重型载货汽车RL3220用13吨级驱动桥设计【采用双级主减速器】整车约10吨 总质量约20吨
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采用双级主减速器
重型载货汽车RL3220用13吨级驱动桥设计【采用双级主减速器】整车约10吨
总质量约20吨
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本科学生毕业设计RL3220用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B07-6班 学生姓名： 唐金鹏 指导教师： 李涵武 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二O一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of RL3220s 13t Drive AxleCandidate：Tang JinpengSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-6Supervisor：Associate Professor Li HanwuHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 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；CADIIABSTRACTThis design task is 13 tonnage heavy cargo automobile driving axle design, car driving axle is an important part of car chassis, general by main reducer, differential, wheel rotation device and bridge shell and other components, steering axles and patterned constant speed universal it is the role of the power transmission device universal coming over 90 degree Angle folding, change directionandthetransmission force of calm And the main reducer reduce speed, and increase torque, assigned to the differential around half shaft and the drive wheels cars driving axle is the great assembly car, bearing the car carrying and ground via wheel frame and integral by suspension of body vertical force to lead its transverse force longitudinal strength and impact load torque,; Driving axle also delivers the drivetrain And impact load; Driving axle also delivers the transmission, the maximum torque is under bridge housing, cars driving axle backlash torque structure form and design parameters in addition to the reliability of the automobile and durability are important for car around outside, also driving performance, such as dynamic economy through sexual mobility and smooth operating stability, etc have straight In addition, automobile driven axle of the various auto assembly in also covers the mechanical parts components such as varieties most portion assembly of large assembly, therefore, automobile driving axle design of mechanical parts and components involved the species is widespread For these parts of the design and manufacture of modern machinery involved a lot of car manufacturing process, through the drive axle of studying and designing practice, can better learning and mastery of the modern car design and mechanical design of the comprehensive knowledge and skillsKeywords: driving axle; Design; Calculation; Parts; CAD黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要.IAbstract.II第1章 绪论.11.1汽车驱动桥设计的意义和目的.11.2汽车驱动的研究现状及发展趋势.11.3 汽车驱动桥不同机构形式的比较3 1.3.1驱动桥的结构和种类.3 1.3.2汽车车桥的种类.3 1.3.3驱动桥结构组成.41.4 设计的主要内容.91.5 设计的基本数据.9第2章 主减速器的设计.102.1主减速器的结构形式.102.1.1主减速器的齿轮类型.112.1.2主减速器主、从动锥齿轮的支承形式.112.2主减速器的基本参数选择与设计计算.122.2.1主减速器计算载荷的确定.122.2.2主减速器基本参数的选择.132.2.3主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算.162.2.4主减速器双曲面齿轮的强度计算.172.2.5主减速器轴承的载荷计算.19 2.3 本章小结 23第3章 差速器设计.243.1对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理.243.2对称式圆锥行星齿轮差速器的结构.253.3对称式圆锥行星齿轮差速器的设计.253.3.1差速器齿轮的基本参数的选择.263.3.2差速器齿轮的几何计算.283.3.3差速器齿轮的强度计算.29 3.4本章小结.29第4章 驱动半轴的设计314.1结构形式分析.314.2全浮式半轴的设计.334.3半轴花键的强度计算.344.4半轴的结构设计及材料与热处理.35 4.5本章小结.35第5章驱动桥壳的设计.375.1铸造整体式桥壳的结构.375.2桥壳的受力分析与强度计算.38 5.2.1桥壳的静弯曲应力计算.385.2.2在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算.395.2.3汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算.395.2.4汽车紧急制动时的桥壳强度计算.41 5.3本章小结41结论.45参考文献.46致谢.62附录.63第1章 绪 论1.1汽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。1.2汽车驱动桥研究现状及发展1.2.1汽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。1.2.2驱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2408.7万美元，注册资本1680.3万美元，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80-160马力驱动桥在市场上占据着主导地位，有“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EME在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。1.3汽车驱动桥不同结构形式的比较1.3.1 汽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。1.3.2 驱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1.1所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101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1.1 驱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。1.3.3 驱动桥结构组成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1.2（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1.2（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：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1.2 螺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1.3所示，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1.3 锥齿轮悬臂式支承骑马式 骑马式支承结构如图1.4所示，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1.4 主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1.5）、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io的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io7.6的各种中小型汽车上。 （1） 单级主减速器 （2） 双级主减速器图1.5 主减速器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。1.4 设计主要内容（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。1.5设计的基本数据设计基础数据：车型载货汽车空载质量10170kg空载时前轴质量3030kg空载时后轴质量4930kg满载质量20410kg满载时前轴质量6245kg满载时后轴质量17525kg轮距前：1928mm 后：1847mm最大爬坡度28%最高车速86km/h变速器一档传动比10.12主减速器传动比5.286发动机最大转矩770Nm轮胎规格GB516-8219第2章 主减速器设计2.1主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2.3所示。图2.3中央主减速器2.1.1主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。2.1.2主减速器主，从动锥齿轮的支承形式图2.4主动锥齿轮悬臂式支承图2.5主动锥齿轮跨置式图2.6从动锥齿轮支撑形式 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2.5示）。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130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1/51/7。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2.5示）。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c等于或大于d。2.2 主减速器的基本参数选择与设计计算2.2.1主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Tce从动锥齿轮计算转矩Tce= （2.1）式中：Tce计算转矩，；Temax发动机最大转矩；Temax =770n计算驱动桥数，3；if变速器传动比，if=10.12；i0主减速器传动比，i0=5.286；变速器传动效率，取=0.9；k液力变矩器变矩系数，K=1；Kd由于猛接离合器而产生的动载系数，Kd=1；i1变速器最低挡传动比，i1=1；代入式（2.1），有：Tce=12357.192. 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 （2.2）式中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120133.26N的负荷; 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GB516-82 9.020，则车论的滚动半径为0.456m； ，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0.9，由于没有轮边减速器取1.0所以=59497.83. 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 （2.3）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0.0150.020；在此取0.018 汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取0.050.09在此取0.08；汽车的性能系数在此取0；主减速器主动齿轮到车轮之间的效率,取0.9；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。所以=2597.472.2.2主减速器基本参数的选择主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动齿轮的齿数和、从动锥齿轮大端分度圆直径、端面模数、主从动锥齿轮齿面宽和、中点螺旋角、法向压力角等。(1)主、从动锥齿轮齿数和选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：1）为了磨合均匀，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一般不小于6。4）主传动比较大时，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，和应有适宜的搭配。根据以上要求，这里取=7=37，能够满足条件：+=4440 (2)从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数对于单级主减速器，增大尺寸会影响驱动桥壳的离地间隙，减小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。可根据经验公式初选，即 （2.4）直径系数，一般取13.015.3；从动锥齿轮的计算转矩，为Tce和Tcs中的较小者。所以=（13.015.3）=（318.5374.8）初选=346.79 则=/=346.79/37=9.37参考机械设计手册选取9，则=333根据=来校核=9选取的是否合适，其中=（0.30.4）此处，=（0.30.4）=（7.359.80），因此满足校核条件。(3) 主，从动锥齿轮齿面宽和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，推荐不大于节锥的0.3倍，即，而且应满足，对于汽车主减速器双曲面齿轮推荐采用： =0.155333=51.62在此取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=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1.25，在1.52.0时效果最好，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3540，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，从锥顶看为顺时针，驱动汽车前进。(6) 法向压力角法向压力角大一些可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重合度下降。对于弧齿锥齿轮，乘用车的一般选用1430或16,商用车的为20或2230。这里取202.2.3主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算表2.1 主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算用表项 目计 算公式计 算 结 果主动齿轮齿数7从动齿轮齿数37端面模数9mm齿面宽=57mm =52mm工作齿高18 mm全齿高=22.68 mm法向压力角=20轴交角=90小齿轮轴线的偏移距EE=0.15dE=40mm分度圆直径=63 mm=333 mm节锥角arctan=90-=10.71=79.29节锥距A=取A=171.40 mm周节t=3.1416 t=28.27 mm齿顶高=7.97 mm齿根高=14.71 mm径向间隙c=c=2.25 mm齿根角=2.71面锥角=13.42=82.06根锥角=8=76.58齿顶圆直径=80.69 mm=336.36 mm节锥顶点止齿轮外缘距离=164.83 mm=22.66 mm理论弧齿厚=27.38 mm =10.32 mm齿侧间隙B=0.3050.4060.4 mm螺旋角=352.2.4主减速器双曲面锥齿轮的强度计算在选好主减速器齿轮的主要参数后，应根据所选的齿形计算锥齿轮的几何尺寸，对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。(1)单位齿长圆周力在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算，即 Nmm (2.6)式中：P作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩Temax和最大附着力矩 两种载荷工况进行计算,单位为N； 从动齿轮的齿面宽，在此取52mm.按发动机最大转矩计算时： Nmm （2.7）式中：发动机输出的最大转矩，在此取770； 变速器的传动比10.12； 主动齿轮节圆直径，在此取63mm.按上式p=4757.26Nmm按最大附着力矩计算时:Nmm （2.8）式中：汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，对于后驱动桥还应考虑汽车最大加速时的负荷增加量，在此取120133.26N； 轮胎与地面的附着系数，在此取0.85： 轮胎的滚动半径，在此取0.456m按上式p=5378.11 Nmm在现代汽车的设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力有时提高许用资料的20%25%。经验算以上两数据都在许用范围内。其中上述两种方法计算用的许用单位齿长上的圆周力p都为1865N/mm，故满足条件。(2)齿轮弯曲强度锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为： = （2.9）式中：锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力，MPa；齿轮的计算转矩，对从动齿轮，取中的较小值，为12357.19 Nm； 主动齿轮取为2597.47Nm； k0过载系数，一般取1； ks尺寸系数，0.722； km齿面载荷分配系数，悬臂式结构，km=1.05； kv质量系数，取1； b所计算的齿轮齿面宽；b=52mm D所讨论齿轮大端分度圆直径；D=333mm Jw齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取0.03将各参数代入式（2.7），有：主动锥齿轮，=325.46MPa；从动锥齿轮，=425.58MPa；按照文献1, 主从动锥齿轮的=700MPa，轮齿弯曲强度满足要求。(3)轮齿接触强度 锥齿轮轮齿的接触强度:j= （2.10）式中：j锥齿轮轮齿的齿面接触应力，MPa；D1主动锥齿轮大端分度圆直径，mm；D=63mmb主、从动锥齿轮齿面宽较小值；b=52mmkf齿面品质系数，取1.0；cp综合弹性系数，取232N1/2/mm；ks尺寸系数，取1.0；Jj齿面接触强度的综合系数，取0.01；Tz主动锥齿轮计算转矩；Tz=2597.47N.mk0、km、kv选择同式（2.7）将各参数代入式 （2.10），有：j=1971.99MPa按照文献汽车设计，jj=2800MPa，轮齿接触强度满足要求。汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为20万千米或以上时，其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。因此，驱动桥齿轮的许用弯曲应力不超过210.9Nmm.表2.2给出了汽车驱动桥齿轮的许用应力数值。 表2.2 汽车驱动桥齿轮的许用应力Nmm计算载荷主减速器齿轮的许用弯曲应力主减速器齿轮的许用接触应力差速器齿轮的许用弯曲应力按式（2.1）、式（2.3）计算出的最大计算转矩Tec，Tcs中的较小者7002800980按式（2.4）计算出的平均计算转矩Tcf210.91750210.9 实践表明，主减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷（即平均计算转矩）有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩Tec和最大附着转矩Tcs并不是使用中的持续载荷，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据。2.2.5主减速器轴承的载荷计算(1)锥齿轮齿面上的作用力锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切向方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。为计算作用在齿轮的圆周力，首先需要确定计算转矩。汽车在行驶过程中，由于变速器挡位的改变，且发动机也不全处于最大转矩状态，故主减速器齿轮的工作转矩处于经常变化中。实践表明，轴承的主要损坏形式为疲劳损伤，所以应按输入的当量转矩进行计算。经估算,这里取=1987 对于双曲面齿轮的齿面中点的分度圆直径;经计算53.33mm =281.91mm。上式参考汽车设计。(1) 齿宽中点处的圆周力齿宽中点处的圆周力为: N (2.11)式中：作用在该齿轮上的转矩，作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩=1987 ； 该齿轮的齿面宽中点处的分度圆直径.按上式主减速器从动锥齿轮齿宽中点处的圆周力 =14.10KN由可知，对于弧齿锥齿轮副，作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的。（2）锥齿轮的轴向力和径向力图2.5主动锥齿轮齿面的受力图如图2.5所示，主动锥齿轮螺旋方向为左旋，从锥顶看旋转方向为逆时针，F 为作用在节锥面上的齿面宽中点A处的法向力，在A点处的螺旋方向的法平面内，F分解成两个相互垂直的力F和，F垂直于OA且位于OOA所在的平面，位于以OA为切线的节锥切平面内。在此平面内又可分为沿切线方向的圆周力F和沿节圆母线方向的力。F与之间的夹角为螺旋角，F与之间的夹角为法向压力角，这样就有： （2.12） （2.13） （2.14）于是，作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力和径向力分别为 （2.15） （2.16）有式（2.15）可计算=10781.34N有式（2.16）可计算=4204.21N式（2.12）式（2.16）参考汽车设计。(2)主减速器锥齿轮轴承载荷的计算轴承的轴向载荷就是上述的齿轮的轴向力。但如果采用圆锥滚子轴承作支承时，还应考虑径向力所应起的派生轴向力的影响。而轴承的径向载荷则是上述齿轮的径向力，圆周力及轴向力这三者所引起的轴承径向支承反力的向量和。当主减速器的齿轮尺寸，支承形式和轴承位置已确定，则可计算出轴承的径向载荷。对于采用跨置式的主动锥齿轮和从动锥齿轮的轴承径向载荷，如图2.6所示表2.3 轴承上的载荷轴承A径向力轴承C径向力轴向力轴向力轴承B径向力轴承D径向力轴向力0轴向力0轴承A，B的径向载荷分别为R= （2.17） （2.18）根据上式已知=10781.34N，=4204.21N，a=129mm，b=89mm，c=40mm所以轴承A的径向力=15890N，其轴向力为0 轴承B的径向力R=6428.7N（1）对于轴承A，只承受径向载荷所以采用圆柱滚子轴承42608E(内径40，外径90)，此轴承的额定动载荷Cr为102.85KN，所承受的当量动载荷Q=XR=115890=15890N。（2）对于轴承B，在此并不是一个轴承，而是一对轴承，对于成对安装的轴承组的计算当量载荷时径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y值按双列轴承选用，e值与单列轴承相同。在此选用7514E型轴承。（3）对于从动齿轮的轴承C，D的径向力由计算公式较核，轴承C，D均采用7315E(内径75，外径160)，其额定动载荷Cr为125498.4N。本章小结 主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不同而不同。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式，本设计选取为双曲面齿轮，本设计的主减速比为5.286，传动比大于4.5而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮传动更合理。这是因为如果保持主动齿轮轴径不变，则双曲面从动齿轮直径比螺旋锥齿轮小，当传动比小于2时，双曲面互动齿轮相对螺旋锥齿轮主动齿轮显得过大，占据了过多的空间，这时可选用螺旋锥齿轮传动，因为后者具有较大的差速器可利用空间。对于中等传动比，两种齿轮传动均可以。第3章 差速器设计汽车在行驶过程中左，右车轮在同一时间内所滚过的路程往往不等。转弯时内、外两侧车轮行程显然不同，外侧车轮滚过的距离大于内侧的车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径的不同而使左、右车轮行程不等。如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上的滑移或滑转。这不仅会加剧轮胎的磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器，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，满足了汽车行驶运动学要求。差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。差速器有多种形式，在此设计普通对称式圆锥行星齿轮差速器。3.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理图3.1差速器差速原理当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同一半径上的A、B、C三点的圆周速度都相等（图3.1），其值为。于是=，即差速器不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳3的角速度。当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度自转时（图），啮合点A的圆周速度为=+，啮合点B的圆周速度为=-。于是+=（+）+(-)即+ =2 （3.1）若角速度以每分钟转数表示，则 （3.2） 有式（3.2）为两半轴齿轮直径相等的对称式圆锥齿轮差速器的运动特征方程式，它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此在汽车转弯行驶或其它行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。有式（3.2）还可以得知：当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传动轴时），若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。3.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构 普通的对称式圆锥齿轮差速器由差速器左右壳，两个半轴齿轮，四个行星齿轮，行星齿轮轴，半轴齿轮垫片及行星齿轮垫片等组成。如图3.2所示。由于其具有结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车上也很可靠等优点，故广泛用于各类车辆上。图3.2 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器1，12-轴承；2-螺母；3，14-锁止垫片；4-差速器左壳；5，13-螺栓；6-半轴齿轮垫片；7-半轴齿轮；8-行星齿轮轴；9-行星齿轮；10-行星齿轮垫片；11-差速器右壳3.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计由于在差速器壳上装着主减速器从动齿轮，所以在确定主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器的轮廓尺寸也受到主减速器从动齿轮轴承支承座及主动齿轮导向轴承座的限制。3.3.1差速器齿轮的基本参数的选择 (1)行星齿轮数目的选择 载货汽车采用4个行星齿轮。 (2)行星齿轮球面半径的确定 圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星齿轮的背面的球面半径，它就是行星齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器圆锥齿轮的节锥距，因此在一定程度上也表征了差速器的强度。球面半径可按如下的经验公式确定： mm (3.3)式中：行星齿轮球面半径系数，可取2.522.99，对于有4个行星齿轮的载货汽车取小值2.6； T计算转矩，取Tce和Tcs的较小值，12357.19.根据上式=60.1mm 所以预选其节锥距A=59mm(3)行星齿轮与半轴齿轮的选择为了获得较大的模数从而使齿轮有较高的强度，应使行星齿轮的齿数尽量少。但一般不少于10。半轴齿轮的齿数采用1425，大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比/在1.52.0的范围内。差速器的各个行星齿轮与两个半轴齿轮是同时啮合的，因此，在确定这两种齿轮齿数时，应考虑它们之间的装配关系，在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左右两半轴齿轮的齿数，之和必须能被行星齿轮的数目所整除，以便行星齿轮能均匀地分布于半轴齿轮的轴线周围，否则，差速器将无法安装，即应满足的安装条件为： （3.4）式中：，左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说，= 行星齿轮数目； 任意整数。在此=12，=20 满足以上要求。(4)差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定首先初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角，=30.96=59.04再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数m m=由于强度的要求在此取m=6mm得mmmm (5)压力角目前，汽车差速器的齿轮大都采用22.5的压力角，齿高系数为0.8。最小齿数可减少到10，并且在小齿轮（行星齿轮）齿顶不变尖的条件下，还可以由切向修正加大半轴齿轮的齿厚，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度。由于这种齿形的最小齿数比压力角为20的少，故可以用较大的模数以提高轮齿的强度。在此选22.5的压力角。(6) 行星齿轮安装孔的直径及其深度L行星齿轮的安装孔的直径与行星齿轮轴的名义尺寸相同，而行星齿轮的安装孔的深度就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取： （3.5）式中：差速器传递的转矩，；在此取12357.19行星齿轮的数目；在此为4 行星齿轮支承面中点至锥顶的距离，0.5d， d为半轴齿轮支承面中点处的直径，而d0.8；支承面的许用挤压应力，在此取98根据上式=0.596=48 3.3.2差速器齿轮的几何计算表3.1汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表项目计算公式计算结果行星齿轮齿数10，应尽量取最小值=12半轴齿轮齿数=1425，且需满足式（3-4）=20模数=6mm齿面宽b=(0.250.30)A20mm项目计算公式计算结果工作齿高全齿高11.86mm压力角22.5mm轴交角节圆直径；节锥角节锥距周节=18.85mm齿顶高;=6.38mm=4.51mm齿根高=5.53mm;=7.35mm径向间隙=1.179mm齿根角;=4.37; =7.10面锥角；=38.06=63.14根锥角；=26.59=51.94外圆直径；mmmm节圆顶点至齿轮外缘距离理论弧齿厚=10.73mm=8.12mm齿侧间隙=0.2450.330 mm=0.250mm弦齿厚=10.60mm=7.99mm弦齿高=6.56mm=3.45mm差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。轮齿弯曲强度为 MPa (3.6)式中：差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式在此为1853.58； 差速器的行星齿轮数； 半轴齿轮齿数； 、见式（2.8）下的说明； 计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由图3.3查得=0.225图3.3弯曲计算用综合系数根据上式MPa 980MPa所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo。此节内容图表参考了汽车设计中差速器设计一节。本章总结本章首先说明了差速器作用及工作原理，对对称式圆锥行星齿轮差速器的基本参数进行了必要的设计计算，对差速器齿轮的几何尺寸及强度进行了必要的计算，最终确定了所设计差速器的各个参数，取得机械设计、机械制造的标准值并满足了强度计算和校核。第4章 驱动半轴的设计驱动半轴位于传动系的末端，其基本功用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。对于非断开式驱动桥，车轮传动装置的主要零件为半轴；对于断开式驱动桥和转向驱动桥，车轮传动装置为万向传动装置。4.1结构形式分析半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为半浮式、34浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴(图4.1a)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，所受载荷较大，只用于轿车和轻型货车及轻型客车上。 34浮式半轴(图4.1b)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，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。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(图4.1c)的结构特点是半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相联，而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮不同女、半轴法兰平面相对其轴线不垂直等因素，会引起半轴的弯曲变形，由此引起的弯曲应力一般为570MPa。全浮式半轴主要用于中、重型货车上。在这里我们选择全浮式半轴。图4.1 半轴结构形式及受力情况图4.2a全浮式半轴支承示意图 图4.2b 1-半轴套装；2-调整螺母；3-油封；4-锁紧垫圈；5-锁紧螺母；6-半轴；7-轮毂螺母；8.10-锥轴承；9-轮毂；11-油封；12-桥壳 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。 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：（1）纵向力（驱动力或制动力）最大时，其最大值为，附着系数在计算时取0.8，没有侧向力作用；（2）侧向力最大时，其最大值为（发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数在计算时取1.0，没有纵向力作用；（3）垂向力最大时（发生在汽车以可能的高速通过不平路面时），其值为，其中为车轮对地面的垂直载荷，为动载荷系数，这时不考虑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，即有故纵向力最大时不会有侧向力作用，而侧向力最大时也不会有纵向力作用。4.1 全浮式半轴计算载荷的确定全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩可有附着力矩求得，其中，的计算，可根据以下方法计算，并取两者中的较小者。若按最大附着力计算，即 （4.1）式中：轮胎与地面的附着系数取0.8；汽车加速或减速时的质量转移系数，可取1.21.4在此取1.3。根据上式=66373.63 N ， 30266.37若按发动机最大转矩计算，即 （4.2）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0.6； 发动机最大转矩，； 汽车传动效率，计算时可取1或取0.9； 传动系最低挡传动比； 轮胎的滚动半径，m根据上式=9227.84 N在此9227.84N =30266.374.2 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 （4.3）取小值4207.895，根据上式=（45.8952.9）根据强度要求在此取47mm。4.3 全浮式半轴的强度计算首先是验算其扭转应力：MPa （4.4）式中：半轴的计算转矩，在此取12357.19；半轴杆部的直径47mm。根据上式566.99MPa=(490588) MPa所以满足强度要求。半轴的扭转角为 (4.5)式中，为扭转角；为半轴长度，取；G为材料剪切弹性模量，；为半轴截面极惯性矩，。转角宜为每米长度。计算较核得，满足条件范围。4.4 半轴花键的强度计算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 （4.6）半轴花键的挤压应力为 （4.7）式中T半轴承受的最大转矩，T=12357.19 Nm；DB半轴花键(轴)外径，DB=50mm；dA相配的花键孔内径，dA=46mm；z花键齿数，在此取20；Lp花键工作长度，Lp=70mm；b花键齿宽，b=3.77 mm；载荷分布的不均匀系数，取0.75。 将数据带入式（4.6）、（4.7）得：=62.9 MPa=142.6 MPa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，挤压应力不应超过196 MPa，以上计算均满足要求。此节的有关计算参考了汽车车桥设计中关于半轴的计算的内容。4.5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。本章总结本章对半轴做了设计计算。在全浮式半轴的设计计算中首先考虑到三种可能的载荷工况。对纵向力（驱动力或制动力）最大时，没有侧向力作用这一工况进行了计算。做了必要的半轴设计计算并进行了校核选取了机械设计、机械制造标准值，对材料和热处理做了必要的说明。第五章 驱动桥壳的设计驱动桥课的主要功用是支撑汽车质量，并承受由车轮传来的路面的反力和反力矩，并经悬架传给车架（或车身）；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体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汽车行驶平顺性（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部件和防止泥水浸入（6）拆装，调整，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。图5.1整体式桥壳a)铸造式b)钢板冲压焊接式图5.2 整体式桥壳结构示意图5.1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1.7%的镍，解决了球铁低温（-41C）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5-1所示，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5.2 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。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，故仅用于载荷大的重型汽车。5.2 桥壳的受力分析与强度计算5.2.1 桥壳的静弯曲应力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三种典型的计算工况，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，而沿两侧轮胎中心线，地面给轮胎以反力（双胎时则沿双胎中心线），桥壳则承受此力与车轮重力之差值，计算简图如图5-3所示。桥壳按静载荷计算时，在其两钢板弹簧座之间的弯矩为 （5.1） 由弯矩图（图5.3）可见，桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。由于大大地小于/2，且设计时不易准确预计，当无数据时可忽略去。而静弯曲应力为：=88.45MPa （5.2）式中：危险断面处桥壳的垂向弯曲截面； 扭转截面系数。图5.3 桥壳静弯曲应力的计算简图5.2.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算 当汽车高速行驶于不平路面上时，桥壳除承受在静载状态下的那部分载荷外，还承受附加的冲击载荷。这时桥壳载动载荷下的弯曲应力为： =221.12MPa （5.3）式中：动载荷系数，对载货汽车取2.5； 桥壳载静载荷下的弯曲应力，88.45MPa；5.2.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算 这时不考虑侧向力。图5-4为汽车以最大牵引力行驶时桥壳的受力分析简图。此时作用在左右驱动车轮上除有垂向反力外，尚有切向反力。地面对左右驱动车轮的最大切向反力共为 =15379.74N （5.4）式中：发动机的最大转矩770； 传动系最低档传动比10.12； 传动系的传动效率0.9； 轮胎的滚动半径0.456m。 图5.4 汽车以最大牵引行驶时桥壳的受力分析简图后驱动桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯曲矩为： =18748.89 （5.5）式中：汽车加速行驶时的质量转移系数1.2； 由于驱动车轮的最大切向反力使桥壳也承受水平方向的弯矩，对于装用普通圆锥齿轮差速器的驱动桥，在两弹簧之间桥壳所受的水平方向的弯矩为： （5.6） 桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩。这时在两板簧座间桥壳承受的转矩为： （5.7）式中： 见式（5.4）下的说明。 当桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面处为圆管断面时，则在该断面处的合成弯矩为： （5.8） 该危险断面处的合成应力为： （5.9）式中：危险断面处的弯曲截面系数158896.7。这时不考虑侧向力。图6.3为汽车紧急制动时桥壳的手力分析简图.此时在作用在左右驱动车轮上除有垂向反力外，尚有切向反力，即地面对驱动车轮的制动力。因此可求得：紧急制动时桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩及水平方向弯矩分别为 （5.10） （5.11）式中：见式（5.1）说明； 汽车制动时的质量转移系数，对于载货汽车的后桥，0.85； 驱动车轮与路面的附着系数0.8。 桥壳在两钢板弹簧的外侧部分同时还承受制动力所引起的转矩 （5.12）紧急制动时桥壳在两板簧座附近的危险断面处的合成应力： （5.13） 扭转应力 （5.14）综上所述，满足强度校核要求。5.2.4 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算 当汽车满载、高速急转弯时，则会产生一想当大的且作用于汽车质心处离心力。汽车也会由于其他原因而承受侧向力。当汽车所承受的侧向力达到地面给轮胎的侧向反作用力的最大值即侧向附着力时，则汽车处于侧滑的临界状态，此时没有纵向力作用。侧向力一旦超过侧向附着力，汽车则侧滑。因此汽车驱动桥的侧滑条件是： （5.15）式中：驱动桥所受的侧向力； 地面给左、右驱动车轮的侧向反作用力； 汽车满载静止于水平面时驱动桥给地面的载荷45619N； 轮胎与地面的侧向附着系数1.0。由于汽车产生纯粹的侧滑，因此计算时可以认为地面给轮胎的切向反作用力（如驱动力、制动力）为零。 汽车向右侧滑时，驱动桥侧滑时左、右驱动车轮的支承反力为： （5.16）式中：左、右驱动车轮的支承反力，N； 汽车满载时的质心高度，0.55m; 见式（5.1）下的说明； 驱动车轮的轮距1.3m。 钢板弹簧对驱动桥壳的垂向作用力为： （5.17）式中：汽车满载时车厢通过钢板弹簧作用在驱动桥上的垂向总载荷14509.874N； 弹簧座上表面离地面高度，0.4720.060+0.020=0.372mm 两板簧座中心间的距离1.19m。对于半轴为为全浮式的驱动桥，在桥壳两端的半轴套管上，各装着一对轮毂轴承，它们布置在车轮垂向反作用力的作用线的两侧，通常比外轴承离车轮中心线更近。侧滑时内、外轮毂轴承对轮毂的径向支承力如图5.6所示，可根据一个车轮的受力平衡求出。图5.6汽车向右侧滑时轮毂轴承对轮毂的径向支承力S1、S2分析用图（a）轮毂轴承的受力分析用图；（b）桥壳的受力分析用图汽车向右侧滑时左、右车轮轮毂内外轴承的径向支承力分别为: （5.18） （5.19） （5.20） （5.21）式中：轮胎的滚动半径519mm; 见图5.6，其中地面给左右驱动车轮的侧向反作用力Y2L、Y2R可由下式求得： （5.22）轮毂内、外轴承支承中心之间的距离愈大，则由侧滑引起的轴承径向力愈小。另外，足够大，也会增加车轮的支承刚度。否则，如果将两轴承的距离缩至使两轴承相碰，则车轮的支承刚度会变差而接近于3/4浮式半轴的情况。当然，的数值过大也会引起轮毂的宽度及质量的加大而造成布置上的困难。在载货汽车的设计中，常取/4。轮毂轴承承受力最大的情况是发生在汽车侧滑时，所以轮轴（即半轴套管）也是在汽车满载侧滑时承受最大的弯矩及应力。半轴套管的危险断面位于轮毂内轴承的里端处，该处弯矩为： （5.23）式中：为轮毂内轴承支承中心至该轴承内端支承面间的距离。 弯曲应力 （5.24） 剪切应力 （5.25） 合成应力 （5.26） 半轴套管处的应力均不超过。对于钢板冲压焊接整体式桥壳18，多采用或号中碳钢板（化学成分控制为的碳和不大于的硫）。 上述桥壳强度的传统计算方法，只能算出桥壳某一断面的应力平均值，而不能完全反映桥壳上应力及其分布的真实情况。它仅用于对桥壳强度的验算或用作与其他车型的桥壳强度进行比较。而不能用于计算桥壳上某点（例如应力集中点）的真实应力值。使用有限元法对汽车驱动桥壳进行强度分析，只要计算模型简化得合理，受力与约束条件处理得恰当，就可以得到比较理想的计算结果。可以得到比较详细的应力与变形的分布情况，特别是能指出应力集中区域和应力变化趋势，这些都是上述传统计算方法所难以办到的。结论驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理的分配给左右驱动轮，另外还承担作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。本设计根据传统驱动桥设计方法，并结合现代设计方法，确定了驱动桥的总体设计方案，先后进行主减速器 ，差速器，半轴以及驱动桥壳的结构设计和强度校核，并运用AutoCAD软件绘制出主要零部件的工程图及主要零部件的实体造型。设计出了13吨级的驱动桥，该驱动桥适用于重型载货汽车和工程车辆等。本设计中所选取的驱动桥为非断开式驱动桥，具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺性好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及多数的越野车和部分小轿车上。主减速器为单级减速器，单级减速器是驱动桥结构中最简单的一直偶那个，是驱动桥的基本形式，在载货汽车占主导地位，主减速器齿轮设计为双曲面齿轮，其优点在于：当双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮的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，同时啮合的齿数较多，平稳性更强。差速器设计为普通对称式圆锥行星齿轮差速器，差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度传动。所选取半轴为全浮式半轴，桥壳为整体铸造桥壳。本设计为RL3220重型汽车驱动桥设计，详细介绍后驱动桥的结构形式和工作原理，计算出主减速器、差速器、以及半轴等结构尺寸，进行了强度校核，并绘制了有关零件图和装配图。本驱动桥设计结构合理，符合实际应用，具有很好的动力性和经济型，驱动桥总成及零部件的设计能尽量满足零件的通用化和产品的系列化，便于拆装、维修、以及保养方便，机件工艺性好，制造容易。设计中还有很多的不足，有些驱动桥尺寸是根据经验得出的，给设计带来一定的影响，希望老师能给予我指导。参考文献1 刘惟信 编著.汽车车桥设计 .北京：清华大学出版社，20042 徐颢 主编.机械设计手册（第3，4卷）.北京：机械工业出版社，19913 吉林大学 王望予 主编.汽车设计(第四版).北京:机械工业出版社，20044 吉林大学 陈家瑞 主编.汽车构造(下册).北京:机械工业出版社，20055 朱孝录 主编.齿轮传动设计手册.北京：化学工业出版社，20056 邱宣怀 主编.机械设计.北京：高等教育出版社，19977 甘立勇主编 .几何量公差与检测（第七版）.上海：上海科学技术出版社，20058 李爱军，曾维鑫主编 .画法几何及机械制图 .徐州：中国矿业大学出版社，20029 刘鸿文 主编.材料力学. 北京：高等教育出版社，200410 第二汽车制造厂 何敏. EQ1141G后驱动桥.汽车运输，1992（11）11 丹东汽车制造厂 刘凤君.浅谈DD321 20系列后驱动桥的开发.1997(4)12 重载汽车驱动桥的基本结构形式.13 单级桥：重型车桥的发展方向.刘利军.14 王铁 张国忠 周淑文 东北大学学报（自然科学版）2003.24（1）15 潘明清 周晓军 雷良育 吴瑞明 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16 王东 丁杰雄 陈佳 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2003.34（10）17 县鹏宇 载重卡车车桥主减速器轴承的技术发展轴承期刊 2010.（10）18 宫宇 唐康 陈海鹏 王海旺 曹乃强 汽车差速器壳类锻件精密挤压工艺研究锻压技术期刊 2010.35（5）19 任永强 景兴淇 陈清红 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20 韩志斌 汽车设计理论与设计技术的发展黑龙江交通科技期刊21 金荣植 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）22 冯喜成 张步良 杨建军 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）23 Ford Motor Company Arup Gangopadhyay， Sam Asaro， Michael Schroder， Ron Jensen and Jagadish Sorab. Fuel Economy Improvement Through Frictional Loss Reduction in Light Duty Truck Rear Axle.SAE，200224 Dirk Spindler Georg von Petery INA-Schaeffler KG. Angular Contact Ball Bearings for a Rear Axle Differential.SAE ，2003外文翻译Automobile history It is generally claimed that the first automobiles with gasoline powered internal combustion engines were completed almost simultaneously in 1886 by German inventors working independently: Carl Benz on 3 July 1886 in Mannheim, resp. Gottlieb Daimler and Wilhelm Maybach in Stuttgart (also inventors of the first motor bike) and Austrian inventor Siegfried Marcus in Vienna.Steam-powered self propelled vehicles were devised in the late 18th century. Nicolas-Joseph Cugnot successfully demonstrated such a vehicle as early as 1769. The first vehicles were steam engine powered; probably the most notable advances in steam power evolved in Birmingham, England by the Lunar Society. It was here that the term Horsepower was first used. It was in Birmingham also that the first four wheel petrol-driven automobiles were built in Britain in 1895 by Frederick William Lanchester who also patented the disc brake in the city. Electric vehicles were produced by a small number of manufacturers. In the United States, cars in the 1890s used ethanol, an alcohol fuel; petrol (called gasoline in the U.S. and Canada) and diesel engines were implemented later. Many U.S. farmers continued to make their own alcohol fuel in corn-alcohol stills until Prohibition criminalized the production of alcohol in 1919. Brazil is the only country which produces ethanol-running cars, since the late 1970s.PopularityCugnots invention initially saw little application in his native France, and the center of innovation passed to Great Britain, where Richard Trevithick was running a steam-carriage in 1801. Such vehicles were in vogue for a time, and over the next decades such innovations as hand brakes, multi-speed transmissions, and improved speed and steering were developed. Some were commercially successful in providing mass transit, until a backlash against these large speedy vehicles resulted in passing laws that self-propelled vehicles on public roads in the United Kingdom must be preceded by a man on foot waving a red flag and blowing a horn. This effectively killed road auto development in the UK for most of the rest of the 19th century, as inventors and engineers shifted their efforts to improvements in railway locomotives. The red flag law was not repealed until 1896.The many varieties of automobile racing collectively constitute one of the most popular categories of sport in the world. Today, the USA has more cars than any other nation. Though Japan is a leading nation in car manufacturing, the average Japanese citizen cannot afford the high costs of running a car in a country where parking space is scarce and fuel is very expensive.There are offers to get a new car for free or get paid to drive them in return for displaying advertisement on the cars, and hence only available to individuals of certain profiles.The first automobile patent in the United States was granted to Oliver Evans in 1789; in 1804 Evans demonstrated his first successful self-propelled vehicle, which not only was the first automobile in the USA but was also the first amphibious vehicle, as his steam-powered vehicle was able to travel on wheels on land and via a paddle wheel in the water.About 1870 in Vienna, Siegfried Marcus put a gasoline engine on a simple handcart.On November 5, 1895, George B. Selden was granted a United States patent for a two-stroke automobile engine .This patent did more to hinder than encourage development of autos in the USA. A major breakthrough came with the historic drive of Berta Benz in 1888. Steam, electric, and gasoline powered autos competed for decades, with gasoline internal combustion engines achieving dominance in the 1910s.The large scale, production-line manufacturing of affordable automobiles was debuted by Oldsmobile in 1902, then greatly expanded by Henry Ford in the 1910s. Early automobiles were often referred to as horseless carriages, and did not stray far from the design of their predecessor. Through the period from 1900 to the mid 1920s, development of automotive technology was rapid, due in part to a huge (hundreds) number of small manufacturers all competing to gain the worlds attention. Key developments included electric ignition and the electric self-starter (both by Charles Kettering, for the Cadillac Motor Company in 1910-1911), independent suspension, and four-wheel brakes.By the 1930s, most of the technology used in automobiles had been invented, although it was often re-invented again at a later date and credited to someone else. For example, front-wheel drive was re-introduced by Andre Citron with the launch of the Traction Avant in 1934, though it appeared several years earlier in road cars made by Alvis and Cord, and in racing cars by Miller (and may have appeared as early as 1897). After 1930, the number of auto manufacturers declined sharply as the industry consolidated and matured. Since 1960, the number of manufacturers has remained virtually constant, and innovation slowed. For the most part, new automotive technology was a refinement on earlier work, though these refinements were sometimes so extensive as to render the original work nearly unrecognizable. The chief exception to this was electronic engine management, which entered into wide use in the 1960s, when electronic parts became cheap enough to be mass-produced and rugged enough to handle the harsh environment of an automobile. Developed by Bosch, these electronic systems have enabled automobiles to drastically reduce exhaust emissions while increasing efficiency and power.Model changeover and design changeCars are not merely continually perfected mechanical contrivances; since the 1920s nearly all have been mass-produced to meet a market, so marketing plans and manufacture to meet them have often dominated automobile design. It was Alfred P. Sloan who established the idea of different makes of cars produced by one firm, so that buyers could move up as their fortunes improved. The makes shared parts with one another so that the larger production volume resulted in lower costs for each price range. For example, in the 1950s, Chevrolet shared hood, doors, roof, and windows with Pontiac; the LaSalle of the 1930s, sold by Cadillac, used the cheaper mechanical parts made by the Oldsmobile division.He also conceived of the notion of the yearly model change-over, which became a three-year cycle. In the second year of the cycle, the superficial appearance of the cars changed incidentally; for the third, major changes took place, e.g., the fender dies for the 1957 Chevrolet had to be modified to produce thin, pointed fins and squarish headlamp housings. In the next cycle, the doors, roof, trunk, and often the suspension would have to be redesigned. Factories and the yearly work schedule had to be specialized to accommodate these changeovers.Such a patterns became dominant for the Big Three automakers in the US, though European firms neither amalgamated nor could afford the changeover. After the 1950s, when American firms tackled the technical problems of high-compression V-8 engines, automatic transmissions, and air conditioners, investment shifted to meeting the market for non-technical matters. This was criticized as planned obsolescence, although by this it was meant that the car would simply be made to go out of style rather than really being technically surpassed. For example, only those few American cars of the 1960s with front-wheel drive or a rear engine had a fully independent rear suspension because the Hotchkiss drive was cheaper, and people were used to it. Such malinvestment left American firms unprepared for the Oil Crisis of the 1970s and the rise of imported luxury cars in the 1980s.RegulationIn almost every nation, laws have been enacted governing the operation of motor vehicles. Most of this legislation, including limits on allowable speed and other rules of the road, are designed to ensure the smooth flow of traffic and simultaneously protect the safety of vehicle occupants, cyclists, and pedestrians.In 1965, in California, legislation was introduced to regulate exhaust emissions, the first such legislation in the world. Answering this new interest in environmental and public safety issues, the Department of Transportation (DOT) and the Environmental Protection Agency (EPA) both introduced legislation in 1968 which substantially altered the course of automotive development. Since the US market was the largest in the world (and California the largest market in the US), manufacturers worldwide were forced to adapt. For the first time, safety devices were mandatory, as were controls on harmful emissions. Prior to this legislation, even seat belts were considered extra-cost options by many manufacturers. Other countries followed by introducing their own safety and environmental legislation. In time, meeting regulations became the main challenge for the engineers designing new cars. In the decade from 1975 to 1985, the worlds manufacturers struggled to meet the new regulations, some producing substandard cars with reduced reliability as a result. However, by the end of this period, everyone had learned how to handle the newly regulated environment. The manufacturers discovered that safety and environmentalism sold cars, and some began introducing environmental and safety advances on their own initiative.Environmental improvementsAmong the first environmental advances are the so-called alternative fuels for the internal combustion engine, which have been around for many years. Early in automotive history, before gasoline was widely available at corner pumps, cars ran on many fuels, including kerosene (paraffin) and coal gas. Alcohol fuels were used in racing cars before and just after World War II. Today, methanol and ethanol are used as petrol extenders in some countries, notably in Australia and the United States. In countries with warmer climates, such as Brazil, alcohol derived from sugar cane is often used as a substitute fuel.In many countries, plentiful supplies of natural gas have seen methane sold as compressed natural gas (CNG) and propane sold as liquified petroleum gas (LPG) alongside petrol and diesel fuels since the 1970s. While a standard automotive engine will run on these fuels with very low exhaust emissions, there are some performance differences, notably a loss of power due to the lower energy content of the alternative fuels. The need to equip filling stations and vehicles with pressurized vessels to hold these gaseous fuels and more stringent safety inspections, means that they are only economical when used for a long distance, or if there are installation incentives. They are most economical where petrol has high taxes and the alternative fuels do not.Alternative fuels and batteriesWith heavy taxes on fuel, particularly in Europe and tightening environmental laws, particularly in California, and the possibility of further restrictions on greenhouse gas emissions, work on alternative power systems for vehicles continues.Diesel-powered cars can run with little or no modification on 100% pure biodiesel, a fuel that can be made from vegetable oils. Many cars that currently use gasoline can run on ethanol, a fuel made from plant sugars. Most cars that are designed to run on gasoline are capable of running with 15% ethanol mixed in, and with a small amout of redesign, gasoline-powered vehicles can run on ethanol concentrations as high as 85%. All petrol fueled cars can run on LPG. There has been some concern that the ethanol-gasoline mixtures prematurely wear down seals and gaskets. Further, the use of higher levels of alcohol require that the automobile carry/use twice as much. Therefore, if your vehicle is capable of 300 miles on a 15-gallon tank, the efficiency is reduced to approximately 150 miles. Of course, certain measures are available to increase this efficiency, such as different camshaft configurations, altering the timing/spark output of the ignition, or simply, using a larger fuel tank.Attempts at building viable battery-powered electric vehicles continued throughout the 1990s (notably General Motors with the EV1), but cost, speed and inadequate driving range made them uneconomical. Battery powered cars have used lead-acid batteries which are greatly damaged in their recharge capacity if discharged beyond 75% on a regular basis and NiMH batteries.Current research and development is centered on hybrid vehicles that use both electric power and internal combustion. Other alternatives being explored, involve methane and hydrogen-burning vehicles using fuel cells, and even the stored energy of compressed air (see Air Engine).SafetyAccidents seem as old as automobile vehicles themselves. Joseph Cugnot crashed his steam-powered Fardier against a wall in 1770. The first recorded automobile fatality was Bridget Driscoll on August 17, 1896 in London and the first in the United States was Henry Bliss on September 13, 1899 in New York City.Every year more than a million people are killed and about 50 million people are wounded in traffic (according to WHO estimates), either by crashing into something, or by being crashed into. Cars also cause innumerable injuries and deaths among millions of animals (see roadkill). Major factors in accidents include driving under the influence of alcohol or other drugs, inattentive driving, overtired driving, road hazards such as snow, potholes and animals, and reckless driving. Special safety features have been built into cars for years, some for the safety of cars occupants only, some for the safety of others.Cars have two basic safety problems: They have human drivers who make mistakes, and the wheels lose traction near a half gravity of deceleration. Automated control has been seriously proposed, and successfully prototyped. Shoulder-belted passengers could tolerate a 32G emergency stop (reducing the safe intervehicle gap 64-fold) if high-speed roads incorporated a steel rail for emergency braking. Both safety modifications of the roadway are thought to be too expensive by most funding authorities, although these modifications would dramatically increase the number of vehicles that could safely use a high-speed highway.Early safety research focused on increasing the reliability of brakes, and reducing the flammability of fuel systems. For example, modern engine compartments are open at the bottom so that fuel vapors, which are heavier than air, drain to the open air. Brakes are hydraulic so that failures are slow leaks, rather than an abrupt cable-parting. Systematic research on crash safety started in 1958 at Ford Motor Company. Since then, most research has focused on absorbing external crash energy with crushable panels, and reducing the motion of human bodies in the passenger compartment.There are standard tests for safety in new automobiles, like the EuroNCAP and the US NCAP tests There are also tests run by organizations backed by the insurance industry .Despite technological advances, the death toll of car accidents remains high: about 40,000 people die every year in the US, a number which increases annually in line with rising population and increased travel (although the rate per capita and per mile travelled decreases steadily), with similar trends in Europe. The death toll is expected to nearly double worldwide by 2020. A much higher number of accidents result in injury or permanent disability.Automobile manufactureThe automobile usually by the engine, the chassis, the automobile body, the electrical equipment four partial hosts becomesThe engine function is causes for into fuel burning to send out the power. The majority automobile all uses the reciprocation internal-combustion reciprocating engine, it generally is by the organism, the crank link motion gear, the carburetor construction, the supplies is, Cooling system, Lubrication system, Ignition system (gasoline engine uses), Starting system and so on partially is composed.The chassis accepts the engine the power, causes the automobile to have the movement, and guarantee automobile according to pilots operation normal speed. The chassis by following partially is composed：Transmission system bequeaths the engine power actuates the wheel. Transmission system including part and so on coupling, transmission gearbox, drive shaft, driving axleThe travel is each always becomes the automobile and the part company becomes an individual and plays the supporting role to the entire vehicle, guarantees the automobile normal speed. The travel is including the frame, Front Axis, the driving axle shell, the wheel (changes wheel and actuation wheel), hanging Frame (front hanging Frame and latter hanging Frame) and so on the partRevolves Direction system guaranteed the automobile can defer to the direction travel which the pilot chooses, is composed by the belt steering wheel diverter and the steering drive.Applies the brake to equip causes the automobile to decelerate or to stop, after and guaranteed the pilot departs the automobile to be able reliably stop. Each automobile applies the brake the equipment all to include certain mutually independent braking system, each braking system all by energizes the installment, the control device, the transmission device and the brake is composed.The automobile body is a place which the pilot works, also is loads the passenger and the cargo place. The automobile body should provide the convenience for the pilot the operating condition, as well as provides the comfortable safe and secure environment for the passenger or the guarantee cargo is perfect. Typical freight vehicle automobile body including vehicle in front of part and so on workpiece, cab, compartment.The electrical equipment by the power pack, the engine starting system and Ignition system, the automobile illumination and the signaller and so on is composed. In addition, more and more installs on the modern automobile with each kind of electronic installation: The microprocessor, the central computer system and each kind of artificial intelligence installment and so on, remarkably enhanced the automobile performanceIn order to satisfy the different operation requirements, the automobile overall structure and the arrangement pattern may be different. And each always becomes the relative position according to the engine the difference, the modern automobile arrangement pattern usually has the following several kindsThe engine postpositioned rear wheel drive (RR) - is at present is big, the medium passenger train is in vogue with the arrangement pattern, has reduces the room internal noise, is advantageous to merit and so on automobile body interior arrangement. The minority miniature popularization passenger vehicle also uses this kind of patternIn the engine sets at the rear wheel drive (MR) - is the arrangement pattern which the present majority Movement Pattern passenger vehicle and the formula car uses. Because these vehicle types all use the power and the size very big engine, engine arrangement in front of pilots seat and rear axle of car is advantageous to obtains best axis Holland to assign and to enhance the automobile the performance. In addition, certain is big, the medium passenger train also uses this kind of arrangement pattern, the horizontal engine which provides installs in the underfloor.The entire wheel actuation (nWD) - is the cross-country vehicle unique pattern, usual engine pretage, has the transfer case in the transmission gearbox breech loading in order to separately transports the power to the complete wheel on.译文汽车的发展史它一般被要求1886 年, 第一汽车与汽油供给动力的内燃机几乎同时被完成了由German 发明者独立地服务: 卡尔苯在1886 年7月3 日在曼海姆, resp 。Gottlieb Daimler 和Wilhelm Maybach 在斯图加特(还发明者第一马达自行车) 并且奥地利发明者Siegfried Marcus 在维也纳。供给蒸汽动力的自走车构想了在18 世纪晚期。Nicolas 约瑟夫Cugnot 成功地展示了这样一辆车早在1769 年。第一车是蒸汽引擎供给动力; 最著名的前进在蒸汽生产额大概演变了在伯明翰, 英国由月球社会。这里是, 期限马力第一次被使用了。并且是在伯明翰1895 年, 第一四辆轮子汽油被驾驶的汽车被制造了在不列颠由并且给予专利盘式制动器在城市的Frederick 威廉Lanchester 。电车由很小数量的制造商生产了。在美国, 汽车在19 世纪90 年代使用了对氨基苯甲酸二, 酒精燃料; 汽油(叫做汽油在美国和加拿大) 并且柴油引擎以后被实施了。许多美国农夫继续做他们自己的酒精燃料在玉米酒精平静1919 年直到禁止criminalized 酒精的生产。巴西是生产对氨基苯甲酸二跑的汽车的唯一的国家, 从70 年代晚期。大众化Cugnot 的发明最初地看了少许应用在他的当地法国, 并且创新的中心通过了对英国, 1801 年理查Trevithick 跑一个蒸汽支架。这样车象手闸、多速度传输、和改善的速度和指点被开发了是正在流行一度, 和下十年如此创新。一些是商业成功的在提供大规模运输, 直到后退反对这些大迅速车导致通过法律自走车在公开路在英国必须被人类在之前徒步挥动一面红旗和吹垫铁。这有效地杀害了路自动发展在英国为大多数19 世纪的剩余, 因为发明者和工程师转移了他们的努力到改善在铁路机车里。红旗法律未被撤销直到1896 年。汽车许多品种集体赛跑构成体育的当中一个最普遍的类别在世界上。今天, 美国有更多汽车比其他国家。虽然日本是一个主导的国家在汽车制造业, 一般的日本公民无法买得起跑一辆汽车的高费用在停车位是缺乏的国家并且燃料是非常昂贵的。有提议上一辆新汽车为自由或得到报酬驾驶他们以换取显示广告在汽车, 和因此只可利用到某些外形个体。创新1789 年第一汽车专利在美国被授予了Oliver Evans; 1804 年Evans 被展示他的第一辆成功的自走车, 不仅是第一汽车在美国但和他的供给蒸汽动力的车能旅行在轮子在土地并且是第一两栖车, 并且通过桨转动水。大约1870 年在维也纳, Siegfried Marcus 把汽油发动机放在一简单的handcart 上。在1895 年11月5 日, 乔治B. Selden 被授予了美国专利为专利做更多妨害比鼓励汽车发展在美国的二冲程汽车引擎
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