【正文】 ................................................................................................53 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 第 1章 緒 論 選題的目的和意義 驅動橋是汽車總成中的重要承載件之一，其性能直接影響整車的性能和有效使用壽命。因此，通過對汽車驅動橋的學習和設計，可以更好的學習并掌握現(xiàn)代汽車設計與機械設計的全面知識和技能。利用這種方法指導設計可以減小經(jīng)驗設計的盲目性和隨意性，提高設計的主動性、科學性和準確性。 計算機輔助設計的特點： Pro/Engineer 是美國 PTC 公司開發(fā)的一套機械 CAD/CAE/CAM 集成軟件，其技術領先，在機械、電子、航空、郵電、兵工、仿真等各行各業(yè)都有應用，在 CAD/CAE/CAM 領域中處于領先地位。 計算機輔助設計與以前的設計發(fā)展相比有明顯優(yōu)勢，減少了設計、計算、制圖、制表所需的時間，縮短了設計周期。主要存在技術含量低，開發(fā)模式落后，技術創(chuàng)新力不夠，計算機輔助設計應用少等問題。 中國驅動橋產(chǎn)業(yè)發(fā)展 過程中存在許多問題 ，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結構不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密集型產(chǎn)品；技術密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 國外現(xiàn)狀 國外驅動橋主要采用模塊化技術和模態(tài)分析進行驅動橋的設計分析，模塊化設計是對在一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機械產(chǎn)品進行功能分析的基礎上 ,劃分并設 計出一系列功能模塊 ,然后通過模塊的選擇和組合構成不同產(chǎn)品的一種設計方法 . 以 DANA 為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設計方法 , 模態(tài)分析是對工程結構進行振動分析研究的最先進的現(xiàn)代方法與手段之一。國外企業(yè)位減少驅動橋的振動特性，對驅動橋進行模態(tài)分析，調整驅動橋的強度，改善整車的舒適性和平順性。只要確定了單元的力學特性，就可以按照結構分析的方法求解，使分析過程大為簡化，配以計算機就可以解 決許多解析法無法解決的復雜工程問題。利用參數(shù)化設計手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設計系統(tǒng)，可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設計 速度，并減少信息的存儲量。概念車底盤 — 滑板結構就是總線控制、燃料電池驅動的，加上不同形狀車身的 轎車，現(xiàn)在已經(jīng)開始啟動，通用公司宣傳，這種車有可能在未來 10 年上市。 根據(jù)懸架結構的不同，車橋分為整體式和斷開式兩種。 在一般的汽車結構中、驅動橋包括主減速器（又稱主傳動器）、差速器、驅動車 輪的傳動裝置及橋殼等部件如圖 所示。 本次設計 車型主減速比小于 ， 設計多采用 單 級減速器，它 具有結構簡單、體積及質量小且制造成本低等優(yōu)點 。 雙曲面齒輪如圖 （ b）所示主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。 ④ 工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側向滑動，又有沿齒長方向的縱向滑動，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉平穩(wěn)性。 ④ 雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強度和防刮傷添加劑的特種潤滑油。 圖 錐齒輪懸臂式支承 ② 騎馬式 騎馬式支承結構如圖 所示，其特點是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大 大增加支承剛度，又使軸承負荷減小，齒輪嚙合條件改善，在需要傳遞較大轉矩情況下，最好采用騎馬式支承。 （ 4）主減速器的軸承預緊及齒輪嚙合調整 支承主減速器的圓錐滾子軸 承需預緊黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強支承剛度。 主動錐齒輪軸承預緊度的調整采用套筒與墊片，從動錐齒輪軸承預緊度的調整采用調整螺母。 （ a） 單級主減速器 （ b） 雙級主減速器 圖 主減速器 差速器 根據(jù)汽車行駛運動學的要求和實際的車輪、道路以及它們之間的相 互聯(lián)系表明：黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 汽車在行駛過程中左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。這不僅會是輪胎 過早磨、無益地消耗功率和燃料及使驅動車輪軸超載等，還會因為不能按所要求的瞬時中心轉向而使操縱性變壞。 差速器的結構型式有 多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運輸車輛，對于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅動車輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此幾乎都采用了結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅動車輪間的所謂輪間差速器使用；對于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側驅動車輪滑轉而陷車，則可采用防滑差速器。在斷開式驅動橋和轉向驅動橋中 ， 驅動車輪的傳動裝置包括半軸和萬向接傳動裝置且多采用等速萬向節(jié)。主要用于質量較小，使用條件好，承載負荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。橋殼還應結構簡單、制造方便以利于降低成本。 按制造工藝不同分類： 鑄造式 —— 強度、剛度較大，但質量大，加工面多，制造工藝復雜，本設計采用鑄造橋殼。 技術參數(shù)： 表 參考數(shù)據(jù) 序號 項 目 數(shù) 據(jù) 單 位 1 車身長度 4350 mm 2 車身寬度 1800 mm 3 車身高度 1730 mm 4 車 重 1418 kg 5 軸 距 2630 mm 6 前輪距 1540 mm 7 后輪距 1540 mm 8 前胎規(guī)格 215/65 R16 — 9 排 量 L 10 最大功率 /轉速 105/6000 kw/ rpm 11 最大轉矩 /轉速 184/4500 12 最高車速 171 km/h 13 最高檔傳動比 — 14 級 別 SUV — 15 離地間隙 200250 mm 主減速比的計算 主減速比對主減速器的結構形式、輪廓尺寸、質量大小以及當變速器處于最高檔黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 位時汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性都有直接影響。 為了得到足夠的功率而使最高車速稍有下降，一般選得比最小值大 10%～ 25%，即按下式選擇： 0i =FHghapr iiv nrmax= （ ） 式中： r —— 車輪的滾動半徑 215/65 R16 r =[ 2d +（ 1? ） b]=（ m） 輪輞直徑 d=16 英寸輪輞寬度 b=215 英寸， ? =； pn —— 最大功率時的發(fā)動機轉速 6000 rpm； maxav —— 汽車的最高車速 171km/h； ghi —— 變速器最高 擋 傳動比 ； FHi —— 分動器傳動比 。為了 防止從動錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應用兩端的調整螺母調整。預緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當預緊力超過某一理想值時，軸承壽命會急劇下降。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關，有時也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關，但它主要取決于由動力性、經(jīng)濟性等整車性能所要求的主減速比的大小及驅動橋下的離地間隙、驅動橋的數(shù)目及布置形式等。后者又分為強制鎖止式和自然鎖止式兩類。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 半軸型式的確定 3/4 浮式半軸，因其側向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢，這將急劇降低軸承的壽命，故未得到推廣。且橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨立的主減速殼里，構成單獨的總成，調整好后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi)，并與橋殼用螺栓固定在一起。 本次設計驅動橋殼就選用 鑄 造 式 整體 式橋殼。即 TTLeje KiTT ????? 0m a x /n=（ mN? ） （ ） LBLBrj i rGT ? ??? ? ?? 2 =（ mN? ） （ ） 式中： maxeT —— 發(fā)動機最大扭矩， ，本車取 184max ?eT ； TLi —— 從發(fā)動機到所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比； ???? okiTL iii ， 已知 ?kii ； η T—— 上述傳動部分的效率，取 η T＝ ； K0—— 超載系數(shù)，對于越野汽車及液力傳動的各類汽車取 K0＝ 1； n—— 該車的驅動橋 數(shù)目，本車取 n＝ 2； G2—— 汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷，取 G2＝ ； Φ —— 輪胎對路面的附著系數(shù)，對于越野汽車，取 Φ ＝ ； Rr—— 車輪的滾動半徑， Rr＝ ； η lb， ilb—— 分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅動輪之間的傳動效率和減速比； η LB＝ ,iLB＝ 1。 ① .當 i0≥ 6 時， Z1的最小取值可取 5，但為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強度， Z1最好大于 5； ② .當 i0較小（ i0＝ ～ 5）時， Z1可取為 7～ 12，但這時常會因為主、從齒輪齒數(shù)太多，尺寸太大而不能保 證所要求的離地間隙； ③ .為了磨合均勻， Z Z2之間應避免有公約數(shù)； ④ .為了得到理想的齒面重疊系數(shù)， Z1+ Z2應≧ 50； 根據(jù)以上特點要求和本車的主減比，可確定主減速器主、從齒輪齒數(shù) z1 =10 z2 =43 。 在一般機械制造用的標準制中，螺旋角推薦用 35176。 9 節(jié)圓直徑 d =m z ?1d 45 ㎜ 2d = ㎜ 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 序 號 項 目 計 算 公 式 計 算 結 果 10 節(jié)錐角 ?1?arctan21zz 2? =90176。 2f? =176。 2f? =176。 螺旋錐齒輪的強度計算： （ 1）主減速器螺旋錐齒輪的強度計算 ① 單位齒長上的圓周力 FPp? （ ） 式中： p —— 單位齒長上的圓周力， N/mm。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 22 jm? = jm][? =1750MPa je? = je][? =2800MPa， 故符合要求、校核合理。例如 :為了節(jié)約鎳、鉻等我國發(fā)展了以錳、釩、硼、鈦、鉬、硅為主的合金結構鋼系統(tǒng)。 對于滲碳深度有如下的規(guī)定：當端面模數(shù) m≤ 5 時，為 ～ 。對于滑動速度高的齒輪，為了提高其耐磨性進行滲硫處理。影響軸承壽命的主要外因是它的工作載荷及工作條件，因此在驗算軸承壽命之前，應先求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力、圓周力，然后再 求出軸承反力，以確定軸承載荷。實踐表明，軸承的主要損壞形式是疲勞損傷，所以應按輸入的當量轉矩進行計算。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪徑向力、圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。 主減速器的潤滑 主 減 速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，其中尤其應注意主減速器主動錐齒輪的前軸承的潤滑，因為其潤滑不能靠潤滑油的飛濺來實現(xiàn)。 為了防止因溫度升高而使主減速器殼和橋殼內(nèi)部壓力增高所引起的漏油，應在主減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應避開油濺所及之處。 選擇了機械設計、機械制造的標準參數(shù)。即于普通的圓錐行星齒輪差速器相比較 ， 這類差速器的半軸齒輪于行星齒輪的徑向尺寸的差別明顯地增大 ， 故 適用于本次設計的汽車驅動橋 [2]。差速器的輪廓尺寸也受到從動齒及主動齒輪導向軸承支座 的限制。 球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗 公式來確定： 3 jBB TKR ? =～ （ mm） （ ） 圓整取 BR =35mm 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 29 式中 ： BK —— 行星齒輪球面半徑系數(shù)， ～ ，對于有 2 個行星輪的 轎車以及所有的越野 汽車 和礦用汽車 取 大 值，取 ； BR 確定后，即根據(jù)下式預選其節(jié)錐距： 0A =（ ～ ） BR =～ （ ） 取 行星齒輪 與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強度，應使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應少于 10。 在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左、右兩半軸齒輪的齒數(shù) RL zz 22 , 之和，必須能被行星齒輪的數(shù)目 n 所整除，否則將不能安裝，即應滿足： nzz rL 22? = =10 （ ） 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角 21,?? ：