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中文题目：中型汽车驱动系统设计及仿真分析外文题目：THE DESIGN AND SIMULATIAN ANALYSIS OF THE MEDIUM-SIZED AUTOMOTIVE DRIVE SYSTEM毕业设计（论文）共 85 页（其中：外文文献及译文13页） 图纸共 4 张 完成日期 2018年6月15日 答辩日期 2018年6月20日目录前言11驱动桥总体布置方案分析21.1概述21.2设计主要参数21.2.1主减速比的计算31.2.2一挡传动比的确定41.3驱动桥结构形式的选择52主减速器设计62.1主减速器结构方案分析62.1.1主减速器齿轮的类型62.1.2双级主减速器的结构方案62.1.3主减速器主、从动锥齿轮的支承方案72.2主减速器比的分配72.3第一级减速器锥齿轮的设计82.3.1主减速器齿轮计算载荷的确定82.3.2锥齿轮主要参数的选择102.3.3主减速器锥齿轮的强度校核142.3.4锥齿轮的材料选择182.4第二级减速器斜齿圆柱齿轮的设计182.4.1斜齿圆柱齿轮主要参数的选择182.4.2斜齿圆柱齿轮的强度计算202.4.3斜齿圆柱齿轮的材料选择213差速器设计233.1差速器结构形式的确定233.2差速器齿轮的设计233.2.1差速器齿轮的参数选择233.2.2差速器齿轮的强度计算263.2.3差速器齿轮的材料选择264车轮传动装置设计274.1半轴的型式选择274.2半轴的设计计算274.2.1半轴的直径及长度选择274.2.2半轴的强度计算284.2.3半轴的材料选择285驱动桥的桥壳设计295.1桥壳结构型式的选择295.2桥壳的尺寸选择及静弯曲应力计算296驱动桥三维造型设计及仿真分析326.1驱动桥零件的建模326.1.1第一级减速器锥齿轮的建模及啮合装配326.1.2第二级斜齿圆柱齿轮的建模及啮合装配396.1.3行星齿轮和半轴齿轮的建模及啮合436.1.4半轴的建模456.1.5驱动桥桥壳的建模466.2驱动桥零件的装配及仿真526.2.1驱动桥各部分零件的装配526.2.2驱动桥运动仿真分析566.3驱动桥桥壳的有限元分析586.3.1最大垂向力分析606.3.2最大牵引力分析626.3.3最大制动力分析646.3.4最大侧向力分析667驱动桥技术经济性分析698结论70致谢71参考文献72附录A 译文73附录 外文文献79摘要我国商用车的制造已经成熟化，在亚洲和非洲开辟出新市场。驱动桥作为商用车底盘中关键部分，其设计要精益求精。本设计对国产商用车福田欧马可5系底盘进行了分析，决定对其驱动后桥做优化设计。先查阅多本教材及图书馆参考书籍，对驱动桥内主要部分一一分析，选型后选择合理数据，计算校核。其次根据计算所得出的各零部件参数，用自己熟悉的制图软件绘制零件图，再自己设计出装配图。通过制图来找出自己在计算设计中的失误之处，修改所得参数并修改图纸。使用UG10.0辅助、三维建模，并用其自带高级仿真模块对桥壳有限元分析。本设计的驱动桥可以安装到大部分中型汽车上，对驱动桥的设计和优化做提供了案例。关键词：主减速器；桥壳；半轴；桥壳；驱动桥；有限元分析AbstractThe manufacture of commercial vehicles in China has matured and opened up new markets in Asia and Africa. As a important part of the chassis of a commercial vehicle, the drive axle must be designed critically.The design of the domestic commercial vehicle Futian Ouma 5 Series chassis was analyzed and it was decided to optimize the design of its rear axle. First consult multiple textbooks and library reference books, analyze the main parts of the drive axle one by one, select reasonable data after the selection, and calculate and verify. Secondly, according to the calculated parameters of each part, use the familiar drawing software to draw the parts drawing, and then design the assembly drawing by yourself. Use cartography to find out where your mistakes are in the calculation design, modify the resulting parameters, and modify the drawings. Use UG10.0 assisted, three-dimensional modeling, and use its own advanced simulation module for finite element analysis of the axle housing.The design of the drive axle can be installed on most medium-sized vehicles, providing a case for the design and optimization of the drive axle.Key words:Main reducer; axle housing; half shaft; axle housing; drive axle;Finite element analysis3前言近年来我国汽车工业发展迅猛，我国商用车出口至很多国家，开辟了新兴市场。汽车驱动系统是底盘四大系统中行驶系统至关重要的一环。大部分商用车的驱动形式为前置后驱，后驱动桥的应用十分广泛。驱动桥的基本作用是增大发动机传递过来的扭矩，并且降低所传递来的转速，以及将动力传递给左右驱动轮。驱动桥的性能对整车的性能影响很大，研发一辆新型商用车时，驱动桥的设计至关重要。一般情况下，商用车驱动桥分为单级主减速器驱动桥和双级主减速器驱动桥，主要由主减速器、差速器、半轴和桥壳构成，根据车型设计需要可以加入轮边减速器。这些年汽车车桥设计人员对驱动桥各个零部件不断优化，选择更加合适的材料，提高加工工艺和检测技术。随着汽车工业的成熟，车桥制造技术向着更高标准进发，降低制造成本，提高驱动桥的性能，大转矩、质量小、高性价比、高寿命、噪音低等优点的驱动桥是我们的目标。1驱动桥总体布置方案分析1.1概述本章对驱动桥总体布置方案进行了分析，介绍了本设计参数的选取和驱动桥的三种形式1。驱动桥在设计初主要考虑以下几点要求：1） 选取合适的主减速比，保证车辆具有最佳的动力性和燃油经济性；2） 结构尺寸较小，保证车辆拥有较大的离地间隙，来满足通过性要求；3） 齿轮以及传动部件工作平稳、寿命长且噪声较小；4） 可以适用于各种载荷和转速工况，在工作时拥有优良的传动效率；5） 具有高强度和高刚度，可以承受来自路面和车架或车身给与的力，降低质量，提高行驶平顺性；6） 与悬架或者导向机构间协调配合；7） 各部件结构简单，工艺性良好，适合现代制造业生产，在维修、调整时越方便越好。1.2设计主要参数本毕业设计参数参照福田欧马可5系中卡，型号为BJ1139VJPEK-A1，发动机前置后驱，170马力，驱动形式为42，6.2米排栏板载货车，排放标准为国五/欧五。具体参数如表1-1所示。表1-1 设计参数Tab.1-1 Design parameters车辆名称：福田欧马可5系车辆类别：中型卡车中文品牌：福田英文品牌：公告批次：301免检：否发动机：ISF3.8s5168排量：3760（ml）外形尺寸：864525002830（mm）功率：125（kw)总质量：13390（kg)货厢尺寸（栏板式）：62002400550（mm）整备质量：5200（kg)准乘人数：3（人）接近角/离去角：21/10（）额定质量： 7995（kg)轴荷：4000/9390前悬/后悬：1365/2430（mm）轴数：2轴距：4700（mm）轮胎数：6最高车速：95（km/h)前轮距：1930（mm）轮胎规格：8.25R20发动机额定转速：2600（rpm）后轮距：1800（mm）发动机最大扭矩转速：1300-1700（rpm）发动机扭矩：592（Nm）1.2.1主减速比的计算主减速比在驱动桥的设计计算中至关重要，是驱动桥设计中的基础数据，直接影响了主减速器的结构尺寸。的选择影响着车辆的动力性，的计算需要通过优化设计，参照发动机参数和车辆的传动系统参数选择最佳的主减速比2。对于具有很大储备功率的轿车、长途客车，尤其是竞赛车来说，在给出发动机最大功率、转速后，所选择的值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速1。这时值应按下式来确定： （1-1）式中：是车轮滚动半径，因为选取8.25R20规格的轮胎，取；是变速器高档传动比，此处取。根据其他汽车的主减速器设计，为了让功率储备足够且最高车速稍微下降，在选择中一般比式（1-1）所求结果大1025，即按下式选择： （1-2）式中：是分动器或加力器的高档传动比，在本设计中，取1； 是轮边减速器的传动比，在本设计中，取1。根据计算出来等的主减速比，来确定主减速器型式，也应该参考车辆设计总布置中最小离地间隙的需求。为使动力满足且最高车速不大，中型卡车的主减速比在确定时要比计算大10%25%，把, , , 代入公式（1-2），计算出 ，本设计取。本设计主要应用于中型汽车，为了是离地间隙更小以及增大更大的扭矩，所以使用双级主减速器。1.2.2一挡传动比的确定计算确定传动系最大传动比时，要考虑以下三个方面：1. 最大爬坡角度（或者是1挡最大动力因数）；2. 附着力的大小；3. 汽车行驶中最低稳定车速。传动系的最大传动比通常是变速器一挡传动比与主减速比的乘积3。 则 (1-3)当汽车爬坡时车速很低，忽略影响中的空气阻力，车辆的最大驱动力应为 (1-4)各表达式展开为 (1-5)则 (1-6)G为汽车总质量载荷，单位N。一般货车最大爬坡度为30%，即。其他参数见表1-2。表1-2 计算参数表Tab.1-2 calculation parameter table(m)(kg)()0.90.024.8750.4713390592 代入式（1-6）中计算可得。1挡传动比还应满足附着条件 (1-7)对于后轮驱动汽车，最大附着力有如下公式 (1-8)式中：为后轴质量，查表得满载时取值范围为73%-75%，选取。将式（1-7）代入式（1-8）得出式中：为道路附着系数，计算时取0.5-0.6；求得。对于本设计，可取。1.3驱动桥结构形式的选择驱动桥的结构型式按汽车总体布置的情况看，有三种，一是普通的非断开式驱动桥，二是带有摆动半轴的非断开式驱动桥，三是前置前驱汽车经常使用的断开式驱动桥1。图1-1 驱动桥布置型式简图(a)普通非断开式驱动桥；(b)带有摆动半轴的非断开式驱动桥；(c)断开式驱动桥Fig.1-1 General Arrangement Type Diagram of Drive Bridgea) Normal non-disconnected drive axle ;b) Non-disconnected drive axle with swinging half shaft ; c) Disconnected drive axle经分析，考虑到所设计的中型汽车的载重和各种要求，降低生产制造成本。另由于中型汽车对驱动桥的设计没有特殊要求，满足大部分路面的正常行驶即可，所以采用普通非断开式驱动桥方案。2主减速器设计本章是是驱动桥中重要部分之一的主减速器设计。主减速器的作用是降速增扭，一般由一对或者两对相互啮合的齿轮组成，齿数少的齿轮带动齿数多的齿轮，完成减速增扭。汽车驱动桥主减速器应该满足体积小、寿命长、噪音低的要求2。2.1主减速器结构方案分析2.1.1主减速器齿轮的类型螺旋锥齿轮能够承受大的载荷，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，且当传动比小于2.0时选用螺旋锥齿轮更合理，故本次设计采用螺旋锥齿轮3。2.1.2双级主减速器的结构方案整体式双级主减速器主要有三种结构方案：1.第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮（图2-1a）；2.第一级为锥齿轮，第二级为行星齿轮；3.第一级为行星齿轮，第二级为锥齿轮（图2-1b）；第一级为圆柱齿轮，第二级为锥齿轮（图2-1c）。对于第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮的双级主减速器，可有纵向水平布置（图2-1d）、斜向布置（图2-1e）和垂向布置（图2-1f）三种布置方案。 图2-1双级主减速器布置方案Fig.2-1 Layout scheme of two-stage main reducer纵向水平布置可以使总成的垂向轮廓尺寸减小，从而降低汽车的质心高度；但使纵向尺寸增加，用在长轴距汽车上可少量减少传动轴长度。因此，他不宜用于短轴距汽车，因为过短的传动轴会导致万向传动轴加大。垂向布置使驱动桥纵向尺寸减小，可减小万向传动轴夹角；但由于主减速器壳固定在桥壳的上方，不仅使垂向轮廓尺寸增大，而且降低了桥壳刚度，不利于齿轮工作。这种布置可便于贯通式驱动桥的布置。斜向布置对传动轴布置和提高桥壳刚度有利。2.1.3主减速器主、从动锥齿轮的支承方案主减速器必须保证主、从动齿轮油良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、齿轮的装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度有关3。本设计主动锥齿轮采用悬臂式支承（图2-2a），从动锥齿轮采用跨置式支承（图2-2c）。悬臂式支承的结构特点是，在锥齿轮大端一侧有较长的轴，并在其上安装一对圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两支承间的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力有靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。为了尽可能地增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a，且应比齿轮节圆直径的70%还大，另外靠近齿轮的轴径不小于尺寸a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承轴径比另一轴承的支承轴径大些。为了增加从动锥齿轮的支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了是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，应尽量使尺寸c等于或大于尺寸d。图2-2主减速器锥齿轮的支承形式Fig.2-2 Supporting form of bevel gear of main reducer2.2主减速器比的分配锥齿轮-圆柱齿轮式双级主减速器在分配传动比时，通常将圆柱齿轮副和锥齿轮副传动比的比值取在1.42.0范围内，而且锥齿轮传动比一般为1.73.3，这样可以减小锥齿轮啮合时的轴向力和作用在从动锥齿轮及圆柱齿轮上的载荷，同时可使主动锥齿轮的齿数适当增多，使其支承轴颈的尺寸适当加大，改善支承刚度，提高啮合平稳性和工作可靠性13。设一级减速齿轮的传动比为；二级减速齿轮的传动比为i02。根据传动比分配要求，有，且，初选，则。2.3第一级减速器锥齿轮的设计2.3.1主减速器齿轮计算载荷的确定 1.按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Tce （2-1）式中：Tce为计算转矩，Nm；n为驱动桥数，为1；i01为主减速器一级传动比，为1.79；i1为变速器1挡传动比，为6；if为分动器传动比，取1.0；为发动机到万向传动轴之间的传动效率，取0.9；k为液力变矩器变矩系数，k0为最大变矩系数，取1；Temax为发动机最大转矩，为592Nm；kd为猛接离合器所产生的动载系数，kd=1，则 2.按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs （2-2）式中：Tcs为计算转矩，Nm；G2为满载状态下1个驱动桥上的静载荷，；m2为汽车最大加速度时的后轴负载荷转移系数，商用车为1.11.2，取1.1；为轮胎与路面间的附着系数，取0.85；im为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，为2.72；m为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，取0.9。则 3.按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcf （2-3）式中：Tcf为计算转矩，N m；Ga为汽车满载总重量，为133900N；fR为道路滚动阻力系数，对于货车可取0.0150.020，取0.018；fH为平均爬坡能力系数，对于轿车可取0.08；对于货车和公共汽车可取0.050.09，取0.07；fi为汽车性能系数，取值同前，为0；其他参数同前。则由式（3-1）和式（3-2）求得的计算转矩，是作用到从动锥齿轮上的最大转矩，不同于式（3-3）求得的日常行驶平均转矩。当计算锥齿轮最大应力时，计算转矩Tc应取前面两种的较小值，即=min,;当计算锥齿轮疲劳寿命时，Tc取Tcf。主动锥齿轮的计算转矩为 （2-4）式中，Tz为主动锥齿轮的计算转矩，Nm；i0为锥齿轮传动比；G为主、从动锥齿轮间的传动效率，计算时对于弧齿锥齿轮副，为95%。当计算锥齿轮最大应力时，则当计算锥齿轮的疲劳寿命时，则2.3.2锥齿轮主要参数的选择主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动锥齿轮齿数z11和z12、从动锥齿轮大端分度圆直径D12和端面模数ms、主、从动锥齿轮齿面宽b11和b12、中点螺旋角、法向压力角等12。1.主、从动锥齿轮齿数z1和z2选择主、从动锥齿轮数时应考虑如下因素：1） 为了磨合均匀，z11和z12之间避免有公约数。2） 为了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少于40。3） 为了啮合平稳、噪声小和具有高的疲劳强度，对于乘用车，z11一般不少于9；对于商用车，z11一般不少于6。4） 主传动比i0较大时，z1尽量取得少些，以便得到满意的离地间隙。5） 对于不同的主传动比，z1和z2应有适宜的搭配。 本设计初选一级减速齿轮的主动齿轮齿数为z11=14，从动锥齿轮的齿数z12=25，则，,在1.42.0范围内，符合要求。2.从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms对于单级主减速器，增加尺寸D2会影响驱动桥壳高度尺寸和离地间隙，减小D2又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。D2可根据经验公式初选，即 （2-5）式中，D2从动齿轮大端分度圆直径（mm）；为直径系数，一般为13.015.3，取14.0；Tc为从动锥齿轮的计算转矩，Tc=minTce,Tcs，为5722.27Nm。则mm圆整取D2=250mm。ms由下式计算 （2-6）式中：ms为齿轮端面模数。则同时，ms还应满足 （2-7）式中：Km为模数系数，取0.30.4，本设计取0.35。则=6.26经验算满足要求，故ms=10。3.主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2 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宽过窄及刀尖圆角过小。这样，不但减小了齿根圆角半径，加大了应力集中，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。但是齿面过窄，轮齿的表面耐磨性会降低13。对于从动锥齿轮齿面宽b2，推荐不大于其节锥距A2的0.3倍，即b20.3A2，而且b2应满足b210ms，一般也推荐b2=0.155D2。对于弧齿锥齿轮，b1一般比b2大10%。则圆整为40mm，则b1为44mm。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，轮齿小端的螺旋角最小。弧齿锥齿轮副中的中点螺旋角是相等的。选择时，应考虑它对齿面重合度F、轮齿强度和轴向力大小的影响。越大，则F也越大，同时啮合的齿数越多，传动就越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高。一般F应不小于1.25，在1.52.0时效果最好。但是过大，会导致轴向力增加。汽车主减速器弧齿锥齿轮螺旋角或双曲面齿轮副的平均螺旋角一般为3540。商用车选用较小的值以防止轴向力过大，通常取35。故中点螺旋角取35。5. 螺旋方向从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。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轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿因卡死而损坏。故采用主动锥齿轮左旋，从动锥齿轮右旋。6.法向压力角法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减小齿轮不发生根切的最少齿数。但对于小尺寸的齿轮，压力较大易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮端面重合度下降。因此，对于小负荷工作的齿轮，一般采用小压力角，可使齿轮运转平稳，噪声低。对于弧齿锥齿轮，商用车的为20或2230。故取法向压力角为20。主减速器锥齿轮的几何尺寸计算见表2-1。表2-1 主减速器锥齿轮的几何尺寸参数表Tab.2-1 Geometric parameters of bevel gears of main reducer序号计算公式数值注 释114小齿轮齿数225大齿轮齿数310模数440mm大齿轮齿面宽520压力角617.00mm齿工作高,查表3-4取1.700718.88mm齿全高,查表3-4取1.888890轴交角9140mm小齿轮分度圆直径10250mm大齿轮分度圆直径1129.25小齿轮节锥角1260.75大齿轮节锥角13143.26mm节锥距1431.42mm周节155.82mm大齿轮齿顶高,查表3-4计算取0.5821611.18mm小齿轮齿顶高177.70mm小齿轮齿根高1813.06mm大齿轮齿根高191.88mm径向间隙203.08小齿轮齿根角215.21大齿轮齿根角2234.46小齿轮面锥角2363.83大齿轮面锥角2426.17小齿轮根锥角2555.54大齿轮根锥角26159.51mm小齿轮外缘直径27255.69mm大齿轮外缘直径28119.54mm小齿轮节锥顶点至齿轮外缘距离2964.92mm大齿轮节锥顶点至齿轮外缘距离3010.53mm大齿轮理论弧齿厚，查表3-3取1.0533120.89mm小齿轮理论弧齿厚3235螺旋角表2-2载货、公共、牵引汽车或压力角为20的其他汽车螺旋锥齿轮的、和Tab.2-2 load、public、towed vehicle or other motor vehicle with a pressure angle of 20 for spiral bevel gears主动齿轮齿数567891011从动齿轮最小齿数34333231302926法向压力角20螺旋角35-4035齿工作高系数1.4301.5001.5601.6101.6501.6801.9561.700齿全高系数1.5881.6661.7331.7881.8321.8651.8821.888大齿轮齿顶高系数0.1600.2150.2700.3250.3800.4350.4900.46+表2-3 螺旋锥齿轮的大齿轮理论弧齿厚SKTab.2-3 Spiral bevel gear theoretical arc tooth thickness SKz z 67891011300.9110.9570.9750.9971.0231.053400.8030.8180.8370.8600.8880.948500.7480.7570.7770.8280.8840.946600.7150.7290.7770.8280.8830.9452.3.3主减速器锥齿轮的强度校核在选好主减速器锥齿轮的主要参数后，可根据所选择的齿形计算锥齿轮的几何尺寸，而后根据所确定的计算载荷进行强度验算，以保证锥齿轮有足够的强度和寿命。轮齿损坏形式主要有弯曲疲劳折断、过载折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等13。1. 单位齿长圆周力主减速器锥齿轮表面的耐磨性，常用轮齿上的单位齿长圆周力来估算。即 （2-8）式中：p为轮齿上的单位齿长圆周力，N/mm；F为作用在轮齿上的圆周力，N；b2为从动齿轮的齿面宽，mm。 许用的单位齿长圆周力p见教材表5-1。在现代汽车设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，p有时高出表中数值的20%25%。按发动机最大转矩计算时 103 （2-9）式中：ig为变速器传动比，在此取一档传动比6；D1为主动锥齿轮中点分度圆直径，mm；其他符号同前。103=1141.71N查表得，p=1429N，故符合要求。按驱动轮打滑的转矩计算时 （2-10）式中符号同前。则查表得p=1429N，1.25p=1786N，故符合要求。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数据的20%25%。表3-6 单位齿长圆周力许用值p (N/m)Tab.3-6 Allowable value of long circumferential force of unit tooth ( N / m )参数类别p(按最大转矩计算）p(按打滑转矩计算）轮胎与地面的附着系数1挡2挡直接乖用车8935363218930.85商用车货车14292501429客车9822142. 轮齿弯曲强度锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为 103 （2-11）式中：w为锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力，MPa；Tc为所计算齿轮的计算转矩，Nmm，对于主动齿轮，Tc还要按式（3-4）进行换算；k0为过载系数，一般取1；ks为尺寸系数，它反映了材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸及热处理等因素有关，当ms1.6mm时，ks=(ms/25.4)0.25=0.79；km为齿面载荷分配系数，跨置式结构，km=1.01.1；悬臂式结构，km=1.001.25，则主动轮取1.2，从动轮取1.05；kv为质量系数，当轮齿接触良好，齿距及径向跳动精度高时，kv=1.0；b为所计算齿轮的齿面宽，b1=44mm，b2=40mm；D为所讨论的齿轮的大端分度圆直径，D1=140mm，D2=250mm；Jw为所计算齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，其值按机械设计手册取得，取大齿轮J=0.206，小齿轮J=0.273。上述按minTce,Tcs计算的最大弯曲应力不超过700MPa；按Tcf计算的疲劳弯曲应力不应超过210MPa，迫害的循环次数为6106。按minTce,Tcs计算，103=460.84700MPa故符合要求。按Tcf计算，103=182.19210MPa故符合要求。锥齿轮满足设计需求，可用。3.轮齿接触强度锥齿轮轮齿的齿面接触应力为 （2-12）式中：J为锥齿轮轮齿的齿面接触应力，MPa；D1为主动锥齿轮大端分度圆直径，140mm；b为b1和b2中的较小值，为b2=40mm；ks为尺寸系数，它考虑了齿轮尺寸对淬透性的影响，通常取1.0；kf为齿面品质系数，它取决于吃面的表面粗糙度及表面覆盖层的性质（如镀铜、磷化处理等），对于制造精确的齿轮，kf取1.0；cp为综合弹性系数，钢对钢齿轮：cp取232.6N1/2/mm；JJ为齿面接触强度的综合系数，其值按机械设计手册取得，取0.88；k0，km，kv见式（3-11）的说明。 上述按minTce，Tcs计算的最大接触应力不应超过2800MPa；按Tcf计算的疲劳接触应力不应超过1750MPa。主、从动齿轮的齿面接触应力是相同的。按minTce,Tcs计算，故符合要求。按Tcf计算，故符合要求。主、从动锥齿轮的齿面接触应力是相同的，所以锥齿轮符合要求。2.3.4锥齿轮的材料选择驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其他齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点，是传东西中的薄弱环节。锥齿轮材料应满足如下要求：1） 具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。2） 轮齿心部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。3） 锻造性能、可加工性及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。4） 选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的材料，而是选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。本设计采用20CrMnTi。渗碳合金钢的优点是表面可得到碳含量较高的硬化层（一般碳的质量分数为0.8%1.2%），具有相当高的耐磨性和抗压性，而心部较软，具有良好的韧性，故该材料的抗弯强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于其碳含量较低，故锻造性能和可加工性较好。其主要缺点是热处理费用高；表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力是可能产生塑性变形；如果渗透层与心部的碳含量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。为改善新齿轮的磨合，防止其在运行初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理及精加工后，作厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高齿轮寿命的25%。对于滑动速度高的齿轮可进行渗硫处理，以提高耐磨性。渗硫后摩擦因数可显著降低，这样即使润滑条件较差，也能防止齿面擦伤、咬死和胶合。2.4第二级减速器斜齿圆柱齿轮的设计2.4.1斜齿圆柱齿轮主要参数的选择1.主、从动齿轮的齿数z21和z22二级齿轮副的传动比为i02=2.985，根据机械设计手册，初选主动齿轮齿数为z21=15，z22=41，则i02=z22/z21=2.73验算，i02/i01=1.525,在1.42.0之间，且15与41无公约数，故符合要求。2.法向模数mn选用推荐模数mn=6。3.法向压力角n和螺旋角取法向压力角n=20，的推荐值一般为1520，故初选=15。4.主、从动齿轮的节圆直径d21和d22mmmm故d21=93mm，d22=255mm。5.齿宽b齿宽的计算公式为b1=dd21式中：d为齿宽系数，取0.85；d21为小齿轮分度圆直径，93mm；则b1=0.8593=79.05mm圆整为80mm。根据经验公式，b2=b1-5=80-5=75mm故b1为80mm，b2=75mm。6. 螺旋方向本设计一级从动锥齿轮为右旋，为抵消部分轴向力，故主动斜齿圆柱齿轮的旋向应为左旋，则从动斜齿圆柱齿轮旋向为右旋。斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算见表3-2。表3-2 斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算用表Tab.3 - 2 Table for Calculation of Geometric Dimension of Helical Cylindrical Gear序号名称代号小齿轮大齿轮计算结果1齿数比,按传动要求确定2.732分度圆直径，3齿数设计值设计值，4法向模数推荐值65法向压力角推荐值206螺旋角推荐值一般为1520157齿宽系数一般取0.850.858齿宽，9齿距18.84mm10齿顶高，6mm11齿根高hf7.5mm12齿全高h13.5mm13中心距a， 可圆整174mm14齿顶圆直径da1=105mm，da2=267mm15齿根圆直径df1=78mm，df2=240mm2.4.2斜齿圆柱齿轮的强度计算1. 轮齿弯曲强度计算斜齿圆柱齿轮的弯曲应力为 （2-13）式中：w为齿轮的弯曲应力；Tg为计算载荷，取Temax=592000Nmm；为齿轮螺旋角，为15；K为应力集中系数，取1.50；z为小齿轮齿数，为15；mn为法向模数，为6；y为齿形系数，查得为0.19；Kc为齿宽系数，取8.0；K为重合度影响系数，取2.0。许用应力对货车为100250MPa。则100MPa故符合要求。2.轮齿接触强度计算轮齿接触应力j （2-14）式中：j为轮齿的接触应力，MPa；F为齿面上的法向力，F=F1/（coscos）；F1为圆周力，F1=2Tg/d；Tg为计算载荷，为592000Nmm；d为节圆直径，mm；节点处压力角；为齿轮螺旋角；则E为齿轮材料的弹性模量，为2.1105MPa；b为齿轮接触的实际宽度，为75mm；z、b为主、从动轮节点处的曲率半径；rb、rz为主、从动齿轮节圆半径。则对斜齿轮z=（rzsin）/cos2 =17.05，b=（rbsin）/cos2 =46.74。则查得其许用应力范围为13001400MPa，所以设计符合其要求。2.4.3斜齿圆柱齿轮的材料选择二级圆柱斜齿轮多数采用渗碳合金钢，其表层的高硬度与心部的高韧性相结合，能大大提高齿轮的耐磨性及抗弯曲疲劳和接触疲劳的能力。在选用钢材及热处理时，对可加工性及成本也应考虑。国内汽车齿轮材料主要采用20CrMnTi、20Mn2TiB、15MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、28MnCr5。渗碳齿轮表面硬度为5863HRC，心部硬度为3348HRC。值得指出的是，采取喷丸处理、磨齿、加大齿根圆弧半径和压力角等措施，能使齿轮得到强化。对齿轮进行强力喷丸处理以后，轮齿产生残余压应力，齿轮弯曲疲劳寿命可成倍提高，接触疲劳寿命也有明显改善。在加大齿根圆弧半径的同时，进行强力喷丸处理，不仅可使残余压应力进一步增加，还改善了应力集中。齿轮在热处理之后进行磨齿，能消除齿轮热处理的变形，经过磨齿后，齿轮精度要高于热处理前剃齿和挤齿齿轮精度，使得传动平稳，效率提高，并在同样负荷条件下，磨齿的弯曲疲劳寿命比剃齿的要高近一倍。3差速器设计汽车在行使过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行使阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行使或直线行使，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。差速器是个差速传动机构，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，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。3.1差速器结构形式的确定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。差速器按其结构特征不同，分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，它具有结构简单、质量较小等优点，故应用广泛。它又分为普通锥齿轮式差速器，摩擦片式差速器和强制锁止式差速器。本次设计采用普通锥齿轮式差速器，它结构简单，工作平稳可靠，适用于本设计的汽车驱动桥。3.2差速器齿轮的设计3.2.1差速器齿轮的参数选择1.行星齿轮数n行星齿轮数n需根据承载情况来选择，在承载不大的情况下n可取两个，反之应取n=4。轿车差速器一般有2个行星齿轮；货车和越野车一般有4个。本设计取n=4。2.行星齿轮球面半径Rb行星齿轮球面半径Rb反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力，可根据经验公式来确定 （3-1）式中：Kb为行星齿轮球面半径系数，Kb=2.53.0，对于有四个行星齿轮的乘用车和商用车取小值，取2.6；Td为差速器计算转矩，Td=minTce,Tcs，为5722.27Nm；Rb为球面半径。则mm取整为47mm。行星齿轮节锥距A0为 A0=（0.980.99）Rb （3-2）则 A0=46.0746.54mm，取46.50mm。3. 行星齿轮和半轴齿轮齿数z1、z2为了使轮齿有较高的强度，希望取较大的模数，但尺寸会增大，于是又要求行星齿轮的齿数z1应取少些，但z1一般不少于10.半轴齿轮齿数z2在1425之间选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比z2/z1在1.52.0的范围内。为使两个或四个行星齿轮能同时与两个半轴齿轮啮合，两半轴齿轮的齿数和必须能被行星齿轮数整除，否则差速器不能装配。本设计取z1=10，z2=16，则z2/z1=1.6，且2z2=32能被4整除，故符合要求。4. 行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2及模数m行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2分别为 （3-3）则1=32，2=58。锥齿轮大端的端面模数m为 （3-4）则m=4.51，为了让齿轮取得更大的强度，模数取8。5.压力角 汽车差速齿轮大都采用压力角为2230、齿高系数为0.8的齿形。某些总质量较大的商用车采用25压力角，以提高齿轮强度。本设计采用2230的压力角，齿形系数为0.8。6. 行星齿轮轴直径d及支撑长度L行星齿轮轴d为 （3-5）式中：T0为差速器壳传递的扭矩，为5722.27Nm；n为行星齿轮数，为4；rd为行星齿轮支撑面中点到锥顶的距离，约为半轴齿轮齿宽中点处平均直径的一半；c为支撑面允许挤压应力，取98MPa。则行星齿轮在轴上的支撑长度L为 （3-6）则。差速器齿轮的几何尺寸计算见表3-1。表3-1 差速器齿轮的几何尺寸计算用表Tab.3-1 geometric size calculation table for differential gear序号名称代号计算公式计算结果1行星齿轮数z1z110，应尽量取小值102半轴齿轮齿数z2z2=1425163模数m84齿面宽FF=（0.250.30）A0；F10m15mm5齿工作高h2h2=1.6m12.806齿全高hh=1.788m+0.05114.367压力角一般汽车取2230，某些重型汽车取2522308轴交角=90909分度圆直径dd1=mz1；d2=mz2d1=80mmd2=128mm10节锥角1=arctan（z1/z2）2=arctan（z2/z1）1=322=5811节锥距A0A0=（0.980.99）Rb46.5mm3.2.2差速器齿轮的强度计算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计算。轮齿弯曲应力w为 （3-7）式中：n为行星齿轮数，为4；J为综合系数，按图3-1取得，取0.226；b2、d2分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径，b2=15mm，d2=128mm；Tc为半轴齿轮计算转矩，Tc=0.6T0；kv、ks、km按主减速器齿轮强渡计算的有关数值选取，kv=1.0，ks=(m/25.4)0.25=0.75，km=1.0。 当T0=minTce，Tcs时，w=980MPa；当T0=Tcf时，w=210MPa。 按minTce,Tcs计算，Tc=0.65722.27=3433.36Nm,则故符合要求。按Tcf计算，Tc=0.62262.30=1357.38Nm，则故符合要求。锥齿轮满足设计需求，可用。3.2.3差速器齿轮的材料选择差速器齿轮与主减速器齿轮一样，基本都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛采用。本设计采用20CrMnTi。4车轮传动装置设计驱动车轮的传动装置位于传动系的末端，其基本功用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。对于断开式驱动桥和转向驱动桥，驱动车轮的传动装置为万向传动装置；对于非断开式驱动桥，驱动车轮传动装置的主要零件为半轴。本设计为非断开式驱动桥，采用的车轮传动装置为半轴。4.1半轴的型式选择半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴的结构特点是，半轴外端的支撑轴承位于半轴套管外端的内孔中，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，只用于乘用车和总质量较小的商用车上。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，直接支承于车轮轮毂，而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉连接。该形式半轴的受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般仅用在乘用车和总质量较小的商用车上。全浮式半轴的结构特点是，半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相连，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他反力和弯矩全部由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮不同心、半轴法兰平面性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总质量较大的商用车上。本设计采用全浮式半轴。4.2半轴的设计计算4.2.1半轴的直径及长度选择全浮式半轴杆部直径可按下式初选。 （4-1）式中：d为半轴杆部直径，mm；M为半轴计算转矩，为5722270Nmm；K为直径系数，取0.2050.218。则为了满足强度需要，取d=42mm。由轮距1800mm和车宽2500mm，初选半轴长度1030mm。4.2.2半轴的强度计算半轴的扭转应力为 （4-2）式中：为半轴扭转应力；d为半轴直径，为42mm。则半轴的扭转角为 （4-3）式中：为扭转角；l为半轴长度，为1030mm；G为材料的切变模量，钢材一般为80GPa；Ip为半轴断面的极惯性矩，,为305490mm4。半轴的扭转切应力宜为500700MPa，转角宜为每米长度615。故应力及转角均符合要求。4.2.3半轴的材料选择为了使半轴的花键内径不小于杆部直径，常常将加工的端部做的粗些，并适当地减小花键槽的深度，因此花键的齿数就必然要增加，通常取10齿（轿车半轴）18齿（载货汽车半轴）。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构上设计尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。重型汽车半轴杆部较粗，外端凸缘较大。在现代汽车半轴上，渐开线运用的比较广泛。半轴多采用含铬的中碳合金钢制造，如40Cr,40CrMnMo, 40CrMnSi，40CrMnA,35CrMnSi等。5驱动桥的桥壳设计驱动桥桥壳是汽车上的主要零件，非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车载荷的作用，并将载荷传到车轮上。作用在驱动车轮的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是径桥壳传到悬架及车架或车厢上的。因此桥壳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的外壳14。在汽车行驶过程，桥壳承受繁重的载荷，设计时必须考虑：1.动载荷下桥壳有足够的强度与刚度；2.为了减小簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性，在保证强度与刚度的前提下力求减小桥壳的质量；3.结构简单，制造方便有利于降低成本；4.结构应利于主减速器的拆装、调整、维修和保养；5.考虑所设计车辆的类型、使用要求、制造条件、材料供应1。5.1桥壳结构型式的选择根据这次设计所参考的车型为中型卡车，因此采用钢板冲压焊接整体桥壳。5.2桥壳的尺寸选择及静弯曲应力计算在两钢板弹簧座之间的弯矩为： （5-1）式中：汽车满载静止于水平地面时驱动桥给地面的载荷；取97747N；车轮的重力；驱动车轮的轮距；取1.8m;S驱动桥壳上的两弹簧座之间的距离；取1.10m。如图5-1所示，为车桥的弯矩图9。图5-1车桥的弯矩图Fig.5-1 Bending moment diagram of axle 桥壳的危险截面通常在钢板弹簧附近。由于最大值小于，且设计时不易准确预计，当无数据时可以忽略去。代入数字有：这样的弯曲应力 (5-2)式中：危险断面处桥壳的垂直弯曲截面系数（如图6-4所示）；图5-1桥壳弹簧座附近的断面形状Fig.5-1 Cross-section shape near the spring seat of the bridge housing初步方管的断面，其中H=140，h=100,B=120,b=80。厚度都为20.则垂直水平弯曲截面系数分别有：则静弯曲应力有：6驱动桥三维造型设计及仿真分析现代汽车设计使用CAD、UG和CATIA制图软件建立模型，在完成建模后将模型用CAE软件进行分析，增加了效率，也更有利于提高设计的质量，为制造出理想的驱动桥提供了便利。本章详细介绍了使用UG10.0制图软件绘制本设计中的驱动桥，建模步骤清晰明了。6.1驱动桥零件的建模6.1.1第一级减速器锥齿轮的建模及啮合装配如图6-1和6-2所示，启动UG10.0，找到新建，点击并选择建模，文件名为zhuichilunniehe.prt，点击确定（此步骤在后续的建模过程中不予赘述）10。图6-1UG10.0初始界面Fig.6-1 UG10.0 initial interface图6-2新建界面Fig.6-2 New Interface如图6-3所示，在建模界面点击格里森弧齿锥齿轮的创建，选择创建齿轮。图6-3创建齿轮Fig.6-3 Creating gears如图6-4所示，输入在第三章计算出来的主动弧齿锥齿轮参数，点击确定。图6-4主动锥齿轮参数Fig.6-4 Drive bevel gear parameters如图6-5所示，选择矢量对象。图6-5 选择矢量对象Fig.6-5 Select Vector object如图6-6所示，选择创建齿轮的所在点，我选择了原点，点击确定，系统生成了本设计中所需要的主动锥齿轮。生成的齿轮如图1-7所示。图6-6输出坐标Fig.6-6 Output coordinates图6-7主动锥齿轮Fig.6-7 Active bevel gear创建从动锥齿轮的步骤同上，如图6-8所示，在格里森锥齿轮创建菜单中输入从动锥齿轮的参数，生成了如图6-9所示的从动锥齿轮。图6-8从动锥齿轮参数Fig.6-8 Driven bevel gear parameters图6-9从动锥齿轮Fig.6-9 driven bevel gear如图6-10所示，选择格里森弧齿锥齿轮建模，选择齿轮啮合选项，点击确定。把画好的主动锥齿轮设置为主动齿轮，从动锥齿轮设置为从动齿轮，设置从动齿轮轴向向量，点击确定，如图6-11所示。主动锥齿轮和从动锥齿轮的啮合装配就完成了，如图6-12所示10。图6-10创建齿轮菜单Fig.6-10 Creating Gear menu图6-11齿轮啮合菜单Fig.6-11 Gear meshing menu图6-12齿轮啮合Fig.6-12 Gear meshing下面继续对从从动锥齿轮的建模，选择从动锥齿轮的背面绘制草图，在中心点画一个直径为110mm的圆，拉伸选择布尔求差，切除一个圆柱，如图6-13所示。图6-13切除圆柱Fig.6-13 Removal of cylinders再选择之前画草图的，以原点为圆心画一个直径为132mm的圆，在画一条经过圆心和圆，并且平行于Y轴的线段，取线段与圆的交点，在此打个直径为10mm的孔，如图6-14所示。再选择该孔，点击阵列特征，阵列出12个同样的孔，如图6-15所示。至此从动锥齿轮建模完成。图6-14打孔Fig.6-14 perforation图6-15阵列孔Fig.6-15 Array holes下面开始主动锥齿轮轴的建模。上面已经创建了主动锥齿轮，在主动锥齿轮的背面画草图，画一个直径为80mm的圆，拉伸长度为48mm，如图6-16所示。图6-16拉伸圆柱Fig.6-16 stretched cylinder在拉伸出来的圆柱体上建立圆台，底部直径80mm，顶部直径50mm，高度23mm，如图6-17所示。再点击圆台，画出一个底部直径50mm,顶部直径80mm，高度为7mm的圆台。然后在新画出来的圆台上拉伸一个半径为40mm的圆柱体，再拉伸一个直径为60mm的圆柱体。在圆柱上建立渐开线花键，花键模数为3，齿数为16，花键长度74mm，压力角20度。在花键上拉伸一个直径为27mm的圆柱，并画上外螺纹。上面打上垂直的两个小孔。根据情况选择适当的倒圆和倒角，主动追齿轮轴建模完成。主动追齿轮轴和从动锥齿轮啮合如图6-18所示。图6-17建立圆台Fig.6-17 setting up a round table图6-18第一级减速器Fig.6-18 first stage reducer6.1.2第二级斜齿圆柱齿轮的建模及啮合装配新建一个名为“erjiyuanzhuchilunniehe.prt”的文件，点开圆柱齿轮的建模菜单，分别输入主动圆柱齿轮和从动圆柱齿轮的参数，如图6-19和图6-20所示。点击齿轮啮合，让两个斜齿圆柱齿轮啮合，如图6-21所示10。图6-19主动圆柱齿轮参数Fig.6-19 parameters of spur gear图6-20从动圆柱齿轮参数Fig. 6-20 driven cylindrical gear parameters图6-21圆柱齿轮啮合Fig.6-21 Cylindrical gear meshing开始主动齿轮轴的建模。在主动圆柱齿轮的一面的中心画一个直径为72mm圆，拉伸一个长度为31mm的圆柱体。在新建立的圆柱体上依次拉伸一个直径为76mm、长度28mm，直径110mm、长度10.5mm，直径155mm、长度10mm，直径55mm、长度22mm的圆柱体。在直径为155mm、长度10mm的圆柱体上上打孔，并阵列出12个同样的孔，如图6-22所示。图6-22阵列孔Fig.6-22 array holes在齿轮的另一端拉伸出两个圆柱，第一个直径为72mm，长度为34mm；第二个直径为50mm，长度为21mm。如图6-23所示。进行倒圆和倒斜角，主动圆柱齿轮轴建模完毕。图6-23圆柱齿轮轴Fig.6-23 Cylindrical gear shaft从动圆柱齿轮的建模。在靠近从动锥齿轮的一面开始画草图，依次切除直径210mm、长度11mm，直径166mm、长度36mm和直径210mm、长度28mm的圆柱体。画一个直径为195mm的圆，画一条过原点且与Y轴成22.5度的线段，在线段与圆的交点处打孔，如图6-24所示。阵列出8个同样的孔。在从动圆柱齿轮上做出倒圆和倒斜角，从动圆柱齿轮建模完成。主动圆柱齿轮和从动齿轮啮合如图6-25所示。图6-24打孔Fig.6-24 perforation图6-25圆柱齿轮啮合Fig.6-25 Cylindrical gear meshing6.1.3行星齿轮和半轴齿轮的建模及啮合新建一个名为“chasuqichilunniehe.prt”的文件，点开锥齿轮的建模菜单，输入行星齿轮的参数，如图6-26所示。图6-26行星齿轮参数Fig.6-26 Planetary Gear Parameters选择矢量方向，确定位置，生成了行星齿轮，一共创建四个，图6-27所示。图6-27行星齿轮Fig.6-27 Planetary gear每个行星齿轮中心都要切除一个直径为26mm的圆柱，给十字轴的安放提供位置，如图6-28所示。图6-28行星齿轮Fig.6-28 Planetary gear点击建立锥齿轮，输入半轴齿轮的参数，生成半轴齿轮，在半轴齿轮的背面拉伸一个直径65mm，长度为20mm的圆柱，如图6-29所示。图6-29半轴齿轮Fig.6-29 Half-axle gears点击齿轮啮合，将四个行星齿轮和两个半轴齿轮啮合，如图6-30所示。图6-30差速器齿轮Fig.6-30 differential gear在半轴齿轮上做出内花键，加上倒圆和倒角，差速器齿轮部分完成建模。6.1.4半轴的建模新建一个名为“banzhou.prt”的文件，选择XZ平面画草图，画一个直径180mm的圆，拉伸为一个长15mm的圆柱，如图6-31所示。图6-31拉伸圆柱Fig.6-31 stretched cylinder在圆柱的右面沿Y轴方向拉伸一个直径42mm，长度888mm的细长的圆柱体，再在另一端做出模数为3，齿数12的渐开线花键。如图6-32所示。图6-32半轴花键Fig.6-32 Half-axis spline在半轴的另一端拉伸一个小圆柱，并做适当修整，在盘上打出M12螺纹孔，半轴的建模就完成了。如图6-33所示。图6-33半轴Fig.6-33 Half-axis6.1.5驱动桥桥壳的建模新建一个名为“qudongqiaoke.prt”的文件，创建草图选择YZ面，在原点画一个直径430mm的圆，对称拉伸出一个长度150mm的圆柱体。如图6-34所示。图6-34拉伸圆柱Fig.6-34 stretched cylinder 在YZ面上继续画草图，如图6-35所示。对称拉伸草图，总宽120mm，如图6-36所示。经过两次镜像图6-36中的特征，桥壳初步形成。图6-35草图Fig.6-35 sketches图6-36拉伸草图Fig.6-36 drawing sketch点击圆柱上的一个面，选择抽壳，设定驱动桥壳厚20mm，点击确定。如图6-37所示。图6-37抽壳Fig.6-37 Shell extraction在抽壳去除的面的那面画草图，一个直径为430mm的圆，一个直径为375mm的圆，把圆环拉伸35mm。如图6-38所示。图6-38拉伸圆环Fig.6-38 stretch ring在圆环拉伸出来的筒上画个直径395mm的圆，在圆上与Y轴呈11.5度的点打螺纹孔，并且围绕原点阵列12个孔，如图6-39所示。图6-39螺纹孔Fig.6-39 threaded holes在驱动桥与钢板弹簧连接的地方为驱动桥的危险截面，设计时对其进行加厚处理，先画出两块，随后通过镜像特征，在驱动桥两边都加厚，如图6-40所示。图6-40加厚钢板Fig.6-40 thickened steel plate为了固定轮毂和轴套，在桥壳上做出特征，并镜像该特征，如图6-41所示。图6-41固定板Fig.6-41 Fixed-plate在桥壳一侧拉伸个圆台，底部直径120mm，顶部直径95mm，高度125mm。如图6-42所示。镜像该圆台到桥壳的另一侧。在圆台的顶部面向驱动桥内部拉伸直径为95mm，长度305mm的圆柱，镜像该特征到另一侧，如图6-43所示。在桥壳的左右两端的圆台中点开始切除直径为45mm的圆柱，用来放置半轴，如图6-44所示。图6-42圆台Fig.6-42 round table图6-43拉伸圆柱Fig.6-43 stretched cylinder图6-44切除圆柱Fig.6-44 removal of cylinders在桥壳的背面切除一个圆柱，使桥壳体积变大，能放得下从动圆柱齿轮，如图6-45所示。图6-45切除Fig.6-45 excision在草图中画一个直径390mm的圆，再画一条通过圆心并且与Y轴呈15度的 线段，线段与圆的交点位置打螺纹孔，如图6-46所示。随后阵列该孔，做出同样的8个孔。图6-46打孔Fig.6-46 perforation驱动桥桥壳的建模完成，如图6-47所示。图6-47桥壳Fig.6-47 bridge housing6.2驱动桥零件的装配及仿真6.2.1驱动桥各部分零件的装配打开UG10.0软件，点击新建，选择装配，创建名为zhuangpeitu.prt的文件，点击确定。如图6-48所示10。图6-48新建装配图Fig.6-48 new assembly drawings进入装配界面后，出现了添加组件的菜单，把之前做好的零件图一个一个添加进来，如图6-49所示。图6-49添加零件Fig.6-49 add parts首先添加啮合在一起的两个锥齿轮，点击装配约束，使其固定，如图6-50所示。剩下的零部件基本上都是在锥齿轮的基础上装配。图6-50固定约束Fig.6-50 fixed constraints接下来添加第二级圆柱齿轮部分，通过同心约束让主动圆柱齿轮轴与从动锥齿轮装配。如图6-51所示。 接着依次添加差速器左壳、啮合在一起的行星齿轮和半轴齿轮、十字轴、差速器右壳、左右两根半轴。差速器左壳通过同心约束和 从动圆柱齿轮装配，行星齿轮和半轴齿轮通过同心约束装配在十字轴上，半轴齿轮使用同心约束装在差速器左壳里面后，十字轴和行星齿轮由于约束在了一起，也随半轴齿轮进入了差速器壳里，如图6-52所示。差速器右壳通过同心约束装在了从动圆柱齿轮里。两个半轴和半轴齿轮通过花键啮合在一起，先让半轴与半轴齿轮同心，删除同心约束后，使用距离约束，让半轴花键的最里面与半轴齿轮的最外面相距20mm，配合成功，另一侧的半轴也是如此。这些装配完的零件如图6-53所示。图6-51齿轮装配Fig.6-51 Gear assembly图6-52差速器装配Fig.6-52 differential assembly图6-53装配传动系统Fig.6-53 Assembly transmission system在主动锥齿轮、主动圆柱齿轮轴和差速器壳上安装螺栓和轴承。如图6-54所示。主动锥齿轮上面的轴承代号是30212和30216，主动圆柱齿轮轴上的轴承代号30210和30211，差速器壳左右两边的轴承代号是30213。图6-54安装轴承和螺栓Fig.6-54 mounting bearings and bolts接下来装配主减速器壳和桥壳。主减速器壳我分为三部分，第一部分是主动锥齿轮壳，壳内包裹圆锥滚子轴承和主动锥齿轮。主动锥齿轮壳上面是一个顶盖，这是第二部分，负责防尘密封；主动锥齿轮壳下面就是从动锥齿轮个圆柱齿轮的壳，这是第三部分。先添加主动锥齿轮壳，通过与轴承同心约束装配。在主动锥齿轮壳的基础上，把上下两个壳添加并装配，如图6-55所示。图6-55主减速器壳Fig.6 - 55 Main Reducer Housing下面添加驱动桥桥壳，同心约束或者接触约束都行，装配完如图6-56所示。图6-56桥壳Fig.6-56 bridge housing最后添加螺栓、法兰盘和轴承盖等配件，驱动桥的装配就完成了。6.2.2驱动桥运动仿真分析装配完驱动桥后，点击UG左上角的文件，选择运动仿真，新建一个运动仿真，如图6-57所示。图6-57运动仿真Fig.6-57 motion simulation为了更好地体现运动仿真过程，把驱动桥传动系统外面的壳体、螺栓还有轴承隐藏起来，如图6-58所示。图6-58隐藏壳体Fig.6-58 hidden shell点击连杆，开始设置连杆。主动锥齿轮设为第一个连杆，从动锥齿轮和主动圆柱齿轮轴设为第二个连杆，从动圆柱齿轮和十字轴设为第三个连杆，四个行星齿轮分别设为第四、五、六、七个连杆，左边半轴齿轮和半轴设为第八个连杆，右边半轴齿轮和半轴设为第九个连杆。点击运动副，每个连杆都设成运动副。行星齿轮和半轴齿轮都与十字轴建立啮合连杆关系。点击齿轮副，主动锥齿轮和从动锥齿轮设为齿轮副，输入齿数比；主动圆柱齿轮和从动圆柱齿轮设为齿轮副，输入齿数比；四个行星齿轮分别与半轴齿轮设为齿轮副，输入齿数比。给主动锥齿轮设置驱动。点击结算方案，如图6-59所致，再点击求解，运动仿真动画完成。图6-59结算Fig.6-59 settlement6.3驱动桥桥壳的有限元分析本节分析桥壳在4种不同工作状态时性能和形体变化，如图6-60所示。使用建模软件UG10.0自带的高级仿真功能或者ANSYS软件皆可。图6-60四种工况Fig.6-60 Four working conditions在桥壳的设计计算中，已经得出桥壳的尺寸。桥壳的三维图也已经完成建模，将桥壳模型在UG中的高级仿真中打开，开始进行有限元分析，如图6-61所示。图6-61高级仿真Fig.6-61 Advanced Simulation指派材料后，选择3D四面体，进行网格划分。如图6-62所示。再点击激活仿真，添加约束及载荷，开始计算分析桥壳在不同载荷作用下的情况。图6-62划分网格Fig.6-62 Meshing6.3.1最大垂向力分析车辆在不平坦的路上行驶时，桥壳除了需要承受静止状态下的载荷外，还承受附加的冲击载荷，此时可认定桥壳受到垂向力最大，不受其他力和弯矩的作用18。 最大垂向载荷为 （6-1）式中：为动载荷系数，载货汽车取2.5；G为汽车满载静止于地面时驱动桥给地面的载荷，为97747N；m为后桥满载质量，为9775kg；g为重力加速度，为10m/s2。则按图1-60进行约束与添加载荷，加载与约束的位置及数据如图6-63所示。图6-63最大垂向力时约束和加载Fig.6-63 Maximum vertical force time constraints and loading经NX NASTRAN计算可得位移-节点图（图6-64）和应力-单元节点图（图6-65）。图6-64位移-节点图Fig.6-64 Displacement-Node Graph图6-64为最大垂向力工况下的位移-节点图。由图6-64可看出，位移较大的地方在两板簧座之间，最大变形量为0.144mm，出现在包裹从动圆柱齿轮的圆筒周围。由于轮距为1.8m，每米轮距变形量为0.00008mm，其值远小于1.5mm，桥壳满足刚度要求。图6-65应力-单元节点图Fig.6-65 Stress-Element node Diagram图6-65为最大垂向力工况下的应力-单元节点图。由图6-65可看出，应力集中在月牙口处，最大应力为163.73MPa，应力较大区在半轴的套管前端，远小于使用材料的屈服应力，其他区域应力较小，桥壳满足强度要求。6.3.2最大牵引力分析汽车满载以最大牵引力行驶时，发动机以最大转矩工作，桥壳主要承受垂向力和纵向力。垂向力为 （6-2）式中：m2是汽车加速行驶时的质量转移系数，载货汽车取1.11.3，本设计取1.1。则纵向力为 （6-3）式中：Temax为发动机最大转矩，为592Nm；igI为变速器的一档传动比，为6；i0为驱动桥主减速比，为4.875；T为传动系的传动效率，取0.6；rr为驱动车轮的滚动半径，为0.47m。则按图1-60进行约束与加载，加载与约束的位置及数据如图6-66所示。图6-66最大牵引力时约束和受载Fig.6-66 Maximum traction time constraints and loads经NX NASTRAN计算可得位移-节点图（图6-67）和应力-单元节点图（图6-68）。图6-67位移-节点图Fig.6-67 Displacement-Node Graph图6-67为最大牵引力工况下的位移-节点图。由图6-67可看出，桥壳两板簧座两侧以及半轴套筒的区域位移较大，最大位移位于半轴套筒，为6.3710-2mm，其他区域位移较小，有限元结果满足桥壳的刚度要求。图6-68应力-单元节点图Fig.6-68 Stress-Element node Diagram图6-68为最大牵引力工况下的应力-单元节点图。由图6-68可看出，最大应力出现在凸缘和半轴套管相接处，为41.63MPa，远小于材料的屈服强度，应力较大的地方在板簧座和凸缘之间以及凸包附近，其他区域应力较小。6.3.3最大制动力分析不考虑侧向力，汽车在紧急制动的情况下受力为垂向力 （6-4）纵向力 （6-5）式中：m2为后驱动桥计算用的汽车紧急制动时的质量转移系数，取0.95；为驱动车轮与路面间的附着系数，计算时取0.8。则按图6-60的要求进行约束与加载，加载与约束的位置及数据如图6-69所示。图6-69最大制动力时约束和加载Fig.6-69 Maximum braking force condition constraints and loading经NX NASTRAN计算可得位移-节点图（图6-70）和应力-单元节点图（图6-71）。图6-70位移-节点图Fig.6-70 Displacement-Node Graph图6-70为最大制动力工况下的位移-节点图。由图6-10可看出，两板簧座两侧的区域位移较大，最大位移在半轴套筒，为0.1069mm，满足桥壳的刚度要求，其他位置位移较小。图6-71应力-单元节点图Fig.6-71 Stress-Element node Diagram图6-71为最大制动力工况下的应力-单元节点图。由图6-71可看出，板簧座和凸缘之间的区域应力较大，最大应力位于凸缘与桥壳的交接处，为69.84MPa，小于材料的屈服强度，板簧座附近和凸包周围应力较大，其他位置应力较小。6.3.4最大侧向力分析当汽车满载，并且在公路高速转弯时，汽车会产生一个相当大的离心力。汽车也会由于其他原因而受到侧向力的作用。当侧向力超过侧向附着力（即地面给轮胎的侧向反作用力的最大值）时，汽车就会侧滑。这种工况对桥壳强度影响较大。本小节以左侧滑为例子，进行分析。 左侧垂向力 T1=0 （6-6）左侧侧向力 P1=0 （6-7）右侧垂向力 T2=G=mg=97747N （6-8）右侧侧向力 P2=T2=977471=97747N （6-9）按图6-60进行约束与加载，加载与约束的位置及数据如图6-72所示。图6-72最大侧向力时约束和受载Fig.6-72 Time constraints and loads for maximum lateral forces经NX NASTRAN计算可得位移-节点图（图6-73）和应力-单元节点图（图6-74）。图6-73位移-节点图Fig.6-73 Displacement-Node Graph图6-73为桥壳的位移-节点图。由图6-73可看出，桥壳右侧位移较大，最大位移发生在右侧半轴套管端部，为0.494mm，其他位置位移较小，桥壳满足刚度要求。图6-74应力-单元节点图Fig.6-74 Stress-Element node Diagram图6-74为最大侧向力工况应力-单元节点图。由图6-74可看出，应力主要在右侧板簧座和半轴套管附近，最大应力位于右侧板簧座附近，最大值为422.564MPa，其他位置的应力较小，小于材料的屈服强度。7 驱动桥技术经济性分析现代汽车制造需要考虑成本和产品性能等因素，性价比高的产品是企业和社会的需要。本次设计的中型汽车驱动桥适合大部分现代中型汽车使用。出于技术层次的考虑，本设计采用双级主减速器驱动桥，结构与单级主减速器相比只是多了一级传动齿轮，但是有效地增大了离地间隙，为车轮较小的商用车的通过性提供了保障，车辆在路况不好的情况下可以顺利通过。为了弥补双级主减速器驱动桥的缺点，所设计的驱动桥在选取参数时，尽量保证结构紧凑，这点从UG三维模型可看出。虽然零部件尺寸小，结构紧凑，但是通过了校核计算和有限元分析。因为现代材料学的发展，材料的力学性能性能越来越好。我在驱动桥选材时选择了价格低廉的优质材料，可以降低齿轮和桥壳的体积。这些材料的价格低，零部件所用的材料少，生产该驱动桥的费用得到了节省。8 结论本设计是对福田欧马可5系中卡进行的非断开式双级主减速器驱动桥设计。本次设计参考了欧马可5系中卡的参数，从主减速器开始，依次对减速器齿轮、差速器齿轮、半轴和桥壳进行周密的参数选取和设计计算。上述零部件也都经过了仔细的校核分析，桥壳部分使用NX NASTRAN求解器进行了有限元分析。本次设计中型汽车驱动桥，为了满足离地间隙的要求以及强度需求，使用了工作可靠、结构简单的双级主减速器后桥，采用非断开式结构和全浮式半轴。这些设计也可以让大型车辆在没有设置副变速箱的情况下，提高传动比，也间接地提高了车辆的牵引性。本驱动桥满足在不平路面和满载情况下汽车牵引力的需求，零部件结构简单且价格低廉，适合多种中型汽车底盘的安装和使用。选取零部件参数并校核后，使用CAD软件绘制了驱动桥的二维零件图和装配图，使用UG10.0对零部件进行了参数化建模、装配以及仿真分析。绘制二维、三维的装配图和零件图可以让所设计的驱动桥生动形象地出现在我们的面前。在绘图过程中，可以找出设计计算时某些参数选择不合理，再进行重新计算并优化设计。本设计中的驱动桥的校核计算和有限元分析显示驱动桥及其零部件的强度通过了检验。致谢毕业设计是一段宝贵的人生历程，在此期间我遇到了很多困难，更得到了老师和同学的帮助，论文得以顺利完成与你们的关心和帮助是分不开的。在此论文成稿之际，感谢导师长期以来的指导。从课题的选择、驱动桥的结构分析到具体的设计等等，老师都给予了细致地指导。 参考文献1 吉林大学,王望予.汽车设计M.第4版.北京:机械工业出版社,2016.2 吉林大学汽车工程系,史文库,姚为民.汽车构造M.第6版.北京:人民交通出版社,2013.3 清华大学,余志生.汽车理论M.第5版.北京:机械工业出版社,2017.4 崔振民,张让莘.汽车机械基础M.第2版.北京:高等教育出版社,2014.5 刘青科.画法几何及机械制图M.沈阳:东北大学出版社,2011.6 赵丽娟.机械几何量精度设计与检测M.北京:清华大学出版社,2011.7 金加龙.汽车底盘构造与维修M.北京:电子工业出版社,2005.8 方剑烽.汽车机械制图M.北京:电子工业出版社,2011.9 韩志军,顾铁风.工程力学M.北京:科学出版社,2011.10 臧艳红,管殿柱.UG NX 8.0三维机械设计M.北京:机械工业出版社,2014.11 刘鸿文.材料力学M.第6版.北京:高等教育出版社,2017.12 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理M.第8版.北京:高等教育出版社,2013.13 孙志礼,冷兴聚,魏延刚,曾海泉.机械设计M.沈阳:东北大学出版社,2000.14 巩云鹏,田万禄,张祖立,黄秋波.机械设计课程设计M.沈阳:东北大学出版社,2000.15 马顺龙,刘海峰,王成刚.中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势J.铸造技术,2008, 29(9): 1169-1174.16 张学忱,张涛,张慧波等.CA1040P90L2轻型货车驱动桥设计J.工程图学学报,2011,32(6):5-8.17 陕西汉德车桥有限公司.双级减速驱动桥:中国,CN201220118691.1P. 2012,10-24.18 刘为,薛克敏,李萍等. 汽车驱动桥壳的有限元分析和优化J.汽车工程,2012,34(6):523-527.19 黄俊，张有亮. 汽车驱动桥壳的有限元动态分析J.科学论坛.2013(02)20 Algirdas Januleviius，Gediminas Pupinis. Power circulation in driveline system when the wheels of tractor and trailer are drivenJ. Transport,2013,283:.21 L.G.Lobas. Smoothness and singularities in the trajectory of the drive axle of wheeled vehiclesJ. Soviet Applied Mechanics,1989,253:.22 S.M.Park,T.W.Park,S. H. Lee,S. W. Han,S. K. Kwon. Analytical study to estimate the performance of the Power Shift Drive (PSD) Axle for a forkliftJ.International Journal of Automotive Technology,2010,111:.23 A .E.Schaller. Total Automotive Technology.Delmar Learning, a division Of Thomson Learning,Inc.2004. 24William H. Grouse and Donald L.Anglin.Automotive Engine.Seventh edition.McGraw-Hill Inc.1986. 附录A 译文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关系表明：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，转弯时外侧车轮的行程总要比内侧的长。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，则会由于左右驱动车轮的转速虽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。这不仅会使轮胎过早磨损、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装有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学要求。 同样情况也发生在多桥驱动中，前、后驱动桥之间，中、后驱动桥之间等 会因车轮滚动半径不同而导致驱动桥间的功率循环，从而使传动系的载荷增大，损伤其零件，增加轮胎的磨损和燃料的消耗等，因此一些多桥驱动的汽车上也装了轴间差速器。 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锁式两类。自锁式差速器又有多种结构型式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的。1 对称式圆锥行星齿轮差速器普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置-差速锁等。由于整速器壳是装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速界从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器壳的轮廓尺寸也受到从动齿轮及主动齿轮导向轴承支座的限制。 2 强制锁止式防滑差速器充分利用牵引力的最简单的一种方法是在普通的圆锥齿轮差速器上加装差速锁，必要时将差速器锁住。此时左、右驱动车轮可以传递由附着力决定的全部转矩。当汽车驶入较好的路面时，差速器的锁止机构应即时松开，否则将产生与无差速器时一样的问题，例如使转弯困难、轮胎加速磨损、使传动系零件过载和消耗过多的功率等。由于上述种种原因，强制锁住差速器的方法未得到广泛应用。3.自锁式差速器为了充分利用汽车的牵引力，保证转矩在驱动车轮间的不等分配以提高抗滑能力，并避免上述强制锁止式差速器的缺点，创造了各种类型的自锁式差速器。用以评价自锁式差速器性能的主要参数，是它的锁紧系数。为了提高汽车的通过性，似乎是锁紧系数愈大愈好，但是过大的锁紧系数如前所述，不但对汽车转向操纵的轻便灵活性、行驶的稳定性、传动系的载荷、轮胎磨损和燃料消耗等，有不同程度的不良影响，而且无助于进一步提高驱动车轮抗滑能力。因此设计高通过性汽车差速器时，应正确选择锁紧系数值。一般越野汽车的低压轮胎与地面的附着系数的最大值为0.70.8(在干燥的柏油或混凝土路面上)，而最小值为0.10.2(在开始溶化的冰上)。可见相差悬殊的附着系数的最大比值为 8。因此，为了充分利用汽车牵引力，差速器的锁紧系数K实际上选定为8就已足够。而汽车在不好的道路和无路地区行驶的实践表明，各驱动车轮与地面附着系数不同数值之比，一般不超过34。因此选取K34是合适的，在这种情况下汽车的通过性可以得到显著的提高，而其转向操纵等使用性能实际上并不变坏。自锁式差速器有滑块-凸轮式、蜗轮式、自由轮式等多种形式。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。因此桥壳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。桥壳的结构型式桥壳的结构型式大致分为可分式、整体式。可分式桥壳可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，每一部分均由一个铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维修都很不方便，桥壳的强度和刚度也比较低。过去这种所谓两段可分式桥壳见于轻型汽车，由于上述缺点现已很少采用。整体式桥壳整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一整体的空心粱，其强度及刚度都比较好。且桥壳与主减速器壳分作两体，主减速器齿轮及差速器均装在独立的主减速壳里，构成单独的总成，调整好以后再由桥壳中部前面装入桥壳内，并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都十分方便。整体式桥壳按其制造工艺的不同又可分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张成形式三种。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,并将动力合理地分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力力和横向力。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。驱动桥设计应当满足如下基本要求：（a）所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。（b）外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。（c）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。（d）在各种转速和载荷下具有高的传动效率。（e）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，以改善汽车平顺性。 （f）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协调。（g）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为两大类，即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构叫复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。非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。 断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，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。多桥驱动的布置为了提高装载量和通过性，有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动，常采用的有44、66、88等驱动型式。在多桥驱动的情况下，动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种。相应这两种动力传递方式，多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯通式与贯通式。前者为了把动力经分动器传给各驱动桥，需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力，这样不仅使传动轴的数量增多，且造成各驱动桥的零件特别是桥壳、半轴等主要零件不能通用。而对88汽车来说，这种非贯通式驱动桥就更不适宜，也难于布置了。为了解决上述问题，现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置型式。在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，并且各驱动桥不是分别用自己的传动轴与分动器直接联接，而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴，是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥的动力，是经分动器并贯通中间桥而传递的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计(如汽车的变型)、制造和维修，都带来方便。由于非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠，查阅资料，可参照国内相关货车的设计。附录 外文文献Differential and axle housingAccording to the requirements of vehicle kinematics and the actual wheel, road and the mutual relations between them that in a moving vehicle in the course of the wheel around the same time as a scrolled off the itinerary is often the difference. For example, when turning the wheel outside than the inside of the total trip length. In addition, even if a vehicle traveling straight, also due to wheel around the same time as a scrolled off the surface of the different vertical wave, or a wheel about tire pressure, tire load, tread wear and the different levels, such as manufacturing error factors about different diameter wheel or rolling radius of the wheels do not require the same itinerary ranging. Trip around the wheels in the range of circumstances, if we adopt an overall drive axle vehicles will pass around momentum wheels, the wheels will be driven around because of the speed and although the same itinerary but different in this campaign of the contradictions, have caused a drive wheel to slide or slip. This will not only premature tire wear and not conducive to consumption of power and fuel and to drive axle vehicles such as overloading, but also because they can not according to the requirements of the instantaneous center to manipulation of deterioration. In addition, because the road between the wheel and in particular at a major turning to slide or slip easily in the vehicle to spin when the loss of the ability and stability deteriorate. In order to remove the wheel because of kinematics about the lack of coordination caused by these shortcomings, cars are equipped with about differential between the driving wheel, which guarantee the bridge on both sides of the wheel drive vehicle in the range when a trip to the speed of rotation of different characteristics, so as to meet the requirements of the automobile on kinematics. The same situation also occurred in the bridge drive, before and after the bridge between the driver, during and after the bridge between the drive wheels rolling, and so will lead to different radius of the bridge between the power-driven cycle, thus enabling transmission The load increased, damage its parts, increased tire wear and fuel consumption, some more bridge-driven cars also with the differential between the shaft. The differential structure of choice, should be designed by the type of vehicle and its use conditions, to meet this type of vehicle in a given under the conditions of the use of the use of performance requirements. The differential structure of a variety. Most cars are all road transport vehicles in urban traffic on highways and the automobile, because the roads better, the drive wheel and the road attachment coefficient little change, almost all adopted the simple structure, steady work, Manufacturing convenient for road vehicles are reliable general symmetrical cone planetary gear differential, as installed on the left and right driving wheel of the so-called round of the differential between the use of the regular traffic in the mud, loose dirt roads or areas Another Day The off-road vehicle, in order to prevent side of a car driven roller sports cars to turn depression, can use non-slip differential. The latter is divided into mandatory locking-and-two types of self-locking. Self-locking differential has a variety of types of high-friction-free and the wheel and variable-ratio transmission. 1. Symmetrical cone planetary gear differential General symmetrical cone differential planetary gear differential from the left and right shells, two axle gear, four planetary gear (a small number of cars using three planetary gear, small, micro-car use of two planetary gear), Planetary gear shaft (many with four planetary gear caught for the poor structure of a cross-axis), the axle gear and planetary gear pads, and other components. Because of its simple structure and work steadily to create convenience for use in highway vehicles are very reliable, and other advantages, the most widely used in cars, buses and cars laden with all kinds of highway on. Some off-road vehicles using this structure, but off-road vehicle use on the need to take anti-skid measures. For example, to add friction components in order to increase its internal friction and enhance its locking factor, or the installation of manoeuvrable, the differential can be locked mandatory device - such as differential lock. As for speed the whole shell is installed in the main driven gear reducer, the slowdown is the main sector in determining the size driven gear, the differential should consider the installation. The outline of the differential shell size has been driven gear and active-oriented gear bearing supports the restrictions. 2.Lock-style non-slip differential mandatory Make full use of traction the most simple method is in the ordinary bevel gear differential on the installation of differential lock, if necessary, will be locked differential. At this point the left and right wheel drive transmission can be decided by the adhesion of all torque. When the car into a better road, the differential lock agencies should immediately release, otherwise, they will have no differential with the same problem when, for example, difficult to change, accelerated tire wear so that the transmission parts and overload excessive consumption of power, and so on. As a result of these various reasons, the compulsory lock the differential approach has not been widely used. 3.Self-locking differential To make full use of vehicle traction to ensure that the torque between the drive wheels, ranging from distribution to enhance the ability of anti-sliding, and to avoid the mandatory locking differential for the shortcomings and created all kinds of self-locking differential to evaluate self-locking differential of the main parameters, it is the locking factor. In order to improve the car passed, the greater factor seems to be locking better, but too much of the locking factor as mentioned earlier, not only for the vehicle to manipulate the light flexibility on the stability of the transmission of the load, tire wear and fuel consumption, there are different degrees of adverse effects, but does not help to further enhance the anti-slide wheel drive capability. Thus the design of the car through the high differential, they should correct choice of numerical locking. General cross-country vehicles with low-pressure tires attached to the ground for maximum coefficient of 0.7 to 0.8 (the dry asphalt or coagulating on the road), while the minimum is 0.1 to 0.2 (at the beginning of the melting ice). This shows that the difference between the attachment coefficient for the largest ratio of 8. Therefore, in order to make full use of vehicle traction, the locking differential coefficient K actually selected for the eight is enough. The car in the bad roads and areas.Another day on the practice shows that the drive wheels with the ground attached to different numerical coefficient ratio, generally no more than 3 to 4. So select the K =3 4 is the appropriate, in which case the adoption of the vehicle can be significantly improved, and its use to control such as performance is not deteriorating.Self-locking differential with the slider - Cam, worm-style, free wheel, and other means.Bridge-driven car shell is one of the main parts, non-drive off-shell bridge played a supporting role in the automotive load and load to the wheels. In the role of the drive wheels on the traction, braking force, lateral and vertical forces also spread to fly through the bridge and the shell or inside the frame. Therefore, the bridge carrying both pieces of shell-edge thing is, at the same time it is also the main reducer, and differential wheel drive transmission (such as the axle) of the shell. In the car, the axle housing to bear the heavy load, the design must take into account the dynamic load under the axle housing have enough strength and stiffness. In order to reduce the spring under the car of lower quality in order to facilitate dynamic load, and improve the cars running smoothly, while ensuring the strength and stiffness on the premise of the bridge should seek to reduce the quality of the shell. Shell structure of the bridge should be simple and easy to create the benefit of lower costs. It should also ensure that the structure of the main reducer of disassembly, adjustment, repair and maintenance easy. Bridge in the selection of the shell structure, should also be given to the type of car, asked to use, manufacture, supply materials and so on.A bridge of the shell structureBridge of the shell structure can be roughly divided into typeThere are bridge-shell There are bridge-shell as a whole from the shell of a bridge into the vertical joints around two parts, each part by the casting of a shell into the outside pressure and a side of the axle casing components. Half shell casing and connected with rivets. In the main reducer, and differential assembly after about two half-bridge through the shell in the joints of the Central Office of the bolt circle into a whole. It features a simple bridge shell manufacturing process, the main reducer bearing stiffness well. But the main reducer of the assembly, adjustment and maintenance are inconvenient, the bridge shell strength and stiffness will be lower. In the past the so-called two-axle housing can be found in the car light, as a result of these shortcomings is now rarely used.Whole-axle housin Bridge-shell as a whole is characterized by the entire bridge made of a shell as a whole, the bridge is like a shell of the hollow beam as a whole, its strength and stiffness than good. Bridge and the shell and the shell will be divided into two main reducer, the main reducer, and differential gears are mounted on the main independent slowdown shell, constitute a separate assembly, later adjusted by the bridge in front of the shell in the central bridge into the shell , And with the axle housing fixed together with bolts. It enables a reducer, and differential of disassembly, adjustment, repair, maintenance and so on is very convenient. Bridge-shell as a whole according to their different manufacturing process can be divided into a whole-casting, stamping steel plates welded steel pipe and the expansion into three forms.Bridge drive powertrain in the end, its basic function is to increase the transmission shaft or transmission from the torque and power reasonably allocated to the left and right wheel also bear on the role of road and the frame or body Between vertical and horizontal force strength. Driven by the main bridge in general reducer, and differential, gear wheels and drive axle housing component, and so on.Drive bridge should be designed to meet the basic requirements are as follows:（a） choice of the main reduction ratio should be able to ensure the car has the best power and fuel economy.（b) smaller size, it is necessary to ensure that the ground clearance.（c） transmission gears and other pieces of work in a smooth, small noise.（d) in a variety of speed and load with a high transmission efficiency.（e） to ensure sufficient strength, rigidity conditions, the quality should be as small, especially the quality of the next spring should be small in order to improve the car ride.（f)-oriented suspension and body movement coordination, the drive to the bridge, but also with the agency to coordinate movement.（g） simple structure, good process and create easy disassembly, easy adjustment. Drive bridge structure in accordance with characteristics of the work, can be grouped into two broad categories, namely non-drive off the bridge and drive off the bridge. When the drive wheel of a non-independent suspension, the non-selection should be off-drive axle; when the drive wheel independent suspension, the choice should be off-drive axle. As a result, the former driver, also known as non-independent suspension bridge; the latter known as the independent suspension bridge driver. Independent suspension bridge structure called complex drive, but will be much more uneven in the car traveling on the road ride comfort.Non-drive axle disconnect General non-drive off the bridge, because it is simple, low-cost, reliable, widely used in a variety of truck, bus and a bus, in most of the off-road cars and car parts is also using this structure. Details of their structure, in particular, the shell structure of the bridge although different, but there is a common feature of the bridge is a shell around the drive wheel bearing on the rigid hollow beams, such as transmission gears and axle components to install it. At this time the entire drive axle, wheel and drive shaft are part of the quality of the next spring, next spring the quality of the larger car, which is one of its shortcomings. Bridge drive size depends largely on the outline of the main type of reducer. In the tire size and drive under the bridge minimum ground clearance have been identified, will be limited to the main driven gear reducer diameter size.