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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: GD1091型商用車驅(qū)動(dòng)橋、后懸架設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
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專業(yè)班級(jí)：
指導(dǎo)教師：
20xx年 5 月 15 日
1
目次
1 前言 1
2 主減速器設(shè)計(jì) 2
2.1 概述 2
2.2 主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 2
2.3 主減速器錐齒輪結(jié)構(gòu)的選擇 3
2.4 主減速器錐齒輪支承形式的選擇 4
2.5 主減速器錐齒輪材料的選擇 5
2.6 主減速器基本參數(shù)選擇和計(jì)算 6
2.7 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 12
3 差速器設(shè)計(jì) 15
3.1 概述 15
3.2 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 15
3.3 普通錐齒輪差速器錐齒輪設(shè)計(jì) 17
3.4 差速器錐齒輪材料的選擇 20
3.5 差速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 20
4 車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 21
4.1 半軸形式的選擇 21
4.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
4.3 半軸材料的選擇 22
4.4 半軸強(qiáng)度計(jì)算 23
5 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 24
5.1 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇 24
5.2 驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 25
6 后懸架設(shè)計(jì) 26
6.1 懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇 26
6.2 懸架主要參數(shù)的確定 26
6.3 彈性元件計(jì)算 28
設(shè)計(jì)總結(jié) 34
參考資料 35
致謝 36
1 前言
驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是：將傳動(dòng)裝置傳來的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)車輪，并實(shí)現(xiàn)減速和增大轉(zhuǎn)矩；通過主減速器圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向；通過差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪的差速作用，保證內(nèi)外側(cè)車輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向；通過橋殼和車輪實(shí)現(xiàn)承載及傳力作用。其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和橋殼等組成。
設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求如下：
（1）具有適當(dāng)?shù)闹鱾鲃?dòng)比，以保證汽車有最優(yōu)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；
（2）工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)?。?
（3）傳動(dòng)效率高；
（4）具有必要的最小離地間隙；
（5）與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)該與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)；
（6）具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并且其質(zhì)量應(yīng)盡可能小；
（7）調(diào)整、拆裝方便；
（8）成本低。
懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或承載式車身）和車橋（或車輪）彈性的連接起來。其功用是：把路面作用于車輪上的垂直反力、縱向力和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架（或承載式車身）上，緩和路面?zhèn)鹘o車架（或承載式車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在不平路面和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車具有高速穩(wěn)定行駛的能力。
汽車懸架設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足如下要求。
（1）保證汽車具有良好的行駛平順性。使懸架具有合適的剛度，保證汽車具有合適的偏頻；具有合適的減振性能（有合適的阻尼特性），與懸架的彈性特性匹配，減少車身和車輪在共振區(qū)的振幅，快速衰減振動(dòng)；懸下質(zhì)量小。
（2）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。使汽車具有一定的不足轉(zhuǎn)向特性；轉(zhuǎn)向時(shí)，車身的側(cè)傾角比較?。▊?cè)向加速度為0.4g時(shí)，轎車的側(cè)傾角一般要求為～，貨車為～）。在車輪跳動(dòng)時(shí)，使車輪定位參數(shù)具有合適的變化規(guī)律。在前軸，這個(gè)任務(wù)一般需要懸架和轉(zhuǎn)向桿系來共同完成。
（3）汽車制動(dòng)和加速時(shí)保證車身具有較小的俯仰角位移。
（4）結(jié)構(gòu)緊湊，占據(jù)空間小。
（5）能夠可靠地傳遞車架（車身）與車輪之間的所有力和力矩。零部件具有足夠的強(qiáng)度、剛度和使用壽命，并且質(zhì)量要盡可能的輕。
（6）制造、維護(hù)成本低，輪胎磨損小。
2 主減速器設(shè)計(jì)
主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并且相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩傳遞方向的作用。
2.1 概述
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸架結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。而當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則采用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
具有完整橋殼的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，主減速器、差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好，成本低，可靠性好，維修調(diào)整容易，廣泛用于貨車和部分轎車上。但是，其懸掛質(zhì)量較大，對(duì)降低動(dòng)載荷和提高平順性不利。
斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本也較高。但是它們與獨(dú)立懸架結(jié)合起來，對(duì)改善汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性和通過性較有利，所以在轎車和要求高通過性的越野汽車上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。
本次設(shè)計(jì)車型GD1091型商用貨車，要求具有較大的承載能力。依據(jù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)書要求和發(fā)動(dòng)機(jī)的選用，驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
2.2 主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇
為適應(yīng)不同的車型和使用要求，主減速器有多種結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。
圖1 主減速器結(jié)構(gòu)形式
單級(jí)主減速器常由一對(duì)圓錐齒輪副組成。這種主減速器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，成本低，使用方便。但是主傳動(dòng)比不能太大，一般不大于7.0。如果進(jìn)一步提高主減速器傳動(dòng)比將會(huì)增大從動(dòng)齒輪直徑，使驅(qū)動(dòng)橋殼尺寸增大，從而減小最小離地間隙，降低通過性，并且會(huì)使從動(dòng)齒輪熱處理復(fù)雜化。所以，單級(jí)主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車上。
雙級(jí)主減速器有兩對(duì)齒輪副傳動(dòng)。與單級(jí)主減速器相比，采用雙級(jí)主減速器可以在保證離地間隙相同的情況下能得到更大的傳動(dòng)比，傳動(dòng)比一般在7-12；但是其尺寸和質(zhì)量較大，成本高，傳動(dòng)效率較低。雙級(jí)主減速器主要用于中、重型貨車、越野車和大客車上。
本次設(shè)計(jì)的GD1091輕商用貨車，其總質(zhì)量有9噸。故采用雙 級(jí)主減速器。
2.3 主減速器錐齒輪結(jié)構(gòu)的選擇
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪、雙曲面錐齒輪、圓柱齒輪和渦輪蝸桿等形式。
（1）弧齒錐齒輪
弧齒錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線垂直相交于一點(diǎn)。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此可以承受較大的負(fù)荷，另外輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小，但弧齒錐齒輪對(duì)嚙合精度要求很高，齒輪副錐頂稍不吻合就會(huì)使工作條件急劇變壞，加劇齒輪的磨損并使噪聲增大。
（2）雙曲面錐齒輪
雙曲面錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主、從動(dòng)錐齒輪的軸線相互垂直但不相交，且主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸線向上或向下偏移一距離E，稱為偏移距。與弧齒錐齒輪相比較，雙曲面錐齒輪的優(yōu)點(diǎn)有：當(dāng)雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)具有更大的傳動(dòng)比；當(dāng)傳動(dòng)比一定，從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪有更大的直徑和較高的輪齒強(qiáng)度及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度；當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪的尺寸小，從而可以獲得更大的離地間隙；此外，由于偏移距的存在，使雙曲面齒輪在工作過程中不僅存在與弧齒錐齒輪相同的沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)，從而可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性；雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，重合度更大，既可提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，又可以使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30%。
一般情況下，當(dāng)主減速器比大于4.5而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪傳動(dòng)更為合理；而當(dāng)傳動(dòng)比小于2.0時(shí)，選用弧齒錐齒輪更合理，因?yàn)楹笳呔哂休^大的差速器可利用空間；對(duì)于中等傳動(dòng)比，兩種齒輪傳動(dòng)均可采用。
（3）圓柱齒輪
圓柱齒輪傳動(dòng)廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的前置前驅(qū)動(dòng)乘用車驅(qū)動(dòng)橋和雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速器。此時(shí)，圓柱齒輪皆應(yīng)采用斜齒輪。
（4）蝸輪蝸桿
與其他齒輪傳動(dòng)形式相比，蝸桿蝸輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：輪廓尺寸及質(zhì)量小，并可獲得較大的傳動(dòng)比；工作非常平穩(wěn)，無(wú)噪聲；便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)布置；可以傳遞較大的載荷，使用壽命較長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，調(diào)整容易。其主要缺點(diǎn)是蝸輪齒圈要求使用昂貴的有色金屬合金制造，材料成本高；此外，傳動(dòng)效率較低。因此主要用于生產(chǎn)批量不大的個(gè)別總質(zhì)量較大的多橋驅(qū)動(dòng)汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的客車上。
本次設(shè)計(jì)的GD1091輕商用貨車采用雙曲面錐齒輪。
2.4 主減速器錐齒輪支承形式的選擇
主減速器必須保證主、從動(dòng)輪有良好的嚙合狀況，才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除了齒輪的加工質(zhì)量、齒輪的裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度有關(guān)。
（1）主動(dòng)錐齒輪的支承
主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。
懸臂式支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在錐齒輪大端一側(cè)有較長(zhǎng)的軸，并在其上安裝一對(duì)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長(zhǎng)度和增加兩支承間的距離，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承承受，而反向軸向力則由另一軸承承受。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的主減速器上。
跨置式支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在錐齒輪兩端的軸上均有軸承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承導(dǎo)向軸承所需要的軸承座，使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。另外，因主、從動(dòng)齒輪之間的空間很小，致使主動(dòng)齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制，有時(shí)甚至布置不下或根本不帶內(nèi)圈，它僅承受徑向力，尺寸根據(jù)布置位置而定，是易損壞的一個(gè)軸承。
（2）從動(dòng)錐齒輪的支承
從動(dòng)錐齒輪的支承剛度與軸承的形式、支承間的距離和載荷在軸承之間的分布比例有關(guān)。從動(dòng)主齒輪多用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)。
本次設(shè)計(jì)的GD1091輕商用貨車的主減速器主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承。
2.5 主減速器錐齒輪材料的選擇
與傳動(dòng)系其他齒輪比較，主減速器錐齒輪的載荷大且作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、沖擊較大。它們的工作條件更加嚴(yán)酷。其損壞形式主要有輪齒根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)主減速器錐齒輪的材料及熱處理有一下要求：
（1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，以及較好的齒面耐磨性，故輪齒表面應(yīng)具有較高的強(qiáng)度；
（2）輪齒芯部應(yīng)具有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷；
（3）鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律易控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并降低廢品率；
（4）選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適應(yīng)我國(guó)的發(fā)展情況。例如為了節(jié)約鎳、鉻等元素，我國(guó)發(fā)展了以錳、釩、鉬、硅為主的合金結(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。
汽車主減速器用的螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。其鋼號(hào)主要有：、、、、、。最常用的是。
用滲碳合金鋼制造齒輪時(shí)，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度較高，可以達(dá)到，而芯部硬度卻較低，當(dāng)端面模數(shù)時(shí)，為；當(dāng)時(shí)，為。
由于新齒輪潤(rùn)滑不良，為了防止齒輪在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期磨損，圓錐齒輪與雙曲面齒輪的傳動(dòng)副（或僅僅大齒輪）在熱處理及精加工（如磨齒或配對(duì)研磨）后均予以厚度為的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面鍍層不可以用于補(bǔ)償零件的尺寸公差，也不能代替潤(rùn)滑。
對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命的，對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理的溫度低，故不會(huì)引起齒輪的變形。滲硫后摩擦系數(shù)可明顯降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會(huì)防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。
2.6 主減速器基本參數(shù)選擇和計(jì)算
2.6.1 主減速器傳動(dòng)比的確定
在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最高功率及最高功率時(shí)的轉(zhuǎn)速時(shí)，主減速比應(yīng)能滿足汽車行駛時(shí)的最高車速的要求。
=0.377 （2－1）
=0.377
=6.20
式中：－車輪滾動(dòng)半徑；
－變速器最高檔傳動(dòng)比。
2.6.2 主減速器錐齒輪計(jì)算載荷的確定
汽車主減速器錐齒輪有格里森和奧利康兩種切齒方法，這里僅使用格里森齒制錐齒輪計(jì)算載荷的三中確定方法。
（1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
= （2－2）
=
=15214.60
式中，－計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
－發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，，由任務(wù)書中比轉(zhuǎn)矩計(jì)算所得；
n－計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，n=1；
－變速器一檔傳動(dòng)比，=4；
－分動(dòng)器傳動(dòng)比，=1；
－主減速器傳動(dòng)比；
－從發(fā)動(dòng)機(jī)到主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)效率，=90%；
K－液力變矩器變矩系數(shù)，K=1；
－由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，=1。
（2）按驅(qū)動(dòng)輪打滑扭矩確定從動(dòng)輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩
= （2－3）
=
=28760.51
式中，－計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
－滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷，；
－汽車在發(fā)出最大加速度時(shí)的后橋負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；
－輪胎與地面間的附著系數(shù)，對(duì)一般輪胎的公路用車，取=0.85（水泥或?yàn)r青路），對(duì)于越野車一般取=1.0；
－輪胎的滾動(dòng)半徑，；
－主減速器從動(dòng)錐齒輪到車輪間的傳動(dòng)比；
－主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間的傳動(dòng)效率，=1（無(wú)輪邊減速器）。
（3）按日常行駛平均（當(dāng)量）轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩
= （2－4）
=（） （2－5）
=90009.8（0.016+0.08+0）
=8467.18
將（2－5）代入（2－4）得：
==5456.64 （2－6）
式中，－汽車日常行駛平均（當(dāng)量）牽引力，；
－計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
－驅(qū)動(dòng)橋數(shù)；
－汽車總重量，；
－道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，取=0.016；
－日常公路坡度系數(shù)，取=0.08；
－汽車的性能系數(shù)，取=1。
2.6.3 主減速器錐齒輪主要參數(shù)的選擇
（1）主動(dòng)和從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和
主減速器錐齒輪 主、從動(dòng)輪的齒數(shù)應(yīng)該滿足一定的條件:為了滿足磨合均勻，和之間應(yīng)避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不少于40；為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)于乘用車，一般不少于9；對(duì)于商用車，一般不少于6；主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得少一些，以便得到滿意的離地間隙；對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。
取=7，=44 則Z2/Z1=6.2，符合要求。
（2）從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
雙曲面齒輪傳動(dòng)從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的初選，可以根據(jù)從動(dòng)齒輪上的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行。
= （2－7）
=
=146
式中，－是大端分度圓直徑， ；
－直徑系數(shù)，取13～16.2；
－是從動(dòng)錐齒輪最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩，;
==15214.60 （2－8）
齒輪斷面模數(shù)===7.88 （2－9）
取=8
同時(shí)，還應(yīng)滿足：
= （2－10）
=(0.3～0.4)=7.43～9.91
所以=8滿足要求。
（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寬過窄及刀尖圓角過小。這樣，不但減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。
對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于其錐距的0.3倍，即：
（2－11）
而且應(yīng)滿足：
（2－12）
=108=80
一般推薦:
=0.155 (2－13)
=53.77
故取=54。b1一般比b2大10%，即b1=1.1b2=59.15，取60mm。
（4）雙曲面齒輪副偏移距E
E值過大將使齒面縱向滑動(dòng)過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；E值過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。一般對(duì)于乘用車和總質(zhì)量不大的商用車，E0.2，且E40%；對(duì)于總質(zhì)量較大的商用車，E（0.10～0.12），且E20%。另外，主傳動(dòng)比越大，則E也應(yīng)越大，但應(yīng)保證齒輪不發(fā)生根切。
0.1 (2－14)
=0.1=34.69
取E=35。
（5）中點(diǎn)螺旋角
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小 。選擇時(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)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。一般應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好。但是過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為～乘用車選用較大的值以保證較大的，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低；商用車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取。
本設(shè)計(jì)中點(diǎn)螺旋角選取。
（6）螺旋方向
在汽車主減速器上所用的主動(dòng)小齒輪一般為左旋，而從動(dòng)輪齒輪為右旋。
（7）法向壓力角
法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對(duì)于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對(duì)于小負(fù)荷工作的齒輪，一般采用小壓力角，可使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對(duì)于雙曲面齒輪，從動(dòng)輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相同的，但主動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的。選取平均壓力角是，乘用車為或，商用車為或。
本次設(shè)計(jì)采用=。
2.6.4 主減速器錐齒輪的幾何尺寸
主減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪的幾何尺寸如下表1所示。
表1 主減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪的幾何尺寸
參數(shù)
公式
主動(dòng)齒輪
從動(dòng)齒輪
分度圓直徑
56
146
齒頂高
4.52
5.22
齒根高
6.86
5.48
大端齒頂圓直徑
74.6
206.67
齒根圓直徑
63.22
195.56
分錐角
15.5°
74.5°
頂錐角
根錐角
錐距
121.8
133.7
全齒高
11.38
11.11
齒寬
69
62
2.7 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算
2.7.1 單位齒長(zhǎng)上的圓周力
在汽車工業(yè)中，主減速器齒輪的表面耐磨性常用輪齒上單位齒長(zhǎng)上的圓周力來估算。
（2－15）
式中，－單位齒長(zhǎng)上的圓周力，；
－作用在齒輪上的圓周力，；
－從動(dòng)齒輪齒面寬，。
圓周力有兩種計(jì)算方法。
（1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算
（2－16）
=
=13321.43
將（2－16）代入（2－15）得：
（2－17）
=
=246.70＜ 符合要求。
式中，－變速器傳動(dòng)比，常取一檔或直接檔傳動(dòng)比，上式取直接檔傳動(dòng)比=1；
－主動(dòng)錐齒輪分度圓直徑，。
（2）按輪胎最大附著力矩計(jì)算
（2－18）
=
=75006.51
將（2－18）代入（2－15）得：
（2－19）
=
=1306. 1＜
計(jì)算表明該對(duì)雙曲線錐齒輪表面符合耐磨性的要求。
2.7.2 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算
（2－20）
式中，－彎曲應(yīng)力， ；
－齒輪上的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
－端面模數(shù)，；
－齒面寬，；
－齒輪大端分度圓直徑，；
－齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度的過載系數(shù)，對(duì)于汽車，=1；
－齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸前度的尺寸系數(shù)，當(dāng)時(shí)，=；當(dāng)＜時(shí)，=0.5；
－齒面載荷分配系數(shù)，跨置式=1～1.1；懸臂式=1.1～1.25；
－質(zhì)量系數(shù)，=1；
－輪齒彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)。
（1）主動(dòng)錐齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算
=15214.60時(shí)，
（2－21）
=
=2453.97
= （2－22）
=
=585.42＜
（2）從動(dòng)錐齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算
=3387.57時(shí)，
= （2－23）
=432.53＜
計(jì)算表明該對(duì)雙曲線錐齒輪的輪齒彎曲強(qiáng)度符合要求。
2.7.3 輪齒接觸強(qiáng)度計(jì)算
（2－24）
=
=2390.18＜2800
式中，－齒面接觸應(yīng)力，；
－主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
－尺寸系數(shù)，一般取=1；
－表面品質(zhì)系數(shù)，一般取=1；
－齒面寬，取齒輪副中的較小值，一般取大齒輪的齒面寬，；
－主動(dòng)齒輪分度圓直徑，
－綜合彈性系數(shù)，鋼對(duì)鋼的齒輪=234；
－齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)。
計(jì)算表明該對(duì)雙曲線錐齒輪輪齒接觸強(qiáng)度符合要求。
3 差速器設(shè)計(jì)
3.1 概述
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。
3.2 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇
差速器按其結(jié)構(gòu)特征分類如圖2所示：
圖2 差速器的分類
對(duì)稱式錐齒輪差速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，故在汽車上得到廣泛的應(yīng)用。其構(gòu)造如圖3所示：
圖3 對(duì)稱式錐齒輪結(jié)構(gòu)示意圖
1-滾動(dòng)軸承；2-差速器左殼；3-半軸齒輪推力墊片；4-半軸齒輪；5-行星齒輪球面墊片；6-行星齒輪；7-從動(dòng)錐齒輪；8-差速器右殼；9-行星齒輪軸（十字軸）；10-螺栓
本次設(shè)計(jì)采用對(duì)稱式普通錐齒輪差速器。
3.3 普通錐齒輪差速器錐齒輪設(shè)計(jì)
3.3.1 差速器錐齒輪主要參數(shù)的選擇
（1）行星齒輪數(shù)
行星齒輪數(shù)需根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可取2個(gè)，反之應(yīng)取=4。轎車差速器一般有兩個(gè)；貨車和越野車一般有4個(gè)。
根據(jù)GD1091型商用貨車的承載情況選取=4。
（2）行星齒輪球面半徑
行星齒輪球面半徑反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定。
（3－1）
=
=61.95
式中，－行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.5～3.0，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的乘用車和商用車取小值；對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的乘用車及四個(gè)行星齒輪的越野車和礦用車取大值；本次設(shè)計(jì)取=2.5；
－差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=；
－球面半徑，。
行星齒輪節(jié)錐距
=(0.98～0.99) （3－2）
=(0.98～0.99)
=60.71～61.33
取=61。
（3）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)、
為了使輪齒有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會(huì)增加，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)取少些，但一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)在14～25之間選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.5～2.0的范圍內(nèi)。
為使兩個(gè)或四個(gè)行星齒輪能同時(shí)與兩個(gè)半軸齒輪嚙合，兩半軸齒輪的齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除，否則差速齒輪不能裝配。
本次設(shè)計(jì)取=13，=23。
（4）行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、及模數(shù)
行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、分別為
== （3－3）
== （3－4）
錐齒輪大端的端面模數(shù)為
（3－5）
取。
（5）壓力角
汽車差速齒輪大都采用壓力角為、齒高系數(shù)為0.8的齒形。某些總質(zhì)量較大的商用車采用，以提高齒輪強(qiáng)度。
本次設(shè)計(jì)取=。
（6）行星齒輪軸直徑及支承長(zhǎng)度
（3－6）
=
=27.70
取行星齒輪軸直徑28。
式中，－差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩，
－行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x，；約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑的一半；
－行星齒輪數(shù)；
－支承面允許擠壓應(yīng)力，取=98。
行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度為
（3－8）
=
=30.8
3.3.2 差速器齒輪的幾何尺寸
差速器齒輪的幾何尺寸如表2所示。
表2 差速器齒輪幾何尺寸
序號(hào)
名稱
計(jì)算公式
（1）
行星齒輪齒數(shù)
（2）
半軸齒輪齒數(shù)
=
（3）
模數(shù)
（4）
齒面寬
（5）
齒工作高
=8
(6)
齒全高
=
（7）
壓力角
（8）
軸交角
=
（9）
節(jié)圓直徑
=,=
（10）
節(jié)錐角
，
，
（11）
周節(jié)
（12）
節(jié)錐距
=
（13）
齒頂高
=5.259
=2.741
(14)
齒根高
=
（15）
徑向間隙
C=
（16）
齒根角
（17）
面錐角
（18）
根錐角
（19）
外圓直徑
3.4 差速器錐齒輪材料的選擇
差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。
3.5 差速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算
差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合傳動(dòng)狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行使不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。
（1）按照主減速器錐齒輪所能承受的最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算
（3－9）
=
=127.95＜
其中，－彎曲應(yīng)力，；
－半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，；
－差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，；
－行星齒輪數(shù)；
－綜合系數(shù)，；
－半軸齒輪齒寬，；
－齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度的尺寸系數(shù)，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)＜時(shí)，=；
－半軸齒輪大端分度圓直徑，。
4 車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。在斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置且多采用等速萬(wàn)向節(jié)。在一般非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半軸齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪連接起來。
4.1 半軸形式的選擇
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端的支承型式或受力狀況的不同而分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種。
半浮式半軸以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車輪輪轂相固定，或以突緣直接與車輪輪盤及制動(dòng)鼓相聯(lián)接)。因此，半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還要承受車輪傳來的彎矩。由此可見，半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜，但它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。用于質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。
3/4浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支承著車輪輪轂，而半軸則以其端部與輪轂相固定。由于一個(gè)軸承的支承剛度較差，因此這種半軸除承受全部轉(zhuǎn)矩外，彎矩得由半軸及半軸套管共同承受，即3/4浮式半軸還得承受部分彎矩，后者的比例大小依軸承的結(jié)構(gòu)型式及其支承剛度、半軸的剛度等因素決定。側(cè)向力引起的彎矩使軸承有歪斜的趨勢(shì)，這將急劇降低軸承的壽命?？捎糜谵I車和輕型載貨汽車，但未得到推廣。
全浮式半軸的外端與輪轂相聯(lián)，而輪轂又由一對(duì)軸承支承于橋殼的半軸套管上。多采用一對(duì)圓錐滾子軸承支承輪轂，且兩軸承的圓錐滾子小端應(yīng)相向安裝并有一定的預(yù)緊，調(diào)好后由鎖緊螺母予以鎖緊，很少采用球軸承的結(jié)構(gòu)方案。
由于車輪所承受的垂向力、縱向力和側(cè)向力以及由它們引起的彎矩都經(jīng)過輪轂、輪轂軸承傳給橋殼，故全浮式半軸在理論上只承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩。但在實(shí)際工作中由于加工和裝配精度的影響及橋殼與軸承支承剛度的不足等原因，仍可能使全浮式半軸在實(shí)際使用條件下承受一定的彎矩，彎曲應(yīng)力約為5～70MPa。具有全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋的外端結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需采用形狀復(fù)雜且質(zhì)量及尺寸都較大的輪轂，制造成本較高，故轎車及其他小型汽車不采用這種結(jié)構(gòu)。但由于其工作可靠，故廣泛用于輕型以上的各類汽車上。
本次設(shè)計(jì)采用全浮式半軸。
4.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(wú)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。
4.3 半軸材料的選擇
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。
本次設(shè)計(jì)中半軸采用型材料。
4.4 半軸強(qiáng)度計(jì)算
在全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算中，一般僅考慮扭轉(zhuǎn)負(fù)荷，計(jì)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和轉(zhuǎn)角。
（4－1）
（4－2）
式中，－半軸直徑，，；
－半軸長(zhǎng)度，，；
－材料的剪切彈性模量，，；
－半軸端面極慣性矩，；
－車輪的附著力矩，。
（4－3）
=
=
（4－4）
=
=
式中，－汽車總重落在一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜負(fù)荷，；
－負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；
－車輪滾動(dòng)半徑，；
－附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取。
將（4－3）和（4－4）代入（4－1）和（4－2）得：
（4－5）
=＜
計(jì)算說明半軸的強(qiáng)度符合要求。
5 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪．作用在驅(qū)動(dòng)車輪上的牽引力，制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又是傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置(如半軸)的外殼。
在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量．橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。
5.1 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇
驅(qū)動(dòng)橋殼從結(jié)構(gòu)上可分為可分式、整體式和組合式三種形式。
可分式橋殼一般由兩部分組成，它們通過螺栓連接成一體。每一部分都包括一個(gè)鑄造殼體和一個(gè)壓入其孔中的軸管，軸管與殼體用鉚釘連接。這種橋殼的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單、主減速器軸承支承剛度好；缺點(diǎn)是拆裝、調(diào)整、維修很不方便。這種橋殼用于輕型汽車上，目前已很少采用這種結(jié)構(gòu)。
整體式橋殼強(qiáng)度和剛度較大，主減速器拆裝調(diào)整方便。按照制造工藝的不同，整體式橋殼又分為三種，即沖壓焊接式、擴(kuò)張成形式和鑄造式。擴(kuò)張成形工藝制造橋殼的過程，從最上面的鋼管逐漸擴(kuò)張成最下面的橋殼。利用沖壓焊接式和擴(kuò)張成形式制造的橋殼質(zhì)量小、材料利用率高、制造成本低、適于大量生產(chǎn)，廣泛用于轎車和中、小型貨車。鑄造式整體橋殼強(qiáng)度和剛度大，但質(zhì)量大、加工面多、制造工藝復(fù)雜，這種橋殼用于中、重型貨車。
組合式橋殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：中間是一個(gè)鑄造主減速器殼，在主減速器殼的兩邊各壓入一根無(wú)縫鋼管作為半軸套管，再用塞焊或鉚釘連接方法把它們固結(jié)在一起。這種橋殼又較好的從動(dòng)錐齒輪軸承支承剛度，主減速器的裝配、調(diào)整也比較方便，但是加工精度要求較高，這種橋殼用于轎車和輕型貨車中。
在本次設(shè)計(jì)中采用沖壓焊接或者擴(kuò)張成形的整體式橋殼。
5.2 驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算
橋殼的危險(xiǎn)截面通常在鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)附近，橋殼端部的輪轂軸承根部也應(yīng)列為危險(xiǎn)斷面進(jìn)行強(qiáng)度校核。其受力如圖4所示。
圖4 橋殼受力示意圖
不平路面沖擊載荷作用下驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算
（5－1）
=
=
即300MPa<<500MPa,符合要求。
式中，－汽車在不平路面上，危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力，；
－輪胎中心平面到板簧座之間的橫向距離，；
－動(dòng)載系數(shù)，乘用車?。回涇嚾。辉揭败嚾?。
6 后懸架設(shè)計(jì)
后懸架只有鋼板彈簧組成。
6.1 懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇
懸架有獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架，非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：左、右車輪用一根整體軸相連，在經(jīng)過懸架與車身連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：左右車輪通過各自的懸架與車身連接。懸架的選擇是與驅(qū)動(dòng)橋的形式密切相關(guān)的，驅(qū)動(dòng)橋?yàn)檎w式時(shí)，則選用非獨(dú)立懸架；驅(qū)動(dòng)橋?yàn)閿嚅_式時(shí)，則選用獨(dú)立懸架。
非獨(dú)立懸架主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工作可靠。缺點(diǎn)是：由于兩輪通過一根軸剛性相連，其中一個(gè)車輪的跳動(dòng)都會(huì)一起另一個(gè)車輪跳動(dòng)，行駛平順性差。
獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量小，懸架占用空間少，彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度較小的彈簧，使車身振動(dòng)頻率降低，改善汽車行駛的平順性。缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難，
由于驅(qū)動(dòng)橋已經(jīng)選擇了整體式，故懸架選用非獨(dú)立懸架。
6.2 懸架主要參數(shù)的確定
（1）懸架靜撓度
懸架靜撓度為汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度之比：
（6－1）
汽車后部分車身的固有頻率為：
（6－2）
當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，后懸架的靜撓度為：
（6－3）
式中，－后懸架剛度，；
－后懸架的簧上質(zhì)量，；
－重力加速度，。
將（6－3）代入（6－2）得：
（6－4）
用途不同的汽車，對(duì)平順性的要求也是不同的，乘用車最高，客車次之，貨車更次之。貨車滿載時(shí)，后懸架要求偏頻在～之間。
本次設(shè)計(jì)選定后懸架偏頻 n1=1.76HZ。
將代入（6－4）得：
（6－5）
=
=
同理可知，fc1=80 mm
（2）懸架的動(dòng)撓度
懸架的動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車架的垂直位移。要求懸架有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。對(duì)乘用車，取～；對(duì)客車，取～；對(duì)貨車，取～。
本次設(shè)計(jì)取。
6.3 彈性元件計(jì)算
鋼板彈簧在汽車上的應(yīng)用十分廣泛，可以縱置或橫置。后者因?yàn)橐獋鬟f縱向力，必須設(shè)置附加的導(dǎo)向傳力裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，所以只在極少數(shù)汽車上應(yīng)用?？v置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
6.3.1 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定
初始條件：
滿載靜止時(shí)汽車后軸負(fù)荷；
滿載靜止時(shí)汽車后軸簧下部分荷重；
懸架的靜撓度；
懸架的動(dòng)撓度；
汽車的軸距；
單個(gè)鋼板彈簧的載荷。
（1）滿載弧高
用來保證汽車具有給定的高度。當(dāng)=時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作。考慮到使用期間鋼板彈簧塑性變形的影響和為了在車架高度已限定時(shí)能得到足夠的動(dòng)撓度值，常取=～。
本次設(shè)計(jì)取=。
（2）鋼板彈簧長(zhǎng)度的確定
增加鋼板彈簧的長(zhǎng)度能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車行駛平順性。但選用長(zhǎng)的鋼板彈簧，會(huì)在汽車布置上產(chǎn)生困難。故在總布置可能的條件下，盡可能選用較長(zhǎng)的鋼板彈簧。推薦乘用車（～）；貨車前懸架（～），后懸架（～）。
本次設(shè)計(jì)取。
（3）鋼板斷面寬度和厚度的確定
鋼板彈簧所需要的總慣性矩為：
（6－6）
其中，－型螺栓中心距，110；
－考慮型螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)，剛性?shī)A緊取，撓性?shī)A緊??；本次取；
－鋼板彈簧垂直剛度，；
－撓度增大系數(shù)；
－材料彈性模量，取
鋼板彈簧垂直剛度為：
（6－7）
=
=154.6
先確定與主片彈簧等長(zhǎng)的重疊片數(shù)=1，在估計(jì)一個(gè)總片數(shù)=10，則=0.1。
撓度增大系數(shù)為：
（6－8）
=1.374
（6－9）
=75109
鋼板彈簧總截面系數(shù)為：
（6－10）
式中，為許用彎曲應(yīng)力。推薦前彈簧和平衡懸架彈簧為350～450；后主簧為450～550；后副簧為220～250。本次取=500。
（6－11）
=7564.73
鋼板彈簧平均厚度為：
（6－12）
=
=10.31
取=10。
增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。推薦片寬與片厚的比值=6～10。則鋼板彈簧斷面寬為：70。
（4）鋼板彈簧片數(shù)的確定
（6－13）
則
=12.87 （6－14）
取。
6.3.2 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定
先將各片厚度的立方值按同一比例沿縱坐標(biāo)繪制在圖上，再沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)的一半，和形螺栓中心距的一半，得到A、B兩點(diǎn)，連接A、B即可得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各葉片的上側(cè)交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。如果存在與主片長(zhǎng)等長(zhǎng)的重疊片，就從B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)連一直線，此直線與各片的上側(cè)邊交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定。
作圖得：從第三片到十三片鋼板彈簧長(zhǎng)度分別為930；850；780；690,620；540；460；380,310；230；160。
6.3.4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算
（1）鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的弧高
（6－15）
式中，－靜撓度，；
－滿載弧高，；
－鋼板彈簧總成用形螺栓夾緊后引起的弧高變化，。
（6－16）
=
=9.58
式中，－形螺栓中心距，110；
－鋼板彈簧主片長(zhǎng)度，。
將（6－16）代入（6－15）得：
（6－17）
=91.58
則鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑為：
（6－18）
=
=1565.76
（2）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定
（6－19）
式中，－第片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑，；
－鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑，；
－各片彈簧預(yù)應(yīng)力，；
－材料的彈性模量，，?。?
－第片彈簧厚度，。
選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，要求做到：裝配前各片彈簧片間的間隙相差不大，且裝配后各片能很好地貼和；為保證主片及與其相鄰的長(zhǎng)片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。
為此，選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，對(duì)于片厚相等的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過大。推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在300～350內(nèi)選取。1～4片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。
則第一片至第十三片各片自由狀態(tài)下的曲率半徑分別為：3465，2430，2400，2290，1975，1810，1540，345，1255，1210，1205，1230，1280.
6.3.5 鋼板彈簧總成弧高的核算
由于鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力后用公式 計(jì)算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下的弧高與用計(jì)算的結(jié)果會(huì)有不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。
根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)，因此可求得等厚葉片彈簧的為：
（6－26）
式中，為鋼板彈簧第片的長(zhǎng)度，。
R0=2340mm （6－27）
則鋼板彈簧總成的弧高為：
=121.61 （6－28）
6.3.6 鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算
汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在其前半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力為：
（6－29）
=312<350MPa,符合要求。
式中，－作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷，；
－驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，對(duì)于乘用車：=1.25～1.30，貨車：=1.10～1.20；
－道路附著系數(shù)，取=0.8；
－鋼板彈簧片寬，；
－鋼板彈簧主片厚度，；
－彈簧固定點(diǎn)到路面的距離，；
－鋼板彈簧前段長(zhǎng)度，；
－鋼板彈簧后段長(zhǎng)度，；
－鋼板彈簧總截面系數(shù)。
6.3.7 鋼板彈簧上其它零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）彈簧支架
一般中小型汽車上鋼板彈簧支架的壁厚為3～6，用鋼板焊接在車身上。
本次設(shè)計(jì)取壁厚為6。
（2）彈簧襯套
轎車以及微型客車車一般都用橡膠襯套，本次設(shè)計(jì)彈簧襯套采用橡膠襯套。
（3）吊耳
小型汽車的吊耳多用鋼板制成，鋼板吊耳的安裝方式分為承壓型和受拉型兩類，本設(shè)計(jì)采用受拉式吊耳。
34
設(shè)計(jì)總結(jié)
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)的是驅(qū)動(dòng)橋和后懸架。在驅(qū)動(dòng)橋方面主要是選擇和計(jì)算主減速器的一對(duì)雙曲面錐齒輪、差速器行星直齒錐齒輪和半軸齒輪。在計(jì)算好齒輪的幾何尺寸后，對(duì)它們進(jìn)行裝配。在裝配過程中，選擇合適的軸承、調(diào)整裝置和支承形式。最后就是計(jì)算合理的壁厚，設(shè)計(jì)工藝性好的橋殼。在懸架方面，主要是計(jì)算鋼板彈簧的所有幾何尺寸和選擇合適的吊耳支承形式。
經(jīng)過一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)汽車構(gòu)造尤其是底盤部分有了更深層次的理解。對(duì)于底盤部分各總成的裝配關(guān)系和動(dòng)力傳遞路線，有了深刻的了解。當(dāng)然，由于需要完成相應(yīng)的外文翻譯，所以英語(yǔ)水平也相應(yīng)有所提高。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)思路是根據(jù)任務(wù)書已知的參數(shù)和要求，利用各種參考資料和經(jīng)驗(yàn)公式選定必要的設(shè)計(jì)參數(shù)。計(jì)算和計(jì)算機(jī)繪圖同時(shí)進(jìn)行，依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)畫圖，同時(shí)反過來，根據(jù)所畫圖形的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系及時(shí)調(diào)整計(jì)算的設(shè)計(jì)參數(shù)，使所設(shè)計(jì)的各零件尺寸盡可能精確，力求能