汽車驅(qū)動橋承載荷重設計書

1 汽車驅(qū)動橋承載荷重設計書 第 1 章 前 言 題研究的意義 的重要大總成 ,處于傳動系的末端 ,著汽車的簧上及地面經(jīng)車輪、車架或承載式車身經(jīng)懸架給予鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩 ,和沖擊載荷；增大由傳動軸或直接由變速箱傳來的轉(zhuǎn)矩 , 將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動車輪 , 并使左、右車輪具有汽車行駛運動學所要求的差速功能 ; 還傳遞著傳動系中的最大轉(zhuǎn)矩 , 橋殼還承受著反作用力矩。驅(qū)動橋的結構型式與驅(qū)動車輪的懸架結構密切相關。當驅(qū)動車輪采用非獨立懸架時 , 采用非斷開式驅(qū)動橋 ; 當驅(qū)動車輪采用獨立懸架時 , 則配以斷開 式驅(qū)動橋 , 即獨立懸架驅(qū)動橋。 整體式驅(qū)動橋一方面需要承擔汽車的重荷，另一方面車輪上的作用力以及傳遞扭矩所產(chǎn)生的反作用力矩也由驅(qū)動橋承擔，所以驅(qū)動橋的零件必須具有足夠的剛度和強度，以保證機件可靠的工作。驅(qū)動橋還必須滿足通過性及平順性的要求。對不同用途的汽車來說，驅(qū)動橋的結構形式雖然可以各不相同，但在使用中對它們的基本要求卻是一致的。 根據(jù)設計任務書的要求 ，對 載貨汽車的 驅(qū)動橋進行設計。 動橋的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及汽車技術的提高，驅(qū)動橋的設計、制造工藝都在日益完善 。驅(qū)動橋也和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術外，在機構設計中日益朝著“零件標準化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織的專業(yè)化目標前進。 2 目前國內(nèi)獨立懸架驅(qū)動橋在轎車、輕型越野車等中噸位軍用車上得到了應用 ,隨著獨立懸架汽車的快速發(fā)展 , 大噸位斷開式驅(qū)動橋的開發(fā)具有現(xiàn)實的緊迫性和必要性。它不僅可以提高汽車的平順性與機動性 , 也對汽車的行駛性能如動力性、經(jīng)濟性、通過性、操縱穩(wěn)定性等有直接影響。 隨著中國加入 費水平的提高，國內(nèi)市場對中重型車產(chǎn)品需求向多 層次、多品種方向發(fā)展， 市場需求預測未來市場對中重型載貨車的需求穩(wěn)步上升。特別是高速公路的飛速發(fā)展，為大噸位、大功率載貨車提供了得天獨厚的有利條件。據(jù)專家預測 , 在未來 客車的市場需求量僅僅是重型載貨汽車的 10%左右 , 市場空間不大；因此 , 各企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重點都放在重卡驅(qū)動橋上。客車驅(qū)動橋產(chǎn)品可以保留 , 用以滿足客車生產(chǎn)的需要。 2005 年及以后的幾年內(nèi) , 重型汽車所需驅(qū)動橋總成將會形成以下產(chǎn)品格局 : 公路運輸以10t 及以上單級減速驅(qū)動橋、承載軸為主 , 工 程、港 口等用車以 10t 級以上雙級減速驅(qū)動橋為主。公路運輸車輛 向大噸位、多軸化、大功率方向發(fā)展 , 使得驅(qū)動橋總成也向傳動效率高的單級減速方向發(fā)展。未來我國的重型車橋產(chǎn)品中 75%的驅(qū)動橋?qū)⑹菃渭夠?qū)動橋。而作為雙級減速的 1。 文研究的內(nèi)容及設計參數(shù) 究內(nèi)容 根據(jù)設計任務書的要求，對 載貨汽車的驅(qū)動橋進行設計。內(nèi)容包括： （ 1） 總體設計； （ 2）主減速器的設計； （ 3）差速器的設計； （ 4）半軸的設計； （ 5）驅(qū)動橋殼的設計。 計參數(shù) 載貨汽車的設計參數(shù)如下： （ 1） 裝 載質(zhì)量 5000質(zhì)量 9410 3 （ 2） 最高車速 90km/h； （ 3） 車輪滾動半徑 490 （ 4） 發(fā)動機最大扭矩 560 （ 5） 采用 6 擋變速器，各擋傳動比為 本文的研究目的在于通過對汽車整體的匹配性設計完成驅(qū)動橋的主減速器、差速器、半軸及橋殼等部件型號的設計與計算，并完成校核的設計過程。 第 2 章 驅(qū)動橋的總體設計 動橋的設計要求 對驅(qū)動橋的基本要求可以歸納為 9： （ 1） 所選擇的主減速比應能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性； （ 2） 當兩驅(qū)動車輪以不同角速度轉(zhuǎn)動時，應能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而且連續(xù)不斷（無脈動）地傳遞到兩個驅(qū)動車輪上； （ 3） 當左、右兩驅(qū)動車輪與地面的附著系數(shù)不同時，應能充分利用汽車的牽引力； （ 4） 能承受和傳遞路面與車架或車廂間的鉛垂力、縱向力和橫向力，以及驅(qū)動時的反作用力矩和制動時的制動力矩； （ 5） 驅(qū)動橋各零部件在保證其剛度、強度、可靠性及壽命的 前提下應力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對驅(qū)動橋的沖擊載荷，從而改善汽車的平順性； （ 6） 輪廓尺寸不大以便于汽車總體布置并與所要求的驅(qū)動橋離地間隙相適應； 4 （ 7） 齒輪與其它傳動件工作平穩(wěn)，無噪聲； （ 8） 驅(qū)動橋總成及零部件設計應盡量滿足零件的標準化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求； （ 9) 在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況有高的傳動效率； （ 10） 結構簡單、維修方便，機件工藝性好，制造容易。 動橋的 結構型式 驅(qū)動橋分兩大類：斷開式驅(qū)動橋和非斷開式驅(qū)動橋。驅(qū)動橋型式與整車有非常密切的關系。根 據(jù)整車的通過性、平順性以及操縱穩(wěn)定性對懸架結構提出了要求，如懸架選擇了合適的結構型式，而驅(qū)動橋的結構也必須與懸架相適應。驅(qū)動車輪采用獨立懸架時，應選用斷開式驅(qū)動橋；驅(qū)動車輪采用非獨立懸架時，則應選用非斷開式驅(qū)動橋。因此，驅(qū)動橋的選型應從汽車的類型、使用條件和生產(chǎn)條件出發(fā)，并和其他各部件的結構型式與特性相適應，以保證汽車達到預期性能要求。 由于本設計中所設計的車型為 載貨汽車，由行駛條件及成本出發(fā)，采用非獨立懸架及非斷開式驅(qū)動橋。這種型式驅(qū)動橋在汽車，尤其是載重汽車上應用相當廣泛。它主要優(yōu)點是 ：結構簡單、制造工藝性好、成本低、可靠性高、維修調(diào)整容易等。 動橋的總體結構設計 結構主要 由驅(qū)動橋橋殼、主減速器、差速器和半軸組成，如圖 2 驅(qū)動橋橋殼是汽車上的主要零件之一，既是承載件又是傳力件，同時它又是主減速器、差速器及驅(qū)動車輪傳動裝置（如半軸）的外殼。 主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應降低轉(zhuǎn)速，以及當發(fā)動機縱置時還具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用。 差速器功用是當汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅(qū)動車輪以不同的角速度 滾動，以保證兩側驅(qū)動輪與地面間作純滾動運動。 半軸是在差速器與驅(qū)動輪之間傳遞動力的實心軸。 5 圖 2動橋結構簡圖 6 第 3 章 主減速器的設計 減速器的結構型式 主減速器一般根據(jù)所采用的齒輪形式、主動和從動齒輪的裝置方法以及減速形式的不同而互異。 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動橋中，主減速器采用得最廣泛的是 “ 格里森 ” (或“ 奧利康 ” (的螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪 10。在雙級主減速器中，通常還要加一對圓柱齒輪 （ 多采用斜齒圓柱齒輪，少數(shù)采用直齒或人字形齒圓柱齒輪 ） 或一組行星齒輪。在輪邊減速器中則常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳動或行星齒輪傳動。 圖 310。 雙曲面齒輪傳動是主、從動齒輪的軸線都不相交而呈空間交叉（其空間交叉角采用 900夾角）。采用雙曲面齒輪作為汽車驅(qū)動橋的主減速器齒輪時，其偏移距給汽車的總體布置帶來方便。由由于雙曲面轉(zhuǎn)動主動齒輪螺旋角的增大，導致其進入嚙合 的平均齒數(shù)比螺旋錐齒輪相應的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動工作更加平穩(wěn)、無噪聲，強度也高。 本方案主減速器采用雙曲面圓錐齒輪傳動 。 圖 3種不同的主減速器的結構型式 (a) 螺旋錐齒輪式 (b) 雙曲面齒輪式 (c) 圓柱齒輪式 (d) 蝸桿傳動式 7 減速器的減速 型 式 主減速器的減速型式分為單級減速、雙級主減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等 11。 單級主減速器具有結構簡單、體積及質(zhì)量小且制造成本低等優(yōu)點，因此廣泛應用于主減速比 取 0，因 9410 ） /560=6，故 ； 由公式（ 3得 m 減速器齒輪基本參數(shù)的計算 （ 1） 齒數(shù)的選擇 取 主動錐齒輪的齒數(shù) ， 從動錐齒輪的齒數(shù) 5。 修正0 1/i Z Z= （ 2） 節(jié)圓直徑的 選擇 322 =(13 16) 3 21110 =中：2 直徑系數(shù)，取 1316。 取 2d =440 （ 3） 齒輪端面模數(shù)的選擇 齒輪的大端端面模數(shù) 9： 式中 ： 模數(shù)系數(shù)，m 則 9.8m 從而，本方案取 m= （ 4） 齒面寬的選擇 2155.0 =440=常小齒輪的 加大 10較為合適，即 12 = 5） 雙曲面齒輪的偏移距 對于輕型載貨汽車，不應超過從動齒輪節(jié)錐距00 (接近于從動齒輪節(jié)圓直徑的 20 )。即 2%)12%10( = 44 4 0%)12%10( E 45 （ 6） 雙曲面齒輪的偏移方向 為降低主動錐齒輪和傳 動軸的位置，降低地板凸包高度，從而使整個車身和整個重心降低，有利于提高行駛穩(wěn)定性，本方案采用下偏移。 （ 7） 雙曲面齒輪的螺旋方向 與下偏移相對應，主動齒輪的螺旋方向為左旋，從動齒輪為右旋 9。 雙曲面齒輪偏移反方向的規(guī)定：由從動齒輪的錐頂向其齒面看去并使主動齒輪位于右側，這時，如果主動齒輪在從動齒輪的中心線上方，則為上偏移，在從動齒輪中心線的下方，則為下偏移。 （ 8） 齒輪法向壓力角 的選擇 “ 格里森 ” 制規(guī)定，對于雙曲面齒輪，由于其主動齒輪輪齒兩側的法向壓力角不等，因此應按平均壓力角考慮，載 貨汽車多采用 2230的平均壓力角。本方案中，齒輪的法向壓力角取為 2230。 （ 9） 螺旋角 的選擇 2121 90525 式中， 1Z ， 2Z 主、從動齒輪齒 數(shù)， 2Z = 45， 1Z =7； E 雙曲面齒輪偏移距 E=45 從動 輪節(jié)圓直徑， 40 則 ， 本方案取 451 。 確定了小齒輪的螺旋角以后可用下式近似地確定大齒輪的名義螺旋角 ， 為偏移角近似值， 13 22 = 2 從動齒輪的名義螺旋角 2=1 = 雙曲面齒輪傳動的平均螺旋角 1 小齒輪節(jié)圓直徑 )c c (22211 d=（ 7 45） 440（ =齒輪模數(shù) m1=1=旋錐齒輪 與雙曲面 齒輪的基本參數(shù)確定之后，計算用表 9進行幾何尺寸計算。 計算得出 主減速器雙曲面齒輪的基本數(shù)據(jù) 如表 3 表 3減速器 雙曲面齒輪的基本數(shù)據(jù) 序號 參數(shù) 符號 計算數(shù)據(jù) 1 小齒輪齒數(shù) 2 大齒輪齒數(shù) 5 3 小齒輪齒面寬 F 68.2 小齒輪軸線偏移距 E 45 大齒輪節(jié)圓直徑 40 刀盤明義直徑 小齒輪中心螺旋角 1 45 8 大齒輪中心螺旋角 2 9 小齒輪節(jié)錐角 1 10 大齒輪節(jié)錐角 2 11 大齒輪節(jié)錐頂點到小齒輪軸線的距離 z 2 大齒輪節(jié)錐距 14 13 大齒輪的齒頂角 2 14 大齒輪的齒根角 2 15 大齒輪的齒頂高 2h 6 大齒 輪的齒根高 2h 7 徑向間隙 C 8 大齒輪的齒全高 h 9 大齒輪的齒工作高 0 大齒輪的面錐角 02 21 大齒輪的根錐角 22 大齒輪外圓直徑 3 大齒輪外緣到小齒輪軸線的距離 4 大齒輪面錐頂點到小齒輪軸線的距離 0z 5 大齒輪根錐頂點到小齒輪軸線的距離 號 參數(shù) 符號 計算數(shù)據(jù) 26 小齒輪的面錐角 01 27 小齒輪面錐頂點到大齒輪軸線的距離 0G 8 小齒輪外緣到大齒輪軸線的距離 9 小齒輪齒前緣到大齒輪軸線的距離 0 小齒輪外圓直徑 1 小齒輪根錐頂點到大齒輪軸線的距離 2 小齒輪的根錐角 15 33 最小齒側間隙允許值 4 最大齒側間隙允許值 主減速器雙曲面齒輪的強度計算及校核 (1) 單位齒長上的圓周力 單位齒長上的圓周力 11： N/ (3式中， p 單位齒長上的圓周力， N/ P 作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最大附著力矩兩種載荷工況進行計算； F 從動齒輪的齒面寬 ， (a) 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及一擋傳動比計算時 N/ (3式中 ： 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩， 560m； 變速器傳動比，常取一擋及直接擋進行計算 gg 1d 主動齒輪節(jié)圓直徑， 1d = 則 p=429N/p， 即按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及一擋傳動比計算時，齒輪的單位齒長上所受圓周力合適。 (b) 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及直接擋計算時 N/ （ 3 式中，4gg =1.其余參數(shù)與上 公式（ 3 同。 16 則 p=50N/p， 即按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及直接擋傳動比計算時，齒輪的單位齒長上所受圓周力合適。 (c) 按最大附著力矩計算時 N/ （ 3 式中 ： 2G 驅(qū)動橋?qū)β访娴呢摵桑?2G =65513 N； 輪胎與地面的附著系數(shù)， = r 輪胎的滾動半徑， r =m ； 2d 主減速器從動齒輪的節(jié)圓直徑， 2d =440 則 p= 其許用單位齒長上的圓周力 p為 1429N/現(xiàn)代汽車設計中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造工藝質(zhì)量的提高，計算所得的 p 值的 20% 25%。 % 2 9 1 4 2 1 1 p 20% 即按最大附著力矩計算時，齒輪單位齒長上所受圓周力合適。 (2) 輪齒彎曲強度計算 輪齒彎曲強度 13： 03102 N/ (3式中 ： 輪齒的計算轉(zhuǎn)矩，從動齒輪按 ,je 者中之較小者和于主動齒輪還需將上述轉(zhuǎn)矩換算到主動齒輪上； 0K 超載系數(shù)，0 1K ； 尺寸系數(shù)。當端面模數(shù) s ； 載荷分配系數(shù)，支承剛度小時取大值。 17 質(zhì)量系數(shù)，； F 計算齒輪的齒面寬， Z 計算齒輪的齒數(shù)； m 端面模數(shù)， J 計算彎曲應力用的綜合系數(shù)。 (a) 按發(fā)動機最大載荷計算從動齒輪時 1110Nm ， Z=45， J=F=m= 4 s = 則 11 01 0 002 2 w=55900 w滿足要求。 (b) 按最大附著力矩 計算從動齒輪時 m，則 w= w即從動齒輪的彎曲強度合適。 (c) 按發(fā)動機最大載荷計算主動齒輪時 11