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毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车工程学院 专业、班级 车辆工程 07导教师姓名 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 13 吨级驱动桥设计 一、 课题研究 现状： 本设计课题是 13 吨级重型载货汽车驱动桥的设计 ,汽车驱动桥是汽车底盘的重要组成部分 ,一般由主减速器，差速器，车轮转动装置和桥壳等组成，转向驱动桥还有等速万向节。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过 90 度角 ,改变力的传递方向 ,并由主减速器降低转速 ,增大转矩后 ,经差速器分配给左右 半轴和驱动轮。汽车驱动桥时汽车的重大总成 ,承载着汽车的满载以及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷 ;驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩，汽车驱动桥结构形式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要形影外，也对汽车的行驶性能，如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操作稳定性等有直接影响，另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成，因此，汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的种类十分的广泛，对这些零 部件的设计制造涉及很多的现代机械制造工艺，通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及其设计要求为基本，因此，能 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成本，推动汽车经济的发展。研究驱动桥的工作特征，并对其进行设计，是非常重要的和必须的。随着汽车向采用大功率发动机和轻量化方向的发展以及路面条件的改善，近年来主减速比有减小的趋势，以满足高速行驶的要求。 对于 大吨位重载 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 自卸 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 。 二、设计论文的目的、意义： 1）通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能 2）通过进行本次设计研究，可以加深我们对汽车设计理论、汽车技术发展方向和汽车构造的理解，提高我们的总体素质，为进入社会后的工作鉴定坚实的基础。 3)在进行本次 课题研究设计时，需要我们参考各文献研究车辆测绘、装配、设计、验证等。通过这个过程，可以使我们了解研发流程，在进入工作岗位后能很快适应研发工作。 4）本设计时用 件作为成形和装备的工具，通过学习电脑绘图设计，可以缩短设计周期，提高设计质量，提高我们运用电脑绘图软件的能力。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 设计的主要内容： （ 1） 驱动桥设计的总体方案论证 ： 驱动桥位于传动系的末端，其基本功能是 :将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速胎、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降速增大转 矩；通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向。 它的性能好坏直接影响汽车的整车性能，其工作条件恶劣，易磨损，经常发生故障，这些都对其设计提出了很高的要求，因此设计时应当满足如下基本要求 : 1) 选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的传动性和燃料经济性 2）外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙，主要是指牙包尺寸尽量小 3）齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小 4）在各种转速和载荷下具有高的转动效率 5）在保证足够的强度刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质 量应尽量小，以改善汽车的平顺性 6）与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调 7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，折装，调整方便。 （ 2）主减速器设计：主减速器可根据齿轮类型、减速形式以及主、从动轮的支撑形式不同分类，一般用来改变传动方向、降低转速、增大扭矩、保证汽车有足够的驱动力和适当的速度，主减速器类型较多，有单级、双级、双速、轮边减速器等，本驱动桥设计为单级减速，主减速器为双曲面齿轮。 （ 3）差速器设计：汽车行驶时，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往不等。为了防止这一发生， 汽车左右驱动轮都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足汽车行驶运动学要求；在多桥驱动汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性。差速器按其结构特征不同，分为齿轮式、凸轮式、涡轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。本课题的差速器为直齿锥齿式。 （ 4）半轴与驱动桥壳设计 ：驱动桥壳的主要功用是支撑汽车质量，并承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车身；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。因此驱动桥壳应满足如下设计要求 1）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。 2）在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高行驶平顺性。 3）保证足够的离地间隙。 4）结构工艺性好，成本低。 5）保护装于其上的传动系部件和防止泥水侵入。 6）拆装、调整。维修方便。 拟解决的主要问题 ： （ 1）正确选定真车参数，合理不知工作装置和附件； （ 2）正确选定驱动桥中主减速器、差速器、半轴的类别； （ 3）理解研究汽车的设计、机械制图、机械设计、材料力学等相关知识，并将这些知识有机结合、熟练运用； （ 4）对驱动桥只要部件的设计要详细、工艺要合理、成本要低、可靠性要高； （ 5）熟练运用 成装备图、零件图。 三、技术路线（研究方法） 收集汽车驱动桥相关的文献及资料 完成开题报告 确定总体研究方案 驱动桥各部件的设计计算 绘制所设计装配图与零件图图纸 完成设计说明书及其论文 主减速器、差速器设计计 算 半轴、驱动桥壳设计计算 检验计算结果 四、进度安排 （ 1）调研、资料收集，完成开题报告 第 1、 2 周 （ 2） 确定总体方案 第 3 周 （ 3） 驱动桥部件的 设计计算 第 4 7 周 （ 4）完成所设计装配图与零件图图纸 第 8 10 周 （ 5）完成设计说明书的撰写 第 11、 12 周 （ 6）毕业设计（论文）审核 第 13、 14 周 （ 7）毕业设计（论文）修改、完善 第 15、 16 周 （ 8）毕业设计（论文）答辩准备及答辩 第 17 周 五、 参考文献 （ 1） 东北大学学报（自然科学版） 1）作者： 王铁 张国忠 周淑文 （ 2） 驱动桥疲劳强化试验及疲劳寿命的置信区间估计 农业机械学报 作者：潘明清 周晓军 雷良育 吴瑞明 （ 3） 一种准双曲面齿轮主减速器的故障诊断方法及实现 机械传动期刊 10）作者 :王东 丁杰雄 陈佳 （ 4） 载重卡车车桥主减速器轴承的技术发展 轴承期刊 2010.（ 10）作者：县鹏宇 （ 5） 汽车差速器壳类锻件精密挤压工艺研究 锻压技术期刊 5）作者： 宫显宇 唐康 陈海鹏 王海旺 曹乃强 （ 6） 差速器壳体内球径测量检具设计 制造技术与机床 期刊 2010.（ 8）作者： 袁小江 （ 7） 中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势 铸造技术 期刊 2008, 29(9) 作者： 马顺龙 刘海峰 王成刚 孙树臣 （ 8） 重型货车驱动桥桥壳轻量化研究 （硕士论文）作者：张成波 （ 9） 半浮式半轴断裂分析及对策 金属热处理 期刊 2010, 35(2) 作者：张兰 （ 10） 半轴断裂的失效分析 科技信息 期刊 2010.（ 22）作者： 翟秀敏 (11) 汽车设计定位研究 (硕士论文 ) 作者： 郭小鹏 （ 12） 面向汽车设计的信息系统的研究 （硕士论文）作者：马成 （ 13） 机械 术 课程研究性教学探讨 中国大学教学 期刊 作者： 刘子建 赵翠 伍素珍 （ 14） 汽车驱动桥主减垫片测量方法研究及应用 组合机床与自动化加工技术 期刊 作者：任永强 景兴淇 陈清红 （ 15） 汽车设计理论与设计技术的发展 黑龙江交通科技 期刊 作者： 韩志斌 （ 16） 重型汽车驱动桥齿轮材料与工艺对疲劳性能影响的探讨 汽车工艺与材料 期刊 2009.（ 11） 作者： 金荣植 （ 17） 驱动桥支撑刚性对齿轮啮合特性的影响分析 汽车技术 期刊 2008.（ 10） 作者： 冯喜成 张步良 杨建军 （ 18） u 19） a si A 20）机械设计手册 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 13 吨级驱动桥设计 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 ： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二 O 一一年六月 黑龙江工程学院本科生毕业设计 要 本设计课题是 13 吨级重型载货汽车驱动桥的设计 ,汽车驱动桥是汽车底盘的重要组成部分 ,一般由主减速器，差速器，车轮转动装置和桥壳等组成，转向驱动桥还有等速万向节。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过 90 度角 ,改变力的传递方向 ,并由主减速器降低转速 ,增大转矩后 ,经差速器分配给左右半轴和驱动轮。汽车驱动桥是汽车的重大总成 ,承载着汽车的满载以及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷 ;驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩，汽车驱动桥结构形 式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要形影外，也对汽车的行驶性能，如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操作稳定性等有直接影响，另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成，因此，汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的种类十分的广泛，对这些零部件的设计制造涉及很多的现代机械制造工艺，通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 关键词 ： 驱动桥； 设计 ； 计算 ； 零件 ； 3 is an of by it is of 0 of nd to is by of to nd is in to of as n of in as of of is or of of a of of of of 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 . . 1 章 绪论 . 车驱动桥不同机构形式的比较 3 动桥的结构 和 种类 汽车车桥的种类 驱动桥结构组成 计的主要内容 . .计的基本数据 . 2 章 主减速器的设计 . .主减速器的齿轮类型 . 11 动锥齿轮的支承形式 . .主减速器计算载荷的确定 .主减速器基本参数的选择 .主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算 .主减速器双曲面齿轮的强度计算 . 17 .章小结 23 第 3章 差速器设计 .24 . . . .差速器齿轮 的基本参数的选择 .差速器齿轮的几何计算 . 28 黑龙江工程学院本科生毕业设计 .第 4章 驱动半轴的设计 31 . . 33 . 34 . 35 .第 5 章驱动桥壳的设计 . . 37 . 38 壳的静弯曲应力计算 . 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算 . 汽车紧急制动时的桥壳强度计算 . 41 41 结论 . 45 参考文献 谢 .龙江工程学院本科生毕业设计 61 第 1 章 绪 论 车驱动桥设计的意义和目的 对于 大吨位重载 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 自卸 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 。 车驱动桥研究现状及发展 车驱动桥的研究现状 本设计课题是 13 吨级重型载货汽车驱动桥的设计 ,汽车驱动桥是汽车底盘的重要组成部分 ,一般由主减速器，差速器，车轮转动装置和桥壳等组成，转向驱动桥还有等速万向节。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过 90 度角 ,改变力的传递方向 ,并由主减速器降低转速 ,增大转矩后 ,经差速器分配给左右半轴和驱动轮。汽车驱动桥时汽车的重大总成 ,承载着汽车 的满载以及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷 ;驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩，汽车驱动桥结构形式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要形影外，也对汽车的行驶性能，如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操作稳定性等有直接影响，另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成，因此，汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的种类十分的广泛，对这些零部件的设计制造涉及很多的现代机械制造工艺，通过对汽车 驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及其设计要求为基本，因黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 此，能 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成本，推动汽车经济的发展。研究驱动桥的工作特征，并对其进行设计，是非常重要的和必须的。随着汽车向采用大功率发动机和轻量化方向的发展以及路面条件的改善，近年来主减速比有减小的趋势，以满足高速行驶的要求。 对于 大吨位重载 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 自卸 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 。 动桥的发展现状 目前，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，呈现了明显的产业特点：由进口国外产品向国产化发展，由小作坊向正规化产业化发展，由低端产品向高端产品发展，由引进国外技术向自主研发发展。在技术方面，通过不断提高自身铸锻造技术及工艺水平来保证研发产品制造质 量；通过利用先进科学的设计辅助手段来达到设计优化的目的；通过不断学习吸收国外先进的技术逐步实现技术与国际接轨的目标，从而提高产品的核心竞争力；通过运用先进的技术及方法来提高产品的性能，满足市场需求，推进机电一体化进程。 目前国内驱动桥生产厂家分为四种类型。 一是与国际知名品牌厂家合作，利用国内本土资源优势及国外先进的技术支持生产。如 1995年柳工与德国采埃孚公司在柳州建立的合资公司，除生产采埃孚高技术水平双变外，还生产采埃孚高技术水平驱动桥，供中国高技术及出口装载机、平地机等配套，为中国高技术水平驱 动桥技术的发展起到了促进作用。成工引进了卡特三节式湿式桥的样机，成功开发了成工的三节式系列湿式桥，已批量推向了市场。 2005年，东风车桥通过与美国德纳公司合资合作，双方斥巨资已经建成国内规模最大、效益最佳、管理最好的商用车桥公司，逐步融入全球汽车零部件大循环之中。徐州美驰车桥黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 有限公司是由美国的阿文美驰公司和徐州工程机械集团有限公司共同投资的合资公司，公司投资总额 美元，注册资本 美元，其中美方股比为 60%、中方为 40%，拥有员工 1000多人，其中工程技术人员 100多人，主要产品包括各 种轮式车辆用刚性桥、从动桥、转向驱动桥、转向贯通驱动桥、贯通桥。 二是通过引进国外先进的技术，依托本土的环境优势建立的民族企业，占据着国内市场的大部份额。如引进意大利菲亚特技术、依托于中国一拖旗下的一拖（洛阳）开创装备科技有限公司就是典型的代表。其农机驱动桥产品已从 16 马力覆盖至 200马力，所生产的 80 “ 中国第一桥 ” 的美誉。此外，山东的前进桥厂、烟台捷林达桥厂以及新昌齿轮箱厂也在不断借鉴国内外先进的技术，推动国产驱动桥的发展。 三是一些主机厂家根据自身需要 ，利用自身资源自产自用，也是国产驱动桥的一种发展模式。比如常发集团生产的中小马力拖拉机上用的驱动桥就是典型的生产自用型。此外，龙工、徐工等工程机械厂家也生产自己整机上所用的驱动桥，但这种模式仅为自给自足，很难满足外部市场需求。 四是国际知名品牌传动系生产商进军中国市场，成立的独资企业。如卡拉罗青岛的公司、德纳在无锡的工厂以及 陕西成立的销售公司等。由于刚刚进驻中国市场，暂时还处于竞争上的劣势，还无法对本土企业造成太大的威胁，但随着国际交流日趋密切，这些企业最终必将成为民族产业不可小视的竞争对手。 车驱动桥不同结构形式的比较 车 驱动桥 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，车桥分为整体式和断开式两种。当采用非独立悬架时，车桥中部是刚性的实心或空心梁，这种车桥即为整体式车桥；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。 动桥的种类 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。 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；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥。 本次设计采用非独立悬架，整体式驱动桥。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 1、主减速器 主减速器的结构形式，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安装 （ 1）主减速器齿轮的类型 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 1）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 2）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： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 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。 (1)螺旋锥齿轮 （ 2）双曲面齿轮 图 旋锥齿轮与双曲面齿轮 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。 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 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。 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 5。 （ 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。 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、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 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 （ 1） 单级主减速器 （ 2） 双级主减速器 图 减速器 2、差速器 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。 差速器的结构型式选择，应从所设计汽车的类型及其使用条件出发，以满足该型汽车在给定的使用条件下的使用性能 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 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。 3、 半轴 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。 4、桥壳 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 计主要内容 （ 1） 完成驱动桥 的 主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的结构形式选择 ； （ 2） 完成主减速器的基本参数选择与设计计算 ； （ 3） 完成差速器的设计与计算 ； （ 4） 完成半轴的设计与计算 ； （ 5） 完成驱动桥桥壳的受力分析及强度计算 ； （ 6） 绘制装配图及零件图 。 计的基本数据 设计基础数据： 车型 载货汽车 空载质量 10170载时前轴质量 3030载时后轴质量 4930载质量 20410载时前轴质量 6245载时后轴质量 17525距 前： 1928 后： 1847大爬坡度 28% 最高车速 86km/h 变速器一档传动比 减速器传动比 动机最大转矩 770胎规格 龙江工程学院本科生毕业设计 61 第 2 章 主减速器设计 减速器的结构形式的选择 主减速器的结构形式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速形式的不同而异。 驱动桥中主减速器、差速器设 计应满足如下基本要求： （ 1） 所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。 （ 2） 外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。 （ 3） 在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。 （ 4） 在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。 （ 5） 结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。 按主减速器的类型分，驱动桥的结构形式有多种，基本形式有三种如下： （ 1） 中央单级减速器。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。一般在主传动比较小的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。 （ 2） 中央双级主减速器。 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，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、轮边减速器。 综上所述，中央单级主减速器。它还有以下几点优点： （ l） 结构最简单，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； (2) 载重汽车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比 向小速比发展； (3) 随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，汽车使用条件对汽车通过性的要求降低。 (4) 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黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 动效率提高，易损件减少，可靠性提高。 单级驱动桥产品的优势为单级驱动桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看，载重车产品在主减速比小于 6的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。 所以此设计采用中央单级减速驱动桥，再配以铸造整体式桥壳 ， 如图 图 央主减速器 减速器的齿轮类型 主减速器的齿轮有 弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选用双曲面齿轮，其优点在于当双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动具有更大的传动比，双曲面传动的主动齿轮的螺旋角较大，同时可以啮合的齿数较多，平稳性更强。 减速器主，从动锥齿轮的支承形式 图 动锥齿轮悬臂式支承 图 动锥齿轮跨置式 黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 图 动锥齿轮支撑形式 主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。查阅资料、文献，经方案论证，采用跨置式支承结构（如图 ）。跨置 式支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的 1 30 以下而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至 1/5 1/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。但结构较复杂，所以选用跨置式。 从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承（如图 ）。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸 c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性， c+d 应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是 于 d。 主减速器的基本参数选择与设计计算 减速器计算载荷的确定 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 动锥齿轮计算转矩 m a x 1 0d e k i i （ 式中： 计算转矩， ； 发动机最大转矩； 770 n 计算驱动桥数， 3； 变速器传动 比， 主减速器传动比， 变速器传动效率，取 = k 液力变矩器变矩系数， K=1； 由于猛接离合器而产生的动载系数， ； 变速器最低挡传动比， ； 代入式（ 有： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 2. 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 2 / N mr m r i （ 式中 2G 汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，后桥所承载 轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用车，取 =于越野汽车取 于安装有专门的防滑宽轮胎的高级轿车，计算时可取 r 车 轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为 20，则车论的滚动半径为 m ， 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动效率和传动比， 取 于没有轮边减速器 以 /2 =59497.8 3. 按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续的转矩根据所谓的平均牵引力的值来确定 )( （ 式中： 汽车满载时的总重量， 20410N； 所牵引的挂车满载时总重量， N，但仅用于牵引车 的计算； 道路滚动阻力系数，对于载货汽车可取 此取 f 汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取 汽车的性能系数在此取 0； m 主减速器主动齿轮到车轮之间的效率 ,取 主减速器从动齿轮到车轮之间 的传动比 ,取 1； n 驱动桥数 ,取 3。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 所以 )( = 减速器基本参数的选择 主减 速器 锥齿轮 的主要 参数 有主、 从动齿轮 的 齿数 1z 和 2z 、 从动锥齿轮 大端分度圆 直 径 2D 、端面模 数 从动锥齿轮齿面宽 1b 和 2b 、中 点 螺旋角 、法向 压力 角 等。 (1)主、 从动锥齿轮齿数 1z 和 2z 选择 主、 从动锥齿轮齿数时应 考 虑 如下因素： 1） 为 了磨合均 匀 ， 1z ， 2z 之间应 避免有 公约数 。 2） 为 了得到理想的 齿面 重合度和高的 轮齿弯 曲 强 度，主、 从动齿轮 齿数 和 应 不小于 40。 3） 为 了 啮 合平 稳 ，噪 声 小和具有高的疲 劳强 度 对 于商用 车 1z 一般不小于 6。 4） 主传动 比0 时 ， 1z 尽 量取得小一些，以便得到 满意 的离地 间 隙。 5） 对 于不同的 主传动 比， 1z 和 2z 应有适 宜的搭配。 根据以上要求，这里取 1z =72z =37，能够满足条件： 1z +2z =44 40 (2)从动锥齿轮 大端分度 圆 直 径 2D 和端面模 数 单级主减 速器，增大尺寸 2D 会 影 响驱动桥壳的 离地 间 隙， 减 小 2D 又 会 影 响跨置式主 动齿轮 的前支承座的安 装 空 间 和差速器的安 装 。 2D 可根据 经验 公式初 选 ，即 32 2 （ 2 直 径 系 数 ，一般取 从动锥齿轮 的 计 算 转矩 ， ， 为 小者。 所以 2D =（ 3 （ 初 选 2D =则2D / 2z =7=黑龙江工程学院本科生毕业设计 61 参考 机械 设计 手 册 选 取 则 2D =333根据3 K 来 校核 9 取的是否合适，其中 （ 此 处 ， 3 （ 因此 满 足校核条件。 (3) 主， 从动锥齿轮齿面宽 1b 和 2b 锥齿轮齿面过宽 并不能增大 齿轮 的 强 度和 寿命 ，反而 会导 致 因锥齿轮轮齿 小端 齿沟变 窄引起的切削刀 头顶面过 窄及刀尖 圆 角 过 小， 这样 不但 会减 小了 齿 根 圆 角半 径 ，加大了集中 应 力 ，还 降低了刀具的使用 寿命 。此外，安 装时 有位置偏差或由于制造 、热处 理 变形 等原因使 齿轮 工作 时载 荷集中于 轮齿 小端， 会 引起 轮齿 小端 过 早 损 坏和疲劳损伤 。另外， 齿面过宽 也 会 引起 装配 空 间减 小。但 齿面过 窄， 轮齿 表面的耐磨性和轮齿 的 强 度 会 降低。 对 于 从动锥齿轮齿面宽 2b ，推荐不大于 节锥 2A 的 22 b ，而且 2b 应满 足02 ， 对 于汽 车主减 速器双曲面 齿轮 推荐采用： 22 b =333=此取 52一般 习惯 使 锥齿轮 的小 齿轮齿面宽比 大 齿轮 稍大，使其在大 齿轮齿面两 端都超出一些，通常使小 齿轮 的 齿面 比大齿轮大 10%，在此取 1b =57（ 4）中 点 螺旋角 螺旋角沿 齿宽 是 变 化的， 轮齿 大端的螺旋角最大， 轮齿 小端螺旋角最小。 弧 齿锥齿轮 副的中 点 螺 旋角是相等的， 选 时应 考 虑 它 对齿面 重合度 ， 轮齿强 度和轴 向力大小的影 响 ， 越大， 则 也越大，同 时啮 合的 齿越多 ， 传动 越平 稳 ，噪 声越低，而且 轮齿 的 强 度越高， 应 不小于 果最好，但 过 大，会导 致 轴 向力增大。汽 车主减 速器弧 齿锥齿轮 的平均螺旋 角为 35 40，而商用 车选用较 小的 值以防止 轴 向力 过 大，通常取 35。 (5) 螺旋方向 主、 从动锥齿轮 的螺旋方向是相反的。螺旋方向与 锥齿轮 的旋 转方向影响 其所受的 轴 向力的方向。 当变 速器挂前 进挡时 ， 应 使主 动锥齿轮 的 轴 向力离 开锥顶 方向。 这样 可使主、 从动齿轮 有分离的 趋势 ， 防止轮齿 因卡死而 损 坏。 所以主 动锥齿轮选择为 左旋， 从锥顶 看 为 逆 时针运动 ， 这样从动锥齿轮为 右旋，黑龙江