【正文】 車輛工程 學生姓名 ： 指導教師 ： 職 稱 ： 講 師 The Graduation Design For Bachelor39。 其設計的成功與否決定著車輛的動力性、平順性、 經濟性等多方面的設計要求。 全套圖紙，加 153893706 關鍵詞 ： ANSYS； 驅動橋殼 ； 半軸 ； 靜力分析 ； 強度 ； 剛度 II ABSTRACT Designed to determine the success of vehicle dynamics, ride fort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride fort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E bined use of the design was pleted for the following elements: (1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification。 Drive axle housing。驅動橋殼支承汽車重量 , 并將載荷傳給車輪。驅動橋殼的常規(guī)設計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應力值 , 然后考慮一個安全系數(shù)來確定工作應力 , 這種設計方法有很多局限性。 在汽車行駛過程中 , 橋殼承受繁重的載荷 , 設計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。有時還采用在橋殼上貼應變片的電測方法，讓汽車在典型路段上滿載行駛，以測定橋殼的應力。 通常情況下，設計橋殼時多采用常規(guī)的設計方法，將橋殼看成是一簡支梁，校核某些特定斷面的最大應力值。 傳統(tǒng)的橋殼強度的計算方法，只能近似計算出橋殼某一斷面的應力平均值，不能完全反映橋殼上應力及其分布的真實情況。同時，可以利用有限元分析的結果進行多方案的比較，有利于設計方案的優(yōu)化和產品的改進。例如，美國的機械研究所、萬國汽車公司等，都曾經使用有限元法計算過橋殼的強度。 東風汽車公司技術中心的唐述斌，谷莉按經驗對 EQ1090E汽車的后橋橋殼厚度進行減薄，然后通過計算和試驗進行校核，取得了減重 8Kg的效果。 4 第 2 章 驅動橋的總體方案確定 本設計要求設計 中型 載貨車的驅動橋橋殼和半軸， 要設計這樣一個級別的驅動橋，一般選用非斷開式結構以與非獨立懸架相適應，該種形式的驅動橋的橋殼是一根支撐在左右驅動車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動件都裝在其中 ， 車型的選擇和總體方案的確定與設計的成敗息息相關。 車輪 型號為 ， 輪胎的滾動半徑 為 ， 輪距 1800mm,鋼板彈簧中心距 1035mm。一般在主傳動比小于 6 的情況下，應盡量采用中央單級減速驅動橋。 由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質量較大時，作為 系列產品而派生出來的一種型號，它們很難變型為前驅動橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅動橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅動橋存在。 1） 圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。但這類橋因輪邊減速比為固定值 2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。這類橋比單級減速器的質量大，價格也要貴些，而且輪穀內具有齒輪傳動，長時間在公路上行駛會產生大量的熱量而引起過熱；因此，作為公路車用驅動橋，它不如中央單級減速橋。 單級橋產品的優(yōu)勢為單級橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。其結夠型式與驅動橋的結構型式密切相關，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)。 （ a）半浮式 （ b） 3/4 浮式 （ c） 全浮式 圖 半軸支撐形式 半浮式半軸 以其靠近外端的軸頸直接支撐在置于橋殼外端內孔中的軸承上，而端部則以具有圓錐面的軸頸及鍵與輪轂相固定。 全浮式半軸 的外端和以兩個軸承支撐于橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，由于其工作可靠， 廣泛應用于輕型 及 以上的各類汽車上。 齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。 結構簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調整方便 。 10 第 3 章 驅動半軸的設計 驅動車輪的傳動裝置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉矩由差速器的半軸齒輪傳給驅動車輪。 由于車輪承受的縱向力 2X ，側向力 2Y 值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即有 22222 YXZ ??? （ ） 全浮式半軸只承受轉矩，其計算轉矩可有 rRrL rXrXT ??? ? 22 求得，其中 LX2 ， RX2的計算，可根據(jù)以下方法計算，并取兩者中的較小者。 根據(jù)上式 2 4 7 22 ???? RL XX =37685 N 若按發(fā)動機最大轉矩計算，即 rTLeRL riTXX /m a x22 ???? （ ） 式中： ? —— 差速器的轉矩分配系數(shù)，對于普通圓錐行星齒輪差速器取 ； maxeT —— 發(fā)動機最大轉矩， 450N 根據(jù)上式 ? ?3 5 9 ~?d =（ ～ ） mm 根據(jù)強度要求在此 d 取 。 所以滿足強度要求。~15176。 根據(jù)桿部直徑為 45mm，選擇的漸開線的花鍵具體參數(shù)為：花鍵齒數(shù)為 19，模數(shù)， 分度圓直徑 30176。 m。 ? —— 載荷分布的不均勻系數(shù)，計算時取 。半軸的熱處理過去都采用調質處理的方法，調質后要求桿部硬度為 HB388— 444(突緣部分可降至 HB248)。由于這些先進工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳 (40號、45號 )鋼的半軸也日益增多 。最后對材料和熱處理做 了 說明 。 鑄造整體式橋殼的結構 通常可采用球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。如圖 41 所示，每邊半軸套管與橋殼的壓配表面共四處，由里向外逐漸加大配合面的直徑，以得到較好的壓配效果。 另外，由于汽車的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內軸承與橋殼鑄件的外端面相靠，而外軸承則與擰在半軸套管外端的螺母相抵，故半軸套管有被拉出的傾向，所以必須將橋殼與半軸套管用銷釘固定在一起。 橋殼的受力分析與強度計算 選定橋殼的結構形式以后，應對其進行受力分析，選擇其端面尺寸，進行強度計算。只要在這 四 種載荷計算工況下橋殼的強度特征得到保證， 就認為該橋殼在汽車各種行駛條件下是可靠的。 m () 式中： 2G —— 汽車滿載時靜止于水平路面時驅動橋給地面的載荷， 在此 為 72471N； wg —— 車輪（包括輪轂、制動器等）重力， N； B —— 驅動車輪輪距，在此為 1800mm。關于橋殼在鋼板彈簧座附近的危險斷面的形狀，主要由橋殼的結構形式和制造工藝來確定，從橋殼的使用強度來看， 圓形管狀 的比 矩形管狀（高度方向為長邊） 的要好。 根據(jù)上式 3 ???wd? MPa 汽車以最大牽引力 行駛 時的橋殼強度計算 為了使計算簡化，不考慮側向力，僅按汽車作直線行駛的情況進行計算，另從安全系數(shù)方面作適當考慮 。 此時后驅動橋橋殼在左、右鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 vM 為 22 22 sBgmGM wv ??????? ?? N m 19 圖 汽車緊急制動時后驅動橋的受力簡圖 橋殼還承受因驅動橋傳遞驅動轉矩而引起的反作用力矩，這時在兩鋼板彈簧座間橋殼承受的轉矩 T 為 2 1m ax 0 Tge iiTT ?? N 根據(jù)上式可計算得 2 ????T = N2m 不可計算，一般對于載貨汽車后驅動橋 39。22 ?mG ，因此可求得緊急制動時橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 vM 及水平方向的彎矩 hM 分別為 22 39。m ； ? —— 驅動車輪與路面的附著系 數(shù)，計算時可取 ～ ，在此取 ； 根據(jù)上式可以計算得 ?vM 2 2 4 1 7 ??? = N m （ ） 根據(jù)上式 4 6 2 4 1 7 ????T =10706 N側向力一旦超過側向附著力，汽車則側滑如圖 所示 。 圖 汽車向右側滑時受力簡圖 22 對于半軸為全浮式的驅動橋，在橋殼兩端的半軸套管上，各裝著一對輪轂軸承，它們布置在車輪垂向反作用力 2Z 的作用線的兩側，通常比外軸承離車輪中心線更近。另外， )( ba? 足夠大，也會增加車輪的支承剛度。輪轂軸承承受力最大的情況是發(fā)生在汽 車側滑 23 時，所以輪軸（即半軸套管）也是在汽車滿載側滑時承受最大的彎矩及應力 ， 如圖 所示 。 [2] 本章小結 本章選擇了整體驅動橋橋殼，并 參考劉惟信版汽車設計 進行了橋殼的受力分析和強度計算。 ： 1985 年， PTC 公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的 多項 功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數(shù)據(jù)管理等 。本次所建有限元模型為實體模型，模型要能反映危 險部位具體結構對橋殼應力的影響，因此有限元模型要盡量保留原結構的細節(jié)。 驅動橋殼的簡化 25 本文以新型驅動橋殼為例，應用 Pro/E 軟件建立該驅動橋殼的幾何模型。 以下簡要介紹橋殼建模的創(chuàng)建步驟： （ 1） 打開 Pro/E 軟件，建立一個新的 .part 模型文件， Pro/E 中默認的單位為 mm； （ 2） 使用旋轉工具先完成橋殼兩端法蘭盤端； 其中 d=90mm， D=126mm 來源于 17頁的橋殼設計，總長度來源于所 選車型的軸距，建立過程如圖 。 27 圖 旋轉減材料過程 （ 6） 新建面并使用拉伸命令及鏡像工具 進 行最后的繪制 ， 完成圖如 圖 。 并成功導入 ，為以后的分析校核作了充分準備。 ?????? ??? wRR gGZZ 22 （ ） 式中， LZ ， RZ 分別為施加在左右鋼板彈簧座上的載荷， 2G 為汽車滿載靜止于水平路面時 驅動 橋 給地面的載荷為 72471N。 此時左右驅動輪除作用有垂向力外，還作用有地面對驅動車輪的最大切向反作用力（即牽引力），最大牽引力大小為： rTge r iiTF ?01m a xm a x? （ ） 式中： 1gi 為變速器 Ⅰ 檔傳動比為 ； 0i 為驅動橋主減速比為 ； T? 為傳動系的傳動效率為 ； r 為驅動車輪的滾動半徑為 。2 ?mGF? （ ） 式中， 39。 （ 4）橋殼承受最大側向力工況 當汽車滿載、高速急轉彎時，會產生一個作用 于質心處的很大的離心力。 根據(jù)汽車發(fā)生側滑時的受力情況，我們可以得出驅動橋側滑時左、右驅動車輪的支承反力為： ???????? ??????????? ?????BhGZBhGZgRgL1221222121?? （ ） 當它達到地面給輪胎的側向 反作用力的最大值即側向附著力時，汽車處于側滑的臨界狀態(tài)，側向力一旦超過側向附著力，汽車就側滑。 31 處固