乘用車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋設(shè)計【9張cad圖紙+文檔全套資料】

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Which is mainly composed of the main reducer, differential, axle, universal joints, drive axle housing and so on. Drive axle design is reasonable car use is directly related to performance quality, which bear all the forces and moments from between the road surface and the suspension is one of the worst working conditions in automobile assembly, improper design will result if serious consequences. The design according to the given parameters, the first of the main reducer designed mainly for the final drive structure, and geometry has been designed in the form of the final drive designed as a single-stage main gear, and the main reducer The gear is used in the form of involute helical gear; secondly, to choose the form of differential, differential form of ordinary symmetrical cone planetary gear differential; Next, axle configuration, support form and the forms and characteristics of joints were analyzed design; Finally, the above parts of the strength check, and draw of the steering assembly drawing with AutoCAD software drive axle and the main parts of drawings. Keywords:Steering drive axle, The main reducer, Differential, Axle, Universal joint 33 第1章 緒論 1.1研究背景及意義 （1）轎車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋是轎車的重要大總成，承受著轎車的裝在簧上及地面經(jīng)車輪、車架或承載式車身經(jīng)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(qū)動橋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。 （2）轎車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計參數(shù)除對橋車的可靠性和耐久性有重要影響外，也對轎車的行駛性能如動力性、經(jīng)濟性、平順性、通過性和操縱穩(wěn)定性等有直接影響。因此，轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計參數(shù)選取及設(shè)計計算最轎車的整體設(shè)計具有及其重要的作用。 （3）轎車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋設(shè)計涉及的機械零部件的品種極為廣泛，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（包括鑄、鍛、焊、熱處理、粉末冶金等熱加工工藝，車、銑、刨、磨、拉削、冷滾壓或擠壓、噴丸處理、冷沖、配對研磨等冷加工工藝，鍍銅、鍍錫、鍍鋅、磷化處理、滲流處理等表面處理工藝等）。因此，通過對轎車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的學習和設(shè)計實踐，再加進優(yōu)化設(shè)計、可靠性分析和有限元分析等內(nèi)容，可以更好的掌握現(xiàn)代轎車設(shè)計與機械涉及的全面知識和技能。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況 驅(qū)動橋作為汽車四大部件之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當采用大功率發(fā)動機輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個高效、可靠的驅(qū)動橋。 （1）主減速器 在20世紀末的20多年，世界減速器齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展，產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢是小型化、高速化、低噪聲、高可靠度。技術(shù)中最引人注目的要數(shù)硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計技術(shù)。 硬齒面技術(shù)在20世紀80年代在國外日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于ISO1328—1975的6級。綜合承載能力為中硬齒面齒輪的4倍為軟齒面齒輪的5-6倍。一個中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速器的重量僅為軟齒面齒輪減速器的1/3左右。 20世紀70年代至90年代初期，我國的高速齒輪技術(shù)經(jīng)歷了繪測仿制、技術(shù)引進、技術(shù)攻關(guān)到獨立設(shè)計3個階段。目前我國的設(shè)計制造能力基本上可以滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要，設(shè)計制造的最高參數(shù)最大功率44MW，最高線速度168m/s，最高轉(zhuǎn)數(shù)67000r/min。我國低速重載齒輪技術(shù)，特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測繪仿制等階段，從無到有逐步發(fā)展起來。除了摸索掌握的制造技術(shù)外。 在20世紀80年代末至90年代初推廣的硬齒面技術(shù)中，我們還作了解決“斷軸”、“選用”等一系列有意義的工作。在這期間我們還制定了一系列的減速器標準如ZBJ19004-88《圓柱齒輪減速器》、ZBJ19026-90《運輸機械用減速器》等幾個硬齒面減速器標準。 當今世界各國減速器及齒輪技術(shù)發(fā)展總趨勢是六高、二低、二化方面發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率，即噪聲低、成本低二化即標樁化、多樣化。 減速器和齒輪的設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。因此，開拓和發(fā)展減速器和齒輪技術(shù)在我國有廣闊的前景。 （2）差速器 目前國內(nèi)重型汽車的差速器產(chǎn)品的技術(shù)基本源自美國、德國、日本等幾個傳統(tǒng)的工業(yè)國家，我國現(xiàn)有的技術(shù)基本上是引進國外的基礎(chǔ)上發(fā)展的，而且已經(jīng)有了一定的規(guī)模。但是目前我國的差速器沒有自己的核心技術(shù)產(chǎn)品，自主開發(fā)能力仍然很弱，影響了整車新車的開發(fā)。在差速器的技術(shù)開發(fā)上還有很長的路要走。 當前汽車在朝著經(jīng)濟性和動力性的方向發(fā)展，如何能夠使自己的產(chǎn)品燃油經(jīng)濟性和動力性盡可能提高是每個汽車廠家都在做的事情，當然這是一個廣泛的概念，汽車的每一個部件都在發(fā)生著變化。差速器也不例外，尤其是那些對操控性有較高需求的車輛。國外的那些差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究水平已經(jīng)很高，而且還在不斷的進步，年銷售額達18億美金的伊頓公司汽車集團是全球化的汽車零部件制造供應(yīng)商，在發(fā)動機氣體管理，變速箱，牽引力控制和安全排放控制領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位。對汽車差速器的內(nèi)部各零件的加工制造要用精密制造方法。零件主要產(chǎn)品包括發(fā)動機氣體管理部分及動力控制系統(tǒng)，其中屬于動力控制系統(tǒng)[10]的差速器類產(chǎn)品2004年的銷售量達250萬只，在同類產(chǎn)品中居領(lǐng)先地位。國內(nèi)的差速器起步較晚，目前的發(fā)展主要靠引進消化國外產(chǎn)品來滿足需求。 目前中國的汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點。伊頓公司汽車集團是全球化的汽車零部件制造供應(yīng)商，在同類產(chǎn)品中居領(lǐng)導(dǎo)地位。最近伊頓開發(fā)了新型的鎖式差速器，它的工作原理及其他差速器的不同之處：當一側(cè)輪子打滑時，普通開式差速器幾乎不能提供任何有效扭矩給車輛，而伊頓的鎖式差速器則可以在發(fā)現(xiàn)車輪打滑，鎖定動力傳遞百分之百的扭矩到不打滑車輪，足以克服各種困難路面給車輛帶來的限制。在牽引力測試、連續(xù)彈坑、V型溝等試驗中，兩驅(qū)車在裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能及通過性能甚至超過了四驅(qū)動的車輛，通過有限元軟件的分析，就可以知道各個齒輪的受力情況。因為只要驅(qū)動輪的任何一側(cè)發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)以后，伊頓鎖式差速器會馬上鎖住動力，并把全部動力轉(zhuǎn)移到另一有附著力的輪上，使車輛依然能正常向前或向后行駛。毫無疑問，更強的越野性和安全性是差速器的最終目標。 1.3設(shè)計要求及技術(shù)參數(shù) 設(shè)計某乘用車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，其技術(shù)參數(shù)如下： 整備質(zhì)量：1350kg； 滿載質(zhì)量：1760kg 最大扭矩：175N.m 功率：104KW 軸距：2690mm 輪距：前/后1593mm 輪胎型號：225/55R17 偏頻：≥100次/分 第2章 總體結(jié)構(gòu)方案擬定 轎車多采用前置發(fā)動機前乾驅(qū)動的布置型式，其前橋既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。顯然，在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的驅(qū)動車輪傳動裝置中，半軸需采用分段式的并用萬向節(jié)聯(lián)接起來，以便使轉(zhuǎn)向車輪能夠轉(zhuǎn)向。通常是在半軸與主銷兩者的中心線交點處裝用一個等速萬向節(jié)，如圖2-1所示。 圖2-1轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋示意圖 1-主減速器；2-主減速器殼；3-差速器；4-內(nèi)半軸；5-半軸套管；6-萬向節(jié)；7-轉(zhuǎn)向節(jié)軸；8-外半軸；9-輪轂；10-輪轂軸承；11-轉(zhuǎn)向節(jié)殼體；12-主銷；13-主銷軸承；14-球形支座 通常，轎車的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋是斷開式的。斷開式驅(qū)動橋必須與獨立懸架相匹配。當左、右驅(qū)動車輪經(jīng)各自的獨立懸架直接與承載式車身或車架相聯(lián)時，在左、右轉(zhuǎn)向驅(qū)動車輪之間實際上沒有車橋，但在習慣上仍稱為斷開式車橋，轎車的前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋多采用這種結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示 1-主減速器；2-半軸；3-彈性元件；4-減振器；5-車輪；6-擺臂；7-擺臂軸 圖2-2 由于要求設(shè)計的是乘用車的前驅(qū)動橋，因為采用獨立懸架，也考慮乘用車的舒適性和運動的協(xié)調(diào)性，選用斷開式驅(qū)動橋。這種驅(qū)動橋無剛性的整體外殼，主減速器及其殼體裝在車架或車身上，兩側(cè)驅(qū)動車輪與車架或車身作彈性聯(lián)系，并可獨立地分別相對于車架或車身作上下擺動，車輪傳動裝置采用萬向節(jié)傳動。 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(zhì)量的大小，對其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨立懸掛相配合，致使驅(qū)動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應(yīng)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。 第3章 主減速器的設(shè)計 3.1主減速器的結(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，主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。 3.1.1主減速器的齒輪類型 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速器形式不同而不同。 主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。 （1）螺旋錐齒輪傳動 螺旋錐齒輪傳動(圖3-1a)的主、從動齒輪軸線垂直相交于一點，齒輪并不同時在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。 圖3-1齒輪傳動形式 （2）雙曲面齒輪傳動 雙曲面齒輪傳動(圖3-1b)的主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距正的存在，使主動齒輪螺旋角大于從動齒輪螺旋角 (圖5—4)。 （3）圓柱齒輪傳動 圓柱齒輪傳動(圖3-1c)一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋(圖3-2)和雙級主減速器貫通式驅(qū)動橋。 圖3-2 圓柱齒輪傳動 （4）蝸桿傳動 蝸桿(圖3-1d)傳動與錐齒輪傳動相比有如下優(yōu)點： 蝸桿傳動主要用于生產(chǎn)批量不大的個別重型多橋驅(qū)動汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動機的大客車上。 根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)，本次設(shè)計參考同級別的邁騰1.8T的轎車作為參考設(shè)計對象，由于邁騰1.8T的轎車的發(fā)動機采用的是橫置的形式，變速器也采用橫置式，所以動力輸出的方向正好與前橋軸線的方向平行。因此，此設(shè)計不必采用圓錐齒輪來改變動力旋轉(zhuǎn)的方向，采用圓柱齒輪傳動就可以滿足要求。一般采用斜齒圓柱齒輪傳動，驅(qū)動橋為斷開式。動力通過左右兩根半軸傳遞給車輪。 3.1.2主減速器的減速形式 對于普通乘用轎車，由于i＜6，一般采用單級主減速器，單級減速驅(qū)動橋產(chǎn)品的優(yōu)勢：單級減速驅(qū)動車橋是驅(qū)動橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝較簡單，成本較低，是驅(qū)動橋的基本型，在重型汽車上占有重要地位； 目前重型汽車發(fā)動機向低速大扭矩發(fā)展的趨勢使得驅(qū)動橋的傳動比向小速比發(fā)展；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，許多重型汽車使用條件對汽車通過性的要求降低，因此，重型汽車產(chǎn)品不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過性；與帶輪邊減速器的驅(qū)動橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級減速驅(qū)動橋機械傳動效率提高，易損件減少，可靠性增加。 3.1.3主從動齒輪的支承形式 主減速器中心必須保證主從動齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好地工作。齒輪的正確嚙合，除了與齒輪的加工質(zhì)量裝配調(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密切相關(guān)。 （1）主動斜齒圓柱齒輪的支承 圖3-3 主動圓柱斜齒輪跨置式 主動斜齒圓柱齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。查閱資料、文獻，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)（如圖3-3示）。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承，故又稱兩端支承式?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾樱过X輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的1／30以下．而主動斜齒圓柱齒輪后軸承的徑向負荷比懸臂式的要減小至1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。 本課題所設(shè)計的轎車滿載質(zhì)量1760kg，所以選用跨置式可以提高齒輪的承載能力。 （2）從動斜齒圓柱齒輪的支承 圖3-4 從動圓柱斜齒輪支撐形式 從動斜齒圓柱齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖3-4示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動斜齒圓柱齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強肋以增強支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動斜齒圓柱齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)是c等于或大于d。 3.2基本參數(shù)選擇與計算 3.2.1 主減速比的確定 主減速比的大小對主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量以及變速器處于最高檔位時汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性都有直接的影響。主減速比的選擇，應(yīng)在汽車總體設(shè)計時和傳動系的總傳動比（包括變速器、分動器和取力器、驅(qū)動橋等傳動裝置的傳動比）一起由汽車的整車動力計算來確定。由于發(fā)動機的工作條件和汽車傳動系的傳動比（包括主減速比）有關(guān)，可以采用優(yōu)化設(shè)計方法對發(fā)動機參數(shù)與傳動系的傳動比及主減速比進行最優(yōu)匹配，以使汽車獲得最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。 對于具有很大功率儲備的轎車、客車、長途公共汽車，尤其是對競賽汽車來說，在給定發(fā)動機最大功率的情況下，所選擇的值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時值就按下式來確定： （3-1） 式中：——車輪的滾動半徑，m； ——最大功率時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，r/min； ——汽車的最高車速，km/h； ——變速器最高擋傳動比，通常為1。 已知輪胎類型與規(guī)格：225/55 R17，故： 查資料得： 最大功率時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為：暫取 汽車最高車速為： 變速器最高檔傳動比為： 代入公式(3-1)得 故取 3.2.2齒輪計算載荷的確定 由于汽車行駛時傳動系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準確地算出主減速器齒輪的計算載荷是比較困難的。通常是將發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩配以傳動系最低擋傳動比時和驅(qū)動車輪在良好路面上開始滑轉(zhuǎn)時這兩種情況下作用在主減速器從動齒輪上的轉(zhuǎn)矩（）的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應(yīng)力的計算載荷，即： (3-2) (3-3) 式中：——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，N·m； ——由發(fā)動機至所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比； ——傳動系上述傳動部分的傳動效率，?。? ——由于“猛接合”離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時的超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動及自動變速器的各類汽車?。划斝阅芟禂?shù)時，可取，或由實驗決定； n——該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目； ——汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷（對于驅(qū)動橋來說，應(yīng)考慮到汽車最大加速時的負荷增大量），N； ——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，??；對于越野汽車，?。粚τ诎惭b專門的防滑寬輪胎的高級轎車，計算時可??； ——車輪的滾動半徑，m； ——分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅(qū)動橋之間的傳動效率和傳動比（例如輪邊減速等） 已知： 由后面式（3-5）計算得，故： 由于該轎車只有一個驅(qū)動橋則： 由后面計算得：汽車滿載有總重量為， 查參考文獻[1]汽車軸荷分配中乘用車發(fā)動機前置前驅(qū)滿載時前軸分配為。本設(shè)計中取58%， 由于該轎車是安裝一般輪胎的公路用汽車，則： 由上面計算可得：m 由經(jīng)驗得： 由于該轎車無輪邊減速器，則： 將上述參數(shù)值代入公式（3-2）、（3-3）中計算得： 汽車的類型很多，行駛工況又非常復(fù)雜，轎車一般在高速輕載條件下工作，而礦用汽車和越野汽車則在高負荷低車速條件下工作，沒有簡單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉(zhuǎn)矩。但對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂平均比牽引力的值來確定，即主減速器從動齒輪的平均計算轉(zhuǎn)矩為 N·m （3-4） 式中：——汽車滿載總重量，N； ——所牽引的掛車的滿載總重量，N，但僅用于牽引車的計算； ——車輪的滾動半徑，m； ——道路滾動阻力系數(shù)，計算時對于轎車可取=0.010～0.015；對于載貨汽車可取0.015～0.020；對城越野汽車可取0.020～0.035； ——汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)，通常對轎車取0.08；對載貨汽車和城市公共汽車取0.05～0.09；對長途公共汽車取0.06～0.10；對越野汽車取0.09～0.30； ——汽車或汽車列車的性能系數(shù)： (3-5) 當時，取 、、、和等見式(3-2)和式（3-3）下的說明。 由參考文獻[1]得查得汽車總質(zhì)量的計算方法： 乘用車的總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時的整車質(zhì)量。 乘用車的總質(zhì)量由整備質(zhì)量、乘員和駕駛員質(zhì)量以及乘員的行李質(zhì)量三部分組成。其中，乘員和駕駛員每人質(zhì)量按每人質(zhì)量按65kg計，于是： 該式中，n為包括駕駛員在內(nèi)的載客數(shù)；a為行李系數(shù)，可按參考文獻[1]表1-5提供的數(shù)據(jù)取用。 已知：； 由于是轎車，所以； 由上得：； 轎車選用，取； 汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)，通常對轎車?。? 經(jīng)計算,則取 把各參數(shù)代入式（3-4）中得到： 3.3齒輪的設(shè)計與校核 3.3.1主、從動齒輪齒數(shù)的選擇 為了嚙合平穩(wěn)、噪音小和具有高的疲勞強度，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。 查閱資料，經(jīng)方案論證，主減速器的傳動比為3.573，則： 初步選定齒輪,，取 3.3.2斜齒輪材料選擇 由于齒輪轉(zhuǎn)速比較高，選用硬齒面。 先按輪齒彎曲疲勞強度設(shè)計，再較核齒面接觸強度，其設(shè)計步驟如下： 先選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力： 均選用20CrMnTi鋼滲碳淬火，硬度56～62HRC。 由參考文獻[4]圖5-32C查得彎曲疲勞極限應(yīng)力； 由參考文獻[4]圖5-33C查得接觸疲勞極限應(yīng)力； 3.3.3按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 由式參考文獻[4]中式（5-45b）知: （3-6） 1）確定輪齒的許用彎曲應(yīng)力 按參考文獻[4]（5-26）計算 兩齒輪的許用彎曲應(yīng)力，（）分別按下式確定 （3-7） 式中：——試驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限，查參考文獻[4]圖5-32； ——試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，本書采用國家標準給定的值計算時，； ——彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)，一般取。當考慮齒輪工作在有限壽 命時，彎曲疲勞許用應(yīng)力可以提高的系數(shù)，查參考文獻[4]圖5-34； ——彎曲強度的最小安全系數(shù)。一般傳動取=1.3～1.5；重要傳動取=1.6～3.0； 由上得： 取，， 把各參數(shù)代入式（3-7）中得： 2)計算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩 N·m 3）選取載荷系數(shù)K 因為是斜齒輪傳動，且加工精度為了7級，故K可選小些，取K=1.4 5）齒寬系數(shù)的選擇： 選大值時，可減小直徑，從而減小傳動的中心距，并在一定程度上減輕包括箱體在內(nèi)的整個傳動裝置的重量，但是卻增大了齒寬和軸向尺寸，增加了載荷分布的不均勻性。 的推薦值為： 當為軟齒面時，齒輪相對于軸承對稱布置時，=0.8～1.4； 非對稱布置時，=0.6～1.2； 懸臂布置或開式傳動時，=0.3～0.4。 當為硬齒面時，上述值相應(yīng)減小50%。 取=0.5，并??； 6）確定復(fù)合系數(shù) 因兩輪所選材料及熱處理相同，則相同，故設(shè)計時按小齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)代入即可。而 由參考文獻[4]圖5-38查得=4.18 將上述參數(shù)代入式（3-6），得 按參考文獻[4]表5-1取標準模數(shù)，取mm 則中心距 7）計算其它幾何尺寸如下表 表3-1主、從動圓柱斜齒輪參數(shù) 參 數(shù) 符 號 主動斜齒圓柱齒輪 從動斜齒圓柱齒輪 齒數(shù) Z1，Z2 9 32 螺旋角 16° 法面模數(shù) 5 端面模數(shù) 5.2 法面壓力角 20° 端面壓力角 20.74° 分度圓直徑 46.8 166.4 基圓直徑 43.77 155.62 齒頂高 ha=h2=（1+0.1） 5.5. 5.5 齒根高 hf1= hf2=（1+0.25-0.1） 5.75 5.75 齒頂圓直徑 57.8 177.4 齒根圓直徑 35.3 154.9 當量齒數(shù) 10.13 36.03 3.3.4校核齒面的接觸強度 由參考文獻[4]式（5-47）可知 （3-8） 為彈性系數(shù)，當齒輪都為鋼制， 代入公式（3-8）得 齒面許用接觸應(yīng)力按參考文獻[4]式（5-27）計算，因為主減速器為較重要傳動，取最小安全系數(shù)，，，則 因為，故接觸疲勞強度也足夠。 3.4軸承的選擇與校核 3.4.1軸承的載荷計算 當斜齒圓柱齒輪齒面上所受的圓周力、軸向力和徑向力計算確定后，根據(jù)主減速器齒輪軸承的布置尺寸，即可求出軸承所受的載荷。圖3-5為單級主減速器的跨置式支承的尺寸布置圖: 圖3-5 單級主減速器軸承布置尺寸 圖3-5中各參數(shù)尺寸： a=46mm，b=22mm，c=90.5mm，d=60.5mm。 由主動斜齒圓柱齒輪齒面受力簡圖（圖3-6所示），得出各軸承所受的徑向力與軸向力。 圖3-6主動斜齒圓柱齒輪齒面受力簡圖 軸承A：徑向力 Fr= （3-14） 軸向力 Fa= Faz （3-15） 將各參數(shù)代入式（3-14）與（3-15），有： Fr=3997N，F(xiàn)a=2752N 軸承B：徑向力 Fr= （3-16） 軸向力Fa= 0 （3-17） 將各參數(shù)代入式（3-16）與（3-17），有： Fr=1493N，F(xiàn)a=0N 軸承C：徑向力 Fr= （3-18） 軸向力Fa= Faz （3-19） 將各參數(shù)代入式（3-18）與（3-19），有： Fr=2283N，F(xiàn)a=2752N 軸承D：徑向力 Fr= （3-20） 軸向力Fa= 0 （3-21） 將各參數(shù)代入式（3-20）與（3-21），有： Fr=1745N，F(xiàn)a=0N 3.4.2軸承型號的確定 軸承A 計算當量動載荷P =0.69 查閱文獻[2]，斜齒圓柱齒輪圓錐滾子軸承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） （3-24） 將各參數(shù)代入式（3-24）中，有： P=7533N 軸承應(yīng)有的基本額定動負荷C′r C′r= （3-25） 式中： ft—溫度系數(shù)，查文獻[4]，得ft=1； ε—滾子軸承的壽命系數(shù)，查文獻[4]，得ε=10/3； n—軸承轉(zhuǎn)速，r/min； L′h—軸承的預(yù)期壽命，5000h； 將各參數(shù)代入式（3-25）中，有；C′r=24061N 初選軸承型號 查文獻[3]，初步選擇Cr =24330N> C′r的圓錐滾子軸承7206E。 驗算7206E圓錐滾子軸承的壽命 Lh = （3-26） 將各參數(shù)代入式（3-24）中，有： Lh =4151h<5000h 所選擇7206E圓錐滾子軸承的壽命低于預(yù)期壽命，故選7207E軸承,經(jīng)檢驗?zāi)軡M足。軸承B、軸承C、軸承D、軸承E強度都可按此方法得出，其強度均能夠滿足要求。 第4章 差速器的設(shè)計 4.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，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制鎖止式差速器。 普通齒輪式差速器的傳動機構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器要圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。 強制鎖止式差速器就是在對稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當一側(cè)驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)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(yīng)用較廣。 查閱文獻[5]經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)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(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(jié)構(gòu)，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(nèi)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。 4.2差速器齒輪設(shè)計 a) 行星齒輪數(shù)n 該車為小型轎車，但為確保差速器穩(wěn)定性，行星輪數(shù)應(yīng)該為4. b) 行星齒輪球面半徑 行星齒輪球面半徑RS反映了差速器錐齒輪節(jié)錐矩的大小和承載能力。 = （4-1） 式中： —行星齒輪球面半徑系數(shù)，KS=2.52～2.92，對于有兩個行星齒輪的轎車取最大值； —差速器計算轉(zhuǎn)矩，Nm；取式3-2和3-3中較小值1576.34Nm 將各參數(shù)代入式（4-1），有： =34mm c）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)z1和z2 為了使輪齒有較高的強度，z1一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)z2在14～25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)，且半軸齒輪齒數(shù)和必須能被行星齒輪齒數(shù)整除。 查閱資料，經(jīng)方案論證，初定半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比=2，半軸齒輪齒數(shù)z2=24，行星齒輪的齒數(shù) z1=12。 d） 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2直齒錐齒輪節(jié)錐距半徑A0及模數(shù)m 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2分別為 γ1= （4-2） γ2= （4-3） 將各參數(shù)分別代入式（4—2）與式（4—3），有： γ1=26.56°，γ2=63.44° 直齒錐齒輪節(jié)錐距半徑A0為 A0=(0.98-0.99) RB =33.32~33.66 錐齒輪大端模數(shù)m為 m= （4-4） 將各參數(shù)代入式（4-4），有： m=2.52—2.55 查閱文獻[3]，取模數(shù)m=3 e）半軸齒輪與行星齒輪齒形參數(shù) 按照文獻[3]中的設(shè)計計算方法進行設(shè)計和計算，結(jié)果見表4-1。 壓力角α 汽車差速齒輪大都采用壓力角α=22°30′，齒高系數(shù)為0.8的齒形。 表4-1半軸齒輪與行星齒輪參數(shù) 序號 名稱 計算公式 計算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) ≥10，應(yīng)盡量取最小值 =12 2 半軸齒輪齒數(shù) =14～25，且需滿足式（1-4） =24 3 模數(shù) =3mm 4 齒面寬 b=(0.25～0.30)A;b≤10m 10mm 5 工作齒高 =4.8mm 6 全齒高 5.415 7 壓力角 22.5° 8 軸交角 =90° 9 節(jié)圓直徑 ； d1=36, d2=72 10 節(jié)錐角 ， =26.56°，=63.44° 11 節(jié)錐距 =40mm 12 周節(jié) =3.1416 =9.425mm 13 齒頂高 ; =3.23mm =1.57mm 14 齒根高 =1.788-; =1.788- =2.13mm; =3.79mm 15 徑向間隙 =-=0.188+0.051 =0.615mm 16 齒根角 =; =3.05°; =5.41° 17 面錐角 ； =31.97°；=66.49° 18 根錐角 ； =23.51°=58.03° 19 外圓直徑 ； do1=41.78 do1=73.4 4.3齒輪強度計算 4.3.1齒輪材料選擇 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。初選差速器齒輪材料為20CrMoTi。 4.3.2校核計算 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)常處于嚙合傳動狀態(tài)，只有當汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行使不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此，對于差速器齒輪主要應(yīng)進行彎曲強度計算。輪齒彎曲應(yīng)力σw（MPa）為 MPa （4-6） 式中：T—差速器一個行星齒輪給予一個半周齒輪的轉(zhuǎn)矩，Nm；其計算公式為 T= —計算轉(zhuǎn)矩，取1576.34Nm； —半軸齒輪數(shù)目；24； n—行星齒輪數(shù)；4； J—綜合系數(shù)，取0.223； F—計算齒輪的齒面寬，mm；10mm； m—端面模數(shù)，3mm； ks、km、kv按照主減速器齒輪強度計算的有關(guān)轉(zhuǎn)矩選??；分別為：0.648,1,1 將各參數(shù)代入式（4-6）中，有： σw=334MPa 因為, 差速器齒輪的σw≤[σw]=980MPa，所以齒輪彎曲強度滿足要求。 4.4行星齒輪軸的設(shè)計計算 4.4.1行星齒輪軸的分類及選用 行星齒輪的種類有很多，而差速器齒輪軸的種類也很多，最常見的是一字軸和十字軸，在小型汽車上由于轉(zhuǎn)矩不大，所以要用一字軸，而載貨的大質(zhì)量的汽車傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，為了軸的使用壽命以及提高軸的承載能力，常用十字軸，由四個軸軸頸來分配轉(zhuǎn)矩。可以有效的提高軸的使用壽命。 此次設(shè)計選用十字軸。 4.4.2行星齒輪軸的尺寸設(shè)計 行星齒輪軸用直徑d（mm）為 d= （4-5） 式中： T0—差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm；1576.34Nm n—行星齒輪數(shù)；4 rd—行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x20mm； [σc]—支承面許用擠壓應(yīng)力，取69 MPa； 將各參數(shù)代入式（4-5）中，有： d=16mm。 4.4.3行星齒輪軸的材料 軸的選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。 軸的常用材料主要有碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價廉，對應(yīng)力集中敏感性比合金鋼低，應(yīng)用較為廣泛，對重要或者承受較大的軸，宜選用35、40、45和50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中以45鋼最常用。所以此次選用的軸的材料為45鋼。 第5章 傳動半軸的設(shè)計 5.1半軸的型式選擇 半軸的型式主要取決于半軸的支承型式。普通非斷開式驅(qū)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。半浮式半軸以其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，而端部則以具有圓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，半浮式半軸所承受的載荷較復(fù)雜，但它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價低廉等優(yōu)點，故被質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負荷也不大的轎車和微型客、貨汽車所采用。 基于上述特點，本次設(shè)計的乘用車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋選用半浮式半軸的結(jié)構(gòu)。 5.2半軸的設(shè)計與校核 5.2.1半軸的設(shè)計計算 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計與計算時首先應(yīng)合理地確定其計算載荷。 該乘用車驅(qū)動型式為，查參考文獻[3]表5-1可得： 半軸的計算轉(zhuǎn)矩： （5-1） 式中：——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩； ——差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于圓錐行星齒輪差速器可?。?； ——變速器I擋傳動比； ——主減速比； N·m 由參考文獻[3]式（5-16）得 （5-2） 取許用應(yīng)力 代入計算得： 出于對安全系數(shù)以及半軸強度的較核的考慮，取d=25mm。 5.2.2半軸的強度較核 （1）縱向力最大和側(cè)向力為0： 此時垂向力，縱向力最大值，計算時可取1.2， 取為0.8。 半軸彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為： (5-3) (5-4) 式(5-3),(5-4)中，a為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離， 合成應(yīng)力為： (5-5) 計算得： ， （2）側(cè)向力最大和縱向力=0,此時意味著汽車發(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: (5-6) (5-7) 式中，為汽車質(zhì)心高度，根據(jù)經(jīng)驗取為0.35； 為輪距，查資料得； 為側(cè)滑附著系數(shù)，計算時可取為1.0； 外輪上的側(cè)向力和內(nèi)輪上的側(cè)向力分別為 (5-8) (5-9) 內(nèi)外車輪上的總側(cè)向力為。 這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力為和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力分別為： (5-10) (5-11) 計算得： （3）汽車通過不平路面，垂向力最大，縱向力=0，側(cè)向力=0 此時垂直力最大值為 (5-12) 式中，k為運載系數(shù)。 乘用車：k=1.75;貨車：k=2.0;越野車：k=2.5. 半軸彎曲應(yīng)力為 (5-13) 由于乘用車K=1.75， 綜上述計算得，均未超過半軸的許用應(yīng)力550MPa，故半軸強度校核滿足要求。 5.3半軸的結(jié)構(gòu)、材料及熱處理 在半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了使花鍵的內(nèi)徑不致過多地小于其桿部直徑，常常將半軸加工花鍵的端部設(shè)計得粗一些，并適當?shù)販p小花鍵的深度，因此花鍵齒數(shù)發(fā)布相應(yīng)增多，一般為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。 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（突緣部分可低至HB248）。近年來采用高頻、中頻感應(yīng)淬火的工藝日益增多。這種處理方法使半軸表面淬火硬度達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，使半軸的靜強度和疲勞強度大為提高，尤其是疲勞強度提高得十分顯著。由于這些先進工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳（40號、45號）鋼的半軸也日益增多。 第6章 萬向節(jié)的設(shè)計 6.1萬向節(jié)結(jié)構(gòu)選擇 對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，在其驅(qū)動車輪的傳動裝置中必須采用萬向節(jié)傳動，以便使轉(zhuǎn)向車輪能夠轉(zhuǎn)向。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋上，常常在通往左右轉(zhuǎn)向車輪的傳動裝置中和靠近車輪處，各安裝一個等速萬向節(jié)。固定型球籠式萬向節(jié)（RF節(jié)圖6-1）和伸縮型球籠式萬向節(jié)（VL節(jié)圖6-2）廣泛應(yīng)用于采用獨立懸架的轎車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，如紅旗、桑塔納、捷達、寶來、奧迪等轎車的前橋。其中RF節(jié)用于靠近車輪處，VL節(jié)用于靠近驅(qū)動橋處（如圖6-3）。因此在本設(shè)計中也采用這兩種萬向節(jié)。 圖6-1 固定型球籠式萬向節(jié) 圖6-2 伸縮型球籠式萬向節(jié) 圖6-3 RF節(jié)與VL節(jié)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中的布置 6.2萬向節(jié)設(shè)計計算 對于Birfield型球籠式萬向節(jié)，以與星形套連接軸的直徑d作為萬向節(jié)的基本尺寸，即： d= (5-1) 式中：T----為萬向節(jié)的計算轉(zhuǎn)矩，為7083.34N.m； S----為使用因素，對于無振動的理想傳動取1.0 球的連接軸的直徑d=43.30,參照《汽車設(shè)計》這里取44.5，其他尺寸差表6-1 表6-1 Birfield型球籠式萬向節(jié)的系列數(shù)據(jù) 單位：㎜ 軸頸直徑 鋼球直徑 星形套最大直徑 星形套最小直徑 星形套槽距 星形套花鍵齒數(shù) 球形殼外徑 44.5 33.338 53.34 47.79 9/18 18 160 6.3萬向節(jié)的材料及熱處理 在傳遞轉(zhuǎn)矩時，鋼球與滾道間產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，因此對材料要求較高。球形殼和星形套采用15NiMo低碳合金鋼制造，并經(jīng)滲碳、淬火、回火處理；鋼球則選用軸承用鋼球，材料為15Cr。 總 結(jié) 本課題設(shè)計的乘用車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，采用斷開式驅(qū)動橋，該結(jié)構(gòu)廣泛用在各種乘用車上。 設(shè)計介紹了轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式和工作原理，計算了差速器、主減速器、半軸以及萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸，進行了強度校核，并繪制了有關(guān)零件圖和裝配圖。 本轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，符合實際應(yīng)用，具有很好的動力性和經(jīng)濟性，總成及零部件的設(shè)計能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，修理、保養(yǎng)方便，機件工藝性好，制造容易。 但此設(shè)計過程仍有許多不足，在設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸時，有些設(shè)計參數(shù)是按照以往經(jīng)驗值得出，這樣就帶來了一定的誤差。另外，在一些小的方面，由于時間問題，做得還不夠仔細，懇請各位老師同學給予批評指正。 參考文獻 [1] 王望予.汽車設(shè)計[M]第4版.北京:機械工業(yè)出版社,2004. 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Professional Engineerig Publishing Limited London and Bury St Edmunds, U K. 1998. 致 謝 大學生活即將結(jié)束，在這短短的幾年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴謹教學相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學表示最誠摯的感謝。 首先，向本設(shè)計的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進行指導(dǎo)，時刻關(guān)心我們的進展狀況，督促我們抓緊學習。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學會書本中的知識，更學會了學習操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計重點，如何合理安排時間和論文的編寫，同時在畢業(yè)設(shè)計過程中，她和我們在一起共同解決了設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們，以及同學們以誠摯的謝意，在整個設(shè)計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。 另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝。 總之，本次的設(shè)計是