车辆工程毕业设计141汽车驱动桥设计.docx

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1、车辆工程毕业设计141汽车驱动桥设计 轻型汽车驱动桥设计 Design of Drive Axle For Light Truck 摘要 驱动桥位于传动系末端，其基本功用是增矩、降速，承受作用于路面和车架或车身之间的作用力。它的性能好坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要。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、高效益的需要时，必须搭配一个高效、可靠的驱动桥，所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已经成为未来载重汽车的发展方向。驱动桥设计应主要保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。本设计根据给定的参数，按照传统设计方法并参考同类型车确定汽车总体参

2、数，再确定主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构类型，最后进行参数设计并对主减速器主、从动齿轮、半轴齿轮和行星齿轮进行强度以及寿命的校核。驱动桥设计过程中基本保证结构合理，符合实际应用，总成及零部件的设计能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求，修理、保养方便，机件工艺性好，制造容易。 关键字：轻型货车；驱动桥；主减速器；差速器 Abstract Drive axle is at the end of the powertrain, and its basic function is increasing the torque and reducing the speed

3、,bearing the force between the road and the frame or body.Its performance will have a direct impact on automobile performance .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed，heavy-loaded，high efficiency，high benefit today heavy truck，must exploiting t

4、he high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truck developing tendency. Drive axle should be designed to ensure the best dynamic and fuel economy on given condition. According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parametres in acc

5、ordance with the traditional design methods and reference the same vehicle parameters, then identify the main reducer, differential, axle and axle housing structure type, finally design the parameters of the main gear,the driven gear of the final drive, axle gears and spiral bevel gear and check the

6、 strength and life of them. In design process of the drive axle,we should ensure a reasonable structure, practical applications, the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts, components and products univertiality and the serialization and

7、change , convenience of repair and maintenance, good mechanical technology, being easy to manufacture. Key words: light truck; drive axle; single reduction final drive 目录 第一章绪论 (1) 1.1论文研究的意义和目的 (1) 1.2国内外研究现状及发展趋势 (2) 1.3本论文的主要研究内容 (2) 第二章汽车总体参数的确定 (3) 2.1 给定设计参数 (3) 2.2 汽车形式的确定 (3) 2.2.1 汽车轴数和驱动形式

8、的选择 (3) 2.3 汽车主要参数的选择 (4) 2.3.1 汽车主要尺寸的确定 (4) 2.3.2 汽车质量参数的确定 (7) 2.3.3 汽车性能参数的确定 (9) 2.4 发动机的选择 (12) 2.4.1 发动机形式的选择 (12) 2.4.2 发动机主要性能指标的选择 (12) 2.5 轮胎的选择 (14) 第三章驱动桥的结构形式及选择 (17) 3.1 概述 (17) 3.2 驱动桥的结构形式 (17) 3.3 驱动桥构件的结构形式 (19) 3.3.1 主减速器的结构形式 (20) 3.3.2 差速器的结构形式 (23) 3.3.3 驱动车轮传动装置的结构形式 (24) 3.3

9、.4 驱动桥桥壳的结构形式 (25) 第四章驱动桥的设计计算 (27) 4.1 主减速器的设计与计算 (27) 4.1.1主减速比的确定 (27) 4.1.2 主减速器齿轮计算载荷的确定 (28) 4.1.3 锥齿轮主要参数的选择 (30) 4.1.4 主减速器锥齿轮的材料 (32) 4.1.5主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算 (33) 4.1.6 主减速器圆弧齿轮螺旋齿轮的强度计算 (37) 4.2 差速器的设计与计算 (41) 4.2.1 差速器齿轮主要参数选择 (42) 4.2.2 差速器齿轮的材料 (44) 4.2.3 差速器齿轮几何尺寸计算 (44) 4.2.4 差速器齿轮强度计算

10、(47) 4.3 全浮式半轴的设计 (49) 4.3.1 半轴基本参数计算及校核 (49) 4.3.2半轴的结构设计及材料与热处理 (50) 4.4 驱动桥壳设计 (51) 4.4.1 桥壳的结构型式 (51) 4.4.2桥壳的受力分析及强度计算 (52) 结论 (54) 致谢. 错误！未定义书签。参考文献. (55) 第一章绪论 1.1论文研究的意义和目的 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

11、、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，汽车驱动桥在汽车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，汽车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

12、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。 驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切相关。当驱动车轮采用非独立悬挂时，都是采用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥。与非断开式驱动桥相比较，断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量，从而改善汽车行驶平顺性，提高了平均行驶速度；减小了其策划行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；增加了汽车的离地间隙；由于驱动车轮与路面的接触情况及对各种地形的适应性较好，增强了车轮的抗侧滑能力；若与之配合的独立悬架导向机构设计合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。但

13、其结构复杂，成本较高。断开式驱动桥在乘用车和部分越野汽车上应用广泛。非断开式驱动桥结构简单，成本低，工作可靠，但由于其簧下质量较大，对汽车的行驶平顺性和降低动载荷有不利的影响。 本论文的的研究目的在于通过对汽车整体的匹配性设计完成驱动桥的主减 速器、差速器等部件型号的设计与计算，并完成校核的设计过程。 1.2国内外研究现状及发展趋势 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

14、有很大的差别。如果变速器出了故障，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。目前国内研究的重点在于：从桥壳的制造技术上寻求制造工艺先进、制造效率高、成本低的方法；从齿轮减速形式上将传统的中央单极减速器发展到现在的中央及轮边双级减速或双级主减速器结构；从齿轮的加工形式上车桥内部的的主从动齿轮、行星齿轮及圆柱齿轮逐渐采用精磨加工，以满足汽车高速行驶要求及法规对于噪声的控制要求。 1.3本论文的主要研究内容 (1) 完成汽车的总体布置和参数选择； (2) 汽车

15、驱动桥方案的确定； (3) 主减速器及差速器等部件的设计计算及校核。 第二章汽车总体参数的确定 2.1给定设计参数 汽车最高时速115km/h 装载质量2.5t 最小转弯半径12.5m 最大爬坡度0.3 同步附着系数0.4 2.2汽车形式的确定 2.2.1汽车轴数和驱动形式的选择 汽车可以有二轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对于轴载的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，如矿用自卸车等，均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。总质量在1926t的公路运输车采用

16、三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴和四轴以上的形式。 所以根据给定的汽车转载质量选择汽车的轴数为2轴。 汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选取驱动形式的主要因素。乘用车和总质量小些的商用车，多采用结构简单、制造成本低的42驱动形式。 所以选择汽车的驱动形式为42式。 2.2.2 汽车布置形式的选择 汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身的相互关系和布置特点而言。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数外，其布置形式对使用性能也有 重要影响。 货车可以根据驾驶室与发动机的相对位置不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。货车又可以根据发动机的位置不同分为发动机前置、中置

17、、和后置三种布置形式。 平头式货车总长和轴距尺寸短，最小转弯半径小，机动性能良好；不需要发动机罩和翼子板，加上总长缩短等因素的影响，汽车整备质量减小；驾驶员视野得到明显改善；采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性；汽车货箱与整车的俯视面积之比称为面积利用率，平头货车的该项指标较高。故本设计采用的布置形式为平头式货车。 发动机前置后桥驱动货车的主要优点是：可以采用直列、V型或卧式发动机；发现发动机故障容易；发动机的接近性良好，维修方便；离合器、变速器等操纵机构的结构简单，容易布置；货箱地板高度较低。并且大多货车均采用该形式的布置方式。 2.3 汽车主要参数的选择 汽车的主要参数包括尺寸参

18、数，质量参数和汽车性能参数。 2.3.1 汽车主要尺寸的确定 汽车的主要尺寸参数包括外廓尺寸、轴距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸等。 (1) 外廓尺寸 汽车的长、宽、高称为汽车的外廓尺寸。汽车长度尺寸小不仅可以减少行驶期间需要的道路长度，同时还可以增加车流密度，在停车时占用的停车场面积也小。除此之外，汽车的整备质量相应减少，这对提高比功率、比转矩和燃油经济性有利。 GB 15891989 汽车外廓尺寸限界规定如下：货车、整体式客车总长不应超过12m，单铰接式客车不超过18m，半挂汽车列车不超过16.5m，全挂汽车列车不超过20m；不包括后视镜，汽车宽不超过2.5m；空载、顶窗关闭状态下，

19、 汽车高不超过4m；后视镜等单侧外伸量不得超过最大宽度处250mm；顶窗、换气装置开启时不得超出车高300mm。 参考同类型货车的外廓尺寸，确定本设计中轻型货车的外廓尺寸为：长宽高540019502100mm (2)轴距L 轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距短时，上述个指标减小。此外轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长，汽车上坡、制动或加速时轴荷转移过大，使汽车制动性或操作稳定性变坏；车身纵向角振动增大，对平顺性不利；万向节传动轴的夹角增大。原则上对发动机排量大的乘用车、载重量或载客量多的货车或客车，轴距取得

20、长。对机动性要求高的汽车，轴距宜取短些。 表2-1 部分汽车的轴距和轮距 根据表2-1，本设计中选取轴距L=2800mm (3) 轮距B 改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。增大轮距则车厢内宽随之增加，并有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性变好；但是汽车的总宽和总质量及最小转弯半径等增加，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。 受总宽不得超过2.5m限制，轮距不宜过大。但在选定的前轮距范围内，应能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。在确定后轮距时，应考虑车架

21、两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及他们之间应留有必要的间隙。 部分汽车的轮距可以参考表2-1提供的数据进行初选。本设计中取为 1B =2B =1500mm (4) 前悬F L 和后悬R L 前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。增加前悬尺寸，减小了汽车的接近角，使通过性降低，并使驾驶员的视野变坏。因在前悬这段尺寸内要布置保险杠、散热器风扇、发动机、转向器等部件，故前悬不能缩短。长些的前悬尺寸有利于在撞车时对乘员起保护作用，也有利于采用长些的钢板弹簧。对于平头汽车，前悬还会影响前门上下车的方便性。初选的前悬尺寸，应当在保证能布

22、置下上述个总成、部件的同时尽可能的短些。对于载客量少的平头车，考虑到正面碰撞能有足够多的结构件吸收碰撞能量，保护前排乘员的安全，这又要求前悬有一定的尺寸。在本设计中，参考同类型车辆，选取F L =740mm 。 后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货箱货行李箱长度、汽车造型等有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。后悬长，则汽车离去角减小，使通过性降低，总质量在1.814.0t 的货车后悬一般在12002200mm 之间，特长货箱的汽车后悬可达到2600mm ，但不得超过轴距的55%。本设计中，选取 R L =1300mm 。 (5) 货车车头长度 货车车头长度系指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。车身形式，即长头型还是平头型对车头的长度有绝对影响。此外，车头长度尺寸对汽车的外观效果，驾驶室居住性、汽车面积利用率和发动机的接近性等有影响。 平头型货车一般在14001500mm 之间。 (6) 货车车厢尺寸 要求车厢尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装有足额定吨数。车厢边版高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响，一般应在450650mm 范围内选取。车厢内宽应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些，以缩短边板高度和车箱长度。对于能达到较高车速的货车，使用过宽的车箱会增加汽车的迎风面积，导致空气阻力增加。车箱内长应在满足运送上述货物达到额定吨位的条件下尽可