汽车设计课程设计-长安之星2驱动桥设计

1汽车设计课程设计说明书题目：长安之星驱动桥设计姓名： 专业名称：车辆工程指导教师：日期：2目 录一、课程设计任务书 .3二、总体结构设计 .4三、主减速器部分设计 .41、主减速器齿轮计算载荷的确定 .42、锥齿轮主要参数选择 .63、主减速器强度计算 .7四、差速器部分设计 .81、差速器主参数选择 .82、差速器齿轮强度计算 .9五、半轴的设计 .101、半浮式半轴尺寸计算 .102、半浮式半轴结构形式分析 .123、半浮式半轴杆部半径的确定 .134、半轴花键的强度计算 .155、半轴的结构设计及材料与热处理 .16六、驱动桥壳设计 .161、驱动桥壳的选择 .162、驱动桥壳强度计算 .173七、驱动桥部分零件三维建模图 .18八、驱动桥二，三维建模图 .21九、设计小结 .25十、参考文献 .26十一、项目合同书 .27十二、自评互评表 .28十三、组织结构与分工、进度表 .29十四、驱动桥课后作业 .30十五、中英文对照 .31一、课程设计任务书1、题目长安之星驱动桥设计2、设计内容及要求（1）主减速器部分包括：主减速器齿轮的受载情况；锥齿轮主要参数选择；主减速器强度计算；齿轮4的弯曲强度、接触强度计算。（2）差速器：齿轮的主要参数；差速器齿轮强度的校核；行星齿轮齿数和半轴齿轮齿数的确定。（3）半轴部分强度计算：当受最大牵引力时的强度；制动时强度计算。（4）驱动桥强度计算：桥壳的静弯曲应力不平路载下的桥壳强度最大牵引力时的桥壳强度紧急制动时的桥壳强度最大侧向力时的桥壳强度3、主要技术参数发动机最大马力 82ps发动机最大功率 60kw发动机最大扭矩 102N.m轴距 2350mm 后轮距 1290mm整备质量 920kg 满载质量 1480kg后轮胎规格 165/70 R13变速器一档传动比 3.55设计内容 结果二、总体结构设计采用非断开式驱动桥，单级圆锥齿轮减速器。减速比：4.5桥壳形式：整体式半轴形式：半浮式半轴差速器形式：直齿圆锥齿轮式三、主减速器部分设计由于所设计车型为乘用车，主减速比不是很大，故采用单级单速主减速器。考虑到离地间隙问题，选用双曲面齿轮副传动，减小从动齿轮尺寸，增大最小离地间隙。又由于安装空间的限制，采用悬臂式支承。1、主减速器齿轮计算载荷的确定 （1）按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的计算转矩 Tce（汽车设计 P148）1TemodfceKin式中：T em发动机最大转矩, Tem=102NmKd动载系数，由性能系数 fi确定当 0.195magTem 16，f i1.6mm 时，K s=（m s/25.4） 0.25=0.6Km齿面载荷分配系数。跨置式支撑结构 Km=11.1，取 Km=1Kv质量系数 ，K v1ms 从动锥齿轮断面模数，m s=3.46mmb齿面宽，主动齿轮 b1=29.50mm，从动齿轮 b2=26.815mmD分度圆直径，主动齿轮 D1=40.442mm，从动齿轮 D2=173mm主动齿轮左旋，从动齿轮右旋。=20单位齿长圆周力p=700.70N/mm w。超出许用值较多，增大齿面齿宽，齿宽的极限尺寸为 10m=30mm，取 b2=14mm， w884.78 MPa w，符合设计要求。当 T 0=Tcf时， w=210 MPa，w=98.49MPa w，符合设计要求。五、半轴部分设计本驱动桥采用半浮式半轴，因为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引起的全部力和力矩。半浮式半轴结构简单，所受载荷较大，只用于乘用车和总质量较小的商用车上。1、半浮式半轴尺寸计算半轴的主要尺寸是它的直径，设计与计算时首先应合理地确定其计算载荷。计算车轮附着力矩： 2rGmM式中 驱动桥最大静负荷；2Gb2=14mmT0=minTce，Tcs时， w=1181.398 MPa w，符合设计要求；T0=Tcf时，w=98.49MPa w，符合设计要求；12负荷转移系数；2m车轮滚动半径；r附着系数；根据参数表有总质量 ，显然驱动桥最大静负荷 与轴荷分布有关，汽车的轴荷kgma14892G分布可以用当汽车满载静止时，各车轴占满载总质量的百分比表示，根据王望予汽车设计表 1-6：取满载最大轴荷分配 52%，则有 NgmGa 94.758.14956.0%52乘用车的后轴负载转移系数 一般为 ，计算时取 1.3。2 .1对于安装一般的轮胎公路用车，在良好的混泥土或沥青路上附着系数 取 0.85。所以有 ).(85.173285.0.94.7583.2 mNrmM扭转切应力： 3162dMIMPa705为估算半轴的尺寸，现先取 a50，则3*16dM m87.214.38716暂时取，d=26mmG2=7587.94N=1173.85N*m暂时取，d=26mm13扭转角： 156180PGIlM式中：d半轴直径，l半轴长度， 半轴断面极惯性矩PIG材料的切变横量，钢的 G80GPa（实心圆轴）7.48032DPI从上式得出 ll6.14.31.6088524所以 ，根据后轮距 1290mm，取半轴长度 =630mmml 8027. l2、半浮式半轴结构形式分析根 据 课 题 要 求 确 定 半 轴 采 用 半 浮 式 半 轴 结 构 。半 浮 式 半 轴 (图 528a)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 引 起 的 全部 力 和 力 矩 。 半 浮 式 半 轴 结 构 简 单 ， 但 所 受 载 荷 较 大 ， 只 用 于 轿 车 和 轻 型 货 车 及 轻 型 客 车上 。 受 力 如 图 ：半轴长度=60mml143、半浮式半轴杆部半径的确定半轴的主要尺寸是它的直径，设计与计算时首先应合理地确定其计算载荷。半轴的计算应考虑到以下三种可能的载荷工况：（1）纵向力 X2 最大时(X 2Z 2 )，附着系数预取 0.85，没有侧向力作用；（2）侧向力 Y2 最大时，其最大值发生于侧滑时，为 Z2 中， ，侧滑时轮胎与地面的侧向1附着系数 ，在计算中取 1.0，没有纵向力作用；1（3）垂向力 Z2 最大时，这发生在汽车以可能的高速通过不平路面时，其值为(Z 2-gw)kd，k d 是动载荷系数，这时没有纵向力和侧向力的作用。由于车轮承受的纵向力、侧向力值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即 22YXZ故纵向力 X2 最大时不会有侧向力作用，而侧向力 Y2 最大时也不会有纵向力作用。初步确定半轴直径在 0.023m 该值参考文献2半 浮 式 半 轴 设 计 应 考 虑 如 下 三 种 载 荷 工 况 ：(1) 纵 向 力 最 大 ， 侧 向 力 为 0： 此 时 垂 向 力 ， 取2xF2yF2/2GmFz8171.63N 纵 向 力 最 大 值 ， 计 算 时 可 取 1 3，/2zx取 0 85。 得 =4192.33N =4932.16Nxz=716.93 MPa15半 轴 弯 曲 应 力 ， 和 扭 转 切 应 力 为32216drFaxzx式 中 ， a 为 轮 毂 支 承 轴 承 到 车 轮 中 心 平 面 之 间 的 距 离 ， a 取 0.06mMPa20.53026.14.9.32.4.83合 成 应 力= Pa93.7162.02.52 (2)侧 向 力 最 大 ， 纵 向 力 =0， 此 时 意 味 着 发 生 侧 滑 ： 外 轮 上 的 垂 直 反 力2yF2xF。 和 内 轮 上 的 垂 直 反 力 分 别 为ozFiz)(0.5GFF-122z20zo2ziBhg式 中 ， 为 汽 车 质 心 高 度 参 考 一 般 计 算 方 法 取 622.87mm； 为 后 轮 距 gh 2B=1290mm； 为 侧 滑 附 着 系 数 ， 计 算 时 可 取 1.0。B1 7235.01N1.0)12958(0.758.94)(0.5GF122z20 Bhg N93.5201.723594.758F-Fz2o2z2i 外 轮 上 总 侧 向 力 和 内 轮 上 总 侧 向 力 分 别 为oy2 iyF2ozoziiFF212y20iFZ20=7235.01NFZ2i=352.93Nr=15mm 满足合成应力在16内 、 外 车 轮 上 的 总 侧 向 力 为 。2yF1G这 样 ， 外 轮 半 轴 的 弯 曲 应 力 和 内 轮 半 轴 的 弯 曲 应 力 分 别 为0i MPadaFriziyi ozroy 58.6902.143.8952)(32 2.7.73320(3)汽 车 通 过 不 平 路 面 ， 垂 向 力 最 大 ， 纵 向 力 ， 侧 向 力 ： 此2z 02xF02y时 垂 直 力 最 大 值 为 ：2zFNkGr 45.639.758.1022 式 中 ， 是 为 动 载 系 数 ， 轿 车 ： ， 货 车 ： ， 越 野 车 ： 。.1k0.2k5.2k半 轴 弯 曲 应 力 ， 为 MPadaFz 98.230.01436592故校核半径取 r=15mm 满足合成应力在 600mpa-750mpa 范围4、 半轴花键的强度计算参照国家标准 GB/T1144-2001 半轴上的花键 6328在计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其花键的剪切应力和挤压应力。半轴花键的剪切应力为（3-1）bzLdDTpABs4103半轴花键的挤压应力为（3-2）2/)(4/)(103ABABpc dDdLzT式中 T半轴承受的最大转矩，T=1445.85Nm；-600mpa-750mpa 范围T=1445.85Nm17DB半轴花键(轴)外径，D B=30mm；dA相配的花键孔内径，d A=26mm；z花键齿数，在此取 6；Lp花键工作长度，L p=50mm；b花键齿宽，b=6mm；载荷分布的不均匀系数，齿数多少有关，一般取 0.7-0.8，齿数多时取偏小值，取=0.8。将数据带入式（3-1） 、 （3-2）得：=59.77MPab=179.30MPac根据要求当传递的转矩最大时，半轴花键的切应力 不应超过 71.05 MPa，挤压应力s 不应超过 196MPa，以上计算均满足要求。c5、半轴的结构设计及材料与热处理为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径，常常将加工花键的端部做得粗些，并适当地减小花键槽的深度，因此花键齿数必须相应地增加，通常取 10 齿(轿车半轴)至 18 齿(载货汽车半轴)。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。重型车半轴的杆部较粗，外端突缘也很大，当无较大锻造设备时可采用两端均为花键联接的结构，且取相同花键参数以简化工艺。在现代汽车半轴上，渐开线花键用得较广，但也有采用矩形或梯形花键的。半轴多采用含铬的中碳合金钢制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi 等。40MnB 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 HB388444(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 HRC5263，硬化层深约为其半径的 13，心部硬度可定为 HRC3035；不淬火区(突缘等)的硬度可定在 HB248277 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。18六、驱动桥壳设计1、驱动桥壳结构方案选择整体式桥壳，它的特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器壳为两体。它具有强度和刚度较大，主减速器拆装，调整方便等优点。按制造工艺选择钢板冲压焊接式。质量小，材料利用率高，制造成本低，适用于大量生产广泛应用于总质量较小的乘用车上。2、驱动桥壳强度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，而沿左右轮胎的中心线，地面给轮胎以反力 G2/2（双胎时则沿双胎之中心） ，桥壳则承受此力与车轮重力 gw之差值，即（G 2/2-gw） ，计算简图如右图所示。（1） 当牵引力或制动力最大，桥壳钢板弹簧座处危险断面的弯曲应力 和扭转切应力 分别为：（汽车设计 P171）ThvWM/)/(为地面对车轮垂直反力仔危险断面引起的垂直平面的弯矩， ,b 为轮胎vM 2/bGmMv中心平面到板簧座之间的横向距离 b=0.2m，。 为一侧车轮上的牵引力或制动水平mNKNGmv/6.9325,12.768,3.122 h面内引起的弯矩 。MbFhxh 74为牵引力或制动力 ， =457.470N/m。 为危险断面处的垂直平面的抗弯矩截T r2TTvW面系数 ，D=42mm ，d=34mm ， =4149.894)/3-(1D43vW为危险断面处的水平面的抗弯矩截面系数 =4149.894h h为抗扭截面系数T 16/)(43t=8299.788， Mpapa83.08.240，19（2） 当侧向力最大是，桥壳内，外板簧座处断面的弯曲应力 ：oi,/)(12vrozoii WbF为内侧车轮的地面垂直反力 =7235.01N， 为外侧车轮的地面垂直反力ix ixF22xF=352.93N， 为车轮滚动半径 =0.28m， 为侧滑式的附着系数 =12rr11=836841.808pa， =6803.64pai 0（3） 当汽车通过不平面时，危险断面的弯曲应力（汽车设计 P171） 。 )2/(vWbkGK 动载荷系数取 1.75， =7687.12KN，b=0.2m2=4189.894， =324163.942pa桥壳的许用弯曲应力为 300500Mpa,许用扭转切应力为 150400Mpa 钢板冲压焊接桥壳取最大值。七、驱动桥部分零件三维建模图图7-1 主减速器主动锥齿轮20图 7-2 主减速器从动锥齿轮图 7-3 差速器总成21图 7-4 差速器壳体22图 7-5 轮毂图 7-6 半轴23八、驱动桥二，三维建模图图 8-1 驱动桥二维投影图24图 8-2 差速器剖面图图 8-3 驱动桥整体模25图 8-4 轮毂总成26图 8-5 主减速器主动齿轮27图 8-6 差速器总成图 8-7 主减速器从动齿轮28图 8-8 主减速器，差速器以及壳体总成9、设计小结本设计的课题是长安之星乘用车驱动桥总体设计。从设计的一开始，我们就对这个课题产生浓厚的兴趣。这个设计不仅要求我们全组同学对整车的总体外观造型进行构思与协调，同时还需要我们对内部的零、部件结构进行仔细的设计、计算、校核。经过一个学期的努力，我们设计组的全体同学真诚合作，终于完成了长安之星乘用车驱动桥的设计。由于经验不足，错误在所难免，所以不敢妄称完美。还望老师批评指正，指出其中的问题，以便我们能够及时改正过来，这样才能更好的圆满的完成这次设计的任务，至使以后走上工作岗位不再犯同样的错。在这一个学期里，我们学到了很多东西。例如，CATIA 现在学有小成；对汽车驱动桥的各个部件有了一个清晰的认识；同时又重新将机械设计这门课回顾了一次。虽然我们建设的驱动桥很简单，但是我们却为她付出不少心血，上网查资料，泡图书馆，甚至有时候睡觉都会在思考他。29记得刚刚接手这个任务的时候。我们团队无从着手，就好像无头苍蝇似的。为了能更加透彻了解驱动桥的工作原理，我们上网搜索，还特地去图书馆借了关于驱动桥的材料。同时对于差速器中的圆锥齿轮的绘制上下了不少功夫。最后，我们根据设计好的参数，用三维绘图软件画出了三维图并进行了模拟。到此我们本次的设计也基本完成。此次驱动桥的设计，我们