【正文】 .........................53 致謝 ......................................................................................................................................54 附錄 A .................................................................................................................................55 附錄 B………………………………………………………………………………………………… 59 1 第 1 章 緒 論 設(shè)計(jì) 目的及意義 近幾年，我國(guó)驅(qū)動(dòng)橋總成市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)驅(qū)動(dòng)橋總成產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目投資逐漸增多。 Final Drive。 本設(shè)計(jì)主要完成了單 級(jí)減速器、圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸 的設(shè)計(jì) 和 橋殼 的 計(jì)算和 校核及材料選取等 工作。 I 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 北京 BJ1041 整體式 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 院系 名稱 ： 汽車 與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 車輛 工程 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 職 稱 ： 高級(jí)實(shí)驗(yàn) 師 II The Graduation Design for Bachelor39。 本設(shè)計(jì)首先論述了驅(qū)動(dòng)橋的總體結(jié)構(gòu)，在分析了驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式及優(yōu)缺點(diǎn)后確定總體設(shè)計(jì)方案： 主減速器采用螺旋錐齒輪的單級(jí)主減速器 ，差速器采用圓錐行星齒輪差速器，半軸采用全浮式 半軸 ， 橋殼采用 整體式橋殼。 Drive Axle。 Drive Axle Housing i 目 錄 摘要 ........................................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對(duì)汽車的行駛性能如動(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。國(guó)外的最新開發(fā)模式和驅(qū)動(dòng)橋新技術(shù)包括： (1) 并行工程開發(fā)模式 并行工程開發(fā)模式 是對(duì)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(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上 ,劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊 ,然后通過(guò)模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的一種設(shè)計(jì)方法，能夠 縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間、降低成本、提升質(zhì)量、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 ,以 DANA 為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設(shè)計(jì)方法 , 優(yōu)點(diǎn)是 : 減少設(shè)計(jì)及工裝制造的投入 , 減少了零件種類 , 提高規(guī)模生產(chǎn)程度 , 降低制造費(fèi)用 , 提高市場(chǎng)響應(yīng)速度等。驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)特性不但直接影響其本身的強(qiáng)度，而且對(duì)整車的舒適性和平順性有著至關(guān)重要的影響。只要確定了單元的力學(xué)特性，就可以按照結(jié)構(gòu)分析的方法求解，使分析過(guò)程大為簡(jiǎn)化，配以計(jì)算機(jī)就可以解決許多解析法無(wú)法解決的復(fù)雜工程問(wèn)題。 (5) 電子智能控制技術(shù)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品 電子智能控制技術(shù)已經(jīng)在汽車業(yè)得到了快速發(fā)展，如，現(xiàn)代汽車上使用的 ABS(制動(dòng)防抱死控制 )、 ASR（驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)）等系統(tǒng) [1]。 3 總之， 我國(guó)汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)與世界先進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，我國(guó)車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、紡制、再加上自己改進(jìn)的基礎(chǔ)上了取得的。 驅(qū)動(dòng)橋零部件尺寸參數(shù)確定及校核： （ 1） 完成主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 及校核 ； （ 2） 完成差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 及校核 ； （ 3） 完成半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 及校核 ； （ 4） 完成驅(qū)動(dòng)橋橋殼的受 力分析及強(qiáng)度計(jì)算 。當(dāng)采用非獨(dú)立懸架時(shí)，車橋中部是剛性的實(shí)心或空心梁，這種車橋即為整體式車橋；斷開式車橋?yàn)榛顒?dòng)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立懸架配用。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋，一般貨車多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，而后橋或中后兩橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 ，其橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，主減速器、差速器和半軸等所有的傳動(dòng)件都裝在其中 ；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開式驅(qū)動(dòng)橋 [4]。 齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。 螺旋 錐齒輪如圖 （ a）所示主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用 90 度。 傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。 齒面間有大的壓力和摩擦功，使齒輪抗嚙合能力降低。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)捏合， 螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高(a) (b) 7 速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的 ,所以 本次設(shè)計(jì) 采用 螺旋錐齒輪 。 （ a） 單級(jí)主減速器 （ b） 雙級(jí)主減速器 圖 主減速器 如圖 （ a）所示， 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本型，在 貨車車上占有重要地位。 8 本次設(shè)計(jì)貨車主減速比 0i =，所以采用單 級(jí) 主減速器。 圖 錐齒輪懸臂式支承 （ 2） 騎馬式 騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖 所示，其特點(diǎn)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(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用騎馬式支承。 跟據(jù)實(shí)際情況，所設(shè)計(jì)的為輕型貨車所以采用 騎馬式 支撐。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無(wú)輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上 ， 從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑較大時(shí)采用螺栓 和差速器殼固定在一起 [6]。另外，即使汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求 車輪行程不等。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的 [7]。在一般非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來(lái)。 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù) 北京 BJ1041C4DG 車型 及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用全浮半軸。在裝配主減速器及差速器后左右兩半橋殼是通過(guò)在中央接合面處的一圈螺栓聯(lián)成一個(gè)整體。 組合式 組合式橋殼 又稱為支架式橋殼，對(duì)加工精度要求較高， 剛度較差，通常用于微型汽車、轎車、輕型以下載貨汽車。 整體式橋殼按其制造工藝的不同又可分為鑄造整體式、鋼板沖壓焊接式和鋼管擴(kuò)張成形式三種。 本章小結(jié) 本章 設(shè)計(jì) 首先 確定了 主減速比， 用以 確定其它參數(shù)。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽 車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。 LBLBrj i rGT ? ??? ? ?? 2 = 11 3 5 8 6 3 3 ? ?? = mN? 通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪打滑時(shí)這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（ ?jjeTT, ）的較小者，作為載貨汽車計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。初取 Hf =； Pf ——汽車性能系數(shù) ])(1 [1 001 m a xe TaP T GGf ??? （ ） 當(dāng) m ax)(eTaT GG ? =16 時(shí)，取 Pf =0。 從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑 2d 及端面模數(shù) tm 的選擇 根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩見式 式 式計(jì)算結(jié)果 中較小的一個(gè) 作為計(jì)算依據(jù) ， 按經(jīng)驗(yàn)公式選出： 322 jd TKd ?? （ ） 式中 ：2dK——直徑系數(shù)，取2dK=13～ 16； jT ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩， mN? ，取 ?jT ， jeT 較小的 。 3t mjm K T?? = 3 0)~( ? =~ 由 GB/T123681990，取 tm =，滿足校核。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向。 旋角 ? 的選擇 螺旋角 ? 是在節(jié)錐表面的展開圖上定義的，齒面寬中點(diǎn)處為該齒輪的名義螺旋角。 法向壓力角 a 的選擇 壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過(guò)小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下 降，一般對(duì)于 “格里森 ”制主減速器螺旋錐齒輪來(lái)說(shuō)，載貨汽車可選用 20176。 9 節(jié)圓直徑 d =m z ?1d 2d =260mm 10 節(jié)錐角 ?1?arctan21zz 2? =90176。 2? =176。 2f? =176。 齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。如果最高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力超過(guò)材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。 為了防止輪齒折斷，應(yīng)使其具有足夠的彎曲強(qiáng)度，并選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)、壓力角、齒高及切向修正量、良好的齒輪材料及保證熱處理質(zhì)量等。 ① 點(diǎn)蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。 （ 3） 齒面膠合 在高壓和高速滑摩引起的局部高溫的共同作用下，或潤(rùn)滑冷卻不良、油膜破壞形成金屬齒表面的直接摩擦?xí)r，因高溫、高壓而將金屬粘結(jié)在一起后又撕下 來(lái)所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點(diǎn)蝕引起的剝落。汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大附著轉(zhuǎn)矩并不是使用中的持續(xù)載荷，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)只 能用它來(lái)驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù) [9]。 類別 檔位 20 圖 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) J （ 3） 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算 螺旋錐齒輪 齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力 j? （ N／ mm2 ） 為： JFK KKKKTdC v fmsjzpj ?? ???????301102? （ ） 式中： jzT ——主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩分別為 1jeT = mN? 1jmT = mN? ； pC ——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取 mmN /21 ； 1d ——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑， ； 0K ， vK ， mK 同 ； sK ——尺寸系數(shù)， sK =1； fK ——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取 1； F——齒面寬，取齒輪副中較小值即從動(dòng)齒輪齒寬 ； J—— 計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù)， J =，見圖 所示 。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(yàn)算軸承壽命之前，應(yīng)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。汽車在行駛過(guò)程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。 經(jīng)計(jì)算 dT = N 計(jì)算螺旋錐齒輪的軸向力與徑向力根據(jù)條件選用 表 中公式。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時(shí)，還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。 所以 ， 軸承 A 的徑向力 AR = N 軸承 B 的徑向力 BR = N 軸承的壽命為 610?????????? ?QfCrfLpt s （ ） 式中 ： tf ——為溫度系數(shù)，在此取 ； pf ——為載荷系數(shù)，在此取 ； Cr——額定動(dòng)載荷， N：其值根據(jù)軸承型號(hào)確定。 所以軸承能工作的額定軸承壽命： nLLh 60? h （ ） 式中 : n 軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，