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SY-025-BY-5 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 填表日期 年 月 日 迄今已進行 周剩余 周 學生姓名 系部 專業(yè)、班級 指導教師姓名 職稱 從事 專業(yè) 是否外聘 □是□否 題目名稱 學 生 填 寫 畢業(yè)設計（論文）工作進度 已完成主要內容 待完成主要內容 　 　 存在問題及努力方向 　 學生簽字： 指導教師 意 見 指導教師簽字： 年 月 日 教研室 意 見 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 王冠楠 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛工程 指導教師姓名 姚佳巖 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是□否 題目名稱 東風輕型貨車驅動橋設計 一、設計（論文）目的、意義 汽車驅動橋是汽車的重要組成部分，是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉矩傳到驅動車輪上，還可以通過齒輪副改變轉矩的傳遞方向，同時能保證內、外側車輪以不同轉速轉向，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。良好的驅動橋能保證具有適合的主減速比，使汽車具有良好的動力性和經濟性；具有較大的離地間隙以保證良好的通過性；盡可能減輕重量以提高行駛的平順性。因此，驅動橋的結構型式選擇、設計參數(shù)選取及設計計算對汽車的整車設計極其重要。通過驅動橋設計熟悉汽車驅動橋的結構、性能及設計過程。 課題綜合運用了機械設計、工程材料、汽車設計、汽車構造、CAD繪圖等知識。 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） 設計內容 （1）驅動橋、主減速器、差速器、半軸和驅動橋橋殼的結構形式選擇 （2）主減速器的基本參數(shù)選擇與設計計算 （3）差速器的設計與計算 （4）半軸的設計與計算 （5）驅動橋橋殼的受力分析及強度計算 （6）用CAD畫裝配圖和零件圖。 技術要求（研究方法） （1） 充分利用圖書館及現(xiàn)有的資源收集資料，調研了解驅動橋的組成、功用，掌握CAD制圖的規(guī)范及要求，了解國內外驅動橋的發(fā)展狀況 （2） 到生產車間及實驗室了解驅動橋的構造，各零部件的裝配位置 （3） 編寫課題研究大綱和開題報告 （4） 選擇基本參數(shù)并對各參數(shù)進行設計與計算 （5） 遵守設計進度的安排，設計結構要合理、CAD制圖要規(guī)范、說明書按畢業(yè)設計的要求編寫， 書寫規(guī)范，保質保量的完成畢業(yè)設計的任務。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 CAD零號圖紙一張 CAD零件圖三張 說明書一份，字數(shù)不少于1.5萬字 四、設計（論文）進度安排 （1）收集資料，調研，撰寫開題報告 第一周 （2）周四交開題報告，實習了解驅動橋的構造 第二周 （3）完成各參數(shù)的設計、計算和校核工作，至少應有裝配圖的草圖 第三周~第七周 （4）中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周 （5）畫裝配圖和零件圖，編寫說明書 第九周~第十一周 （6）交畢業(yè)設計說明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周 （7）畢業(yè)設計指導教師審核 第十三周 （8）畢業(yè)設計修改 第十四周 (9)畢業(yè)設計評閱教師評閱或預審 第十五周 (10) 畢業(yè)設計修改 第十六周 (11)畢業(yè)設計答辯 第十七周 五、主要參考資料 [1]陳家瑞. 汽車構造 .北京：人民交通出版社，2006 [2]張洪欣.汽車底盤設計.北京：機械工業(yè)出版社1998 [3]龔溎義.機械設計課程設計圖冊.北京：高等教育出版社，1989 [4]余志生.汽車理論，北京：機械工業(yè)出版社，2000 [5]《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設計手冊，化學工業(yè)出版社，2004 [6]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊，北京：人民交通出版社，2001 [7]劉惟信.汽車設計.北京:清華大學出版社,2001 [8]王望予.汽車設計.第3版.北京:機械工業(yè)出版社,2000 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學生畢業(yè)設計 東風輕型貨車驅動橋設計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-5班 學生姓名： 王冠楠 指導教師： 姚佳巖 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Design for Dongfeng Vans Driving Axle Candidate：Wang guanan Specialty：Vehicle Engineering　 Class：B07-5 Supervisor：Associate Prof.Yao jiayan Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 東風輕型貨車驅動橋設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-5 學 生 姓 名: 王冠楠 導 師 姓 名: 姚佳巖 開 題 時 間: 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 開題報告撰寫要求 一、“開題報告”參考提綱 1. 課題研究目的和意義； 2. 文獻綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內容、擬解決的主要問題； 4. 技術路線或研究方法； 5. 進度安排； 6. 主要參考文獻。 二、“開題報告”撰寫規(guī)范 請參照《黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字數(shù)應在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 王冠楠 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛工程07-5 指導教師姓名 姚佳巖 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 東風輕型貨車驅動橋設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1.研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 為適應不斷完善社會主義市場經濟體制的要求以及加入世貿組織后國內外汽車產業(yè)發(fā)展的新形勢，推進汽車產業(yè)結構調整和升級，全面提高汽車產業(yè)國際競爭力，滿足消費者對汽車產品日益增長的需求，促進汽車產業(yè)健康發(fā)展，特制定汽車產業(yè)發(fā)展政策。通過該政策的實施，使我國汽車產業(yè)在2010年前發(fā)展成為國民經濟的支柱產業(yè)，為實現(xiàn)全面建設小康社會的目標做出更大的貢獻。政府職能部門依據(jù)行政法規(guī)和技術規(guī)范的強制性要求，對汽車、農用運輸車(低速載貨車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產企業(yè)及其產品實施管理，規(guī)范各類經濟主體在汽車產業(yè)領域的市場行為。輕型載貨汽車，在汽車發(fā)展趨勢中，有著很好的發(fā)展前途。生產出質量好，操作簡便，價格便宜的輕型載貨汽車將適合大多數(shù)消費者的要求。在國家積極投入和支持發(fā)展汽車產業(yè)的同時，能研制出適合中國國情，包括道路條件和經濟條件的車輛，將大大推動汽車產業(yè)的發(fā)展和社會經濟的提高。但是，長期以來困擾中國汽車產業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復建設問題，還沒有從根本上得到解決。多數(shù)企業(yè)家預計，在新的汽車產業(yè)政策的鼓勵下，將會有越來越多的汽車生產企業(yè)按照市場規(guī)律組成企業(yè)聯(lián)盟，實現(xiàn)優(yōu)勢互補和資源共享。 汽車驅動橋生產行業(yè)經過很多年的發(fā)展，現(xiàn)有的產品比較笨重沒有什么技術含量，大多用在卡車大客車上，這種產品從誕生到現(xiàn)在基本沒有多大的更新。所以，如果還是生產老式產品的話，會陷入同質化竟爭難以取得好的效益，如果要在這外行業(yè)有所發(fā)展的話一定要有自己創(chuàng)新。開發(fā)出輕巧堅固的驅動橋，另外，老式的車橋不能更好地與地面保持平行，所以在路面不平時輪胎的抓地能力很差，現(xiàn)在的轎車大都淘汰了這種驅動橋，而采用性能更優(yōu)越的多連桿整車橋。輕型載貨汽車在汽車生產中占有大的比重，所以，輕型載貨汽車的驅動橋需求量非常大，許多驅動橋生產廠家也都很看好這方面的市場前景。本課題是進行輕型載貨汽車驅動橋的設計。驅動橋在整車中十分重要，設計出結構簡單、工作可靠、造價低廉的驅動橋，能大大降低整車生產的總成本，推動汽車經濟的發(fā)展。設計出小型輕型載貨汽車驅動橋，包括主減速器、差速器、驅動車輪的傳動裝置及橋殼等部件，協(xié)調設計車輛的全局。目前我國正在大力發(fā)展汽車產業(yè),采用后輪驅動汽車的平衡性和操作性都將會有很大的提高。后輪驅動的汽車加速時，牽引力將不會由前輪發(fā)出，所以在加速轉彎時，司機就會感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費用低也是后輪驅動的一個優(yōu)點，盡管由于構造和車型的不同，這種費用將會有很大的差別。假如變速器出了故障，對于后輪驅動的汽車就不需要對差速器進行維修，但是對于前輪驅動的汽車來說也許就有這個必要了，因為這兩個部件是做在一起的。所以后輪驅動必然會使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經濟效益。目前國內外研究的重點在于：從橋殼的制造技術上尋求制造工藝先進、制造效率高，成本低的方法：從齒輪減速形式上將傳統(tǒng)的中央單機減速器發(fā)展到現(xiàn)在的中央及輪邊雙級減速或雙級主減速器結構；從齒輪加工形式上車橋內部的主從動齒輪、行星齒輪及圓柱齒輪逐漸采用精磨加工，以滿足汽車高速行駛要求及法規(guī)對于噪聲的控制要求。 2.選題目的 驅動橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于輕型載貨汽車顯得尤為重要。此次選題的目的在于設計一款具有良好的動力性、燃油經濟性、操作穩(wěn)定性的驅動橋總成的輕型載貨汽車，通過對汽車整體的匹配性設計完成驅動橋的各部件的型號的設計與計算，并完成校核的設計過程。驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼的組成，處于動力傳動系的末端，它的作用是將萬向傳動裝置傳來的動力折過90°角，改變動力的傳遞方向，并由主減速器降低轉速，增大轉矩后，經差速器分配給左右半軸和驅動輪。其基本功能是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉矩通過主減速胎、差速器、半軸等傳到驅動車輪，實現(xiàn)降速增大轉矩；通過主減速器圓錐齒輪副改變轉矩的傳遞方向；通過差速器實現(xiàn)兩側車輪差速作用，保證內、外側車輪以不同轉速轉向。 3.選題意義 汽車驅動橋是汽車的重要總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經車輪、車架及承載式車身經懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅動橋還傳遞著傳動系中的最大轉矩，橋殼還承受著反作用力矩，是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉矩傳到驅動車輪上，還可以通過齒輪副改變轉矩的傳遞方向，同時保證內、外側車輪以不同轉速轉向，良好的驅動橋能保證具有合適的主減速比，使汽車具有良好的動力性和經濟性；具有較大的離地間隙以保證良好的通過性；盡可能減輕重量以提高行駛的平順性。因此驅動橋的結構形式選擇、設計參數(shù)選取及設計計算對驅車的整車設計極其重要。汽車驅動橋結構型式和設計參數(shù)除對汽車的汽車的行駛性能如動力性、經濟性、平順性、通過性、機動性和操動穩(wěn)定性等有直接影響外，也對汽車的可靠性與耐久性有重要影響。另外，汽車驅動橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅動橋包含主減速器、差速器、驅動車輪的傳動裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。由上述可見，汽車驅動橋設計涉及的機械零部件及元件的品種極為廣泛，對這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設計到所有的現(xiàn)代機械制造工藝。因此，通過驅動橋設計熟悉汽車驅動橋的結構、性能及設計過程，可以更好的學習并掌握現(xiàn)代汽車設計與機械設計的全面知識和技能。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 驅動橋設計的基本內容： 設計的驅動橋應符合國家各項輕型貨車的標準，運行穩(wěn)定可靠，成本低，適合本國路面的行駛狀況 （1）驅動橋、主減速器、差速器、半軸和驅動橋橋殼的結構形式選擇 （2）主減速器的基本參數(shù)選擇與設計計算 （3）差速器的設計與計算 （4）半軸的設計與計算 （5）驅動橋橋殼的受力分析及強度計算 （6）用CAD畫裝配圖和零件圖。 擬解決的主要問題 設計出適合本課題的驅動橋。汽車傳動系的總任務是傳遞發(fā)動機的動力，使之適應于汽車行駛的需要。在一般汽車的機械式傳動中，有的變速器還不能完全解決發(fā)動機特性與汽車行駛要求間的矛盾和結構布置上的問題。 1．因為絕大多數(shù)的發(fā)動機在汽車上的縱向安置的，為使其轉矩能傳給左、右驅動車輪，必須由驅動橋的主減速器來改變轉矩的傳遞方向，同時還得由驅動橋的差速器來解決左、右驅動車輪間的轉矩分配問題和差速要求。 2．需將經過變速器、傳動軸傳來的動力，通過驅動橋的主減速器，進行進一步增大轉矩、降低轉速的變化。因此，要想使汽車驅動橋的設計合理，首先必須選好傳動系的總傳動比，并恰當?shù)貙⑺峙浣o變速器和驅動橋。 三、技術路線（研究方法） 1.充分利用圖書館及現(xiàn)有的資源收集資料，調研了解驅動橋的組成、功用，掌握CAD制圖的規(guī)范及要求，了解國內外驅動橋的發(fā)展狀況 2.到生產車間及實驗室了解驅動橋的構造，各零部件的裝配位置 3.編寫課題研究大綱和開題報告 4.選擇基本參數(shù)并對各參數(shù)進行設計與計算 調查研究 數(shù)據(jù)采集、分析、處理 驅動橋設計可行性方案研究 根據(jù)資料和研究方案確定驅動橋的總體布置設計方案 選擇基本參數(shù)并對各個零件進行設計計算 繪制CAD零件圖和裝配圖 編寫驅動橋設計說明書 主減速器的結構形式選擇 主減速器基本參數(shù)選擇與設計計算 差速器的結構形式選擇 差速器的基本參數(shù)選擇與設計計算 半軸的基本參數(shù)選擇與設計計算 半軸的結構形式選擇 驅動橋殼的結構形式選擇 驅動橋殼的受力分析與強度計算 四、進度安排 （1）收集資料，調研，撰寫開題報告 第一周（2月28日-3月6日） （2）周四交開題報告，實習了解驅動橋的構造 第二周（3月7日-3月13日） （3）完成各參數(shù)的設計、計算和校核工作，至少應有裝配圖的草圖 第三周-第七周（3月14日-4月17日） （4）中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周（4月18日-4月24日） （5）畫裝配圖和零件圖，編寫說明書 第九周-第十一周（4月25日-5月15日） （6）交畢業(yè)設計說明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周（5月16日-5月22日） （7）畢業(yè)設計指導教師審核 第十三周（5月23日-5月29日） （8）畢業(yè)設計修改 第十四周（5月30日-6月5日） (9)畢業(yè)設計評閱教師評閱或預審 第十五周（6月6日-6月12日） (10) 畢業(yè)設計修改 第十六周（6月13日-6月19日） (11)畢業(yè)設計答辯 第十七周（6月20日-6月26日） 五、參考文獻 [1] 劉惟信.汽車車橋設計[M].北京：清華大學出版社，2004. [2] 張洪欣.汽車底盤設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998. [3] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000. [4]《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設計手冊[M].化學工業(yè)出版社，2004. [5] 張永奇.汽車驅動橋主減速器圓錐滾子軸承滾子接觸應力分析[J].吉林大學學報 2008年第3期，2008.03. [6] 劉軍利.單級橋:重型車橋的發(fā)展方向[J]. 《商用汽車》,2005. [7] 劉永輝 朱小波.重型汽車驅動橋的基本結構及發(fā)展方向[J].《科技經濟市場》， 2006. [8] 胡迫青,梁高副.重型越野車驅動橋智能設計系統(tǒng)[J].華中理工大學學報第27卷 第11期，2007.11. [9] 劉小龍.大轉矩汽車驅動橋主減速器齒輪的研制[J].無錫職業(yè)學院學報，2008.07. [10] 王革新. 某車型汽車驅動橋殼的力學分析[D] .沈陽:東北大學，2006. [11] 陳芳. 雙被齒驅動后橋的研究[D] .武漢:武漢理工，2010. [12] 龔溎義.機械設計課程設計圖冊[M].北京：高等教育出版社，1989. [13] 王望予.汽車設計.第3版.北京:機械工業(yè)出版社,2000.. [14] 陳家瑞.汽車構造[M].北京：人民交通出版社，2006. [15]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001. [16] Joseph Constance，DFMA leaning to Design for Manufacture and Assembly，Meeh，Erg，2007. [17] A.Higuchi，Y.Saitoh.Optimal Control of Four Wheel Steering Veering Vehicle: Vehicle System Dynamic，12（2007），pp.397-410. 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 摘 要 輕型汽車在商用汽車生產中占有很大的比重，而且驅動橋在整車中十分重要。驅動橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載貨汽車顯得尤為重要。為滿足當前載貨汽車的快速、高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個高效、可靠的驅動橋。設計出結構簡單、工作可靠、造價低廉的驅動橋，能大大降低整車生產的總成本，推動汽車經濟的發(fā)展，所以本題設計一款結構優(yōu)良的輕型貨車驅動橋具有一定的實際意義。 本文首先確定主要部件的結構型式和主要設計參數(shù)，在分析驅動橋各部分結構形式、發(fā)展過程及其以往形式的優(yōu)缺點的基礎上，確定了總體設計方案，采用傳統(tǒng)設計方法對驅動橋各部件主減速器、差速器、半軸、橋殼進行設計計算并完成校核。最后運用AUTOCAD完成裝配圖和主要零件圖的繪制。 關鍵詞：輕型貨車；驅動橋；單級主減速器；差速器；半軸；橋殼 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 ABSTRACT Pickup trucks take a large proportion of commercial vehicles production, and the drive axle is one of the most important structure. Drive axle is the one of automobile four important assemblies,Its performance directly influence on the entire automobile,especially for the truck.Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed,heavy-loaded,high efficiency,high benefit today` truck, must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks’ developing tendency.Design a simple. Reliable,low cost of the drive axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production.so the title of the fine structure of the design of a pickup vehicle drive axle has a certain practical significance. In this paper, first of all determine the structure of major components and the main design parameters, the analysis of the various parts of the structure of the bridge drive type, the form of the development process and its advantages and disadvantages of the past, determined on the basis of the design program, using the traditional design method of various parts of the drive axle Main reducer, differential, axle, axle housing was designed to calculate and complete the check. Finally complete the final assembly drawing by using AUTOCAD and mapping the main components. Keywords: Pickup truck; Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing Ⅱ 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ 第1章 緒論……………………………………………………………………………1 1. 1 概述………………………………………………………………………………1 1．2驅動橋的結構和分類……………………………………………………… 3 1.2.1驅動橋的種類…………………………………………………………3 1.2.2驅動橋結構組成…………………………………………………………5 1.3設計的主要內容…………………………………………………………10 第2章 總體方案的確定………………………………………………………………12 2.1主要技術參數(shù)…………………………………………………………………12 2.2主減速器結構方案的確定……………………………………………………12 2.3差速器結構方案的確定………………………………………………………14 2.4半軸形式的確定………………………………………………………………14 2.5橋殼形式的確定………………………………………………………………14 2.6本章小結………………………………………………………………………15 第3章 主減速器設計………………………………………………………………16 3.1主減速器錐齒輪的材料………………………………………………………16 3.2 主減速器錐齒輪設計……………………………………………………………16 3.2.1主減速器齒輪計算載荷的確定……………………………………16 3.2.2主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算………………………………18 3.3主減速器錐齒輪的強度計算…………………………………………………21 3.4主減速器錐齒輪軸承的設計計算……………………………………………25 3.5 主減速器的潤滑…………………………………………………………………28 3.6本章小結………………………………………………………………………29 第4章 差速器設計…………………………………………………………………30 4.1差速器的結構形式……………………………………………………………30 4.2差速器的齒輪材料……………………………………………………………30 4.3圓錐齒輪式差速器齒輪設計…………………………………………………30 4.4圓錐齒輪式差速器齒輪強度計算……………………………………………34 4.5本章小結………………………………………………………………………36 第5章 半軸設計………………………………………………………………………37 5.1半軸的形式……………………………………………………………………37 5.2半軸的材料與熱處理…………………………………………………………37 5.3半軸的設計與計算……………………………………………………………38 5.3.1半軸計算載荷的確定………………………………………………38 5.3.2半軸桿部直徑的初選…………………………………………………39 5.3.3半軸強度計算………………………………………………………40 5.3.4半軸花鍵強度計算…………………………………………………40 5.4本章小結………………………………………………………………………41 第 6 章 驅動橋橋殼設計……………………………………………………………43 6.1橋殼的結構形式………………………………………………………………43 6.2橋殼的受力分析及強度計算…………………………………………………44 6.2.1橋殼的彎曲應力計算……………………………………………………44 6.2.2在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強度計算…………………………45 6.2.3汽車以最大牽引力行駛時的橋殼的強度計算…………………………45 6.2.4汽車緊急制動時的橋殼強度計算………………………………………47 6.3本章小結…………………………………………………………………………48 結論……………………………………………………………………………………49 參考文獻 ………………………………………………………………………………50 致謝………………………………………………………………………………………51 第1章 緒 論 1.1 概述 本課題是對東風輕型貨車驅動橋的結構設計。故本說明書將以“驅動橋設計”內容對驅動橋及其主要零部件的結構型式與設計計算作一一介紹 驅動橋的設計，由驅動橋的結構組成、功用、工作特點及設計要求，詳細地分析了驅動橋總成的結構型式及布置方法；全面介紹了驅動橋車輪的傳動裝置和橋殼的各種結構型式與設計計算方法。 汽車驅動橋由橋殼、主減速器、差速器、半軸和殼體等元件組成，轉向驅動橋還包括各種等速聯(lián)軸節(jié)，結構更復雜，它承載著汽車的滿載簧荷重及地面經車輪、車架及承載式車身經懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅動橋還傳遞著傳動系中的最大轉矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車驅動橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機械零件、部件、總成等品種最多的大總成。例如，驅動橋包含主減速器、差速器、驅動車輪的傳動裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪?？梢姡囼寗訕蛟O計涉及的機械零部件及元件的品種極為廣泛，對這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要涉及到所有的現(xiàn)代機械制造工藝。因此，通過對汽車驅動橋的學習和設計實踐，可以更好的學習并掌握現(xiàn)代汽車設計與機械設計的全面知識和技能。傳統(tǒng)設計是以生產經驗為基礎，以運用力學、數(shù)學和回歸方法形成的公式、圖表、手冊等為依據(jù)進行的?，F(xiàn)代設計是傳統(tǒng)設計的深入、豐富和發(fā)展，而非獨立于傳統(tǒng)設計的全新設計。以計算機技術為核心，以設計理論為指導，是現(xiàn)代設計的主要特征。利用這種方法指導設計可以減小經驗設計的盲目性和隨意性，提高設計的主動性、科學性和準確性。電子計算機的出現(xiàn)和在工程設計中的推廣應用，使汽車設計技術飛躍發(fā)展，設計過程完全改觀。 它有以下兩大難題，一是將發(fā)動機輸出扭矩通過萬向傳動軸將動力傳遞到驅動輪上，達到更好的車輪牽引力與轉向力的有效發(fā)揮，從而提高汽車的行駛能力。二是差速器向兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。 我國驅動橋制造企業(yè)的開發(fā)模式主要由測繪、引進、自主開發(fā)三種組成。主要存在技術含量低，開發(fā)模式落后，技術創(chuàng)新力不夠，計算機輔助設計應用少等問題。國內的大多數(shù)中小企業(yè)中，測繪市場銷路較好的產品是它們的主要開發(fā)模式。特別是一些小型企業(yè)或民營企業(yè)由于自身的技術含量低，開發(fā)資金的不足，專門測繪、仿制市場上銷售較旺的汽車的車橋售往我國不健全的配件市場。這種開發(fā)模式是無法從根本上提高我國驅動橋產品開發(fā)水平的。中國驅動橋產業(yè)發(fā)展過程中存在許多問題，許多情況不容樂觀，如產業(yè)結構不合理、產業(yè)集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產要素決定性作用正在削弱；產業(yè)能源消耗大、產出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。我國汽車驅動橋的研究設計與世界先進驅動橋設計技術還有一定的差距，我國車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進國外技術、仿制、再加上自己改進的基礎上了取得的。個別比較有實力的企業(yè)，雖有自己獨立的研發(fā)機構但都處于發(fā)展的初期。我國驅動橋產業(yè)正處在發(fā)展階段，在科技迅速發(fā)展的推動下，高新技術在汽車領域的應用和推廣，各種國外汽車新技術的引進，研究團隊自身研發(fā)能力的提高，我國的驅動橋設計和制造會逐漸發(fā)展起來，并跟上世界先進的汽車零部件設計制造技術水平。 國外驅動橋主要采用模塊化技術和模態(tài)分析進行驅動橋的設計分析，模塊化設計是在一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機械產品進行功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列功能模塊,然后通過模塊的選擇和組合構成不同產品的一種設計方法. 以DANA為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設計方法, 模態(tài)分析是對工程結構進行振動分析研究的最先進的現(xiàn)代方法與手段之一。它可以定義為對結構動態(tài)特性的解析分析(有限元分析)和實驗分析(實驗模態(tài)分析)，其結構動態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。模態(tài)分析技術的特點是在對系統(tǒng)做動力學分析時，用模態(tài)坐標代替物理學坐標，從而可大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目，分析精度較高。 優(yōu)點是減少設計及工裝制造的投入, 減少了零件種類, 提高規(guī)模生產程度, 降低制造費用, 提高市場響應速度等。國外企業(yè)為減少驅動橋的振動特性，對驅動橋進行模態(tài)分析，調整驅動橋的強度，改善整車的舒適性和平順性。 20世紀60年代以來，由于電子計算機的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應用。有限元法不需要對所分析的結構進行嚴格的簡化，既可以考慮各種計算要求和條件，也可以計算各種工況，而且計算精度高。有限元法將具有無限個自由度的連續(xù)體離散為有限個自由度的單元集合體，使問題簡化為適合于數(shù)值解法的問題。只要確定了單元的力學特性，就可以按照結構分析的方法求解，使分析過程大為簡化，配以計算機就可以解決許多解析法無法解決的復雜工程問題。目前，有限元法己經成為求解數(shù)學、物理、力學以及工程問題的一種有效的數(shù)值方法，也為驅動橋殼設計提供了強有力的工具。驅動橋的參數(shù)化設計是指設計對象模型的尺寸用變量及其關系表示，而不需要確定具體數(shù)值，是CAD技術在實際應用中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。目前它是CAD技術應用領域內的一個重要的、且待進一步研究的課題。利用參數(shù)化設計手段開發(fā)的專用產品設計系統(tǒng)，可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設計速度，并減少信息的存儲量。 1．2驅動橋的結構和分類 1.2.1驅動橋的種類 驅動橋作為汽車的重要的組成部分處于傳動系的末端，其基本功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉矩，將轉矩分配給左、右驅動車輪，并使左、右驅動車輪具有汽車行駛運動學所要求的差速功能；同時，驅動橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。 在一般的汽車結構中驅動橋包括主減速器、差速器、驅動車輪的傳動裝置及橋殼等部件如圖1.1所示。 1　　 　 2 3　 4 5 6 7 8 9 10 1.半軸　2.圓錐滾子軸承　3.支承螺栓　4.主減速器從動錐齒輪　5.油封 6.主減速器主動錐齒輪　　7.彈簧座　　8.墊圈　　9.輪轂　　10.調整螺母 圖1.1 驅動橋 驅動橋設計應當滿足如下基本要求： a)所選擇的主減速比應能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經濟性。 b)外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。 c)齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。 d)在各種轉速和載荷下具有高的傳動效率。 e)在保證足夠的強度、剛度條件下，應力求質量小，尤其是簧下質量應盡量小，以改善汽車平順性。 f)與懸架導向機構運動協(xié)調，對于轉向驅動橋，還應與轉向機構運動協(xié)調。 g)結構簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調整方便。 驅動橋的結構型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅動橋和斷開式驅動橋。當驅動車輪采用非獨立懸架時，應該選用非斷開式驅動橋；當驅動車輪采用獨立懸架時，則應該選用斷開式驅動橋。因此，前者又稱為非獨立懸架驅動橋；后者稱為獨立懸架驅動橋。獨立懸架驅動橋結構叫復雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。 普通非斷開式驅動橋，由于結構簡單、造價低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結構。他們的具體結構、特別是橋殼結構雖然各不相同，但是有一個共同特點，即橋殼是一根支承在左右驅動車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動部件安裝在其中。這時整個驅動橋、驅動車輪及部分傳動軸均屬于簧下質量，汽車簧下質量較大，這是它的一個缺點。 驅動橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅動橋下的最小離地間隙已經確定的情況下，也就限定了主減速器從動齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級結構。在雙級主減速器中，通常把兩級減速器齒輪放在一個主減速器殼體內，也可以將第二級減速齒輪作為輪邊減速器。對于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對圓柱齒輪構成的輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時，將主減速器及差速器總成也移到一個驅動車輪的旁邊。 在少數(shù)具有高速發(fā)動機的大型公共汽車、多橋驅動汽車和超重型載貨汽車上，有時采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動比以及工作平滑無聲的優(yōu)點，而且對汽車的總體布置很方便。 斷開式驅動橋區(qū)別于非斷開式驅動橋的明顯特點在于前者沒有一個連接左右驅動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸掛相匹配，故又稱為獨立懸掛驅動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅動車輪傳動裝置的質量均為簧上質量。兩側的驅動車輪由于采用獨立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應地就要求驅動車輪的傳動裝置及其外殼或套管作相應擺動。 汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質量的大小，對其平順性也有顯著的影響。斷開式驅動橋的簧下質量較小，又與獨立懸掛相配合，致使驅動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時的振動和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅動橋及與其相配的獨立懸掛的結構復雜，故這種結構主要見于對行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅動的重型越野汽車。 為了提高裝載量和通過性，有些重型汽車及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅動。在多橋驅動的情況下，動力經分動器傳給各驅動橋的方式有兩種。相應這兩種動力傳遞方式，多橋驅動汽車各驅動橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動力經分動器傳給各驅動橋，需分別由分動器經各驅動橋自己專用的傳動軸傳遞動力，這樣不僅使傳動軸的數(shù)量增多，且造成各驅動橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。 為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅動汽車都是采用貫通式驅動橋的布置型式。 在貫通式驅動橋的布置中，各橋的傳動軸布置在同一縱向鉛垂平面內，并且各驅動橋不是分別用自己的傳動軸與分動器直接聯(lián)接，而是位于分動器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅動橋的動力，是經分動器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點是，不僅減少了傳動軸的數(shù)量，而且提高了各驅動橋零件的相互通用性，并且簡化了結構、減小了體積和質量。這對于汽車的設計(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來方便。 驅動橋的結構型式與驅動車輪的懸掛型式密切相關。當驅動車輪采用非獨立懸掛時，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開式驅動橋；當驅動車輪采用獨立懸掛時，則配以斷開式驅動橋。由于非斷開式驅動橋結構簡單、造價低廉、工作可靠，查閱資料參照國內相關貨車的設計最后本課題選用非斷開式驅動橋。 本設計車型主減速比小于7.6，采用單級減速器，它具有結構簡單、體積及質量小且制造成本低等優(yōu)點。 1.2.2驅動橋結構組成 1 主減速器 主減速器是汽車傳動系中減小轉速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動齒數(shù)多的錐齒輪。對發(fā)動機縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動以改變動力方向。由于汽車在各種道路上行使時，其驅動輪上要求必須具有一定的驅動力矩和轉速，在動力向左右驅動輪分流的差速器之前設置一個主減速器后，便可使主減速器前面的傳動部件如變速器、萬向傳動裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質量減小、操縱省力。 驅動橋中主減速器、差速器設計應滿足如下基本要求： a）所選擇的主減速比應能保證汽車既有最佳的動力性和燃料經濟性。 b）外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動件工作平穩(wěn)，噪音小。 c）在各種轉速和載荷下具有高的傳動效率；與懸架導向機構與動協(xié)調。 d）在保證足夠的強度、剛度條件下，應力求質量小，以改善汽車平順性。 e）結構簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調整方便。 主減速器的結構形式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安裝。 （1）主減速器齒輪的類型 在現(xiàn)代汽車驅動橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。 螺旋錐齒輪如圖1.2（a）所示主、從動齒輪軸線交于一點，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運轉時其噪聲和振動也是很小的。 圖1.2 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪 雙曲面齒輪如圖1.2（b）所示主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點有： ①尺寸相同時，雙曲面齒輪有更大的傳動比。 ②傳動比一定時，如果主、從動齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。 ③當傳動比一定，主、從動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。 ④工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側向滑動，又有沿齒長方向的縱向滑動，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉平穩(wěn)性。 雙曲面齒輪傳動有如下缺點： ①長方向的縱向滑動使摩擦損失增加，降低了傳動效率。 ②齒面間有大的壓力和摩擦功，使齒輪抗嚙合能力降低。 ③雙曲面主動齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負荷增大。 ④雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強度和防刮傷添加劑的特種潤滑油。 （2）主減速器主動錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇 現(xiàn)在汽車主減速器主動錐齒輪的支承形式有如下兩種： ①懸臂式 懸臂式支承結構如圖1.3所示，其特點是在錐齒輪大端一側采用較長的軸徑，其上安裝兩個圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長度a和增加兩端的距離b，以改善支承剛度，應使兩軸承圓錐滾子向外。懸臂式支承結構簡單，支承剛度較差，多用于傳遞轉矩較小的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器中。 圖1.3 錐齒輪懸臂式支承 圖1.4 主動錐齒輪騎馬式支承 ②騎馬式 騎馬式支承結構如圖1.4所示，其特點是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負荷減小，齒輪嚙合條件改善，在需要傳遞較大轉矩情況下，最好采用騎馬式支承。 （3）從動錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇 從動錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時應使它們的圓錐滾子大端相向朝內，而小端相向朝外。為了防止從動錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應用兩端的調整螺母調整。主減速器從動錐齒輪采用無輻式結構并用細牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上。 （4）主減速器的軸承預緊及齒輪嚙合調整 支承主減速器的圓錐滾子軸承需預緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強支承剛度。分析可知，當軸向力于彈簧變形呈線性關系時，預緊使軸向位移減小至原來的1/2。預緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當預緊力超過某一理想值時，軸承壽命會急劇下降。 主動錐齒輪軸承預緊度的調整采用套筒與墊片，從動錐齒輪軸承預緊度的調整采用調整螺母。 （5） 主減速器的減速形式 主減速器的減速形式分為單級減速（如圖1.5）、雙級減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關，有時也與制造廠的產品系列及制造條件有關，但它主要取決于由動力性、經濟性等整車性能所要求的主減速比io的大小及驅動橋下的離地間隙、驅動橋的數(shù)目及布置形式等。通常單級減速器用于主減速比io≤7.6的各種中小型汽車上。 　　　　　　 （a）單級主減速器 （b） 雙級主減速器 圖1.5主減速器 2 差速器 根據(jù)汽車行駛運動學的要求和實際的車輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時間內所滾過的行程往往是有差別的。例如，拐彎時外側車輪行駛總要比內側長。另外，即使汽車作直線行駛，也會由于左右車輪在同一時間內所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅動車輪軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右車輪的轉速雖然相等而行程卻又不同的這一運動學上的矛盾，引起某一驅動車輪產生滑轉或滑移。這不僅會是輪胎過早磨、無益地消耗功率和燃料及使驅動車輪軸超載等，還會因為不能按所要求的瞬時中心轉向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉彎時有大的滑轉或滑移，易使汽車在轉向時失去抗側滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運動學上的不協(xié)調而產生的這些弊病，汽車左右驅動輪間都有差速器，保證了汽車驅動橋兩側車輪在行程不等時具有以下不同速度旋轉的特性，從而滿足了汽車行駛運動學的要求。 差速器的結構型式選擇，應從所設計汽車的類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結構簡單、質量較小等優(yōu)點，應用廣泛。 差速器可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強制鎖止式差速器。普通齒輪式差速器的傳動機構為齒輪式。齒輪差速器要圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。強制鎖止式差速器就是在對稱式錐齒輪差速器上設置差速鎖。當一側驅動輪滑轉時，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用較廣。 經方案論證，差速器結構形式選擇對稱式圓錐行星齒輪差速器。 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個半軸齒輪，4個行星齒輪(少數(shù)汽車采用3個行星齒輪，小型、微型汽車多采用2個行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個行星齒輪的差逮器采用十字軸結構)，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，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構，但用到越野汽車上需要采取防滑措施。例如加進摩擦元件以增大其內摩擦，提高其鎖緊系數(shù)；或加裝可操縱的、能強制鎖住差速器的裝置——差速鎖等。 3 半軸 普通非斷開式驅動橋的半軸，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。如圖1.6所示 （a）半浮式 （b）3/4浮式 （c）全浮式 圖1.6半軸 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鼓相聯(lián)接)。因此，半浮式半軸除傳遞轉矩外，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雜，但它具有結構簡單、質量小、尺寸緊湊、造價低廉等優(yōu)點。用于質量較小、使用條件較好、承載負荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。 3/4浮式半軸的結構特點是半軸外端僅有一個軸承并裝在驅動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。由于一個軸承的支承剛度較差，因此這種半軸除承受全部轉矩外，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構型式及其支承剛度、半軸的剛度等因素決定。側向力引起的彎矩使軸承有歪斜的趨勢，這將急劇降低軸承的壽命。可用于轎車和輕型載貨汽車，但未得到推廣。 全浮式半軸的外端與輪轂相聯(lián)，而輪轂又由一對軸承支承于橋殼的半軸套管上。多采用一對圓錐滾子軸承支承輪轂，且兩軸承的圓錐滾子小端應相向安裝并有一定的預緊，調好后由鎖緊螺母予以鎖緊，很少采用球軸承的結構方案。 全浮式半軸工作可靠，廣泛應用于輕型以上的各類汽車、越野車汽車和客車上，本設計采用此種半軸。 4 橋殼 驅動橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅動橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力和垂向力也是經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，同時它又是主減速器、差速器及驅動車輪傳動裝置（如半軸）的外殼。 在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。為了減小汽車的簧下質量以利于降低動載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強度和剛度的前提下應力求減小橋殼的質量。橋殼還應結構簡單、制造方便以利于降低成本。其結構還應保證主減速器的拆裝、調整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結構型式時，還應考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應等。 結構形式分類：可分式、整體式、組合式。 按制造工藝不同分類： 鑄造式——強度、剛度較大，但質量大，加工面多，制造工藝復雜，本設計采用鑄造橋殼。 鋼板焊接沖壓式——質量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產，轎車和中小型貨車，部分重型貨車。 1.3設計的主要內容 本設計的思路可分為以下幾點：首先選擇初始方案，東風貨車屬于輕型貨車，采用后橋驅動，所以設計的驅動橋結構需要符合輕型貨車的結構要求；接著選擇各部件的結構形式；最后選擇各部件的具體參數(shù)，設計出各主要尺寸。 所設計的東風貨車驅動橋制造工藝性好、外形美觀，工作更穩(wěn)定、可靠。該驅動橋設計大大降低了制造成本，同時驅動橋使用維護成本也降低了。驅動橋結構符合東風貨車的整體結構要求。設計的產品達到了結構簡單，修理、保養(yǎng)方便；機件工藝性好，制造容易的要求。  第2章 總體方案的確定 2.1主要技術參數(shù) 本次設計的任務是東風貨車驅動橋的設計。 技術參數(shù)： 表2.1 參考數(shù)據(jù) 序號 項 目 數(shù) 據(jù) 單 位 1 驅動形式 42 — 1 車身長度 4900 mm 2 車身寬度 1900 mm 3 車身高度 1400 mm 4 總質量 6 t 5 裝載質量 3 t 6 軸 距 3650 mm 7 前輪距 1750 mm 8 后輪距 1586 mm 9 前胎規(guī)格 4.50-12-8PR — 10 排 量 3.9 L 11 最大功率/轉速 115/2800 kw/ rpm 12 最大轉矩/轉速 245/2200 N.m/ rpm 13 最高車速 90 km/h 14 最高檔傳動比 1 — 15 最低檔傳動比 4.71 — 16 主減速器傳動比 6.17 — 17 最小離地間隙 205 mm 2.2主減速器結構方案的確定 （1）主減速器齒輪的類型 螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運轉時其噪聲和振動也是很小的。所以本設計采用雙曲面齒輪。 （2）主減速器主動錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇 本次設計選用： 主動錐齒輪：懸臂式支撐（圓錐滾子軸承） 從動錐齒輪：跨置式支撐（圓錐滾子軸承） （3）從動錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇 從動錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時應使它們的圓錐滾子大端相向朝內，而小端相向朝外。為了防止從動錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應用兩端的調整螺母調整。主減速器從動錐齒輪采用無輻式結構并用細牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上。 （4）主減速器的軸承預緊及齒輪嚙合調整 支承主減速器的圓錐滾子軸承需預緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強支承剛度。分析可知，當軸向力與彈簧變形呈線性關系時，預緊使軸向位移減小至原來的1/2。預緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當預緊力超過某一理想值時，軸承壽命會急劇下降。主減速器軸承的預緊值可取為以發(fā)動機最大轉矩時換算所得軸向力的30％。 主動錐齒輪軸承預緊度的調整采用調整螺母（利用軸承座實現(xiàn)），從動錐齒輪軸承預緊度的調整采用調整螺母。 （5）主減速器的減速形式 主減速器的減速形式分為單級減速、雙級減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關，有時也與制造廠的產品系列及制造條件有關，但它主要取決于由動力性、經濟性等整車性能所要求的主減速比的大小及驅動橋下的離地間隙、驅動橋的數(shù)目及布置形式等。 對于具有很大功率儲備的轎車、長途公共汽車尤其是競賽車來說，在給定發(fā)動機最大功率及其轉速的情況下，所選擇的值應能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時值應按下式來確定： =0.377 （2.1）式中：——車輪的滾動半徑，=0. 5m ——變速器最高檔傳動比1.0（為直接檔）。 ——最大功率轉速3200 r/min ——最大車速90km/h 對于與其他汽車來說，為了得到足夠的功率而使最高車速稍有下降，一般選得比最小值大10%～25%，即按下式選擇： =（0.377~0.472） （2.2） 經計算初步確定=6.17 按上式求得的應與同類汽車的主減速比相比較，并考慮到主、從動主減速齒輪可能的齒數(shù)對予以校正并最后確定。 2.3差速器結構方案的確定 差速器的結構型式選擇，應從所設計汽車的類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。 差速器的結構型式有多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運輸車輛，對于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅動車輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此幾乎都采用了結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅動車輪間的所謂輪間差速器使用；對于經常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側驅動車輪滑轉而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強制鎖止式和自然鎖止式兩類。自鎖式差速器又有多種結構式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動比式的。但對于本設計的車型來說只選用普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器即可。 本次設計選用：圓錐行星齒輪差速器。 2.4半軸型式的確定 3/4浮式半軸，因其側向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢，這將急劇降低軸承的壽命，故未得到推廣。全浮式半軸廣泛應用于輕型以上的各類汽車上。本次設計選擇全浮式半軸。 2.5橋殼型式的確定 整體式橋殼的特點是將整個橋殼制成一個整體，橋殼猶如一個整體的空心梁，其強度及剛度都比較好。且橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨立的主減速殼里，構成單獨的總成，調整好后再由橋殼中部前面裝入橋殼內，并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調整、維修、保養(yǎng)等都十分方便。其主要缺點是橋殼不能做成復雜而理想的斷面，壁厚一定，故難于調整應力分布。 本次設計驅動橋殼就選用鑄造式整體式橋殼。 2.6本章小結 本次設計主減速比已知，所以只要確定其他參數(shù)和其結構形式即可。對主減速器型式確定中主要從主減速器齒輪的類型、主減速器主動錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇、從動錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇、主減速器的軸承預緊及齒輪嚙合調整及主減速器的減速形式上得以確定從而逐步給出驅動橋各個總成的基本結構，分析了驅動橋各總成結構組成。  第3章 主減速器設計 3.1主減速器錐齒輪的材料 驅動橋錐齒輪的工作條件是相當惡劣的，與傳動系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點。因此，傳動系中的主減速器齒輪是個薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應滿足如下的要求： 具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。 齒輪芯部應有適當?shù)捻g性以適應沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。 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。 選擇合金材料，盡量少用含鎳、鉻的材料，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)點是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質量分數(shù)為0.8%～1.2%），具有相當高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強度、表面接觸強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。其主要缺點是熱處理費用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會引起表面硬化層的剝落。 為改善新齒輪的磨合，防止其在初期出現(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。對齒面進行應力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對于滑動速度高的齒輪，可進行滲硫處理以提高耐磨性。 3.2主減速器錐齒輪設計 3.2.1主減速器齒輪計算載荷的確定 1、按發(fā)動機最大轉矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉矩 /n （3.1） 式中： EMBED Equ!tion.3 ——發(fā)動機最大轉矩245； ——由發(fā)動機到所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比 ==6.17×4.71=29.0607 變速器傳動比=4.71； ——上述傳動部分的效率，取=0.96； ——超載系數(shù)，取=1.0； n——驅動橋數(shù)目1。 =245 29.0607 1 0.96/1=6835.08Error! Reference source not found. 2、按驅動輪在良好路面上打滑轉矩確定從動錐齒輪的計算轉矩 （3.2） 式中： ——汽車滿載時驅動橋給水平地面的最大負荷，N；但后橋來說還應考慮到汽車加速時負腷增大量，可初?。? =×9.8=6000×9.8=58800N； ——輪胎對地面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取=0.85； 對于越野汽車，取=1.0； ——車輪滾動半徑，0.5m； ——分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅動輪之間的傳動效率和傳動比，分別取0.96和1。 ==11008.3 通常是將發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅動車輪打滑時這兩種情況下作用于主減速器從動齒輪上的轉矩（）的較小者，作為載貨汽車計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應力的計算載荷。 由式（3.1），式（3.2）求得的計算載荷，是最大轉矩而不是正常持續(xù)轉矩，不能用它作為疲勞損壞依據(jù)。汽車的類型很多，行駛工況又非常復雜，轎車一般在高速輕載條件下工作，而礦用車和越野車在高負荷低車速條件下工作，對于公路車輛來說，使用條件較非公路用車穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉矩是根據(jù)所謂平均牽引力的值來確定的，即主減速器的平均計算轉矩。 3、按汽車日常行駛平均轉矩確定從動錐齒輪的計算轉矩 = （3.3） 式中：——汽車滿載總重N, =6000×9.8=58800N； ——所牽引的掛車滿載總重，N，僅用于牽引車取=0； ——道路滾動阻力系數(shù)，初取 =0.015； ——汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)。初取=0.05； ——汽車性能系數(shù) （3.4） 當 =57.04>16時，取=0。 ===1911Error! Reference source not found. 3.2.2主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算 （1）齒數(shù)的選擇 根據(jù)主減速比確定：對于單級主減速器，當較大時，則應盡量使主動齒輪的齒數(shù)z1取小些，以得到滿意的驅動橋離地間隙。 ①.當≥6時，z1的最小取值可取5，但為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強度，z1最好大于5； ②.當較?。ǎ?.5～5）時，z1可取為5～12，但這時常會因為主、從齒輪齒數(shù)太多，尺寸太大而不能保證所要求的離地間隙； ③.為了磨合均勻，z1、z2之間應避免有公約數(shù)； ④.為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，z1與z2之和應不小于40； 查閱資料，經方案論證，主減速器的傳動比為5.1428，初定主動齒輪齒數(shù)z1=6，從動齒輪齒數(shù)z2=37。 （2）節(jié)圓直徑的選擇 根據(jù)從動錐齒輪的計算轉矩（見式3.1，式3.2并取兩者中較小的一個為計算依據(jù)）按經驗公式選出： mm 取=266mm （3.5） 式中：d2—從動錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm； Kd2—直徑系數(shù)，取K d2＝=13～16； —計算轉矩；取Tje與TjΦ中較小者： （3）齒輪端面模數(shù)的選擇 選定后，可按式算出從動齒輪大端模數(shù)，并用下式校核 取=7mm 式中：——模數(shù)系數(shù)，取=0.3~0.4； ——計算轉矩，，取。 （4）圓錐齒輪從動齒輪的齒寬 F為其節(jié)錐距的0.3倍。對于汽車工業(yè)，主減速器螺旋錐齒輪面寬度推薦采用： F=0.155=41.23mm，可初取F=41mm。 一般習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=45。 （5）螺旋錐齒輪螺旋方向 一般情況下主動齒輪為左旋，從動齒輪為右旋，以使二齒輪的軸向力有互相斥離的趨勢。 （6）螺旋角的選擇格里森制推薦公式：。 式中：z1 ，z2 —主、從動齒輪齒數(shù)； E—雙曲面齒輪的偏移距，mm；對螺旋錐齒輪取E=0。 在一般機械制造用的標準制中，螺旋角推薦用35° （7）主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉方向影響其所受的軸向力的方向。當變速器掛前進擋時，應使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向。這樣可使主、從動齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。 所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運動，這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時針，驅動汽車前進。 表3.1 齒輪的幾何尺寸計算用表 序號 項 目 計 算 公 式 計 算 結 果 1 主動齒輪齒數(shù) 6 2 從動齒輪齒數(shù) 37 3 模數(shù) 7 4 齒面寬 =41mm =45mm 5 工作齒高 9.17mm 6 全齒高 =10.108mm 7 法向壓力角 =20° 8 軸交角 EMBED Aquation.3 =90° 9 節(jié)圓直徑 = 42mm =259mm 10 節(jié)錐角 arctan =90°- =9.21° =80.79° 11 節(jié)錐距 A== A=131.19mm 12 周節(jié) t=3.1416 t=21.99mm 13 齒頂高 =7.595mm =1.575mm 14 齒根高 = =2.513mm =8.533mm 15 徑向間隙 c= c=0.938mm 16 齒根角 =1.10° =3.72° 17 面錐角 ； =12.93° =81.89° 18 根錐角 = = =8.11° =79.69° 19 外圓直徑 = =79mm =259.5mm 20 節(jié)錐頂點止齒輪外緣距離 =128.28mm =19.44mm 21 理論弧齒厚 =16.39mm =5.6mm 22 齒側間隙 B=0.178~0.228 0.2mm 23 螺旋角 =35° 3.3主減速器錐齒輪的強度計算 在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，應對其強度進行計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠性地工作。在進行強度計算之前應首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。 螺旋錐齒輪的強度計算： （1）主減速器螺旋錐齒輪的強度計算 ①單位齒長上的圓周力 按發(fā)動機最大轉矩計算時： （3.6） 式中：——發(fā)動機輸出的最大轉矩，在此取245； ——變速器的傳動比； ——主動齒輪節(jié)圓直徑，在此取42mm.； 按上式計算一檔時： N／mm 直接檔時：N／m。 按最大附著力矩計算時： （3.7） 式中：——汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷，對于后驅動橋還應考慮汽車最大加速時的負荷增加量，在此取58800N； ——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85； ——輪胎的滾動半徑，在此取0. 5m； 按上式=1838.13 N／mm。 雖然附著力矩產生的p很大，但由于發(fā)動機最大轉矩的限制p最大只有1340.24N/mm可知，校核成功。 ②輪齒的彎曲強度計算。汽車主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計算彎曲應力為 （3.8） 式中：——錐齒輪輪齒的齒根彎曲應力，MPa； T——齒輪的計算轉矩，； ——超載系數(shù)，一般取1； ——尺寸系數(shù)，0.720； ——載荷分配系數(shù)，懸臂式結構，=1.25； ——質量系數(shù)，對于汽車驅動橋齒輪，當齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精 度高時，可取Kv =1； ——所計算的齒輪齒面寬；B=41mm； z——計算齒輪的齒數(shù)；