商用车驱动桥设计说明书.docx

商用车驱动桥设计说明书 商用车驱动桥设计 摘要 驱动桥作为汽车四大总成之一，它的性能的好坏直接影响整车性能。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、重载的高效率的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。本文参照传统驱动桥的设计参数；然后参考类似驱动桥的结构，确定出总体设计方案；最后对主，从动锥齿轮，差速器圆锥行星齿轮，半轴齿轮，全浮式半轴和整体式桥壳的强度进行校核以及对支撑轴承进行了寿命校核。本文还是采用传统的锥齿轮作为商用车的主减速器。 关键词：商用车，驱动桥，主减速器，螺旋锥齿轮 THE DESIGNING OF BUSINESS AUTOMOBILE REAR DRIVE AXLES ABSTRACT Drive axle is one of automobile four important assemblies. Its performance directly influence on the entire automobile, especially for the heavy truck. When using the big power engine with the big driving torque to satisfy the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit. Today heavy truck must exploit the high driven efficiency single reduction final drive axle. Becoming the heavy traditional designing method of the drive axle: first, make up the main parts structure and the key designing parameters; then reference to the similar driving axle structure, decide the entire designing project; finally check the strength of the axle drive bevel pinion, bevel gear wheel, the differential planetary pinion, differential side gear, full-floating axle shaft and the banjo axle housing, and the life expection of carrier bearing. The designing takes spiral bevel gear as the gear type of business automobile final drive. KEY WORDS: business automobile, drive axle, final drive , spiral bevel gear 目录 前言 (1) 第1章总体方案论证 (3) 1.1 概述 (3) 1.2 驱动桥结构方案 (4) 1.2.1 非断开式驱动桥 (4) 1.2.2 断开式驱动桥 (5) 1.2.3 多桥驱动布置 (5) 第2章主减速器设计 (7) 2.1 主减速器的结构形式 (7) 2.1.1 主减速器的减速形式 (7) 2.1.2 主减速器的齿轮类型 (7) 2.2 主减速器主、从动锥齿轮支撑方案. 错误！未定义书签。 2.2.1 主动锥齿轮的支撑方案. 错误！未定义书签。 2.2.2 从动锥齿轮的支撑方案. 错误！未定义书签。 2.3 主减速器基本参数选择与设计计算. 错误！未定义书签。 2.3.1 从动锥齿轮的支撑方案. 错误！未定义书签。 2.3.2 主减速器齿轮基本参数的选择. 错误！未定义书签。 2.3.2 主减速器螺旋锥齿轮的几何齿轮计算错误！未定义书签。 2.4 主减速器锥齿轮的材料. 错误！未定义书签。 2.5 主减速器锥齿轮强度的计算. 错误！未定义书签。 2.5.1 单位齿长上的圆周力. 错误！未定义书签。 2.5.2 轮齿弯曲强度的计算. 错误！未定义书签。 2.5.3 轮齿接触强度的计算. 错误！未定义书签。 第3章差速器设计 (8) 3.1 差速器结构形式选择 (8) 3.2 差速器的基本参数的选择及计算. 错误！未定义书签。 3.2.1 差速器基本参数的选择. 错误！未定义书签。 3.3 差速器的材料. 错误！未定义书签。 3.4普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算. 错误！未定义书签。第4章驱动车轮传动装置设计 (9) 4.1 半轴的型式 (9) 4.2 半轴的设计与计算. 错误！未定义书签。 4.2.1 全浮式半轴的设计计算. 错误！未定义书签。 4.3 半轴的结构设计及材料与热处理. 错误！未定义书签。第5章驱动桥壳设计 . (10) 5.1 桥壳的结构形式 (10) 5.2 桥壳的受力分析及强度计算. 错误！未定义书签。结论 (10) 谢辞 (11) 参考文献 (11) 外文资料翻译 (12) 前言 本课题是对商用车驱动桥的结构设计。故本说明书将以“驱动桥设计”内容对驱动桥及其主要零部件的结构型式与设计计算作一一介绍。 驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及设计要求讲起，详细地分析了驱动桥总成的结构型式及布置方法；全面介绍了驱动桥车轮的传动装置和桥壳的各种结构型式与设计计算方法。 汽车驱动桥是汽车的重大总成，承载着汽车的满载簧荷重及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。另外，汽车驱动桥在拖拉机的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。例如，驱动桥包含主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴及轮边减速器）、桥壳和各种齿轮。由上述可见，驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛，对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺。因此，通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 课题所设计的发动机最大功率99kW（3000r/min），最大扭矩201 Nm （1200r/min）。 他有以下两大难题，一是将发动机输出扭矩通过万向传动轴将动力传递到后轮子上，达到更好的车轮牵引力与转向力的有效发挥，从而提高汽车的行驶能力。二是差速器向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。 本课题的设计思路可分为以下几点：首先选择初始方案，本商用车属于小型货车，采用后桥驱动，所以设计的驱动桥结构需要符合小型货车的 结构要求；接着选择各部件的结构形式；最后选择各部件的具体参数，设计出各主要尺寸。 所设计的汽车驱动桥制造工艺性好、外形美观，工作更稳定、可靠。该驱动桥设计大大降低了制造成本，同时驱动桥使用维护成本也降低了。驱动桥结构符合小型货车的整体结构要求。设计的产品达到了结构简单，修理、保养方便；机件工艺性好，制造容易的要求。 目前我国正在大力发展汽车产业,采用后轮驱动汽车的平衡性和操作性都将会有很大的提高。后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所以在加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操作性能变好。维修费用低也是后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会有很大的差别。如果你的变速器出了故障，对于后轮驱动的汽车就不需要对差速器进行维修，但是对于前轮驱动的汽车来说也许就有这个必要了，因为这两个部件是做在一起的.所以后轮驱动必然会使得乘车更加安全、舒适，从而带来可观的经济效益。 第1章总体方案论证 1.1 概述 驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理的分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直立、纵向力和横向力。它要保证当变速器处于最高挡时，在良好的路面上有足够的牵引力以克服行驶阻力和获得汽车最大的速度，这主要取决于驱动桥的传动比。虽然在汽车的整体设计时，从整车性能出发决定驱动桥的传动比，但是用什么形式的驱动桥、什么结构的主减速器和差速器等在驱动桥设计中要具体考虑。决大多数的发动机在汽车上是纵置的，为了使扭矩传给车轮，驱动桥必须改变扭矩的方向，同时根据车辆的具体要求解决左右扭矩的分配。整体式驱动桥一方面需要承担汽车的载荷；另一方面车轮上的作用力以及传递扭矩所产生的作用力矩都要由驱动桥承担，所以驱动桥的零件必须具有足够的强度和刚度，以保证机件的可靠工作。驱动桥还必须满足通过性和平顺性的要求6。 在一般的确汽车结构中，驱动桥包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置和桥壳等组成。它们应具有足够的强度和寿命、良好的工艺、合适的材料和热处理等。对零件应进行良好的润滑并减少系统的振动和噪音等。 驱动桥的结构型式虽然可以各不相同，但在使用中对它们的基本要求却是一致的，其基本要求可以归纳为： (1)所选择的主减速比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。 (2)外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙。 (3)齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。 (4)在各种转速和载荷下具有高的传动效率。 (5)在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。 (6)与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调。 (7)结构简单，加工工艺性好，制造有、容易，拆装、调整方便。 (8)差速器在保证左、右驱动车轮能以汽车运动学所要求的差速滚动外并能将转矩平稳而连续不断（无脉动）地传递给左、右驱动车轮。 (9)驱动桥总成及零部件的设计应能满足零件的标准化，部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求。 1.2 驱动桥结构方案 驱动桥的结构型式按齐总体布置来说共有三种，即普通的非断开式驱动桥，带有摆动半轴的非断开式驱动桥和断开式驱动桥。 1.2.1 非断开式驱动桥 普通非断开式驱动桥，由于其结构简单、造价低廉、工作可靠，最广泛地用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。它的具体结构是桥壳是一根支承在左、右驱动车轮上的刚性空心梁，而齿轮及半轴等所有的传动机件都装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属簧下质量，使汽车的簧下质量较大，这是它的一个缺点。采用单级主减速器代替双级主减速器可大大减小驱动桥质量。采用钢板冲压-焊接的整体式桥壳及钢管扩制的整体式桥壳，均可显著地减轻驱动桥的质量。 驱动桥的轮廓尺寸主要决定于主减速器的型式。在汽车的轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定主减速器速比的条件下，如果单级主减速器不能满足离地间隙要求，则可改用双级结构。后者仅推荐用于主减速比大于7.6且载货在6t以上的大型汽车上。在双级主减速器中，通常是把两级减速齿轮放在一个主减速器壳内，也可以将第二级减速齿轮移向驱动车轮并靠近轮毂，作为轮边减速器。在后一种情况下又有五种布置方案可供选择。 1.2.2 断开式驱动桥 断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁2。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬架相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横梁或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此独立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管，作相应摆动。所以断开式驱动桥也称为“带有摆动半轴的驱动桥”。 汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素，因汽车簧下部分质量的大小，对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动的簧下质量较小，又与独立悬架相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜；提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度；减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。但是，由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。 1.2.3 多桥驱动布置 为了提高装载量和通过性，有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动，常采用4×4、6×6、8×8等驱动型式2。在多桥驱动的情况下，动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种。相应这两种动力传递方式，多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯通式与贯通式。前者为了把动力经分动器传给各驱动桥，需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力，这样不仅使传动轴的数量增多，且造成各驱动桥的零件特别是桥壳、半轴等主要零件不能通用。而对8×8汽车来说，这种非贯通式驱动桥就更不适宜，也难与布置了。 为了解决上述问题，现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置 型式。 在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，并且各驱动桥分别用自己的传动轴与分动器直接联接，而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴，是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥（第一、第四桥）的动力，是经分动器并贯通中间桥（分别穿过第二、第三桥）而传递的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计（如汽车的变形）、制造和维修，都带来方便。四桥驱动的越野汽车也可采用侧边式及混合式的布置。 经上述分析，考虑到所设计的轻型载货汽车的载重和各种要求，其价格要求要尽量低，故其生产成本应尽可能降低。另由于轻型载重汽车对驱动桥并无特殊要求，和路面要求并不高，故本设计采用普通非断开式驱动桥。 第2章主减速器设计 2.1 主减速器的结构形式 主减速器的结构形式主要是跟去其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速器形式的不同而异。 在现代汽车驱动桥上，主减速器采用得最广泛的是“格里森”（Gleason）制或“奥利康”（Oerlikon）制的螺旋锥齿轮和双面锥齿轮。 2.1.1 主减速器的减速形式 单级主减速器：由于单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑及制造成本低廉的优点，广泛用在主减速比i0<7.6的各种中、小型汽车上。根据设计要求的载荷适中，主传动比7.6的特点，采用单级主减速器优势突出 2.1.2 主减速器的齿轮类型