轻型汽车驱动桥建模与模态分析设计说明书3158313056025394.docx

天津职业技术师范大学2011届本科毕业设计1 绪 论1.1 本次设计计的目的和和意义 随着社会会经济的繁繁荣发展及及汽车产业业的壮大，我我国汽车拥拥有量越来来越多。大大力发展汽汽车工业成成为必然趋趋势。汽车车驱动桥是是汽车的重重大总成，在整车中十分重要。它承载着汽车的满载簧载重量及地面经车轮、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。设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥壳，能降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展。汽车驱动桥桥壳是汽车车上的主要要承载构件件之一，其其作用主要要有：支撑撑并保护主主减速器、差差速器和半半轴等，使使左右驱动动车轮的轴轴向相对位位置固定；同从动桥桥一起支撑撑车架及其其上的各总总成质量；汽车行驶驶时，承受受由车轮传传来的路面面反作用力力和力矩并并经悬架传传给车架等等。驱动桥桥壳应有足足够的强度度和刚度且且质量小，并并便于主减减速器的拆拆装和调整整。由于桥桥壳的尺寸寸和质量比比较大，制制造较困难难，故其结结构型式应应在满足使使用要求的的前提下应应尽可能便便于制造。驱驱动桥壳分分为整体式式桥壳，分分段式桥壳壳和组合式式桥壳三类类。整体式式桥壳具有有较大的强强度和刚度度，且便于于主减速器器的装配、调调整和维修修，因此普普遍应用于于各类汽车车上。但是是由于其形形状复杂，因因此应力计计算比较困困难。根据据汽车设计计理论，驱驱动桥壳的的常规设计计方法是将将桥壳看成成一个简支支梁并校核核几种典型型计算工况况下某些特特定断面的的最大应力力值，然后后考虑一个个安全系数数来确定工工作应力，这这种设计方方法有很多多局限性。因因此近年来来，许多研研究人员利利用有限元元方法对驱驱动桥壳进进行了计算算和分析。在设计中，通通过建立汽汽车零部件件、结构或或系统的有有限元计算算模型，或或利用UGG等CADD软件建立立3D参数数化模型进进行转化，在在CAE软软件中进行行仿真分析析和计算，可可以降低设设计开发成成本，减少少试验次数数，缩短设设计开发周周期，提高高产品质量量，使得汽汽车在轻量量化、舒适适性和操纵纵稳定性方方面得到改改进和提高高，具有非非常重大的的实际意义义。1.2 选题的背背景和意义义 本次设计计的题目是是轻型汽汽车驱动桥桥建模与模模态分析。目目前，我国国汽车业已已经步入高高速发展阶阶段，不仅仅要求我们们设计出更更安全更便便捷更新颖颖的交通工工具而且还还要求降低低企业生产产成本。作作为汽车重重要总成的的驱动桥，它它的设计开开发与制造造阶段至关关重要。所所以学习了了解现阶段段驱动桥系系统开发与与设计最实实用最方便便的方法是是我们车辆辆工程系学学生所急需需的。 本文介绍绍了应用UUG/NXX软件对汽汽车驱动桥桥壳进行参参数化设计计的方法，并并对某轻型型货车建立立了其驱动动桥壳的动动力学模型型。在考察察其变形、强强度和刚度度的基础上上，对影响响桥壳强度度和刚度的的因素进行行了设计研研究,和传传统的设计计方法相比比，这种方方法提高了了精度和效效率。另外外，汽车驱驱动桥总成成的轻量化化和结构的的优化也是是当代汽车车发展的方方向，在本本次设计中中我也会提提出一些优优化的方法法。1.3 设计要求求与主要问问题本次设计的的要求：1) 利用用UG NNX 软件件建立结构构的三维几几何数学模模型；2) 根据据已完成的的三维几何何结构建立立适合的有有限元模型型；3) 根据据结构在实实际工作状状态下的约约束条件和和承载情况况施加合理理的边界条条件；4) 完成成有限元分分析求解过过程，获得得正确的计计算结果；5) 总结结工作过程程，撰写毕毕业论文；本次设计需需解决的主主要问题：1) 学习习利用三维维CAD 软件对工工程实际结结构进行建建模的方法法；2) 掌握握有限单元元法的基本本原理；3) 熟悉悉利用有限限元分析软软件对结构构进行建模模、求解、结结果分析等等过程；4) 对本本次毕业设设计所针对对的目标结结构进行建建模及分析析并提交分分析结果。1.4 设计的内内容与步骤骤1 驱动桥壳的的建模 利用用UG NNX软件进进行驱动桥桥壳的建模模。2有限元元分析1）部件处处理，如去掉不影影响分析的的特征、商商标等；2）网格划分分；3）部件添加加材料属性性；4）添加受力力、约束等等（根据选选择解算器器情况）；5）分析；6）后处理；7）报告。3. 整理理结果，撰撰写论文。2 驱动桥桥总成简介介2.1 汽车驱动动桥综述汽车驱动桥桥位于传动动系的末端端。其基本本功用首先先是增扭，降降速，改变变转矩的传传递方向，即即增大由传传动轴或直直接从变速速器传来的的转矩，并并将转矩合合理的分配配给左右驱驱动车轮；其次，驱驱动桥还要要承受作用用于路面或或车身之间间的垂直力力，纵向力力和横向力力，以及制制动力矩和和反作用力力矩等。驱驱动桥一般般由主减速速器，差速速器，车轮轮传动装置置和桥壳组组成。设计驱动桥桥时应当满满足如下基基本要求：1.选择适适当的主减减速比，以以保证汽车车在给定的的条件下具具有最佳的的动力性和和燃油经济济性。2.外廓尺尺寸小，保保证汽车具具有足够的的离地间隙隙，以满足足通过性的的要求。3.齿轮及及其他传动动件工作平平稳，噪声声小。4.在各种种载荷和转转速工况下下有较高的的传动效率率。5.具有足足够的强度度和刚度，以以承受和传传递作用于于路面和车车架或车身身间的各种种力和力矩矩；在此条条件下，尽尽可能降低低质量，尤尤其是簧下下质量，减减少不平路路面的冲击击载荷，提提高汽车的的平顺性。6.与悬架架导向机构构运动协调调。7.结构简简单，加工工工艺性好好，制造容容易，维修修，调整方方便。驱动桥的结结构形式有有多种，基基本形式有有三种如下下：1.中央单单级减速驱驱动桥。此此是驱动桥桥结构中最最为简单的的一种，是是驱动桥的的基本形式式， 在载载重汽车中中占主导地地位。一般般在主传动动比小于66的情况下下，应尽量量采用中央央单级减速速驱动桥。目目前的中央央单级减速速器趋于采采用双曲线线螺旋伞齿齿轮，主动动小齿轮采采用骑马式式支承， 有差速锁锁装置供选选用。2.中央双双级驱动桥桥。在国内内目前的市市场上，中中央双级驱驱动桥主要要有2种类类型：一类类如伊顿系系列产品，事事先就在单单级减速器器中预留好好空间，当当要求增大大牵引力与与速比时，可可装入圆柱柱行星齿轮轮减速机构构，将原中中央单级改改成中央双双级驱动桥桥，这种改改制“三化”（即系列列化，通用用化，标准准化）程度度高， 桥桥壳、主减减速器等均均可通用，锥锥齿轮直径径不变；另另一类如洛洛克威尔系系列产品，当当要增大牵牵引力与速速比时，需需要改制第第一级伞齿齿轮后，再再装入第二二级圆柱直直齿轮或斜斜齿轮，变变成要求的的中央双级级驱动桥，这这时桥壳可可通用，主主减速器不不通用， 锥齿轮有有2个规格格。由于上述中中央双级减减速桥均是是在中央单单级桥的速速比超出一一定数值或或牵引总质质量较大时时，作为系系列产品而而派生出来来的一种型型号，它们们很难变型型为前驱动动桥，使用用受到一定定限制；因因此，综合合来说，双双级减速桥桥一般均不不作为一种种基本型驱驱动桥来发发展，而是是作为某一一特殊考虑虑而派生出出来的驱动动桥存在。3.中央单单级、轮边边减速驱动动桥。轮边边减速驱动动桥较为广广泛地用于于油田、建建筑工地、矿矿山等非公公路车与军军用车上。当当前轮边减减速桥可分分为2类：一类为圆圆锥行星齿齿轮式轮边边减速桥；另一类为为圆柱行星星齿轮式轮轮边减速驱驱动桥。(1)圆锥锥行星齿轮轮式轮边减减速桥。由由圆锥行星星齿轮式传传动构成的的轮边减速速器，轮边边减速比为为固定值22，它一般般均与中央央单级桥组组成为一系系列。在该该系列中，中中央单级桥桥仍具有独独立性，可可单独使用用，需要增增大桥的输输出转矩，使使牵引力增增大或速比比增大时，可可不改变中中央主减速速器而在两两轴端加上上圆锥行星星齿轮式减减速器即可可变成双级级桥。这类类桥与中央央双级减速速桥的区别别在于：降降低半轴传传递的转矩矩，把增大大的转矩直直接增加到到两轴端的的轮边减速速器上 ，其其“三化”程度较高高。但这类类桥因轮边边减速比为为固定值22，因此，中中央主减速速器的尺寸寸仍较大，一一般用于公公路、非公公路军用车车。(2)圆柱柱行星齿轮轮式轮边减减速桥。单单排、齿圈圈固定式圆圆柱行星齿齿轮减速桥桥，一般减减速比在33至4.22之间。由由于轮边减减速比大，因因此，中央央主减速器器的速比一一般均小于于3，这样样大锥齿轮轮就可取较较小的直径径，以保证证重型汽车车对离地问问隙的要求求。这类桥桥比单级减减速器的质质量大，价价格也要贵贵些，而且且轮穀内具具有齿轮传传动，长时时间在公路路上行驶会会产生大量量的热量而而引起过热热；因此，作作为公路车车用驱动桥桥，它不如如中央单级级减速桥。由于随着我我国公路条条件的改善善和物流业业对车辆性性能要求的的变化，汽汽车驱动桥桥技术已呈呈现出向单单级化发展展的趋势，主主要是单级级驱动桥还还有以下几几点优点：(1) 单单级减速驱驱动桥是驱驱动桥中结结构最简单单的一种，制制造工艺简简单，成本本较低， 是驱动桥桥的基本类类型，在货货车汽车上上占有重要要地位；(2) 货货车汽车发发动机向低低速大转矩矩发展的趋趋势，使得得驱动桥的的传动比向向小速比发发展；(3) 随随着公路状状况的改善善，特别是是高速公路路的迅猛发发展，汽车车使用条件件对汽车通通过性的要要求降低。因因此，汽车车不必像过过去一样，采采用复杂的的结构提高高通过性；(4) 与与带轮边减减速器的驱驱动桥相比比，由于产产品结构简简化，单级级减速驱动动桥机械传传动效率提提高，易损损件减少，可可靠性提高高。单级桥产品品的优势为为单级桥的的发展拓展展了广阔的的前景。从从产品设计计的角度看看， 重型型车产品在在主减速比比小于6的的情况下，应应尽量选用用单级减速速驱动桥。2.2 主减速器器主减速器的的结构形式式主要是根根据其齿轮轮的类型，主主动齿轮和和从动齿轮轮的安置方方法以及减减速形式的的不同而异异。2.2.11 主减速速器的齿轮轮类型主减速器的的齿轮有弧弧齿锥齿轮轮，双曲面面齿轮，圆圆柱齿轮和和蜗轮蜗杆杆等形式。在此选用用弧齿锥齿齿轮传动，其其特点是主主、从动齿齿轮的轴线线垂直交于于一点。由由于轮齿端端面重叠的的影响，至至少有两个个以上的轮轮齿同时啮啮合，因此此可以承受受较大的负负荷，加之之其轮齿不不是在齿的的全长上同同时啮合，而而是逐渐有有齿的一端端连续而平平稳的地转转向另一端端，所以工工作平稳，噪噪声和振动动小。而弧弧齿锥齿轮轮还存在一一些缺点，比比如对啮合合精度比较较敏感，齿齿轮副的锥锥顶稍有不不吻合就会会使工作条条件急剧变变坏，并加加剧齿轮的的磨损和使使噪声增大大；但是当当主传动比比一定时，主主动齿轮尺尺寸相同时时，双曲面面齿轮比相相应的弧齿齿锥齿轮小小，从而可可以得到更更大的离地地间隙，有有利于实现现汽车的总总体布置。另另外，弧齿齿锥齿轮与与双曲面锥锥齿轮相比比，具有较较高的传动动效率，可可达99%。2.2.22 主减速器器的减速形形式由于i66，一般采采用单级主主减速器，单单级减速驱驱动桥产品品的优势：单级减速速驱动车桥桥是驱动桥桥中结构最最简单的一一种，制造造工艺较简简单，成本本较低，是是驱动桥的的基本型，在在货车汽车车上占有重重要地位。2.2.33 主减速器器的基本参参数选择与与设计计算算1. 主减减速器计算算载荷的确确定（1）按发发动机最大大转矩和最最低挡传动动比确定从从动锥齿轮轮的计算转转矩 （2-1）式中 发动机机至所计算算的主减速速器从动锥锥齿轮之间间的传动系系的最低挡挡传动比；发动机机的输出的的最大转矩矩；传动系系上传动部部分的传动动效率；该汽车车的驱动桥桥数目在此此取1；由于猛猛结合离合合器而产生生冲击载荷荷时的超载载系数，对对于一般的的载货汽车车，矿用汽汽车和越野野汽车以及及液力传动动及自动变变速器的各各类汽车取取=1.00，当性能能系数>00时可取=2.0；（2）按驱驱动轮打滑滑转矩确定定从动锥齿齿轮的计算算转矩 （2-2）式中 汽车满满载时一个个驱动桥给给水平地面面的最大负负荷； 轮胎对对地面的附附着系数，对对于安装一一般轮胎的的公路用车车，取=00.85；对于越野野汽车取11.0；对对于安装有有专门的防防滑宽轮胎胎的高级轿轿车，计算算时可取11.25； 车轮的的滚动半径径； ，分别为为所计算的的主减速器器从动锥齿齿轮到驱动动车轮之间间的传动效效率和传动动比，取00.9，如如果没有轮轮边减速器器取1.00。（3）按汽汽车日常行行驶平均转转矩确定从从动锥齿轮轮的计算转转矩对于公路车车辆来说，使使用条件较较非公路车车辆稳定，其其正常持续续的转矩根根据所谓的的平均牵引引力的值来来确定： （2-3）式中：汽车满载载时的总重重量；所牵引引的挂车满满载时总重重量；道路滚滚动阻力系系数，对于于载货汽车车可取0.0150.0220；汽车正正常行驶时时的平均爬爬坡能力系系数，对于于载货汽车车可取0.0500.09；汽车的的性能系数数；，n见式（22-1），（22-3）下下的说明。 式（22-1）式（2-3）参参考汽车车设计。 2. 主减减速器基本本参数的选选择 主主减速器锥锥齿轮的主主要参数有有主、从动动齿轮的齿齿数和，从动锥锥齿轮大端端分度圆直直径、端面面模数、主主从动锥齿齿轮齿面宽宽和、中点螺螺旋角、法法向压力角角等。(1) 主主、从动锥锥齿轮齿数数和选择主、从从动锥齿轮轮齿数时应应考虑如下下因素：1）为了磨磨合均匀，之间应避免有公约数。2）为了得得到理想的的齿面重合合度和高的的轮齿弯曲曲强度，主主、从动齿齿轮齿数和和应不小于于40。3）为了啮啮合平稳，噪噪声小和具具有高的疲疲劳强度对对于商用车车一般不小小于6。4）主传动动比较大时时，尽量取取得小一些些，以便得得到满意的的离地间隙隙。5）对于不不同的主传传动比，和和应有适宜宜的搭配。(2) 从从动锥齿轮轮大端分度度圆直径和和端面模数数 对对于单级主主减速器，增增大尺寸会会影响驱动动桥壳的离离地间隙，减减小又会影影响跨置式式主动齿轮轮的前支承承座的安装装空间和差差速器的安安装。可根据经验验公式初选选，即 （2-4）直径系系数，一般般取13.0166.0； 从动动锥齿轮的的计算转矩矩，为Tce和Tcs中的的较小者。(3) 主主、从动锥锥齿轮齿面面宽和 锥锥齿轮齿面面过宽并不不能增大齿齿轮的强度度和寿命，反反而会导致致因锥齿轮轮轮齿小端端齿沟变窄窄引起的切切削刀头顶顶面过窄及及刀尖圆角角过小，这这样不但会会减小了齿齿根圆角半半径，加大大了集中应应力，还降降低了刀具具的使用寿寿命。此外外，安装时时有位置偏偏差或由于于制造、热热处理变形形等原因使使齿轮工作作时载荷集集中于轮齿齿小端，会会引起轮齿齿小端过早早损坏和疲疲劳损伤。另另外，齿面面过宽也会会引起装配配空间减小小。但齿面面过窄，轮轮齿表面的的耐磨性和和轮齿的强强度会降低低。 对对于从动锥锥齿轮齿面面宽，推荐荐不大于节节锥的0.3倍，即即，而且应满满足，对于于汽车主减减速器圆弧弧齿轮推荐荐采用： （2-5） 一般习习惯使锥齿齿轮的小齿齿轮齿面宽宽比大齿轮轮稍大，使使其在大齿齿轮齿面两两端都超出出一些，通通常小齿轮轮的齿面加加大10%较为合适适。(4) 中中点螺旋角角 螺螺旋角沿齿齿宽是变化化的，轮齿齿大端的螺螺旋角最大大，轮齿小小端螺旋角角最小，弧弧齿锥齿轮轮副的中点点螺旋角是是相等的，选选时应考虑虑它对齿面面重合度，轮轮齿强度和和轴向力大大小的影响响，越大，则则也越大，同同时啮合的的齿越多，传传动越平稳稳，噪声越越低，而且且轮齿的强强度越高，应不小于1.25，在1.52.0时效果最好，但过大，会导致轴向力增大。 汽汽车主减速速器弧齿锥锥齿轮的平平均螺旋角角为35°°40°，而商用用车选用较较小的值以以防止轴向向力过大，通通常取355°。(5) 螺螺旋方向 主主、从动锥锥齿轮的螺螺旋方向是是相反的。螺螺旋方向与与锥齿轮的的旋转方向向影响其所所受的轴向向力的方向向，当变速速器挂前进进挡时，应应使主动锥锥齿轮的轴轴向力离开开锥顶方向向，这样可可使主、从从动齿轮有有分离的趋趋势，防止止轮齿因卡卡死而损坏坏。所以主主动锥齿轮轮选择为左左旋，从锥锥顶看为逆逆时针运动动，这样从从动锥齿轮轮为右旋，从从锥顶看为为顺时针，驱驱动汽车前前进。(6) 法法向压力角角 加加大压力角角可以提高高齿轮的强强度，减少少齿轮不产产生根切的的最小齿数数，但对于于尺寸小的的齿轮，大大压力角易易使齿顶变变尖及刀尖尖宽度过小小，并使齿齿轮的端面面重叠系数数下降。 此此外，主减减速器还应应进行圆弧弧锥齿轮的的强度计算算、轴承的的计算等。2.3 差速器汽车在行驶驶过程中左左，右车轮轮在同一时时间内所滚滚过的路程程往往不等等。例如，转转弯时内、外外两侧车轮轮行程显然然不同，即即外侧车轮轮滚过的距距离大于内内侧的车轮轮；汽车在在不平路面面上行驶时时，由于路路面波形不不同也会造造成两侧车车轮滚过的的路程不等等；即使在在平直路面面上行驶，由由于轮胎气气压、轮胎胎负荷、胎胎面磨损程程度不同以以及制造误误差等因素素的影响，也也会引起左左、右车轮轮因滚动半半径的不同同而使左、右右车轮行程程不等。如如果驱动桥桥的左、右右车轮刚性性连接，则则行驶时不不可避免地地会产生驱驱动轮在路路面上的滑滑移或滑转转。这不仅仅会加剧轮轮胎的磨损损与功率和和燃料的消消耗，而且且可能导致致转向和操操纵性能恶恶化。为了了防止这些些现象的发发生，汽车车左、右驱驱动轮间都都装有轮间间差速器，从从而保证了了驱动桥两两侧车轮在在行程不等等时具有不不同的旋转转角速度，满满足了汽车车行驶运动动学要求。差速器用来来在两输出出轴间分配配转矩，并并保证两输输出轴有可可能以不同同的角速度度转动。差差速器有多多种形式，在在此设计普普通对称式式圆锥行星星齿轮差速速器。 2.3.1 对称式圆圆锥行星齿齿轮差速器器的差速原原理图2-1 差速器器差速原理理如图3-11所示，对对称式锥齿齿轮差速器器是一种行行星齿轮机机构。差速速器壳3与与行星齿轮轮轴5连成成一体，形形成行星架架。因为它它又与主减减速器从动动齿轮6固固连在一起起，固为主主动件，设设其角速度度为；半轴轴齿轮1和和2为从动动件，其角角速度为和和。A、BB两点分别别为行星齿齿轮4与半半轴齿轮11和2的啮啮合点。行行星齿轮的的中心点为为C，A、BB、C三点点到差速器器旋转轴线线的距离均均为。当行星齿轮轮只是随同同行星架绕绕差速器旋旋转轴线公公转时，显显然，处在在同一半径径上的A、BB、C三点点的圆周速速度都相等等（图2-1），其其值为。于于是，即差差速器不起起差速作用用，而半轴轴角速度等等于差速器器壳3的角角速度。当行星齿轮轮4除公转转外，还绕绕本身的轴轴5以角速速度自转时时（图2-1），啮啮合点A的的圆周速度度为，啮合合点B的圆圆周速度为为。于是即 （2-6）若角速度以以每分钟转转数表示，则则 （2-7）式（2-77）为两半半轴齿轮直直径相等的的对称式圆圆锥齿轮差差速器的运运动特征方方程式，它它表明左右右两侧半轴轴齿轮的转转速之和等等于差速器器壳转速的的两倍，而而与行星齿齿轮转速无无关。因此此在汽车转转弯行驶或或其它行驶驶情况下，都都可以借行行星齿轮以以相应转速速自转，使使两侧驱动动车轮以不不同转速在在地面上滚滚动而无滑滑动。 有有式（2-7）还可可以得知:当任何一一侧半轴齿齿轮的转速速为零时，另另一侧半轴轴齿轮的转转速为差速速器壳转速速的两倍;当差速器器壳的转速速为零（例例如中央制制动器制动动传动轴时时），若一一侧半轴齿齿轮受其它它外来力矩矩而转动，则则另一侧半半轴齿轮即即以相同的的转速反向向转动。 2.3.2 对称式圆圆锥行星齿齿轮差速器器的结构普通的对称称式圆锥齿齿轮差速器器由差速器器左右壳，两两个半轴齿齿轮，四个个行星齿轮轮，行星齿齿轮轴，半半轴齿轮垫垫片及行星星齿轮垫片片等组成。如如图2-22所示。由由于其具有有结构简单单、工作平平稳、制造造方便、用用于公路汽汽车上也很很可靠等优优点，故广广泛用于各各类车辆上上。图2-2 普通的的对称式圆圆锥行星齿齿轮差速器器1，12-轴承；22-螺母；3，144-锁止垫垫片；4-差速器左左壳；5，113-螺栓栓；6-半半轴齿轮垫垫片；7-半轴齿齿轮；8-行星齿轮轮轴；9-行星齿轮轮；10-行星齿轮轮垫片；111-差速速器右壳 2.3.3 对称式圆圆锥行星齿齿轮差速器器的设计由于在差速速器壳上装装着主减速速器从动齿齿轮，所以以在确定主主减速器从从动齿轮尺尺寸时，应应考虑差速速器的安装装。差速器器的轮廓尺尺寸也受到到主减速器器从动齿轮轮轴承支承承座及主动动齿轮导向向轴承座的的限制。1. 差速速器齿轮的的基本参数数的选择(1) 行行星齿轮数数目的选择择 载货汽车车采用4个个行星齿轮轮。(2) 行行星齿轮球球面半径的的确定圆锥行星齿齿轮差速器器的结构尺尺寸，通常常取决于行行星齿轮的的背面的球球面半径，它它就是行星星齿轮的安安装尺寸，实实际上代表表了差速器器圆锥齿轮轮的节锥距距，因此在在一定程度度上也表征征了差速器器的强度。球面半径可可按如下的的经验公式式确定： (22-8) 式中：行星齿轮轮球面半径径系数，可可取2.5522.99，对对于有4个个行星 齿轮的载载货汽车取取最小值； T计算转矩矩，取Tcce和Tcs的较较小值，NN·m。(3) 行行星齿轮与与半轴齿轮轮的选择为了获得较较大的模数数从而使齿齿轮有较高高的强度，应应使行星齿齿轮的齿数数尽量少。但一般般不少于110。半轴轴齿轮的齿齿数采用114255，大多数数汽车的半半轴齿轮与与行星齿轮轮的齿数比比/在1.52.0的的范围内。差速器的各各个行星齿齿轮与两个个半轴齿轮轮是同时啮啮合的，因因此，在确确定这两种种齿轮齿数数时，应考考虑它们之之间的装配配关系，在在任何圆锥锥行星齿轮轮式差速器器中，左右右两半轴齿齿轮的齿数数，之和必须须能被行星星齿轮的数数目所整除除，以便行行星齿轮能能均匀地分分布于半轴轴齿轮的轴轴线周围，否否则，差速速器将无法法安装。(4) 差差速器圆锥锥齿轮模数数及半轴齿齿轮节圆直直径的初步步确定首先初步求求出行星齿齿轮与半轴轴齿轮的节节锥角， 再按下式式初步求出出圆锥齿轮轮的大端端端面模数mm(5) 压压力角目前，汽车车差速器的的齿轮大都都采用222.5°的的压力角，齿齿高系数为为0.8。最最小齿数可可减少到110，并且且在小齿轮轮（行星齿齿轮）齿顶顶不变尖的的条件下，还还可以由切切向修正加加大半轴齿齿轮的齿厚厚，从而使使行星齿轮轮与半轴齿齿轮趋于等等强度。由由于这种齿齿形的最小小齿数比压压力角为220°的少，故故可以用较较大的模数数以提高轮轮齿的强度度。(6) 行行星齿轮安安装孔的直直径及其深深度L行星齿轮的的安装孔的的直径与行行星齿轮轴轴的名义尺尺寸相同，而而行星齿轮轮的安装孔孔的深度就就是行星齿齿轮在其轴轴上的支承承长度，通通常取： （2-9） 式中：差速器传传递的转矩矩，N·m； 行星齿齿轮的数目目； 行星齿齿轮支承面面中点至锥锥顶的距离离，mm， ， 是半 轴齿齿轮齿面宽宽中点处的的直径； 支承面面的许用挤挤压应力。此外，还应应进行差速速器齿轮的的强度计算算。2.4 驱动半轴轴驱动车轮的的传动装置置位于汽车车传动系的的末端，其其功用是将将转矩由差差速器的半半轴齿轮传传给驱动车车轮。在一一般的非断断开式驱动动桥上，驱驱动车轮的的传动装置置就是半轴轴，半轴将将差速器的的半轴齿轮轮与车轮的的轮毂联接接起来，半半轴的形式式主要取决决半轴的支支承形式：普通非断断开式驱动动桥的半轴轴，根据其其外端支承承的形式或或受力状况况不同可分分为半浮式式，3/44浮式和全全浮式。设计半轴的的主要尺寸寸是其直径径，在设计计时首先可可根据对使使用条件和和载荷工况况相同或相相近的同类类汽车同形形式半轴的的分析比较较，大致选选定从整个个驱动桥的的布局来看看比较合适适的半轴半半径，然后后对它进行行强度校核核。 计计算时首先先应合理地地确定作用用在半轴上上的载荷，应应考虑到以以下三种可可能的载荷荷工况：纵向力（驱驱动力或制制动力）最最大时，其其最大值为为，附着系系数在计算算时取0.8，没有有侧向力作作用； 侧向力最大大时，其最最大值为（发发生于汽车车侧滑时），侧侧滑时轮胎胎与地面的的侧向附着着系数在计计算时取11.0，没没有纵向力力作用；垂向力最最大时（发发生在汽车车以可能的的高速通过过不平路面面时），其其值为，其其中为车轮轮对地面的的垂直载荷荷，为动载载荷系数，这这时不考虑虑纵向力和和侧向力的的作用。由于车轮承承受的纵向向力，侧向向力值的大大小受车轮轮与地面最最大附着力力的限制，即即有 故纵向力最最大时不会会有侧向力力作用，而而侧向力最最大时也不不会有纵向向力作用。2.5 驱动桥壳壳驱动桥壳的的主要功用用是支承汽汽车质量，并并承受有车车轮传来的的路面反力力和反力矩矩，并经悬悬架传给车车身，它同同时又是主主减速器，差差速器和半半轴的装配配体。驱动桥壳应应满足如下下设计要求求：(1)应具具有足够的的强度和刚刚度，以保保证主减速速器齿轮啮啮合正常，并并不使半轴轴产生附加加弯曲应力力；(2)在保保证强度和和刚度的情情况下，尽尽量减小质质量以提高高行驶的平平顺性；(3)保证证足够的离离地间隙；(4)结构构工艺性好好，成本低低；(5)保护护装于其中中的传动系系统部件和和防止泥水水浸入；(6)拆装装，调整，维维修方便。驱动桥壳的的结构形式式分整体式式、可分式式、组合式式三种。2.5.11 桥壳的受受力分析与与强度计算算选定桥壳的的结构形式式以后，应应对其进行行受力分析析，选择其其端面尺寸寸，进行强强度计算。汽车驱动桥桥的桥壳是是汽车上的的主要承载载构件之一一，其形状状复杂，而而汽车的行行驶条件如如道路状况况、气候条条件及车辆辆的运动状状态又是千千变万化的的，因此要要精确地计计算出汽车车行驶时作作用于桥壳壳各处的应应力大小是是相当困难难的。在通通常的情况况下，在设设计桥壳时时多采用常常规设计方方法，这时时将桥壳看看成简支梁梁并校核某某些特定断断面的最大大应力值。我我国通常推推荐：计算算时将桥壳壳复杂的受受力状况简简化成三种种典型的计计算工况，即即当车轮承承受最大的的铅锤力（当当汽车满载载并行驶与与不平路面面，受冲击击载荷）时时；当车轮轮承受最大大切应力（当当汽车满载载并以最大大牵引力行行驶和紧急急制动）时时；以及当当车轮承受受最大侧向向力（当汽汽车满载侧侧滑）时。只只要在这三三种载荷计计算工况下下桥壳的强强度特征得得到保证，就就认为该桥桥壳在汽车车各种行驶驶条件下是是可靠的。在进行上述述三种载荷荷工况下桥桥壳的受力力分析之前前，还应先先分析一下下汽车满载载静止于水水平路面时时桥壳最简简单的受力力情况，即即进行桥壳壳的静弯曲曲应力计算算。1.桥壳的的静弯曲应应力计算 桥桥壳犹如一一空心横梁梁，两端经经轮毂轴承承支承于车车轮上，在在钢板弹簧簧座处桥壳壳承受汽车车的簧上载载荷，而左左、右轮胎胎的中心线线，地面给给轮胎的反反力（双轮轮胎时则沿沿双胎中心心），桥壳壳则承受此此力与车轮轮重力之差差值，即. 桥壳按静载载荷计算时时，在其两两钢板弹簧簧座之间的的弯矩为 （2-100） 式中：汽车满载载时静止于于水平路面面时驱动桥桥给地面的的载荷； 车轮（包包括轮毂、制制动器等）重重力，N； 驱动车车轮轮距； 驱动桥桥壳上两钢钢板弹簧座座中心间的的距离；桥壳的危险险断面通常常在钢板弹弹簧座附近近。通常由由于远小于于，且设计计时不易准准确预计，当当无数据时时可以忽略略不计。而静弯曲应应力则为 （2-111）式中：见（2-111）； 危险断断面处（钢钢板弹簧座座附近）桥桥壳的垂向向弯曲截面面系数，垂向弯曲截截面系数： 水平弯曲截截面系数： 扭转截面系系数： 垂向弯曲截截面系数, 水平弯弯曲截面, 扭转截截面系数计计算参考汽汽车设计。3 轻型汽汽车驱动桥桥壳3.1 驱动桥壳壳的分类驱动桥壳大大致可分为为可分式、整整体式和 组合式三三种形式。1. 可分分式桥壳图3-1 可分式桥壳 可可分式桥壳壳(图1)由一个个垂直接合合面分为左左右两部分分，两部分分通过螺栓栓联接成一一体。每一一部分均由由一铸造壳壳体和一个个压入其外外端的半轴轴套管组成成，轴管与与壳体用铆铆钉连接。这这种桥壳结结构简单，制制造工艺性性好，主减减速器支承承刚度好。但但拆装、调调整、维修修很不方便便，桥壳的的强度和刚刚度受结构构的限制，曾曾用于轻型型汽车上，但但现已较少少使用。2. 整体体式桥壳 整整体式桥的的特点是整整个桥壳是是一根空心心梁，桥壳壳和主减速速器壳为两两体。它具具有强度和和刚度较大大，主减速速器拆装、调调整方便等等优点。图3-2 整体式桥壳a)铸造式 b)钢板冲压焊接式 按制造造工艺不同同，整体式式桥壳可分分为铸造式式(图2aa)、钢板冲冲压焊接式式(图2bb)和扩张张成形式三三种。铸造造式桥壳的的强度和刚刚度较大，但但质量大，加加工面多，制制造工艺复复杂，主要要用于中、重重型货车上上。钢板冲冲压焊接式式和扩张成成形式桥壳壳质量小，材材料利用率率高，制造造成本低，适适于大量生生产，广泛泛应用于轿轿车和中、小小型货车及及部分重型型货车上。 3. 组合合式桥壳 组合式桥桥壳(图33)是将主主减速器壳壳图3-3 组合式桥壳与部分桥壳壳铸为一体体，而后用用无缝钢管管分别压人人壳体两端端，两者间间用塞焊或或销钉固定定。它的优优点是从动动齿轮轴承承的支承刚刚度较好，主主减速器的的装配、调调整比可分分式桥壳方方便，然而而要求有较较高的加工工精度，常常用于轿车车、轻型货货车中。3.2 本次设计计驱动桥壳壳类型的选选择本次课题的的研究对象象是轻型汽汽车的后驱驱动桥。故故根据整体体式桥壳强强度和刚度度较大，主主减速器拆拆装、调整整方便等优优点，此次次分析对象象选择为整整体式桥壳壳。它由钢钢板冲压焊焊接而成,主要有桥桥壳本体、半半轴套管、后后桥盖总成成、钢板弹弹簧固定座座总成、减减振器下支支架总成、后后制动底板板固定法兰兰、凸缘盘盘等。图3-4 驱动动桥壳图3-5 整体式驱驱动桥壳4 驱动桥桥壳的实体体模型4.1 三维建模模软件UG NNX的功能能介绍4.1.11 软件概概述Unigrraphiics(简简称UG)软件件起源于美美国麦道飞飞机公司。它它是美国UUnigrraphiics Soluutionns公司开开发研制的的集三维造造型、有限限元分析、机机构动态仿仿真及计算算机辅助制制造于一体体的大型高高级软件，广广泛应用于于飞机、汽汽车、模具具等机械制制造业，被被世界上许许多著名大大公司所采采用。UG软件最最常用的模模块有Moodeliing造型型模块、DDraftting制制图模块、Assembly装配模块、GFEM有限元分析模块、Mechanism机构模块以及Manufacture加工制造模块。通过以上模块分别可以实现产品的三维造型、装配、二维工程图的绘制、零部件强度的分析、各机构的动画仿真以及产品的模拟制造等功能。此外，它还带有各种分析功能，一旦某一零件的造型出来，给定其密度值以后，其质量、质心及各种惯量等数据便可以同时算出来。它还可以对机构进行运动学分析，计算其受力特性、运动特性以及轨道跟踪等。利用UG软件的各模块可以实现产品的无图纸无差错设计与制造，提高产品的设计制造质量，缩短设计制造周期，提高经济效益。4.1.22 UG软软件的主要要功能模块块（1）实体体造型模块块（Modeelingg ）UG的Moodeliing造型型模块将传传统的几何何建模(SSolidd Moddelinng)和基基于约束的的特征建模模（Feaaturees Moodeliing ）、自由曲曲面建模（ Freeform Modeling）方法融为一体，形成“复合式建模工具” ，在设计过程中，只要灵活运用各种建模方法，结合拉伸(Extruded body )、旋转(Body of Revolution )、沿轨迹扫描（ Sweep along Guide )等功能，再辅以各种编辑命令及布尔运算:差、并、交等，基本上就可以完成各种复杂曲面和实体的造型，而且造型准确、精度高。Modelling造造型模块用用以实现产产品的三维维造型，是是UG软件关关键所在，UG的所有有其它功能能都以它为为基础。如如果模型建建立不正确确，会影响响后面所有有的各项工工作