【《汽车断开式后驱动桥的车轮传动装置设计计算案例》3200字】

汽车断开式后驱动桥的车轮传动装置设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u15536汽车断开式后驱动桥的车轮传动装置设计计算案例 139201.1半轴的设计计算 1177051.1.1半轴的型式选择 1132861.1.2半浮式半轴的设计计算 2108831.1.3半浮式半轴的强度校核 3253761.1.4半浮式半轴计算载荷的确定 5299851.1.5半轴的结构设计及材料与热处理 661481.2.2球笼式万向节设计计算 7162141.2.3万向节的材料及热处理 81.1半轴的设计计算1.1.1半轴的型式选择汽车半轴的结构型式相较于前文的零部件较为单调，通常，它通过车轮端不同的支承结构来划分，其一是全浮式结构、其二为半浮式结构，还有一个区别于它们的3/4浮式结构。这三种结构各有个的优缺点，全浮式半轴在极理想情况下它仅承受转矩，而由于加工误差产生的一种不可避免的很小的弯矩基本可忽略不计，这样使得其强度很高，而这是源于它的特殊结构，该结构特殊在其半轴直接与轮毂相连。也因此，这个结构的加工要求高，加大了自身的成本，故而多用于一些有这方面要求的，较为重的汽车。而半浮式结构与3/4浮式结构优先被轿车采纳，这样一定程度上减轻了重量，还使结构变得简易了。通过研究发现，3/4浮式与全浮式结构很是相似，这两者因独特结构，刚度较大，同样这种类型的半轴承受的载荷会小很多。而半浮式结构上的桥壳独有一个轴承，这使得半轴工况变差，远大于上两种结构的力会传至半轴，半轴更易折损。结合上文描述，确定本次使用半浮式半轴。虽然较之其他两个，半浮式更为脆弱，但本次设计车为中型轿车，结构上的简化是优先要素。图5-SEQ图5-\*ARABIC1几种半轴结构简图及受力分析1.1.2半浮式半轴的设计计算在进行半轴所有计算前，首先要确定半轴转矩，而这个计算与一些原始数据相关，据《汽车车桥设计》确定如下：（5-1）根据参考资料得：取0.6；取值同前；代入以上数据得，半轴转矩为：由参考文献得（5-2）式中：—半轴直径，mm；—许用应力；根据参考资料得：许用应力取500MPa；数值同前；代入以上数据得，半轴直径初选为：mm出于强度原因，取mm在校核扭转应力前，先通过下式确定计算转矩为，其中，的确定按《汽车设计》[6]确定，数值取两者中的小值。（1）若按最大附着力计算，即（5-3）查阅参考资料：可取；结合前文数据计算得N（2）若按发动机最大转矩计算，即（5-4）式中数据取值同前，代入得：N在此情况下，取其中较小值：N所以：N·m1.1.3半浮式半轴的强度校核该类型半轴较为脆弱，同样工况，要考虑的更多，校核也更为复杂，多从三方面考虑，具体步骤如下：1.纵向力处于最大及侧向力处于最小在这种状况下，垂直力计算为,而纵向力的最大值为，取1.2，取0.85。半轴弯曲应力和扭转应力为：（5-5）式中：—为车轮的中心平面与支持轮毂的轴承间的距离，mm；—半轴直径，； 根据参考资料得：,;取值为0.06；取值同前；代入以上数据得，半轴弯曲应力和扭转应力为：合应力为2.取最大侧向力和最小纵向力为0在这种情况下，即汽车发生侧滑时，此时纵向力为0。外侧轮子上的与内侧轮子上的分别是：（5-6）式中：表示汽车的质心高度；表示轮距；表示侧滑附着系数;根据参考资料得：取582；取1640；取1.0；代入以上数据得：同理，作用于外侧轮子上的和作用于内侧轮子上的分别是：（5-7）计算得：则，连接外侧车轮的半轴上的和连接内侧车轮的半轴上的分别为（5-8）计算得：3.当汽车在不平路上通过时，在此取为最大，最小为0，也为0，这时，最大的垂直力为：（5-9）式中：—为动载系数，乘用车一般取代入得：半轴弯曲应力为：（5-10）代入得：上述是计算的三种应力，只有应力符合限制，才可。根据参考资料应力不可大于，这个限制也被称作许用应力，显然校核是成功的。1.1.4半浮式半轴计算载荷的确定半浮式半轴上还有一个花键结构，校核强度时，花键的校核也是必须的，根据《机械设计手册》确定计算如下：花键的剪切应力为（）花键的剪切应力为（5-12）式中：—半轴花键的外径，在此取；—相配花键孔内径，在此取；—花键齿数，在此取；—花键工作长度，在此取；—为载荷不均匀分布时的系数，查阅资料在取0.75；—花键齿宽，在此取；结合前面数据计算得：根据参考文献得，显然花键校核成功。1.1.5半轴的结构设计及材料与热处理不管是规格还是自主设计的零件，它们设计中都必须遵循一些特殊的规定，而在本次设计中，配套半轴齿轮的花键的内径数值不可比半轴自身直径小太多，故而，设计初期选定花键的尺寸时，适当的将花键设计的粗一些，这也间接的使得花键的齿数更多了一些，通常情况下选取范围在10至18之间。扭转疲劳产生的损坏是半轴最为明显的一种破坏形式，故而，使阶梯或过度一些结构上的圆角或倒角的尺寸适当大些，这样可一定程度上使得应力不会那么集中。在一些特大型汽车上，它们的半轴通常会设计的较大，当加工不便时，可应用两端均为花键的结构来连接，而这两端花键也可为求简化加工取相同的花键。阐述了基本规定后，还要了解不同类型花键的不同应用。例如目前市面上渐开线花键更为普及，这是因为同尺寸，它更可靠，只有更全面的了解，汽车性能才可更为优化。根据资料，分析半轴材料，目前多采用中碳合金，再加入金属铬，以增加硬度。多用材料为：40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi等。这些是一些旧材料，但性能依旧优越。除了这些材料，我国研究人员在这方面也取得了卓越成效，我们研究出了一种更为优异的新型半轴材料-40MnB。随着时代发展，不仅是半轴材料演变的越来越优异了，其加工工艺方法也得到了优化。其中高频、中频感应淬火等新的加工工艺愈发优良，取代了过去单一的调质处理。新的加工工艺使得半轴零件表面的硬化层深度比以往更深了，零件整体的刚度硬度都得到了质的提升，除此以外，通过采用新材料新工艺制造的半轴疲劳强度得到了十分显著的提高。所以这种材料及工艺被大多数商家采用。1.2万向节的设计1.2.1万向节的结构选择对所有带有两侧可独立的自主的摆动的半轴的驱动桥来说，它们在将转矩传至车轮的途中，必然要采用万向节传动这一结构，即万向节是断开式驱动桥或更为特殊的转向驱动桥里不可或缺的一个结构，只有采用这种独特的结构，才可达到车轮根据人意愿转向，或是左、右半轴在不同平面内摆动的效果。一般来说，在转向驱动桥上，为使车轮正常转向，会考虑在左右两个驱动轮的主销处，添加等速万向节这一结构；而在断开式驱动桥设计中，考虑到特殊使用要求，也要在两侧半轴与车轮连接处，分别添加十字轴万向节这一特殊结构；而在一些特殊的场合，也有每侧仅采取一个万向节的情况；还有一种则是左右两个独立的半轴联合应用一个万向节。在大致了解了万向节后，参考《汽车设计》[3]，万向节设计要求如下：无论是在平直路面还是转弯、爬坡还是下坡，都能可靠传力；通常汽车转速变化区间很大，此时要确保由万向节联接的两个半轴仍可匀速的旋转，且两周在一定的夹角内转动时必然产生不必要的附加载荷，这个载荷需在一定范围内；3.万向节要有一定的间隙补偿能力，可自动调整在半轴转动过程中由于一些原因导致的长度不标准的问题；4.尽可能的使结构简化，加工难度尽可能低，零件寿命要合格，在传动过程中效率要能达到最低标准。万向节的分类很多，最常见的几种是：挠性万向节、十字轴式万向节、等速万向节和准等速万向节，按照汽车的参数,Birfield型万向节在此适用。1.2.2球笼式万向节设计计算根据《汽车设计》[6]知识，本次选用的万向节结构上较于其他更为可靠，同比转角范围更广，可看下图，了解更为详细结构。图5-SEQ图5-\*ARABIC2Birfield型球笼式等速万向节的尺寸系列设计计算时，按理想状态设想，六个钢球在结构运作时均匀受载，则参考《汽车设计》一书，钢球的直径计算如下：（5-7）式中：—为使用因素，对于无振动的理想传动取1.0，有轻微振动的取，有中等振动的取，振动十分严重的取，在此取1.3。代入数据得:,由《汽车设计》一书得：取最接近的标准直径在确定了钢球直径后，按参考书依次计算其他相关结构尺寸：表5-1万向节相关参数1.2.