汽车后桥半轴设计.doc

中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 目录目录 前言 1 1 后桥结构方案分析 2 2 驱动半轴的设计 3 2 1 半轴结构形式分析 3 2 2 驱动半轴结构形式选择 3 2 3 全浮式半轴计算载荷的确定 4 2 3 1 按发动机最大转矩与最低档传动比计算转矩 4 2 3 2 按驱动轮打滑转矩计算转矩 4 2 3 3 半轴转矩的确定 5 2 4 全浮式半轴的杆部直径的初选 5 2 5 全浮式半轴的强度计算 6 2 6 半轴花键的强度计算 6 2 7 半轴的材料与热处理 7 参考文献 9 致谢 10 中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 前言前言 汽车后桥 驱动桥 位于传动系的末端 其基本功用首先是增扭 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 其次 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 对于重型载货汽车来说 要传递的转矩较乘用车和客车 以及轻型商用车 都要大得多 以便能够以较低的成本运输较多的货物 所以选择功率较大的发 动机 这就对传动系统有较高的要求 而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的 作用 随着目前国际上石油价格的上涨 汽车的经济性日益成为人们关心的话 题 这不仅仅只对乘用车 对于载货汽车 提高其燃油经济性也是各商用车生 产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝 因为重型载货汽车所采用的发动机 都是大功率 大转矩的 装载质量在十吨以上的载货汽车的发动机 最大功率 在 140KW 以上 最大转矩也在 700N m 以上 百公里油耗是一般都在 34 升左右 为了降低油耗 不仅要在发动机的环节上节油 而且也需要从传动系中减少能 量的损失 这就必须在发动机的动力输出之后 在从发动机 传动轴 驱动桥 这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失 在这一环节中 发 动机是动力的输出者 也是整个系统的心脏 而驱动桥则是将动力转化为能量 的最终执行者 因此 在发动机相同的情况下 采用性能优良且与发动机匹配 性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一 所以设计新型的驱动桥成为新 的课题 目前国内重型车桥生产企业也主要集中在中信车桥厂 东风襄樊车桥公司 济南桥箱厂 汉德车桥公司 重庆红岩桥厂和安凯车桥厂几家企业 这些企业 几乎占到国内重卡车桥 90 以上的市场 设计后桥时应当满足如下基本要求 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 中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 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 7 结构简单 加工工艺性好 制造容易 维修 调整方便 在本设计中还采用了 CAD 绘图软件分别进行了工程图的绘制 运用 CAD 绘 制了 行星齿轮轴以及传动机构半轴的零件图 通过对 CAD 的编辑工具与命令 的运用 掌握了从 CAD 基础图形的绘制 基础零件的绘制 各类零件图的创建 与绘制的方法 并且理解了机械图绘制的工作流程 为今后更好的学习和掌握 各种应用软件和技能打下坚实的基础 1 1 后桥结构方案分析后桥结构方案分析 驱动桥分断开式和非断开式两类 驱动车轮采用独立悬架时 应选用断开 式驱动桥 驱动车轮采用非独立悬架时 则应选用非断开式驱动桥 断开式驱动桥的结构特点是没有连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁 主减速器 差速器及其壳体安装在车架或车身上 通过万向传动装置驱动车轮 此时 主减速器 差速器和部分车轮传动装置的质量均为簧上质量 两侧的驱 动车轮经独立悬架与车架或车身作弹性连接 因此可以彼此独立的相对于车架 或车身上下摆动 为防止车轮跳动时因轮距变化而是万向传动装置与独立悬架 导向装置产生运动干涉 在设计车轮传动装置时 应采用滑动花键轴或允许轴 向适量移动的万向传动机构 非断开式驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁 主减 速器 差速器和半轴等所有传动件都装在其中 此时 驱动桥 驱动车轮均属 簧下质量 与非断开式驱动桥比较 断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量 从而改 善汽车行驶平顺性 提高了平均行驶速度 减小了汽车行驶时作用与车轮和车 桥上的动载荷 提高了零部件的使用寿命 增加了汽车离地间隙 由于驱动车 轮与路面的接触情况及对各种地形的适应性较好 增强了车轮的抗侧滑能力 中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 若与之配合的独立悬架导向机构设计合理 可增加汽车的不足转向性 提高汽 车的操纵稳定性 但其结构较复杂 成本较高 断开式驱动桥在乘用车和部分 越野汽车上应用广泛 非断开式驱动桥结构简单 成本低 工作可靠 广泛应 用于各种商用车和部分乘用车上 但由于其簧下质量较大 对汽车的行驶平顺 性和减低动载荷有不利的影响 为了提高汽车的载质量和通过性 总质量较大的商用车大多采用多桥驱动 方式 而各驱动桥又采用贯通式的布置形式 2 2 驱动半轴的设计驱动半轴的设计 2 12 1 半轴结构形式分析半轴结构形式分析 半轴根据其车轮端的支撑方式不同 可分为半浮式 3 4 浮式和全浮式三 种形式 半浮式半轴的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔 车 轮装在半轴上 半浮式半轴除传递转矩外 其外端还承受由路面对车轮的反力 所弓 起的全部力和力矩 半浮式半轴有结构简单 质量小 尺寸紧凑 造价低 廉的优点 但所受载荷复杂且较大 因此多用于质量较小 使用条件较好 承 载负荷也不大的轿车和微型 轻型货车或客车上 3 4 浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套 管的端部 直接支撑着车轮轮毅 而半轴则以其端部凸缘与轮毅用螺钉联接 该形式半轴受载情况与半浮式相似 只是载荷有所减轻 一般仅用在轿车和轻 型货车上 全浮式半轴理论上只承受传动系的转矩而不承受弯矩 但实际上由于加工 零件的精度和装配精度影响以及桥壳 轴承支承刚度不足等原因 仍可能使全 浮式半轴承受一定弯矩 具有全浮式半轴的驱动桥外端结构复杂 需要采用形 状复杂且质量及尺寸均较大的轮载 制造成本高 故小型车及轿车不必采用此 种结构 而广泛用于轻型以上各种载货汽车 越野汽车和客车 2 22 2 驱动半轴结构形式选择驱动半轴结构形式选择 根据所设计车辆的参数 分析所选半轴的结构形式 由于跃进 130 属于中 型载货汽车 载货质量和汽车尺寸较大 如果采用半浮式或 3 4 浮式半轴时 对半轴的强度或尺寸要求较高 最终不仅没使结构简化 反而更加复杂 增加 中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 了制造成本 因此 应选用全浮式 使得半轴受载单一 增加半轴的使用寿命 2 32 3 全浮式半轴计算载荷的确定全浮式半轴计算载荷的确定 2 3 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 2 1 niKiTT T o TL ece max mN 式中 发动机至所计算的主减速器从动锥齿轮之间的传动系的最低挡传 TL i 动比 在此取 9 01 驱动桥传动比 i 发动机的输出的最大转矩 此数据参考跃进 130 车型在此取maxeT 200 mN 传动系上传动部分的传动效率 在此取 0 9 T 该汽车的驱动桥数目在此取 1 n 由于猛结合离合器而产生冲击载荷时的超载系数 对于一般的载oK 货汽车 矿用汽车和越野汽车以及液力传动及自动变速器的各类 汽车取 1 0 当性能系数 0 时 1 当性能系数 0 时oKpfoKpf 可取 2 0 或由经验选定 oK 2 2 16 T gm 0 195 0 16 T gm 0 195 T gm 0 195 16 100 1 emax a emax a emax a 当 当 pf 汽车满载时的总质量在此取 13000 amgK 所以 0 195 126 16 200 1013000 0 即 1 0 pfoK 由以上各参数可求Tce 7298 1Tce 1 5 49 00 101 9200 mN 2 3 2 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩csT 中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 2 LBLBr irGTmcs 2 2 mN 3 式中 汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷 预设后桥所承载2G 130000N 的负荷 汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数 商用车取 1 1 1 2 2 m 轮胎对地面的附着系数 对于安装一般轮胎的公路用车 取 0 85 对于越野汽车取 1 0 对于安装有专门的防滑宽轮胎的高 级轿车 计算时可取 1 25 车轮的滚动半径 在此选用轮胎型号为 12 00R20 滚动半径为 r r 0 527m 分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传 LB LB i 动效率和传动比 取 0 9 由于没有轮边减速器取 LB LB i 1 0 所以 77644 7 LBLBr irGTmcs 2 2 0 19 0 2 1527 0 85 0 130000 mN 2 3 3 半轴的计算转矩 T 全浮式半轴只承受转矩 全浮式半轴的计算载荷可按主减速器从动锥齿 轮计算转矩进一步计算得到 即 min 0 6 7298 1 4378 9 2 4 T csce TT mN mN 式中 为差速器转矩分配系数 对于圆锥行星齿轮差速器可取 0 6 min 为按发动机最大转矩和最低档传动比以及按驱动轮打滑转矩计算最 csce TT 小值确定的主减速器从动锥齿轮计算转矩 已经考虑到传动系中的最小 mN 传动比构成 2 42 4 全浮式半轴的杆部直径的初选全浮式半轴的杆部直径的初选 中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行 2 3 3 3 18 2 05 2 196 0 10 T T d 5 根据上式 33 54 35 67 mm 3 9 437818 2 05 2 d 根据强度要求在此取 35 6mm d 2 52 5 全浮式半轴的强度计算全浮式半轴的强度计算 首先是验算其扭转应力 MPa 2 3 3 10 16 d T 6 式中 半轴的计算转矩 N m 在此取 4378 9N m T 半轴杆部的直径 mm d 根据上式 456 7 MPa 490 588 MPa 3 3 10 6 35 16 14 3 9 4378 所以满足强度要求 半轴的扭转角为 2 7 3 10 180 p GI lT 式中 为扭转角 l 为半轴长度 l 0 55m G 为材料剪切弹性模量 G 81GPa 为半轴断面极惯性矩 p I 2 8 51 157608 32 4 d I p 根据 2 7 100 300 300 500 500 800 288 3 42 352 3 78 380 4 40 750 700 650 600 550 500 450 350 350 320 295 255 200 185 170 145 245120 70 用于载 荷较大 而无很 大冲击 的重要 轴 由文献可知 半轴多采用含铬的中碳合金钢制造 如 40Cr 40CrMnMo 40CrMnSi 40CrMoA 35CrMnSi 35CrMnTi 等 40Cr 是 我国研制出的新钢种 作为半轴材料效果很好 半轴的热处理过去都采用调质 处理的方法 调质后要求杆部硬度为 HB388 444 突缘部分可降至 HB248 近 年来采用高频 中频感应淬火的口益增多 这种处理方法使半轴表面淬硬达 中北大学课程设计设计说明书 第 页 共 页 HRC52 63 硬化层深约为其半径的 1 3 心部硬度可定为 HRC30 35 不 淬火区 突缘等 的硬度可定在 HB248 277 范围内 由于硬化层本身的强度较高 加之在半轴表面形成大的残余压应力 以及采用喷丸处理 滚压半轴突缘根部 过渡圆角等工艺 使半轴的静强度和疲劳强度大为提高 尤其是疲劳强度提高 得十分显著 由于这些先进工艺的采用 不用合金钢而采用中碳 40 号 45 号 钢的半轴也日益增多 参考文献参考文献 1 编辑委员会 汽车工程手册 北京 人民交通出版社 2001 2 王望予主编 汽车设计 北京 机械工业出版社 2004 3 成大先主编 机械设计手册 北