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毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 重型货车驱动桥设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工 程学院 专业、班级 车辆工程 指导教师姓名 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 重型货车驱动桥设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 1、 选题目的： 本设计课题是重型载货汽车驱动桥的设计。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。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。所以设计 出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展。 2、选题意义：汽车驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，将转矩合理的分配给左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。 驱动桥一般由主减速器，差速器，驱动车轮 的传动装置和桥壳组成。 汽车传动系总任务是传递发动机的动力，使之适应于汽车行驶的需要。在一般汽车的机械式传动中，有了变速器还不能完全解决发动机特性与汽车行驶要求间的矛盾和结构布置上的问题。首先是因为绝大多数的发动机在汽车上是纵向安置的，为使其转矩能传给左、右驱动桥的主减速器来改变转矩的传递方向，同时还得有驱动桥的差速器来解决左、右驱动车轮间的转矩分配问题和差速要求。其次是因为变速器的主要任务仅在于通过选择适当的档位数及各档传动比，以使内燃机的转矩 转速特性能适应汽车在各种行驶阻力下对动力性与经济性的要求，而 驱动桥主减速器的功用则在于当变速器处于最高档位时，使汽车有足够的牵引力、适当的最高车速和良好的燃料经济性。 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。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，也是整个机器的心脏，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。 3、 研究现状，国内外背景及发展趋势：由于设计的是重型载货汽车的后驱动桥，一般选用非断开式结构以与非独立悬架相适应，该 种形式的驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮的刚性空心梁，一般是铸造或钢板冲压而成，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，驱动车轮都属于簧下质量。 驱动桥的结构形式有多种，基本形式有三种如下： 1)中央单级减速驱动桥。此是驱动桥结构中最为简单的一种，是驱动桥的基本形式， 在载重汽车中占主导地位。一般在主传动比小于 6 的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。目前的中央单 级减速器趋于采用双曲线螺旋伞齿轮，主动小齿轮采用骑马式支承， 有差速锁装置供选用。 2)中央 双级驱动桥。在国内目前的市场上，中央双级驱动桥主要有 2 种类型：一类如伊顿系列产品，事先就在单级减速器中预留好空间，当要求增大牵引力与速比时，可装入圆柱行星齿轮减速机构，将原中央单级改成中央双级驱动桥，这种改制 “三化 ”（即系列化，通用化，标准化）程度高， 桥壳、主减速器等均可通用，锥齿轮直径不变；另一类如洛克威尔系列产品，当要增大牵引力与速比时，需要改制第一级伞齿轮后，再装入第二级圆柱直齿轮或斜齿轮，变成要求的中央双级驱动桥，这时桥壳可通用，主减速器不通用， 锥齿轮有 2 个规格。 由于上述中央双级减速 桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时，作为系列产品而派生出来的一种型号，它们很难变型为前驱动桥，使用受到一定限制；因此，综合来说，双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。 3)中央单级、轮边减速驱动桥。轮边减速驱动桥较为广泛地用于油田、建筑工地、矿山等非公路车与军用车上。当前轮边减速桥可分为 2 类：一类为圆锥行星齿轮式轮边减速桥；另一类为圆柱行星齿轮式轮边减速驱动桥。 综上所述，二级减速桥主减速器减速速比小，主减速器总成相 对较小，桥包相对减小，因此离地间隙加大，通过性好。该系列桥总成主要用于公路运输，以及石油、工矿、林业、野外作业和部队等领域。单级桥由主减速器一级减速，桥包尺寸大，离地间隙小，相对双级桥而言，其通过性较差， 主要用于公路运输车辆。 单级减速驱动桥制造工艺简单，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。与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性提高。 二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 汽车 工业一直是 统应用的先锋，应用 件对重型驱动桥进行设计，使其结构更合理，同时可以锻炼使用工具软件的能力，提高综合设计的能力，还可以培养正确的研究方法、理论联系实际的工作作风、严肃求实的学习态度， 拟解决的主要问题： （ 1）驱动桥和主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的结构形式选择 （ 2）主减速器的参数选择与设计计算 （ 3）差速器的设计与计算 （ 4）半轴的设计与计算 （ 5）驱动桥桥壳的设计 （ 6） 制装配图、零件图。 三、技术路线（研究方法） 四、进度安排 （ 1） 第 1、 2 周调研、资料收集，完成开题报告 （ 2） 第 3 周研究重型货车驱动桥和主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的结构形式选择 （ 3） 第 4 周对所收集的材料进行整理，完成主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的参数计 算 （ 4） 第 5开始用软件进行绘图撰写说明书 （ 5） 第 7完善设计内容，并完成大部分图纸 （ 6） 第 11完成主要设计，进行预答辩 （ 7） 第 14设计说明书修改及完善 （ 8） 第 17 周毕业设计答辩 搜索相关资料，了解重型货车驱动桥构造 根据标准进行 减速器、差速器、半轴、驱动桥壳 的结构形式选择 对主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的参数进行计算 使用 件，绘制 各零部件 的草图 初步审核，查找不足之处，修改设计方案 再次复核，最终确定设计方案，完成设计 五、参考文献 1 李万敏 ,李延彬 . 重型载货车驱动桥壳有限元分析 J. 吉首大学学报 (自然科学版 ) , 2009, (03) 2 杨波 ,罗金桥 J. 2005, (09) 3 石光林 ,王镇江 ,王海波 . 轮式装载机冲焊结构驱动桥壳有限元分析 J. 工程机械 ,2008, (09) 4 姜武华 , 李强 . 基于 型商用车驱动桥壳有限元分析 J. 机械 , 2007, (11) 5 et of in 2009,11(33), 736 苏丹 ,赵宏梅 . 驱动桥集成建模方法的研究 J . 机械设计与制造 , 2010 , (1) 7 u. of 2010,(6) 8 徐东云 ,殷琳 ,熊毅 . 轮式装载机驱动桥壳体类零件的损伤与修复 J. 工程机械 ,2007,38(1) 9 金建国 ,周明华 ,邬学军 . 参数化设计总数 J. 计算机工程与应用 ,2003,(7) 10 陈效华 ,余剑飞等 . 驱动桥智能化建陵系统中关键技术的详细设计 J. 汽车工程 ,2003,(9) 11 石蜂等 . 参数化 J. 工程图学学报 J,2001 12 褚志刚等汽车驱动桥壳破坏机理分析研究叨设计与计算， 2001(6)： 29 13 陈效华驱动桥集成建模系统概要设计 J汽车工程， 2003， 25(1)： 39 14 陈效筝基于有限元方法的微型汽车驱动桥结构分析 J2003， 32(4)： 65 15 李红渊 ,李萍锋 . 载重汽车驱动桥主减速器设计 J . 农业装备与车辆工程 , 2009 , (10) 16 刘惟信 . 汽车车桥设计 (汽车设计丛书 )M. 北京：清华大学出版社 2004 17 王铁等轮式工程机械驱动桥主减速器齿轮的可靠性优化设计 J机械设计与制造， 2003(4) 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 I 本科学生毕业设计 重型货车驱动桥设计 系部名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 学生姓名 ： 指导教师 ： 职 称 ： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 要 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，而对于载重货车 显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足 目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。所以设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展。 本 设计 首先论述了驱动桥的总体结构，在分析 了国内外现状 、驱动桥各部分结构形式 及其以往形式的优缺点的基础上，确定了总体设计方案： 采用整体式驱动桥，主减速器的减速型式采用双级减速器，主减速器齿轮采用螺旋锥齿轮，差速器采用普通对称式圆锥行星齿轮差速器，半轴采用全浮式型式， 桥壳采用 铸造整体式桥壳。 在本次设计中，主要完成了 双级减速器、圆锥行 星齿轮差速器、全浮式半轴 的设计 和 桥壳的校核材料的选取等 工作。 关键词 ： 驱动桥； 设计 ； 计算 ； 校核 ； 材料 黑龙江工程学院本科生毕业设计 as of a on of is of to be an is of of of in at of of In a of of of so 黑龙江工程学院本科生毕业设计 录 摘要 . 1 章 .车驱动桥概述 . 1 动桥国内外相关研究进展 . 1 内研究进 展 . 1 外研究进展 . 2 动桥的种类 . 3 断开式驱动桥 . 4 开式驱动桥 . 4 动桥结构组成 . 5 减速器 . 5 速器 . 9 轴 . 9 壳 . 10 计的主要内容 . 10 第 2 章 主减速器设计 . 12 减速器结构方案的分析及确定 . 12 减速器比的计算 . 12 减速器结构方案的确定 . 13 减速器齿轮设计 . 13 减速器齿轮参数的选择 . 13 减速器齿轮计算载荷的确定 . 14 减速器齿轮的材料及热处理 . 15 减速器螺旋锥齿轮的计算 . 16 减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算 . 16 减速器螺旋锥齿轮的强度计算 . 17 减速器轴承的计算 . 19 减速器的润滑 . 22 黑龙江工程学院本科生毕业设计 章小结 . 23 第 3 章 差速器设计 . 24 速器结构方案的分析 及确定 . 24 通锥齿轮式差速器设计 . 24 称式圆锥行星齿轮差速器 . 24 速器齿轮的基本参数选择 . 25 速器齿轮的材料 . 26 速器齿轮的几何尺寸计算与强度计算 . 27 速器齿轮的几何尺寸计算 . 27 速器齿轮的强度计算 . 28 章小结 . 29 第 4 章 半轴设计 . 30 轴形式的确定 . 30 轴的设计与计算 . 30 轴的设计 . 30 浮式半轴的设计计算 . 32 轴的结构设计及材料与热处理 . 33 章小结 . 33 第 5 章 驱动桥桥壳的校核 . 34 动桥桥壳形式的确定 . 34 壳的受力分析及强度计算 . 34 壳的静弯曲应力计算 . 34 不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算 . 35 车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算 . 35 车紧急制动时的桥壳强度计算 . 37 车受最大侧向力时桥壳的强度计算 . 38 章小结 . 41 结论 . 42 参考文献 . 43 黑龙江工程学院本科生毕业设计 V 致谢 . 44 附录 45 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 车驱动桥概述 汽车驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接从变速器传来的 转矩，将转矩合理的分配给 左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能 ；同 时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。 驱动桥一般由主减速器，差速器，驱动车轮的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。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，也是整个机器的心脏，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。 它有以下两大难题，一是将发动机输出扭矩 通过万向传动轴将动力传递到驱动轮上，达到更好的车轮牵引力与转向力的有效发挥，从而提高汽车的行驶能力。二是差速器 向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。 动桥国内外相关研究进展 内研究进展 国内驱动桥制造企业的开发模式主要由测绘、引进、自主开发三种组成。主要存在技术含量低，开发模式落后，技术创新力不够，计算机辅助设计应用少等问题。国内的大多数中小企业中，测绘市场销路较好的产品是它们的主要开发模式。特别是一些小型企业或民营企业由于自身的技术含量低，开发资金的不足，专门测绘、仿制市场上销售较旺的汽车的车桥售往我国不健全的配件市场。这种开发模式是无法从根本上提高我国驱动桥产品开发水平的。 中国驱动桥产业发展 过程中存在许多问题 ，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 我国汽车驱动桥的研究设计与世界先进驱动桥设计技术还有 一定的差距，我国车桥制造业虽然有一些成果，但都是在引进国外技术、仿制、再加上自己改进的基础上了取得的。个别比较有实力的企业，虽有自己独立的研发机构但都处于发展的初期。我国驱动桥产业正处在发展阶段，在科技迅速发展的推动下，高新技术在汽车领域的应用和推广，各种国外汽车新技术的引进，研究团队自身研发能力的提高，我国的驱动桥设计和制造会逐渐发展起来，并跟上世界先进的汽车零部件设计制造技术水平。 外研究进展 国外驱动桥主要采用模块化技术和模态分析进行驱动桥的设计分析，模块化设计是在一定范围内的不同功能或 相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行功能分析的基础上 ,划分并设计出一系列功能模块 ,然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计方法 . 以 代表的意大利企业多已采用了该类设计方法 , 模态分析是对工程结构进行振动分析研究的最先进的现代方法与手段之一。它可以定义为对结构动态特性的解析分析 (有限元分析 )和实验分析 (实验模态分析 )，其结构动态特性用模态参数来表征。模态分析技术的特点是在对系统做动力学分析时，用模态坐标代替物理学坐标，从而可大大压缩系统分析的自由度数目，分析精度较高。 优点是减少设计及工装 制造的投入 , 减少了零件种类 , 提高规模生产程度 , 降低制造费用 , 提高市场响应速度等。国外企业为减少驱动桥的振动特性，对驱动桥进行模态分析，调整驱动桥的强度，改善整车的舒适性和平顺性。 20 世纪 60 年代以来，由于电子计算机的迅速发展，有限元法在工程上获得了广泛应用。有限元法不需要对所分析的结构进行严格的简化，既可以考虑各种计算要求和条件，也可以计算各种工况，而且计算精度高。有限元法将具有无限个自由度的连续体离散为有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的问题。只要确定了单元的力学特性，就可以按 照结构分析的方法求解，使分析过程大为简化，配以计算机就可以解决许多解析法无法解决的复杂工程问题。目前，有限元法己经成为求解数学、物理、力学以及工程问题的一种有效的数值方法，也为驱动桥壳设计提供了强有力的工具。驱动桥的参数化设计是指设计对象模型的尺寸用变量及其关系表示，而不需要确定具体数值，是 术在实际应用中提出的课题，它不仅可使 统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是 术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 使设计人员从大量 繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量 动桥 的种类 车桥通过悬架与车架（或承载式车身）相连，它的两端安装车轮，其功用是传递车架（或承载式车身）于车轮之间各方向的作用力及其力矩。 根据悬架结构的不同，车桥分为 非断开 式和断开式两 类 。当采用非独立悬架时，应选用非断开式车桥， 车桥中部是刚性的实心或空心梁，这种车桥即为 非断开 式车桥；断开式车桥为活动关节式结构，与独立悬架配用。 根据车桥上车轮的作用，车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种类型。其中，转向桥和支持桥 都属于从动桥，一般货车多以前桥为转向桥，而后桥或中后两桥为驱动桥。 驱动桥作为汽车的重要的组成部分处于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮，并使左、石驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力 ，以及制动力矩和反作用力矩等。 在一般的汽车结构中、驱动桥包括主减速器（又称主传动器）、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件如图 示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1半轴 2圆锥滚子轴承 3支承螺栓 4主减速器从动锥齿轮 5油封 6主减速器主动锥齿轮 7弹簧座 8垫圈 9轮毂 10调整螺母 图 动桥 对于各种不同类型和用途的汽车，正确地确定上述机件的结构型式并成功地将它们组合成一个整体 驱动桥，乃是设计者必须先解决的问题。 驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切 相关。当驱动车轮采用非独立悬挂时，例如在绝大多数的载货汽车和部分小轿车上，都是采用非断开式驱动桥；当驱动 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥。 断开式驱动桥 普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧 下质量较大，这是它的一个缺点。 驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的 最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下，如果单级主减速器不能满足离地间隙要求，可该用双级结构。在双级主减速器中，通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内，也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器：越野汽车为了提高离地间隙，可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方；公共汽车为了降低汽车的质心高度和车厢地板高度，以提高稳定 性和乘客上下车的方便，可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方；有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度，在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时，将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。 在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货汽车上，有时采用蜗轮式主减速器，它不仅具有在质量小、尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点，而且对汽车的总体布置很方便。 开式驱动桥 断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳 或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。 汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素，而汽车 簧下部分质量的大小，对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度，减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。但是，由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。 故 本次设计采用非独立悬架， 非 断开 式驱动桥。这种类型的车一般的设计多采用双级减速器，它与单级减速器相比，在保证离地间隙的同时可以增大主传动比。 动桥结构组成 减速器 主减速器的结构形式，主要是根据其齿轮类型、 减速形式以及 主动齿轮和从动齿轮的 支承形式不同分类。 （ 1） 主减速器齿轮的类型 主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和涡轮蜗杆等形式。 弧齿锥齿轮的特点是主，从动齿轮的轴线垂直相交于一点。由于齿轮断面重叠影响，至少有两对以上的齿轮同时啮合，因此可以承受较大的载荷，加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐由齿的一端连续平稳地转向另一端，所以工作平稳，噪声和震动小，但弧齿锥齿轮对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍不吻合就会使工作条件急剧变坏，并加剧齿轮的磨损和使噪声变大。 双曲面齿轮传动的特点是主从动齿轮的轴线相互垂直但不相交，且主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线向上或向下偏移一距离 E，称为偏移距，当偏移距大到一定程度时，可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴旁通过。这样就能在每个齿轮的两边布置尺寸紧凄的支承。这对于增强支承刚度、保证轮齿正确啮合从而提高齿轮寿命大有好处。双曲面齿轮的 偏移距使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮的螺旋角。因此，双曲面传动齿轮副的法向模数或法向周节虽相等，但端面模数或端面周节是不等的。主动齿轮的端面模数或端面周节大于从动齿轮的。这一情况就使得双曲面齿轮传动的主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮传动的主动齿轮有更大的直径和更好的强度和刚度。其增大的程度与偏移距的大小有关。另外，由于双曲面传动的主动齿轮的直径及螺旋角都较大，所以相啮合齿轮的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮当量曲率半径为大，从而使齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同，双曲面齿轮与接触应力相当的螺旋锥齿轮比较，负荷可提高至 175。双曲面主动齿轮的螺旋角较大，则不产生根切的最少齿数可减少，所以可选用较少的齿数，这有利于大传动比传动。当要求传动比大而轮廓尺寸又有限 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 时，采用双曲面齿轮更为合理。因为如果保持两种传动的主动齿轮直径一样，则双曲面从动齿轮的直径比螺旋锥齿轮的要小，这对于主减速比 传动有其优越性。当传动比小于 2 时，双曲面主动齿轮相对于螺旋锥齿轮主动齿轮就显得过大，这时选用螺旋锥齿轮更合理，因为后者具有较大的差速器可利用空间。 由于双曲面主动齿轮螺旋角的增大，还导致其进入啮合的平均齿数要比螺旋锥齿轮相应的齿数多，因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作得更加平稳、无噪声，强度也高。双曲面齿轮的偏移距还给汽车的总布置带来方便。 圆柱齿轮传动广泛应用于发动机横置的前置前驱动乘用车驱动桥和双级主减速器驱动桥以及轮边减速器。 蜗杆 汽车驱动桥上也得到了一定应用。在超重型汽车上，当高速发动机与相对较低车速和较大轮胎之间的配合要求有大的主减速比 (通常8 14)时，主减速器采用一级蜗轮传动最为方便，而采用其他齿轮时就需要结构较复杂、轮廓尺寸及质量均较大、效率较低的 双级减速。与其他齿轮传动相比，它具有体积及质量小、传动比大、运转非常平稳、最为静寂无噪声、便于汽车的总体布置及贯通式多桥驱动的布置、能传递大载荷、使用寿命长、传动效率高、结构简单、拆装方便、调整容易等一系列的优点。其惟一的缺点是耍用昂贵的有色金属的合金 (青铜 )制造，材料成本高，因此未能在大批量生产的汽车上推广。 在现代汽车驱动桥中，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。 螺旋锥齿轮如图 a）所示主、从动齿轮轴线交于一点，交角都采用 90 度。螺旋锥齿轮的重合度大，啮合过程是由点到线，因此 ，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。 双曲面齿轮如图 b）所示主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。和螺旋锥齿轮相比，双曲面齿轮的优点有： 尺寸相同时，双曲面齿轮有更大的传动比。 传动比一定时，如果主动齿轮尺寸相同，双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有较大轴径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。 当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮的直径较小，有较大的离地间隙。 工作过程中，双曲面齿轮副既存在沿齿高方向的侧向滑动，又有沿齿长方向的纵向滑动 ，这可以改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 图 旋锥齿轮与双曲面齿轮 双曲面齿轮传动有如下缺点： 长方向的纵向滑动使摩擦损失增加，降低了传动效率。 齿面间有大的压力和摩擦功，使齿轮抗啮合能力降低。 双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。 双曲面齿轮必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油。 （ 2） 主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择 现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承形式有如下两种： 悬臂式 悬臂式支承结构如图 示，其特点是在 锥齿轮大端一侧采用较长的轴径，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度 a 和增加两端的距离 b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子向外。悬臂式支承结构简单，支承刚度较差，多用于传递转钜较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。 图 齿轮悬臂式支承 骑马式 骑马式支承结构如图 示，其特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，在需要传递较大转矩情况下，最好采用骑马式支承。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 图 动锥齿轮骑马式支承 （ 3） 从动锥齿 轮的支承方式和安装方式的选择 从动锥齿轮的两端支承多采用圆锥滚子轴承，安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内，而小端相向朝外。为了防止从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移，圆锥滚子轴承应用两端的调整螺母调整。主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并用细牙螺钉以精度较高的紧配固定在差速器壳的凸缘上。 （ 4） 主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整 支承主减速器的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。分析可知，当轴向力于弹簧变形呈线性关系时，预紧使轴向位移减小至原来的 1/2。预紧力虽然可以增大 支承刚度，改善齿轮的啮合和轴承工作条件，但当预紧力超过某一理想值时，轴承寿命会急剧下降。主减速器轴承的预紧值可取为以发动机最大转矩时换算所得轴向力的 30。 （ a） 单级主减速器 （ b） 双级主减速器 图 减速器 主动锥齿轮轴承预紧度的调整采用套筒与垫片，从动锥齿轮轴承预紧度的调整采 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 用调整螺母。 （ 5） 主减速器的减速形式 主减速器 的减速形式分为单级减速（如图 双级减速 （ 如图 、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比 大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。通常单极减速器用于主减速比 各种中小型汽车上。 速器 根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互联系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别 的。例如，拐弯时外侧车轮行驶总要比内侧长。另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮，则会由于左右车轮的转速虽然相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。这不仅会是轮胎过早磨、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬 时中心转向而使操纵性变坏。此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移，易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮间都有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以下不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学的要求。 差速器的结构型式有多种，大多数汽车都属于公路运输车辆，对于在公路上和市区行驶的汽车来说，由于路面较好，各驱动车轮与路面的附着系数变化很小，因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可 靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器，作为安装在左、右驱动车轮间的所谓轮间差速器使用；对于经常 行驶在泥泞、松软土路或无路地区的越野汽车来说，为了防止因某一侧驱动车轮滑转而陷车，则可采用防滑差速器。后者又分为强制锁止式和自然锁止式两类。自锁式差速器又有多种结构式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的。 轴 驱动车轮的传动装置置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中 ， 驱动车轮的传动装置包括半轴和万向接传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱 动桥上，驱动车轮的传动装 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 置就是半轴，这时半轴将差速器半铀齿轮与轮 毂 连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。 半浮式半轴具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。主要用于质量较小，使用条件好，承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。 3/4 浮式半轴，因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命，故未得到推广。 全浮式半轴广泛应用于轻型以上的各类汽车上，本设计采用此种半轴。 壳 驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，非断开式驱动桥的桥壳起着 支承汽车荷重的作用，并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此桥完既是承载件又是传力件，同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置（如半轴）的外壳。 在汽车行驶过程中，桥壳承受繁重的载荷，设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性，在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量。桥壳还应结构简单、制造方便以利于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。在选择桥 壳的结构型式时，还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。 结构形式分类：可分式、整体式、组合式。 按制造工艺不同分类： 铸造式 强度、刚度较大，但质量大，加工面多，制造工艺复杂，用于中重型货车，本设计采用铸造桥壳。 钢板焊接冲压式 质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，轿车和中小型货车，部分重型货车。 计 的主要内容 汽车工业一直是 统应用的先锋，应用 件对重型驱动桥进行设计，使其结构更合理，同时可以锻炼使用工具软件的能力，提高综合设计的 能力，还可以培养正确的研究方法、理论联系实际的工作作风、严肃求实的学习态度 ，本设计的主要内容包括以下六个方面： （ 1）驱动桥和主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的结构形式选择 （ 2）主减速器的参数选择与设计计算 （ 3）差速器的设计与计算 （ 4）半轴的设计与计算 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 （ 5）驱动桥桥壳的设计 （ 6） 制装配图、零件图。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 第 2 章 主减速器 设计 减速器结构方案 的分析及确定 减速 器比 的 计算 （ 1）设计主要参数 设计主要参数 参数 单位 数值 发动机最大功率 kW/r/ 800（ 2000） 发动机最大转矩 m/r/ 700/1250 装载质量 000 汽车总质量