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機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目: HG7161汽車設(shè)計(jì)——驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2011年 05 月25 日 目次 1.設(shè)計(jì)題目分析……………………………………………………………………3 2.主減速器設(shè)計(jì)……………………………………………………………………4 2.1 減速器的結(jié)構(gòu)形式…………………………………………………………4 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………5 2.3主減速器錐齒輪的主要參數(shù)選擇 …………………………………………6 2.4 主減速器錐齒輪的材料……………………………………………………10 2.5 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………10 2.6 主減速器軸承計(jì)算及選擇…………………………………………………13 3.差速器的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………18 3.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇…………………………………………………………19 3.2 差速器參數(shù)確定………………………………………………………………20 3.3 差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算………………………………………22 3.4 差速器直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………23 4.半軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………24 4.1半軸型式……………………………………………………………………24 4.2半軸參數(shù)設(shè)計(jì)及計(jì)算…………………………………………………………26 4.3半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………28 4.4半軸其他主要參數(shù)的選擇……………………………………………………29 4.5半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理……………………………………………29 5.橋殼及橋殼附件設(shè)計(jì)……………………………………………………………30 5.1驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)方案選擇……………………………………………………30 5.2驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………32 5.3材料的選擇…………………………………………………………………34 設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………………………………………35 致 謝……………………………………………………………………………36 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………37 1.設(shè)計(jì)題目分析： 本次設(shè)計(jì)題目為轎車驅(qū)動(dòng)器，車型為HG7161家用乘用車。 具體參數(shù)如下： 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 4000r/min 最大扭矩： 180N.m 汽車總重量： 1560kg 主傳動(dòng)比： 3.56。 設(shè)計(jì)要求： 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼。 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng) 滿足如下基本要求： 1） 選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 2） 外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。 3） 齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 4） 在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率。 5） 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。 6） 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。 7） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。 驅(qū)動(dòng)橋分為斷開式和非斷開式。在選擇的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)從所設(shè)計(jì)的汽車類型及使用、生產(chǎn)條件出發(fā)，還得和所設(shè)計(jì)的其他部件結(jié)合，尤其是懸架，一次保證整車的預(yù)期性能和使用要求。 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸架形式密切相關(guān)。當(dāng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為非斷開式；當(dāng)采用獨(dú)立懸架時(shí)，為保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為斷開式。具有橋殼的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝行好、成本低、工作可靠、維修調(diào)整容易，廣泛應(yīng)用于各種載貨汽車、客車及多數(shù)的越野汽車和小轎車上。但整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋均屬于簧下質(zhì)量，對(duì)于汽車平順性和降低動(dòng)載荷不利。斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，但它大大地增加了離地間隙；減小了簧下質(zhì)量，從而改善了行駛平順性，提高了汽車的平均車速；減小了汽車在行駛時(shí)作用于車輪和車橋上的動(dòng)載荷，提高了零部件的使用壽命；由于驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性較好，大大增強(qiáng)了車輪的抗側(cè)滑能力；與之相配合的獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得合理，可增加汽車的不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)，提高汽車的操縱穩(wěn)定性。這種驅(qū)動(dòng)橋在轎車和高通過性的越野車上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 本課題要求設(shè)計(jì)HG7161家用乘用車的驅(qū)動(dòng)橋，根據(jù)結(jié)構(gòu)、成本和工藝等特點(diǎn)，所以我們采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，這樣，成本低，制造加工簡(jiǎn)單，便于維修。 2.主減速器設(shè)計(jì) 2.1減速器的結(jié)構(gòu)形式 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。 1， 主減速器的齒輪類型 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式?，F(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋的主減速器齒輪廣泛采用螺旋錐齒輪。螺旋錐齒輪傳動(dòng)在承受較高載荷時(shí)，工作平穩(wěn)，噪音小，滑動(dòng)速度低，作用在齒面上的接觸負(fù)荷也小。所以本題采用單級(jí)錐齒輪。 2，主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 本題為設(shè)計(jì)輕型轎車，所以采用懸臂式安裝。采用懸臂式安裝時(shí)，為保證齒輪的剛度，主動(dòng)齒軸頸應(yīng)盡可能加大，并使二軸承間距離比懸臂距離大2.5倍以上。 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 1， 主減速器計(jì)算載荷的確定 發(fā)動(dòng)機(jī)選擇 HG7161輕型轎車大多采用CAF488Q1發(fā)動(dòng)機(jī)，所以此處也采用此發(fā)動(dòng)機(jī)。其參數(shù)最大扭矩為：180N.m/4000rpm。 主減速比i0的確定 對(duì)于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車、長(zhǎng)途公共汽車尤其是競(jìng)賽車來說，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的i值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時(shí)i值應(yīng)按下式來確定： 式中 ---------車輪的滾動(dòng)半徑，此處給定輪胎型號(hào)為185/65R14，所以滾動(dòng)半徑為18565%+1425.4/2=298.05mm。 igh---------變速器量高檔傳動(dòng)比。igh =0.67 把nn=4000r/n , =184km/h代入上式 計(jì)算得i=3.64 1） 、按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Ｔce Tce= 式中： Tce---------計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； Temax---------發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =180N.m n---------計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)， n= 1； if---------分動(dòng)器傳動(dòng)比， if= 1； i0---------主減速器傳動(dòng)比， i0=3.64； η---------變速器傳動(dòng)效率， η=0.90； k---------液力變矩器變矩系數(shù)， K=1； Kd---------由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1； i1---------變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=3.66； 將數(shù)據(jù)代入上式可得： Tce=2158.23N.m 2）、按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 式中：--------每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸上的重量，為60%G=60%16200=9720N --------加速時(shí)重量轉(zhuǎn)移系數(shù)，此處為1.1； ----------輪胎與路面的附著系數(shù)，對(duì)于一般輪胎的公路用汽車在良好的混凝土或?yàn)r青路上可取0.85； ---------車輪滾動(dòng)半徑，0.298m； ---------車輪到從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)比，取1； ----------車輪到從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率，一般為0.9； 將數(shù)據(jù)代入公式可得到=3009.2 N.m 3）、按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 式中：----------汽車總重量，16200N； -----------車輪滾動(dòng)半徑，0.298m； ------------從動(dòng)錐齒輪到輪邊減速比，取1； -----------驅(qū)動(dòng)軸傳動(dòng)效率，圓弧錐齒輪取0.90； -----------公路坡度系數(shù)，它代表汽車在設(shè)計(jì)時(shí)要求能夠持續(xù)爬坡的能力，而不是公路的坡度系數(shù)，取0.06； -----------性能系數(shù)，代表汽車在坡度上的加速能力，取0.017； 代入公式可得：=413.03 所以，N.m 最大計(jì)算扭矩取1，2計(jì)算的較小值，所以 2158.23N.m 計(jì)算轉(zhuǎn)矩： N.m 2.3主減速器錐齒輪的主要參數(shù)選擇 1)主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2 選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素； 為了嚙合平穩(wěn)、噪音小和具有高的疲勞強(qiáng)度，大小齒輪的齒數(shù)和不少于40在轎車主減速器中，小齒輪齒數(shù)不小于9。 查閱《汽車課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》資料表6-4，主減速器的傳動(dòng)比為3.64，初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1=11，從動(dòng)齒輪齒數(shù)z2=40。 所以計(jì)算得i=3.64，2158.23N.m，N.m。 2）從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù) 對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即 ——直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0 ——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為Tce和Tcs中的較小者 所以 =（13.0～16.0）=（167.99～206.77） 初選=200 則=/=200/40=5 初選=5mm， 則=200 根據(jù)=來校核=5選取的是否合適，其中=（0.3～0.4） 此處，=（0.3～0.4）=（3.88～5.17），因此滿足校核。 主動(dòng)錐齒輪大端模數(shù) =（0.598～0.692） =5.20～6.02 取=6mm，所以=66mm 3） 主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬和 錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過窄及刀尖圓角過小，這樣不但會(huì)減小了齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)力，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時(shí)載荷集中于輪齒小端，會(huì)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會(huì)降低。 對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對(duì)于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用： =0.155200=31 一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大10%較為合適，在此取=1.1=34 4） 中點(diǎn)螺旋角 齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。 汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35～40，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取35。 5） 螺旋方向 主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢(shì)，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。 6） 法向壓力角 加大壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來說，在此輕型轎車選擇壓力角 7） 具體參數(shù)如下表 參數(shù)及其計(jì)算確定 名 稱 代號(hào) 計(jì) 算 公 式 和 說 明 計(jì)算結(jié)果 軸交角 按需要確定，一般，最常用 螺旋角 通常，最常用。 名 稱 代號(hào) 計(jì) 算 公 式 和 說 明 計(jì)算結(jié)果 大端分度圓直徑 按照經(jīng)驗(yàn)公式初定，得到端面模數(shù)，然后 分錐角 ， 外錐距 齒寬系數(shù) 齒寬 中點(diǎn)模數(shù) 中點(diǎn)法向模數(shù) 中點(diǎn)分度圓直徑 中點(diǎn)錐距 頂隙 ，頂隙系數(shù) 齒頂高 ，齒頂高系數(shù) ， 齒根高 , 工作齒高 全齒高 齒根角 齒頂高 頂錐角 根錐角 2.4 主減速器錐齒輪的材料 驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求： a） 具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。 b） 齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。 c） 鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。 d） 選擇合金材料是，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 汽車主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。在此選擇材料為20CrMnTi。 為改善新齒輪的磨合，防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。 2.5 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （1） 單位齒長(zhǎng)上的圓周力 在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來估算 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) N／mm 式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取180； ——變速器的傳動(dòng)比；3.66 ——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取66mm. 按上式 N／mm （2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 N/ 式中：——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=2158.23Nm;=413.03Nm. 　——超載系數(shù)；在此取1.0 　——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)， 　　　　　　當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.67 　——載荷分配系數(shù)，跨置式，取1。 　——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向 　　　　　　　跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0; 　——計(jì)算齒輪的齒面寬，31mm; 　——端面模數(shù)，5mm; 　——計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)。　　　 　　　　載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。按圖2-1選取小齒輪的＝0.198. 按上式＝471.17N/< 700N/ =90.17 N/<700N/ 所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 圖2-1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J (3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算 　　 錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為 N/　　　　　 式中：——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；=2158.23Nm;=413.03Nm. 　　　——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6/mm; 　 ，，——與上一式相同； ——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取1.0； ——表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒，磨齒等），即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)（如鍍銅，磷化處理等）。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取1.0 ——計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)）。它綜合考慮了嚙合齒面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)的因素的影響，按圖2-2選取=0.254 按上式=2135.8〈2800N/ =334.45〈2800N/ 所以均滿足要求。 以上公式（2-6）～（2-10）以及圖2-1，圖2-2均參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》［１］ 圖2-2 接觸計(jì)算用綜合系數(shù) 2.6主減速器軸承計(jì)算及選擇 1．錐齒輪齒面上的作用力 錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。 為計(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算： 　(2-11) 式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取180Nm； 　　　，…——變速器在各擋的使用率，可參考表2-3選取； 　　　，…——變速器各擋的傳動(dòng)比； 　　　，…——變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率，可參考表2-3選??； 表2-3　及的參考值 經(jīng)計(jì)算為157.88Ｎｍ (1) 齒寬中點(diǎn)處的圓周力F ＝N　 式中：——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩，為上式計(jì)算結(jié)果。 ——該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑. 對(duì)于圓錐齒輪的齒面中點(diǎn)的分度圓直徑 經(jīng)計(jì)算＝200-31.sin74.624=170.11mm =46.78mm 按上式主減速器主動(dòng)錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力 ==928.11N （2）錐齒輪的軸向力和徑向力 圖2-3 主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖 如圖2-3，主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮?，從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，F(xiàn) 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，在A點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)分解成兩個(gè)相互垂直的力F和，F(xiàn)垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)圓母線方向的力。F與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn)與之間的夾角為法向壓力角，這樣就有： 作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力A和徑向力R分別為 由以上二式可計(jì)算得： =735.95N =225.31N 以上二式參考《汽車設(shè)計(jì)》。 2.主減速器軸承載荷的計(jì)算 軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。采用圓錐滾子軸承作支承時(shí)，應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力，圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。當(dāng)主減速器的齒輪尺寸，支承形式和軸承位置已確定，則可計(jì)算出軸承的徑向載荷。 軸承布置圖如下： 其中：a=120mm，b=45mm，c=70mm，d=108mm。 軸承受力如下表 軸承號(hào) 力的名稱 公 式 計(jì) 算 結(jié) 果 A 徑向力 1276.2N 軸向力 735.95N B 徑向力 352.99N 軸向力 0 0 C 徑向力 793.44N 軸向力 225.31N D 徑向力 657.22N 軸向力 0 0 3.錐齒輪軸承型號(hào)的確定 軸承A 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P ==0.58 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-7 有 錐齒輪圓錐滾子軸承e值為0.36，故 >e，由此得X=0.4,Y=1.7。另外查得載荷系數(shù)fp=1.2。 P=fp（XFr+YFa） 將各參數(shù)代入式中，有： P=1761.6N 軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)負(fù)荷C′r Cr= 式中： ft—溫度系數(shù)，查文獻(xiàn)[4]，得ft=1； ε—滾子軸承的壽命系數(shù)，查文獻(xiàn)[4]，得ε=10/3； n—軸承轉(zhuǎn)速，r/min； L′h—軸承的預(yù)期壽命，5000h； 對(duì)于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說，主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 r/min 式中：——輪胎的滾動(dòng)半徑，m ——汽車的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車和公共汽車可取30～35 km/h，在此取50 km/h。 所以有上式可得==446.3 r/min 而主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速=446.33.64=1624.6r/min 將各參數(shù)代入式中，有； C′r=11.28kN 初選軸承型號(hào) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-7，初選圓錐滾子軸承7207E。 =51.5kN>11.28kN 驗(yàn)算7205E圓錐滾子軸承的壽命 Lh= 將各參數(shù)代入上式中，有： Lh =165030h>5000h 所選擇7207E圓錐滾子軸承的壽命高于預(yù)期壽命，故選7207E軸承,經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)軡M足。 同樣的選擇方法，軸承B選擇7208E型圓錐滾子軸承，軸承C選擇7210E型，軸承D選擇7210E型，經(jīng)以上相同方法驗(yàn)證均滿足要求。 另外， 對(duì)于軸，需滿足： P---軸傳遞的功率，67kw A。=110，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，高等教育出版社 所以，主動(dòng)齒輪軸，28.1mm， 從動(dòng)齒輪軸，43.3mm，以上軸承也都滿足。 3.差速器的設(shè)計(jì) 汽車在行使過程中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(dòng)半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行使阻力不等等。這樣，如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會(huì)加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。 差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，用來保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。 3.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器。 普通齒輪式差速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器要圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。 強(qiáng)制鎖止式差速器就是在對(duì)稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。差速鎖在軍用汽車上應(yīng)用較廣。 查閱文獻(xiàn)[5]經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)形式選擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪(少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車多采用2個(gè)行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個(gè)行星齒輪的差逮器采用十字軸結(jié)構(gòu))，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛地用在轎車、客車和各種公路用載貨汽車上．有些越野汽車也采用了這種結(jié)構(gòu)，但用到越野汽車上需要采取防滑措施。例如加進(jìn)摩擦元件以增大其內(nèi)摩擦，提高其鎖緊系數(shù)；或加裝可操縱的、能強(qiáng)制鎖住差速器的裝置——差速鎖等。 圖3-2 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器 1，12-軸承；2-螺母；3，14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5，13-螺栓； 6-半軸齒輪墊片； 7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片；11-差速器右殼 3.2差速器參數(shù)確定 1，行星齒輪差速器的確定 1）行星齒輪數(shù)目的選擇 依照《汽車工程手冊(cè)》，轎車及一般乘用車多用2個(gè)行星齒輪，貨車汽車和越野汽車多用4個(gè)，少數(shù)騎車用個(gè)行星齒輪。本車差速器應(yīng)選行星齒輪數(shù)為2個(gè)（輕載乘用車汽車） 2）行星齒輪球面半徑的確定 差速器的尺寸通常決定于，它就是行星齒輪的安裝尺寸，可根據(jù)公式來確定。 =2.99=45.843mm 式中：— 行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.52~2.99（有四個(gè)行星齒輪的轎車和公路用貨車取小值；有2個(gè)行星齒輪的轎車，以及越野汽車、礦用汽車取大值）；在此取2.95 — 差速器計(jì)算扭矩。在此為2158.23N.m 計(jì)算得 38.12mm 取38mm 3）預(yù)選其節(jié)錐距 mm 4）行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(shù)，以使齒輪有較高的強(qiáng)度，行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)盡量少，但一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)取14~25；半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比多在1.5~2范圍內(nèi)；左、右半軸齒輪的齒數(shù)和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，否則將不能安裝。根據(jù)這些要求初定半軸齒輪齒數(shù)為18；差速器行星輪個(gè)數(shù)為2，齒數(shù)為10。 5）行星齒輪節(jié)錐角、模數(shù)和節(jié)圓直徑的初步確定 行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角、計(jì)算如下： 6）大端模數(shù)及節(jié)圓直徑的計(jì)算 mm 取4mm 分度圓直徑 ， m mm 7）壓力角 過去汽車差速器齒輪都選用壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為1，而最少齒數(shù)為13?，F(xiàn)在大都選用的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減少至10。某些重型汽車也可選用壓力角。` 所以初定壓力角為 8) 行星齒輪安裝孔直徑及其深度的確定 根據(jù)《汽車工程手冊(cè)》中： mm 式中：— 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.m； — 行星齒輪數(shù)；2 — 為行星齒輪支撐面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x（，為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而），計(jì)算結(jié)果為28.8mm； —支撐面的許用擠壓應(yīng)力，取為69N/mm。 3.3差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 1.行星齒輪齒數(shù) （應(yīng)盡量取小值） 取10 2.半軸齒輪齒數(shù) 且須滿足安裝條件 取18 3.模數(shù) 4.變位系數(shù) 5.齒頂高系數(shù) 6.徑向間隙系數(shù) 7.齒面寬 8.齒工作高 9.齒全高 10.壓力角 11.軸交角 12.節(jié)圓直徑 13.節(jié)錐角 14.節(jié)錐距 15. 周節(jié) 16.齒頂高 17.齒根高 3.4差速器直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)疲勞壽命則不予考慮，這是因?yàn)樾行驱X輪在工作中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用，僅在左、右驅(qū)動(dòng)車輪有轉(zhuǎn)速差時(shí)行星齒輪與半軸齒輪之間才有相對(duì)滾動(dòng)的緣故。 汽車的差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為： （N/mm） 式中： —差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩， N.m； —主減速?gòu)膭?dòng)輪所傳遞的扭矩； —行星齒輪數(shù)目； —半軸齒輪齒數(shù)； —超載系數(shù)，一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車，以及液力傳動(dòng)的各類汽車均取； —質(zhì)量系數(shù)，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋齒輪可??； —尺寸系數(shù)，當(dāng)端面模數(shù)mm時(shí)，?。? —載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均為騎馬式支撐時(shí)， ??； 、——分別為計(jì)算齒輪的齒面寬（mm）、和模數(shù)； —汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力計(jì)算用的綜合系數(shù)；查表為0.258 —許用彎曲應(yīng)力為980N/mm； 當(dāng)T。為2158.23N.m時(shí)， N.m 計(jì)算得mpa>980 不滿足要求，所以將F增大至25mm 再次計(jì)算得=697.1<980，符合要求 當(dāng)T。為時(shí)， N.m =133.41<980Mpa 即滿足要求。 4.半軸的設(shè)計(jì) 4.1半軸型式 從差速器傳出來的扭矩經(jīng)過半軸，輪轂最后傳給車輪，所以半軸是傳動(dòng)系中傳遞扭矩的一個(gè)重要零件。 半軸由于受力情況不同，它有半浮動(dòng)式、3/4浮動(dòng)式和全浮動(dòng)式三種型式。半軸傳遞扭矩是它的首要任務(wù)。但由于輪轂的安裝結(jié)構(gòu)不同，非全浮動(dòng)式半軸除受扭矩以外，還要受到車輪上的作用力，諸如：車輪上受到的垂直力、側(cè)向力以及牽引力或制動(dòng)力所形成的縱向力。 1） 半浮式半軸 半浮式半軸除傳遞扭矩外，還要承受垂直力,側(cè)向力及縱向力所作用的彎矩、,。由此可見，半浮式半軸所受得載荷較大，故它只用于轎車和輕型客貨兩用汽車上。它得最大優(yōu)點(diǎn)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。半浮式半軸可以用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得圓錐面和鍵來固定輪轂。 2） 3/4浮式半軸 半軸外端承裝在后軸殼端上，車輪轂裝在此軸承上。在此結(jié)構(gòu)中，如車輪中心和軸承中心重合，即當(dāng)b=0時(shí)，縱向力與垂直力，由車輪傳至軸殼，而側(cè)向力產(chǎn)生的彎矩作用在半軸上。假如車輪與軸承中心間距離b不等于零，雖然縱向力及垂直力經(jīng)軸承傳給軸殼，但力與所形成的彎矩仍然由半軸承擔(dān)，不過b值要比半浮式的小。由于3/4浮式半軸承受載荷情況與半軸式相似，一般也僅用在轎車和輕型車上 3）全浮式半軸 全浮式半軸除傳遞扭矩外，其他力和力矩均由軸殼承受。 全浮式半軸要采用比較復(fù)雜的輪轂，在它上面安裝兩個(gè)錐頂相對(duì)的圓錐滾子軸承。圖3-5所示全浮式半軸汽車半軸與輪轂結(jié)構(gòu)，軸承由鎖緊螺母予以鎖緊，并有一定的預(yù)緊。半軸端鍛成凸緣，用螺栓通過定位錐套固定在輪轂上。圖3-6所示全浮式半軸的最大特點(diǎn)是，半軸端固定輪轂的凸緣是與半軸制成兩體的，其間用花鍵連接。半軸的鍛造工藝性好，因此許多重型貨車的半軸大都采用這種結(jié)構(gòu)。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)車型為輕型轎車確定半軸采用半浮式半軸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)采用以突緣直接與車輪輪盤及制動(dòng)鼓相聯(lián)接。 4.2半軸參數(shù)設(shè)計(jì)及計(jì)算 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。 半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： （1）縱向力X2最大時(shí)(X2＝Z2)，附著系數(shù)預(yù)取0.8，沒有側(cè)向力作用； （2）側(cè)向力Y2最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為Z2中，，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)，在計(jì)算中取1.0，沒有縱向力作用； （3）垂向力Z2最大時(shí)，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時(shí)，其值為(Z2-gw)kd，kd是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒有縱向力和側(cè)向力的作用。 由于車輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即 故縱向力X2最大時(shí)不會(huì)有側(cè)向力作用，而側(cè)向力Y2最大時(shí)也不會(huì)有縱向力作用。 初步確定半軸直徑在0.040m。 半浮式半軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下三種載荷工況： (1) 縱向力最大，側(cè)向力為0：此時(shí)垂向力， 取9720N 縱向力最大值，計(jì)算時(shí)可取1．2，取0．8。得=5832N =4665.6N 半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 式中，a為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離，a取0.06m = 71.32mpa = 110.64mpa 合成應(yīng)力 ==232.49mpa (2)側(cè)向力最大，縱向力=0，此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑：外輪上的垂直反力。和內(nèi)輪上的垂直反力分別為 式中，為汽車質(zhì)心高度參考一般計(jì)算方法取738.56mm；為輪距 =1495mm；為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取1．0。 計(jì)算得 外輪上側(cè)向力和內(nèi)輪上側(cè)向力分別為 內(nèi)、外車輪上的總側(cè)向力為=9720N 這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力分別為 = 365.98mpa =3.31 mpa (3)汽車通過不平路面，垂向力最大，縱向力，側(cè)向力：此時(shí)垂直力最大值為： 式中，是為動(dòng)載系數(shù)，轎車：，貨車：，越野車：。 計(jì)算結(jié)果為8505N 半軸彎曲應(yīng)力，為 =81.22mpa 故校核半徑取0.040m滿足合成應(yīng)力在600mpa -750mpa范圍 4.3半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為 （3-1） 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 （3-2） 式中T——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=2158.23Nm； DB——半軸花鍵(軸)外徑，DB=36mm； dA——相配的花鍵孔內(nèi)徑，dA=32mm； z——花鍵齒數(shù)，在此取20； Lp——花鍵工作長(zhǎng)度，Lp=67mm； b——花鍵齒寬，b=3.75 mm； ——載荷分布的不均勻系數(shù)，取0.75。 將數(shù)據(jù)帶入式（3-1）、（3-2）得： =33.68MPa =63.16 MPa 根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力[]不應(yīng)超過71.05 MPa，擠壓應(yīng)力[]不應(yīng)超過196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。 上述花鍵部分主要參考著作《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》。 4.4 半軸其他主要參數(shù)的選擇 花鍵參數(shù)：齒數(shù)：10齒， 模數(shù)：1.5, 油封外圓直徑：Φ60,Φ65 半軸長(zhǎng)度：696mm 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 法蘭參數(shù)：5-Φ16.2B10,分布圓Φ120 十孔位置度Φ0.2 上述參數(shù)主要參考網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)（1）。 4.5 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取10齒(轎車半軸)至18齒(載貨汽車半軸)。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很大，當(dāng)無較大鍛造設(shè)備時(shí)可采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡(jiǎn)化工藝。在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我國(guó)研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為HB388—444(突緣部分可降至HB248)。近年來采用高頻、中頻感應(yīng)淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá)HRC52～63，硬化層深約為其半徑的1／3，心部硬度可定為HRC30—35；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度可定在HB248～277范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強(qiáng)度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過渡圓角等工藝，使半軸的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高得十分顯著。由于這些先進(jìn)工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳(40號(hào)、45號(hào))鋼的半軸也日益增多。 5.橋殼及橋殼附件設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋殼的主要功用是支承汽車質(zhì)量，并承受由車輪傳來的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車架（或車身）；它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體。驅(qū)動(dòng)軸殼是傳力件又是載件，因此驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求： 1） 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。 3） 保證足夠的強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小質(zhì)量以提高汽車行使平順性。 4） 保證足夠的離地間隙。 5） 結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低。 6） 保護(hù)裝于其上的傳動(dòng)系部件和防止泥水浸入。 7） 拆裝、調(diào)整、維修方便。驅(qū)動(dòng)軸殼的形式及選擇 5.1 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)方案選擇 橋殼大體可分為三種形式：可分式、整體式、組合式。 １、 可分式橋殼 可分式橋殼由兩部分組成，每部分均有一個(gè)鑄件殼體和一個(gè)壓入其內(nèi)部的軸管。軸管與殼體用鉚釘連接，兩半軸殼通過螺栓連接為一全。 可分式軸殼制造工式簡(jiǎn)單，主減速器軸承的支承剛性好。但拆裝、調(diào)整、維修很不方便，軸殼的強(qiáng)度和剛度受到結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)已很少采用，應(yīng)用的也多在中小型汽車上。 ２、 整體式橋殼 整體式橋殼的強(qiáng)度和剛度都比較大，橋殼制成整體結(jié)構(gòu)后，主減速器和差減速器裝配成總成再用螺栓安裝到橋殼上，這種結(jié)構(gòu)對(duì)主減速器的拆裝、調(diào)整都比較方便。按照制造工藝方法，整體式橋殼雙可分為鑄造式、沖壓焊接式和擴(kuò)張成形式三種。 1） 鑄造式橋殼 鑄造整體式橋殼，中間是可鍛鑄鐵鑄件，為增加軸殼的強(qiáng)度及剛度，在軸的兩端壓入用無縫鋼管制成的半軸套管，這種結(jié)構(gòu)的軸殼強(qiáng)度和剛度較大，鋼板彈簧座與軸殼殼體鑄成一體，軸殼可根據(jù)強(qiáng)度要求鑄成適當(dāng)?shù)男螤?。殼的前端平面及孔可裝主減速器，后端平面及孔可裝上后蓋，找開后蓋可作檢視孔用，它與沖壓軸殼相比，主要缸點(diǎn)是重量大、加工面多、制造工藝復(fù)雜。亦有采用中央部分用鑄件、兩端壓入鋼管組成三節(jié)整體式軸殼，它與前面那種相比，重量有所減輕、工藝較簡(jiǎn)單，而中間軸殼與鋼管連接處，同于受力情況復(fù)雜，往往在此形成弱點(diǎn)。 許多重型貨車采用鑄鋼的鑄造整體式軸殼，常作為檢視孔的后端部多用沖壓的鋼板焊接成封閉結(jié)構(gòu)，以增加軸殼的強(qiáng)度及剛度。 2） 沖壓焊接式橋殼 用鋼板沖壓焊接成形的整體式軸殼具有重量輕、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，并適合于大量生產(chǎn)，因此在中小貨車上廣泛采用，目前同于沖壓設(shè)備有了發(fā)展，這種軸殼的優(yōu)點(diǎn)更顯突出，因此許多重型貨車的軸殼也采用了這種結(jié)構(gòu)。 3） 擴(kuò)張成形式橋殼 擴(kuò)張成形式橋殼是用一根無縫鋼管擴(kuò)張成形的橋殼。這種橋殼結(jié)構(gòu)無論強(qiáng)度還是剛度都比較大，材料節(jié)省重量也輕，唯需要專用擴(kuò)張軋制設(shè)備。 也可用兩根無縫鋼管的一端擴(kuò)張成形后焊接的整體式橋殼，它是作為重型貨車的驅(qū)動(dòng)橋殼，焊縫高在中部垂直面上，其焊縫質(zhì)量、焊縫始端終端的焊透深度以及焊縫的接合位置對(duì)驅(qū)動(dòng)殼的壽命起著決定性影響，把彈簧座合制動(dòng)凸緣的焊縫移至中性面上，從試驗(yàn)結(jié)果得到，擴(kuò)張成形式橋殼是可以使驅(qū)動(dòng)橋得使用壽命提高兩三倍。 3. 組合式橋殼 組合式橋殼是主減速器殼與部分橋殼鑄成一體。，而后用無縫鋼管壓 入殼體兩端，兩者之間用塞焊方法焊接在一起。它具有比較好的從動(dòng)齒輪殼承的支承剛度，主減速器的裝配調(diào)整也較分開式橋殼方便。然而這種橋殼要求有較高的加式精度，它的維修、裝配、調(diào)整與整體式橋殼相比仍較復(fù)雜。橋殼剛度與整體式相比也差，常見用于轎車、輕載貨車的驅(qū)動(dòng)橋殼。 本車設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮各種因素及經(jīng)濟(jì)性，選擇了整體式的擴(kuò)張成形式橋殼，其設(shè)計(jì)圖如下所示，它由軸管法蘭盤，定位圈，鋼板彈簧座，后橋軸管，通氣孔，底部通氣孔，底蓋，橋殼中段，加強(qiáng)環(huán)，內(nèi)襯環(huán)，注油孔，放油孔12部分焊接組成，橋殼中段和軸管都是經(jīng)過熱擴(kuò)張成形的. 5.2 驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 1.傳遞最大牽引力或制動(dòng)力時(shí) 橋殼好似一個(gè)橫梁，它的支點(diǎn)位于輪胎中心，載荷作用于鋼板彈簧座上，一般貨車均用雙胎以提高整體承載能力，雙胎的軸支點(diǎn)間距離按兩胎之間距離進(jìn)行計(jì)算。 驅(qū)動(dòng)橋殼的最大應(yīng)力通常發(fā)生在鋼板彈簧座附近。使橋殼產(chǎn)生彎矩的力有：同于承載重量產(chǎn)生的垂直載荷G2，牽引力F及其反作用力矩M。還有汽車轉(zhuǎn)變時(shí)在輪胎上產(chǎn)生的側(cè)向力Y2外力作用在驅(qū)動(dòng)橋殼上的情況相當(dāng)于復(fù)雜，為使計(jì)算簡(jiǎn)化起見，僅從不側(cè)滑情況下作直線行駛時(shí)進(jìn)行計(jì)算，而在安全系數(shù)方面作適當(dāng)考慮。 按垂直載荷計(jì)算時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋殼鋼板彈簧座之間的彎矩： 由牽引力產(chǎn)生的水平面內(nèi)彎矩為： 其合成彎矩為： 根據(jù)全成彎矩計(jì)算出鋼板彈簧座處彎曲應(yīng)力。同時(shí)橋殼還承受同牽引 力引起的反作用扭矩，由此計(jì)算出鋼板彈簧處的轉(zhuǎn)應(yīng)力為 2緊急制動(dòng)時(shí) 制動(dòng)力在水平面內(nèi)產(chǎn)生的彎矩 與垂直重量產(chǎn)生的彎矩形成合成彎矩： 橋殼還受最大制動(dòng)力引起的反作用扭矩： 由彎矩和扭矩計(jì)算出橋殼鋼板彈簧座處于最大制動(dòng)力時(shí)的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，由式算出合成應(yīng)力。 3通過不平路面時(shí) 汽車通過不平路面時(shí)，橋殼受到最在垂直動(dòng)載荷，危險(xiǎn)斷面在鋼板彈簧座附近。其彎矩為 4最大側(cè)向力時(shí) 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)處于側(cè)翻臨界狀態(tài)而對(duì)側(cè)翻方向相反的車輪上垂直反力和橫各力等于零時(shí)，外輪上橫向力最而沒有縱各力作用，此時(shí)計(jì)算危險(xiǎn)斷面在輪殼內(nèi)軸承附近。 在橋殼的兩端設(shè)有輪軸，輪軸上安裝著從個(gè)輪轂軸承。它是兩個(gè)錐滾子軸承。貨車上輪轂內(nèi)外軸承的中心距離大約等于輪胎滾動(dòng)的四分之一。此項(xiàng)中心距離愈大則由于側(cè)力所引起的軸承徑向力愈小。垂直載荷作用線一般在內(nèi)外軸承之間，并靠近內(nèi)軸承。輪軸上受力情況最嚴(yán)重是橫向力最大時(shí)，所以計(jì)算輪軸應(yīng)力時(shí)，除垂直載荷外，沿須考慮橫向力。 設(shè)計(jì)橋殼時(shí)，應(yīng)充分考慮汽車的使用條件、汽車的類型并合理地選擇材料及其安全系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有汽車軸橋的安全系數(shù)n=4~10. 上面所講的橋殼的計(jì)算方法是非常近似的，它還不能完全反映橋殼上應(yīng)力的真實(shí)情況。它橋作殼殼零件的驗(yàn)算與車型的比較。 在實(shí)際使用中橋殼的損壞經(jīng)常在鉚釘、連接螺栓和橋殼上應(yīng)力集中的地方。 現(xiàn)已采用由限元法對(duì)橋殼進(jìn)行計(jì)算，可使設(shè)計(jì)獲得滿意的結(jié)果。 5.3 材料的選擇 可鍛鑄鐵橋殼的彎曲應(yīng)力不超過３００N/mm^2。中碳合金鋼半軸套管和輪軸上午彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過５００N/mm^2，剪切應(yīng)力不應(yīng)超過250N/mm^2。 結(jié)合本車的實(shí)際情況，考慮到我們采用的是整體擴(kuò)展成形焊接式車橋，所以選材時(shí)要考慮材料的延展性和焊接性。我們選擇QT400-15。 設(shè)計(jì)總結(jié) 為期一個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活結(jié)束了,回頭看看自己這段緊張的生活,回頭看看自己走過的路,有辛酸也有甘甜,總的來說收獲不少。 本次設(shè)計(jì)的課題是：HG 7161小型乘用車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，這對(duì)我來說完全是一個(gè)新的課題，免不了有時(shí)感到很茫然。通過網(wǎng)上查資料，通過指導(dǎo)老師李老師的講解，加上自己看書，終于把設(shè)計(jì)的思路搞清楚了。對(duì)于具體的細(xì)節(jié)問題，涉及到一些經(jīng)驗(yàn)方面的問題，自己不知道的，通過和同學(xué)討論和請(qǐng)教老師，最后也得到了很好的解決。 通過這次課程設(shè)計(jì)，使我將三年半來學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行了一次大總結(jié)，一次大檢查，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制圖、機(jī)械原理等基