说明书-L3000货车汽车传动系统驱动桥的设计.doc
L3000货车汽车传动系统驱动桥的设计含开题及8张CAD图
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L3000货车汽车传动系统驱动桥的设计含开题及8张CAD图,L3000,货车,汽车,传动系统,驱动,设计,开题,CAD
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L3000货车汽车传动系统驱动桥的设计摘 要随着汽车对安全、节能、环保的不断重视，汽车后桥作为整车的一个关键部件，其产品的质量对整车的安全使用及整车性能的影响是非常大的，因而对汽车后桥进行有效的优化设计计算是非常必要的。本文的主要工作是围绕L3000货车的驱动桥而展开，根据该L3000货车的参数，对其驱动桥进行计算和结构设计。作为汽车的关键传动部件之一，驱动桥具有重要作用，驱动桥主要一般由主减速器，桥壳，差速器，半轴等结构组成，该驱动桥一般主要位于变速器输出轴位置，即整个传动系统的末端位置。驱动桥的作用是是通过将变速器输入通过减速作用将该传动扭矩进行进一步放大，然后再分配到汽车的左右两轮位置，因此，该驱动桥不仅作为动力传递部件，而且还是整个汽车的一个重要的承载部件。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的同时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。作为汽车的传动和承载部件，进行设计时，不仅要考虑其传动过扭矩值时齿轮、轴系的强度，还要考虑到其本身作为支承部件的强度和刚度等。汽车的噪音，传动效率以及传动部件的耐用性等，主要取决于汽车的传动系统，其中主要包括发动机、变速器、驱动桥总成等。关键词：L3000货车, 货车驱动桥，齿轮计算，结构设计IAbstractWith the continuous attention of the car to safety,energy conservation,and environmental protection,the rear bridge of the car is a key component of the vehicle,and the quality of its products has a great impact on the safe use of the vehicle and the performance of the vehicle.Therefore it is very necessary to carry on the effective optimization design calculation for the rear bridge of the car.The main work of this paper is around the driving bridge of the L3000 truck.According to the parameters of the L3000 truck,the driving bridge is calculated bridge is calculated and the structure design is carried out.As one of the key transmission parts of automobile drive axle plays an important role, main generally by the main reducer drive axle, axle housing, differential and half shaft structure, such as the drive axle general is mainly in the gearbox output shaft position, namely the position at the end of the entire transmission system. Is through the role of drive axle transmission input by slowing effects will further enlarge the transmission torque, and then assigned to around two rounds of car position, therefore, not only the drive axle as power transmission components, but also an important bearing the whole car parts. When using high power engine output torque to meet the current fast and heavy load vehicles, the high efficiency and high efficiency,must be matched with an efficient and reliable drive bridge.As transmission of car and bearing parts, to carry on the design, not only to consider the transmission torque value when the gear, the strength of the shaft system, and considering its itself as a strength and stiffness of bearing parts. The noise, transmission efficiency and durability of the transmission components are mainly dependent on the transmission system of the automobile, which mainly includes the engine, transmission, drive axle assembly and so on. The main work of this paper is to focus on the drive axle of L3000 truck car.Keywords: L3000 truck; Truck drive bridge; Gear calculation; The structure design.I目 录第1章 绪论11.1 课题背景与意义11.2 驱动桥的现状及发展趋势3第2章 L3000货车驱动桥的总体方案设计52.1 设计参数及要求52.2 驱动桥的总体方案设计52.2.1 结构形式的确定52.2.2 主减速器结构方案的选择62.2.3差速器结构的确定102.2.4 驱动轴型式的确定10第3章 主减速器的基本参数选择与设计计算133.1 主减速比的计算133.2 主减速齿轮载荷的计算133.3 主减速器齿轮参数的选择143.4 主减速器齿轮的几何尺寸计算153.4.1 主减速器螺旋锥齿轮的强度计算173.4.2 主减速器齿轮轴承的载荷计算183.5 主减速器齿轮的材料203.6 主减速器输入轴的设计20第4章 差速器的基本参数的选择与设计计算214.1 基本参数的选择214.2 齿轮的几何尺寸计算224.3 差速器齿轮的强度计算234.4 差速器齿轮的材料24第5章 半轴的设计255.1 半轴的设计与计算255.2 半轴材料的选择26第6章 驱动桥桥壳的设计276.1桥壳的计算与校核276.1.1 静弯曲应力计算276.1.2 在冲击载荷作用下的强度计算286.1.3 以最大牵引力的强度计算28结论31附录33参考文献41致谢43I第1章 绪论1.1 课题背景与意义一般驱动桥的传动形式及部件、结构组成，如图1-11-2所示，作为汽车的关键传动部件之一，驱动桥具有重要作用，驱动桥主要一般由主减速器，桥壳，差速器，半轴等结构组成，该驱动桥一般主要位于变速器输出轴位置，即整个传动系统的末端位置。驱动桥的作用是是通过将变速器输入通过减速作用将该传动扭矩进行进一步放大，然后再将动力分配到汽车的左右两轮位置，因此，该驱动桥不仅作为动力传递部件，而且还是整个汽车的一个重要的承载部件。由下图可以看出，驱动桥中的齿轮形式、分布及半轴，半轴齿轮，行星齿轮等各部件的安装，决定了整个驱动桥的结构，而这些部件的合理准确性的设计和装配对降低驱动桥的空间，提高驱动桥的寿命，降低传动噪音具有重要作用。图1-1 驱动桥的结构组成汽车在行驶过程中，由于路况不一，导致在行驶过程中，其工况是时刻变化的，因此，驱动桥作为汽车传动系统的关键部件，需要时刻输出不同的扭矩来满足汽车在行驶过程中的工况变化，汽车在空载，满载下有较大的承重差，因此，驱动桥的承载性能也需要满足不同承载下的工况。此外，汽车在行驶过程中，会遇到路面不平，急刹等工况，该工况下，会对汽车及整个传动系统产生较大的振动，因此，驱动桥中的齿轮传动的载荷及其受力是非常复杂的，设计时，除参考一定的公式之外，还需要考虑到一定的设计系数，留取一些设计余量。针对复杂的工况，对驱动桥进行校核计算，需要对齿轮，半轴，驱动桥桥壳等重要结构部件进行设计计算。图1-2 驱动桥动力传递原理图汽车在行驶过程中，驱动桥承受的载荷主要包横向、纵向以及铅垂方向的三个力，其中横向力主要汽车的车架，此外，还要承受在急刹，路面不平所带来的振动而产生的冲击，加速度载荷工况，因此，该工况是及其复杂且恶劣的。在该复杂且恶劣的工况下，采用常规的直齿轮或斜齿轮进行计算时，所计算出的齿轮的直径较大，显然不能满足驱动桥本身空间的问题，因此，在驱动桥的主减速器的设计中，主减速器所采用的齿轮传动，一般采用弧齿锥齿轮或螺旋锥齿轮进行传动，该种齿轮传动的接触重合度高，齿轮接触面大，从而有效地提高了齿轮的承载性能，并且该种齿轮传动方式能有效地减少驱动桥的空间，同时有效地提高传动效率，减小传动过程中的振动噪音，从而为提高驱动桥的寿命及耐久性具有重大意义。除驱动桥中的齿轮外，驱动桥中的其他部件，如半轴齿轮，行星齿轮，半轴等对驱动桥的整体性能都有较大的影响。因此，对驱动桥进行设计时，不仅要对主减速器进行重点设计，还需要对其他部件，如差速器，半轴等传动部件进行设计计算，从而有效地提高驱动桥的整体综合性能。随着汽车工业的发展，在大型汽车，货车以及SUV轿车中，驱动桥的应用越来越广泛，因此，对驱动桥产品的需求，结构尺寸的多样化的深层次需求也越来越大。通过汽车行业的调研发现，一款汽车的驱动桥设计，生产，制造，以及调试整个过程需要经历23年的周期时间。为了缩短整个驱动桥的设计，制造周期，对驱动桥进行设计计算时，需要借鉴过去驱动桥的成熟产品，调研其存在的问题和不足，运用常规经验公式，力学理论，手册等依据进行设计计算，还需要采用现代设计理论和优化设计方法，进一步减小驱动桥占用空间，有效地减轻驱动桥的重量，从而为以后汽车轻量化的设计，汽车节能等奠定一定的机床。目前，国内汽车零部件厂家对驱动桥进行设计时，常采用国外的同类型产生为参考，采用类比方法，通过测绘等方式对驱动桥进行计算，由于无法正确掌握其制造工艺，装配工艺等，因此，实际生产出驱动桥与国外的同期产品相比，还存在很大的差距。此外，国内产品在设计时，由于缺乏现代设计方法，需要对驱动桥进行反复改进和修改，导致一个新产品开发周期过长，无法适应市场的需要。因此，为了适应汽车工业的快速发展需求，需要不断总结驱动桥的结构特点，设计理论及方法，设计流程，有效地提高设计，制造效率，从而缩短产品的开发周期。本文主要对L3000货车的驱动桥进行设计计算，通过参考驱动桥设计手册，经验公式，同时结合现代机械设计理论和方法，为货车驱动桥的设计提供了一个参考。1.2驱动桥的现状及发展趋势（1）结构趋势 目前驱动桥的结构形式，主要分为单级和双级减速器两种。其中双级减速器主要应用于减速比大传动系统中，其中部分主要应用于重型载货汽车。但双级减速器有其自身的不足，其总成体积和重量较大，无法适应未来汽车工业化轻量化及小型化的市场需求。但目前我国60%的重型载货汽车主要采用双级减速器驱动桥。随着我国道路的改善，未来重型车辆的主减速器结构将向单级化发展，预测，未来将有75%及以上的重型载货汽车、重型物流汽车的驱动桥将采用单级减速器的车桥结构。由于相比双级主减速器，单级主减速器驱动桥具有传动链少，摩擦阻力小，结构紧凑，传动效率高，节能省油等一系列特点，在一般小，中型货车及普通货车中的应用较为广泛。但其同时也存在其本身的不足，主要包括其车桥桥壳的体积较大，从而导致车桥整体离地面的间隙较小，从而使汽车整车的通过性较差。但是随着我国道路的改善，汽车的通过性问题得到了很好的解决。因此，单级主减速器的驱动桥的优势也越来越得到明显的体现，从而在未来的重型货车中的应用也将越来越大。（2）技术趋势随着我国汽车工业的不断发展，节能，低成本成为时代发展的需求，因此，驱动桥的设计和制造也面临着快速的更新换代，驱动桥的设计趋势也向着轻量化，低噪音，高效率，大扭矩输出，耐久性等一系列方向发展。轻量化设计：随着驱动桥设计和制造技术的成熟，而新型轻量化材料不断应用，材料的热处理工艺技术的不断进步，为驱动桥是轻量化设计奠定了基础，从而也使驱动桥具备了更好的使用性能。低噪音：驱动桥的噪音主要来源于齿轮传动过程中产生的。低噪音需要不断提高螺旋锥齿轮的制造和工艺技术，高强度齿轮材料的不断研发和应用，以及齿轮热处理工艺及加工精度等技术的不断提高，才能实现未来汽车低噪音的发展需求。高效率：该目标不仅是发动机，变速器发展的需要，更是未来驱动桥进一步升级的需求，为了提高效率，同时达到节能减排的作用，需要采用更好的控制技术，来满足这一要求，例如，当载荷较大时，所需的传动扭矩大，此时可采用大减速比，而当外部载荷较小时，可以采用小减速比，达到省油减排的作用，从而提高了驱动桥的效率。- 41 -第2章 L3000货车驱动桥的总体方案设计2.1 设计参数及要求本次设计所选取的车型是L3000货车，该汽车的具体性能参数，见表2-1：表2-1车型参数产品名称总质量载荷分配轮胎发动机功率（kw）额定转速（rmp）最大扭矩（N/m）最大扭矩转速（rpm）L3000货车9510kg2600/69109R2099280038216001900驱动桥传动系统各部件的设计一般是按照功率流的顺序进行的，即从发动机输出后经传动轴或直接由变速器传来的动力，先经过主减速器的放大并改变转矩的传递方向，随后由差速器将转矩合理的分配给左、右半轴齿轮，再经过半轴传递给轮边减速器，最终由轮边减速器将转矩次放大后输出给汽车车轮。图2-1汽车动力传递路线2.2驱动桥的总体方案设计2.2.1结构形式的确定 常见的结构形式主要主要包括断开式和非断开式。其中，整体式驱动桥，也就是我们所说的非断开式驱动桥，该类型驱动桥一般常用于非独立悬架的汽车，如图2-2所示，例如主要应用于少量轿车和大多数货车等。该类型驱动桥的主要特点是类似于一个左、右支撑的刚性空心梁的桥壳，而主减速器，行星齿轮，半轴齿轮安装在其中。而断开式驱动桥，主要应用于具有独立悬挂的驱动桥的汽车，如SUV轿车等，该种驱动桥结构的汽车的运行的平稳性好，一般将其主减速器固定安装在车架上，如图2-3所示，而驱动桥桥壳一般采用分段形式，每段之间通过铰链相连。图2-2非断开式驱动桥图2-3断开式驱动桥本文中，L3000货车驱动桥，采用如图2-2所示的非断开式结构。2.2.2 主减速器结构方案的选择主减速器的功能是通过将变速器输出的扭矩通过减速作用该扭矩进行放大，然后再分配给左右两车轮，从而为汽车的行驶提供了足够的驱动力。为了适应不同汽车的应用场合，为确定主减速器的结构形式，主要从以下几个方面进行考虑：2.2.2.1减速型式的确定主减速器的减速型式整体上主要分为单级和双级两种。而减速形式的选择主要取决于主减速比的值，以及汽车的离地间隙，通过性，这与汽车的类型以及使用工况息息相关。1） 单级主减速器该种减速器主要采用单级齿轮传动，传动比值较大，其传动比数值一般为47，该中减速器的结构较为简单，占用的空间也较小，制造和装配工艺较为简单，因此，其成本也较低，该类型减速器一般常用于轿车和货车上，主要采用齿轮传动，齿轮的类型主要为螺旋锥齿轮或弧面锥齿轮。图2-4单级车桥的主减速器2） 双级主减速器该种类型减速器，相对于单级，主要增加了一级圆柱齿轮齿轮传动，因此，其整个结构尺寸较大，同时装配的要求和工艺要求也相对较高，导致其制造成本也较大，该主减速器的主要特点是其能满足离地间隙小和传动大扭矩的要求，因此，其主要用于重型汽车的驱动桥，减速比的数值一般能达到12。 图2-5双级车桥主减速器2.2.2.2齿轮类型的选择为了达到高传动比，同时能传动大扭矩，并且有具体的空间尺寸要求，因此，采用传统的直齿轮和斜齿轮是无法满足这些要求的。目前，用于车桥的齿轮主要包括螺旋锥齿轮和弧面锥齿轮。该种齿轮的接触面大，重合度高，适合大扭矩工况的要求，同时也能有效地减少齿轮所占用的空间尺寸。但目前仍有部分前置的发动机汽车的车桥减速器采用圆柱齿轮或蜗杆传动。(a)螺旋锥齿轮 (b)弧面齿轮图2-6用于汽车车桥的齿轮类型1）螺旋锥齿轮传动螺旋锥齿轮传动如图2-6(a)所示，该类型的齿轮，其齿轮的重合度较高，轴交角一般采用为90，齿轮传动时，平稳性和平顺性很好，并且在不同的转速下，其传动过程仍能保证其运转过程中的噪音和振动也很小，2）弧面齿轮传动弧面齿轮，在结构上类似于螺旋伞齿轮，但其主、动齿轮在安装方式上，有一个向上或向下的偏置，该中偏置使齿轮传动时候能具有更大的螺旋角，从而导致其在同尺寸的安装情况，相比螺旋伞齿轮，具有更高的强度，该种类型的齿轮减速器，一般主要应用于减速比较大的驱动桥传动中，该传动比值一般大于4.5及以上。综合上述两点，本文采用螺旋锥齿轮传动。2.2.2.3齿轮支承方式的选择支撑主要有以下两种方式，主要可分为悬臂式和跨置式两种，该两种支撑对支撑刚度有较大的影响。(a)悬臂式 (b)跨置式图2-7车桥的支承方式悬臂式的支撑，支撑所采用的轴承一般采用圆锥滚子轴承，轴承采用正装，支撑的中心位置偏向内，因此，该种支撑的支承刚度较差，常用于小型货车或轿车上使用。跨置式的支撑，该种支撑的，轴承采用反装，支撑的位置朝外，该种支撑能有效地提高支撑刚度，较小整个传动轴的变形，因此，具有能够承受更大的支撑载荷的作用，一般常用于中型或大型车辆。由于车桥中齿轮传动的扭矩都相对较大，为了提高齿轮的传动支承刚度，主，从动齿轮传动的支撑均采用跨置式。图2-8齿轮的支承方式选择2.2.3差速器结构的确定差速器的作用是将主减速器传递过来的扭矩，根据不同条件下的工况要求，将输入的动力合理的分配到左，右两个车轮上。差速器的结构主要可分为对称式和非对称式两种。其内部的齿轮传动一般主要采用圆锥齿轮传动，采用行星传动的方式，能有效地增加传动效率，同时能避免单个齿轮传动过程中，某一接触点位置应力集中。本文中，差速器的类型采用对称式，齿轮采用圆锥齿轮传动，齿轮的安装一端固定在十字轴叉上，其齿轮种类又可称之为行星齿轮和半轴齿轮。2.2.4 驱动轴型式的确定驱动轴，又可以称之为半轴，其功能是将差速器输出动力传动到两侧的驱动轮，一般左右的驱动轮上装有轮边减速器，该驱动轴将动力输出到两侧轮边减速器上。目前，驱动轴的结构形式主要可分为三种：（1） 半浮式该种类型的半轴，其结构一半位于桥壳外端的内孔中，另一半通过键槽与轮毂相互链接，半浮式半轴，不断要承受齿轮驱动所需的驱动力，还需要收到轴向力，以及侧向的弯矩等等。但该种半轴的结构形式较为简单，具有成本比，质量轻等特点，常常用于小型汽车，如微型轿车或货车的使用。（2）3/4浮式该种类型的半轴，其结构与半浮式类似，除了承受转矩外，同时还要承受侧向力弯矩，驱动力等等。同样的不足之处在于其刚性较差，因此，该中类型的半轴也常用于轿车，微型货车上。（3）全浮式该种类型的半轴，主要安装在套管内，两端均通过轴承进行固定，同时在其内侧做有花键，因此，其工作时不断能承受转矩，还能承受弯矩，但该种类型的半轴，其结构相对比较复杂，其装配工艺和加工工艺上具有一定的难度，因此，其整个制造成本也较高。但由于其具有良好的工作可靠性，常用于中，大型车辆。图2-9 半轴的结构简图及受力情况a) 全浮式半轴 b) 半浮式半轴由于本次设计是货车，所以选择全浮式半轴，满足设计要求。第3章 主减速器的基本参数选择与设计计算3.1 主减速比的计算主减速比主要与传动轴及车桥的转速相关。主减速比决定了该驱动桥的结构形式，空间体积大小，为了满足汽车的动力性要求，同时在设计和制造上，获得良好的平衡，可通过相关经验公式，对主减速器进行设计计算。=6.33，该数值满足47，因此该驱动的减速器可选用单级即可。3.2 主减速齿轮载荷的计算为了对主减速进行设计计算，首先需要计算出其传动的扭矩值，发动机的输出扭矩计算，主要可以从发动机的输出扭矩和驱动轮打滑时的扭矩两个方面进行计算和比较，选其中数值较小的一个作为主减速器齿轮的设计的参数依据。1. 根据发动机的输出，来计算从动锥齿轮转矩： =15908 （3-1） （3-2）式中：根据货车的最大爬坡度，选取。传动比，由发动机到从动齿轮之间的传动比，根据变速器传动比选取=7.31，iTL=6.337.84=46.27； 发动机输出的最大转矩630； n驱动桥数目，1； 动载系数，=1，k=1； 传动效率，取=0.9；2. 按驱动轮打滑，确定计算转矩： =18536 （3-3）转移系数，商用车为1.1-1.2，本车取值为1.1；轮胎对地面的附着系数，沥青和混凝土的地面，取0.85；G2汽车满载时驱动桥给水平地面的最大负荷，N；=m9.8160%=95109.8160%=55976N；主减速器的传动效率和传动比,分别取0.96和1根据牵引力来计算平均传动扭矩： =3426 （3-4） 式中：汽车满载总重86009.81=84366N；; 所牵引的挂车满载总重，=0； 道路滚动阻力系数，0.0150.020，可初取=0.018； 爬坡能力系数。货车通常取0.050.09，可初取=0.07； 汽车性能系数，取=03.3 主减速器齿轮参数的选择1.节圆直径的选择根据上节所计算出的扭矩值，选取较小的一个为计算依据。按经验公式：=327384mm （3-5） 式中：直径系数，取=1315.3； 初取=360mm。2.主、从动锥齿轮齿数z1和z2选择齿数时应考虑以下几个方面：1） 大小齿轮的齿数和不少于40，2） 小齿轮齿数不小于9。本文中，主减速器的传动比为6.33，初定主动齿轮齿数z1=9，从动齿轮齿数z2=57。3.齿轮端面模数齿轮端面模数=360/57=6.31； （3-6）同时还应该满足，取入 =7，满足条件。则d2=msz2=399mm （3-7）4.主从动锥齿轮齿面宽的选择齿轮齿面宽度推荐为：=0.155=62mm，可初取=60mm。 （3-8）对于螺旋锥齿轮锥齿轮，主动齿轮的一般比从动齿轮的大10%，因此初取=65。5. 螺旋锥齿轮螺旋方向参照一般的齿轮旋转方向，通常选用主动齿轮为左旋，从动齿轮为右旋。6.中点螺旋角的选择螺旋角推荐用35。表3-1 螺旋角项目螺旋角螺旋锥齿轮准双曲面齿轮汽车载重汽车小货车拖拉机农业用工业用工程用航空工业直升飞机传动发动机辅助传动7.法向压力角齿轮的标准压力角，主要有20和22.5两种，本文采用标准压力角=。3.4 主减速器齿轮的几何尺寸计算几何尺寸计算见表3-2。表3-2 螺旋锥齿轮的几何尺寸计算表序号项目计算公式小齿轮大齿轮1齿数2模数=6.31mm，=73齿宽=65mm=60mm4工作齿高=11.9mm5齿高=13.22mm6压力角7轴交角8分度圆直径=63mm=399mm9节椎角=10锥距=202mm11齿距=22mm12齿顶高=8.61mm=3.29mm13齿根高4.61mm9.93mm14径间间隙=1.32mm15齿侧间隙16螺旋角17偏移距=40.394mm18齿根角19面椎角20根锥角21外圆直径22节锥顶至齿轮外缘距离3.4.1 主减速器螺旋锥齿轮的强度计算1单位齿长圆周力用来辨别齿轮表面的的耐磨性，根据经验公式，即 （3-9）式中，P是单位齿长圆周力，F是作用在轮齿上的圆周力；为从动齿轮的齿面宽。按发动机最大转矩计算： （3-10）得p=265Mpa表3-3 单位齿长圆周力许用值 参数汽车类别P/(Nmm-1)（按发动机最大转矩计算时）P/(Nmm-1)（按驱动轮打滑转矩计算时）轮胎与地面的附着系数一挡二挡直接挡乘用车8935363218930.85商用车货车14292501429客车9822142.计算齿根弯曲应力 (MPa) （3-11） 式中： 齿轮的计算转矩(N.m)；对于从动齿：，对于主动齿轮就需要按照换算； 主动锥齿轮分度圆直径，D=399mm； 过载系数，一般取=1 尺寸系数，当大于1.6mm时，因此代入上式得=0.79； 齿面载荷分配系数，=1； 质量系数，接触良好，=1； 齿面宽，=60mm； 大端端面模数，=7mm； 几何系数，=0.358 计算得：=285 MPa，按照700MPa，符合设计要求。3.轮齿接触强度齿面接触应力，根据经验公式： （3-12） 式中： 齿面品质系数，=1弹性综合系数，取232.6；齿面接触强度的综合系数代入得：=1454Mpa2800Mpa，满足强度要求。3.4.2主减速器齿轮轴承的载荷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。该法向力可以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。3.4.2.1 锥齿轮齿面上的作用力齿宽中点处的圆周力为 (3-13)式中：作用在该齿轮上的转矩，作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩；该齿轮的齿面宽中点处的分度圆直径，由公式确定。 3.4.2.2 锥齿轮齿面上的轴向力和径向力图3-1主动锥齿轮齿面受力图本设计所选主动锥齿轮螺旋方向为左旋，旋转方向为逆时针，如图3-1所示， 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，分解成两个相互垂直的力和，垂直于OA且位于OOA所在的平面，位于以OA为切线的节锥切平面内。在此平面内又可分为沿切线方向的圆周力F和沿节圆母线方向的力。与之间的夹角为螺旋角，与之间的夹角为法向压力角，这样有： (3-14) (3-15) (3-16)所以，作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力和径向力分别为： (3-17) (3-18)代入数值，计算得：作用在从动锥齿轮齿面上的轴向力和径向力分别为： (3-19) (3-20)代入数值，计算得： 说明：计算结果如轴向力为正，表明力的方向离开锥顶，负值表示指向锥顶；径向力是正值，表明力使该齿轮离开相啮合齿轮，负值表明力使该齿轮靠近相啮合齿轮。3.5 主减速器齿轮的材料本次设计的齿轮材料选用渗碳合金钢。齿面进行喷丸处理。3.6 主减速器输入轴的设计输入轴的设计，如下图3-2所示。选择圆锥齿轮的轴承为圆锥滚子轴承，型号32911，轴端花键规格, 按照 GB/T 1144-2001执行。图3-2 主减速器输入轴设计第4章 差速器的基本参数的选择与设计计算4.1基本参数的选择1.行星齿轮数目 为保证受力均匀，保证汽车行驶的平顺性，采用对称排列的4个行星齿轮。 2.球面半径 球面半径，即为圆锥齿轮的节锥距 mm （4-1） 式中： 行星齿轮球面半径半径系数，可取2.503.00； T计算转矩， =（2.53.0）=62.8775.45mm 初选节锥距A=75mm。3.行星齿轮与半轴齿轮的选择1)齿数不少于10.2)齿数比/在1.52.0的范围内。在此行星齿轮的齿数=11，半轴齿轮齿数=19, 满足以上要求。4.节圆直径的确定 节锥角， =30.07 （4-2） =90-=59.04 圆锥齿轮的大端端面模数m m=6.83，取m=7. （4-3） =711=77mm （4-4） =719=133mm5.压力角选用标准22.5的压力角。6.行星齿轮安装孔的直径及其深度L 通常取： （4-5） 式中：传递转矩，Nm； 行星齿轮的数目；在此为4 行星齿轮支承面中点至锥顶的距离mm， 0.5d， d为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而d0.8 支承面的许用挤压应力，在此取150 MPa根据上式: 0.8133=106.4mm =0.5106.4=53.2mm 28.31mm, 取为30mm.1.130=33mm,取35mm4.2齿轮的几何尺寸计算表4-1 齿轮几何尺寸计算序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数10=112半轴齿轮齿数3模数m=7mm4齿面宽取b1=17, b2=25mm5工作齿高11.2mm6全齿高12.57mm7压力角8轴交角9节圆直径； 77mm 133mm10节锥角， 11节锥距mm12周节22mm13齿顶高;7.32mm3.88mm14齿根高=1.788-;=1.788-=5.2mm;=8.64mm15径向间隙=-=0.188+0.0511.37mm16齿根角=;=3.86; =6.417面锥角；=36.47=63.7918根锥角；=26.21=53.5319外圆直径；89.67mm136.89mm4.3 差速器齿轮的强度计算计算结束后，对轮齿的弯曲强度进行校核。轮齿弯曲强度为 （4-6） 式中：传递的转矩, ; 行星齿轮数；n=4; 半轴齿数；尺寸系数，当时，在此0.725 载荷分配系数，1.001.1；质量系数，可取1.0; 综合系数，由图6.1可查得，=0.225.图4-1 弯曲计算用综合系数 即齿轮满足弯曲强度要求。4.4 差速器齿轮的材料锥齿轮的材料为20CrMnTi。第5章 半轴的设计5.1 半轴的设计与计算根据总体设计方案，本文采用带有凸缘的全浮式半轴。a)载荷的确定 其计算转矩按下式进行： （5-1）式中：最大静载荷，9510kg 车轮滚动半径,0.53m 负荷转移系数，取为0.37 附着系数，=0.85 计算结果： T=14954半轴直径的可按下式进行： （5-2） 式中：d半轴杆部直径，mm； T半轴的计算转矩；半轴扭转许用应力，MPa。根据上式带入得：5659.6，取=58mm 半轴的扭转应力由下式计算： （5-3） 式中：半轴的扭转应力，MPa； T半轴的计算转矩； d半轴杆部直径。 带入得：500700MPa，满足要求。半轴的最大扭转角为 （5-4） 式中：T最大转矩； l半轴长度，l=630mm； G材料的切变模量； 横截面的极惯性矩，=mm。 带入得：, 满足要求。5.2 半轴材料的选择本文半轴材料采用35CrMnTi。第6章 驱动桥桥壳的设计6.1桥壳的计算与校核6.1.1 静弯曲应力计算根据受力简图，地面给轮胎的反力，桥壳则承受此力与车轮重力。 图6-1 桥壳静弯曲应力计算简图按静载荷计算时，弯矩为 Nm （6-1） 式中：汽车满载时的载荷； 车轮重力，N； 车轮距，在此为1.9m; 两钢板弹簧座中心间的距离，在此为1.1m. 静弯曲应力则为 MPa （6-2）式中：危险断面处的垂向弯曲截面系数，桥壳截面，其中D=570mm，d=550mm图6-2 桥壳的截面图垂向弯曲截面: = （6-3）水平弯曲截面: = （6-4）扭转截面: = （6-5） 静弯曲应力=76.8MPa （6-6） 6.1.2 在冲击载荷作用下的强度计算桥壳承受附加的冲击载荷，所产生的弯曲应力为 （6-7）式中：动载荷系数，取1.75； 弯曲应力 ，MPa。 根据上式Mpa为300500 Mpa，满足强度要求。6.1.3 以最大牵引力的强度计算以最大牵引力行驶的受力简图,如下图。图6-3 以最大牵引力行驶的受力简图最大切向反作用力共为 （6-8） 计算得垂向弯矩为 （6-9） 根据上式=水平方向的弯矩 （6-10）桥壳承受的转矩为 = （6-11） 式中：发动机最大转矩，在此为382Nm; 最低传动比； 传动效率，在此取0.9。 计算得 所以在钢板弹簧座附近的危险断面处 （6-12） （6-13）式中：分别为垂向弯矩和水平弯矩； 分别为垂向、水平弯曲截面系数和扭转截面系数。 计算得: =300500 MPa =1504 00MPa，满足强度要求。结 论本次毕业设计使我对汽车传动系统驱动桥的设计和相关机械方面的知识，有了更深层次的了解，并了解了做一个设计该如何查找和运用各种资料、手册。本次设计完成了一下工作：1.了解了国内外驱动桥的发展及我国驱动钱的现状；2.认识到了驱动桥的主要工作原理和主要结构的零件组成；3.完成了驱动桥基本工作参数的确定；4.驱动桥主要零件结构设计及其强度校核；5.运用CAD完成了驱动桥的总装图和零件图；设计中遇到的问题及其不足之处；1.设计中一些零件的细节尺寸无法确定，尺寸选择不准确；2.对于生疏的知识掌握不扎实，需要花时间学习；3.某些结构的设计方面存在缺陷；4.对于绘图软件的一些命令不熟悉，导致设计进度迟缓；附 录外文翻译：农用车驱动桥常见故障分析与解决办法摘要:衣用车驱动桥在长期使用过程中，因不同程度的损伤，易发生驱动桥发热、异响、漏油等故障。分析了故障产生的原因，介绍了解决办法。关键词：衣用车;驱动桥;故障分析;解决办法驱动桥功能是将发动机传出的相关扭矩传给驱动轮,实现降速、增扭作用。驱动桥的主要部件有减速器、差速器、半轴、齿轮等，在运行过程中不仅承受很大的径向力和 轴向力，还承受很大的扭矩，而且经常受到剧烈的冲击力的作用，造成零部件不同程度磨损及売体变形，相对位置发生变化,破坏配合件原有的配合关系，造成驱动桥发热、异响、漏油等故障，影响车辆的正常使用。1驱动桥发热车辆行驶一段时间后，用手触摸后桥売非常烫手，或者用红外线测温仪测后桥売的表面温度，若发现超过85T：视为过热。(1) 发热原因：轴承装配过紧,齿轮间隙太小，油封太紧，会导致驱动桥转动时摩擦加剧，温度升高，从而引发驱动桥发热。驱动桥内缺少齿轮油、齿轮油变质或者使 用的齿轮油不符合要求。驱动桥内缺少齿轮油将会使驱动桥内的各配合件在相对运动时，产生半干摩擦或干摩擦,摩擦系数增大，摩擦力也相应增大，温度升高，导致发热。(2) 解决方法：如果是油封处局部过热，应对油封 技术状况进一步检查,并视情况更换。如果是轴承处局部过热，应重新调整轴承。其他局部过热情况可结合发热部位逐项进行检查并予以排除。如果是整体过热,首先应检查后桥売齿轮油平面，如太低，应按标准加注齿轮油。如正常，则用手捻拭齿轮油,检查其黏度是否过高、润滑性能是否太差或其规格是否符合要求，并视情况更换齿轮油。车辆超载行驶,也是导致主减速器过热的一个重要原因，应注意不要超载超速行驶。2驱动桥漏油润滑油从后桥各接合部位向外渗漏，或后桥売产生裂纹（如焊口开裂等）漏油。(1) 漏油原因：润滑油加注过多，运转中売体内压力增高，润滑油渗出。驱动桥売盖各部螺孔、螺纹多次拆装，丝牙间隙增大，润滑油从螺纹处渗漏。油封与轴颈不同轴、油封装反、油封损坏，或与油封配合的轴颈磨损,或表面有沟槽。油封座老化变质、磨损松旷或装配不当。后桥売产生裂纹。(2) 解决方法:拆下检视孔螺塞，如有油流出，则为油位过高。再检查通气塞是否堵塞。因通气塞气孔堵塞 后会使后桥内压力升高，从而使润滑油从油封或垫片处向外渗漏。各接合部位的紧固螺栓松动，也会导致衬垫处 漏油。从半轴套管或主减速器轴承盖处漏油，应检查油封是否损坏、轴颈是否磨损等。后桥売外表面漏油，应检查桥売是否有砂眼、裂纹。3驱动桥异响车辆行驶时驱动桥发出较大响声，并且随着车速的提高而增大。(1) 产生的原因：主减速器的主、从动圆锥齿轮或主、从动圆柱齿轮嗤合间隙过大。主减速器的主、从动 圆锥齿轮或主、从动圆柱齿轮啮合间隙过小。各部位轴承安装不当，磨损严重或剥落损坏。行星齿轮、半轴齿轮、垫圈、半轴齿轮键槽与半轴花键磨损严重。差速器轴承盖螺栓松动或从动圆锥齿轮铆钉松动。齿轮打齿。(2) 解决方法：车辆车速发生变化时或车速不稳时，驱动桥发出“咯瞪、咯瞪”比较清脆的冲击声，车速稳定时，声响不明显,这主要是齿轮啮合间隙过大引起的，应检查和调整齿轮啮合间隙。车辆行驶中，驱动桥发出“嗽嗽”的声音，且车速越高，声音越大，用手摸主减速器 売体温度过高，一般是由于齿轮啮合间隙过小或润滑油不足造成。应及时检查油面高度，检查与调整齿轮啮合间隙。驱动桥发出有节奏的“硬、硬”声响，很可能是由于从动锥齿轮铆钉松动。从动锥齿轮在工作时发生偏摆，是啮合间隙不均匀所致,应及时停车检查修复。如果车辆转弯时发响，而低速直线行驶时响声减弱，一般是差速器行星齿轮与半轴齿轮的啮合间隙过大或半轴齿轮及键槽磨损松旷所致,此时应对行星齿轮和半轴齿轮的技术状况进行检查与调整，必要时更换齿轮。车辆行驶中，驱动桥突然发出响声，一般为齿轮打坏,应及时停车检查并更换相应零件。驱动桥发出比较均匀连续的尖锐响声，车速越高，响声越大，且伴有桥売发热现象，一般为轴承间隙过小，可用手触摸发热部位，确定哪个轴承过紧，并进行调整。当驱动桥发出“哗啦、哗啦”杂乱响声，且车速越高，响声越大，增减车速都有响声，一般为差速器売体支撑轴承间隙过大，应拆检进行调整。4其它故障(1) 驱动桥売体变形与裂纹。主要原因是在长期超载情况下工作和车辆在不平道路上行驶时不减速,使桥売受到较大冲击振动和金属疲劳损伤等。(2) 半轴套管弯曲。内侧轮胎磨耗大,轮胎胎侧接近于钢板弹簧，制动鼓转动时已碰擦到制动底板上方，有较明显碰擦痕迹,半轴能碰到半轴套管内端等。在保养时, 应对半轴套管进行探伤检查，检查油封轴颈处有无裂纹,检查轴颈与轴承配合情况，不允许轴承内座圈松动。(3) 轮毂轴承松动。原因是轴承走内圈，轴颈磨损过大。(4) 半轴折断。车辆在不平道路上高速行车时，驱动桥上下跳动，当腾空后落地的一瞬间，半轴所受应力极大， 以致发生折断。若后桥売已发生变形，半轴在桥売中转动 受阻，使用长久后金属材料疲劳，或加工工艺不妥，内应力较大，往往也会发生半轴折断现象。APPendixTranslation：Common Fault Analysis and Solution for Agricultural Vehicle Drive BridgeAbstract: in the course of long-term use, the vehicles driving bridge is prone to heat, noise, oil leakage and other faults due to different degree of damage. This paper analyzes the causes of the barrier and introduces the solutions. Key words: clothing and motor vehicles;Drive bridge; Fault analysis; Solutions The function of the drive bridge is to transfer the relevant torque from the engine to the drive wheel to achieve speed reduction and torsion. The main components of the drive bridge are speed reducers, differential machines, half-axes, Gears, etc. In the course of operation, they not only withstand large radial and axial forces, but also withstand great torque, and are often subjected to severe impact. The effect of the impact, The parts are worn and deformed to different degrees, the relative position is changed, and the original cooperation relationship of the accessories is destroyed, resulting in the failure of the driving bridge, such as heat, noise, and oil leakage, which affects the normal use of the vehicle.1 Drive Bridge FeverAfter the vehicle is driven for a period of time, it is very hot to touch the back bridge with the hand, or the surface temperature of the back bridge is measured with an infrared thermometer. If more than 85T is found, it is considered overheated. (1) The reason for the fever: 1) The bearings are too tight, the gear gap is too small, and the oil seal is too tight. This will cause the friction to increase when the driving bridge rotates, and the temperature rises, which will cause the driving bridge to heat up. 2 )The drive bridge lacks gear oil, gear oil spoilage or the gear oil used does not meet the requirements. The lack of gear oil in the drive bridge will cause the various fittings in the drive bridge to generate semi-dry friction or dry rubbing when moving relative to each other. The friction coefficient will increase, and the friction force will increase accordingly, and the temperature will increase, leading to heat.(2) Solution: 1. If the oil seal is partially overheated, the technical status of the oil seal should be further checked and replaced as appropriate. If the bearings are partially overheated, the bearings should be readjusted. Other local overheating cases can be examined and eliminated in combination with the heating position. 2 If the whole is overheated, first of all should check the bridge after the gear oil level, if too low, should be standard injection gear oil. If normal, the gear oil is hand-twisted to check whether the viscosity is too high, whether the lubrication energy is too poor or whether its specifications meet the requirements, and the gear oil is replaced as appropriate. The overloading of the vehicle is also an important reason for the overheating of the main reducer. Care should be taken not to overload the speed limit.2 Drive Bridge Oil SpillLubricants leak outward from the joints of the rear bridge, or the rear bridge releases produce cracks(such as weld cracking, etc.). (1) The reason for the oil leak: 1. Too much oil is added, the pressure in the release body increases in operation, and the lubricant seeps. 2 Drive the bridge cover various screw holes, thread disassembly, silk tooth gap increase, lubricating oil leakage from the thread. 3 The oil seal is different from the shaft neck, the oil seal is reversed, the oil seal is damaged, or the shaft neck is worn with the oil seal, or there is a groove on the surface. 4 Oil seal aging deterioration, wear loose or improper assembly. The back of the bridge produces cracks. (2) Solution: 1 Remove the inspection hole screw plug, if there is oil flowing out, the oil level is too high. Check the air plug again for clogging. Due to the blockage of the air hole in the ventilation plug, the pressure in the rear bridge will increase, so that the lubricant will leak out from the oil seal or gasket. 2.The loosening of the fastening bolts at each joint site will also cause oil leakage at the pad. 3 Oil leakage from the semi-axial sleeve or the bearing cover of the main reducer, should be checked whether the oil seal is damaged, whether the shaft neck is worn, etc. 4 After the outer surface of the bridge is leaking oil, it should be checked whether there are sandholes or cracks in the bridge.3 Drive Bridge Different SoundWhen the vehicle is driving, the driving bridge makes a loud noise and increases with the speed higher and larger. (1) Causes: 1 The gap between the main, slave Bevel gear or main, slave cylindrical gear of the main reducer is too large. The meshing gap of the main, slave or slave Gears of the main reducer is too small. 3 Each part of the shaft is not properly installed, and the wear is serious or the peeling is damaged. 4 Planetary gears, half-axle gear wheels, washers, half-axle gear slots and half-axis spline keys wear seriously. 5 5 differential bearing cover bolts loose or dependent Bevel gear rivet loose. The gears beat the teeth.(2) Solution: 1 When the speed of the vehicle changes or when the speed is unstable, the driving bridge emits a relatively crisp impact sound, and the speed is steady and timed, and the sound is not obvious. This is mainly caused by the large meshing gap of the gear. The meshing gap of the gear should be checked and adjusted. 2 When the vehicle is driving, the driving bridge emits a cough cough sound, and the higher the speed, the greater the sound, and the too high temperature of the body with the hand to touch the main reducer, which is generally due to the small meshing gap of the gear or insufficient lubricant. The height of the oil surface shall be checked in time, and the meshing gap of the gear shall be checked and adjusted. 3 The drive bridge makes a rhythmic hard, hard sound, probably due to the loose rivet of the slave Bevel gear. The bias of the slave Bevel gear occurs during work, which is caused by uneven meshing gaps. It should be checked and repaired in a timely manner. 4 If the vehicle rings when turning and the sound weakens when driving in a low-speed straight line, it is generally due to the large meshing gap between the differential planetary gear and the half-axle gear or the wear and tear of the half-shaft gear and the key slot. At this point, the technical status of the planetary gears and half-axle gears should be checked and adjusted, and the gears should be replaced if necessary. 5 When a vehicle is driving, the driving bridge suddenly makes a noise, which is generally broken by the gear. It should be stopped and checked in time and the corresponding parts should be changed. The drive bridge emits a sharp sound that is relatively uniform and continuous. The higher the speed of the car, the greater the noise, and is accompanied by the phenomenon of bridge heat. Generally, the gap between the bearings is too small. The hand can be used to touch the heating area to determine which bearings are too tight and adjust. 7 When the driving bridge emits a clatter, clatter noise, and the higher the speed, the greater the noise, the increase or decrease in the speed of the noise, generally the differential support bearing gap is too large, should be opened for adjustment.4 Other malfunctions(1) Drive the deformation and crack of the bridge body. The main reason is that the work and the vehicle do not slow down while driving on uneven roads under long-term overload conditions, so that the bridge is subjected to large impact vibration and metal fatigue damage. (2) Semi-axis sleeve bending. The inner tire is worn out, and the tire side is close to the steel plate spring. When the brake drum rotates, it has been rubbed to the top of the brake plate. There are more obvious rubbing marks, and the half shaft can touch the inner end of the half-shaft sleeve. During the maintenance, the half shaft casing should be examined, the oil seal shaft neck is checked for cracks, the shaft neck and bearing coordination situation, do not allow the inner seat ring of the bearing loose.(3) The hub bearing is loose. The reason is that the bearing is walking in an inner ring and the shaft neck is worn too much. (4) Semi-axis breakage. When the vehicle is driving at a high speed on an uneven road, the driving bridge beats up and down. When it is vacated and landed, the stress on the semi-axis is so great that it breaks. If the rear bridge has been deformed, the semi-axis is blocked from turning in the bridge, the metal material is tired after long-term use, or the processing process is improper, and the internal stress is large, and semi-axis breakage often occurs.参考文献1郭婷,马贵叶,吴超,毛润.驱动桥主减速器锥齿轮载荷的确定
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