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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
4噸輕型載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B07-3班
學(xué)生姓名： 李成鵬
指導(dǎo)教師： 石美玉
職 稱： 教 授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Driving Axle forJieFang
Light Truck
Candidate：Li Chengpeng
Specialty：Vehicle Engineering
Class： B07-3
Supervisor：Professor Shi Meiyu
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
目 錄
摘要 …………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract …………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論 ……………………………………………………………………………1
1.1設(shè)計(jì)研究的意義和目的……………………………………………………1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢………………………………………………2
1.3本設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容……………………………………………………2
第2章 汽車總體參數(shù)的確定…………………………………………………3
2.1 給定設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………………………………3
2.2 汽車形式的確定……………………………………………………………3
2.2.1 汽車軸數(shù)和驅(qū)動(dòng)形式的選擇………………………………………3
2.2.2 汽車布置形式的選擇……………………………………………………3
2.3 汽車主要參數(shù)的選擇………………………………………………………4
2.3.1 汽車主要尺寸的確定………………………………………………4
2.3.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定………………………………………………6
2.3.3 汽車性能參數(shù)的確定………………………………………………8
2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………………………11
2.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)形式的選擇…………………………………………………11
2.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇………………………………………11
2.5輪胎的選擇…………………………………………………………………13
2.6本章小結(jié)……………………………………………………………………14
第3章 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式及選擇……………………………………………15
3.1 概述…………………………………………………………………………15
3.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式…………………………………………………………15
3.3 驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式……………………………………………………17
3.3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式………………………………………………18
3.3.2 差速器的結(jié)構(gòu)形式…………………………………………………20
3.3.3 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式……………………………………………21
3.3.4驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式…………………………………………………22
3.4本章小結(jié)………………………………………………………………………22
第4章 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………23
4.1 主減速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………23
4.1.1主減速比的確定………………………………………………………23
4.1.2 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定………………………………………24
4.1.3 錐齒輪主要參數(shù)的選擇………………………………………………26
4.1.4 主減速器錐齒輪的材料………………………………………………28
4.1.5主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算………………………………29
4.1.6 主減速器圓弧齒輪螺旋齒輪的強(qiáng)度計(jì)算……………………………32
4.2 差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………37
4.2.1 差速器齒輪主要參數(shù)選擇……………………………………………37
4.2.2 差速器齒輪的材料…………………………………………………39
4.2.3 差速器齒輪幾何尺寸計(jì)算……………………………………………39
4.2.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………42
4.3 全浮式半軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………44
4.3.1 半軸基本參數(shù)計(jì)算及校核……………………………………………44
4.3.2半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理………………………………………45
4.4 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)…………………………………………………………………46
4.4.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式………………………………………………………46
4.4.2橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………46
4.5 本章小結(jié)………………………………………………………………………47
結(jié)論………………………………………………………………………………………48
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………49
致謝……………………………………………………………………………………51
附錄…………………………………………………………………………………52
第1章 緒 論
1.1 概述設(shè)計(jì)研究的意義和目的
驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，由驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成、功用、工作特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求講起，詳細(xì)地分析了驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式及布置方法；全面介紹了驅(qū)動(dòng)橋車輪的傳動(dòng)裝置和橋殼的各種結(jié)構(gòu)型式與設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的重大總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(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(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對汽車的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動(dòng)橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)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(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)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(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝。因此，通過對汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，都是采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開式驅(qū)動(dòng)橋。與非斷開式驅(qū)動(dòng)橋相比較，斷開式驅(qū)動(dòng)橋能顯著減少汽車簧下質(zhì)量，從而改善汽車行駛平順性，提高了平均行駛速度；減小了其策劃行駛時(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；增加了汽車的離地間隙；由于驅(qū)動(dòng)車輪與路面的接觸情況及對各種地形的適應(yīng)性較好，增強(qiáng)了車輪的抗側(cè)滑能力；若與之配合的獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。斷開式驅(qū)動(dòng)橋在乘用車和部分越野汽車上應(yīng)用廣泛。非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作可靠，但由于其簧下質(zhì)量較大，對汽車的行駛平順性和降低動(dòng)載荷有不利的影響。
本設(shè)計(jì)的的研究目的在于通過對汽車整體的匹配性設(shè)計(jì)完成驅(qū)動(dòng)橋的主減速器、差速器等部件型號(hào)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并完成校核的設(shè)計(jì)過程。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè),采用后輪驅(qū)動(dòng)汽車的平衡性和操作性都將會(huì)有很大的提高。后輪驅(qū)動(dòng)的汽車加速時(shí)，牽引力將不會(huì)由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，司機(jī)就會(huì)感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費(fèi)用低也是后輪驅(qū)動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費(fèi)用將會(huì)有很大的差別。如果變速器出了故障，對于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車就不需要對差速器進(jìn)行維修，但是對于前輪驅(qū)動(dòng)的汽車來說也許就有這個(gè)必要了，因?yàn)檫@兩個(gè)部件是做在一起的。所以后輪驅(qū)動(dòng)必然會(huì)使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)研究的重點(diǎn)在于：從橋殼的制造技術(shù)上尋求制造工藝先進(jìn)、制造效率高、成本低的方法；從齒輪減速形式上將傳統(tǒng)的中央單極減速器發(fā)展到現(xiàn)在的中央及輪邊雙級(jí)減速或雙級(jí)主減速器結(jié)構(gòu)；從齒輪的加工形式上車橋內(nèi)部的的主從動(dòng)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。
1.3 本設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容
(1) 完成汽車的總體布置和參數(shù)選擇；
(2) 汽車驅(qū)動(dòng)橋方案的確定；
(3) 主減速器及差速器等部件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。
第2章 汽車總體參數(shù)的確定
2.1 給定設(shè)計(jì)參數(shù)
汽車最高時(shí)速 115km/h
裝載質(zhì)量 2.5t
最小轉(zhuǎn)彎半徑 12.5m
最大爬坡度 0.3
同步附著系數(shù) 0.4
2.2 汽車形式的確定
2.2.1汽車軸數(shù)和驅(qū)動(dòng)形式的選擇
汽車可以有二軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。影響軸數(shù)的因素主要有汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對于軸載的限制和輪胎的負(fù)荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。包括乘用車以及汽車總質(zhì)量小于19t的公路運(yùn)輸車輛和軸荷不受道路、橋梁限制的不在公路上行駛的車輛，如礦用自卸車等，均采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉的兩軸方案?？傎|(zhì)量在19~26t的公路運(yùn)輸車采用三軸形式，總質(zhì)量更大的汽車宜采用四軸和四軸以上的形式。
所以根據(jù)給定的汽車轉(zhuǎn)載質(zhì)量選擇汽車的軸數(shù)為2軸。
汽車的用途、總質(zhì)量和對車輛通過性能的要求等，是影響選取驅(qū)動(dòng)形式的主要因素。乘用車和總質(zhì)量小些的商用車，多采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的4×2驅(qū)動(dòng)形式。
所以選擇汽車的驅(qū)動(dòng)形式為4×2式。
2.2.2汽車布置形式的選擇
汽車的布置形式是指發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)橋和車身的相互關(guān)系和布置特點(diǎn)而言。汽車的使用性能除取決于整車和各總成的有關(guān)參數(shù)外，其布置形式對使用性能也有重要影響。
貨車可以根據(jù)駕駛室與發(fā)動(dòng)機(jī)的相對位置不同，分為平頭式、短頭式、長頭式和偏置式四種。貨車又可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置不同分為發(fā)動(dòng)機(jī)前置、中置、和后置三種布置形式。
平頭式貨車總長和軸距尺寸短，最小轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性能良好；不需要發(fā)動(dòng)機(jī)罩和翼子板，加上總長縮短等因素的影響，汽車整備質(zhì)量減??；駕駛員視野得到明顯改善；采用翻轉(zhuǎn)式駕駛室時(shí)能改善發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件的接近性；汽車貨箱與整車的俯視面積之比稱為面積利用率，平頭貨車的該項(xiàng)指標(biāo)較高。故本設(shè)計(jì)采用的布置形式為平頭式貨車。
發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)貨車的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以采用直列、V型或臥式發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障容易；發(fā)動(dòng)機(jī)的接近性良好，維修方便；離合器、變速器等操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，容易布置；貨箱地板高度較低。并且大多貨車均采用該形式的布置方式。
2.3 缸套汽車主要參數(shù)的選擇
2.3.1 汽車主要尺寸的確定
汽車的主要尺寸參數(shù)包括外廓尺寸、軸距、前懸、后懸、貨車車頭長度和車廂尺寸等。
(1) 外廓尺寸
汽車的長、寬、高稱為汽車的外廓尺寸。汽車長度尺寸小不僅可以減少行駛期間需要的道路長度，同時(shí)還可以增加車流密度，在停車時(shí)占用的停車場面積也小。除此之外，汽車的整備質(zhì)量相應(yīng)減少，這對提高比功率、比轉(zhuǎn)矩和燃油經(jīng)濟(jì)性有利。
GB 1589—1989 汽車外廓尺寸限界規(guī)定如下：貨車、整體式客車總長不應(yīng)超過12m，單鉸接式客車不超過18m，半掛汽車列車不超過16.5m，全掛汽車列車不超過20m；不包括后視鏡，汽車寬不超過2.5m；空載、頂窗關(guān)閉狀態(tài)下，汽車高不超過4m；后視鏡等單側(cè)外伸量不得超過最大寬度處250mm；頂窗、換氣裝置開啟時(shí)不得超出車高300mm。
參考同類型貨車的外廓尺寸，確定本設(shè)計(jì)中輕型貨車的外廓尺寸為： 長×寬×高 5400×1950×2100mm
(2)軸距L
軸距L對整備質(zhì)量、汽車總長、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動(dòng)軸長度、縱向通過半徑等有影響。當(dāng)軸距短時(shí)，上述個(gè)指標(biāo)減小。此外軸距還對軸荷分配、傳動(dòng)軸夾角有影響。軸距過短會(huì)使車廂長度不足或后懸過長，汽車上坡、制動(dòng)或加速時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大，使汽車制動(dòng)性或操作穩(wěn)定性變壞；車身縱向角振動(dòng)增大，對平順性不利；萬向節(jié)傳動(dòng)軸的夾角增大。原則上對發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車、載重量或載客量多的貨車或客車，軸距取得長。對機(jī)動(dòng)性要求高的汽車，軸距宜取短些。
表2.1 部分汽車的軸距和輪距
車型
類別
軸距L/mm
輪距B/mm
客車
城市客車（單車）
4500~5000
1740~2050
長途客車（單車）
5000~6500
4×2 貨車
汽車總質(zhì)量m/t
1700~2900
2300~3600
3600~5500
1150~1350
1300~1650
1700~2000
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
根據(jù)表2.1，本設(shè)計(jì)中選取軸距L=2800mm
(3) 輪距B
改變汽車輪距B會(huì)影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化。增大輪距則車廂內(nèi)寬隨之增加，并有利于增加側(cè)傾剛度，汽車橫向穩(wěn)定性變好；但是汽車的總寬和總質(zhì)量及最小轉(zhuǎn)彎半徑等增加，并導(dǎo)致汽車的比功率、比轉(zhuǎn)矩指標(biāo)下降，機(jī)動(dòng)性變壞。
受總寬不得超過2.5m限制，輪距不宜過大。但在選定的前輪距范圍內(nèi)，應(yīng)能布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時(shí)轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運(yùn)動(dòng)間隙。在確定后輪距時(shí)，應(yīng)考慮車架兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度及他們之間應(yīng)留有必要的間隙。
部分汽車的輪距可以參考表2-1提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行初選。本設(shè)計(jì)中取為==1500mm。
(4) 前懸和后懸
前懸尺寸對汽車通過性、碰撞安全性、駕駛員視野、前鋼板彈簧長度、上車和下車的方便性以及汽車造型等均有影響。增加前懸尺寸，減小了汽車的接近角，使通過性降低，并使駕駛員的視野變壞。因在前懸這段尺寸內(nèi)要布置保險(xiǎn)杠、散熱器風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向器等部件，故前懸不能縮短。長些的前懸尺寸有利于在撞車時(shí)對乘員起保護(hù)作用，也有利于采用長些的鋼板彈簧。對于平頭汽車，前懸還會(huì)影響前門上下車的方便性。初選的前懸尺寸，應(yīng)當(dāng)在保證能布置下上述個(gè)總成、部件的同時(shí)盡可能的短些。對于載客量少的平頭車，考慮到正面碰撞能有足夠多的結(jié)構(gòu)件吸收碰撞能量，保護(hù)前排乘員的安全，這又要求前懸有一定的尺寸。在本設(shè)計(jì)中，參考同類型車輛，選取=740mm。
后懸尺寸對汽車通過性、汽車追尾時(shí)的安全性、貨箱貨行李箱長度、汽車造型等有影響，并取決于軸距和軸荷分配的要求。后懸長，則汽車離去角減小，使通過性降低，總質(zhì)量在1.8~14.0t的貨車后懸一般在1200~2200mm之間，特長貨箱的汽車后懸可達(dá)到2600mm，但不得超過軸距的55%。本設(shè)計(jì)中，選取=1300mm。
(5) 貨車車頭長度
貨車車頭長度系指從汽車的前保險(xiǎn)杠到駕駛室后圍的距離。車身形式，即長頭型還是平頭型對車頭的長度有絕對影響。此外，車頭長度尺寸對汽車的外觀效果，駕駛室居住性、汽車面積利用率和發(fā)動(dòng)機(jī)的接近性等有影響。
平頭型貨車一般在1400~1500mm之間。
(6) 貨車車廂尺寸
要求車廂尺寸在運(yùn)送散裝煤和袋裝糧食時(shí)能裝有足額定噸數(shù)。車廂邊版高度對汽車質(zhì)心高度和裝卸貨物的方便性有影響，一般應(yīng)在450~650mm范圍內(nèi)選取。車廂內(nèi)寬應(yīng)在汽車外寬符合國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下適當(dāng)取寬些，以縮短邊板高度和車箱長度。對于能達(dá)到較高車速的貨車，使用過寬的車箱會(huì)增加汽車的迎風(fēng)面積，導(dǎo)致空氣阻力增加。車箱內(nèi)長應(yīng)在滿足運(yùn)送上述貨物達(dá)到額定噸位的條件下盡可能的取短些，以利于減小整備質(zhì)量。
2.3.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定
汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車裝備質(zhì)量，載客量、裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車總質(zhì)量、軸荷分配等。
(1) 整車整備質(zhì)量
整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎），加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時(shí)的整車質(zhì)量。
整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)性有影響。目前，盡可能減少整車整備質(zhì)量的目的是：通過減輕整備質(zhì)量增加加載質(zhì)量或載客量，抵消因滿足安全標(biāo)準(zhǔn)、排氣標(biāo)準(zhǔn)和噪聲標(biāo)準(zhǔn)所帶來的整備質(zhì)量的增加、節(jié)約燃料。減少整車整備質(zhì)量是從事汽車設(shè)計(jì)工作必須遵守的一項(xiàng)總要原則。
整車整備質(zhì)量在設(shè)計(jì)階段需估算確定。在日常生活中，收集大量同類型汽車總成、部件和整車的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合新車設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝水平等初步估算各總成、部件的質(zhì)量，再累計(jì)構(gòu)成整車整備質(zhì)量。乘用車和商用客車的整備質(zhì)量也可按每人所占汽車整備質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)平均值估計(jì)。在沒有樣車參考時(shí)，先初選一恰當(dāng)?shù)馁|(zhì)量系數(shù)（定義為裝載質(zhì)量與整車質(zhì)量之比），再按給定的裝載質(zhì)量推算出整備質(zhì)量。根據(jù)表2-2，初取=1，可得=/=2t
表2.2 貨車的質(zhì)量系數(shù)
參數(shù)
車型
總質(zhì)量/t
貨車
1.8~6.0
0.8~1.10
6.0~14.0
1.20~1.35
>14.0
1.30~1.70
(2) 汽車的載客量n和裝載質(zhì)量（簡稱載質(zhì)量）
普通輕型貨車的載客量：2~4，選定載客量為3座。
汽車載重量是指在硬質(zhì)良好的路面上行駛時(shí)所允許的額定載質(zhì)量。本設(shè)計(jì)中裝載質(zhì)量為給定參數(shù)，=2t
(3) 質(zhì)量系數(shù)
質(zhì)量系數(shù)是指汽車載重量與整車整備質(zhì)量的比值，即=/。該系數(shù)反應(yīng)了汽車的設(shè)計(jì)水平和和工藝水平，越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。本設(shè)計(jì)中以選取=1.0
(4) 汽車的總質(zhì)量
汽車的總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時(shí)的整車質(zhì)量。商用貨車的總質(zhì)量由整備質(zhì)量、載質(zhì)量和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部分組成，即
=++n65kg
本設(shè)計(jì)中n=3,故=2t+2t+3×65kg=4.195t
(5) 軸荷分配
汽車的軸荷分配是指在空載或滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各車軸對支承平面的垂直負(fù)荷，也可以用站空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示.
軸荷分配對輪胎壽命和汽車的許多性能有影響。從各輪胎磨損均勻和壽命相近考慮，各個(gè)車輪的負(fù)荷應(yīng)相差不大；為保證汽車有良好的動(dòng)力性和通過性，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)有足夠大的負(fù)荷，而從動(dòng)軸上的負(fù)荷可以適當(dāng)減小，以利減小從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力和提高在壞路面上的通過性；為了保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，又要求轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷不應(yīng)過小。因此，可以得出作為很重要的軸荷分配參數(shù)，各使用性能對其要求是相互矛盾的，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)對整車的性能要求、使用條件等，合理的選取軸荷分配。
汽車的驅(qū)動(dòng)形式與發(fā)動(dòng)機(jī)位置、汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、車頭形式和使用條件等均對軸荷分配有顯著影響。如發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪乘用車和平頭式商用貨車前軸負(fù)荷較大，而長頭式貨車前軸負(fù)荷較小。常在壞路面上形式的越野汽車，前軸負(fù)荷應(yīng)該小些。參考各類汽車的軸荷分配表，取滿載時(shí)前軸軸荷為35%，后軸軸荷為65%；
空載時(shí)前軸軸荷為50%，后軸軸荷為50%。
表2.3 各類汽車的軸荷分配
車型（商用貨車）
滿載
空載
前軸
后軸
前軸
后軸
4×2后輪單胎
4×2后輪雙胎，長、短頭式
4×2后輪雙胎，平頭式
6×4后輪雙胎
32%~40%
25%~27%
30%~35%
19%~25%
60%~68%
73%~75%
65%~70%
75%~81%
50%~59%
44%~49%
48%~54%
31%~37%
41%~50%
51%~56%
46%~52%
63%~69%
2.3.3 汽車性能參數(shù)的確定
(1) 動(dòng)力性參數(shù)
a) 最高車速
隨著道路條件的改善，特別是高速公路的修建，汽車尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)排量大些的乘用車最高車速有逐漸提高的趨勢。在本設(shè)計(jì)中，該參數(shù)給定為115km/h。
b) 加速時(shí)間t
汽車在平直的良好路面上，從原地起步開始以最大加速度加速到一定車速所用去的時(shí)間，稱為加速時(shí)間。對于最高車速>100km/h的汽車，加速時(shí)間常用加速到100km/h所需的時(shí)間來評(píng)價(jià)。載貨汽車常用0—60km/h的換擋加速時(shí)間或在直接檔由20km/h加速到某一車速來評(píng)價(jià)。一般裝載量2—2.5t的輕型貨車的0—60km/h的換擋加速時(shí)間在17.5—30s。
c) 上坡能力
用汽車滿載時(shí)在良好路面上的最大坡度阻力系數(shù)來表示汽車的上坡能力。通常要求貨車能克服30%坡度，越野汽車能克服60%坡度。
d) 比功率和比轉(zhuǎn)矩
比功率是汽車所長發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定最大功率與汽車最大總質(zhì)量之比，它可以綜合反映汽車的動(dòng)力性，比功率大的汽車加速性能、速度性能要好于比功率小一些的汽車。我國GB7258—1997《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定：農(nóng)用運(yùn)輸車與運(yùn)輸用拖拉機(jī)的比功率≥4.0kW/t，而其他機(jī)動(dòng)車≥4.8kW/t。
比轉(zhuǎn)矩是汽車所裝發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比。他反映汽車的牽引能力。不同車型的比功率和比轉(zhuǎn)矩范圍揀表2-4 。
表2.4 汽車動(dòng)力性參數(shù)范圍
汽車類別
最高車速
比功率
比轉(zhuǎn)矩
貨車
最大總質(zhì)量
≤1.8
80~135
16~28
30~44
1.8﹤≤6.0
15~25
38~44
1.8﹤≤14.0
75~120
10~20
33~47
﹥14.0
6~20
29~50
(2) 燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)
汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性用汽車在水平的水泥或?yàn)r青路面上，以經(jīng)濟(jì)車速或多工況滿載行駛百公里的燃油消耗量(L/100km)來評(píng)價(jià)。貨車有時(shí)用單位質(zhì)量的百公里油耗量來評(píng)價(jià)(表2—5)。
表2.5 貨車單位質(zhì)量的百公里燃油消耗量 [L(100tkm) ]
總質(zhì)量
汽油機(jī)
柴油機(jī)
總質(zhì)量
汽油機(jī)
柴油機(jī)
﹤4t
3.00~4.00
2.00~2.80
6~12t
2.68~2.82
1.55~1.86
4~6t
2.80~3.20
1.90~2.10
﹥12t
2.50~2.60
1.43~1.53
(3) 汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑
轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置是，汽車前外轉(zhuǎn)向輪輪轍中心在支撐平面上的軌跡圓的直徑，稱為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑。用來描述汽車轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性，是汽車轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本設(shè)計(jì)中，給定=12.5m。
(4)通過性幾何參數(shù)
總體設(shè)計(jì)要確定的通過性幾何參數(shù)有：最小離地間隙，接近角，離去角，縱向通過半徑等。各類汽車的通過性參數(shù)視車型和用途而異，其范圍見表2—5。
表2.5 汽車通過性的幾何參數(shù)
車型
/mm
/（°）
/（°）
/m
4×2乘用車
150～220
20～30
15～22
3.0～8.3
4×4乘用車
210
45～50
35～40
1.7～3.6
4×2貨車
180～300
40～60
25～45
2.3～6.0
4×4貨車、6×6貨車
260～350
45～60
35～45
1.9～3.6
確定最小離地間隙=200mm，接近角=42°，離去角=27°，縱向通過半徑=3m。
(5)操縱穩(wěn)定性參數(shù)
a)轉(zhuǎn)向特性參數(shù)
為了保證有良好的操縱穩(wěn)定性，汽車應(yīng)具有一定的不足轉(zhuǎn)向。通常用汽車以0.4g的向心加速度沿頂圓轉(zhuǎn)向時(shí)，前后輪側(cè)偏角之差-作為評(píng)價(jià)參數(shù)。此參數(shù)在1°—3°為宜。
b) 車身側(cè)傾角
汽車以0.4g的向心加速度沿定圓等速行駛時(shí)，車身側(cè)傾角控制在3°以內(nèi)較好，最大不允許超過7°.
c) 制動(dòng)前俯角
為了不影響乘坐舒適性，要求汽車以0.4g的減速度制動(dòng)時(shí)，車身前俯角不大于1.5°。
(6)制動(dòng)性參數(shù)
目前常用制動(dòng)距離s、平均制動(dòng)減速度j和行車制動(dòng)的踏板力及應(yīng)急制動(dòng)時(shí)的操縱力來評(píng)價(jià)制動(dòng)效能。對于總質(zhì)量小于4.5t的輕型貨車，當(dāng)=30km/h時(shí)，總制動(dòng)距離應(yīng)小于等于18m，制動(dòng)減速度應(yīng)大于等于2.6，操縱力小于700N。
(7)舒適型參數(shù)
舒適性應(yīng)包括平順性、空氣調(diào)節(jié)性能、車內(nèi)噪聲、乘坐環(huán)境及駕駛員的操作性能。其中汽車行駛平順性常用垂直振動(dòng)參數(shù)作評(píng)價(jià)，包括頻率和振動(dòng)加速度等，此外懸架動(dòng)撓度也用來作為評(píng)價(jià)參數(shù)之一。對于貨車，靜撓度=50~110mm，動(dòng)撓度=60~90mm，偏頻n=1.5~2.2Hz。
2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇
2.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)形式的選擇
選為：直列水冷汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
汽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：平穩(wěn)、噪聲小、轉(zhuǎn)速高、體積小、易啟動(dòng)、轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性好等。
直列式的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、造價(jià)低廉、工作可靠、寬度小、易布置，因而在中型及以下的貨車上得到廣泛應(yīng)用。
水冷的優(yōu)點(diǎn)： 冷卻均勻可靠、散熱好、噪聲??；能提供車內(nèi)供暖、較好適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓和散熱的需要。
2.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇
(1) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和相應(yīng)轉(zhuǎn)速
根據(jù)所設(shè)計(jì)汽車應(yīng)達(dá)到的最高車速，用下式估算發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
（2.1）
式中： ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率， ；
——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，對單級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋的4×2式汽車取0.9
——汽車總質(zhì)量，kg ；
——重力加速度， ；
——滾動(dòng)阻力系數(shù)，對載貨汽車取0.02
——最高速度，；
——空氣阻力系數(shù)，貨車取0.8—1.0；
——汽車正面投影面積，，無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距、汽車總高、
汽車總寬等尺寸近似計(jì)算：
對貨車
此處取 =3.15
根據(jù)式(2-1) 計(jì)算得 =62.92
按上式估算的為發(fā)動(dòng)機(jī)裝有全部附件時(shí)測定得到的最大有效功率，約比發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的最大功率低12%~20%。因此最大功率=1.15×62.92=72.36Kw總質(zhì)量小些的貨車的值在4000~5000r/min之間，總質(zhì)量居中的貨車更低些。本設(shè)計(jì)中選取=4500r/min。
(2) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速
用下式確定
(2.2)
式中：為最大轉(zhuǎn)矩（Nm）
故有=184.08N·m。
選。
在此，圓整為。
2.5 輪胎的選擇
總體設(shè)計(jì)開始階段就要選好輪胎的型式和尺寸。因?yàn)樗鼈兪抢L制總布置圖
和進(jìn)行性能計(jì)算的重要原始數(shù)據(jù)之一。輪胎的型號(hào)主要根據(jù)車型，使用條件，輪胎的靜負(fù)荷，輪胎的額定負(fù)荷及車速來選擇。
所選輪胎在使用中承受的靜負(fù)荷值應(yīng)等于或接近輪胎的靜負(fù)荷值，我國各種汽車的輪胎和輪輞的規(guī)格及其額定負(fù)荷可查輪胎的國家標(biāo)準(zhǔn)。表2-9提供了一些貨車的輪胎規(guī)格和特征。表中各列數(shù)據(jù)中如無帶括號(hào)的數(shù)據(jù)，表示該列數(shù)據(jù)對斜交輪胎和子午線輪胎通用，否則，不帶括號(hào)的數(shù)據(jù)適用于斜交胎，而帶括號(hào)的數(shù)據(jù)適用于子午線輪胎，貨車上雙胎并裝時(shí)，負(fù)荷約比單胎使用時(shí)的負(fù)荷增加10%15%。轎車輪胎標(biāo)準(zhǔn)見GB2978-82.
輪胎多承受的最大靜負(fù)荷與輪胎額定負(fù)荷之比稱為輪胎負(fù)荷系數(shù)。為了避免超載，此系數(shù)取0.91.0之間。對于在良好路面上行駛，車速不高的貨車，此系數(shù)允許取1.1。但不得大于1.2。因?yàn)檩喬コd20%，其壽命將下降30%左右。轎車及輕型貨車的車速高，動(dòng)負(fù)荷大，系數(shù)應(yīng)取下限；重型貨車，重型自卸車的車速低，此系數(shù)可略偏高。近年來，貨車上普遍采用高強(qiáng)度尼龍簾布輪胎，使輪胎承受能力提高。因此，同樣載重量的汽車所用的輪胎尺寸已減少。越野汽車長用胎面寬，直徑大的超低壓輪胎。山區(qū)使用的汽車，制動(dòng)鼓與輪輞的間隙應(yīng)大些，故采用輪輞較大的輪胎。轎車為降低質(zhì)心和提高行駛平穩(wěn)性，采用直徑較小的寬輪輞低壓輪胎。
按輪胎胎體中簾線的排列不同，常見的有三種型式可供選擇，即普通斜線胎，子午線胎和帶束斜交胎等，普通斜線胎的胎體簾線層較多，胎側(cè)厚，使用中不易劃破，側(cè)向剛性也大。其缺點(diǎn)是緩沖性較差；子午線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是簾線呈子午向排列，這樣簾線的強(qiáng)度就能得到充分利用。此外，選用高強(qiáng)度材料組成多層緩沖層，加強(qiáng)了胎冠，使緩沖性能得到提高，與普通斜線胎相比較，子午線輪胎還有使用壽命長，滾動(dòng)阻力小，附著性能好等優(yōu)點(diǎn)。子午線胎的缺點(diǎn)是胎側(cè)較薄，側(cè)向穩(wěn)定性差，胎側(cè)易發(fā)生裂口，制造技術(shù)要求高。由于子午線胎的優(yōu)點(diǎn)較多，今年來在汽車上應(yīng)用日益增多。帶束斜交胎的結(jié)構(gòu)和性能介于普通斜交胎和子午線胎之間，其耐磨性和壽命雖比普通斜交胎好，但不如子午線胎，僅側(cè)向穩(wěn)定性比子午線胎好，所以應(yīng)用不廣。在本設(shè)計(jì)中選用斜交輪胎。
由前述計(jì)算，應(yīng)該根據(jù)滿載時(shí)前輪靜載荷計(jì)算。此時(shí)其最大負(fù)荷：
表2.9 國產(chǎn)汽車輪胎規(guī)格及特征
輪胎規(guī)則
層數(shù)
主要尺寸
使用條件
斷面寬
外直徑
最大負(fù)荷
相應(yīng)氣壓p0.1
標(biāo)準(zhǔn)輪輞
允許使用輪輞
普通花紋
加深花紋
越野花紋
N
MPa
輕型貨車，中，小客車及其掛車輪胎
6.50-14
6
8
180
705
-
-
5850
6900
3.2
4.2
4
5J
6.50-16
(6.50R16)
6
8
755
765
765
-
6350
7550
3.2(3.5)
4.2(4.6)
5.50F
5.50E
5.50F
7.55-15
(7.00R15)
6
8
200
750
760
-
6800
8000
3.2(3.5)
4.2(4.6)
5.50F
6.00G
7.00-16
(7.00R16)
8
10
200
780
790
-
8500
9650
4.2(4.6)
5.3(5.6)
5.50F
6.00G
7.50-15
(7.50R15)
8
10
220
785
790
-
9300
10600
4.2(4.6)
5.3(5.6)
6.00G
5.50F
6.50F
7.50-16
(7.50R16)
8
10
12
220
810
820
-
9700
11050
12400
4.2(4.6)
5.3(5.6)
6.3(6.7)
6.00G
5.00F
6.50H
8.25-16
(8.25R16)
12
240
860
870
-
13500
5.3(5.6)
6.50H
6.00G
9.00-16
(9.00R16)
8
10
225
890
900
-
12200
13550
3.5(3.9)
4.2(4.6)
6.50H
6.00G
根據(jù)最大負(fù)荷的要求，可以初步選擇輪胎的規(guī)格為7.00-16。
2.6 本章小結(jié)
此章具體明確了所有關(guān)系設(shè)計(jì)的具體參數(shù)，以及能利用到的信息來源從而確保整體的連貫性和考證的分類。把公式中的物理量充分對應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)的具體信息，把應(yīng)有的表格已經(jīng)填入，取值范圍更加規(guī)范確保誤差降低到最小以確保設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。
第3章 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式及選擇
3.1 概述
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)力合理地分配給左、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力力和橫向力。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)橋殼等組成。
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
a)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)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(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
d)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。
e)在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。
f)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
g)結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。
3.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式
(1) 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)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(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可采用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)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(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)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(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)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(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對汽車的總體布置很方便。
(2) 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)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(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
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(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)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(shí)的振動(dòng)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(dòng)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(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)的重型越野汽車。
(3) 多橋驅(qū)動(dòng)的布置
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(qū)動(dòng)，常采用的有4×4、6×6、8×8等驅(qū)動(dòng)型式。在多橋驅(qū)動(dòng)的情況下，動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動(dòng)力傳遞方式，多橋驅(qū)動(dòng)汽車各驅(qū)動(dòng)橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋，需分別由分動(dòng)器經(jīng)各驅(qū)動(dòng)橋自己專用的傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力，這樣不僅使傳動(dòng)軸的數(shù)量增多，且造成各驅(qū)動(dòng)橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對8×8汽車來說，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難于布置了。
為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車都是采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置型式。
在貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置中，各橋的傳動(dòng)軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且各驅(qū)動(dòng)橋不是分別用自己的傳動(dòng)軸與分動(dòng)器直接聯(lián)接，而是位于分動(dòng)器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動(dòng)軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力，是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是，不僅減少了傳動(dòng)軸的數(shù)量，而且提高了各驅(qū)動(dòng)橋零件的相互通用性，并且簡化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對于汽車的設(shè)計(jì)(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來方便。
3.3 驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式
主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于汽車在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。
驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求：
a）所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
b）外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。
c）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)協(xié)調(diào)。
d）在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車平順性。
e）結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。
3.3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式
(1) 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。
在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。為了減少驅(qū)動(dòng)橋的外輪廓尺寸，主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪而采用螺旋錐齒輪。因?yàn)槁菪F齒輪不發(fā)生根切（齒輪加工中產(chǎn)生輪齒根部切薄現(xiàn)象，致使齒輪強(qiáng)度大大降低）的最小齒數(shù)比直齒輪的最小齒數(shù)少，使得螺旋錐齒輪在同樣的傳動(dòng)比下主減速器結(jié)構(gòu)較緊湊。此外，螺旋錐齒輪還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，汽車上獲得廣泛應(yīng)用。
近年來，有些汽車的主減速器采用準(zhǔn)雙曲面錐齒輪（車輛行業(yè)中簡稱雙曲面?zhèn)鲃?dòng)）傳動(dòng)。準(zhǔn)雙曲面錐齒輪傳動(dòng)與圓錐齒輪相比，準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)不僅工作平穩(wěn)性更好，彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度更高，同時(shí)還可使主動(dòng)齒輪的軸線相對于從動(dòng)齒輪軸線偏移。當(dāng)主動(dòng)準(zhǔn)雙曲面齒輪軸線向下偏移時(shí)，可降低主動(dòng)錐齒輪和傳動(dòng)軸位置，從而有利于降低車身及整車重心高度，提高汽車行使的穩(wěn)定性。東風(fēng)EQ1090E型汽車即采用下偏移準(zhǔn)雙曲面齒輪。但是，準(zhǔn)雙曲面齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，齒面間有較大的相對滑動(dòng)，且齒面間壓力很大，齒面油膜很容易被破壞。為減少摩擦，提高效率，必須采用含防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油，絕不允許用普通齒輪油代替，否則將時(shí)齒面迅速擦傷和磨損，大大降低使用壽命。
經(jīng)方案論證，主減速器的齒輪選用螺旋錐齒輪傳動(dòng)形式（如圖3-1示）。螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)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。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時(shí)捏合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造也簡單。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。
圖3.1螺旋錐齒輪傳動(dòng)
(2) 主減速器的減速形式
為了滿足不同的使用要求，主減速器的結(jié)構(gòu)形式也是不同的。按參加減速傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目分，有單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器、雙速主減速器、雙級(jí)減速配以輪邊減速器等。雙級(jí)式主減速器應(yīng)用于大傳動(dòng)比的中、重型汽車上，若其第二級(jí)減速器齒輪有兩副，并分置于兩側(cè)車輪附近，實(shí)際上成為獨(dú)立部件，則稱輪邊減速器。單級(jí)式主減速器應(yīng)用于轎車和一般輕、中型載貨汽車。單級(jí)主減速器由一對圓錐齒輪組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)方案論證，本設(shè)計(jì)主減速器采用單級(jí)主減速器。其傳動(dòng)比i0一般小于等于7。
(3) 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案
主減速器中心必須保證主從動(dòng)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)。
a) 主動(dòng)錐齒輪的支承形式
圖3.2主動(dòng)錐齒輪跨置式
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。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)（如圖3-2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?，使齒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(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)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。
裝載質(zhì)量為2t以上的汽車主減速器主動(dòng)齒輪都是采用跨置式支承。本課題所設(shè)計(jì)的輕型貨車裝載質(zhì)量為2t，所以選用跨置式。
圖3.3從動(dòng)錐齒輪支撐形式
b) 從動(dòng)錐齒輪的支承
從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖3-3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(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動(dòng)錐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。
(4)主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整
支承主減速器齒輪的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。預(yù)緊力的大小與安裝形式、載荷大小、軸承剛度特性及使用轉(zhuǎn)速有關(guān)。
3.3.2 差速器的結(jié)構(gòu)形式
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。
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(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。
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(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)行星齒輪的差速器采用十字軸結(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(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。
3.3.3 驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)形式
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)裝置包括半軸和萬向節(jié)傳動(dòng)裝置且多采用等速萬向節(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。
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。
a) 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。
b) 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，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。
c) 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(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。
3.3.4 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式
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。
橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為：
a）可分式橋殼
可分式橋殼的整個(gè)橋殼由一個(gè)垂直接合面分為左右兩部分，每一部分均由一個(gè)鑄件殼體和一個(gè)壓入其外端的半