迈腾1.8T轿车转向驱动桥毕业设计说明书.docx

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1、迈腾1.8T轿车转向驱动桥毕业设计说明书 摘要 驱动桥的基本功用是将传动轴或变速器传来的转矩增大并适当降低转速后分配给左、右驱动车轮，其次驱动桥还要承受路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力和反作用力矩等。转向驱动桥在驱动桥的基础上增添了转向的功能，使汽车按照驾驶员的要求行驶。转向驱动桥组成包括主减速器、差速器、半轴、万向节、驱动桥桥壳等。驱动桥是汽车传动系中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好坏，驱动桥是汽车中的重要部件，它承受着来自路面和悬架之间的一切力和力矩，是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，如果设计不当会造成严重的后果。 本文以驱动桥的传统设计

2、方法为基础，详细研究了迈腾1.8T轿车的转向驱动桥的设计方法，提出了比较可行的设计思路。根据这一思路设计计算出数据并画出转向驱动桥的各零件图。同时我也查找了现有的迈腾1.8T轿车的驱动桥的结构原理，从样车对驱动桥的整体构造加深了解，结合最新有关驱动桥的信息和汽车设计书本上的知识来设计计算、绘制草图，然后运用AUTOCAD软件绘制总装配图，从而提了设计工作效率。 关键词：汽车驱动桥主减速器差速器半轴 目录 摘要 (3) 绪论 (3) 第一章驱动桥结构方案的选定 (4) 第二章主减速器设计 (5) 2.1 主减速器的结构形式 (5) 2.2 主减速器的类型 (5) 2.3 主减速器主、从动圆柱齿轮

3、的支承形式 (6) 2.4 主减速器的基本参数选择与计算 (7) 第三章差速器的设计 (16) 3.1 差速器结构形式选择 (16) 3.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计 (16) 第四章驱动车轮的传动装置设计. 错误！未定义书签。 4.1 半轴的型式. 错误！未定义书签。 4.2 半轴的设计计算. 错误！未定义书签。 4.3 半轴的强度较核. 错误！未定义书签。 4.4 半轴的结构设计及材料与热处理. 错误！未定义书签。第五章万向节设计. 错误！未定义书签。 5.1 万向节结构选择. 错误！未定义书签。 5.2 万向节的材料及热处理. 错误！未定义书签。 第六章驱动桥壳设计. 错误！未定义书签

4、。第七章转向节设计. 错误！未定义书签。 结论. 错误！未定义书签。参考文献. 错误！未定义书签。 绪论 汽车驱动桥位于传动系的末端。其基本功用是增扭、降速和改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理的分配给左右驱动车轮；其次，驱动桥还要承受作用于路面或车身之间的垂直力，纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器，差速器，车轮传动装置和桥壳组成。 设计驱动桥时应当满足如下基本要求： 1）选择适当的主减速比，以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。2）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。 3）齿轮及其它传动

5、件工作平稳，噪声小。 4）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。 5）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩； 在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。 6）与悬架导向机构运动协调。 7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。 驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为非断开式驱动桥和断开式驱动桥两大类。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥，称为非独立悬架驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥，称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构较复杂，但大大提高了汽车在不平路面上的行

6、驶平顺性。 第一章驱动桥结构方案的选定 本次设计的课题为轿车转向驱动桥的设计。 现在轿车多采用发动机前置前轮驱动的布置型式，只有高级轿车出于动力性和舒适性方面的考虑才采用后轮驱动的型式。由于汽车都把前轮作为转向轮，故轿车的驱动桥大多数为转向驱动桥。 首先转向驱动桥在轿车中是指具有转向功能的驱动桥。其主要功能有：一是把变速器传出的功率经其减速后传递给车轮使车轮转动；二是通过转向器把方向盘所受的转矩传递给转向杆从而使车轮转向。由于要求设计的是家用汽车的前驱动桥，要设计这样一个级别的驱动桥，一般选用断开式驱动桥以与独立悬架相适应。该种形式的驱动桥没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动

7、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，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬架驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架或车厢底板上，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架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。 综上所述，本设计选择断开式驱动桥的形式。断开式驱动桥结构复杂，成本较高，但它大大增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动

8、载荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增加了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增中汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。 第二章 主减速器设计 2.1 主减速器的结构形式 主减速器的结构型式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异。 影响主减速型式选择的因素有汽车类型、使用条件、驱动桥处的离地间隙、驱动桥数和布置形式以及主减速比0i ,其中0i 的大小影响汽车的动力性和经济性。 驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求： 1

9、)所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。 2)外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。 3)在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。 4)在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。 5)结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。 2.2 主减速器的类型 按主减速器的类型分，驱动桥的结构形式有多种，基本形式有三种如下： 1）中央单级减速器。此是驱动桥结构中最为简单的一种，更具有质量小、尺寸紧凑、 制造成本低等优点，是驱动桥的基本形式，因而广泛用于主传动比70i 的汽车上。因为乘用车一般5.430=i

10、，所以在主传动比较小的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。 2）中央双级主减速器。由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数 值或牵引总质量较大时，合来说，双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。 3）中央单级、轮边减速器。 其中，中央单级主减速器在轿车中应用广泛。它有以下几点优点： a 结构最简单，制造工艺简单，成本较低，是驱动桥的基本类型，在传动比较小的乘用车应用广泛； b 乘用车发动机前置前驱，使得驱动桥的布置形式要求简单，而且结构紧凑； c 随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，汽车使用条件对汽车通过性的要求降低。

11、 d 与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性提高。 按主减速器齿轮的类型的来分，主减速器分为：螺旋锥齿轮传动主减速器，双曲面齿轮传动主减速器，圆柱齿轮传动主减速器，蜗轮蜗杆传动主减速器。 1）螺旋锥齿轮传动； 其主、从动齿轮轴线相交于一点。交角可以是任意的，但在绝大多数的汽车驱动桥上， 主减速齿轮副都采用90交角的布置方案。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此螺旋锥齿轮能承受较大的负荷。加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另一端，因此其工作平稳，即使在高速动转时，噪声和振动也很小

12、。 2）双曲面齿轮传动： 其特点是主、从动齿轮的轴线不相交而呈空间交叉。其空间交叉角也都采用90夹角。主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上的偏移，称为上偏置或下偏置。该偏移量称为双曲面齿轮的偏移距。当偏移距大到一定程度时，可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴的上面或下面通过。这样就能在每个齿轮的两侧布置尺寸紧凑的支承。这对于增强支承刚度，保证齿轮正确啮合，从而提高齿轮寿命大有益处。与螺旋锥齿轮由于齿轮副的轴线相交而使主、从动齿轮的螺旋角相等的情况不同，双曲面齿轮的偏移距使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮的螺旋角，因此，双曲面齿轮传动副的法向模数或法向周节虽相等，但端面模数或端面周节是不等的。主动齿轮的端面

13、模数或端面周节大于从动齿轮的。这就使双曲面齿轮传动的主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮传动的主动齿轮有更大的直径和更好的强度及刚度。其增大的程度与偏移距的大小有关。另外，由于双曲面齿轮传动的主动齿轮的直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的当量曲率半径比相应的螺旋锥齿轮当量半径大，其结果是齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同，双曲面齿轮与接触应力相当的螺旋锥齿轮比较，负荷可提高达175%。如果双曲面主动齿轮的螺旋角变大，则不产生根切的最少齿数可减小，所以可选用较少的齿数，这有利于大传动比的传动。当要求传动比较大而轮廓尺寸有限时，采用双曲面齿轮传动更为合理。因为如果保持两种传动的主动齿轮轴径相等，则双曲面从

14、动齿轮的直径比螺旋锥齿轮的小。 3）蜗杆-蜗轮传动简称蜗轮传动： 蜗轮传动在汽车的驱动桥上也有所应用。蜗轮传动相对于螺旋锥齿轮及双曲面齿轮传动有一系列的优点。首先，在结构质量较小的情况下，采用蜗轮传动时单级减速即可得到大的传动比。因此，在超重型汽车上，当高速发动机与相对较低车速和较大轮胎直径之间的配合要求有大的主减速比（通常1480 i ）时，主减速器采用一级蜗轮传动最为方便，这时就不需要有第二级减速了。而主减速器采用其他类型的齿轮时，就需要用结构较复杂、轮廓尺寸及质量均较大且传动效率较低的双级减速；其次，蜗轮传动在整个使用期间在任何转速下都能工作得非常平稳、最为静寂无噪声；再者，与锥齿轮传动

15、相比，蜗轮传动更便于汽车的总体布置及贯通式多桥驱动的布置。另外，蜗轮传动还具有：能传递大的载荷，使用寿命长，在整个使用期间有高的传动效率，结构简单、拆装方便、调整容易等一系列的优点。与螺旋锥齿轮及双曲面齿轮主减速器相比，其惟一的缺点是要用昂贵的有色金属（青铜）制造，材料成本高，因此未能在大批量生产的汽车上推广应用。 由于迈腾1.8T 的轿车的发动机采用的是横置的形式，变速器也采用横置式，所以动力输出的方向正好与前桥轴线的方向平行。因此，此设计不必采用圆锥齿轮来改变动力旋转的方向，采用圆柱齿轮传动就可以满足要求。一般采用斜齿圆柱齿轮传动，驱动桥为断开式。动力通过左右两根半轴传递给车轮。 2.3

16、主减速器主、从动圆柱齿轮的支承形式 现代汽车主减速器主动锥齿轮的支承型式有以下两种： 1) 悬臂式：齿轮以其轮齿大端一侧的轴颈悬臂式地支承于一对轴承的外侧； 2) 骑马式：齿轮前后两端的轴颈均以轴承支承，故又称为“两端支承式”。 采用骑马式支承结构，可以使刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的1/30以下。由于结构的原因，主减速器的小斜齿轮采用骑马式安装，而主减速器的大齿轮也采用骑马式安装。 2.4 主减速器的基本参数选择与计算 2.4.1 主减速比0i 的确定 主减速比0i 的大小对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量以及变速器处于最高档位时汽车的动力性和燃料经济

17、性都有直接的影响。主减速比0i 的选择，应在汽车总体设计时和传动系的总传动比（包括变速器、分动器和取力器、驱动桥等传动装置的传动比）一起由汽车的整车动力计算来确定。由于发动机的工作条件和汽车传动系的传动比（包括主减速比）有关，可以采用优化设计方法对发动机参数与传动系的传动比及主减速比0i 进行最优匹配，以使汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。 对于具有很大功率储备的轿车、客车、长途公共汽车，尤其是对竞赛汽车来说，在给定发动机最大功率max e P 的情况下，所选择的0i 值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速max a V 。这时0i 值就按下式来确定： （3-1） 式中：r r 车轮的滚动半径

18、，m ； p n 最大功率时发动机的转速，r/min ； max a v 汽车的最高车速，km/h ； gh i 变速器最高挡传动比，通常为1。 查阅迈腾1.8T 轿车的有关资料得：轮胎类型与规格：215/55 R16 其中：215为轮胎名义断面宽度（mm ）； 55为轮胎名义高宽比（扁平率）； R 为子午线结构代号； 16为轮辋名义直径（in ）； 查长度单位换算表得：1英寸=2.54厘米 因此：轮辋名义尺寸直径16in=2.54*16cm=40.64cm 所以车轮的自由半径为r=40.64*10/2+215*0.55=321.45mm 对汽车作静力学分析时，应该用静力学半径；而作运动学分析

19、时，应该用滚动半径。但通常不计它们的差别统称为车轮半径r 。在本设计中认为二者数值相同。即： gh a p r i V n r i max 0377.0? = m r r 32145.0= 查资料得： 最大功率时发动机的转速为：rpm n p )62005000(=暂取rpm n p 5321 = 汽车最高车速为：h Km v a /211max = 变速器最高档传动比为：838.0=gh i 代入公式(3-1)得 4669.3838 .0211532132145.0377.0377.0max 0=?=? =gh a p r i V n r i 为计算方便取647.30=i 2.4.2 主减速

20、器齿轮计算载荷的确定 由于汽车行驶时传动系载荷的不稳定性，因此要准确地算出主减速器齿轮的计算载荷是比较困难的。通常是将发动机最大转矩配以传动系最低挡传动比时和驱动车轮在良好路面上开始滑转时这两种情况下作用在主减速器从动齿轮上的转矩（?j je T T 、）的较小者，作为载货汽车和越野汽车在强度计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷，即： (3-2) (3-3) 式中：max e T 发动机最大转矩，N m ； TL i 由发动机至所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比； T 传动系上述传动部分的传动效率，取9.0=T ； 0K 由于“猛接合”离合器而产生冲击载荷时的超载系数

21、，对于一般载货汽车、 矿用汽车和越野汽车以及液力传动及自动变速器的各类汽车取10=K ；当性 能系数0p f 时，可取20=K ，或由实验决定； n 该汽车的驱动桥数目； 2G 汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷（对于驱动桥来说，应考虑到 汽车最大加速时的负荷增大量），N ； ?轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取85.0=?；对LB LB r j i r G T ?2=n K i T T T TL e je 0max = 于越野汽车，取0.1=?；对于安装专门的防滑宽轮胎的高级轿车，计算时可 取25.1=?； r r 车轮的滚动半径，m ； LB LB i ,分别为由

22、所计算的主减速器从动齿轮到驱动桥之间的传动效率和传 动比（例如轮边减速等） 查资料得： 250max =e T N m 77792.13778.3467.3=?=TL i 9.0=T 由后面式（3-5）计算得0p f ，故：20=K 由于该轿车只有一个驱动桥则：1=n 由后面计算得：汽车满载有总重量为Kg G a 19150101915=?=， 查参考文献1汽车轴荷分配中乘用车发动机前置前驱满载时前轴分配为%60%47。本设计中取58%，N G 1110758.0191502=?= 由于该轿车是安装一般轮胎的公路用汽车，则：85.0=? 由上面计算可得：32145.0=r r m 由经验得：9

23、6.0=LB 由于该轿车无轮边减速器，则：1=LB i 将上述参数值代入公式（3-2）、（3-3）中计算得： 62022 9.0277792.132500max =?=n K i T T T TL e je N m 2.31611 96.032145.085.0111072=?=LB LB r j i r G T ?N m 汽车的类型很多，行驶工况又非常复杂，轿车一般在高速轻载条件下工作，而矿用汽车和越野汽车则在高负荷低车速条件下工作，没有简单的公式可算出汽车的正常持续使用转矩。但对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续转矩根据所谓平均比牵引力的值来确定，即主减速器从动齿轮的平均

24、计算转矩m T 为 )()(p H R LB LB r T a jm f f f n i r G G T +=N m （3-4） 式中：a G 汽车满载总重量，N ； r G 所牵引的挂车的满载总重量，N ，但仅用于牵引车的计算； r r 车轮的滚动半径，m ； R f 道路滚动阻力系数，计算时对于轿车可取R f =0.0100.015；对于载货汽车 可取0.0150.020；对城越野汽车可取0.0200.035； H f 汽车正常使用时的平均爬坡能力系数，通常对轿车取0.08；对载货汽车和城 市公共汽车取0.050.09；对长途公共汽车取0.060.10；对越野汽车取 0.090.30； p

25、 f 汽车或汽车列车的性能系数： ? ?+-=max )(195.0161001e T a p T G G f (3-5) 当16)(195.0max +e T a T G G 时，取0=p f LB i 、LB 、n 、max e T 和等见式(3-2)和式（3-3）下的说明。 由参考文献1得查得汽车总质量a m 的计算方法： 乘用车的总质量a m 是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。 乘用车的总质量a m 由整备质量0m 、乘员和驾驶员质量以及乘员的行李质量三部分组成。其中，乘员和驾驶员每人质量按每人质量按65kg 计，于是： n n m m a +=650 该式中，n 为包括驾驶员在内的载客数；a 为行李系数，可按参考文献1表1-5提供的数据取用。 迈腾1.8T 的整车整备质量为1540Kg ； 故Kg m a 19155105651540=?+?+=； 即Kg G a 19150101915=?=； 由于是轿车，所以0=r G ； 由上得： 32145.0=r r ； 轿车选用015.0010.0=R f ，取0125.0=R f ；