【正文】 家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 燕山大學(xué)里仁學(xué)院 題目： 家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 交通運(yùn)輸 學(xué)生姓名： 張江超 學(xué) 號(hào)： 081113011030 指導(dǎo)教師： 夏懷成 2022 年 05 月 04 日 家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 目 錄 1 前言 2 總體方案的布置 3 主減速器設(shè)計(jì) 4 差速器設(shè)計(jì) 5 驅(qū)動(dòng) 半軸的設(shè)計(jì) 6 萬(wàn)向節(jié) 設(shè)計(jì) 7 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 1 前言 本設(shè)計(jì)課題是 家用微型車(chē) 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 。故本說(shuō)明書(shū)將以“驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)”內(nèi)容對(duì)驅(qū)動(dòng)橋及其主要零部件的結(jié)構(gòu)型式 及 設(shè)計(jì)計(jì)算 進(jìn)行 介紹。 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋位于 傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能。驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，由驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成、功用、工作特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求講起，詳細(xì)地分析了驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式 及布置方法；全面介紹了驅(qū)動(dòng)橋車(chē)輪的傳動(dòng)裝置和橋殼的各種結(jié)構(gòu)型式和 設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)的重大總成，承載著汽車(chē)的滿(mǎn)載簧荷重及地面經(jīng)車(chē)輪、車(chē)架及承載式車(chē)身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車(chē)驅(qū)動(dòng) 橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車(chē)的可靠性與耐久性有重要影響外，也對(duì)汽車(chē)的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過(guò)性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋在汽車(chē)的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋包含主減速器、差速器、 半軸 、橋殼和各種齒輪。由上述可見(jiàn)，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的品種極為廣泛，對(duì)這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝。因此，通過(guò)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技 能。 但是 有以下兩大難題，一是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩通過(guò) 變速箱 將動(dòng)力傳遞到 差速器上，達(dá)到更好的車(chē)輪牽引力與轉(zhuǎn)向力的有效發(fā)揮，從而提高汽車(chē)的行駛能力。二是差速器 向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足兩邊車(chē)輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。 本課題的設(shè)計(jì)思路可分為以下幾點(diǎn)：首先選擇初始方案， 家用微型車(chē) 采用 發(fā)動(dòng)機(jī)橫置前輪 驅(qū)動(dòng)，所以設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)需要符合 乘用車(chē) 的結(jié)構(gòu)要求；接著選擇各部件的結(jié)構(gòu)形式；最后選擇各部件的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)出各主要尺寸。 目前我國(guó)正在大力發(fā)展汽車(chē)產(chǎn)業(yè) ,采 用 前 輪驅(qū)動(dòng) 汽車(chē)的平衡性和操作性都將會(huì)有很大的提高 。 對(duì)于乘用汽車(chē)來(lái)說(shuō)，要改善其動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性，這便對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國(guó)際上石油價(jià)格的上漲，汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)載貨汽車(chē)，對(duì)于乘用車(chē)，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車(chē)生產(chǎn)商來(lái)提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī) — 傳動(dòng)軸 — 驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過(guò)程中 的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為新的課題。 所以 前 輪驅(qū)動(dòng)必然會(huì)使得乘車(chē)更加安全、舒適， 由于前驅(qū)傳動(dòng)效率比后驅(qū)要高，所以還會(huì) 帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 2 總體方案 的布置 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩 ,并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)身之間的垂直力和橫向 力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、 半軸 和驅(qū)動(dòng)橋殼 四大部分 組成。 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足如下基本要求： a)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車(chē)具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 b)外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。 c)齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 d)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。 e)在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車(chē)平順性。 f)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。 g)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。 驅(qū)動(dòng)橋 的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類(lèi)，即非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱(chēng)為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋 ， 后者稱(chēng)為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好 ， 獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu) 雖然家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 叫復(fù)雜，但可以大大提高汽車(chē)在不平路面上的行駛平順性 ， 減小車(chē)輪和車(chē)橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命 。 故這種結(jié)構(gòu)主要見(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高 的一部分轎車(chē)及一些越野汽車(chē)上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車(chē)或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車(chē)。 由于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋工作可靠 ，平穩(wěn)性好 ，查閱資料，參照國(guó)內(nèi)相關(guān) 轎車(chē) 的設(shè)計(jì) ,最后本課題選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。 其結(jié)構(gòu)如圖所示： 3 驅(qū)動(dòng)橋各零部件的設(shè)計(jì) 主減速器設(shè)計(jì) 主減速器是汽車(chē)傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪 或 斜齒圓柱齒輪 帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪 或 斜齒圓柱齒輪 。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車(chē)，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車(chē)，其主減速器就采用直齒輪傳動(dòng)而不必改變動(dòng) 力方向。 由于汽車(chē)在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。 驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足如下基本要求： 家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 a）所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車(chē)既有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 b）外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。 c）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)協(xié)調(diào)。 d）在保證足夠的 強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車(chē)平順性。 e）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類(lèi)型、減速形式的不同而不同。 （ 1） 斜齒圓柱齒輪 傳動(dòng) 圖 31 斜齒圓柱齒輪 傳動(dòng) 按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。 在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪 ；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。 為了 盡可能抵消主動(dòng)軸上軸承的軸向力 ，主減速器中基本不用直齒圓 柱 齒輪而采用 斜齒圓柱 齒輪。此外， 斜齒 圓柱 齒輪還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，汽車(chē)上獲得廣泛應(yīng)用。 查閱文獻(xiàn) [1]、 [2]，經(jīng)方案論證，主減速器的齒輪選用 斜齒圓柱齒輪 形式（如圖31 示）。 斜齒圓柱齒輪 傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線相 互平行 ，齒輪并不同時(shí)在全長(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷。為家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高 支承剛度，增大殼體剛度。 （ 2） 結(jié)構(gòu)形式 為了滿(mǎn)足不同的使用要求，主減速器的結(jié)構(gòu)形式也是不同的。 按參加減速傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目分，有單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器、雙速主減速器、雙級(jí)減速配以輪邊減速器等。雙級(jí)式主減速器應(yīng)用于大傳動(dòng)比的中、重型汽車(chē)上，若其第二級(jí)減速器齒輪有兩副，并分置于兩側(cè)車(chē)輪附近，實(shí)際上成為獨(dú)立部件，則稱(chēng)輪邊減速器。單級(jí)式主減速器應(yīng)用于轎車(chē)和一般輕、中型載貨汽車(chē)。單級(jí)主減速器由一對(duì)圓 柱 齒輪 （或者一對(duì)圓錐齒輪） 組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 查閱文獻(xiàn) [1]、 [2]，經(jīng)方 案論證，本設(shè)計(jì)主減速器采用單級(jí)主減速器。其傳動(dòng)比i0一般小于等于 7。 主減速器主、從動(dòng) 斜齒圓柱 齒輪的支承方案 主減速器中心必須保證主從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好地工作。齒輪的正確嚙合，除了與齒輪的加工質(zhì)量裝配調(diào)整及軸承主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。 （ 1） 主動(dòng) 斜齒圓柱 齒輪的支承 圖 32主動(dòng)齒輪跨置式 主動(dòng) 斜齒圓柱 齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)（如圖 32 示）。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承 支承，故又稱(chēng)兩端支承式。跨置式支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的 1／ 30以下．而主動(dòng) 斜齒圓柱 齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至 1/5～ 1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高 10%左右。 本課題所設(shè)計(jì)的 乘用車(chē)最大總質(zhì)量 為 ， 所以 選用 跨置式 可以提高齒輪的承載能力 。 家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 （ 2） 從動(dòng) 斜齒圓柱 齒輪的支承 圖 33從動(dòng) 齒輪支撐形式 從動(dòng) 斜齒圓柱 齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖 33 示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸 c+d。為了使從動(dòng) 斜齒圓柱 齒 輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性， c+d應(yīng)不小于從動(dòng) 斜齒圓柱齒輪大端分度圓直徑的 70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)是 c等于或大于d。 主減速器 斜齒圓柱 齒輪設(shè)計(jì) 主減速比 i 0、驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)在汽車(chē)總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。 （ 1） 主減速比 i 0的確定 主減速比對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車(chē)的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì) 性都有直接影響。 i0 的選擇應(yīng)在汽車(chē)總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比 i 一起由整車(chē)動(dòng)力計(jì)算來(lái)確定。可利用在不同 i0 下的功率平衡田來(lái)研究 i0 對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性的影響。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來(lái)選擇 i0 值，可使汽車(chē)獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車(chē)、長(zhǎng)途公共汽車(chē)尤其是競(jìng)賽車(chē)來(lái)說(shuō)，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 amaxP 及其轉(zhuǎn)速 pn 的情況下，所選擇的 i0 值應(yīng)能保證這些汽車(chē)有盡可能高的最高車(chē)速 amaxv 。這時(shí) i0 值應(yīng)按下式來(lái)確定： rp0amax ghrni = vi （ 31） 式中 ： 家用微型車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 r —— 車(chē)輪的滾動(dòng)半徑， 給定輪 胎型號(hào)為 175/65R13，所以可知 r = igh—— 變速器量高檔傳動(dòng)比。 igh =1 根據(jù)所選定的主減速比 i0值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級(jí)、雙級(jí)等以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車(chē)總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。 把 pn =4500r/n , amaxv =110km/h , rr = , igh=1代入（ 31） 計(jì)算出 i0 = ① 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比計(jì)算載荷 Tce niTT KTLece /η T0m a x= （ 32） 式中： Tce— 計(jì)算轉(zhuǎn)矩， Nm； Temax— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； Temax =50 Nm n— 計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)， 1； tη — 變速器傳動(dòng)效率，η =； 0K — 液力變矩器變矩系數(shù)， 為 1； TLi — 由發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比為 Tη — 傳動(dòng)系上述部分的傳動(dòng)效率取 代入式（ 32），有：