【正文】 汽車傳動系的末端，它的作用是將轉(zhuǎn)矩經(jīng)過差速器的半軸齒輪傳給驅(qū)動車輪。在一般的非斷開式驅(qū)動橋中，驅(qū)動車輪的傳動裝置就是半軸，此時的半軸將差速器的半軸齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動橋中，半軸把半軸齒輪和輪邊減速器的主動齒輪連接起來。由此可以見，半軸起著重要的作用，所以，以下僅介紹半軸的設(shè)計 半軸的結(jié)構(gòu)型式在非斷開式驅(qū)動橋中，車輪的傳動裝置主要部件就是半軸。根據(jù)車輪端的支撐方式不同，半軸型式可分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。半浮式半軸，其安裝結(jié)構(gòu)特點是軸承需要裝在半軸套管的內(nèi)孔中，并且直接支承著半軸的外端，這就決定半軸要承受路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩，所以半浮式半軸一般只用在輕型轎車和貨車以及客車上。 3/4浮式半軸，其安裝結(jié)構(gòu)特點是半軸的外端只有一個軸承，該軸承裝在半軸套管的外端部，并且直接支承著車輪的輪轂，該型式的半軸除了承受轉(zhuǎn)矩之外，另外還要承受車輪側(cè)向力產(chǎn)生的彎矩，所以這種半軸一般用在轎車上。全浮式半軸，其安裝結(jié)構(gòu)特點是半軸的凸緣使用螺栓與輪轂相連接，同時輪轂又通過兩個圓錐滾子軸承支承在半軸套管上。理論上講，此時半軸不承受由路面反力引起徑向力和軸向力的作用，而僅承受轉(zhuǎn)矩的作用。但是驅(qū)動橋殼的變形、輪轂和差速器的半軸齒輪不同心，半軸的法向平面相對于其軸線不垂直等原因都能夠引起半軸的彎曲變形，這一種類彎曲變形彎曲應(yīng)力一般為570N/m2。所以全浮式半軸廣泛用在貨車上。本次設(shè)計為中型貨車，經(jīng)過比較各式各樣的半軸特點之后，本次設(shè)計選擇全浮式半軸。 半軸的設(shè)計計算 半軸的尺寸設(shè)計及校核全浮式半軸除了能傳遞轉(zhuǎn)矩之外，其它的力和力矩均要橋殼承受。（1） 半軸轉(zhuǎn)矩 =(Nm) （）式中： ——汽車總重落在一個驅(qū)動橋上造成的靜負荷；=40000N； ——負荷的轉(zhuǎn)移系數(shù)；=； ——車輪的滾動半徑； ——附著系數(shù)，.（2） 全浮式半軸桿部直徑可以按下式得出 d=K(mm) （）式中： d——半軸得直徑； ——半軸得計算轉(zhuǎn)矩； K——直徑系數(shù)；。 半軸花鍵的選擇和強度計算半軸花鍵受到的剪切應(yīng)力為 (Mpa) （） 半軸花鍵受到的擠壓應(yīng)力為 (Mpa) （） 式中: ——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，= Nm；z——花鍵的齒數(shù)；z=18；L——花鍵工作長度，取45mm；——花鍵齒寬，b=m=；——載荷分布的不均勻系數(shù)?！胼S花鍵(軸)外徑，=；——相配的花鍵孔內(nèi)徑，=；在傳遞最大轉(zhuǎn)矩的時候，；擠壓應(yīng)力不應(yīng)該超過196Mpa。由以上的計算可以得到都符合要求。 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料與熱處理[1]為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于桿部直徑，常常把加工花鍵的端部做得粗一些，并適當?shù)販p小一些花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)也就需要相應(yīng)地增加，通常取10齒(轎車半軸)至18齒(載貨汽車半軸)之間的齒數(shù)。半軸的破壞形式大多為扭轉(zhuǎn)疲勞性破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該盡量增大各過渡部分的圓角半徑以求減小應(yīng)力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很大，當無較大鍛造設(shè)備時可以采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式，且取相同花鍵參數(shù)以求簡化工藝。在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較為廣泛，但也有采用矩形或梯形花鍵的半軸。半軸大多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我國近期研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過去大都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為HB388—444(突緣部分可降至HB248)。近年來高頻、中頻感應(yīng)淬火的使用日益增多。這種處理方法能夠使半軸表面淬硬達到HRC52～63，硬化層深約為其半徑的1/3，心部硬度可定為HRC30—35；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度大約可在HB248～277范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過渡圓角等工藝，使半軸的靜強度和疲勞強度大為提高，尤其是疲勞強度提高得十分顯著。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。6 驅(qū)動橋殼的設(shè)計驅(qū)動橋殼的主要用來支撐汽車質(zhì)量，并承受由車輪傳來的路面產(chǎn)生的反力和反力矩，并經(jīng)過懸架傳給車架（或車身）；同時它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體。驅(qū)動橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計要求：(1) 具有足夠的強度和剛度，保證主減速器齒輪嚙合正常同時又不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力；(2) 能夠保證足夠的離地間隙；(3) 保證結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低；(4) 能夠保護裝于其上的傳動部件并且防止泥水浸入；(5) 使拆裝，調(diào)整，維修方便。(6) 在保證強度和剛度的前提下，盡可能的減小質(zhì)量以提高汽車行駛平順性； 驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)型式驅(qū)動橋殼大致可以分為整體式、可分式和組合式三種形式。 整體式橋殼整體式橋殼()，其特點是整個橋殼是一根空心梁，橋殼和主減速器殼分為兩體。它具有強度和剛度都較大，主減速器拆裝、調(diào)整比較方便等優(yōu)點。 整體式橋殼 按照其制造工藝不同，整體式橋殼又可分為鑄造式()、鋼板沖壓焊接式()和擴張成形式三種。鑄造式橋殼的強度和剛度較大，但質(zhì)量也較大大，而且制造工藝復(fù)雜，一般應(yīng)用于中、重型貨車上。鋼板沖壓焊接式和擴張成形式橋殼質(zhì)量小，材料的利用率高，制造的成本較低，所以適于大量生產(chǎn)，因而現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于轎車和中、小型貨車及一部分重型貨車上。 可分式橋殼可分式橋殼()，由一個垂直接合面分為左右兩個部分，這兩部分通過螺栓聯(lián)接成一體。每一分部分均由一個鑄造殼體和一個壓入其外端的半軸套管組成，軸管與殼體通過鉚釘連接。 可分式橋殼這種橋殼的結(jié)構(gòu)簡單，制造的工藝性較好，主減速器支承剛度較好。但拆裝、調(diào)整、維修方面很不方便，橋殼的強度和剛度也受到結(jié)構(gòu)的限制，過去曾用在輕型汽車上，但是現(xiàn)已較少使用。 組合式橋殼組合式橋殼()，主減速器殼與部分橋殼鑄為一體，然后用無縫鋼管分別壓入殼體兩端，兩者間通過塞焊或銷釘固定。它的優(yōu)點是：從動齒輪軸承的支承剛度好，主減速器的裝配、調(diào)整比較方便，然而加工時要求有較高的加工精度，經(jīng)常用于轎車、輕型貨車中。 組合式橋殼考慮到本次設(shè)計的是輕型載重汽車，所以驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)形式采用鑄造整體式橋殼。 橋殼的受力分析與強度計算選定了橋殼的結(jié)構(gòu)型式以后，對其進行受力分析，選擇其斷面尺寸，進行強度計算。對于具有全浮式半軸的驅(qū)動橋，強度計算的載荷工況與半軸強度計算的載荷工況是一樣的。，橋殼危險斷面一般在鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)的附近，輪轂軸承座根部也應(yīng)該列為危險斷面進行強度驗算。 驅(qū)動橋殼的受力簡圖 （1）牽引力或制動力達到最大時地面對車輪造成的垂直反力在危險斷面引起的垂直平面內(nèi)的彎矩計算如下： ( Nm) （）式中： ——汽車獲得最大加速度時的后軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)：=；b——為輪胎中心平面到板簧座之間橫向距離，后懸架的板簧托板中心距：1160mm，后輪距：1740mm，因而b＝290mm；——后驅(qū)動橋在滿載狀態(tài)下承受的靜載荷：=40000N； 橋殼彈簧座附近的斷面形狀及Wv、Wh、WT橋殼鋼板彈簧座處的危險斷面的彎曲應(yīng)力δ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ分別如下: ()式中：Wv、Wh、WT——分別為危險斷面的垂直平面和水平面彎曲的抗彎截面系數(shù)，抗扭截面系數(shù)，B=H=,h＝b＝，mm，Wv=Wh=，WT=；——一側(cè)車輪上的牽引力或制動力Fx2在水平面引起的彎矩，=Fx2b=7563 N；Fx2=G2=36000 N；TT——為牽引或制動時，上述危險斷面所受轉(zhuǎn)矩，TT=Fx2Rr=16902 N；通過以上的計算得出，校驗合格。（2）當汽車通過不平路面的狀況下危險斷面的彎曲應(yīng)力為： （）式中的K為液力變矩系數(shù)，此時取1。（3）當側(cè)向力最大時橋殼內(nèi)、外板簧座處斷面的彎曲應(yīng)力,分別為： （）其中Fz2i =Fz2o =G2/2=20000(N)。 橋殼的許用彎曲應(yīng)力的范圍為300～500MPa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的范圍為150～400MPa?？慑戣T鐵橋殼都要取較小值，經(jīng)過以上的計算符合要求。 橋殼的材料關(guān)于橋殼的材料選擇，鑄造整體式、可分式、及組合式橋殼的鑄件大多采用可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼等材料；對于鋼板沖壓焊接整體式的橋殼，大多采用16Mn、09SiV、340等中碳鋼板。7 結(jié) 論本次畢業(yè)所設(shè)計的八噸載重汽車驅(qū)動橋差速器，采用非斷開式驅(qū)動橋，設(shè)計得出的驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠并且造價低廉，因而就能夠大大降低整車生產(chǎn)的總成本。在確定了主要參數(shù)的情況下，設(shè)計并選用驅(qū)動橋的各個部件，得出最優(yōu)的方案。設(shè)計得出的出的驅(qū)動橋基本符合國家各項貨車的標準，運行穩(wěn)定可靠并且成本降低，適合我國路面的行駛狀況和基本的國情，因而可以被廣泛地用在我國的各種載重汽車上。設(shè)計中介紹了后橋驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式以及工作原理，并且分析了主要部件的功能，計算主減速器、差速器以及半軸的結(jié)構(gòu)尺寸，并進行了強度校核，繪制出有關(guān)的零件圖和裝配圖。設(shè)計得出的驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)合理，符合實際應(yīng)用，不但具有很好的動力性和經(jīng)濟性，而且驅(qū)動橋總成及零部件的設(shè)計也能夠盡量的滿足零件的標準化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車設(shè)計的基本要求。參 考 文 獻[1] [M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, :5350[2] [M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, :275404[3] [M], 第4版. 北京: 人民交通出版社, :141172[4] 清華大學(xué)汽車工程系本書編寫組. 汽車構(gòu)造[M]. 北京: 人民郵電出版社, :224283 [5] [M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, :264277[6] [M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, :366387[7] [M]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué)出版社, :107123[8] [M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, :7790[9] 機械工程手冊編輯委員會. 機械工程手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, :350398 [10] [M]. 北京: 北京大學(xué)出版社, :198214[11] [M], 第2版. 成都: 西南交通大學(xué)出版社, :313323[12] [M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, :99131[13] [M]. 北京: 中國勞動出版社, :220231[14] 吉林工業(yè)大學(xué)汽車研究室. 汽車設(shè)計[M]. 北京: 中國工業(yè)出版社, :209220[15] Nakayama T,Suda E. The present and future of electric power steering[J].. of Vehicle Design,1994,15(3):243254[16] John Fenton. Hand Book of Vehicle Design Analysis[J].USA:Society of Automotive Engineers,1996. 25(10):5798