目 錄 摘要 Abstract 1 緒論 1 2 橋殼設(shè)計(jì) 1 2 1 橋殼的設(shè)計(jì)要求 2 2 2 橋殼的結(jié)構(gòu)型式 2 2 3 橋殼的三維參數(shù)化設(shè)計(jì) 2 2 4 橋殼強(qiáng)度計(jì)算 3 2 4 1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 3 2 4 2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 5 2 4 3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 5 2 4 4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 7 2 4 5 汽車受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 9 3 半軸的設(shè)計(jì) 14 3 1 半軸形式 14 3 2 三維建模 14 3 3 實(shí)心半軸強(qiáng)度校核計(jì)算 14 3 3 1 半軸材料的性能指標(biāo) 14 3 3 2 斷面 B B 處的強(qiáng)度計(jì)算 14 3 3 3 斷面 B B 處的強(qiáng)度計(jì)算 四檔時(shí) 16 3 3 4 斷面 C C 處強(qiáng)度計(jì)算 17 3 4 空心半軸強(qiáng)度校核 17 3 4 1 斷面 B B 處的強(qiáng)度校核 17 3 4 2 斷面 B B 處的強(qiáng)度計(jì)算 四檔時(shí) 18 3 4 3 斷面 C C 處的強(qiáng)度計(jì)算 18 結(jié)論 19 參考文獻(xiàn) 致謝 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 微型汽車后驅(qū)動(dòng)橋半軸和橋殼設(shè)計(jì) 1 緒論 驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車的主要部件之一 它既是傳動(dòng)系的主要組件 又是行駛系的主要 組件 在傳動(dòng)系中驅(qū)動(dòng)橋殼主要作用是支承并保護(hù)主減速器 差速器和半軸等 在行 駛系中 驅(qū)動(dòng)橋殼的主要作用是使左右驅(qū)動(dòng)車輪的軸向相對(duì)位置固定 與從動(dòng)橋一起 支承車架及其上的各總成質(zhì)量 同時(shí) 在汽車行駛時(shí) 承受有車輪傳來的路面反作用 力和力矩 并經(jīng)懸架傳給車架 因此 驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度 質(zhì)量小 以 便主減速器的拆裝和調(diào)整 半軸是差速器與驅(qū)動(dòng)輪之間傳遞動(dòng)力的實(shí)心軸 其首要任 務(wù)是傳遞扭矩 本橋采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 造價(jià)低廉 工 作可靠 最廣泛地用在各種汽車上 采用鋼板沖壓 焊接的整體式橋殼可顯著地減輕驅(qū) 動(dòng)橋的質(zhì)量 采用半浮式半軸 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) 質(zhì)量較小 使用條件較好 承載負(fù)荷也不大 本設(shè)計(jì)過程中采用 UG 軟件進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì) UG 致力于 CAD CAM CAE 一體化即 從概念設(shè)計(jì)到制造到工程分析的整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程 通過應(yīng)用主模型方法 使得從設(shè) 計(jì)到制造的所有應(yīng)用相關(guān)聯(lián) 通過使用主模型 支持?jǐn)U展企業(yè)范圍的并行協(xié)作 可進(jìn) 行無圖加工 考慮到目前實(shí)際設(shè)計(jì)要求 利用 UG3D 2D 轉(zhuǎn)換功能將其輸出為 Auto CAD 格式文件 并在 Auto CAD 環(huán)境下進(jìn)行修改編輯 本文擬通過橋殼和半軸強(qiáng)度校核計(jì)算的設(shè)計(jì)方法 實(shí)現(xiàn) UG 三維模型到二維圖紙轉(zhuǎn) 化的目標(biāo) 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 2 橋殼設(shè)計(jì) 2 1 橋殼的設(shè)計(jì)要求 驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求 1 應(yīng)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 2 在保證強(qiáng)度和剛度的前提下 盡量減少質(zhì)量以提高行駛平順性 3 保證足夠的離地間隙 4 結(jié)構(gòu)工藝性好 成本低 5 保護(hù)裝于其上的傳動(dòng)系部件和防止泥水侵入 6 拆裝 調(diào)整和維修方便 1 2 2 橋殼的結(jié)構(gòu)型式 驅(qū)動(dòng)橋殼大致可分為可分式 整體式和組合式三種形式 本橋采用整體式橋殼 它的特點(diǎn)是整個(gè)橋殼是一根空心梁 橋殼和主減速器殼為 兩體 它具有強(qiáng)度和剛度較大 主減速器拆裝 調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn) 按制造工藝不同 整體式橋殼可分為鑄造式 鋼板沖壓焊接式和擴(kuò)張成形式三種 迄今為止 國(guó)內(nèi)微型車驅(qū)動(dòng)橋殼一直采用鋼板沖壓焊接式驅(qū)動(dòng)橋殼 它具有很多優(yōu)點(diǎn) 1 沖焊橋殼自重輕 材料利用率高 據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì) 沖焊橋殼比鑄鋼橋殼的自重 減小 37 左右 其單軸負(fù)荷也大為增加 達(dá) 169 125 2 質(zhì)量高 尤其是疲勞強(qiáng)度 電子束焊接的鋼板沖壓橋殼疲勞值達(dá) 150 200 萬 次 采用 CO2 氣體保護(hù)焊焊接鋼板沖壓橋殼的疲勞值也可達(dá) 100 萬次左右 均超過 JB3804 84 規(guī)定橋殼疲勞值不低于 80 萬次的要求 從而使用更安全可靠 3 成本低 生產(chǎn)率高 易實(shí)現(xiàn)大批量機(jī)械化生產(chǎn) 據(jù)國(guó)外資料介紹 批量生產(chǎn) 16000 根以上 成本可降低 30 50 沖焊橋殼工藝性好 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 自動(dòng)化 生產(chǎn) 也利于多品種專業(yè)化生產(chǎn) 因此 國(guó)外大中小型車橋基本上都采用沖焊橋殼 鑄造橋殼極少 在汽車行駛過程中 橋殼承受繁重的負(fù)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 橋殼是為驅(qū)動(dòng)各種零部件提供定位連接和支承包容的基礎(chǔ)件 橋殼焊接總成的成 本 約占驅(qū)動(dòng)橋總成的 1 5 1 6 因此橋殼的合理設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)制造 對(duì)確保驅(qū)動(dòng)橋性 能和降低生產(chǎn)成本 具有十分重要的意義 1 2 3 橋殼的三維參數(shù)化設(shè)計(jì) 在 UG 三維環(huán)境下 運(yùn)用草圖 拉伸 旋轉(zhuǎn) 鏡像 布爾運(yùn)算等功能建立了橋殼的 三維參數(shù)化模型 如圖 2 1 所示 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 2 1 微型車橋結(jié)構(gòu)示意圖 該橋殼結(jié)構(gòu)主要由中間琵琶包 兩側(cè)軸管 兩端軸頭和一些焊接件 如加強(qiáng)環(huán) 后蓋 板簧座 減振器支架 緩沖墊和油管支架 等組成 軸管占整個(gè)橋殼長(zhǎng)度一半 以上 琵琶包是橋殼形成最復(fù)雜部分 除去焊上的加強(qiáng)環(huán)和后蓋外 橋殼本體 即焊 前橋殼 中間的上下兩部分的材料配置 相當(dāng)于軸管部分沿軸向一分為二 上下半體 橋殼凸緣 后蓋 半軸套管 內(nèi)襯套 板簧支座的軸頭等零件焊接而成 屬?zèng)_壓焊接 式橋殼 是分開式結(jié)構(gòu) 上下半體采用厚 3mm 的 20 鋼板 半軸套管采用無縫鋼管 橋 殼凸緣采用厚 7mm 鋼板制成 其主要制造工藝 首先組焊上下半體 機(jī)加工 車兩端 車中間直徑 145mm 孔 其次焊橋殼凸緣及后蓋 然后將半軸套管擴(kuò)孔后車端面 倒角 后加內(nèi)襯套與上述組件焊合 2 2 4 橋殼強(qiáng)度計(jì)算 驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一 其形狀復(fù)雜 汽車的行駛條件又多 變 因此要精計(jì)算汽車行駛時(shí)橋殼上各處的應(yīng)力大小較困難 在通常的情況下 在設(shè) 計(jì)橋殼時(shí)多采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法 這時(shí)將橋殼看成是一簡(jiǎn)支梁并校核某些特定斷面的最 大應(yīng)力值 例如日本有的公司對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)要求是在 2 5 倍滿載時(shí)軸負(fù)荷的作用 下 各斷面 彈簧座處 橋殼與半軸套管焊接處 輪轂內(nèi)軸承根部圓角處 的應(yīng)力不 應(yīng)超過屈服極限 3 我國(guó)通常推薦 計(jì)算時(shí)將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡(jiǎn)化成三種典型的計(jì) 算工況 只要在這三種載荷計(jì)算工況下橋殼的強(qiáng)度的到保證 就認(rèn)為該橋殼在汽車的 各種行駛條件下是可靠的 在上述三種載荷工況下橋殼的受力分析前 需對(duì)汽車在滿載靜止于水平路段時(shí)橋 殼的最簡(jiǎn)單的受力情況進(jìn)行分析 4 2 4 1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 橋殼靜彎曲應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 2 2 所示 橋殼可視為一空心橫梁 兩端經(jīng)輪轂軸 承支承于車輪上 在鋼板彈簧座處橋殼承受簧上載荷 而沿兩側(cè)輪胎中心線 地面給 輪胎以反力 2 雙胎時(shí)則沿雙胎之中線 橋殼則承受此力與車輪重力 之差值 2G wg 即 因此橋殼按靜載荷計(jì)算時(shí) 在其兩鋼板彈簧之間的彎矩為 wg MwgG 2 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 N 2 1 2sB m 式中 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)的驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷 7650N G 車輪 包括輪轂 制動(dòng)器等 的重力 N wg 驅(qū)動(dòng)車輪輪距 1 2m B 驅(qū)動(dòng)橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離 0 8m s 圖 2 2 橋殼靜彎曲應(yīng)力的計(jì)算簡(jiǎn)圖 由彎矩圖可見 橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座附近 由于 大大地小于 G2 2 wg 且設(shè)計(jì)時(shí)不宜準(zhǔn)確預(yù)計(jì) 當(dāng)無數(shù)據(jù)時(shí)可以忽略去 5 因此由式 2 1 765 N M276508 1 m 而靜彎曲應(yīng)力 則為 Pawj MPa 2 vwjW310 2 式中 危險(xiǎn)斷面處 鋼板彈簧座附近 橋殼的垂向彎曲截面系數(shù) 見表 2 1 vW 見式 2 1 M 表 2 1 橋殼垂向彎曲截面系數(shù) 斷面形狀 垂向及水平彎曲截面系數(shù) Wv Wh 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù) Wt 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 Dd 1 324D d 1 643Dd 其中半軸套管管徑 60 5mm 52 5mm 因此 9 41VW 1 324Dd 5 6021 3 4 4 71 64t 84 61 MPa vwjM310 33109765 2 4 2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)汽車高速行駛于不平路面上時(shí) 橋殼除承受在靜載狀態(tài)下的那部分載荷外 還 承受附加的沖擊載荷 這時(shí)橋殼在動(dòng)載荷下的彎曲應(yīng)力為 MPa 2 wjdk 3 式中 動(dòng)載荷系數(shù) 對(duì)轎車 客車取 1 75 dk 橋殼在靜載荷下的彎曲應(yīng)力 MPa 見式 2 2 wj 因此由式 2 3 1 75 84 61 148 07 MPa 6 7 wjdk 2 4 3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 這時(shí)不考慮側(cè)向力 圖 2 3 為汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼的受力分析簡(jiǎn)圖 此時(shí) 作用在左右驅(qū)動(dòng)車輪上除有垂向應(yīng)力外 尚有切向應(yīng)力 地面對(duì)左右驅(qū)動(dòng)車輪的最大 切向反力共為 P 2 maxrTLei 4 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 72 N maxeT 傳動(dòng)系的最低檔傳動(dòng)比 3 65 Li 傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 0 95 T 輪胎的滾動(dòng)半徑 0 27m r 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 故 P maxrTLei 726 89 N 27 095635 m 圖 2 3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼的受力分析簡(jiǎn)圖 后驅(qū)動(dòng)橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 Mv N 為m VMwgmG 2sB 2 5 式中 見式下 2 1 的說明 2GwgBs 汽車加速行駛時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù) 對(duì)微型載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋取 1 2 1 4m 所以由式 2 5 1 4 1071 N VMwgmG 2sB27650 28 01 m 由于驅(qū)動(dòng)車輪的最大切向反力 Pmax 使橋殼也承受水平方向的彎矩 對(duì)于裝用普通 圓錐齒輪差速器的驅(qū)動(dòng)橋 在兩彈簧座之間橋殼所受的水平方向的彎矩 hM 76 29 Kg f mm 2 6 2maxsBph 28 019 76 橋殼還承受因驅(qū)動(dòng)橋傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力矩 這時(shí)在兩板彈簧座間橋 殼承受的轉(zhuǎn)矩 T N 為 249 66 N 2 2TLenaxi 95 0637m 7 式中 同式 2 4 TLei max 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 當(dāng)橋殼在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)截面為圓管斷面時(shí) 則在該斷面處的合成彎矩 M 為 1078 Kg f mm 2 M 22Thv 22213 98 7610 8 該危險(xiǎn)斷面處的合成應(yīng)力 為 114 56 MPa WTMhv 22 3104 978 2 9 式中 W 危險(xiǎn)斷面處的彎曲截面系數(shù) 見表 2 1 橋殼在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為w 122 MPa 2 w hv 10 53 MPa tWT 式中 分別為橋殼在兩板彈簧座之間的垂向彎矩和水平彎矩 見式 2 5 hvM 及式 2 6 分別為橋殼在危險(xiǎn)截面處的垂向彎曲截面系數(shù) 水平彎曲截面系thvW 數(shù)和彎曲截面系數(shù) 見表 2 1 橋殼的許用彎曲應(yīng)力為 300 500Mpa 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 150 400Mpa 可鑄鍛鐵橋 殼 取較小值 鋼板沖壓焊接橋殼取最大值 計(jì)算結(jié)果彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 均小于許用值 滿足強(qiáng)度要求 故安全 8 w 2 4 4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 這時(shí)不考慮側(cè)向力 圖 2 4 為汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼的受力分析簡(jiǎn)圖 此時(shí)作用在 左右驅(qū)動(dòng)車輪上除有垂向應(yīng)力 外 尚有切向反力 即地面對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪的制動(dòng)力 2 mG 因此可求得 緊急制動(dòng)時(shí)橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 及水平方向的彎矩 分別為 VMhM 2 2 2 sBgMwV 11 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2 22sBmGMh 12 式中 同式 2 1 sBgGw 2 汽車制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù) m 1 1 1 1Lhg 2m 1Lhg 上式中的 用于前驅(qū)動(dòng)輪 用于后驅(qū)動(dòng)輪 當(dāng) 未知時(shí) 對(duì)載貨 2 1 Lhg 汽車的后驅(qū)動(dòng)橋亦可取 0 75 0 95 取 0 9 2 汽車的質(zhì)心高度 m gh 汽車質(zhì)心離前軸中心的距離 m 1L 驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù) 計(jì)算時(shí)取 0 8 圖 2 4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼的受力分析簡(jiǎn)圖 所以 688 5 N 2 2 sBgmGMwv 28 019 7650 m 550 8 N h 橋殼在兩鋼板彈簧座的外側(cè)部分同時(shí)還承受制動(dòng)力所引起的轉(zhuǎn)矩 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 2 TrmG 2 13 732 56 6 089 7650 mN 所以合成應(yīng)力 為 147 3 MPa WTMhv22 2 9 在該斷面處的彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為w 2 hv 10 tWT 經(jīng)計(jì)算 131 7MPa 155 5MPa 滿足強(qiáng)度要求 故安全 9 w 2 4 5 汽車受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)汽車滿載 高速急轉(zhuǎn)彎時(shí) 則會(huì)產(chǎn)生一相當(dāng)大的且作用于汽車質(zhì)心處的離心力 汽車也會(huì)由于其他原因而承受側(cè)向力 當(dāng)汽車所承受的側(cè)向力達(dá)到地面給輪胎的側(cè)向 反作用力的最大值即側(cè)向附著力時(shí) 則汽車處于側(cè)滑的臨界狀態(tài) 此時(shí)沒有縱向力作 用 側(cè)向力一旦超過側(cè)向附著力 汽車則側(cè)滑 因此汽車驅(qū)動(dòng)橋的側(cè)滑條件是 2 122 GYPRL 14 式中 驅(qū)動(dòng)橋所承受的側(cè)向力 2P 地面給左 右驅(qū)動(dòng)輪的側(cè)向反作用力 RLY 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷 2G 輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù) 計(jì)算時(shí)取 1 0 1 故 7650 1 0 7650 N 即 7650N2 2P 由于汽車產(chǎn)生純粹的側(cè)滑 因此計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為地面給輪胎的切向反作用力 例 如驅(qū)動(dòng)力 制動(dòng)力 為零 圖 2 5 為汽車向右側(cè)滑時(shí)的受力簡(jiǎn)圖 根據(jù)該圖可求出驅(qū)動(dòng)橋側(cè)滑時(shí)左右驅(qū)動(dòng)車 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 輪的支承反力為 1 圖 2 5 汽車向右側(cè)滑時(shí)驅(qū)動(dòng)橋的受力簡(jiǎn)圖 2 BhGZgL12 15 gR12 7650 11475 N 5 式中 左右軸驅(qū)動(dòng)車輪的支承反力 N RLZ2 汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度 1 2m gh 同式 2 14 12 G 驅(qū)動(dòng)車輪的輪矩 1 2m B 由上式可知 當(dāng) 時(shí) 即驅(qū)動(dòng)橋的全部荷重由側(cè)滑5 0 1 Bhg 22 0GZRL 方向一側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪承擔(dān) 這種極端情況對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的強(qiáng)度極為不利 因此為避免這種 情況產(chǎn)生 應(yīng)盡量降低汽車的質(zhì)心高度 圖 2 6 為汽車驅(qū)動(dòng)橋上面的車廂受力平衡圖 根據(jù)該圖可以求出汽車側(cè)滑時(shí)鋼板 彈簧對(duì)橋殼的垂向作用力 及水平作用力 RLT2 RLq2 圖 2 6 汽車向右側(cè)滑時(shí)驅(qū)動(dòng)橋上面的車廂受力平衡圖 鋼板彈簧對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的垂向作用力 N 為 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 2 16 srhGTgL 5 0122 srgR 12 式中 汽車滿載時(shí)車廂通過鋼板彈簧作用在驅(qū)動(dòng)橋上的垂向總載荷 N 2G 板簧座上表面離地面高度 m r 見式 2 15 下的說明 gh 12 兩板簧座中心間的距離 m 10 s 對(duì)于半軸為全浮式的驅(qū)動(dòng)橋 在橋殼兩端的半軸套管上 各裝著一對(duì)輪轂軸承 它們布置在車輪垂向反作用力的作用線的兩側(cè) 通常內(nèi)軸承比外軸承離車輪中心線更近 側(cè)滑時(shí)內(nèi)外輪轂軸承對(duì)輪轂的徑向支承力 S1 S 2如圖 2 7 所示 可根據(jù)一個(gè)車輪的受 力平衡求出 圖 2 7 汽車向右側(cè)滑時(shí)輪轂的徑向支承力 分析用圖21 S a 輪轂軸承的受力分析用圖 b 橋殼的受力分析用圖 汽車向右側(cè)滑時(shí)左右車輪輪轂內(nèi)外軸承的徑向支承力分別為 2 LLrLZbaYS221 17 2 LLrLba222 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 18 2 RS1RrYba2 RZ2 19 2 R2Rr2R2 20 式中 輪胎的滾動(dòng)半徑 r 見圖 2 7 其中abRLLZY22 40mm 70mm ab 2 LLLZ22120 21 2 RRRZY2212 22 將式 2 15 式 2 21 2 22 求得的 值代入式 2 RLLZY22 17 2 20 即可求出軸承對(duì)輪轂的徑向支承力 這樣也就求出輪轂軸承對(duì)半軸套 管的徑向支承力 與上述 大小相等方向相反 21 S 所以 281659 N RS2RrYba2 RZ2 根據(jù)這些力及橋殼在板簧座處的垂向力 可繪出橋殼在汽車側(cè)滑時(shí)的垂向RLT2 受力彎矩圖 如圖 2 8 所示 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 Z2L Z2RYS1YS2RTq22LT1Bs b a 圖 2 8 汽車向右側(cè)滑時(shí)驅(qū)動(dòng)橋殼所受的垂向力及垂向彎矩 a 當(dāng) b 與側(cè)滑方向相反一側(cè)車輪的支承反力為零時(shí)時(shí)5 0 1 Bhg 5 0 1 Bhg 由式 2 17 2 20 可知 輪轂內(nèi)外軸承支承中心之間的距離 愈大 ab 則由側(cè)滑所引起的軸承徑向力愈小 另外如果 足夠大 也會(huì)增加車輪的支承ab 剛度 否則 如果將兩軸承的距離縮至使兩軸承相碰 則車輪的支承剛度會(huì)變差而接 近與 3 4 浮式半軸的情況 的數(shù)值過大也會(huì)引起輪轂的寬度及質(zhì)量的加大而造ab 成布置上的困難 在小型載貨汽車的設(shè)計(jì)中 常取 4 輪轂軸承受力最r 大的情況是發(fā)生在汽車側(cè)滑時(shí) 所以半軸套管也是在汽車滿載側(cè)滑時(shí)承受最大的彎矩 及應(yīng)力 由式 9 113 可知 半軸套管的危險(xiǎn)斷面位于輪轂內(nèi)軸承的里端 A A 見圖 2 7 該處彎矩為 2 lSbaSMRRA12 23 式中 l 如圖 2 7 所示 為輪轂內(nèi)軸承支承中心至該軸承內(nèi)端支承面間的距離 如果忽 略 l 不計(jì) 并將 2 20 式 2 15 2 22 代入上式經(jīng)整理后得 3098 Kg f mm 2 5 0 122 arBhGbaSgRA 24 式中 同式 2 15 ghG 12 B 同式 2 20 ra 彎曲應(yīng)力 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 155 52 MPa 2 34310 2 DdMAAw 98310 25 剪切應(yīng)力 137 79 MPa 2 42dSRA 14 08659 26 合成應(yīng)力 284 86 MPa 2 AwAA 223 27 半軸套管處的應(yīng)力不應(yīng)超過 490MP 滿足強(qiáng)度要求 故安全 11 12 13 對(duì)于鋼板沖壓焊接整體式橋殼 多采用 16Mn 0 9SiBV 35 或 40 號(hào)中碳鋼板 化學(xué) 成分控制為 0 37 0 42 的碳和不大于 0 03 的硫 半軸套管多采用 40Cr 40MnB 等 中碳合金鋼或 45 號(hào)中碳鋼的無縫鋼管或鍛件 上述橋殼強(qiáng)度的傳統(tǒng)計(jì)算方法 只能算出橋殼某一斷面的應(yīng)力平均值 而不能完全 反映橋殼上應(yīng)力及其分布的真實(shí)情況 它僅用于對(duì)橋殼強(qiáng)度的驗(yàn)算或用作與其他車型 的橋殼強(qiáng)度進(jìn)行比較 而不能用于計(jì)算橋殼上某點(diǎn) 例如應(yīng)力集中點(diǎn) 的真實(shí)應(yīng)力值 因此建立其簡(jiǎn)化三維模型并采用有限元分析方法是橋殼強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)展方向 14 3 半軸的設(shè)計(jì) 3 1 半軸形式 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的半軸 根據(jù)其外端的支承形式或受力情況的不同分為半浮 式 3 4 浮式和全浮式三種 本橋采用半浮式半軸 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(nèi) 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 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 或以凸緣直接與 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 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)低廉的優(yōu)點(diǎn) 適合質(zhì)量較小 使用條件較好 承受載荷也不大的轎車和輕型載貨汽 車 15 3 2 三維建模 圖 3 1 半軸結(jié)構(gòu) 3 3 實(shí)心半軸強(qiáng)度校核計(jì)算 3 3 1 半軸材料的性能指標(biāo) 材料牌號(hào) 40Cr 抗拉強(qiáng)度 110kg f mm 2 屈服點(diǎn) 85Kg f mm 2 疲勞強(qiáng)度極限 55kg f mm 2 3 3 2 斷面 B B 處的強(qiáng)度計(jì)算 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 板 簧 支 點(diǎn) 后 橋 中 心 半軸參數(shù) 574 25 152 5 21 600 266 1l2l3l4l 抗彎截面模量 3 86ZW 21 33 d 30 抗扭截面模量 7 72n16 3431 載荷計(jì)算 fkgRr 25 9 956 25 21 20081 Kg f mm M3l 最大扭矩 m max 1jzbzei 6 9 56 6 Kg f mm 2 96 05 2 65 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 e 一檔速比 1i 主減速比 z 變速器效率 b 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 主減速器效率 z 主減速器及軸承的機(jī)械損失 16 j 彎曲應(yīng)力 36 9108 322mfKgWzM 剪切應(yīng)力 6 1072 523max fgn 彎扭組合應(yīng)力 H 78 12 4 9 42 222 mfKg 安全系數(shù) S65 78 1 H 3 3 3 斷面 B B 處的強(qiáng)度計(jì)算 四檔時(shí) 載荷 459 32fKgRr 382 5 459 21 8032 5 9639 Kg f mm lM 彎曲應(yīng)力 3 75 4 49 Kg f mm 311086 92ZW 剪應(yīng)力 3 75 4 49 Kg f mm 2 nSQ2 31086 952 合成應(yīng)力 H 24 49 75 2285 3 49 75 3 6 26 2 77 Kg f mm 2 平均應(yīng)力 6 26Kg f mm2 m 應(yīng)力幅 2 77 Kg f mm2r 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 疲勞安全系數(shù) 10 15 130 2mfKgT S 1srTM 518 3026 3 3 4 斷面 C C 處強(qiáng)度計(jì)算 傳遞的最大扭矩 60 29 maxmfKg 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 17 47 Kg f mm 2 164axd 328109 安全系數(shù) 2 2S s7 04 15 通過以上計(jì)算可知 B B 斷面處和 C C 斷面處的強(qiáng)度無問題 17 3 4 空心半軸強(qiáng)度校核 3 4 1 斷面 B B 處的強(qiáng)度校核 1 空心式半軸應(yīng)采用全浮式 故不承受彎矩 只承受轉(zhuǎn)矩 故 18 0 ZW 2 抗扭截面模量 nW D 69 3mm d 63 5mm n 104 31634mDd 3 載荷計(jì)算 25 96fkgRr M 956 25 21 20081 Kg f mm 32l 4 最大扭矩 6 51max mfKgijzbze 5 不承受彎曲應(yīng)力 6 剪切應(yīng)力 Kg f mm 2 76 104 32813max Wn 7 安全系數(shù) 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 S07 56 18 H 3 4 2 斷面 B B 處的強(qiáng)度計(jì)算 四檔時(shí) 1 載荷 459 382fKgRr 2 不承受彎曲應(yīng)力 故 o 3 剪應(yīng)力 6 00 Kg f mm 2 nSWQ2 4 合成應(yīng)力 6 00 Kg f mm 2 H 24 5 疲勞安全系數(shù) 21 67 19 S 1srTM 130 2mfkgT 0 r 3 4 3 斷面 C C 處的強(qiáng)度計(jì)算 1 傳遞的最大扭矩 56 6 maxfKg 2 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 30 31 Kg f mm 2 Dd16 4ax 3 安全系數(shù) 1 96S s7 031 85 經(jīng)以上校核計(jì)算 滿足強(qiáng)度要求 故安全 3 5 實(shí)心半軸與空心半軸的比較分析 半軸將差速器的半軸齒輪和車輪的輪轂連接起來 是驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置 半軸本 身的結(jié)構(gòu)形狀 以端部鍛成凸緣的最為常見 實(shí)心半軸采用半浮式 半軸以凸緣直接與車輪輪盤及制動(dòng)鼓相聯(lián)接 半浮式半軸除 傳遞轉(zhuǎn)矩外 還要承受彎矩 空心半軸采用全浮式 半軸的外端和以兩個(gè)圓錐滾子軸承 支承與橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 經(jīng)實(shí)心半軸和空心半軸的強(qiáng)度計(jì)算可得知 如果令全浮空心式半軸滿足安全系數(shù) 則須半軸的直徑較大 半軸較粗 不適用于微型車的使用 但對(duì)于大型的載貨汽車 采 用空心式半軸不但可以減輕整車質(zhì)量 并且節(jié)約成本 有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 20 結(jié)論 a 本文采用鋼板沖壓焊接整體式橋殼 這種形式的橋殼制造工藝簡(jiǎn)單 材料利用 率高 廢品率低 生產(chǎn)率高 制造成本低 并且有足夠的強(qiáng)度和剛度 特別是質(zhì)量小 僅為鑄造整體式的質(zhì)量的 75 左右 而且安全可靠 具有一定的經(jīng)濟(jì)性和可靠性 節(jié)省了生產(chǎn)成本 b 運(yùn)用 UG 軟件對(duì)橋殼和半軸進(jìn)行三維建模 完成三維模型圖轉(zhuǎn)化為二維圖紙 并 用 Auto CAD 進(jìn)行對(duì)橋殼受力分析圖的繪制和對(duì) UG 的輸出圖進(jìn)行修改 c 橋殼計(jì)算方法 只能算出橋殼某一斷面的應(yīng)力平均值 不能完全反映橋殼上應(yīng) 力及其分布情況 它僅用于對(duì)橋殼強(qiáng)度的驗(yàn)算 而不能用于計(jì)算橋殼上某點(diǎn)的真實(shí)應(yīng) 力值 因此若利用所建三維模型并用 UG 的 CAE 功能進(jìn)行有限元分析 其強(qiáng)度校核將更 為準(zhǔn)確 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 參考文獻(xiàn) 1 劉惟信 汽車設(shè)計(jì) 北京 清華大學(xué)出版社 2001 390 402 2 劉惟信 汽車車橋設(shè)計(jì) 北京 清華大學(xué)出版社 2002 284 300 3 劉惟信 驅(qū)動(dòng)橋 汽車設(shè)計(jì)叢書 北京 人民交通出版社 1987 121 124 4 Lechner G Naunheimer H Automotive Transmissions Fundamentals Selection Design and Application Berlin Springer 1999 5 劉惟信 機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì) 第二版 北京 清華大學(xué)出版社 1994 56 85 6 劉惟信 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì) 北京 清華大學(xué)出版社 1996 78 90 7 余志生 汽車?yán)碚?第三版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 234 256 8 郭先鵬 劉惟信 汽車傳動(dòng)軸的優(yōu)化設(shè)計(jì) 北京汽車 1990 3 9 13 9 JohnFenton Handbook of Automotive Powertrain and ChassDesign London Professional Engineering Publishing 1998 10 劉惟信 論現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)及其發(fā)展趨勢(shì) 汽車與社會(huì) 1996 1 1 45 61 11 清華大學(xué)汽車工程系編寫組編 汽車構(gòu)造 北京 人民郵電出版社 2000 87 90 12 長(zhǎng)春汽車研究所 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 汽車技術(shù) 1972 6 12 13 機(jī)械工程手冊(cè)編輯委員會(huì) 機(jī)械工程手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 67 78 14 Gleason Company GLEASON BEVEL AND HUPOID GEAR DESIGN 1972 15 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四版 第一卷 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 89 90 16 重慶汽車研究所 國(guó)外汽車驅(qū)動(dòng)橋 1996 78 90 17 吳際璋 汽車構(gòu)造 下 人民交通出版社 1996 6 12 18 付本國(guó) UG 使用指南與實(shí)例導(dǎo)航 中國(guó)水利水電出版社 2004 236 256 19 朱凱 黃業(yè)清 UG 機(jī)械設(shè)計(jì) 人民郵電出版社 2004 10 23 20 汽車工程手冊(cè)編寫組汽車工程手冊(cè)北京 人民交通出版社 2001 201 231 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22