【導讀】驅動橋作為汽車的重要組成部分，它的性能的好壞直接影響整車性能?；蜍噹g的鉛垂力、縱向力和橫向力。此次設計先論述了驅動橋的總體結構，定了總體設計方案：采用整體式驅動橋，主減速器的減速型式采用雙級減速器，浮式型式，橋殼采用鑄造整體式橋殼。圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸的設計和橋殼的校核及材料選取等工作。

　　

【正文】 輪轂聯(lián)接起來，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅動橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式， 3/4 浮式和全浮式，在此由于是 載貨 汽車，采用全浮式結構。 設計半軸的主要尺寸是其直徑，在設計時首先可根據(jù)對使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個驅動橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對它進行強度校核。 全浮式半軸計算載荷的確定 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。 若按最大附著力計算，即 ?2 239。22 GmXX RL ?? （ 51） 式中 ? —— 輪胎與地面的附著系數(shù)取 ； 39。m —— 汽車加速或減速時的質(zhì)量轉移系數(shù)，可取 ～ 在此取。 根據(jù)上式 22 ???? RL XX =2846 N 若按發(fā)動機最大轉矩計算，即 reRL riTXX /m a x22 ???? （ 52） 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， N m； ? —— 汽車傳動效率，計算時可取 1或取 ； 29 i —— 傳動系最低擋傳動比； r —— 輪胎的滾動半徑， m。 上參數(shù)見式（ 41）下的說明。 根據(jù)上式 ????? RL XX = N 在此 ?? RL XX 22 T = rlrX2 =? = m 全浮式半軸的桿部直徑的初選 全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進行 ? ? 33 3 )~( 10 TTd ??? ? （ 53） 根據(jù)上式 ? ?3 ~?d =（ ～ ） mm， 根據(jù)強度要求在此 d 取40mm。 全浮式半軸的強度計算 首先是驗算其扭轉應力 ? ： 316dT??? MPa （ 54） 式中： T —— 半軸的計算轉矩， N m 在此取 m； d—— 半軸桿部的直徑， mm。 根據(jù)上式 ? ＝?＝ 169 MPa ??? =(490～ 588) MPa 所以滿足強度要求。 30 半軸花鍵的強度計算 在計算半軸在承受最大轉矩時還應該校核其花鍵的剪切應力和擠壓應力。 半軸花鍵的剪切應力 s? 為 ??bzLdDTpABs ?????? ???410 3 MPa (55) 半軸花鍵的擠壓應力 c? 為 ??pABABc zLdDdDT?????? ??????? ???2410 3 MPa （ 56） 式中： T —— 半軸承受的最大轉矩， N m ，在此取 10060N m。 BD —— 半軸花鍵的外徑， mm，在此取 40mm。 Ad —— 相配花鍵孔內(nèi)徑， mm，在此取 35mm。 z —— 花鍵齒數(shù)；在此取 20 pL —— 花鍵工作長度， mm，在此取 80mm。 b —— 花鍵齒寬， mm，在此取 。 ? —— 載荷分布的不均勻系數(shù)，計算時取 。 根據(jù)上式可計算得 s? = 3540102134 3?????????? ??= MPa c? = 35404 3540102 1 3 4 3????????? ??????? ??= MPa 根據(jù)要求當傳遞的轉矩最大時，半軸花鍵的切應力 [ s? ]不應超過 MPa，擠壓應力 [ c? ]不應超過 196 MPa，以上計算均滿足要求。 此節(jié)的有關計算參考了《汽車車橋設計》中關于半軸的計算的內(nèi)容。 31 第 6 章 驅動橋殼的設計 驅動橋殼的主要功用是支承汽車質(zhì)量，并承受有車輪傳來的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳 給車身，它同時又是主減速器，差速器和半軸的裝配體。 驅動橋殼應滿足如下設計要求： (1) 應具有足夠的強度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常，并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應力； (2) 在保證強度和剛度的情況下，盡量減小質(zhì)量以提高行駛的平順性； (3) 保證足夠的離地間隙； (4) 結構工藝性好，成本低； (5) 保護裝于其中的傳動系統(tǒng)部件和防止泥水浸入； (6) 拆裝，調(diào)整，維修方便。 考慮的設計的是載貨汽車，驅動橋殼的結構形式采用鑄造整體式橋殼。 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。在球鐵中加入 %的鎳，解決了球鐵低溫（ 41176。C）沖擊值急劇降低的問題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進一步提高其強度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長的無縫鋼管作為半軸套筒，并用銷釘固定。如圖 61 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。鋼板彈簧座與橋殼鑄成一體，故在鋼板彈簧座附近橋殼的截面可根據(jù)強度要求鑄成適當?shù)男螤?，通常多為矩形。安裝制動底板的凸緣與橋殼住在一起。橋殼中部前端的平面及孔用于安裝主減速器及差速器總成，后端平面及孔可裝 上后蓋，打開后蓋可作檢視孔用。 鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點在于可制成復雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應力分布，其強度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負荷較大的中、重型汽車，適于采用這種結構。尤其是重型汽車， 32 其驅動橋殼承載很重，在此采用球鐵整體式橋殼。 除了優(yōu)點之外，鑄造整體式橋殼還有一些不足之處，主要缺點是質(zhì)量大、加工面多，制造工藝復雜，且需要相當規(guī)模的鑄造設備，在鑄造時質(zhì)量不宜控制，也容易出現(xiàn)廢品，故僅用于載荷大的重型汽車。 圖 61 鑄造整體式驅動橋結構 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。 汽車驅動橋的橋殼是汽車上的主要承載構件之一，其形狀復雜，而汽車的行駛條件如道路狀況、氣候條件及車輛的運動狀態(tài)又是千變?nèi)f化的，因此要精確地計算出汽車行駛時作用于橋殼各處的應力大小是相當困難的。在通常的情況下，在設計橋殼時多采用常規(guī)設計方法，這時將橋殼看成簡支梁并校核某些特定斷面的最大應力值。 橋殼的靜彎曲應力計算 橋殼猶如一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于 車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而左、右輪胎的中心線，地面給輪胎的反力 33 2/2G （雙輪胎時則沿雙胎中心），橋殼則承受此力與車輪重力 wg 之差值，即（wgG?22 ），計算簡圖如 62所示。 圖 62 橋殼靜彎曲應力計算簡圖 橋殼按靜載荷計算時，在其兩鋼板彈簧座之間的彎矩 M 為 222 sBgGM w ??????? ?? N m (61) 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5474N； wg —— 車輪（包括輪轂、制動器等）重力， N； B —— 驅動車輪輪距，在此為 1800m。 s —— 驅動 橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離，在此為 1030m. 橋殼的危險斷面通常在鋼板彈簧座附近。通常由于 wg 遠小于 2/2G ，且設計時不易準確預計，當無數(shù)據(jù)時可以忽略不計所以 ? ?22 ? ???M =1053N m 而靜彎曲應力 wj? 則為 34 310??vwj WM? MPa （ 62） 式中 M —— 見（ 61）； vW —— 危險斷面處（鋼板彈簧座附近）橋殼的垂向彎曲截面系數(shù)，具體見下： 截面圖如圖 63所示，其中 B=160mm， H=170mm， ? =25mm， 1? =30mm. 圖 63 鋼板彈簧座附近橋殼的截面圖 垂向彎曲截面系數(shù) : ? ?3361 bhBHHW v ?? = ? ?33 1101101701601706 1 ???? = 水平彎曲截面系數(shù) : ? ?3361 hbHBBW h ?? = ? ?33 1101101701701606 1 ???? = 扭轉截面系數(shù) : ? ?? ?112 ??? ??? HBW t =2 30 135 140=1134000mm3 垂向彎曲截面系數(shù) , 水平 彎曲截面系數(shù) , 扭轉截面系數(shù)的計算參考《材料力學》 [9]。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，矩形管狀（高度方向為長邊）的比圓形管狀的要好。所以在此采用矩形管狀。 根據(jù)上式橋殼的靜彎曲應力 71 2716975 ??wj? =43 Mpa 在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強度計算 35 當汽車在不平路面上高速行駛時，橋殼除承受靜止狀態(tài)下那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷。在這兩種載荷總的作用下，橋殼所產(chǎn)生的彎曲應力 wd? 為 wjdwd k ?? ? MPa （ 63） 式中 dk —— 動載荷系數(shù)，對于載貨汽車取 ； wj? —— 橋殼在靜載荷下的彎曲應力 ， MPa。 根據(jù)上式 0 ???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 。 如圖 54 所示為汽車以最大牽引力行駛的受力簡圖。 圖 64 汽車以最大牽引力行駛的受力簡圖 作用在左右驅動車輪的轉矩所引起的地面對于左右驅動車輪的最大切向反作用力共為 rTge r iiTP ????? 1m a xm a x N （ 64） 36 根據(jù)上式可計算得 a x ???P= 由于設計時某些參數(shù)未定而無法計算出汽車加速行駛時的質(zhì)量轉移系數(shù) 2m 值，而對于載貨汽車的后驅動橋 2m 可在 ～ 范圍內(nèi)選取，在此取 。 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 (65) 式中 2G ， wg ， B ， s —— 見式（ 51）下的說明。 根據(jù)上式 vM = 2 ??? =49800 N m 由于驅動車輪所承受的地面對其作用的最大切向反作用力 maxP ，使驅動橋殼也承受著水平方向的彎矩 hM ，對于裝有普通 圓錐齒輪差速器的驅動橋，由于其左、右驅動車輪的驅動轉矩相等，故有 22m ax sBPMh ??? N m （ 66） 所以根據(jù)上式 2 ???hM = m 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 T = 2max ???iTe N m (67) 式中 maxeT —— 發(fā)動機最大轉矩，在此為 380N m。 i —— 傳動系的最低傳動比； ? —— 傳動系的傳動效率，在此取 。 根據(jù)上式可計算得 2 ????T = N m 所以在鋼板彈簧座附近的危險斷面處的彎曲應力 w? 和扭轉應力 ? 分別為 37 hhvvw WMWM ??? MPa (68) tWT?? MPa (69) 式中 hv MM, —— 分別為橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩和水平彎矩，見式（ 65），和式（ 66）； thv WWW , —— 分別為橋殼在危險斷面處的垂向彎曲截面系數(shù)，水平彎曲截面系數(shù)和扭轉截面系數(shù)。 根據(jù)上式可以計算得 1049800 33 ????w? =+= MPa 11340