方案论证报告-ZQ1030型皮卡车驱动桥,后悬架设计.doc

机电工程学院毕业设计方案论证报告 题 目: ZQ1030型皮卡车驱动桥、后悬架设计 学生姓名： 专业班级： 车辆工程1204 指导教师： 2016年03月31日1目录1.驱动桥与后悬架设计总述11.1 汽车驱动桥现状分析11.2 汽车后悬架现状分析12.驱动桥设计方案论证12.1驱动桥结构形式分析12.2 主减速器设计方案22.3 差速器设计方案32.4 半轴结构形式的确定42.5驱动桥壳的选择43.后悬架的设计方案53.1非独立悬架和独立悬架的选择53.2悬架主要参数的确定53.3 钢板弹簧的设计方案63.4 减振器结构方案分析7论证结果8参考文献81.驱动桥与后悬架设计总述 1.1 汽车驱动桥现状分析 目前我国正在大力发展汽车产业,汽车的设计、制造工艺均在日益完备，总体而言，现在汽车向节能、环保、舒适等方面发展的趋势要求车桥向轻量化、大扭矩、低噪声、宽速比、寿命长和低产本生产。驱动桥也不例外，除了采用更多的新技术之外，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。为了防止产生功率循环现象，现代型的多桥驱动的汽车上往往装有轴间差速器。从而显著地减少了多桥驱动汽车的主减速器出现过载的情况。但在安装轴间差速器的汽车上，必须考虑到能充分利用各驱动桥牵引力的要求。现今，国内生产驱动桥的厂家较多，品种和规格也较齐全，其性能和质量基本上能够满足国产农业机械和工程机械的使用需求。汽车驱动桥是汽车的重要总成，驱动桥设计是汽车设计的重要组成部分之一。目前国内外驱动桥设计出现了一些变化：（1）主要部件和功能向驱动桥的中部集中。（2）桥壳采用球墨铸铁，以提高整桥外观质量。（3）适应特种要求的多功能驱动桥。 1.2 汽车后悬架现状分析载货汽车的后悬架一般均采用钢板弹簧悬架。钢板弹簧悬架分为少片变截面钢板弹簧悬架与等截面多片钢板弹簧悬架。少片变截面钢板弹簧悬架多用于轻型载货汽车上，具有体积小、质量轻、结构简单等优点，但是也有生产工艺复杂、制造困难、材料较贵等缺点。等截面多片钢板弹簧悬架则运用广泛，其制造简单、工艺性好、灵活多变的结构设计使其用于各种载货汽车的后悬架上。缺点是汽车平顺性、舒适性较差；簧下质量大，无法适应重卡轻量化的发展，并且不能同时兼顾载货汽车的舒适性与操纵稳定性。近些年来，载货汽车后悬架出现了运用空气悬架或者橡胶悬架。空气悬架和橡胶悬架是以空气或者橡胶弹簧为弹性元件，它们具有变刚度的特点，因此，整个悬架有较强的承载能力。在承载性、可靠性等方面都比传统使用的钢板悬架更具优势，而且能够适应矿山作业等恶劣工况。空气悬架弹簧是一种运用在高档客车和重型载货车上的悬架系统，是世界钢板弹簧发展趋势。空气悬架簧的最终发展趋势是不再需要或使用很少的弹簧扁钢。空气悬架在欧美发达国家已经有70多年的发展历史，二十世纪五十年代，空气悬架弹簧开始应用在载重车、小轿车、大客车及铁道车辆上。到六十年代，德国、美国等工业发达国家生产的大部分公共汽车中装有了空气弹簧悬架。2.驱动桥设计方案论证一般的，驱动桥由主减速器、差速器、车轮和其传动装置，桥壳等构成。驱动桥在传动系的末尾，其功用是降速、增扭，以及改变从变速器传递来的动力的传递方向。同时将转矩分配给左右两个驱动车轮；驱动桥的另外一个功能是承受作用在路面和车身或者车架之间的纵向力、垂直力、纵向力。以及制动力矩、反作用力矩等等。2.1驱动桥结构形式分析驱动桥的两种结构形式断开式和非断开式（如图1）。图1驱动桥的总体布置形式简图（a）普通非断开式驱动桥；(b)带有摆动半轴的非断开式驱动桥；（c）断开式驱动桥断开式驱动桥是指没有刚性的整体外壳或者是梁来连接左、右的驱动车轮，主减速器、差速器以及它们的壳体均安装在车架或者车身上，通过万向传动装置来驱动车轮的结构形式。主减速器、差速器、部分车轮传动装置的质量都属于簧上质量。位于两侧的驱动轮经过独立悬架与车身或者车架连接在一起，因此，两侧的驱动轮对于车身可以相对独立的上下摆动。非断开式驱动桥是指支撑左右驱动轮的是一根刚性的空心梁式的桥壳，主减速器和差速器、半轴以及所有的传动件都装在桥壳里，此时驱动桥以及驱动轮都是簧下质量。断开式与非断开式相比较，有以下优点：一，可以提高汽车的平顺性；二，可以提高汽车的平均行驶速度；三，有利于提高汽车零部件的使用寿命；四，增强了汽车的康侧滑能力；五，提高了汽车的操作稳定性。但断开式的驱动桥结构相对复杂，成本高，因此广泛应用于乘用车和越野车上。而非断开式的驱动桥因为结构简单、成本低、维修方便等优点在商用车以及部分乘用车得到了广泛的应用。综上所述，ZQ1030型皮卡车车应该选用非断开式的驱动桥。 2.2 主减速器设计方案2.2.1主减速器的减速形式的选择 按照减速形式的不同，主减速器可以分为：单级、双级、双速、贯通式、单双级减速配轮边减速等。以下主要对比介绍单级主减速器和双级主减速器。 单级主减速器常由一对圆锥齿轮副组成。这种主减速器结构较简单，质量小，成本低，使用方便。但是主传动比不能太大，一般不大于7.0。如果进一步提高主减速器传动比将会增大从动齿轮直径，使驱动桥壳尺寸增大，从而减小最小离地间隙，降低通过性，并且会使从动齿轮热处理复杂化。所以，单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车上。双级主减速器有两对齿轮副传动。与单级主减速器相比，采用双级主减速器可以在保证离地间隙相同的情况下能得到更大的传动比，但是其尺寸和质量较大，成本高，传动效率较低。双级主减速器主要用于中、重型货车、越野车和大客车上。 综上可知，ZQ1030型皮卡车，其总质量为3吨，选择单级主减速器。 2.2.2 主减速器的齿轮类型选择主减速的齿轮类型有弧齿锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮、蜗轮蜗杆等形式。 弧齿锥齿轮传动过程中，主、从动齿轮的轴线，垂直相交于一个点上。传动过程中，轮齿端面重叠，因此无论那一刻，总会有两对以上的齿轮相互啮合，这样以来就提高了齿轮所能承受的满负荷。另一方面，弧齿锥齿轮工作平顺，噪声小，振动小。但是其对内核的精度要求很高，稍不吻合，就会令工作条件几句恶化，加剧磨损，增大噪声。 与弧面锥齿轮比较，双曲面齿轮有许多的尤优点：（1）同样的尺寸下，双曲面齿轮的传动比更大。（2）当传动比一定、从动齿轮尺寸也相同的情况下，与相应的弧面锥齿轮比较，双曲面齿轮拥有，较高的齿轮强度，更大的直径，较大的主动齿轮轴以及轴承刚度。（3）当传动比一定、主动齿轮尺寸相同的情况下，双曲面齿轮的从动齿轮齿轮的尺寸更小，从而可以提高离地的间隙。（4）由于双曲面齿轮存在偏移距，在传动过程中既存在沿齿高方向的侧向滑动，又有沿着齿长方向的纵向滑动，这样不仅提高了齿轮磨合的过程，同时也使得齿轮运转的更加平顺稳定。（5）属哪个曲面齿轮传动过程中同时啮合的齿轮数较多，重合度大，平稳性高，弯曲强度也高。（6）双曲面齿轮的偏移距也有利于汽车的总体布置。 同时双曲面齿轮也存在着缺点：（1）沿着齿长的方向的纵向滑动会增加摩擦损失从而降低了齿轮的传动效率。（2）由于摩擦力较大，导致齿轮面烧结、咬死，油膜破坏，抗胶合的能力较低。因此要选用有防刮伤添加剂和改善油膜强度的润滑油。 综上所述，双曲面齿轮性能更好更稳定。因此ZQ1030型皮卡车选择双曲面齿轮。 2.2.3 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 主动锥齿轮的支承形式可以分为跨置式和悬臂梁式。 跨置式支承是指锥齿轮两端的轴上面都有轴承支承的形式，这种支承形式可以大大提高支承的刚度，同时又可以减小负荷，改善啮合条件，因此此种方式多应用于承载能力较大的车型上。 悬臂梁式支撑形式是指在锥齿轮大端的一侧有长轴，在这根轴上安装上圆锥滚子轴承。通常情况下为提高支承的刚度，应使这丢圆锥滚子的大端朝外。悬臂梁式的支承形式引起结构简单，制造成本较低，便于维修等优点应用较为广泛。综上所述，ZQ1030型皮卡车主减速器应用悬臂梁式的支承形式。 2.3 差速器设计方案 2.3.1 差速器结构形式的选择 差速器，放置在两输出轴之间，分配转矩并保证两输出轴能够以不同的转速转动。按照结构的不同，差速器可以分为凸轮式、齿轮式、蜗轮式、牙嵌自由式等多种形式。以下主要介绍对称式锥齿轮差速器。对称式锥齿轮式差速器包括摩擦片式、普通锥齿轮式、强制锁止式差速器等。摩擦片式差速器由差速器壳体、摩擦片、压盘、V形面、行星齿轮轴、行星齿轮、半轴齿轮构成。当传递转矩时差速器可以通过自身的斜面对行星齿轮轴产生沿着行星齿轮轴线方向的轴向力，该轴向力使压盘把摩擦片压紧。工作当中，当左右的半轴的转速不一致时主、从动摩擦片产生摩擦力矩。摩擦片式差速器工作平顺，可以显著提高汽车的通过性。普通锥齿轮式差速器由差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮等组成。这种差速器结构简单、制造成本低廉、工作可靠性强、工作平稳。两半轴的转矩比为1.11-1.35之间，也就是说两半轴转矩的差异不大，大致可以认为左、右两半轴的转矩大致相等。因为其有诸多的优点，普通锥齿轮式差速器广泛应用与一般条件下使用的各类汽车当中。综上考虑，ZQ1030型皮卡车的差速器应使用普通锥齿轮式差速器。 2.3.2差速器的主要参数的选择 行星齿轮数n的选择。行星齿轮数应与所承受的转矩成正比，一般情况下n=4。 行星齿轮球面半径Rb的选择。球面半径Rb表示差速器齿轮节锥距的承载能力、大小。可以根据经验公式Rb=Kb确定。Kb一般取2.5-3.0，Td=minTce,Tcs, 行星齿轮节锥距A0=（0.98-0.99）Rb.行星齿轮和半轴齿轮数z1,z2.齿轮的模数越大，强度越高，但是尺寸就越大。因此z1,z2相互合适。Z1/Z2应该在1.5-2.0之间。行星齿轮和半轴齿轮节锥角1，2以及模数m.1=actan(Z1/Z2)2=actan(Z2/ Z1)锥齿轮大端的端面模数mm=2A0 sin1/ Z1 2.4 半轴结构形式的确定 根据车轮的支承形式的不同，半轴可以分为全浮式、3/4浮式、半浮式。 全浮式是指半轴外端的凸缘直接和轮毂用螺钉相连接，轮毂有支撑在驱动桥壳的半轴套上。理论分析来讲半轴只能承受转矩作用于驱动轮上的玩具、反力均有桥壳承担。桥壳的变形、半轴齿轮不同心、半轴法兰平面相对其他轴线的不垂直等因素会使半轴弯曲，由此产生的弯曲应力在5-7MPa.全浮式半轴 要应用于总质量较大的 商用车之上。3/4浮式半轴是指半轴的外端仅仅有一个轴承，并且这个轴承装在驱动桥壳半轴套管的端部。直接用于支承车轮毂。半轴外部的凸缘则用螺钉与轮毂连接。该种方式应用于总质量角小的商用车和乘用车上。半浮式半轴是指，半轴外端在半轴套管外端孔内支承，车轮装在半轴上面。半浮式所受载荷大，结构简单，只限用在乘用车和总质量较小的商用车上。 综上考虑，ZQ1030型皮卡车的半轴形式用全浮式。 2.5驱动桥壳的选择 驱动桥壳可以分为整体式、可分式、组合式。 整体式桥壳是指整个的桥壳式一个空心梁。主减速器壳、桥壳分为两体。整体式驱动桥壳中，主减速器调整、拆装十分的方便；刚度、强度较大；结构较为简单，生产制造的成本低，适用于大量生产，故应用广泛。 组合式桥壳试将部分的桥壳和主减速器壳铸造在一起，用无缝钢管分别压入壳体两端加以固定。这种形式优点是支承刚度好，但是要求的加工精度较高，成本高。可分式桥壳由于拆装、维修 等比较麻烦，现在已经很少使用。综上考虑，ZQ1030型皮卡车选用整体式的桥壳。3.后悬架的设计方案 3.1非独立悬架和独立悬架的选择悬架可以分为独立悬架和非独立悬架两种类形（如图2所示）。非独立悬架是指用一根整体式的轴将左右车轮连接在一起，再有悬架与车架连接在一起。非独立悬架则是指左右车轮分别通过各自独立的悬架与车架相连接在一起。 图2 独立悬架和非独立悬架示意图 非独立悬架的优点是结构十分简单，便于制造，生产成本低，工作安全可靠，维修十分方便。缺点是由于干板弹簧的刚度较大，汽车的平顺性相对较差，簧下质量较大，在不好的路面上行驶时左右车轮互相影响较大，舒适差。因此这种悬架主要应用于商用车的前后悬架上。 独立悬架虽然平顺性较好，但是其制造车本高、结构复杂、不便于维修，故多用于乘用车上。 综上考虑，ZQ1030型皮卡车的后悬架选用非独立悬架。 3.2悬架主要参数的确定 3.2.1悬架静挠度fc 悬架静挠度是指汽车在静止、满载时候悬架上载荷与当时的悬架刚度的比值。 汽车的前后悬架与其簧上的质量组成的振动系统固有频率，是影响汽车行驶的平顺性的主要参数。汽车的后悬架的静挠度的计算公式为：fc=mg/c在选取汽车的静挠度时尽量使前、后悬架的值相接近，并且使得前悬架的静挠度要略大于后悬架的。推荐fc2=(0.8-0.9)fc1,其中fc1为前悬架静挠度值，fc2为后悬架静挠度值。货车在满载的时候，后悬架的偏频应在1.70-2.17Hz。 3.2.2 悬架的动挠度汽车的动挠度指的是满载、静平衡位置开始，悬架被压缩到最大的形变的时候，车轮的中心相对于车身（或车架）的垂直位移。一般的，货车的fd在6-9cm。 3.2.3 悬架弹性特性 在垂直外力的作用下，车轮中心相对于车身的位移的关系曲线，就是悬架的弹性特性。曲线的切线的斜率就是悬架的刚度。 3.2.4 后悬架主、副簧刚度的分配 货车的后悬架，大多采用主副簧结构的钢板弹簧。当载荷比较小的时候，副簧式不工作的，只有当载荷达到了一定的设定值的时候，副簧才和主簧一起工作。 第一种确定方式：使汽车空载情况下的悬架挠度f0等于副簧开始工作时候的悬架挠度fa。第二种方式是使汽车悬架空载和满载情况下的载荷的平均值等于副簧开始起作用识货的载荷。前者方式确定的主、副簧刚度的比值死U然能够确保在空载和满载时悬架的振动变化，但是簧接触托架前和接触后的振动频率变化比较的大；后者则刚好相反，故守则适用于经常处于半载的货车上。 3.3 钢板弹簧的设计方案 汽车上的钢板弹簧有纵置、横置两种形式。纵置的钢板弹簧形式可以传递各种力和力矩，同时结构简单，因此广泛应用于汽车上。纵置的钢板弹簧形式又分为对称式和不对称式两种形式，但大多汽车采用对称式（如图3所示）。根据本车的设计要求，应用对称式钢板弹簧。 图3钢板弹簧示意图 3.4 减振器结构方案分析 目前汽车上使用最多的减震器是液力减振器，所谓的液力减振器就是内部充有液体的液力减震器。当汽车的车身，车轮振动是时，减震器内部的液体就会在流经阻尼孔时候产生摩擦阻力，将振动产生的能量转变为液体的热能，传递到空气当中，从而达到迅速衰减振动的目的。减震器分为单作用式和双作用式两种形式，仅仅在压缩行程或者伸张行程中有能量的耗散，则这种减震器称为单作用式减震器，反之则称为双作用式。双作用式减震器因其减震作用更好，在汽车上得到了广泛的应用（