动国民经济发展的火车头。 对于我们这样一个发展中的国家来说，汽车已成为国民经济以及各项事业和 人民生活、学习、工作、生产等活动中不可缺少的交通工具。我国也将汽车工业确 定为国民经济发展的支柱产业。面对汽车产业的大发展，人类在使用汽车工具的同 时也面临着随之而来的问题。目前，汽车每年的石油消耗量约占世界每年石油产量 的一半以上。另外，汽车行驶中释放的 COx、NO、S02、铅微粒和碳微粒等有害物 质对人们的身体健康和生活环境造成了极大危害。随着汽车保有量的增加，能源问 题、 公害问题、 安全问题己成为汽车工业面临的三大问题， 其中能源问题最为突出。 因此如何采用新技术、 新材料、 新工艺降低汽车耗油量， 同时保证其良好的动力性、 安全性和经济性己成为汽车工业发展的核心问题车辆轻量化是降低能量消耗，减少 排放的最有效措施之一，并且减轻车辆自重还能够减少原材料的消耗，降低车辆的 生产成本。其中底盘轻量化是整个车辆轻量化的重要环节，而作为主要支承汽车荷 重的驱动桥桥壳的轻量化研究是现在人们大量研究的课题之一。轻量化有两种途径， 一是应用轻金属、 现代复合材料等低密度材料， 达到减重目标； 二是仍然使用钢材， 但对结构型式进行优化，在保证承载能力和舒适性的前提下减轻质量。其中第一种 2 途径减重效果尤其明显，但存在研发成本高，时间长，工艺不成熟等问题，目前还 不适合在主要承载结构上使用。后一种途径能够在应用现有材料(主要是钢材)、工 艺条件基本不变或新工艺技术易于获得的情况下有效减轻质量，因此更具有实际意 义。一般非断开式驱动桥、轮毂、制动器及制动鼓的总质量，约占一般载货汽车底 盘质量的 1l16(大致属于带双级减速的驱动桥)， 约占轿车质量的 3.55， 对于重型货车，所占比例更大。而普通的非断开式驱动桥的质量在很大程度上取决 于桥壳的结构， 因此， 减少驱动桥桥壳的质量是车辆轻量化的重要一条途径。 同时， 通过减小桥壳质量，进而也减小了非簧载质量，这样可使车身振动频率降低，而车 轮振动频率升高，这对减少共振、改善汽车的平顺性是有利的。 驱动桥是汽车中的重要部件，它承受着来自路面和悬架之间的一切力和力矩， 是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，如果设计不当，会造成严重的后果。当今汽 车制造业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代的速度日益加快。汽车 产品开发的一个重要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持其基本结构和 功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整，以此快速形 成适应市场需求的新产品。为保证驱动桥桥壳变型设计的可行性和工作的可靠性， 在设计过程中必须对其应力分布、变形和关键部位的应力进行计算和校核1。 汽车驱动桥位于传动系的末端。其基本功用是增扭，降速，改变转矩的传递 方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理的分配给左右驱 动车轮； 另外， 驱动桥还要承受作用于路面或车身之间的垂直力， 纵向力和横向力， 以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器，差速器，车轮传动装置和 桥壳组成。桥壳作为驱动桥的主要组成部分，其功用是支撑并保护主减速器、差速 器和半轴等；使左、右驱动轮的轴向相对位置固定；与从动桥一起支撑车架及其上 各总成的质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经悬架传 给车架。 过去我国主要采用对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验来考核其强度和 刚度， 有时采用桥壳上贴应变片的电测方法， 让汽车在选定的典型路段上满载行驶， 以测定桥壳的应力；但这些方法都是在有桥壳样品的情况下才能采用。传统的驱动 桥桥壳设计方法，是将其看成简支梁并校核特定断面的最大应力值。但这种方法不 可避免的经验性、局限性和盲目性已经暴露出来。 有限元法的使用在我国制造业中起步较晚，目前普及还不是很广，在汽车的设 计、制造和改进过程中仍主要依靠传统的手段。这一方面造成局部材料强度余量较 3 大而又无法及早判断出材料浪费程度的情况；另一方面对车辆实际使用过程中出现 的局部强度不足的闯题，只能采取“头痛医头，脚痛医脚”的局部加强方案，而且 需要进行多次全面的实车试验才能确定其有效性。过去，国内驱动桥桥壳设计主要 采用的手段是参考传统样车或者旧车型的样品模式，这种方法不仅费用大、试制周 期长、经验多于实践、缺乏科学性，而且也不可能对多种方案进行评价。驱动桥桥 壳是一个十分复杂的结构，用经典力学方法不可能得到精确的解答，特别是在设计 初期，又不可能有实测数据。因此，以往的设计基本上是依赖于经验和类比，缺乏 建立在力学特性(强度、刚度等)分析基础上的科学判据，设计方法有待提高。有限 元设计方法是迄今为止国内、外使用最为普遍、最为经济有效的辅助手段，它所包 括的有限元辅助设计、有限元辅助分析等一系列内容，可极大地减少资源投入、缩 短工作周期，而且在工作者认真细致的工作作风下，可保证较高的准确性和与实际 情况十分理想的吻合程度。因而在汽车设计制造和改进过程中引入有限元法是十分 必要的6。 1.2 研究现状 汽车驱动桥壳(汽车后桥) 是汽车上的主要承载构件之一,其作用要有:支撑并保 护主减速器、差速器和半轴等,使左右驱动车轮的轴向相对位置固定;同从动桥一起 支撑车架及其上的各总成质量;汽车行驶时,承受由车轮传来的路面反作用力和力矩 并经悬架传给车架等。 驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小,并便于主减速器的 拆装和调整。合理地设计桥壳也是提高汽车平顺性和舒适性的重要措施。由于还必 须保证车辆在加速、紧急制动和各种不同路面条件下的正常工作，所以桥壳是车辆 上工作环境最恶劣的部件。根据经验，它们的损坏大部分都是由于外界激励的频率 达到车桥固有频率产生的共振引起的较大动应力而造成的。因此，关于桥壳强度的 研究就成了车辆零部件破坏研究的重中之重。汽车的行驶状态是复杂的，车桥要经 受各种复杂工况所产生的动态载荷，这些动态载荷产生的动应力往往比静态应力大 出很多倍，它们才是导致桥壳破坏的危险因素。研究驱动桥壳静态和动态特性；有 利于合理地减轻桥壳的质量、降低动载荷，提高汽车行驶的平顺性，具有重要的现 实意义3。 随着科学技术的发展，汽车的设计和开发也日益向智能化、环保化(低排放、轻 污染)、安全化以及结构设计轻量化的方向发展。产品的类型和结构也越来越复杂， 对汽车产品的可靠性和安全性的要求也越来越高。本课题研究的目标是通过对某中 型货车的驱动桥桥壳结构进行强度分析、模态分析，校核桥壳结构在多种工况下的 应力强度和变形刚度，计算出桥壳的固有频率和振型，获取结构的动态特性；针对 桥壳强度不足导致易发生塑性变形，强度储备较低，应力分布不合理等问题进行研 4 究，为完善驱动桥壳设计提供一些数据参考。 1.2.1 我国客车行业现状 客车因载人量大、方便、快捷，乘坐舒适，价格便宜，已成为我国居民出门旅 行的主要交通工具。随着人们生活水平的提高，人们出行频率越来越高，客车行业 形势良好。据中国汽车工业协会汇总，2010 年我国客车销量达 41.45 万辆，其中大 中型客车销售量为 14.96 万辆。随着校车、公司通勤车的普及，客车的产销量将逐 年稳步上升。我国的客车行业目前已经比较成熟，有郑州宇通、苏州金龙和丹东黄 海等客车企业 98 家，年产客车不仅可以满足国内需求，而且有相当一部分销往海 外市场。 1.2.2 客车的结构形式 客车的主要布置形式有前置后驱、中置后驱以及后置后驱三种结构形式。前 置后驱客车底盘与货车比较类似，通用件多，易于有货车改装，但是车厢噪声大， 隔热隔振困难，乘坐的舒适性较差。而中置后驱客车车厢利用率高，车厢内噪音较 小，传动轴短；但发动机受到布置限制需专门设计，发动机冷却、保温以及防污困 难， 隔热性差维修时不方便接近， 客车底盘高。 因此以上两种结构形式都不太理想。 后置后驱客车是目前长途及旅游大型客车广泛采用的一种布置形式。这种形式的优 点是发动机与车厢易隔离，车厢的振动与噪声较小，乘坐舒适性较好，发动机可在 车外维修， 车厢地板下可布置容积较大的行李箱； 其缺点是操纵距离远结构较复杂， 驾驶员听不清发动机的声音致使不易及时发现发动机的故障，另外，发动机冷却、 车厢取暖困难。与前两种布置形式相比，后置后驱还是最理想的布置形式。 1.3 课题研究意义 通过本次毕业设计，培养自己综合运用机械原理、机械设计、材料力学、理论 力学等课程中所学理论知识的能力；掌握机械结构设计基本步骤，并了解数控机床 设计过程中应注意的一些细节问题。系统性地掌握机械设计知识，提高理论联系实 际、 分析问题和解决问题的能力， 使自己学到的理论知识与生产实践进行一次结合， 为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。根据机械设计、制造及其 自动化专业的特点，着重地培养以下五个方面能力： （1）调查研究、中外文献检索、阅读与翻译的能力； （2）综合运用基础理论、专业理论和知识分析解决实际问题的能力； 5 （3）查阅和使用专业设计手册的能力； （4）设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机进行绘图的能力； （5）撰写设计说明书（论文）的能力。 第二章 驱动桥壳结构方案分析 2.1 驱动桥壳的功用 驱动桥壳又称后桥壳，其作用是支撑并保护主减速器。差速器和半轴，使左右 驱动轮的轴向相对位置固定；与从动桥一起支撑车架及其上各总成的质量；汽车行 驶时，承受车轮传来的路面的反作用力和力矩，并经悬架传给车架。 2.2 驱动桥壳的类型 驱动桥壳从结构上可以分为整体式桥壳、分段式和组合式桥壳三种。整体式桥 壳具有较大的强度和刚度，便于主减速器装配、调整和维修等优点。在结构上，针 对多种不同的制造方法，整体式桥壳有多种不同的形式。整体式铸造车桥的组成： 空心梁，半轴套管，主减速器壳及盖等组成。分段式驱动桥一般分为两段，由螺栓 将两段连接成一体。分段式桥壳最大的缺点是拆装维修麻烦，所以现在以很少应用 了。 2.2.1 可分式桥壳 可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，每一部分均由一个 铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。并且左右两半桥壳是通过螺栓联成一 个整体。其特点是桥壳结构简单、制造工艺性好，主减速器轴承支承刚度好。但对 住减速器的拆装、调整、维修很不方便，桥壳的刚度和强度受结构的限制，由于上 述缺点现已很少采用。 6 2.2.2 整体式桥壳 整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一整体的空心粱，其 强度及刚度都比较好。桥壳与主减速器壳为两体，主减速器齿轮及差速器均装在独 立的主减速壳里，构成单独的总成，调整好以后再由桥壳中部前面面装入桥壳内， 并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都 十分方便。 整体式桥壳按其制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式、钢板冲压焊接式和 扩张成形式三种。 2.2.3 组合式桥壳 组合式桥壳是将主减速器壳与部分桥壳铸为一体，而后用无缝钢管分别压入壳 体两端，两者之间用塞焊或销钉固定。它的优点是从动齿轮轴承的支承刚度较好， 主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便；然而要求有较高的加工精度，故常用于 微型汽车、轿车及轻型以下的载货汽车。另一些汽车由于布置上的需要，例如前驱 动桥的位置受到发动机油底壳、减震器及转向器的限制而只得采用尺寸紧凑、易于 布置的组合式桥壳。 2.3 驱动桥壳的选用 在这次设计中我们选用整体式桥壳。整体式桥壳按其制造工艺分为铸造整体式、 钢板冲压焊接式和钢管扩张成型式三种。铸造整体式桥壳多用于在载荷大的重型客 车，也用于少数中型货车和越野汽车。钢板冲压焊接整体式桥壳近些年来不仅在轿 车，轻、中型载货汽车上得到了广泛应用，而且有些吨位大更大的（载荷 14t 以下 的）汽车也开始广泛使用。钢管扩张成型整体式桥壳适用于轿车，轻中型载货汽车 的大量生产。本次毕业设计的汽车为十多米长的客车后桥壳，因现在汽车桥壳以冲 压式为主所以选择钢板冲压焊接式整体式桥壳。 钢板冲压焊接整体式桥壳以中厚钢板为原料， 是由上、 下对焊的一对桥壳主件、 四块三角钢板、加强环、两个半轴套管、法兰盘、一个后盖以及两个钢板弹簧座等 沿它们之间的接缝组焊而成。桥壳主件的上、下两半是一种冲压件。这种桥壳主件 的板料为矩形，下料方便而且材料的利用率高，但上、下两桥壳主件对焊时需四块 三角钢板补焊到桥壳中部前后两侧的缺口处。也可以采用不需要三角钢板补缺口的 结构方案。这时上、下半桥壳主件的对缝平直，易于实现焊接自动化，桥壳主件在 7 焊接处的倒角容易焊接。 2.4 后桥壳的设计要求 （1）能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规定和 国家标准、法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象国家和地区的法规和用户要 求； （2）应具有足够的强度和刚度，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； (3) 应有足够的刚度和强度，质量要小，并便于主减速器的拆装和调整； (4) 尽可能便于制造； (5) 在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性； (6) 保证足够的离地间隙； (7) 结构工艺好，成本低； (8) 保护装于其上的传动系部件和防止泥水侵入； (9) 拆装，调整，维修方便。 后桥设计时应注意以下三方面： (1) 满足汽车行驶的平顺性和通过性 由于在汽车行驶过程中，驱动桥的受力情况复杂。非断开式驱动桥的桥壳相当 于受力复杂的空心梁，它必须有足够的强度和刚度，同时还应尽量减小其重量，在 设计中应妥善地解决这两种之间的矛盾。对于断开式驱动桥来说，由于其主减速器 壳装在车架或车厢上，这样，主减速器、差速器、全部传动轴的部分质量都转化为 悬挂质量，大大地减少了汽车的非悬挂质量，加之又配以独立悬架，因此显著地提 高了汽车行驶平顺性。但断开式驱动桥的结构复杂。对于很多汽车来说，常常会遇 到坎坷不平的坏路面，特别是越野汽车有时还要通过无路区，为了避免驱动桥与地 面或其上的凸起物相碰撞而使零件损坏或使汽车受阻，因此，驱动桥中部安装减速 器处的轮廓尺寸不应太大，使之有足够的离地间隙，以满足汽车在通过性方面的要 求。 (2) 降噪技术的应用 随着发动机转速及汽车行驶速度的提高，降低汽车的噪音已成为汽车设计中的 一个重要课题。驱动桥的噪音主要来自齿轮及其它传动机件。提高齿轮及其它传动 零件的加工精度，增强齿轮的支承刚度，采用运转平稳、无噪音的双曲面齿轮做主 8 减速器齿轮，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确啮 合等等，都是降低驱动桥工作噪音的有效措施。 (3) 零件的标准化、部件的通用化、产品的系列化 随着汽车工业的发展及汽车技术的提高， 驱动桥的设计、 制造工艺都日益完善。 驱动桥也和其他汽车总成一样，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。应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以更换或增减不 多的零件，用到不同性能、不同吨位、不同用途并由单桥驱动到多驱动桥的变型汽 车上。 第三章 后桥壳的设计校核 3.1 简介 后桥的后桥壳是汽车上的主要承载构件之一,其形状复杂，而汽车的行驶条件 如道路状况、气候条件以及车辆行驶状态等又是千变万化的，因此要精确地计算出 汽车行驶时作用于桥壳各处的应力大小较困难。过去我国主要靠对桥壳样品进行台 架试验和整车行驶试验来考核其强度与刚度，有时还采用电测方法，使汽车在选定 的典型路段上满载行驶以测定桥壳的应力。其计算结果受到很大限制往往结论不准 确，而现在我们通常采用的方法为有限单元法。国内外多家汽车汽车企业都曾用它 分析过汽车后桥壳的强度。我国通常推荐：计算时将桥壳复杂的受力状况简化成三 种典型的计算工况。只要在这三种载荷计算工况下桥壳的强度得到保证，就认为该 桥壳在汽车的各种行驶条件下是可靠的。 在进行上述三种载荷工况下桥壳的受力分析之前，还应先分析一下汽车满载静 止于水平路面时桥壳最简单的受力情况，即进行桥壳的静弯曲应力计算。 3.2 桥壳的静弯曲应力计算 桥壳犹如一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承 受汽车的簧上载荷，而左、右轮胎的中心线，地面给轮胎的反力2/2G（双轮胎时则 沿双胎中心） ，桥壳则承受此力与车轮重力 3-1 所示。 图 桥壳按静载荷计算时，在其两钢板弹簧座之间的弯矩 2 2 g G M w = 式中： 2 G汽车满载时静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷 w g车轮（包括轮毂 B驱动车轮轮距， s驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离 桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近 不易准确预计，当无数据时可以忽略不计所以 ( 22 030. 19 . 1116000 =M 而静弯曲应力 wj 则为 10= v wj W M 式中：M见（3-1） ； v W危险断面处 体见下： 截面图如图 3-2 所示，其中 9 桥壳则承受此力与车轮重力wg之差值，即（wg G 2 2 ） ，计算简图如 图 3-1 桥壳静弯曲应力计算简图 在其两钢板弹簧座之间的弯矩M为 2 sB Nm (3 汽车满载时静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，在此 包括轮毂、制动器等）重力，N； 在此为 1900mm; 驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，在此为 1030mm. 桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。通常由于wg远小于2/2G， 当无数据时可以忽略不计所以 )030 =25230Nm 3 10 MPa （3-2） ） ； 危险断面处（钢板弹簧座附近）桥壳的垂向弯曲截面系数 其中 B=170mm，H=170mm， =12mm， 1 =12mm. 计算简图如 (3-1) 在此 116000N； 且设计时 ） 桥壳的垂向弯曲截面系数，具 =12mm. 图 3-2 垂向弯曲截面系数: () 33 6 1 bhBH H Wv= 6 水平弯曲截面系数: () 33 6 1 hbHB B Wh= 1706 1 扭转截面系数: ()()112=HBWt=2 垂向弯曲截面系数, 水平弯曲截面系数 9。关于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面的形状 工艺来确定，从桥壳的使用强度来看 的要好。所以在此采用矩形管状 根据上式桥壳的静弯曲应力 wj 3.3 在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算 当汽车在不平路面上高速行驶时 受附加的冲击载荷。在这两种载荷总的作用下 dwd k = 式中： d k动载荷系数，对于轿车 wj 桥壳在静载荷下的弯曲应力 根据上式7023.4075. 1=wd 10 2 钢板弹簧座附近桥壳的截面图 () 33 146146170170 170 1 =373370.73mm 3 () 33 146146170170 170 1 373370.73mm 3 =212158158=599136mm 3 水平弯曲截面系数, 扭转截面系数的计算参考材料力学 关于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面的形状，主要由桥壳的结构形式和制造 从桥壳的使用强度来看，矩形管状（高度方向为长边）的比圆形管状 所以在此采用矩形管状。 3 10 73.373370 25230 =wj 67.57 MPa 在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算 当汽车在不平路面上高速行驶时，桥壳除承受静止状态下那部分载荷外 在这两种载荷总的作用下，桥壳所产生的弯曲应力 wj MPa (3-3) 对于轿车、客车取 1.75； 桥壳在静载荷下的弯曲应力 ，MPa。 4 .70 MPa 材料力学 主要由桥壳的结构形式和制造 的比圆形管状 桥壳除承受静止状态下那部分载荷外，还承 wd为 3) 11 3.4 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算 在此不考虑侧向力，如图所示为汽车以最大牵引力行驶的受力简图。此时作用 在左右驱动车轮上除有垂向反力外，尚有切向反力。地面对左右驱动车轮的最大切 向反力共为 rTTLe riTP/ maxmax = (3-4) 图 3-3 汽车以最大牵引力行驶的受力简图 式中：maxeT发动机最大转矩 取 790 N.m i传动系的最低传动比取 4.875； 传动系的传动效率 取 0.9 ； r r轮胎的滚动半径，经查表取 0.52 12 mNriTP rTTLe =63.6665 52. 0 9 . 0875. 4790 / maxmax 后驱动桥桥壳在左、右钢板弹簧座之间的垂向弯矩vM（NM）为 2 ) 2 ( 2 2 sB gm G M wV = (3-5) 式中 : 2 G， w g，B，s见式 1 ； 2 m汽车加速行驶时质量转移系数，对于客车后驱动桥在此我 们取 1.2 mN sB gm G M wV = = =30276 2 03. 19 . 1 )02 . 1 2 116000 ( 2 ) 2 ( 2 2 由于驱动车轮所承受的地面对其作用的最大切向反作用力maxP， 使驱动桥壳也 承受着水平方向的弯矩，对于装有普通圆锥齿轮差速器的驱动桥，在两簧座之间桥 壳所受的水平方向的弯矩 h M为： mN sBP M h = =77.1449 2 03. 19 . 1 2 63.6665 22 max 桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩，这时在两钢板弹簧座 间桥壳承受的转矩T为: 2 maxTTLe iT T = (3-6) 式中 maxeT发动机最大转矩，在此为 790Nm; i传动系的最低传动比,取 4.875； 传动系的传动效率，在此取 0.9； mN iT T TTLe =06.1733 2 9 . 0875. 4790 2 max 当桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面处为矩形时， 该断面的弯曲应力w和扭转 应力分别为： h h v V w W M W M += 13 (3-7) t W T = 式中： hv MM ,分别为桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩和水平弯矩，见上式 thv WWW,分别为桥壳在危险断面处的垂向弯曲截面系数，水平弯曲截面 系数和扭转截面系数。 MPaMPa W M W M h h v V w 30097.84 73.373370 77.1449 73.373370 30276 =+=+= MPaMPa W T t 150926.28 599136 1006.1733 3 = = 由于桥壳的许用弯曲应力值 为 300500MPa,许用扭转应力值 为 150 400MPa。 w =50.81MPa =300MPa，=15,。283MPa =150MPa, 所以该设计的桥 壳满足这种条件下的强度要求。 3.5 汽车紧急制动时桥壳的强度计算 在此不考虑侧向力，图为汽车紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图，此时作 用在左右驱动车轮上除了有垂向反作用力2/ 2 2mG外，尚有切向反力，即地面对驱 动轮的制动力2/ 2 2mG，因此可求得： 紧急制动时桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩vM及水平方向的弯矩hM分 别为： 22 2 sB gm G M wv = （3-8） 22 2 sB m G Mh = （3-9） 式中： 2 G, W g,B,s见下式说明； m 汽车制动时的质量转移系数： m 上式中m =m 时，对载货汽车的后驱动桥亦可取 g h汽车的质心高度 1 L汽车质心离前轴中心的距离 驱动车轮与路面的附着系数 由于此车为后桥驱动，所以选用 m 图 3-4 汽车紧急制动时后驱动桥的受力简图 sB gm G M wv = 22 2 14 += 1 1 1 L h m g ； = 1 2 1 L h m g 1 m 用于前驱动桥， m = 2 m 用于后驱动桥。 当 对载货汽车的后驱动桥亦可取 2 m =0.750.95； 汽车的质心高度，m； 汽车质心离前轴中心的距离，m； 驱动车轮与路面的附着系数，取=0.8 所以选用 = 1 2 1 L h m g 为汽车制动时的质量转移系数 85. 01 1 2 = = L h mm g 汽车紧急制动时后驱动桥的受力简图 s = =21445 2 03. 19 . 1 085. 0 2 116000 当 g h、 1 L 知 为汽车制动时的质量转移系数 mN 5 .21445 15 mN sB m G Mh= = =4 .17156 2 03 . 1 9 . 1 8 . 085 . 0 2 116000 22 2 桥壳在两钢板弹簧座的外侧部分同时还承受制动力所引起的转矩 r rm G T 2 2 2 = （3-10） mNT=8 .2050852. 08 . 085. 0 2 116000 将上式所得的 v M、 h M和所求的的T分别代入计算出桥壳在两钢板弹簧座附近 的危险断面的合成应力、弯曲应力和扭转应力 mN w = + =147.64 572823 104 .17156 5 .627127 105 .21445 33 mN =08.18 1134000 2 .20508 由于桥壳的许用弯曲应力值 为 300500MPa,许用扭转应力值 为 150 400MPa。 w =64.147MPa =300MPa，=18.08MPa =150MPa, 所以该设计的桥壳 满足这种条件下的强度要求。 16 第四章 汽车桥壳加工制造工艺研究 近几十年来，我国汽车工业得到了飞速的发展，汽车零件加工制造业是汽车工 业的一个重要的支撑行业，也同样是发展迅速。驱动桥壳是零件加工制造业的主要 内容之一，驱动桥壳既是传动系的组成部分，也是行驶系的组成部分。它作为传动 系的一部分是主要功用是安装并保护主减速器，差速器和半轴。而其作为行驶系的 组成部分时公用主要是安装悬架或轮毂，支撑汽车悬架以上各部分重量，承受驱动 轮传来的返利和力矩，并在驱动轮与悬架之间传力。桥壳的功能决定了它应具有的 结构