【《中型轿车驱动桥设计》16000字】

第页中型轿车驱动桥设计摘要从汽车的诞生至今，设计师们都在日益更新、完善着汽车的设计流程，而驱动桥设计也随之不断优化。驱动桥的重要性相对于汽车是首屈一指的，故而人们不在满足于它流程、技术等的优化，还努力朝着噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，NVH）方向发展，即从噪声、振动、和平顺性方向研究改进。本文设计对象为一中型轿车，设计目的是设计主要零部件并考虑它们装配关系成功组装一个中型轿车的驱动桥。在设计其中零部件时，先要考虑其结构，再根据结构利用公式进行尺寸计算，最后必不可少的一步就是校核。在此主减速器拟定为斜齿圆柱齿轮单级主减速器，差速器选用最为简单的对称式圆锥行星齿轮差速器，半轴结构采用半浮式半轴，桥壳采用组合式桥壳。拟定结构之后，再根据不同结构的不同计算步骤，确定必要尺寸。例如，主减速器计算载荷、行星齿轮参数等。计算完毕后，绘制电子版及手绘图纸。关键词：驱动桥,主减速器,差速器,半轴,桥壳目录TOC\o"1-3"\h\u327561绪论 2148581.1概述 2319451.2驱动桥研究意义 395931.3驱动桥设计基本要求 3196612驱动桥总成的结构型式拟定 5220423主减速器分析与设计 7209973.1主减速器的结构型式拟定 755643.1.1主减速器比的分析与确定 7264653.1.2主减速器减速型式确定 847403.1.3主减速器齿轮类型选择 834843.1.4主减速器主、从动齿轮齿轮的支承形式 9206713.2主减速器基本参数的设计计算与校核 9113313.2.1确定主减速器计算载荷 993053.2.2主减速器齿轮基本参数的选择 11286453.3主减速器齿轮材料选择及润滑 14140253.3.1主减速器齿轮材料 14221903.3.2主减速器的润滑 1514704差速器分析与设计 16181774.1差速器结构型式拟定 16265754.2对称式圆锥行星齿轮差速器的设计 16101944.2.1对称式圆锥行星齿轮差速器的结构 16204664.2.2差速器齿轮的基本参数设计 17288714.2.3差速器齿轮的几何计算 1934794.2.4差速器齿轮的强度校核 2162525车轮传动装置的设计计算 22303495.1半轴的设计计算 22145905.1.1半轴的型式选择 2243825.1.2半浮式半轴的设计计算 22185855.1.3半浮式半轴的强度校核 24184385.1.4半浮式半轴计算载荷的确定 25161825.1.5半轴的结构设计及材料与热处理 2686845.2.2球笼式万向节设计计算 27223925.2.3万向节的材料及热处理 2852416驱动桥壳的设计选型 2983076.1驱动桥壳的结构方案选择 29245106.2驱动桥壳强度计算 30132227总结 331绪论1.1概述汽车的驱动桥是汽车组成中极其重要的一部分，其位置相对固定，通常置于传动系头部对应的另一端。结合相应工况，在适当的情况下放大一定程度的前部结构传来的力矩，接着借助自身结构的特殊性将该力矩输送到下一个部件，同时合理的分配，是它理所应当本该就具有的要求；除此之外还要求驱动桥要具备使左、右车轮差速的功能，从而令车轮无差别的转动。地面到车身及车架之间的力也由驱动桥负载着。换而言之：整车的安全性、可靠性与驱动桥都是密不可分的，性能好坏、质量大小都将起到决定性作用。本次设计就是在于将一些部件组合成一个结构完整的驱动桥。日积月累的经验下，人们发现，驱动桥与悬架相互搭配，可以得到性能更为优越的汽车。现实生活中，几乎所有货车及一小部分小汽车，它们不需要很好的性能，多采取非独立悬架，而悬架类型决定着驱动桥的选择，考虑到这些因素，这类车桥采用非断开式驱动桥。该类型从结构上出发，较为简易。而在现实生活，对于寻常人开的轿车而言，FF方案驱动型式尤为普及，作为人类日常代步工具，更好的平顺性或舒适度是设计师们追求的目标，故而这类型车采用独立悬架更为常见；同理，更为追求极致的FR型车也多为此，这样的话断开式驱动桥更为匹配。为结构的合理性，后两种多采用组合式桥壳。从发动机到车轮，在这整个动力传递路径中，传动系扮演着根据工况调力的角色，分析传动系前段，也就是变速器等，若是一味的凭借这段结构，是远远不能使汽车平顺运动的，汽车内部存在无法化解的矛盾。为了解决这些，我们先分析矛盾是源于那。从结构上分析，寻常乘用车多是载人用途，内部空间越大，乘坐越舒适，这就要求发动机纵置，但是目前市面上常规车，都是两侧车轮横向的，这就是矛盾的来源。此时必须采用新结构，来弥补不足，显然，主减速器就可改变力矩方向，解决上述问题；同时，在某些情况下，汽车两侧驱动轮不能无差别转动，而差速器的研发就解决了这一问题；除此之外，当汽车高速行驶（为于最高档位）时，主减速器还可通过特殊结构，达到使转速维持在合理范围且适当加大转矩的目的，这在一定程度减少了汽车燃油消耗，也适当弥补了牵引力不足。结合上述，了然可知，主减速器的合理设计不可马虎。只有确定恰当的主减速比，这个恰当除了上述要求，一定程度上，还要与变速器档位配合。这两者数值恰当时，汽车油耗同比降低，NVH性能更优越，同样的汽车高速行驶动力性更佳。为满足不同工况下的不同需求，汽车主减速器分类有零零散散很多种，在此按有几对齿轮副分为：其一为单级主减速器，其二为双级主减速器。本次设计车型为中型轿车，单级主减速器即合理。在有了主减速器后，解决了一部分问题，但还暴露了新不足。汽车驾驶途中，汽车通过崎岖不平路面，或是在路口转弯时，在这些特殊时刻，未加差速器的车轮在同一段时间内走过的距离或会不同。除了工况因素外，还有些许不可避免的，制造误差，不同的气压、不均匀的负载等，这些使得轮胎的一些细节尺寸发生微变，而这种轮胎的形变也势必导致滚动半径不同，必然两侧车轮转速也不统一。这些不足不可忽略，在前辈设计师努力下，差速器原理普及开来，这些不足一一化解。在差速器设计时，要考虑到工作平稳与否，结构简单与否这些基本设计要求，而从这点出发，结构简单的对称式圆锥行星齿轮差速器在所有的差速器中脱颖而出。但这类结构在运用时也存在诟病，结构上的特殊，或会导致，当汽车一侧车轮经过年久失修的路面，不幸深陷泥潭时，由于差速作用，这个遇险的车轮，开始腾空打转，该转速可能数值逼近差速器壳速，而另一侧处于安全境况的车轮，或因此而失去一部分转速，这种情况对于遇险汽车是毁灭性的打击，会导致牵引力不足，这在一些常在户外的车上，是坚决不允许的，加锁止机构是必要手段。驱动车轮传动装置结构选择，不止是靠驱动桥自身决定，在相当程度上也受传动系布置方案影响，换而言之，当为FR布置方案时，在这个方案里，前桥为转向桥，它需按照驾驶者意愿将车轮偏转一定角度，这是它的职责所在，在此单纯的一根轴是远远不能满足要求的，额外加万向节是必要的；而在FF方案里，前桥更为特殊，转向驱动桥兼备转向及传力，这时更多的要求结构也略复杂，等速万向节的加入是一种好的选择；除此之外，还有一种自身有两个可独立摆动半轴的驱动桥，同样在结构上它也需采用万向节传动。对于另一种结构上相对简化的驱动桥--非断开式驱动桥，若为非转向桥，则左右两侧车轮的运作直接由半轴来操控，即差速器与半轴间无其他零件，直接联接。汽车半轴相较于别的结构，它的类型相对单调，半浮式、全浮式、3/4浮式就是它的全部类型。从结构上来说，全浮式结构的的半轴直接与轮毂相连，而这种特殊结构，使得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，也因此，该结构的强度较高，但有利也有弊，这也使得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，较为重的大车。然而其他一些小车，并太要求高强度，所以广大商家，为使整车轻化，会适当压缩驱动桥重量，而半浮式与3/4浮式半轴的选择就是很合理的手段，这俩结构大大简化了车桥结构，质量随之下降。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。上述是驱动桥零部件的分析，结合各自不同结构，合理选择是驱动桥设计的关键。除了上述外，还要考虑到里面零部件的日常磨损、而为了适当克服，加润滑油是不错选择；同时齿轮精度欲高，工作结合就更良好，这些都是需要考虑的，权衡这些因素，才能更好的提升传动效率。1.2驱动桥研究意义时代发展至今，驱动桥结构设计、工艺流程等的发展可以说已经到了穷途末路，基础的都已经很是完善，故而，人们将目光放在了除技术以外的部分，利用有限元分析力求驱动桥更轻量化；优化材料，力求更长使用周期；合理分析应力，达到降震、减噪目的；随着这些研究日益推进，汽车上的驱动桥越来越理想化。虽然驱动桥设计套路很是老套，但这对于我们车辆专业来说，只有更深入了解基础设计流程，才能对整车有更好认识。本次设计我的选题就是为中型车设计后驱动桥，这是很好体现四年学习结果的时候，在我运用所学，结合所给出的要求，合理组装出一个驱动桥后，还要结合自身，在力所能及的情况下，将该驱动桥简化，当然前提是工作要求仍是第一要素，还要力求在同样传动比的情况下，令这个车油耗更低；同时，尽力紧跟时代，提出自己对驱动桥未来发展的浅薄见解，并适当引用国内外研究成果，使设计的车更为平顺、噪声更低。设计出更优异符合现代要求的驱动桥，为四年生涯画上完美一笔。1.3驱动桥设计基本要求根据前文综述，大致的了解了驱动桥构成，以及不同部件的功能，还了解了目前驱动桥发展到了何种地步，知道了目前研究者们的研究动向，这是不可多得的宝贵经验。实质上，汽车的用途不同导致种类也有区别，这也将使它们的结构形式产生细微的区别。但这并不会导致设计思路有飞跃性的质变，正所谓万变不离其宗，驱动桥是增矩变速为主，这是所有驱动桥设计的第一要素。参考《汽车底盘设计》[2]，总结出驱动桥设计时的设计要素：1)理想状态下，主减速比选取兼备动力性及燃油经济性，综合这两者得到合理数值；2)考虑到不止行驶平顺直路，例如当汽车在通过不平等的路面又或是汽车在路口转弯时，两侧车轮将出现左、右转速不一致的情况，在这种特殊情况下驱动桥也应满足平稳不间断传递转矩的要求；3)在满足驱动桥设计要求的前提下，要保证里面各个部件有较高的强度、刚性、较长的使用寿命，承载能力一直稳定可靠；在上述基础上，使结构更轻，在这些里簧下质量轻化是重中之重，更轻的质量才能更平顺，并减少惯性带来的载荷；4）噪声在合理范围内；5）传动效率尽可能高；6）尺寸尽可能小，汽车越障能力高；7）机构简单；8）维修、保养简便；2驱动桥总成的结构型式拟定经过上述绪论的分析以及比较，本次设计选用的型式是断开式后驱动桥。驱动桥总成有形形色色的结构型式，多的型式意味着多选择，在盲于考虑选型时，结合上述分析，要将与悬架的配合放在首要，在确定配合后，适当的将制造生产条件考虑进去，当然不同车型也存在细微差距。分析了选型要素，现在通过图2-1来简单认识一下不同类型的驱动桥。如下图2-1（a）这是一种结构上相对简单的驱动桥—断开式驱动桥，它在货车上更为普及；而下一个图2-1（c），显而易见，它的结构会复杂，而性能相对好，小汽车上应用更广；较之上两个，图2-1（b）是更为特殊的一种，其虽为非断开式驱动桥，但它的半轴确不全然是刚性，它可相对摆动。（b）（c）图2-SEQ图2-\*ARABIC1驱动桥结构型式简图简单认识了驱动桥型式后，结合市场分析，市面上大多数家用的小轿车，采用FF布置型式居多，而在这种布置里，显而易见，此时这个车的前桥就为转向驱动桥了。在确定这个转向驱动桥型式前，要明确桥车是为了坐人，而不是拉货，基于这点，桥车多配以独立悬架，才能更为舒适，而这时搭配断开式车桥就更为合理。在这里选择断开式车桥，除了出于搭配目的，还考虑到了这类型结构，同比与其他，其簧下质量更小，这种结构上质量的重新分配，会得到更优异的性能，汽车承受的载荷冲击也更加平缓了。这种结构下，汽车的抓地能力还得到了一定提升，车轮地形适应能力更好了，在通过崎岖不平路面时，也不用过于担忧离地间隙了，同比抗侧滑能力也更好了。这两者自身就很优异，两者的结合更是如虎添翼，进一步改善了整车操作性能，并使得不足转向性得到优化。这些是在普通轿车上适应，而对于一些中型、大型轿车，它们在结构上会采用后驱，虽然同比整车性价比可能降低，但动力性、舒适性会得到很大的提升。图2-SEQ图2-\*ARABIC2某车型断开式驱动桥图2-SEQ图2-\*ARABIC3奥迪A4L轿车的断开式后驱动桥在本次毕设中，我的设计出发点是基于中型轿车开始的。参考已给设计资料，该车型采用FR布置型式，车后悬为独立悬架。因此，结合自身在此选择的驱动桥为断开式驱动桥，上图2-3就为典型后驱断开式驱动桥，在此可为一定参考。3主减速器分析与设计3.1主减速器的结构型式拟定3.1.1主减速器比的分析与确定主减速器之于驱动桥的地位是首屈一指的，所以设计上不可马虎。现代汽车驱动桥设计中，在确定该结构齿轮类型及减速型式时，首先应该先大体确定些许原始数据，这些数据里起决定性的有以下：其一为主减速器比、其二为驱动桥离地间隙。在整个汽车设计中都是决定性的数据，它的大小将限制整个主减速器质量、结构形式选择、尺寸形状等。结合上述，本次设计的首要难关是确定合理的主减速比。说到合理的主减速比选取，这个数值一定不是凭空捏造的，汽车有自己一定的规律特性，的选取必须符合发动机外特性曲线，这样汽车动力性才可得到保障。通过以前汽车理论知识的学习，计算主减速器比时，多用最高档位行驶时的最高车速为约束，此时计算得到的是满足动力性这一要素的。在主减速比已经计算出后，还要考虑到车速，对于一些有要求的汽车来说，最高车速不可低于限制规则。参考《汽车理论》，确定如下：（3-1）参考设计汽车参数得:=5000rpm；=230km/h；=0.75；通过查看《汽车理论》[7]，在计算时轮胎滚动半径大致等于轮胎自由半径，即汽车滚动半径=0.3461m代入以上数值计算得：3.1.2主减速器减速型式确定现实生活中，汽车的种类有形形色色很多种，人们对它们要求不同，乘用车载人，货车拉货，而目的的不同，也导致结构上或大或小的差异，为了更为满足要求，主减速器演变出了千变万化的减速型式，让人们更好的依据目的选型。这是一个大致的选型参照依据，而除了这些，驱动桥的数目、对越障能力的要求，都是必不可缺的参考因素。单级及双级主减速器是目前市面上最寻常的，由于本次设计我是为中型轿车设计的，轿车相对而言，不需要那么高的通过性，整车质量也追求轻化，结合上述，显而易见，更轻更小的单级主减速器是更为优异的抉择。同时按经验公式，，也同样印证了选择是合理的。观看下图3-1，了解该结构构成。3.1.3主减速器齿轮类型选择在考虑完减速型式后，齿轮型式的选择也是一个棘手的问题，现下主要的齿轮类型即如下图3-2，这是能找到的最普及的类型，弧齿锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮、蜗轮蜗杆，这4类结构的传动形式依次详见下图a、b、c、d，它们不同的传动形式，也就意味着适应车型不同，合理选择，可更好优化整车。这只是就单级主减速器而言的，双级的话，结构上再额外加一对斜齿圆柱齿轮，即可满足要求。综上所述，采用圆柱齿轮的单级主减速器符合中型轿车要求。图3-SEQ图3-\*ARABIC2主减速器齿轮传动形式3.1.4主减速器主、从动齿轮齿轮的支承形式齿轮的支承刚度影响齿轮的啮合情况，需要进行合理抉择。悬臂式（REF_Ref1938\h图3-3（a））与跨置式支承（REF_Ref1938\h图3-3（b））为目前主减速器齿轮的两种主要支承形式。通过查阅相关资料，对这两种结构进行分析，跨置式这种支承形式同比另一种承载能力更大，即能够在缩小安装空间的情况下，还能有较大刚度。但同样性能上的优越势必使得结构复杂化了，合理的布置是一个难关，性价比也降低了。考虑到本次设计车为中型轿车，日常工况不会过于差，传递的转矩极限也不会过高，显然悬臂式能在满足要求的情况下，简化结构，是更优选择。（b）图3-SEQ图3-\*ARABIC3主动锥齿轮两种支承形式而从动齿轮的支承形式（REF_Ref1938\h图3-3）则是没有过多选择，结构上普遍采用轴承大端向内最为寻常的圆锥滚子轴承来实现支承目的。这样选取不是毫无依据的，主减速器作为关键结构，其强度要有保障，而安装加强肋板不可谓是一种好办法，而额外安装须得空间足够，那么c与d占用空间就不可过大，采用上述结构很好的解决了问题。出于对载荷是否均布的考虑，c值应不小于d，这可有效缓冲载荷，同时，主减速器从动齿轮还对这两个值有一定约束，分度圆直径的7成数值，是它们和的下限，这样才是优异的布局。3.2主减速器基本参数的设计计算与校核3.2.1主减速器计算载荷的确定通过研究发现，汽车的工况相当复杂多变，这也导致一些数值确定上很是困难，而在计算主减速器时，一个重要参数计算载荷就很难直接利用公式确定。通过日积月累的经验总结，人们推测出一种经验公式，也被称作格里森法，通过这个方法可大致确定计算载荷，计算误差是可以控制在范围内的。本次也采用此法，根据《汽车底盘设计》[2]，计算如下：通过发动机最大转矩以及最低档传动比来确定（3-2）查资料得：=1；；计算驱动桥数为：；液力变矩器变矩系数为：,其中为最大变矩系数()，在此取2.0，计算得；分动器传动比为：未使用分动器，=1；主减速器传动比为：3.782；发动机的最大转矩计算如下：，参数为转矩的适应系数，其取值一般在之间，结合设计条件在此取1.1，为已知的发动机的最大功率（kw），根据已给汽车参数得=174kw，代入得N·m；变速器一挡传动比在此通过计算取：代入上述数值计算得：=5111.883按驱动轮打滑扭矩确定从动齿轮计算转矩（3-3）查资料得：=9028.25N；；；汽车后桥的负荷转移系数为：；轮胎与地面间的附着系数为：；代入以上数值计算得：=3187.17按日常行驶平均（当量）转矩确定从动锥齿轮计算转矩（3-4）式中：—为汽车日常行驶平均（当量）牵引力，N；意义同前；查资料得：数值同前；汽车日常行驶平均（当量）牵引力为：，其中为道路滚动阻力系数，在此取0.01，为日常公路坡度系数，在此取0.08，为汽车总质量，计算公式为，是汽车整备质量（，为轿车人均整备质量，在此取0.26，为5人座取值5），是乘客和驾驶员质量，每人以65kg计，是行李质量，每人按7kg计，代入得kg，为汽车的性能系数，计算如下，将上述代入得N代入以上数据计算得：N·m上述3种方法中的前两种方法用于确定最大计算转矩，应取它们之中较小的数值，即确定的最大计算转矩3.2.2主减速器齿轮基本参数的确定（1）相关齿轮齿数的选择齿数和选取都有一定参考依据，为使所以齿轮的每一个齿在啮合过程中相互完美啮合，以求它们可自动啮合，在拟定齿数时需令它们无公约数。同时还应满足大齿轮、小齿轮齿数相加大于等于40，这样才能使重合系数更为理想，此举还可提高轮齿弯曲强度。在达到上述要求的前提下，通常主动齿轮齿数，这是针对轿车，而货车的，这些限制条件将很大程度降低噪音，并使得啮合更为平稳。斜齿轮设计计算1）按轮齿弯曲疲劳强度设计根据《机械设计》[6]得到模数的计算步骤如下：（3-5）确定公式中的各参数值：①确定轮齿的许用弯曲应力按《机械设计》[6]计算步骤如下：（3-6）根据参考资料得：=420MPa；=2；；弯曲疲劳强度计算的寿命系数为：=1；代入以上数值计算得：MPa因两齿轮除尺寸形状不同外，其余相同，故相同。②计算小齿轮的名义转矩（3-7）数值同前，代入数值计算得：③选取载荷系数这个数值确定一般与齿轮精度密不可分，当精度较高时，数值上可适当小点。结合选取的齿轮精度为7级，故而结合描述拟定为。④确定与初步令,再按公式计算；则；⑤齿宽系数的选择：是齿轮中相当关键的一个数值，选择时，考虑的也要面面俱到。因考虑其取大取小带来的不同影响，当选定大点的数值时，其在一定程度时减小了直径，这间接导致传动的中心距变小了，同样也减轻了整个传动装置的质量，当然箱体也得到了减轻，有利同时也有弊，当选大值时，其齿宽是变大了，强度相应高了，但安装也更麻烦了，更为槽糕的是冲击载荷更加不可控了。根据经验及参考文献：硬齿面悬臂式的；⑥确定复合系数由《机械设计》[6]图10-17查得=4.18；取15；将上述计算的参数代入式（3-5）得，模数为：mm计算完模数后，还要按一定标准取值；在此由《机械设计》[6]表可知，2.96mm趋近3mm，故而3mm是合理取值。确定了模数后，中心距也可以计算了，如下：再用中心距反求得到⑦计算其它几何尺寸，因强度要求取=29，取=36校核齿面的接触强度在确定了基础参数后，进行必要校核，在此按《机械设计》[6]计算：（3-8）式中：；--为弹性系数，因其为钢制，；其余数值同前，将上述数值代入得：MPa要确定是否达标，还要与进行比较。而的计算根据《机械设计》[6]可得，其中（为保险起见，安全系数尽可能小），，MPa显而易见，该部件满足要求主减速器齿轮参数表表3-SEQ表3-\*ARABIC1主减速器齿轮参数表3.3主减速器齿轮材料选择及润滑3.3.1主减速器齿轮材料上述阐述了主减速器的设计计算，顾名思义，计算是在设计里占大头的，但主减速器作为机构，仅仅是依靠合理的尺寸结构，是不能够长期在恶劣工况下工作的，它需要承受很大的冲击。基于这些，我们不光要完善计算，还要在材料上多下功夫。在考虑时可将下列几个要求着重考量：较高的弯曲疲劳强度、达标的表面接触疲劳强度；另一个轮齿芯部这个重要位置必须有较优良的韧性；还要考虑到加工时所选材料性能是否良好等。查阅资料得应用于主减速器传动的斜齿圆柱齿轮的材料目前市面上多采用渗碳合金钢。这里选用的型号是20CrMnTi，这种材料经过特殊热处理后，其硬度远远满足要求。通常在一对新齿轮使用前期，齿面可能发生胶合、擦伤等恶性毁坏，为此在齿轮制造时可以在齿面上镀一层铜或者锡，除此之外还可在齿轮表面做磷化处理，这样可一定程度上提升其强度，但这种处理方法并不能补偿零件的尺寸公差。3.3.2主减速器的润滑考虑了设计、材料后，润滑也是必不可少的一环，主减速器长期啮合工作，工况恶劣，齿轮若是啮合时润滑不当，可能刚性断裂，轴承也是较为脆弱的部件，也要给予充分润滑，若非如此它们可能会过早磨损，使得寿命减少。为了更好的润滑，通常情况下可在结构上采取以下方法，即在特殊位置设计一集油槽；仅仅一个特殊处理是不太足够的，人为构造一个润滑回路，两者结合使用，才能达到充分的润滑。再者还有一方面，桥壳内部有时会因为某些原因使得内部压力增大，这可能导致结构漏油，所以必要情况下在主减速器壳或桥壳上打上用于通气的孔；考虑到润滑油可能飞溅堵塞通气孔，其位置须得位于润滑油飞溅范围外，通常桥壳最低处是安放放油孔最合理的位置，放在别的地方可能会干扰其他机构。

4差速器分析与设计4.1差速器结构型式拟定驱动桥设计时，设计者通常想让左、右两个车轮都同时同步滚过相同的距离。但现实情况下左、右车轮很难达到上述设计要求，例如，当汽车在通过崎岖不平的路面又或是汽车在路口转弯时，此时汽车的左、右两个车轮在相等的时间内滚过的距离是不相同的，显然定有一侧车轮相较于另一侧滚动过的路径更长；除去道路因素的影响，还有一些不可避免的因素，精度不够高，气压不同，承受载荷不同，这些也都会导致轮胎发生细微形变，这也使得两个车轮的行程不尽相同。而更为恶劣的影响是，若该车桥的左、右车轮因半轴是刚性连接使得它们也只能一起运动，结合以上分析，会使得行驶过程中有一个或多个车轮产生非纯滚动运动，这将给轮胎带来不可恢复的磨损，同时，还会加剧燃油的不必要消耗，更甚者使得整车转向性能和操纵性能恶化，这将对人身造成很大威胁。为了杜绝此类严重影响汽车性能的情况出现，设计师们发明了轮间差速器，该装置放置与左、右驱动桥间，其通过自身特殊的结构使得驱动桥两侧车轮可相对独立运动，即可具有不同的角速度，纵然它们的行程不尽相等，这满足汽车运动学要求。通过上述可知，差速器是以保证在必要条件下两侧驱动车轮可分别以不同角速度转动为首要目的的，除此以外还承担着分配转矩的任务。差速器有形形色色的种类，而对称式圆锥行星齿轮结构的差速器因其优点突出，被大多数人选择。4.2对称式圆锥行星齿轮差速器的设计4.2.1对称式圆锥行星齿轮差速器的结构如下图4-1所示，该结构的差速器主要构成部件为：两个半轴齿轮，四个行星齿轮，差速器的左、右壳，除此之外还有一些小的零部件。图4-1普通的对称式圆锥行星齿轮差速器4.2.2差速器齿轮的基本参数设计行星齿轮数目确定一般行星齿轮数目确定与设计车类型密不可分。根据所学，行星齿轮n个数的拟选应结合所受载荷大小来定，在强度要求下，拟定n=2当此时所受载荷一般的情况下，而当对承受载荷能力有较大要求时，即一些载货的大货车及行驶路况不稳定的越野车可拟定n=4，结合上述，及我们的设计资料，显然2个行星齿轮在中型轿车上更为合理。行星齿轮球面半径的确定一定程度上当我们确定了后差速器自身的结构尺寸也就被限定在了一定范围内，该尺寸也决定了齿轮的安装尺寸，通过间接的可计算得到该锥齿轮的节锥距，而这个参数事关差速器强度，取值上不可马虎，所以球面半径尺寸计算须得好好考量。球面半径确定较为麻烦，未有笃定的公式，多按经验计算，根据《汽车底盘设计》[2]计算如下：（4-1）查资料得：取2.97；N·m；代入以上数据得，球面半径为：mm直齿锥齿轮节锥距mm4.行星齿轮与半轴齿轮的选择上述是对齿轮的大体设计，而现在齿数的确定才是齿数参数设计的真正的第一步。通常确定机构尺寸数值时，考虑的多是变大变小的影响，在此也同理。逆向考虑到齿轮最基础最重要的增加时，锥齿轮的强度可提升一定幅度，而行星齿轮数目决定模数大小，故而，齿数数值上小些，齿轮强度更有保障，但这个小也要有一定限制，10是一个常用的下限。这是对行星齿轮而言，同样配套的半轴齿轮齿数一般有标准值域范围，而且这两个齿数大多呈一定比例，即在1.5～2.0区间内。同时这两类齿轮还存在一定的啮合规则，即在确定齿数与数值时，装配关系也是要考量的因素。与此同时，还要兼顾差速器是否可正确安装，因而这种差速器设计时，多按下式确定：（4-2）简单适用结构数值后，发现在，时。即为合理取值。、差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定按《机械设计》[6]计算有：确定上述两个参数后，计算：在此，不可简单按标准取，须得思量到强度要有保证，再结合实际令确定了后，可计算相应参数：压力角按照实际设计经验而言，在各种设计资料中都比较统一，在过去很长一段时间，该齿轮压力角多被设计为，而近些年设计中，该数值多采用优化后的压力角，这样最小齿数可以为10，进一步减小了最小齿数选择。通过上述分析，显然选择更为符合中型轿车的设计需求。7.行星齿轮安装孔的直径及其深度这两个设计尺寸可以说都与行星齿轮安装尺寸直接或间接相关，确定了这两个尺寸，齿轮绘制定位也可确定，按《汽车设计课程设计指导书》计算：（4-3）根据参考资料得：行星齿轮的数目为：；；；MPa；数值同前；代入上述数据得：mmmmmmmm4.2.3差速器齿轮的几何计算表4-SEQ表4-\*ARABIC1差速器直齿锥齿轮参数表4.2.4差速器齿轮的强度校核从结构上来说，主减速器传递至差速器的转矩是相当大的，而比较麻烦的是，差速器自身的尺寸大小受布局限制很大，这导致差速器上可能出现以较小尺寸承载大载荷的恶劣工况，故而其强度校核尤为重要，但它仅在汽车行驶到转弯处或路面不平等不可控因素下，才开始相对啮合工作，以纠正汽车一个或几个驱动轮做滑移运动的不良行为，考虑到这方面，弯曲强度的验证即可：参考《汽车底盘设计》[2]，得轮齿弯曲应力（MPa）强度为（4-4）式中：—行星齿轮与半轴齿轮之间的传递力矩，按如下式确定：/；—计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由图4-1可查得；根据参考资料得：/；数值同前；由图4-1可查得；图4-SEQ图4-\*ARABIC3弯曲计算用综合系数代入数值，以计算得到的，理应小于980；以计算得到的，理应小于210；所以，差速器齿轮弯曲强度达标。5车轮传动装置的设计计算5.1半轴的设计计算5.1.1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5.1.2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·m5.1.3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。5.1.4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。5.1.5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。5.2万向节的设计5.2.1万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。5.2.2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5.2.3万向节的材料及热处理在车辆行驶过程中，万向节几乎一直处于工作状态，其内部钢球始终挤压着内部轨道，长此以往，由于这两者一直承受着较大的接触应力，很容易崩溃，造成零件失效，因此万向节的材料是否能承受巨大应力是考虑的关键所在。考虑到上述情况，选定15NiMo低碳合金钢为球形壳及星形套的材料，钢球的材料则定为15Cr，为提高强度，选定材料之后，还要选择其热处理方式，渗碳、回火等热处理方式多被应用于此。6驱动桥壳的设计选型6.1驱动桥壳的结构方案选择驱动桥在整车装配中处于及重要地位，其内部零件众多，而驱动桥壳在一定程度上就是这些零部件的基体。这也决定了驱动桥壳在驱动桥中的地位是首屈一指的。在非断开式驱动桥里，驱动桥壳是一个传力件，它将一部分的车轮自身载荷传递至悬架，这些载荷最后将被传递到车轮，同时它还承载了很大一部分反作用的载荷，即也是一个承载件。而在另一种结构的驱动桥里，它更多的承担着装配基体的作用，驱动桥的零部件都依附着安装在其上。上述了解了驱动桥的重要性，也对它的要求有了更好的认识，首先，承载件，就要有一定刚度，要在静、动载荷等复杂多变的载荷下，也能可靠让部件依附；再基于基础的要求下，还要有足够的空间，这样才能让安装在里的部件，互不干涉运作；在满足了上述后，尽可能减轻质量；对于一些行驶地形复杂的车而言，越障能力也要得到保障，即离地间隙不可过小。驱动桥壳大体分类如下：其一是整体式（铸造式（a）、钢板冲压式（b））、其二是可分式、其三是组合式桥壳。第一类（图6-1）更像是一根可以装东西的空心轴，这类型强度很高，也易于维修。第二类驱动桥壳（REF_Ref4329\h图6-2）是一种可拆为两部分的结构，这两部分被螺栓连接起来形成了一个整体，该类型结构在结构上比上着更为简单，同时也简化了加工，但维修就会变得困难，同时由于自身结构原因，当需要承受较大载荷时，该结构就无法胜任了，由于这个弊端，目前基本已销声匿迹。第三类驱动桥壳（REF_Ref4355\h图6-3）其结构区别于前两种，它是直