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毕业设计（论文）中期 检 查表 填表日期 2009 年 4 月 26 日 迄今已进行 8 周剩余 9 周 学生姓名 刘元鑫 系部 汽车 与交通工程学 院 专业、班级 车辆 导教师姓名 王永梅 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 基于有限元 中 型货车半轴与桥壳的设计 学 生 填 写 毕业设计（论文）工作进度 已完成主要内容 待完成主要内容 查阅相关资料 、 完成开题报告 2. 确定 驱动桥壳和半轴的 总体方案 3. 对半 轴与桥壳结构及尺寸参数进行设计 4. 件验证桥壳设计合理性 轴与桥壳 的零件图及装配 图 2. 书写设计说明书 3. 设计审核、修改设计说明书 存在问题及努力方向 对 图软件使用还不够熟练，对 件了解还不够深，以后还要对驱动桥的结构有更深的了解。 学生签字： 指导教师 意 见 指导教师签字： 年 月 日 教研室 意 见 教研室主任 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 刘元鑫 系部 汽车 与交通工程学 院 专业、班级 车辆 07导教师姓名 王永梅 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 基于有限元 中 型货车半轴与桥壳的设计 一、设计（论文）目的、意义 中 型货车在 汽车 行业中 应用较广泛 ，而 半轴与桥壳是重 型货车的一个重要部件 ， 其设计的成功与否决定着车辆的 动力性 、平顺 性 、经济性 等多方面的设计要求。在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用 制二维平面图，做出成品进行试验为主 ， 无法满足快速设 计的需求 ， 造成产品开发周期长、设计成本高。利用 件对 半轴与桥壳 进行分析校核， 能够大大提高设计的效率和质量 ，为 中 型货 车的研发缩短了宝贵的时间。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） （一） 设计内容 依据主要技术指标确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合， 有限元技术在 对半轴与桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。 （二） 设计 的车型和主要参数 依据主要技术指标设计的车型为解放 威 型号为 质量 4870备质量 4830载总质量 9895长为 7840宽 2476高 2750据车型来确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，用 e 建模在用有限元技术 桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。 （ 三 ）研究方法 1、 参考相关资料，对比各种 半轴与桥壳 优缺点，初步确定设计方案。 2、 实地考察相关类型的车，为最终设计方案提供依据。 3、 件分析验证合理性 。 4、 利用 件 绘制 半轴与桥壳 图纸 。 、设计（论文）完成后应提交的成果 （一）计算说明部分 完成设计说明书 字。其中包括 半轴与桥壳 零部件 进行设计及 强度 校和 部分。 （二）图纸部分 半轴与桥壳 装配图零件图若干张 。 四、设计（论文） 进度安排 （ 1）调研、 查阅相关资料 、完成 开题报告 第 1 2 周 （ 2 月 28 日 3 月 14 日） （ 2） 确定 总体方案 第 3 4 周 （ 3 月 15 日 3 月 28 日） （ 3） 对 半轴与桥壳 结构 及尺寸参数 进行设计 第 5 6 周 （ 3 月 29 日 4 月 11 日） （ 4） 件验证 半轴与桥壳 设计合理性 第 7 周 （ 4 月 12 日 4 月 18 日） （ 5）建立 半轴与桥壳 的零件图及装配模型 第 8 11 周（ 4 月 19 日 5 月 16 日） （ 5）书写设计说明书第 12 13 周 （ 5 月 17 日 5 月 30 日） （ 6）设计审核、修改设计说明书 第 14 16 周 （ 6 月 1 日 6 月 20 日） （ 7）毕业设计答辩准备及答辩 第 17 周 （ 6 月 21 日 6 月 27 日） 五、主要参考资料 1蒋崇贤 ， 何明辉专用汽车设计 武汉工业大学出版社 2工程中的有限元方法 (第 3 版 ) 机械工业出版社 ， 2004 3黄天泽，黄金陵 汽车车身结构与设计 机械工业出版社 ， 2000 4孙桓主编 机械工业出版社出版 5余志生 汽车理论 M，机械工业出版社， 1987 6陈家瑞主编 人民交通出版社出版 7吴镇著 上海 :上海交通大学出版社 ， 1997 8吕慧瑛 设计基础 清华大学出版社 ， 2002 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 基于有限元中型货车半轴与桥壳设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 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 开题报告撰写要求 一、“开题报告”参考提纲 1. 课题研究目的 和意义 ； 2. 文献综述（ 课题研究 现状及分析）； 3. 基本内容 、 拟解决的主要问题 ； 4. 技术路线或研究方法； 5. 进度安排； 6. 主要参考文献。 二、“开题报告”撰写规范 请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求 。 字数应在 4000 字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 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 07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 基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 1、 研究现状 近些年来，随着中重型货车在国际车市上凸显强劲的增长势头和市场占有率，随着中重型货车市场的发展，作为四大总成之一的车桥也飞速的发展起来，所以国内外都对车桥行业投入了大量的人力物力，国内市场 过去，商用车整车企业的发展战略是车身必须 自制，发动机立足或争取自制，而车桥则一般采用社会资源。然而，随着近年商用车市场，特别是中、重型卡车市场竞争的加剧，为了在核心总成上不受制于人，国内一汽、中国重汽等主要商用车企业要么投巨资、重兵布局发展自己的车桥业务；要么积极主动与有关大型车桥生产企业建立长期战略联盟，以确保自己稳定的零部件供应。国外市场， 作为目前顶级的欧洲品牌的车桥代表了当今世界最高的设计水平，如戴姆勒克莱斯勒公司20 世纪 90 年代末期开发的全新重型卡车 列 M 代 (4系列 ，代表 着技术变革的前沿 重型卡车 系列等都代表着目前世界最高水平载货车车桥设计水平。 随着中国加入 中国运输结构变 化、消费水平的提高，国内市场对中重型车产品需求向多层次、多品种方向发展。未来市场对中重型载货车的需求稳步上升， 2010 年达到 40 万辆。在总量需求中，中重型车的需求增量较大， 2010 年占总需求的 70 %。特别是高速公路的飞速发展，为大吨位、大功率载货车提供了得天独厚的有利条件。我国集装箱运输业的高速发展，也为大吨位、大功率载货车提供了广阔的用武之地。 1999 年后 , 中 重型载货汽车高速增长 , 特别是 2000 年、 2001 年 ( 上半年 ) 其增长率分别达 66. 64%、 86. 32%, 远远高于汽车行业增长率 14%。 2005 年汽车销售 20 万辆 , 年增长率为 17%，在未来的几年内 ,中重型车和大型客车将进入高速增长时期 , 车桥的需求量也将随之剧增。 近年来，随着普利适优迪车桥有限公司、美国车桥国际控股有限公司（ 在中国的纷纷落户，我国车桥行业内，外资公司由合资到独资的逐渐渗入也在加快进程。也加快了国内车桥市场的发展，如今国内上百家商用车车桥企业中，具有一定实力、水平 及规模的只有十多家，目前，国内中、重型车桥生产企业主要集中在东风德纳车桥有限公司、一汽解放汽车有限公司车桥分公司、中国重汽济南桥箱有限公司、陕西汉德车桥有限公司、安徽安凯福田曙光车桥有限公司、一汽山东汽车改装厂及青特众力车桥有限公司等七家企业， 这些企业几乎占到国内中重卡车桥 90%以上的市场。国内许多汽车厂家相继引进了一些中重型车型，其后桥壳大多为钢板冲压焊接而成。但冲压焊接式桥壳采用冲压成型的方法存在材料成形困难，有的还需增加退火工艺，能耗高、工序多，制造工艺复杂，生产成本高。汽车在崎岖的路面上颠簸行驶，受 到交变负荷的作用，桥壳焊接处易出现脱焊开裂问题，疲劳性能差，超载易变形，主减速器齿轮正常啮合受影响，噪声大，减少了驱动桥总成的使用寿命。球墨铸铁具有高强度、高韧性、高可靠性、高寿命的特点，能生产出最接近要求的形状。随着球墨铸铁技术的发展，铸造已成为取代冲压焊接生产汽车后桥壳的首选方法。因为与冲压焊接后桥壳相比，铸造后桥壳具有强度和刚度较大，生产成本低，拆装、保养、维修方便等优点。 近年来，东风德纳开发的不少产品占领了国内车桥产品技术的制高点： 13吨单双桥产品技术国内领先， 13吨级驱动桥则充分吸收了美国德纳及日 产柴驱动桥技术，承载能力更强、齿轮寿命更长、噪音更低，广泛应用于东风天龙 等中重型商用车。中重型轮边减速桥是为适应超重载型的自卸车运输市场而开发的全新车桥，因其卓越的技术优势而成为市场新宠， 也为我国汽车行业生产中重型后桥壳开拓了一条新路。 随着科学技术的进一步发展，企业只有提高设计研发的能力才能跟上发展的脚步，现代工业的典型特征就是大量使用计算机，所以人们希望借助计算机辅助分析技术（ 解决相关复杂问题，有限元作为 广泛的应用于各个行业， 司 研制的大型通用有限元分析软件，能够进行包括结构热声流体以及电磁场等科学研究，在核工业铁道石油化工航空航天 机械制造能源汽车交通国防军工电子土木工程造船生物医学轻功地矿水利日用家电等领域有广泛应用，驱动桥作为汽车四大总成之一，用 2、选题 目的 和意义 中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是中型货车 重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量，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、垂向也是经过桥壳传到悬挂 及车架或车厢上 。因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车 的有效使用寿命。合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，减少桥壳的质量，有利于降低动载荷，提高汽车行驶的平顺性和舒适性 。 其作用主要有 ： 支撑并保护主减速器、差速器和半轴等 ， 使左右驱动车轮的轴向相对位置固定 ； 同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量；汽车行驶时 ， 承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等 。 驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小 ， 并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大 ， 制造较困难，故其结构型式应在满足 使用要求的前提下应尽可能便于制造 ， 驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。但是由于其形状复杂，因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论，驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值 ， 然后考虑一个安全系数来确定工作应力，这种设计方法有很多局限性 。 因此近年来，许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。 在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用 制二维平面图，做出成品进行试验为主 ，无法满足快速设计的需求 ， 造成产品开发周期长、设计成本高。利用 件对桥壳进行分析校核，能够大大提高设计的效率和质量，为中型货车的研发缩短了宝贵的时间。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 依据主要技术指标设计的车型为解放 驰 型号为 质量 4870备质量 4830载总质量 9895长为 7840宽 2476高 2750据车型来确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应 参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，用 e 建模在用有限元技术 桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。 （二）拟解决问题 （ 1）半轴的设计 1. 半轴计算载荷的确定 2. 半轴的杆部直径的初选 3. 半轴的强度计算 4. 半轴花键的强度计算 （ 2）桥壳的设计 1. 桥壳的受力分析 2. 桥壳的静弯曲应力计算 3. 各种工况下桥壳强度的分析 （ 3） 件分析验证 （ 4）利用 件绘制半轴与桥壳图纸。 三、技术路线（研究方法） 总体方案的确定 完成毕业设计和设计说明书 半轴的设计 桥壳的设计 桥壳的 模 设计结果的 核 利用 图 调研并查阅相关资料 四、进度安排 （ 1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第 1 2 周（ 2 月 28 日 3 月 14 日） （ 2）确定总体方案 第 3 4 周（ 3 月 15 日 3 月 28 日） （ 3） 对半轴与桥壳结构及尺寸参数进行设计 第 5 6 周（ 3 月 29 日 4 月 11 日） （ 4） 件验证桥壳设计合理性 第 7 周（ 4 月 12 日 4 月 18 日） （ 5）建立 半轴与桥壳 的零件图及装配图 第 8 11 周（ 4 月 19 日 5 月 16 日） （ 5）书写设计说明书第 12 13 周（ 5 月 17 日 5 月 30 日） （ 6）设计审核、修改设计说明书 第 14 16 周（ 6 月 1 日 6 月 20 日） （ 7）毕业设计答辩准备及答辩 第 17 周（ 6 月 21 日 6 月 27 日） 五、 参考文献 1 辛 木 . 中国商用车车桥行业现状及发展动向 09 2 张 骄 , 杨建 . 重载货车驱动桥壳有限元分析 . 2010 04 3 郑燕萍 ， 王瑜 ， 宋怀 . 基于 驱动桥壳设计方法探讨 4 王文竹，程勉宏，刘刚 . 汽车驱动桥壳的有限元分析 . 5 童麟章 . 驱动桥半轴的有限元分析设计 第 3 期 6 张冬， 尤华胜 . 中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势 7 张 骄 , 杨建伟 . 重载货 车驱动桥壳有限元分析 02 8 焦红兰，黄卫祥 2. 13 t 单级减速驱动桥总成疲劳试验研究 10 9 何延俊 . 单纵臂横扭杆独立悬架驱动桥设计研究 . 10 羊玢，孙庆鸿，王睿 . 基于参数化的车辆驱动桥壳动态优化设计 05 11 杨朝会，王丰元， 马浩 . 基于有限元方法的载货汽车驱动桥壳分析 2006年第 10 期 12 李奇霏，徐梁晋 基于虚拟现实技术的中型客车驱动桥设计与开发 02 13 王革新 . 某 车型汽车驱动桥壳的力学分析 2006 02 14 王铁，张国忠，周淑文 . 路面不平度影响下的汽车驱动桥动载荷 01 15 王丰元，周群辉，杨朝会，王爱兵 . 汽车驱动桥虚拟设计系统研究 04 16 刘惟信 . 汽车车桥设计 北京 清华大学出版社 . 17 王庆五，左眆，胡仁喜 械设计高级应用实例 北京 机械工业出版社 18 . of 1986 03 19 of on J 2009 06 六、备注 本科学生毕业设计 基于有限元中型货车半轴 与桥壳的设计 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 I 摘 要 中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是中型货车重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量， 并将载荷传给车轮。其设计的成功与否决定着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。 因此，驱动桥壳应具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，合理地设计驱动桥壳也是提高汽车平顺性的重要措施。 本文以有限元静态分析理论为基础 ， 将 件 和 合 运用主要完成了以下设计内容： （ 1） 驱动桥的总体方案确定和半轴的设计校核； （ 2） 驱动桥的设计和多工况校核； （ 3） 桥壳模型的简化和 建模； （ 4） 运用 件对桥壳进行多工况分析，验证设计的合理性。 将 件 和 合 运用 ，完成了从驱动桥 壳 和半轴 三维建模到有限元分析的整个过程， 并对其进行了强度和刚度的校核。 关键词 ： 驱动桥壳 ；半轴；静力分析；强度；刚度 黑龙江工程学院本科生毕业设计 to of of of to is an In on AD of (1) (2) (3) ; (4) be of to of i 目 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 题背景目的及意义 . 1 内外研究状况 . 计主要内容和拟解决的问题 . 3 第 2 章 驱动桥的总体方案确定 . 4 计车型主要参数 . 4 动桥形式的确定 . 6 轴形式的确定 . 7 动桥设计要求 . 8 章小结 . 9 第 3 章 驱动半轴的设计 . 10 浮式半轴计算载荷的确定 . 10 浮式半轴的杆部直径的初选 . 11 浮式半轴的强度计 算 . 轴花键的强度计算 . 12 轴材料与热处理 . 13 章小结 . 4 章 驱动桥壳的设计 造整体式桥壳的结构 . . 壳的受力分析与强度计算 . 桥壳的静弯曲应力计算 . . 在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算 . . 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算 . . 汽车紧急制动时的桥壳强度计算 . 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算 . . 22 章小结 .龙江工程学院本科生毕业设计 5 章 驱动桥壳几何模型的建立 的简介 24 何模型的简化 .动桥桥壳几何模型的建立 .章小结 . 6 章 驱动桥 壳的有限元分析 .动桥壳的静力分析 . 驱动桥桥壳静力分析的典型工况 28 荷与约束的处理 30 工况的 析过程详述 31 个工况的 析结果 . .动桥壳的模态分析 .动桥 析过程详述 .动桥 析结果 .章小结 .论 .考文献 .谢 .龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 题背景目的及意义 驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量 , 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、垂向力也是经过桥壳 传到悬挂及车架或车厢上。因此 , 驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。合理地设计驱动桥壳 , 使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性 , 减少桥壳的质量 , 有利于降低动载荷 , 提高汽车行驶的平顺性和舒适性。驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值 , 然后考虑一个安全系数来确定工作应力 , 这种设计方法有很多局限性。因此近年来 , 许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。并利用有限元分析软件 内外研究状况 汽车驱动桥壳既是承载零件 , 也是传力部件 , 同时又是主减速器、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。 过去我国主要是通过对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验考核桥壳强度和刚度。有时还采用在桥壳上贴应变片的电测方法，让汽车在典型路段上满载行 驶，以测定桥壳的应力。这些方法只有在有桥壳样品的情况下才能使用，而且需要付出相当大的人力、物力和时间。 日本五十铃公司曾采用略去桥壳后盖，将桥壳中部安装主减速器处的凸包简化成规则的环形的简化方法，用弹性力学进行应力和变形的计算。弹性力学计算方法本身虽精确，但由于对桥壳的几何形状作了较多的简化，使计算结果受到很大的限制。 通常情况下，设计桥壳时多采用常规的设计方法，将桥壳看成是一简支梁，校核某些特定断面的最大应力值。例如，日本有的公司对驱动桥壳的设计要求是在 满载轴荷的作用下，弹簧座处、桥壳与半轴套管 焊接处、轮毂内轴承根部圆角处各断面的应力不应超过屈服极限。我国通常推荐将桥壳复杂的受力状况简化为四种典型的计算工况： （ 1）汽车满载以较高车速在不平路面行驶受到冲击载荷和受最大的垂直载荷工 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 况； （ 1）汽车满载以较高车速在不平路面行驶受到冲击载荷和受最大的垂直载荷工况； （ 2）汽车满载传递最大牵引力工况； （ 3）汽车紧急制动承受最大制动力工况； （ 4）汽车最大侧向力工况。 在这四种典型工况下，只要桥壳的强度得到保证，就认为该桥壳在汽车的各种行驶条件下是可靠的。 传统的桥壳强度的计算方法，只能近似计算出桥壳 某一断面的应力平均值，不能完全反映桥壳上应力及其分布的真实情况。因此，这种方法仅用于对桥壳强度的验算，或用来与其它车型的桥壳强度进行比较，而不能用于计算桥壳上某点的真实应力值。 有限单元法是近三四十年随着计算机的发展而发展起来的用于各种结构分析的数值计算方法，在一定的前提条件下，它可以计算各种机械零件的几乎所有几何部位的应力和应变。由于有限元法能够很好地模拟零部件的实际形状、结构、受力和约束，因此，其计算结果更精确，也更接近实际，可以作为设计、改进零部件的依据。同时，可以利用有限元分析的结果进行多方案的比较 ，有利于设计方案的优化和产品的改进。有限元法解决了过去对复杂结构作精确计算的困难，改变了传统的经验设计方法，有限元软件已经成为一个广为接受的工程分析工具。 目前国外有限元方法在汽车分析中得到了广泛的使用，有限元分析除了汽车结构的强度、刚度计算外，还在车身的结构的摸态分析、操纵稳定性分析、整车振动分析、传热分析（如汽缸、汽缸盖在气室燃烧时的温度分布）、空气动力学分析等各方面发挥着重要的作用。在国外，二十世纪七十年代前后，有限元方法逐渐在汽车桥壳的强度分析中得到应用。例如，美国的机械研究所、万国汽车公司等，都曾 经使用有限元法计算过桥壳的强度。 我国工程使用有限元分析方法起步较晚，但是发展较快 ,特别是近十年来 ,有限元分析方法在工程中特别是在汽车领域的应用也变得越来越广泛，也取得了一些成果。如 东南大学的羊扮，孙庆鸿等应用 件对影响驱动桥壳强度和刚度的因素进行了研究，并进行了产品结构优化设计。优化后的桥壳本体厚度由 8至 7量减轻了 克。 东风汽车公司技术中心的唐述斌，谷莉按经验对 后通过计算和试验进行校核，取得了减重 8 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 从国内的研究现状可 以看到，国内对桥壳的有限元分析虽然做了很多工作，但是与国外的研究相比有较大的差距，主要表现在多是按照经验修改主要部件的尺寸参数，往往只校核在静态工况下的强度和刚度；在桥壳的设计过程中使用有限元分析软件指导设计的应用范围较小，往往只是几个大的集团公司采用了这种先进的设计方法，大部分中小企业还未能将其应用于实际生产过程中。 计主要内容和拟解决的问题 1、设计内容 依据主要技术指标确定半轴与桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，有限元技术在 对半轴与桥壳进行 强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。 2、拟解决问题 （ 1）半轴的设计 1）半轴计算载荷的确定 2）半轴的杆部直径的初选 3）半轴的强度计算 4）半轴花键的强度计算 （ 2） 桥壳的设计 1）桥壳的受力分析 2）桥壳的静弯曲应力计算 3）各种工况下桥壳强度的校核 （ 3） 件分析验证 （ 4） 利用 件绘制半轴与桥壳图纸。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 驱动桥的总体方案确定 本设计要求设计中型载货车的驱动桥桥壳和半轴，要设计这样一个级别的驱动桥，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，车型的选择和总体方案的确定与设计的成败息息相关。 计车型主要参数 图 头柴油载货汽车 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 图 辆外形尺寸图 表 型号： 量参数（ 载质量 4870 整备质量 4830 满载总质量 9895 轴荷空载 前轴 2090 后桥 2740 轴 荷满载 前轴 2500 后桥 7395 性能参数 最高车速（ km/h） 99 最大爬坡度（ %） 25 六工况燃油消耗量（ L /100 16 等速油耗（ L/10080km/h 16 加速行驶车外最大噪声 A） 83 最小转弯半径（ m） 17 制动距离（满载、车速 60km/h） 车停放坡度 (满载、正反两方向 ) 18% 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 续行驶里程 (780 最高档经济车速（ km/h ） 47 81 尺寸参数（ 外廓尺寸 长 7840 宽 2476 高 2750 该车的发动机为型号 额定功率为 101500，最大扭矩为 450/1400。变速器型号为一汽解放 档速比为 动桥型号为一汽解放 9 吨级单级减速器，全浮式半轴直齿锥齿轮式差速器，主减速比 i=轮型号为 轮胎的滚动半径为 距 1800板弹簧中心距 1035 动桥形式的确定 由于要求设计的是 9 吨级的后驱动桥，要设计这样一个级别的驱动桥，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、建筑工黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 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。 1）圆锥行星齿轮式轮边减速桥。由圆锥行星齿轮式传动构成的轮边减速器，轮边减速比为固定值 2，它一般均与中央单级桥组成为一系列。在该系列中，中央单级桥仍具有独立性，可单独使用，需要增大桥的输出转矩，使牵引力增大或速比增大时，可不改变中央主减速器而在两轴端加上圆锥行星齿轮式减速器即可变成双级桥。这类桥与中央双级减速桥的区别在于：降低半轴传递的转矩，把增大的转矩直接增加到两轴端的轮边减速器上 ，其“三化”程度较高。但这类桥因轮边减速比为固定值 2，因此，中央主减速器的尺寸仍较大，一般用于公路、非公路 军用车。 2)圆柱行星齿轮式轮边减速桥。单排、齿圈固定式圆柱行星齿轮减速桥，一般减速比在 3 至 间。由于轮边减速比大，因此，中央主减速器的速比一般均小于 3，这样大锥齿轮就可取较小的直径，以保证重型汽车对离地问隙的要求。这类桥比单级减速器的质量大，价格也要贵些，而且轮穀内具有齿轮传动，长时间在公路上行驶会产生大量的热量而引起过热；因此，作为公路车用驱动桥，它不如中央单级减速桥。 综上所述，由于设计的驱动桥的传动比为 于 6。况且由于随着我国公路条件的改善和物流业对车辆性能要求的变化，中型汽车驱动 桥技术已呈现出向单级化发展的趋势，主要是单级驱动桥还有以下几点优点： （ 1）单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种，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）重型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，重型汽车使用条件对汽车通过性的要求降低。因此，重型汽车不必像过去一样，采用复杂的结构提高通过性； （ 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动效率提高，易损件减 少，可靠性提高。 单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看， 重型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。 2 所以此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。 轴形式的确定 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。其结够型式与驱动桥的结构型式密切相关，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。在黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 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。 如图 示， 根据半轴外端支撑形式分为半浮式， 3/4 浮式，全浮式。 （ a）半浮式 （ b） 3/4 浮式 （ c） 全浮式 图 轴支撑形式 半浮式半轴 以其靠近外端的轴颈直接支撑在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有圆锥面的轴颈及键与轮毂相固定。 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 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，直接支撑着轮毂，而半轴则以其端部与轮毂想固定 ，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， 所以 未得到推广。 全浮式半轴 的外端和以两个轴承支撑于桥壳的半轴套管上的轮毂相联接，由于其工作可靠， 广泛应用于轻型 及 以上的各类汽车上。 1 根据相关车型及设计要求，本设计采用全浮 式 半轴 。 以上 关图形和资料来自于汽车车桥设计 动桥设 计要求 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。 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 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 。 章小结 本 章首先 对各种驱动桥的结构形式做了简单的介绍，综合考虑，此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。之后又对半轴的各种支撑形式做了对比分析， 根据相关车型及设计要求， 决定 本设计采用全浮 式 半轴。 最后对选择车型的各项参数作了简要列举。黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 第 3 章 驱动半轴的设计 驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器的半轴齿轮传给驱动车轮。在一般的非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴 ，半轴将差速器的半轴齿轮与车轮的轮毂联接起来，半轴的形式主要取决半轴的支承形式：普通非断开式驱动桥的半轴，根据其外端支承的形式或受力状况不同可分为半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是中型载货汽车，采用全浮式结构。 2 设计半轴的主要尺寸是其直径，在设计时首先可根据对使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同形式半轴的分析比较，大致选定从整个驱动桥的布局来看比较合适的半轴半径，然后对它进行强度校核。 全浮式半轴计算载荷的确定 计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑到以下三种可能的 载荷工况： X （驱动力或制动力）最大时，其最大值为 2Z ，附着系数 有侧向力作用； Y 最大时，其最大值为 2Z 1 （发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数 1 在计算时取 有纵向力作用； 生在汽车以可能的高速通过不平路面时），其值为 dw 2，车轮对地面的垂直载荷，时不考虑纵向力和侧向力的作用。 由于车轮承受的纵向力 2X ，侧向力 2Y 值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即有 22222 （ 全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩可有 22 求得，其中 根据以下方法计算，并取两者中的较小者。 若按最大附着力计算，即 2 222（ 式中 ： 轮胎与地面的附着系数取 2G 汽车满载时驱动桥给水平地面的最大负荷， N；但后桥来说还应考虑到汽车加速时负腷增大量，可初取： 2G = 满G 3952471N； m 汽车加速或减速时的质量转移系数，可取 此取 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 左侧半轴所受纵向力； 右侧半轴所受纵向力。 根据上式 X=37685 N 若按发动机最大转矩计算，即 m a （ 式中： 差速器的转矩分配系数，对于普通圆锥行星齿轮差速器取 发动机最大转矩， 450N m； 汽车传动效率，计算时可取 1 或取 由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比 0i 1i =速器传动比 1i = r 轮胎的滚动半径， X= 在此 X 22 22 =18607.1 r m 全浮式半轴的杆部直径的初选 全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行 33 )03 （ 式中： d 半轴杆部的直径， 根据上式 3 9 5.2d =（ 据强度要求在此 d 取 全浮式半轴的强度计 算 首先是验算 其扭转应力 ： 316 （ 式中： T 半轴的计算转矩， N m； 根据上式 481 =(490 588) 龙江工程学院本科生毕业设计 12 半轴的扭转许用应力，取 =490588 所以满足强度要求。 半轴的最大扭转角为 310180 式中： T 半轴承受的最大转矩， 8596.5 ； l 半轴长度 800 G 材料的剪切弹性模量 04 N/ J 半轴横截面的极惯性矩， 432= 经计算最大扭转角 = 扭转角宜选为 615满足条件。 半轴花键的强度计算 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，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。本次设计采用带有凸缘的全浮式半轴，采用渐开线花键。 根据杆部直径为 45择的渐开线的花键具体参数为：花键齿数为 19，度圆直径 度圆上压力角为 30。 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s为 410 3 (半轴花键的挤压应力c为 2410 3 （ 式中： T 半轴承受的最大转矩， N m ，在此取 m; 半轴花键的外径， 此取 50 相配花键孔内径， 此取 45z 花键齿数；在此取 19 花键工作长度， 95 b 花键齿宽， m21=黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 载荷分布的不均匀系数，计算时取 根据上式可计算得s=9 6 3 =Pa c=5504 =根据要求当传递的转矩最大时，半轴花键的切应力 s不应超过 压应力 c不应超过 196 上计算均满足 要求。 以上有关花键内容查机械设计实用手册 北京 机械工业出版社； 789页 轴材料与热处理 半轴多采用含铬的中碳合金钢制造，如 4040404053540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 444(突缘部分可降至 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 63，硬化层深约为其半径的 1 3， 心部硬度可定为 35；花键部分表面硬度 50 55淬火区 (突缘等 )的硬度可定在 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 。 2 本次设计 考虑到半轴对传动系需要有一定的保护作用，故采用 45 号钢作为半轴的材料进行加工。 章小结 首先本章对 半轴的功用进行了说明，并且在纵向力最大时确定了半轴的计算载荷。对半轴进行了具体的设计计算，确定了半轴的各部分尺寸，并进行了校核。最后对材料和热处理做 了 说明。 第 4 章 驱动桥壳的设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受有车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车身，它同时又是主减速器，差速器和半轴的装配体。驱动桥壳应满足如下设计要求： 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情况下，尽量减小质量以提高行驶的平顺性； 3. 保证足够的离地间隙； 本低； 5. 保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入； 整，维修方便。 考虑的设计的是载货汽车，驱动桥壳的结构形式采用铸造整体式桥壳 。 铸造整体式桥壳的结构 通常可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。在球铁中加入 镍，解决了球铁低温（ ）冲击值急剧降低的问题，得到了与常温相同的冲击值。为了进一步提高其强度和刚度，铸造整体式桥壳的两端压入较长的无缝钢管作为半轴套筒，并用销钉固定。如图 4示，每边半轴套管与桥壳的压配表面共四处 ，由里向外逐渐加大配合面的直径，以得到较好的压配效果。钢板弹簧座与桥壳铸成一体，故在钢板弹簧座附近桥壳的截面可根据强度要求铸成适当的形状，通常多为矩形。安装制动底板的凸缘与桥壳住在一起。桥壳中部前端的平面及孔用于安装主减速器及差速器总成，后端平面及孔可装上后盖，打开后盖可作检视孔用。 另外，由于汽车的轮毂轴承是装在半轴套管上，其中轮毂内轴承与桥壳铸件的外端面相靠，而外轴承则与拧在半轴套管外端的螺母相抵，故半轴套管有被拉出的倾向，所以必须将桥壳与半轴套管用销钉固定在一起。 图 铸造整体式驱动桥结构 铸造整体式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理想的形状，壁厚能够变化，可得到理想的应力分布，其强度及刚度均较好，工作可靠，故要求桥壳承载负荷较大的中、重型汽车，适于采用这种结构。尤其是重型汽车，其驱动桥壳承载很重，在此采用球铁整体式桥壳。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 除了优点之外，铸造整体式桥壳还有一些不足之处，主要缺点是质量大、加工面多，制造工艺复杂，且需要相当规模的铸造设备，在铸造时质量不宜控制，也容易出现废品，故仅用于载荷大的中重型汽车。 桥壳的受力分析与强度计算 选定桥壳的结构形式以后，应对其进行受力分析，选择其端面尺 寸，进行强度计算。 汽车驱动桥的桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其形状复杂，而汽车的行驶条件如道路状况、气候条件及车辆的运动状态又是千变万化的，因此要精确地计算出汽车行驶时作用于桥壳各处的应力大小是相当困难的。在通常的情况下，在设计桥壳时多采用常规设计方法，这时将桥壳看成简支梁并校核某些特定断面的最大应力值。我国通常推荐：计算时将桥壳复杂的受力状况简化成四种典型的计算工况，即当车轮承受最大的铅锤力（当汽车满载并行驶与不平路面，受冲击载荷）时；当车轮承受最大切应力（当汽车满载并以最大牵引力行驶）时；当车轮承受 最大切应力（当汽车满载紧急制动）时；最大侧向力时。只要在这四种载荷计算工况下桥壳的强度特征得到保证，就认为该桥壳在汽车各种行驶条件下是可靠的。 在进行上述四种载荷工况下桥壳的受力分析之前，应先分析一下汽车满载静止于水平路面时桥壳最简单的受