【正文】 第 1 頁 共 40 頁 1 緒論 課題背景及目的 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車技術的提高，驅動橋的設計和制造工藝都在日益完善。驅動橋和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術外，在結構設計中日益朝著 “零件標準化、部件通用化、產品系列化 ”的方向發(fā)展及生產組織專業(yè)化目標前進。應采用能以幾種典型的零部件，以不同方案組合的設計方法和生產方式達到驅動橋產品的系列化或變形的目的，或力求做到將某一類型的驅動橋以更多或增減不多的零件，用到不同的性能、不同噸位、不同用途并由單橋驅動到多橋驅動的許多變形汽車上。 本設計要求根據(jù) CS1028 皮卡車 在 一定的程度上既有轎車的舒適性又有 貨車的載貨性能 ，使車輛既可載人又可載貨，行駛范圍廣的特點，要求驅動橋 在保證日常使用基本要求的 同時極力強調 其 對惡劣路況的適應力。 驅動橋是汽車最重要的 系統(tǒng)之一，是為汽車傳輸和分配動力所設計的。通過本課題設計，使 我們 對所 學過的基礎理論和專業(yè)知識進行一次全面 的， 系統(tǒng)的回顧和總結，提高我們 獨立思考能力和團結協(xié)作的工作作風。 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 隨著汽車向采用大功率發(fā)動機和輕量化方向發(fā)展以及路面條件的改善 ,近年來主減速比有減小的趨勢 ,以滿足高速行駛的要求。 [1] 為減小驅動輪的外 廓尺寸 ,目前主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪。實踐和理論分析證明，螺旋錐齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒齒輪的最小齒數(shù)少。顯然采用螺旋錐齒輪在同樣傳動比下，主減速器的結構就比較緊湊。此外，它還具有運轉平穩(wěn)、噪聲較小等優(yōu)點。因而在汽車上曾獲得廣泛的應用。近年來，準雙曲面齒輪在廣泛應用 到 轎車的基礎上，愈來愈多的在中型、重型貨車上得到采用。 [3] 在現(xiàn)代汽車發(fā)展中，對主減速器的要求除了扭矩傳輸能力、機械效率和重量指標外，它的噪聲性能已成為關鍵性的指標。噪聲源主要來自主、被動齒輪。噪聲的強弱基本上取決于齒輪的加工方法。 區(qū)別于常規(guī)的加工方法，采用磨齒工藝，采用適當?shù)哪ハ鞣椒梢韵跓崽幚碇挟a生的變形。因此，與常規(guī)加工方法相比，磨齒工藝可獲得很高的精度和很好的重復性。 [4] 第 2 頁 共 40 頁 汽車在行駛過程中的使用條件是千變萬化的。為了擴大汽車對這些不同使用條件的適應范圍，在某些中型車輛上有時將主減速器做成雙速的，它既可以得到大的主減速比又可得到所謂多檔高速，以提高汽車在不同使用條件下的動力性和燃料經濟性。 課題研究方法 。 ，查閱書籍等途徑來熟悉它的工作原理。 ，與同組 同學商量。 論文構成及研究內容 論文構成：摘要、正文、英文翻譯、設計圖紙 研究內容：國內外 CS1028 皮卡車 驅動橋的研究資料論述、驅動橋結構方案選擇、主減速器設計計算、差速器設計計算、半軸設計計算、驅動橋殼的選擇 第 3 頁 共 40 頁 2 驅動橋設計 概述 驅動橋是汽車傳動系的主要組成部分。汽車的驅動橋處于傳動系的末端，其基本功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉矩，將轉矩分配給左、右驅動輪，并使左、右驅動車輪具有汽車行駛運動學所要求的差速功能； 同時，驅動橋還要承受作用于路面和車架或車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。它要保證當變速器處于最高擋時，在良好的路面上有足夠的牽引力以克服行駛阻力和獲得汽車最大的速度，這主要取決于驅動橋的傳動比。雖然在汽車的整體設計時，從整車性能出發(fā)決定驅動橋的傳動比，但是用什么形式的驅動橋、什么結構的主減速器和差速器等在驅動橋設計中要具體考慮。決大多數(shù)的發(fā)動機在汽車上是縱置的，為了使扭矩傳給車輪，驅動橋必須改變扭矩的方向，同時根據(jù)車輛的具體要求解決左右扭矩的分配。整體式驅動橋一方面需要承擔汽車的載荷；另一方面車輪上的作用力以及 傳遞扭矩所產生的作用力矩都要由驅動橋承擔，所以驅動橋的零件必須具有足夠的強度和剛度，以保證機件的可靠工作。驅動橋還必須滿足通過性和平順性的要求。 [6]。 在一般的 汽車結構中，驅動橋包括主減速器、差速器、驅動車輪的傳動裝置和橋殼等組成。它們應具有足夠的強度和壽命、良好的工藝、合適的材料和熱處理等。對零件應進行良好的潤滑并減少系統(tǒng)的振動和噪音等 [1]。 驅動橋的結構型式雖然可以各不相同，但在使用中對它們的基本要求卻是一致的，其基本要求可以歸納為 [1]： 1）所選擇的主減速比應能滿足汽車在給定使用條件下具有最 佳的動力性和燃油經濟性。 2）差速器在保證左、右驅動車輪能以汽車運動學所要求的差速滾動外并能將轉矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷（無脈動）地傳遞給左、右驅動車輪。 3）當左右驅動車輪與地面的附著系數(shù)不同時，應能充分利用汽車的牽引力。 4）能承受和傳遞路面和車架式車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力以及驅動時的反作用力矩和制動時的制動力矩。 5）驅動橋各零部件在保證其強度、剛度、可靠性及壽命的前提下應力求減小簧下質量，以減小不平路面對驅動橋的沖擊載荷，從而改善汽車的平順性。 第 4 頁 共 40 頁 6）輪廓尺寸不大以便于汽車的總體布并與所要求的驅動橋離地間 隙相適應。 7）齒輪與其他傳動機件工作平穩(wěn)，無噪聲。 8）驅動橋總成及零部件的設計應能滿足零件的標準化，部件的通用化和產品的系列化及汽車變型的要求。 9）在各種載荷及轉速工況下有高的傳動效率。 10）結構簡單，維修方便，機件工藝性好，容易制造。 表 21 汽車的主要技術參數(shù) 總質量 2305 發(fā)動機的位置 前置橫列 軸距 2700 車長 /寬 /高 4820/1870/1835 變速器型式 手動五擋變速器 輪胎尺寸 235/75R15 發(fā)動機額定功率 /轉速 78/4600 最大扭矩 /轉速 190/3200 最大爬坡度 %30? 最小離地間隙 200 接近角 290 離去角 傳動軸 開式，兩節(jié)，中間支撐 最高車速 120 軸荷分配 滿載 前 900 后 1405 空載 前 845 后 780 變速器速比 一擋 二擋 三擋 四檔 五擋 倒擋 1 驅動橋的結構方案 在選擇驅動橋總成的結構型式時，應當從所設計 汽車的類型及使用、生產條件出發(fā)，并和所設計汽車的其他部件，尤其是懸架的結構型式與特性相適應，以共同保證整個汽車預期使用性能的實現(xiàn)。驅動橋的總成的結構型式，按其總體布置來說有三種：普通的非斷開式驅動橋、帶有擺動半軸的非斷開式驅動橋合和斷開式驅動橋 [5]。 驅動橋的結構形式與驅動車輪的懸架形式密切相關。當車輪采用非獨立懸架時，驅動橋應為非斷開式（或稱為整體式），即驅動橋是一根連接左右驅動車輪的剛性空心梁，而主減速器、差速器及車輪傳動裝置（由左、右半軸組成）都裝在它里面。當采用獨立懸架時，為保證運動協(xié)調，驅動橋應 為斷開式。這種驅動橋無剛性的整體外殼，主減速器及其殼體裝在車架或車身上，兩側驅動車輪則與車架或車身作彈性聯(lián)系，并可彼此獨 第 5 頁 共 40 頁 立地分別相對于車架或車身作上下擺動，車輪傳動裝置采用萬向傳動機構。為了防止運動干涉，應采用花鍵軸或一種允許兩軸能有適量軸向移動的萬向傳動機構。 非斷開式驅動橋的橋殼是一跟支承在左右驅動車論上的剛性空心梁，而主減速器、差速器及半軸等傳動機件都裝在其中。這時，整個驅動橋和驅動車輪的質量以及傳動軸的部分質量都是屬于汽車的非懸掛質量，使汽車的非懸掛質量較大，這是普通非斷開式驅動橋的一個缺點。整個驅 動橋通過彈性懸架與車架連接。非斷開式驅動橋的整個驅動橋和驅動車輪的質量以及傳動軸的部分質量都是屬于汽車的非懸掛質量。因此，在汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性和通過性等方面不如斷開式驅動橋。但是斷開式驅動橋結構簡單、制造工藝性好、成本低、工作可靠、維修調整容易，因而廣泛用在各種載貨汽車、客車及多數(shù)的越野汽車和部分轎車上。 1—主減速器 2—套筒 3—差速器 7—半軸 5—調整螺母 6—調整墊片 8—橋殼 圖 非斷開式驅動橋 非斷開式驅動橋結構簡單，工 作可靠，成本較低，但非懸掛質量大，廣泛應用各種商用車和部分乘用車上， CS1028 皮卡車是商用車，考慮經濟性，在非斷開式驅動橋能滿足其性能的情況下， 選擇非斷開式驅動橋 ?，F(xiàn)代驅動橋 主要由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼等組成。 其結構圖如 所示： 第 6 頁 共 40 頁 主減速器設計 主減速器的結構形式的選擇 主減速器的減速形式 單級主減速器：由于單級主減速器具有結構簡單、質量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比 i0 的各種中、小型汽車上。根據(jù) CS1028 皮卡車 的載荷小 ，主傳動比〈 的特點， 采用 單級主減速器 優(yōu)勢突出。 主減速器的齒輪類型 在現(xiàn)代汽車驅動橋上，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。雙曲面齒輪其主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角也都是采用 90186。主動齒輪軸相對于從動齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個偏移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當偏移距大到一定程度時，可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。這對于增強支承剛度、保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。雙曲面齒輪的 偏移距使得其主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當量曲率半徑較相應的螺旋錐齒輪當量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應力降低。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應力相當?shù)穆菪F齒輪比較，負 荷可提高至 175％。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，則不產生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)，這有利于大傳動比傳動。當要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪更為合理。因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比i0≥ 的傳動有其優(yōu)越性。當傳動比小于 2 時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。 由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大，還導致其進入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相 應的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、無噪聲，強度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。 [1] CS1028 皮 卡車 的傳動比在 左右，且對離地間隙有較高的要求，鑒于上述雙曲 第 7 頁 共 40 頁 面齒輪具有的特點， 選擇雙曲面齒輪的 主減速器 。 這種主減速器由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，零件結構如圖 所示． 1—螺母 。 2—后橋凸緣 。 3—油封 。 4—前軸承 。 5—主動錐齒輪調整墊片 。 6—隔套 。 7—墊片 。 8—位置調整墊片 。 9—后軸承 。10—主動錐齒輪 圖 主動錐齒輪及調整裝置零件圖 主減速器主、從動錐齒輪的支承型式及安置方法 在殼體結構及軸承型式已定的情況下，主減速器主動齒輪的支承型式及安置方法，對其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確嚙合并具有較高使用壽命的重要因素之一。 現(xiàn)在汽車主減速器主動錐齒輪的支承型式有懸臂式、騎馬式兩種。裝載質量為 2t以上的汽車主減速器主動齒輪都是采用騎馬式支承。但是騎馬式支承增加了導向軸承支座，是主減速器結構復雜，成本提高。轎車和裝載質量小于 2t 的貨車 ，常采用結構簡單、質量較小、成本較低的懸臂式結構 。 [5]在這里采用懸臂式結構合理。 主減速器從動錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在支承之間的分布而定。為了增加支承剛度，支承間的距離應盡可能縮小。兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時應使他們的圓錐滾子的大端相向朝內，小端相背朝外。 主減速器的基本參數(shù)選擇與設計計算 主減速齒輪計算載荷的確定 參考文獻 [1]，按以下三種工況進行從動齒輪的轉矩計算 （ 1）通常是將發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅動車輪打滑時這兩種情 況下。作用于主減速器從動齒輪上的轉矩 (Tje、 Tjh)的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應力的計算載荷 ， 即 ： nkiiiTT dfeje / a x ?? = Nm （ 21） 第 8 頁 共 40 頁 mmrjh i rmGT ? ??? ? ?39。22 = Nm （ 22） 式中： Temax——發(fā)動機量大轉矩， Nm； 190 Nm i1——變速器最低檔傳動比 i1= i0—— 主減速比 i0= ? ——上述傳動部分的效率，取 T? = 39。2m ——負荷轉移系數(shù) Kd——超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動的各類汽車取 Kd=1； n——該車的