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电动 轻型客车 驱动 设计 CAD 图纸 说明书

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电动轻型客车驱动桥设计（含CAD图纸和说明书）,电动,轻型客车,驱动,设计,CAD,图纸,说明书

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摘 要驱动桥作为汽车四大总成之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，对于轻型客车也很重要。驱动桥位于传动系的末端，它的基本功用是将传动轴或变速器传来的转矩增大并适当减低转速后分配给左、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，纵向力和横向力。通过提高驱动桥的设计质量和设计水平，以保证汽车良好的动力性、安全性和通过性。 此次轻型客车驱动桥设计主要包括：主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳进行设计。主减速器采用单级主减速器；差速器设计采用普通对称圆锥行星差速器；车轮传动装置采用全浮式半轴；驱动桥壳采用整体型式；并对驱动桥的相关零件进行了校核。本文驱动桥设计中，利用了CAXA绘图软件表达整体装配关系和部分零件图。关键词：驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳AbstractDrive axle is the one of automobile four important assemblies. Its performance directly influences on the entire automobile，especially for the Sports Utility Vehicles . Driving axle set at the end of the transmission system. The basic function of driving axle is to increase the torque transported from the transmission shaft or transmission and decrease the speed ,then distribute it to the right、left driving wheel, another function is to bear the vertical force、lengthways force and transversals force between the road surface and the body or the frame. In order to obtain a good power performance, safety and trafficability characteristic, engineers must promote quality and level of designDriving axle design of the Zotye2008 Sports Utility Vehicles mainly contains: main gear box, differential, transmitted apparatus of wheel and the housing of driving axle. The main gear box adopted single reduction gear and the differential adopted a common, symmetry, taper, planet gear. Transmission apparatus of wheel adopted full floating axle shaft, and the housing of driving axle adopted the whole pattern,and proofread interrelated parts. During the design process, CAXAdrafting software is used to expresses the wholes to assemble relationship and part drawing by drafting.Key words：driving axle; main gear box; differential; half shaft; housing 目 录第1章 绪 论11.1 驱动桥简介11.2 驱动桥设计的要求1第2章 驱动桥的结构方案分析3第3章 驱动桥主减速器设计53.1 主减速器简介53.2 主减速器的结构形式53.3 主减速器的齿轮类型53.4 主减速器主动齿轮的支承型式63.5 主减速器的减速型式73.6 主减速器的基本参数选择与设计计算73.6.1 主减速比的确定73.6.2 主减速器齿轮计算载荷的确定83.6.3 主减速器齿轮基本参数选择93.6.4 主减速器双曲面锥齿轮设计计算113.6.5 主减速器双曲面齿轮的强度计算183.7 主减速器齿轮的材料及热处理22第4章 差速器设计244.1 差速器简介244.2 差速器的结构形式的选择244.2.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理254.2.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构264.3 差速器齿轮主要参数的选择264.4 差速器齿轮的几何尺寸计算与强度校核28第5章 驱动车轮的传动装置315.1 车轮传动装置简介315.2 半轴的型式和选择315.3 半轴的设计计算与校核315.4 半轴的结构设计及材料与热处理33第6章 驱动桥壳设计346.1 驱动桥壳简介346.2 驱动桥壳的结构型式及选择346.3 驱动桥壳强度分析计算356.3.1 当牵引力或制动力最大时356.3.2 通过不平路面垂直力最大时36第7章 结论37参考文献38致 谢39附 录A40IV第1章 绪 论1.1 驱动桥简介在科学技术快速发展的今天，随着汽车工业的不断进步以及客车应用的普及，汽车的各项性能指标也在不断提高，作为传动系末端的驱动桥的设计，更要有进一步的改进，以适应市场的需要，促进汽车行业的发展。驱动桥处于动力系的末端。其功用是将传动轴或变速器传来的转矩增大并适当减低转速后分配给左、右驱动轮，承载着汽车的满载荷重及地面经车轮、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除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。必须有合理的驱动桥设计，才能满足汽车有良好的汽车动力性、通过性和安全可靠性。1.2 驱动桥设计的要求驱动桥一般包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件。驱动桥的机构型式虽然各不相同，但在使用中对它们的基本要求却是一致的，驱动桥的基本要求可以归纳为：（1) 驱动桥主减速器所选择的主减速比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃料经济性。（2) 驱动桥轮廓尺寸应与汽车的总体布置和要求的驱动桥离地间隙相适应。（3) 驱动桥在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。（4) 驱动桥具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩。在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。（5) 驱动桥的齿轮及其他传动部件工作平稳，噪声小。（6) 驱动桥与悬架导向机构运动协调。（7) 驱动桥总成及其他零部件的设计应能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求。（8) 驱动桥结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修、调整方便。（9) 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。第2章 驱动桥的结构方案分析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较复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。1）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。2）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梁或车厢底板上，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独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。3）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。本次设计的是轻型客车的后驱动桥，由于普通的非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠，故采用此种形式较为适宜。第3章 驱动桥主减速器设计3.1 主减速器简介主减速器的功用是将传动轴输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时具有改变转矩旋转方向的作用。3.2 主减速器的结构形式主减速器的结构型式，主要是根据其齿轮类型、减速形式以及主动齿轮、从动齿轮的支承形式和主减速器的减速形式的不同而异。3.3 主减速器的齿轮类型主减速器齿轮主要有弧齿锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等型式。图3-1主减速器双曲面锥齿轮传动形式a）弧齿锥齿轮传动b）双曲面齿轮传动c）圆柱齿轮传动d）蜗轮蜗杆传动本次设计采用双曲面锥齿轮(如图3-1b)的主、从动齿轮的轴线相互垂直但不相交。双曲面齿轮有如下优点：（1）由于存在偏移距，双曲面齿轮副使其主动齿轮的大于从动齿轮的，这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约30%。（2）双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所以相啮合齿轮的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮的大，其结果使齿面的接触强度提高。（3）双曲面主动齿轮的变大，则不产生根切的最小齿数可减少，故可选用较少的齿数，有利于增加传动比。（4）双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。（5）双曲面主动齿轮轴布置从动齿轮中心上方，便于实现多轴驱动桥的贯通，增大传动轴的离地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向传动轴的高度，有利于降低轿车车身高度，有利于降低轿车车身高度，并可减少车身地板中部凸起通道的高度。3.4 主减速器主动齿轮的支承型式现代汽车主减速器主动锥齿轮的支撑形式有：悬臂式（如图3-2）和跨置式支承（如图3-3）。悬臂式支撑的结构特点是，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。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。两轴承的圆锥滚子的大端应朝外，这样可以减小悬臂长度和增加两支承间的距离，以改善支撑刚度。为了尽可能的地增加支承刚度，支承距离应大于2.5倍的悬臂长度。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。悬臂式支承结构简单，支承刚度差，用于传动转矩较小的减速器上。图3-2 悬臂式 图3-3跨置式综上所述本次设计采用悬臂式支撑教为合理。3.5 主减速器的减速型式主减速器的减速型式分为单级减速、双级减速、双速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。影响减速型式选择的因素有汽车的类型、使用条件、驱动桥处的离地间隙、驱动桥数和布置形式以及主传动比有关，主要取决于影响动力性，经济性等整车性能的主减速比的大小。单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、制造成本低、使用简单等优点。因而广泛应用于主传动比7的乘用车和总质量较小的商用车上。单级主减速器，其结构如图3-4所示。其特点是将主减速器与差速器组合为一个大总成并从整体桥壳前面的开孔装入桥壳内，拆装方便。本次设计采用单级主减速器。图3-4 单级主减速器布置形式1）桥壳 2）从动锥齿轮 3）主动锥齿轮 4）差速器半轴 3.6 主减速器的基本参数选择与设计计算3.6.1 主减速比的确定主减速比对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量大小以及当变速器处于最高档位时汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。i的选择应在汽车总体设计时和传动系的总传动比i一起由整车动力计算来确定。可利用在不同i下的功率平衡来研究i对汽车动力性的影响。通过优化设计，对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择i值，可使汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给定发动机最大功率及其转速的情况下，所选择的i值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速。这时i值应按下式来确定： （3-1）=0.377=5.042 式中车轮的滚动半径，r=0.3014m；变速器最高挡传动比，igh=0.845；再把对应的np=4500r/n , =120km/h , ,代入（3-1）计算出 i=5.042根据计算结果和与参考现有同类车型，并考虑将确定的主、从动主减速器齿轮齿数，确定=5.042。故本设计采用单级主减速器。3.6.2 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ce （3-2）式中 由于猛接合离合器而产生的动载荷系数，=1；发动机的输出的最大转矩，轻型客车在此取157；k为液力变矩器变矩系数，k=1；是变速器最低档传动比，=4.218分动器传动比，在此取1；主减速器传动比，此前已算出=5.042变速器传动效率，在此取0.9；该汽车的驱动桥数目在此取1；代入以上各参数可求=3005.04912).按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 （3-3）式中 =11959.80.6=7026.6（N）;汽车最大加速时的后轴转移负荷系数，乘用车=1.2-1.4，在此取=1.3；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，此处=0.85； 车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为6.00-14、8层级，滚动半径为 0.3014m； ，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0.95，由于没有轮边减速器取1.0； 代入数据算得7026.61.30.850.3014/(10.95)=2463.3558。3).主动锥齿轮的计算转矩=542.8524 (3-4)式中，主动齿轮的前面从动齿轮计算转矩中的较小值，=2463.3558；主、从动锥齿轮间的传动效率，对于双曲面锥齿轮主减速器传动比 p，符合设计要求。2）轮齿的弯曲强度计算汽车主减速器的双曲面齿轮轮齿的计算弯曲应力（）为 （3-11）= =404 式中齿轮的计算转矩，=min, ；超载系数，一般取为1；尺寸系数，反映材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸及热处理有关。当端面模数=51.6 时，=载荷分配系数，=1.001.10 =1；质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当轮齿接触良好、周节及径向跳动精度高时，可取=1；计算齿轮的齿面宽，为32；D计算齿轮的大端分度圆直径，D=203mm；J计算弯曲应力的综合系数，见图3-111图3-116，查取J=0.25。 按、中较小者计算时，汽车主减速器齿轮的许用弯曲应力为700；代入数据算得=404700，符合强度要求。3）轮齿的接触强度计算双曲面齿轮的计算接触应力（）为= （3-12）=1412.68式中4.6989主动齿轮计算转矩，542.8524；材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取232.6；主动齿轮节圆直径，；、前边已说明；尺寸系数，它考虑了齿轮对其淬火性的影响，取=0.666；表面质量系数；对于制造精确的齿轮可取=1；齿面宽，32；J计算接触应力的综合系数，可由图3-119图3-131查取J =0.25。 代入数据算得=1412.68=2800，符合强度要求。3.7 主减速器齿轮的材料及热处理汽车驱动桥主减速器的工作相当繁重，与传动系其它齿轮相比它具有载荷作用时间长、载荷变化多、带冲击等特点。其损坏形式主要有齿轮根部弯曲折断、齿面疲劳点蚀（剥落）、磨损和擦伤等。据此对驱动桥主减速器齿轮的材料及热处理有以下要求：（1）有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，以及较好的齿面耐磨性，故而齿表面应有高的硬度。（2）轮齿芯部应有适当的韧性，以适应冲击载荷避免在冲击载荷下轮齿根部折断。（3）钢材的锻造、切削与热处理等加工性能良好，热处理变形小或变形规律性易控制，以提高产品质量、减少制造成本并降低废品率。（4） 选择齿轮材料的合金元素时要适合我国的情况，齿轮的材料目前多采用渗碳合金钢常用的钢号有20CrMnTi、22CrMnMo、20CrNiMo和20MnVB等。本方案采用钢号为18CrMnTi的渗碳合金钢，使其经过渗碳，淬火，回火处理。渗碳深度为：1.0-1.4mm。用渗碳合金钢制造的齿轮，经过渗碳、淬火、回火后，轮齿表面硬度应达到5864HRC，而心部硬度较低。由于新齿轮接触和润滑不良，为了防止在运行初期产生胶合、咬死或擦伤，防止早期的磨损，圆锥齿轮的传动副（或仅仅大齿轮）在热处理及经加工（如磨齿或配对研磨）后均予以厚度0.0050.0100.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面不应用于补偿零件的公差尺寸，也不能代替润滑。对齿面进行喷丸处理有可能提高寿命达25。对于滑动速度高的齿轮，为了提高其耐磨性，可以进行渗硫处理。渗硫处理时温度低，故不引起齿轮变形。渗硫后摩擦系数可以显著降低，故即使润滑条件较差，也会防止齿轮咬死、胶合和擦伤等现象产生。第4章 差速器设计4.1 差速器简介汽车在行使过程中，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。4.2 差速器的结构形式的选择汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。它可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。普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。本设计差速器结构形式选择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个行星齿轮的差速器采用十字轴结构)，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。4.2.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理图4-1 差速器差速原理如图4-1所示，对称式锥齿轮差速器是一种行星齿轮机构。差速器壳3与行星齿轮轴5连成一体，形成行星架。因为它又与主减速器从动齿轮6固连在一起，固为主动件，设其角速度为；半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为和。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中心点为C，A、B、C三点到差速器旋转轴线的距离均为。 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4-1），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，啮合点A的圆周速度为=+，啮合点B的圆周速度为=-。于是+=（+）+(-)即 + =2 （4-1） 若角速度以每分钟转数表示，则 （4-2）式（4-2）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（4-2）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。4.2.2 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4-2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4-2 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4.3 差速器齿轮主要参数的选择由于差速器是安装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速器尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器的轮廓尺寸也受到从动齿轮及主动齿轮刀向轴承支座的限制。（1）行星齿轮数目的选择大多数汽车多采用四个行星轮，本次设计采用四个行星齿轮。（2）行星齿轮球面半径的确定圆锥行星齿轮差速器的尺寸通常决定于行星齿轮背面的球面，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，在一定程度上表征了差速器的强度。球面半径可根据经验公式来确定： （4-3）=2.6=35.11式中 行星齿轮球面半径系数，=2.52.99，对于有4个行星齿轮的轿车客车和公路载货汽车取小值；对于有2个行星齿轮的轿车以及矿用汽车取大值，本设计取2.6.计算转矩，。确定后，根据下式预选其节锥距： （4-4）=34.41（3）行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择为了得到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小，但一般不少于10。半轴齿轮的齿数采用1415。半轴齿轮与行星齿轮比多在1.52范围内。根据这一原则，选择行星齿轮齿数为，半轴齿轮齿数为。在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左右半轴齿轮的齿数、之和，必须能被行星齿轮数目n所整除，否则不能安装，即应满足：整数 （4-5） 满足要求。（4）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定先初步求出行星齿轮和半轴齿轮的节锥角、： （4-6） 式中、为行星齿轮和半轴齿轮的齿数。再根据下式初步求出圆锥齿轮的端面模数： （4-7）= 则取4节圆直径d由下式求得： （4-8）则 （5）压力角目前汽车差速器齿轮压力较大都选用的压力角。（6）行星齿轮轴直径及支承长度L的确定行星齿轮安装孔直径与行星齿轮轴名义直径相同，而行星齿轮安装孔的深度就是行星齿69轮在其轴上的支撑长度L。通常取 （4-9）=15.4 （4-10）式中差速器壳传递的转矩，； n行星齿轮数；支撑面的许用挤压应力，取为98。4.4 差速器齿轮的几何尺寸计算与强度校核（1）差速器齿轮的几何尺寸计算表4-1为汽车差速器用直齿锥齿轮的几何尺寸计算步骤。表4-1汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表 单位：序号计算公式注释112行星齿轮齿数220半轴齿轮齿数34模数411齿面宽56.4齿工作高6=7.203齿全高7压力角890轴交角948;80节圆直径1030.9638；596.423节锥角1146.6476节锥距1212.5664周节132.2528;4.1472齿顶高143.0048；4.8992齿根高150.8030径向间隙160.0492；0.0801齿根角170.5896；1.1105面锥角180.4912；0.9502根锥角1955.1124； 82.3181外圆直径2037.8663；22.8409节锥顶点至齿轮外缘距离215.7025；6.8639理论弧齿厚220.1620齿侧间隙236.7595;5.6167弦齿厚244.2924；2.3051弦齿高（2）差速器锥齿轮强度计算差速器齿轮的工作情况与主减速器齿轮不同，一是差速器的齿轮尺寸较小而承受的载荷较大；二是差速器齿轮并非经常处于啮合状态，只有在左右两车轮转速不同时，行星齿轮才有自转运动，行星齿轮和半轴齿轮才有啮合运动，否则行星齿轮只起等臂推力杆的作用。因此，对差速器齿轮主要进行弯曲强度计算。弯曲应力按下式计算： （4-11） = =613.206式中差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩，； （4-12） 计算转矩，按、两种计算转矩中心的较小者进行计算；差速器心齿轮数目=4；半轴齿轮分度圆直径=80；半轴齿轮的模数=4；计算汽车差速器轮齿弯曲应力的综合系数，由汽车车桥设计图4-9图4-11查取J=0.228。=674.587 =980弯曲应力不大于980，根据计算结果可知，设计符合要求。 第5章 驱动车轮的传动装置5.1 车轮传动装置简介驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，基本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，其车轮传动装置主要包括半轴和万向传动装置。在非断开式驱动桥中，车轮传动装置的主要零件是半轴。5.2 半轴的型式和选择普通整体式驱动桥的半轴，根据其外端的支撑型式或受力状况的不同而分为三种型式：半浮式、3/4浮式和全浮式。根据轻型客车的结构特点选择其半轴的型式为全浮式半轴，全浮式半轴的特点是全浮式半轴的外端与轮毂相联，而轮毂又由一对轴承支承于桥壳的半轴套管上。多采用一对圆锥滚子轴承支承轮毂，且两轴承的圆锥滚子小端应相向安装并有一定的预紧，调好后由锁紧螺母予以锁紧，很少采用球轴承的结构方案。理论上说，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、半轴法向平面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570。全浮式半轴其工作可靠，广泛应用于各类汽车。5.3 半轴的设计计算与校核如前所述本方案采用全浮式半轴其设计过程如下：半轴的计算转矩；0.61574.2185.042=2003.3661式中： 差速器半轴强度校核； =529=588 =28式中； 半轴扭转应力， T半轴计算转矩， d半轴杆部直径， 半轴扭转许用应力，可取490588经以上计算符合要求。半轴的最大扭转角为 （5-4）式中半轴长度材料的剪切弹性模量J半轴横截面的极惯性矩则，在每米长度615之间，符合要求。5.4 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。本设计采用的是矩形花键。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、中频感应淬火的日益增多。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。综合考虑本次设计采用40Cr。第6章 驱动桥壳设计6.1 驱动桥壳简介驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受有车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车身，它同时又是主减速器，差速器和半轴的装配体。驱动桥壳应满足如下设计要求： 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； 在保证强度和刚度的情况下，尽量减小质量以提高行驶的平顺性； 保证足够的离地间隙； 结构工艺性好，成本低； 保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入； 拆装，调整，维修方便。6.2 驱动桥壳的结构型式及选择桥壳的结构型式大致分为：（1）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。（2）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。本次设计根据车的特点，选择整体式驱动桥壳。6.3 驱动桥壳强度分析计算驱动桥可以视力为一个空心梁，它的支点位于轮胎中心，载荷作用于钢板弹簧座上。驱动桥的受力图如图6-1所示。6.3.1 当牵引力或制动力最大时此种情况下，桥壳的危险断面在钢板弹簧座附近。在垂直平面内，桥壳钢板弹簧座（悬架）处的弯矩为： （6-1）=5026.74式中侧驱动轮带轮毂及制动器总成的质量； 驱动壳的轮距，m； 后驱动桥两悬架支撑点间的距离，取。桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。通常由于远小于，且设计时不易准确预计，当无数据时可以忽略不计。如图6-1驱动桥受力简图在水平面内，由牵引力产生的弯矩为： （6-2）=1980.77式中 发动机的输出的最大转矩，为157 ；是变速器1档传动比，=4.218；是主减速器的传动比，=5.042；传动系的传动效率，取=0.96。合成弯矩为： （6-3）=5402.92196.3.2 通过不平路面垂直力最大时汽车通过不平路面时，桥壳受到最大垂直动载荷。此时，危险断面在钢板弹簧座附近，其弯曲力矩为： （6-4）=7330.66式中：动载荷系数，乘用车=1.75；、见上式（6-1）下说明。第7章 结论本课题设计的轻型客车驱动桥，采用非断开式驱动桥，由于结构简单、主减速器造价低廉、工作可靠，可以被广泛用在各种汽车。设计介绍了后桥驱动的结构形式和工作原理，计算了差速器、主减速器以及半轴的结构尺寸，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性，驱动桥总成及零部件的设计能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求，修理、保养方便，机件工艺性好，制造容易。但此设计过程仍有许多不足，在设计结构尺寸时，有些设计参数是按照以往经验值得出，这样就带来了一定的误差。另外，在一些小的方面，由于时间问题，做得还不够仔细，恳请各位老师同学给予批评指正。参考文献1 王望予.汽车设计.吉林：机械工业出版社，2004.2 陈家瑞.汽车构造. 人民交通出版社,2002.3 成大先.机械设计手册. 化学工业出版社,2002.4 刘惟信.汽车车桥设计.北京：清华大学出版社， 2004.5 吴宗泽主编.机械设计师手册. 北京:机械工程出版社,2002.6 细川武志编.魏朗译.汽车构造图册.北京:人民交通出版社,2004.7 崔心存主编.现代汽车新技术. 北京:人民交通出版社,2001.8 蒋立盛.汽车设计手册 整车 底盘卷（4.4，4.5）.长春汽车研究所，1998. 9 唐嘉平.AutoCAD2006实用教程.第2版.北京:清华大学出版社,2006.10 刘彦戎.张慧缘，李万用.汽车标准汇编（第四卷）.中国汽车技术研究中心标准化研究所出版社，2000.11 纪峻岭 .传动轴，差速器，驱动桥，车桥. 化学工业出版社,2005.12 相关图纸、期刊.13 王树伟.MATLAB6.0辅助图象处理.北京：电子工业出版社，2003.14 赵学敏.汽车底盘构造与维修.北京：国防工业出版社，2003. 15 Dirk Spindler Georg von Petery INA-Schaeffler KG. Angular Contact Ball Bearings for a Rear Axle Differential.SAE ，2003.16 Gleason Company.GLEASON BEVEL ANDHYPOID GEAR DESIGN，1972致 谢在这三个月忙碌的毕业设计中，我学到了很多东西对驱动桥有了更进一步的认识。我设计的课题是：CA6440轻型客车驱动桥的设计，其实刚拿到题目的时候是很茫然，不知道从何下手。但是我查阅了很多和驱动桥有关的书籍，并且在老师的辛勤指导下，终于将这个课题顺利的完成了。还要感谢学校能够组织我们到长春一汽进行了毕业实习，在工厂里我们看到了实物。这次实习机会对我进行毕业设计的帮助也非常大。在此向我的指导老师单鹏老师表示由衷的感谢，感谢您的悉心指导非常有耐心的为我们解答疑惑，您能在百忙之中抽出时间给我们答疑检查图纸您的辛苦我们都知道，在此再一次对您表示感谢。这段时间自己真正的动手设计一个课题，使我知道了毕业设计的重要性，毕业设计是大学学习阶段一次难得的理论与实际相结合的机会，使我在大学期间学到的知识进行了一次大总结，一次大检查，特别是机械设计、工程制图、机械原理等基础知识，进行了一次彻底的复习。通过这次毕业设计，使我对课堂上的理论知识有了更加深刻和具体的理解，让我对专业知识能够熟练的掌握与运用，也提高了解决工程实际问题的能力，通过对相关文献，资料的查阅及运用电脑软件进行绘图也使我对电脑及网络资源的应用能力有所提升，我要感谢学校给我们提供了这个让我们的能力得到提高的机会。最后我要特别感谢汽车与交通工程学院所有老师对我四年来的细心教诲与无微不至的帮助。没有你们的辛勤辅导，我们也不会这么顺利的毕业。非常感谢你们，我们敬爱的老师。附 录A一、英文原材料Drive AxleAll vehicles have some type of drive axle/differential assembly incorporated into the driveline. Whether it is front, rear or four wheel drive, differentials are necessary for the smooth application of engine power to the road.The drive axle must transmit power through a 90 angle. The flow of power in conventional front engine/rear wheel drive vehicles moves from the engine to the drive axle in approximately a straight line. However, at the drive axle, the power must be turned at right angles (from the line of the driveshaft) and directed to the drive wheels.This is accomplished by a pinion drive gear, which turns a circular ring gear. The ring gear is attached to a differential housing, containing a set of smaller gears that are splined to the inner end of each axle shaft. As the housing is rotated, the internal differential gears turn the axle shafts, which are also attached to the drive wheels.The differential is an arrangement of gears with two functions: to permit the rear wheels to turn at different speeds when cornering and to divide the power flow between both rear wheels.(1)The accompanying illustration has been provided to help understand how this occurs. The drive pinion, which is turned by the driveshaft, turns the ring gear.(2)The ring gear, which is attached to the differential case, turns the case.(3)The pinion shaft, located in a bore in the differential case, is at right angles to the axle shafts and turns with the case.(4)The differential pinion (drive) gears are mounted on the pinion shaft and rotate with the shaft.(5)Differential side gears (driven gears) are meshed with the pinion gears and turn with the differential housing and ring gear as a unit.(6)The side gears are splined to the inner ends of the axle shafts and rotate the shafts as the housing turns.(7)When both wheels have equal traction, the pinion gears do not rotate on the pinion shaft, since the input force of the pinion gears is divided equally between the two side gears.(8)When it is necessary to turn a corner, the differential gearing becomes effective and allows the axle shafts to rotate at different speeds.As the inner wheel slows down, the side gear splined to the inner wheel axle shaft also slows. The pinion gears act as balancing levers by maintaining equal tooth loads to both gears, while allowing unequal speeds of rotation at the axle shafts. If the vehicle speed remains constant, and the inner wheel slows down to 90 percent of vehicle speed, the outer wheel will speed up to 110 percent. However, because this system is known as an open differential, if one wheel should become stuck (as in mud or snow), all of the engine power can be transferred to only one wheel.Engineers searched diligently for ways to allow each driving wheel to operate at its own speed. Many ideas were tried with mixed results before the basic design for the present-day, standard differential was finally developed. The successful idea that is still used in principle today was to divide the engine power by dividing the axle in two-attaching each driving wheel separately to its own half-axle and placing in between, an ingenious, free-rotating pinion and gear arrangement. The arrangement was called the differential because it differentiates between the actual speed needs of each wheel and splits the power from the engine into equal driving force to each wheel.On/off road vehicles and other trucks required to haul heavy loads are sometimes equipped with double reduction axles. A double reduction axle uses two gear sets for greater overall gear reduction and peak torque development. This design is favored for severe-ser-vice applications, such as dump trucks, cement mixers, and other heavy haulers.The double reduction axle uses a heavy-duty spiral bevel or hypoid pinion and ring gear combination for the first reduction. The second reduction is accomplished with a wide-faced helical spur pin-ion and gear set. The drive pinion and ring gear function just as in a single reduction axle. However, the differential case is not bolted to the ring gear. Instead, the spur pinion is keyed to and driven by the ring gear. The spur pinion is in turn constantly meshed with the helical spur gear to which the differential case is bolted.Many heavy duty trucks are equipped with two rear drive axles. These tandem axle trucks require a special gear arrangement to deliver power to both the forward and rearward rear driving axles. This gearing must also be capable of allowing for speed differences between the axles. Two axle hub arrangements are available to provide support between the axle hub and the trucks wheels: the semi-floating type axle and the fully floating type axle. Of the two ,the semi-floating is the simplest, cheapest design to incorporate ,but the fully floating axle is more popular in heavy-duty trucks. In the semi-floating type axle, drive power from the differential is taken by each axle half-shaft and transferred directly to the wheels. A single bearing assembly, located at the outer end of the axle, is used to support the axle half-shaft. The part of the axle ex-tending beyond the bearing assembly is either splined or tapered to a wheel hub and brake drum assembly. The main disadvantage of this type of axle is that the outer end of each axle shaft must carry and support the weight of the truck that is placed on the wheels. If an axle half-shaft should break ,the trucks wheel will fall off.Drive axle operation is controlled by the differential carrier assembly. A differential carrier assembly consists of a number of major components. These include: 1. Input shaft and pinion gear 2. Ring gear 3. Differential with two differential case halves, a differential spider ,four pinion gears ,and two side gears with washers. This differential assembly fits between the axle shafts, with the shafts being splined to the differential side gears. The parts of the differential carrier are held in position by a number of bearings and thrust washers.The leading end of the input shaft is connected to the drive shaft by a yoke and universal joint. The pinion gear on the other end of the input shaft is in constant mesh with the ring gear. The ring gear is bolted to a flange on the differential case. Insied the case, the legs of the spider are held in matching grooves in the case halves. The legs of the spider also support the four pinion gears. In addition ,the case houses the side gears ,which are in mesh with the pinions and are splined to the axle shafts. When the drive shaft torque is applied to the input shaft and drive pinion, the input shaft and pinion rotate in a direction that is perpendicular to the trucks drive axles. The drive pinion is beveled at 45 degrees and engages the ring gear, which is also beveled at 45 degrees, causing the ring gear to revolve at 90 degrees to the drive shaft. This means the torque flow changes direction and becomes parallel to the axles and wheels.The drive shaft must also be able to change in length while transmitting torque. As the rear axle reacts to road surface changes, torque reactions and braking forces, it tends to rotate for-ward or backward, requiring a corresponding change in the length of the drive shaft. In order to transmit engine torque to the rear axles, the drive shaft must be durable and strong. An engine producing 1 000 pound-feet of torque, when multiplied by a 12 to t gear ration in the transmission, will deliver 12 000 pound-feet breakaway torque to the drive shaft. The shaft must be strong enough to deliver this twisting force to a loaded axle without deforming or cracking under the strain. Drive shafts are constructed of high-strength steel tubing to provide maximum strength with minimum weight. The diameter of the shaft and wall thickness of the tubing is determined by several factors maximum torque and vehicle payload, type of operation, road conditions, and the brake torque that might be encountered. One-piece ,two-piece ,and three-piece drive shafts are used, depending on the length of the drive line. Each end of the drive shaft has a yoke used to connect the shaft to other drive line components. The yoke might be rigidly welded to the shaft tube or it might be a spline, or slip yoke. The tube yokes are connected through universal joints to end yokes on the output and input shafts of the transmission and axle. A typical slip joint consists of a hardened, ground splined shaft welded to the drive shaft tube that is inserted into a slip yoke that has matching internal splines. The sliding splines between a slib joint and a permanent joint must support the drive shaft and be capable of sliding under full torque loads. The propeller shaft is generally hollow to promote light weight and of a diameter sufficient to impart great strength. Quality steel, aluminum, and graphite are used in its construction. Some have a rubber mounted torsional damper. The universal yoke and splined stub (where used) are welded to the ends of a hollow shaft. The shaft must run true, and it must be carefully balanced to avoid vibrations. The propeller shaft is often turning at engine speeds. It can cause great damage if bent, unbalanced or if there is wear in the universal joints. As the rear axle moves up and down, it swings on an arc that is different from that of the drive line. As a result, the distance between transmission and rear axle will change to some extent. When the propeller shaft turns the differential, the axles and wheels are driven forward. The driving force developed between the tires and the road is first transferred to the rear axle housing. From the axle housing, it is transmitted to the frame or body in one of three ways: 1. Through leaf springs that are bolted to the housing and