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某电动驱动桥设计仅画三维包括有图纸与文档,电动,驱动,设计,三维,包括,图纸,文档
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某电动驱动桥设计（只需要画三维图纸）驱动桥为非断开式驱动桥电动机为纵置式主减速器为双曲面锥齿轮传动主动齿轮为悬臂式支撑差速器为对称式圆锥行星齿轮差速器2个行星齿轮半轴为半浮式半轴桥壳为钢板冲压焊接式整体式驱动桥 数据能根据论文来的就根据数据来不行的就大概估一下看着比例协调就行主要是部件结构跟着论文走 编号201512122015121226南京航空航天大学金城学院毕业设计题 目某型电动汽车驱动桥设计学生姓名向启勇学 号2015121226学 院机电工程与自动化学院专 业车辆工程班 级20151212指导教师李赵昕 正高级工程师二一九年六月南京航空航天大学金城学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：某型电动汽车驱动桥设计）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名： 年 月 日 （学号）： 毕业设计（论文）报告纸某型电动汽车驱动桥设计摘 要汽车是现代文明的重要标志，融入了现代大量先进科学技术。汽车作为一种道路交通工具，在国防建设和人民生产、生活等方面起着不可替代的作用。而其中的电动汽车又有着清洁能源的称号，大大的减少了不可再生资源资源的消耗和环境污染。当代乃至未来电动汽车将逐步取代传统汽油车。然而电动汽车还有很多技术难关没有攻克，其中最大的困难就是续驶里程。在有限的能量供给情况下，如何通过改进电动汽车零部件设计方法和驱动系统结构形式来增加续驶里程是研究的重点方向。驱动桥是汽车传动系的最终传动部分，其基本功用首先是增大由传动轴或者直接从变速器传来的转矩，并降低转速，并将转矩合理地分配给左、右驱动车轮达到一个差速的作用；其次，驱动桥还要承受来自路面和自身的垂直力、纵向力、横向力，以及制动力矩和反作用力矩。其质量性能直接决定了整车的安全性、经济性、舒适性等。本文阐述了驱动桥的基本原理，分析确定了电动汽车驱动桥的结构方案、主减速器总成、差速器总成、半轴、驱动桥壳等结构形式；并对主要零件进行了强度校核，完善了驱动桥的整体设计。关键词：电动汽车，续驶里程，驱动桥，主减速器，差速器Design of a type of electric vehicle drive axleAbstractAutomobile is an important symbol of modern civilization, which integrates a lot of advanced modern science and technology. As a road vehicle, automobile plays an irreplaceable role in national defense construction, peoples production and life. Among them, electric cars also have the title of clean energy, greatly reducing the consumption of non-renewable resources and environmental pollution. Contemporary and even future electric cars will gradually replace traditional gasoline cars. But electric cars still have many technical hurdles to overcome, the biggest of which is range. In the case of limited energy supply, how to improve the design method of electric vehicle parts and drive system structure to increase the driving range is the focus of research.The drive axle is the final transmission part of the automobile transmission system, its basic function is to increase the torque from the drive shaft or directly from the transmission, and reduce the speed, and the torque is reasonably distributed to the left and right drive wheels to achieve a differential effect; Second, the drive axle also bears from the road and its own vertical force, longitudinal force, transverse force, as well as braking torque and reaction torque. Its quality performance directly determines the safety, economy and comfort of the vehicle.This paper expounds the basic principle of the drive axle, and analyzes and determines the structural scheme, main reducer assembly, differential assembly, half-axle, drive axle housing and other structural forms of the drive axle for electric vehicles. And the main parts of the strength check, improve the overall design of the drive axle.Key Words：Electric vehicle; Mileage of continuous driving; Drive axle; Final drive; Differential目 录摘 要Abstract第一章 引 言11.1 课题的研究背景及意义1.2 电动汽车驱动桥的发展现状1.2.1 驱动桥国外现状1.2.2 驱动桥国内现状1.3 本文主要研究内容第二章 电动汽车驱动桥整体设计2.1 驱动桥原理介绍2.2 驱动桥设计的基本原则2.3 驱动桥设计的原始技术参数2.4 驱动桥结构方案拟定2.5 本章小结第三章 主减速器设计3.1 主减速器概述3.2 主减速器的结构形式3.2.1 主减速器的齿轮类型3.2.2 主减速器的减速形式3.2.3 主减速器主、从动锥齿轮的支承形式3.3 主减速器的基本参数选择与设计计算3.3.1 主减速器计算载荷的确定3.3.2 主减速器主要参数的选择3.3.3 主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算3.3.4 主减速器双曲面齿轮的强度计算3.3.5 主减速器齿轮的材料及热处理3.3.6 主减速器轴承的计算3.4 主减速器三维建模第四章 差速器设计4.1 差速器结构形式选择4.2 差速器齿轮的基本参数选择4.3 差速器齿轮的集合计算4.4 差速器齿轮的强度计算4.5 差速器三维建模第五章 驱动半轴设计5.1 半轴的结构设计5.2 半浮式半轴的强度计算5.3 半轴花键的强度计算5.4 半轴材料的热处理5.5 半轴三维模型第六章 驱动桥壳设计6.1 驱动桥壳结构选择6.2 驱动桥壳强度计算第七章 驱动桥整体装配图第八章 总结与展望XX参考文献XX致谢XX- 34 - 第一章 引 言1.1 课题的研究背景及意义20世纪80年代以来，人们的环保意识以及健康意识越来越高，汽车行业人们所关注的重点也由汽车优越性转向环保性经济性。传统的汽车已经逐渐无法满足大众的消费意愿。我们需要的不再是大量消耗地球不可再生资源并释放大量危害人体健康气体的汽车，我们需要的是更加“清洁”的汽车，不消耗石油资源、“零排放”的新能源汽车。我们需要为自己为自己的子孙后代为我们的地球母亲考虑的新型汽车。而电动汽车的出现完美的契合了需求，这使得电动汽车的研发和设计进入到一个全新的阶段，世界各大汽车公司纷纷投入大量的人力和资金，研究于开发新型电动汽车。国内各大汽车公司也纷纷引入国外大量先进技术，如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、有限元分析方法（FEM）、三维设计软件（CATIA）等，极大的减少了设计时间，减少了设计失误，降低了生产成本。同时我国也推出了许多针对电动汽车的政策，支持和鼓励电动汽车的开发和使用。2015年以来我国新能源汽车呈现爆发式增长，产量37.9万辆，同比增长3.5倍，我国成为全世界最大的新能源汽车增量市场。种种表现无不说明我国的电动汽车行业正在展现欣欣向荣的一面。1在电动汽车总成中每一个部件都起着至关重要的作用，而驱动桥作为最终传动部件重要性不言而喻。驱动桥性能的优劣能够在很大程度上决定整车设计是否合理2。迄今为止，我国对于电动汽车驱动桥设计的性能要求还没有明确规定的国家标准，在设计过程中只能参考汽油车驱动桥的国家标准，也就导致了国内电动汽车驱动桥发展缓慢。在国内，能让国人感到骄傲的汽车品牌寥寥无几，在短时间内基本追赶不上发达国家水平，但是在电动汽车领域我们起步还是较早的，凭着多年的技术积累与革新，我们的研究能够走在世界发展的前面。希望通过对驱动桥的设计优化进一步的推进电动汽车技术的整体进步，争取早日用其替代传统燃油车。另外，我国的石油完全是依靠进口的，如果我国能够推广和使用电动汽车将极大的减轻我国能源问题和作为发展中国家的国际压力。3同时作为电动汽车产业先驱中的一员，中国也可以在其中分得一份蛋糕，将优秀的电动汽车出口国外为我国的经济提供新鲜血液。1.2 电动汽车驱动桥的发展现状自2004年起，国内外电动汽车生产数量与保有数量急剧增加，并且不断更新电池生产与驱动技术。近年来，国内电动汽车发展姿态良好，随着政府扶持力度的加强，国内电动汽车行业竞争力大幅度提升。在国外，美国丶日本和欧洲多国的电动汽车市场在2010年开始启动，电动汽车产业化进程显著提高。电动汽车发展初期，驱动系统的结构形式大体与传统燃油汽车的布置方式一致,如图（A）。当时电动机控制技术不成熟，结构中依然带有变速器和离合器，驱动桥结构形式与燃油汽车驱动桥相同，只是将发动机更换成了电动机，属于改造型电动汽车。这种改造型电动汽车可以增加电动汽车在起步时的启动转矩，增加低速时电动汽车的后备功率，但是电动汽车的自身质量过重，造成大量的能源消耗，在电池能量又不充足的情况下大大的减少了续驶里程。随着各种新型电动机的开发和控制技术的不断发展，在总质量的布置形式中取消了离合器和变速器，只需要一组电动机和逆变器，虽然这种布置形式对电动机的设计要求较高，但是大大降低了汽车质量，提高能量传递效率，增加了续驶历程。现阶段，电动汽车后驱动桥主要有纵置式驱动桥和横置式驱动桥两种结构形式。4纵置式驱动桥在传递扭矩的过程中需要采用圆锥齿轮来改变转矩传递方向，在传递转矩过程中，由于缺少二级减速器，则需要性能更加优良的电动机；并且较大的传动比增大了主减速器的设计尺寸，减小了最小离地间隙，降低了电动汽车的通过性和安全性，纵置式驱动桥的众多设计弊端使得该结构形式不能广泛应用于现代电动汽车驱动系统中。横置式驱动桥传递转矩时，电动机和车桥是平行的，在传递动力的过程中，动力的传递方向没有改变，只需要结构简单的直齿轮，所以该布置形式可以有效的保证动力的传递效率，提高能量利用率。在驱动桥总成的结构布置上，可以加入二级减速器来提高主减速器的减速增扭的能力，降低对电动机的依赖性，达到合理分配传动比，优化驱动桥总成结构的目的。5同时可以减小主减速器的几何尺寸，增加最小离地间隙，使汽车的总体布置更加合理，横置式驱动桥是现代电动汽车的主要结构方式。6轻量化设计和高承受力将是电动汽车驱动桥的发展趋势，电动汽车三大核心技术：动力电池、电机及控制系统。在有限电池能量储存的情况下，延长电动汽车的续驶里程，轻量化设计技术将是解决问题的主要突破口。可以通过优化结构参数，改变截面形状和多种材料结合使用的方式，在保证结构强度和刚度的基础上减轻零部件的质量，这同时需要先进的现代化设计方法。图 1.1电动机轴与驱动轴互相垂直（M为电动机C离合器GB变速器D差速器）1.2.1 驱动桥国外现状目前国外众多汽车企业对驱动桥的生产已经专业化、系列化。在国外，各大汽车制造商们纷纷使用计算机技术进行产品设计，能够模拟产品的各种性能。各项应用软件的开发，使得产品开发时间大大缩短，并且新车的性能有着很大的改善。美国通用汽车公司在新型驱动桥设计过程中就是运用了CAD/CAE技术，在驱动桥设计过程中可以对零部件进行直观的检测和结构分析。德国西门子公司提出把初次设计技术从生产过程中分离出来的全新设计思路，运用标准化和系列化原理来减少产品零件数量的“合理化工程”思想，使用具有参数化设计功能的CAD软件进一步完善初次设计理念，有效地缩短设计周期，提高生产效率和经济效益。在驱动桥疲劳寿命测试方面，国外发达国家也有较早研究。在19世纪初，随着工业革命的兴起，蒸汽机和载运设备得到广泛的应用，在设备零件的截面突变出经常发生断裂现象，促使着人们去研究这一现象的原因。1842年英国工程师W.J.M.Rankine 发表了第一篇关于载运车辆疲劳寿命的文章“关于机车车辆的疲劳破坏问题”，此后零件的疲劳寿命问题被人们所广泛关注。随着人们安全意识的不断增强，对汽车疲劳寿命和安全性能的要求越来越高，促使着各大汽车制造商投入大量的人力物力开发虚拟试验系统。德国 SINCOTES 公司是疲劳寿命和疲劳行为方面的研究权威，其先进的数字控制系统可以非常精确的探知裂纹的生成，为大众、宝马、奔驰、通用、福特、本田和现代等大型汽车制造商提供疲劳试验、断裂韧性实验和裂纹生长实验。而国外因为先进的材料运用和结构的不断的优化，其驱动桥承载力强、传动效率高、更加轻量化。据数据显示，国外一流驱动桥比我国的驱动桥轻10%到20% 。轻量化的驱动桥使车辆产生更少的运行噪音，还减少材料的使用和自身功耗，更符合21世纪的低碳观念。1.2.2 驱动桥国内现状我国的各大车企和高校推出各自品牌的新能源汽车，在2012年上汽集团推出自主品牌品牌纯电动汽车。在2014年长安汽车首款电动汽车笨笨MINI下线，到2020年长安汽车将形成生产20万辆节能与新能源汽车的能力。清华大学已经完成燃料电池电动公共汽车的样本开发工作，在深圳、广州、武汉以及北京等城市的部分公交线上使用。在2013年奇瑞汽车股份有限公司和江淮汽车股份有限公司以及合肥工业大学联合进行纯电动乘用车产业化技术研发项目。到目前为止，我国电动汽车主要性能指标达标或者接近国际水平，关键部件技术水平提升满足整车配套要求。我国电动汽车研究起步相对于发达国家不算太晚，但主要靠学习和总结国外发展经验和教训，结合国内的具体情况，评估电动汽车在我国的发展方向和可能出现的问题。在驱动桥的设计方面，设计的方式方法由于引进国外先进设计软件和硬件设备使之与国外差别不大。尤其在二维制图（如：CAD）和三维建模(如：CATIA、Pro/E)方面，各大高校都已开设专门的课程，为汽车设计培养了大批人才。美中不足的我国的大多数车企没有自己的驱动桥技术或者难以研发新型的驱动桥，多数靠进口成型驱动桥配套或者直接购买技术。在提升驱动桥质量问题上中国正在逐渐向国外企业看齐，对驱动桥的应力分析、有限元分析、疲劳寿命分析等等技术逐渐完善。过去国内驱动桥疲劳寿命测试的主要方法是将驱动桥安装到整车上，通过在不同的道路上进行实际测验，能够比较真实地反应驱动桥的实际工作状况，并且测验结果比较符合实际的使用情况，能够较为全面的检测驱动桥性能。但是，整车实验周期较长，所需的人力物力成本较高，由于存在各种实际原因而不能进行大规模的驱动桥测试实验。近几年来，我国逐步引入计算机控制技术、计算机虚拟仿真技术等，使用各种模拟手段重现驱动桥的工作情况，建立室内台架仿真系统，提高了测试精度，大大缩短了测试周期。1.3 本文主要研究内容本论文的题目是某型电动汽车驱动桥设计，以某电动汽车为参考车型，选择适合该电动汽车的驱动桥类型，参照相关国家标准，设计一款性能良好且适合该电动汽车的驱动桥，并对其进行相应的校核，根据任务书的具体要求将本论文的主要研究内容列于下：(1)选择一款电动汽车，提取该电动汽车驱动桥设计的主要技术参数，对该电动汽车的驱动桥类型进行选型分析，确定合适的驱动桥类型；(2)研究和分析电动汽车驱动桥的主要结构组成，从而对其主要零部件进行相应的结构设计；(3)对所设计的电动汽车驱动桥性能进行校核，确保所设计的驱动桥具有良好的工作性能要求。(5)为了清晰地展示所设计的驱动桥结构，绘制出该制动器的三维及二维结构图。第二章 电动汽车驱动桥整体设计2.1 驱动桥原理介绍电动汽车驱动桥位于传动系末端，主要功用是减速增矩，将电动机所提供的转矩合理的分配给左、右驱动车轮；其次，驱动桥还要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，以及制动力矩和反作用力矩等等。2.2 驱动桥设计的基本原则设计驱动桥时应满足以下基本要求：7（1） 选择适当的主减速比，以保证汽车在给定情况下具有最佳的动力性。（2）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性要求。（3）齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。（4）在各种载荷和转速工况下有高的传动效率。（5）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能的降低质量，尤其是簧下质量，以减少不平地面的冲击载荷，提高汽车行驶平顺性。（6）与悬架导向机构协调；对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。（7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修、调整方便。2.3 驱动桥设计的原始技术参数本次电动汽车驱动桥设计以比亚迪E6电动汽车为参考车型，提取该车驱动桥设计的主要技术参数，将具体的参数列于表2-1。8表2-1 E6技术参数表内 容E6技术参数长mm4560宽mm1822高mm1630轴距mm2830轮距前/后mm1585/1560最小离地间隙mm150整备质量kg2295/2455电机功率/扭矩KW/(Nm）75/450最高车速Km/h160轮胎规格-225/65 R17电机最高转速rpm70002.4 驱动桥结构方案拟定驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架结构密切相关。根据驱动车轮的悬架结构的不同，驱动桥可分为断开式和非断开式两种形式。断开式驱动桥的结构特点是没有连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁，主减速器、差速器及其壳体安装在车架或车身上，减速器、差速器等结构质量均为簧上质量，从而改善汽车的行驶平稳性，提高平均行驶速度，减小了汽车行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命，增加了汽车离地间隙。非断开式驱动桥结构简单，成本低，工作可靠，广泛应用于各种商用车和部分乘用车上。但由于其簧下质量较大，对汽车的行驶平顺性和降低动载荷有不利影响。驱动桥可以布置在汽车前轴，也可以布置于汽车后轴，或者前后轴同时为驱动轴。驱动桥前置时电动汽车具有高通过性、行驶散热性等特点。驱动桥后置时，有效提高承载能力和车辆驱动爬坡能力等特点，广泛应用于电动运输车。综上，本文基于设计要求，选取非断开式后驱动桥，并且选用电动机轴与驱动桥轴相互垂直的驱动模式。2.5 本章小结本章主要介绍了驱动桥的作用、分类及设计原则。驱动桥的主要作用就是增矩减速，改变传递方向以及承受力与力矩，根据目前常用的驱动桥类型归纳出两种结构形式的驱动桥并对其具体的结构进行了介绍，从而对该电动汽车的驱动桥进行选型分析，选择适合该电动汽车的驱动桥类型，为后文电动汽车驱动桥具体的设计计算奠定基础。第三章 主减速器设计3.1 主减速器概述主减速器的作用是将输入的转矩增大并降低其转速，以及当电动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。为满足不同的使用要求，主减速器的结构形式也是不同的。3.2 主减速器的结构形式主减速器可根据齿轮类型、减速形式以及主、从动齿轮的支承形式不同分类。3.2.1 主减速器的齿轮类型按照齿轮副结构分，可分为弧齿锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆四类。（1）弧齿锥齿轮传动弧齿锥齿轮传动中，主、从动齿轮的轴线相互垂直且相交于一点，如图3-1a）所示。由于轮齿端面重叠的缘故，至少有两队以上的齿轮同时啮合，因此可以承受较大的负载，而且其齿轮不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐由齿的一端连续而平稳地转向另一端，所以工作平稳，噪声和震动较小，但对啮合精度要求较高，易导致磨损和噪声的增加。（2）双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动（图 3-1b）的特点是主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，且主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线向上或向下偏移一距离。其重合度大，工作平稳性好，齿轮弯曲强度和接触强度高（比弧齿锥齿轮高30%）。但缺点是沿齿长方向的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。且双曲面齿轮齿面间的压力和摩擦功较大，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，扛胶合能力差。因此必须用含防刮伤添加剂的双曲面齿轮油，且不可用其他润滑油代替。9（3）圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动（图 3-1c）其结构简单，一般用于前横置前驱动汽车的单级主减速器和双级主减速器以及轮边减速器中，得到广泛的应用，一般采用斜齿轮。（4）蜗轮蜗杆传动如图3-1d ，其质量轻，结构简单，拆装方便，调整容易。其主要缺点是材料成本较高，传动效率低。(a) (b) (c) (d)图 3-1由于本文采用的电动机纵置与驱动桥垂直的驱动形式，同时考虑到设计的简易性，故采用双曲面齿轮传动。3.2.2 主减速器的减速形式则主减速器传动比： 10 （3-1）式中：-车轮的滚动半径，由以上参数得滚动半径为0.352m； -最大功率时的电动机的转速，r/min; -汽车的最高车速，Km/h； -变速器最高挡传动比，通常为1。由于主减速器的传动比i0=5.87，故采用单级主减速器。单级主减速器具有结构简单、质量轻、尺寸紧凑、制造成本低等优点。在乘用车（一般i0=34.5）以及总质量较小的商用车上得到广泛运用。3.2.3 主减速器主、从动锥齿轮的支承形式主减速器必须保证主、从动齿轮有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除了跟齿轮的加工质量、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。主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。本课题选型的汽车作为装载质量在2吨的汽车，经查阅资料，装配案例，采用悬臂式支承。其特点是在锥齿轮大端一侧有较长得轴，并在其安装一对圆锥滚子轴承。从动锥齿轮的支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及载荷在轴承之间的分布比例有关（图 3-2）。从动锥齿轮多采用圆锥滚子轴承。而两端轴承的圆锥滚子大端向内会达到增加轴承刚度的作用。其中c与d的值十分重要，cd要不小于从动锥齿轮打断分度圆直径的70%且cd。11图 3-23.3 主减速器的基本参数选择与设计计算3.3.1 主减速器计算载荷的确定本课题将采用格里森齿制锥齿轮计算载荷的三种确定方法。（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 Nm （3-2）式中：猛接离合器所产生的动载系数；液力变矩器：，具有手动操纵的机械变速器的高性能赛车：，性能系数的汽车：，0的汽车：=2或由经验选定。性能系数由下式计算 （3-3）由于本课题汽车满载质量为2455kg，故，则；电动机最大转矩（Nm），在此取450；变速器一挡传动比，在此取2.75；主减速器传动比，在此取5.8；电动机到万向传动轴之间的传动效率，在此取0.9；计算驱动桥数，在此取1。由以上数据得出：（2）按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 （3-4）式中：满载状态下一个驱动桥上的静载荷（N），预设后桥上承受的静载荷为15000N；汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数，乘用车：=1.21.4，此处取1.2；轮胎与路面间的附着系数，此处取0.85；车轮滚动半径，此处取0.352m；主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，此处取1.0；主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，此处取0.9。由以上数据得： （3）按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮得计算转矩 （3-5）式中：为汽车满载时的总质量，此处取24550N；所牵引的挂车满载时总质量，此处为0；道路滚动阻力系数，乘用车一般取值为0.0100.015，此处取0.012；汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，此处取0.08；汽车的性能系数，此处取0；，在（3-4）、（3-5）中已做说明。则：（本小节所有公式均参考汽车设计王望予 编著 P148-149）3.3.2 主减速器主要参数的选择主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动锥齿轮齿数和、从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数、主、从动锥齿轮齿面宽和、双曲面齿轮副的偏移距离E、中点螺旋角、法相压力角等。12（1）主、从动锥齿轮齿数和选择时应遵循以下要求：1） 为了磨合均匀，、之间应该避免有公约数。2） 为了有好的齿面重合度和高的齿轮弯曲强度，。3） 对于乘用车，才能啮合平稳、噪声更小、疲劳强度更高。4） 主传动比较大时，尽量取得小一点，以便得到好的离地间隙。此处初选，。（2）从动锥齿轮大端部分分度圆直径和端面模数可由公式得出： （3-6）式中，为直径系数，一般取13.015.3；为从动锥齿轮的计算转矩（Nm），。带入数据得：初选。齿轮端面模数可由下式得： （3-7）带入数据得：同时，还应满足 （3-8）式中，为模数系数，取0.30.4。带入数据得：由于，在5.47.2范围内，故可取。（3）主、从动锥齿轮齿面宽和对于从动从动锥齿轮齿面宽，应不大于节锥距的0.3倍，且或者，同时比大10%。综上此处取mm，mm。（4）双曲面齿轮副偏移距EE值过大将使齿面纵向滑动过大，从而引起齿面早期磨损和擦伤；E值过小，则不能发挥双曲面齿轮传动的特点。对于乘用车，且。故本课题E取50mm（5）中点螺旋角螺旋角沿齿宽是变化得，齿轮大端的螺旋角最大，齿轮小端的螺旋角最小，且双曲面齿轮副的中点螺旋角是不相等的。螺旋角大小的选择与齿面重合度有关。双曲面齿轮副的平均螺旋角一般为3540，此处取35。（6）螺旋方向螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响着所受轴向力的方向。此处选主动锥齿轮左旋，从动锥齿轮右旋。挡变速器挂前进挡时，主动齿轮的轴向力离开锥顶，使得主、从动齿轮有分离趋势而达到防卡死的效果。（7）法向压力角法向压力角大一些可以增加齿轮强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数。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，噪声小。对于双曲面齿轮，乘用车一般为19或者20，此处取20。3.3.3 主减速器齿轮的几何尺寸计算表 3-1齿轮具体参数(,=0.2)序号参数计算公式主动锥齿轮从动锥齿轮1齿数9372齿轮大端分度圆直径250mm3端面模数6.84齿面宽43mm39mm5工作齿高13.6mm6齿全高14.96mm7齿顶高6.8mm8齿根高8.16mm9法相压力角2010轴交角9011节圆直径61mm252mm12齿轮副偏移距50mm138mm13节锥角13.6676.3414节锥距130mm140mm15周节21.36mm16径向间隙1.36mm17齿根角3.5818面锥角17.2479.9219根锥角10.0872.7620齿顶圆直径74.22mm255.21mm21节锥顶点止齿轮外缘距离124.39mm23.89mm22理论弧齿厚15.515.8523齿侧间隙0.15mm24螺旋角3525螺旋方向主动齿轮左旋，从动齿轮右旋26驱动齿轮小齿轮27旋转方向向齿轮背面看去，主动齿轮为顺时针，从动齿轮为逆时针28齿轮齿面宽中点的分度圆直径58.61mm214.75mm3.3.4 主减速器双曲面齿轮的强度计算在设计计算过后还应对计算数据进行强度校核，以保证设计物有足够的强度和寿命。（1）单位齿长圆周力主减速器锥齿轮的表面耐磨性，通常用齿轮上的单位齿长圆周力来估算，即 （3-9）式中，F为作用在轮齿上的圆周力（N);b2为从动锥齿轮的齿面宽（mm），此处取39mm。按电动机最大转矩计算时 N/m （3-10）式中，为电动机最大转矩，在此取450Nm；为变速器的传动比，此处取2.75；为主动齿轮节圆直径，此处取61mm。带入数据得： Nm按驱动轮打滑的转矩计算时 （3-11）始终符号同前。代入数据得：Nm经查阅资料，许用单位齿长上得圆周力p=1116.25Nm，上面两式中所求皆小于该值，故合格。（2）齿轮弯曲强度锥齿轮轮齿得齿根弯曲应力为 (3-12)式中，为所计算齿轮得计算转矩，对于从动齿轮：和，对于主动齿轮则需按着该式换算（）此处取1146Nm；为过载系数，此处取1；为尺寸系数，此处取0.72；为齿面载荷分配系数，此处取1.0；为质量系数，此处取1.0；为所计算齿轮得齿面宽；为所讨论齿轮得大端分度圆直径；为所计算齿轮得齿轮弯曲应力综合系数，取法见参考文献10P 339，此处主动齿轮取0.312，从动齿轮取0.292。带入数据得：主动齿轮弯曲应力： 从动齿轮弯曲应力： 故主减速器弯曲强度满足要求。（3）齿轮接触强度锥齿轮轮齿的齿面接触应力为 （3-13）式中，D1为主动锥齿轮大端分度圆直径；b取b1和b2中的较小值；ks为尺寸系数，通常取1.0；kf为齿面品质系数，通常取1.0；cp为综合弹力系数，取232.6N1/2mm；JJ为齿面接触强度的综合系数，此处取0.12.带入数据得： 主、从动齿轮得齿面接触应力是相同的，故主、从动齿轮均满足接触强度要求。3.3.5 主减速器齿轮的材料及热处理好的材料决定使用寿命与性能的优劣，锥齿轮的材料应有如下要求：（1）有较高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面有较高的硬度从而提高耐磨性。（2）轮齿心部应有适当的韧性以适应冲击载荷，防止冲击载荷过大而使齿根折断。（3）材料易于加工，热处理后材料无变形。（4）选用合金材料时，尽可能少用铬、镍元素。综上，本课题选用渗碳合金钢20CrMnTi。其特点是表面有含碳较高的硬化层，具有较高抗弯强度，而心部较软，有良好的韧性。同时因为含碳量较低，锻造性能和可加工性较好。13在齿轮表面进行0.0050.020mm的磷化处理或者镀铜、镀锡，能有效的减轻齿轮间的磨损、咬死、胶合等现象。对齿面进行应力喷丸处理，可提高齿轮寿命的25%。3.3.6 主减速器轴承的计算锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切线方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。(1)齿宽中点处的圆周力 齿宽中点处的圆周力F为 （3-14）式中，T为作用在从动齿轮上的转矩；Dm2为从动齿轮齿宽中点处的分度圆直径，由式（3-15）确定，即 （3-15）式中，D2为从动齿轮大端分度圆直径;b2为从动齿轮齿面宽；为从动齿轮节锥角。且 （3-16） 带入数据得： （2） 锥齿轮的轴向力和径向力图 3-3为主动锥齿轮齿面受力图。其螺旋方向为左旋，从锥顶看旋转方向为逆时针。FT为作用在节锥面上的齿面宽中点A处的法向力;在A点处的螺旋方向的法平面内，FT分解成两个相互垂直的力FN、和Ff. FN垂直于0A且位于OOA所在的平面，Ff位于以 0A为切线的节锥切平面内。Ff在此切平面内又可分解成沿切线方向的圆周力F和沿节锥母线方向的力Fs。F与Ff之间的夹角为螺旋角，FT与Ff之间的夹角为法相压力角。这样有 （3-17）则轴向力Faz和径向力FRz分别为 （3-18） （3-19）带入数据得：主动锥齿轮：轴向力 径向力从动锥齿轮：轴向力 径向力图 3-3 主动锥齿轮齿面受力图（3）锥齿轮轴承的载荷当锥齿轮齿面上所受的圆周力、轴向力和径向力计算确定后，根据主减速器齿轮轴承的布置尺寸，即可求出轴承所受的载荷。根据7P154 图 5-19 可得图上A、B、C、D四个轴承上的载荷：其中参数为a=17mm;b=45mm;c=100mm;d=100mm;Dm1=58.61mm;Dm2=214.75mm轴承A：径向力： 轴向力：带入数据得：径向力=6004N 轴向力=5931N轴承B：径向力： 轴向力：0带入数据得：径向力=20503N 轴向力=0轴承C：径向力： 轴向力：代入数据得：径向力=5314N 轴向力=2097N轴承D：径向力： 轴向力：0代入数据得：径向力=4295N 轴向力=0对于轴承A，初选圆锥滚子轴承32305,基本额定动载荷。14计算当量动载荷P又圆锥滚子轴承e的值为0.35，0.218e，得X=1，Y=0。则当量动载荷N则轴承得额定寿命L（106转）： （3-20）式中，C为轴承的额定动载荷；为寿命指数，圆锥滚子轴承取10/3。代入数据得：L=2.33103在实际计算中，常以工作小时数表示轴承得额定寿命， h （3-21）式中，n为轴承得计算转速，r/min，可根据汽车得平均行驶速度vam计算。 r/min (3-22)式中，为轮胎滚动半径，取0.352m；为汽车得平均行驶速度，Km/h，此处取60Km/h。带入数据得：一般汽车轴承使用寿命为1000025000h，而Lh1000025000，故轴承符合使用要求。轴承B、C、D强度都可按此方法得出，其强度皆能满足要求。3.4 主减速器三维建模第四章 差速器设计汽车行驶时，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往不等。例如，转弯时内、外两侧车轮行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等;即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行程不等。如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或滑转。这不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学的要求;在多桥驱动汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷，使传动系零件损坏、轮胎磨损和增加燃料消耗等。15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。4.1 差速器结构形式选择汽车上最常用得差速器一般为对称锥齿轮式差速器，它具有结构简单、质量小等优点。它又分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁式差速器。本课题则采用普通锥齿轮式差速器（对称式圆锥行星齿轮差速器），其结构简单、工作平稳可靠，广泛运用于一般使用条件下得汽车驱动桥中。如图 4-1 所示，其由差速器左右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮，行星齿轮轴，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。图 4-14.2 差速器齿轮的基本参数选择（1）行星齿轮数n行星齿轮数需根据承载情况来选择，乘用车一般取两个，此处取n=2。（2）行星齿轮球面半径Rb为了显示差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力一般用行星齿轮球面半径Rb确定。 （4-1）式中，为行星齿轮球面半径系数，一般取2.53.0，此处取3.0；为差速器计算转矩（Nm），Td=minTce，Tcs，此处取5984Nm带入数据得：行星齿轮节锥距A0为 （4-2）带入数据得：，此处取53mm。（3）行星齿轮和半轴齿轮齿数z1和z2取较大的模数时，齿轮有较高的强度，但尺寸较大，故要求行星齿轮的齿数z1应取小一点，但z1齿数应大于或等于10。半轴齿轮齿数应在14到25之间。且要求半轴齿轮齿数与行星齿轮齿数之比在1.52.0内。为了行星齿轮和半轴齿轮能完美啮合，半轴齿轮的齿数必须能被行星齿轮数整除。综上所述：取z1=10；z2=20。（4）行星齿轮和半轴齿轮节锥角及模数m （4-3）锥齿轮大端的端面模数m为 （4-4）带入数据得：（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。行星齿轮轴直径d及支承长度L （4-5）式中，T0为差速器壳传递的转矩（Nm），取5984Nm；n为行星齿轮数，取2；rd为行星齿轮支承面中点到锥顶的距离（mm），约为半轴齿轮齿宽中点处平均直径的一半，取37.6；为支承面允许挤压应力，取98MPa。行星齿轮在轴上的支承长度L为 （4-6）代入数据得：d=27mm，L=29.7mm.4.3 差速器齿轮的集合计算表4-1 差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数Z1102半轴齿轮齿数Z2203模数m4.74齿面宽15.95齿工作高7.526齿全高8.457压力角22308轴交角909节圆直径10节锥角11节锥距5312周节14.7613齿顶高14齿根高15径向间隙0.9316齿根角17面锥角18根锥角19外圆直径20节锥顶点至齿轮外缘距离21理论弧齿厚22齿侧间隙B0.1270.1784.4 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校核。轮齿弯曲强度为 （4-7）式中为半轴齿轮计算转矩，；分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径；按主减速器齿轮强度计算的有关数值选取。当时，当时，综上，差速器齿轮弯曲强度满足要求。另制造差速器齿轮的材料与主减速器齿轮一样，均采用20CrMnTi。4.5 差速器三维建模第五章 驱动半轴设计5.1 半轴的结构设计半轴为驱动车轮传动装置的主要零件，其作用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。由于支承形式的不同，半轴分为半浮式、3/4浮式、全浮式三种。其中半浮式半轴以其靠近外端的轴颈直接支撑在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有圆锥面的轴颈及键与车轮轮毂相固定，或以凸缘直接与车轮轮盘及制动鼓相连接。其具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点，故被质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车所采用。故课题也采用半浮式半轴。165.2 半浮式半轴的强度计算（1）半轴杆部直径 （5-1） （5-2）式中，为半轴计算转矩；K为直径系数，取2；为负荷转移系数，取1.2；为驱动桥最大静载荷，预设10000N；为车轮滚动半径，取0.352m；为附着系数，取0.8。带入数据得：。由后轮距预取半轴长度。（2）半浮式半轴设计应考虑以下三种载荷工况（1） 纵向力最大和侧向力为0此时垂向力，纵向力最大值。半轴弯曲应力和扭转切应力为 （5-3）式中，a为轮毂支承轴承到车轮中心平面之间的距离，取0.06m。带入数据得：。合成应力为。而半浮式半轴得许用合成应力为600MPa750MPa，故半轴满足其要求。（2）侧向力Fy2最大和纵向力为0此时意味着汽车发生侧滑。外轮上得垂直反力Fz20和内轮上得垂直反力Fz2i分别为 （5-4）式中，hg为汽车质心高度，取600mm；B2为轮距，取1560mm；为侧滑附着系数，取1.0。外轮上的侧向力Fy2o内轮上的侧向力Fy2i分别为 (5-5)这样，外轮半轴的弯曲应力和内轮半轴的弯曲应力分别为 （5-6）带入数据得：。（3）汽车通过不平路面，垂向力Fz2最大，纵向力为0，侧向力为0此时垂直力最大值为 （5-7）式中，k为动载系数，取1.75。半轴弯曲应力为 （5-8）带入数据得：。5.3 半轴花键的强度计算半轴和半轴齿轮一般采用渐开线花键连接，半轴的花键内径应大于其杆部直径，对花键应进行挤压应力和键齿切应力校核。（1）半轴花键挤压应力 （5-9）（2）半轴花键切应力 （5-10）式中，T为半轴承受的最大转矩，Nm,在此取5984；DB为半轴花键外径，取38mm；dA为花键内径，取30.5mm；z为花键齿数，取14；Lp为花键的工作长度，取80mm；b花键齿宽，取6mm；为载荷分布的不均匀系数，取0.75。带入数据：；故满足其要求。5.4 半轴材料的热处理半轴材料选用40MnB，其材料性质十分适合作为半轴材料。材料采用高频、中频感应淬火，使得半轴表面硬度增高，且硬化层较厚，使得半轴静强度和疲劳强度有很大的提升。5.5半轴三维模型第六章 驱动桥壳设计驱动桥壳是驱动桥的重要组成部分，就如同人的衣服和骨骼。它起着支承汽车载重，并将载荷传递给车轮的作用，同时还承受车轮传来的路面反力和反力矩，经过悬架传递给车身。设计桥壳时必须考虑在动载荷下有足够的强度和刚度，同时质量轻便；保证有足够的离地间隙；结构简单，成本低；拆装方便。6.1 驱动桥壳结构选择驱动桥壳可分为可分式、整体式、组合式三种结构形式。（1）可分式桥壳可分式桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，两部分通过螺栓连接成一体。每部分均由一铸造壳体和一个压入其外端的半轴套管组成，轴管与壳体用柳钉连接。其结构简单，主减速器支承刚度好。但拆装、调整、维修十分不方便。（2）整体式桥壳整体式桥壳（图 6-1）特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器为两体。它具有强度和刚度较大，主减速器拆装、调整方便等优点。整体式桥壳根据制造工艺又可分为铸造式、钢板冲压焊接式和扩张成形三种。（3）组合式桥壳其是将主减速器壳与部分桥壳铸造为一体，而后用无缝钢管分别压入壳体两端，两者之间用塞焊或销钉固定。考虑到设计的是轻型的汽车，桥壳的结构形式采用钢板冲压焊接式整体式驱动桥壳。6.2 驱动桥壳强度计算图 6-1所示为驱动桥的受力简图，钢板弹簧座内侧和桥壳端部的轮毂轴承座根部分布着许多危险断面，需要对
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