SUV乘用車驅(qū)動橋設(shè)計

1、SUV乘用車驅(qū)動橋設(shè)計The Design of Drive Axle for SUV Passenger Car 摘 要驅(qū)動橋的基本功用是將傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩增大并適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速后分配給左、右驅(qū)動車輪，其次驅(qū)動橋要承受路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動力和反作用力矩等。轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋在驅(qū)動橋的基礎(chǔ)上增添了轉(zhuǎn)向的功能，使汽車按照駕駛員的要求行駛。轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的組成包括主減速器、差速器、半軸、等速萬向節(jié)和驅(qū)動橋殼。驅(qū)動橋是汽車傳動系中主要總成之一。驅(qū)動橋的設(shè)計是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好壞，驅(qū)動橋是汽車中的重要部件，它承受著來自路面和懸架之間的一切力和力矩，是汽車中工作條

2、件最惡劣的總成之一，如果設(shè)計不當(dāng)會造成嚴(yán)重的后果。本設(shè)計主要內(nèi)容包括轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋各部件的設(shè)計、計算和校核，并且繪制了轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的裝配圖，主減速器的從動齒輪、半軸齒輪和萬向節(jié)等主要部件的零件圖。關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋，主減速器，差速器，車輪傳動裝置，驅(qū)動橋殼 Abstract The basic function of the Drive Axle is increasing torque which is from drive shaft or transmission and reducing the speed ,then drive it to the left and right driving

3、 wheel; secondly Drive Axle still withstand the vertical force ,longitudinal force and transverse force between the road and bridge or the body frame ,and braking force , reaction torque ,etc. Steering Drive Axle adds the function of shift under the basic of the Drive Axle, so that the car can run a

4、ccording to the driver. Steering Drive Axle include the main drive component, Differential, Half Axel, universal, Drive Axle Housing, etc. Drive Axle is one of the main assemble of the automotive power train. Whether the design of the Drive Axle is reasonable or not, affect the use of the cars. Driv

5、e Axle is the important part of the cars, it withstands the all force and torque between the road and the suspension and its working condition is the worst in cars. If the design is not right it will cause serious consequences. This article mainly includes the various parts of the Steering Drive Axl

6、es design, computation and examination, While the use of CAD software to map out the Steering Drive Axle assembly drawing, the driven gear of the main gear box, gear half shaft, outer axles parts diagram, and make their drawings. CAD as a computer-aided design of high-end software, with its powerful

7、 assembly management, functional simulation, manufacturing, data management, and is widely used to make parts of the assembly to meet the requirements.Key words: Drive Axle ,Main gear box ,Differential ,Half Axel ,Drive Axle Shell目 錄摘 要IAbstractII1 緒 論11.1 前言11.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r21.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容32 轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的選型42.1

8、整車設(shè)計基本參數(shù)42.2 轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的選型43 主減速器的設(shè)計83.1 主減速器功用及設(shè)計要求83.2 主減速器斜齒圓柱齒輪設(shè)計104 差速器的設(shè)計174.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇174.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計174.3 普通錐齒輪式差速器齒輪強(qiáng)度計算及材料選擇205車輪傳動裝置設(shè)計225.1 半軸的結(jié)構(gòu)形式225.2 萬向節(jié)的選擇與計算236 驅(qū)動橋殼設(shè)計26結(jié) 論27致 謝28參考文獻(xiàn)29V1 緒 論1.1 前言驅(qū)動橋位于傳動系的末端，其基本功用是增扭矩、降轉(zhuǎn)速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理地分配給左、右驅(qū)動車輪；其次，驅(qū)動橋還要承受作用于路面和

9、車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和橋殼等組成。驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式可以分為非斷開式驅(qū)動橋和斷開式驅(qū)動橋兩大類。當(dāng)驅(qū)動車輪采用非獨立懸架時，就應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動橋，稱為非獨立懸架驅(qū)動橋；當(dāng)驅(qū)動車輪采用獨立懸架時，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動橋，稱為獨立懸架驅(qū)動橋。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，獨立懸架驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)雖然較為復(fù)雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性，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。因此這種結(jié)構(gòu)主要見于對行駛

10、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)動的重型越野汽車。1.1.1 本課題要解決的主要問題和設(shè)計總體思路a. 本課題解決的主要問題：設(shè)計出適合本課題的驅(qū)動橋。汽車傳動系的總?cè)蝿?wù)是傳遞發(fā)動機(jī)的動力，使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。在一般汽車的機(jī)械式傳動中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動機(jī)特性與汽車行駛要求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問題。首先驅(qū)動橋的差速器用來解決左、右驅(qū)動車輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差速要求。其次，需將經(jīng)過變速器傳來的動力，通過驅(qū)動橋的主減速器，進(jìn)行進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速的變化。因此，要想使汽車轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的設(shè)計合理，首先必須選好傳動系的總傳動比，并恰當(dāng)

11、地將它分配給變速器和驅(qū)動橋。b. 本課題的設(shè)計總體思路：斷開式驅(qū)動橋的橋殼，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時還要盡量的減輕其重量。所選擇的減速器比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。對SUV汽車而言，由于它們有時會遇到坎坷不平的壞路面，要求它們的驅(qū)動橋有足夠的離地間隙，以滿足汽車在通過性方面的要求。驅(qū)動橋的噪聲主要來自齒輪及其他傳動機(jī)件。提高它們的加工精度、裝配精度，增強(qiáng)齒輪的支承剛度，是降低驅(qū)動橋工作噪聲的有效措施。驅(qū)動橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對驅(qū)動橋的沖擊載荷，從而改善汽車行駛的平順性。1.1.2 預(yù)期的成果設(shè)計

12、出SUV車型的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，包括主減速器、差速器、半軸、萬向節(jié)和橋殼等部件。使設(shè)計出的產(chǎn)品使用方便，材料使用最少，經(jīng)濟(jì)性能最高。a. 提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更舒適，更機(jī)動，更方便，動力性更好，污染更少。b. 改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場競爭地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r目前國產(chǎn)驅(qū)動橋在國內(nèi)市場占據(jù)了絕大部分份額，但仍有一定數(shù)量的汽車依賴進(jìn)口，國產(chǎn)車橋與國際先進(jìn)水平仍有一定差距。國內(nèi)車橋的差距主要體現(xiàn)在設(shè)計和研發(fā)能力上，目前有研發(fā)能力的車橋廠家還不多，一些廠家僅僅停留在組裝階段。實驗設(shè)備也有差距，比如工程車

13、和牽引車在行駛過程中，齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是不同的，國外先進(jìn)的實驗設(shè)備能夠模擬這種狀態(tài)，而我國現(xiàn)在還在摸索中。在結(jié)構(gòu)方面，單級驅(qū)動橋的使用比例越來越高；技術(shù)方面，輕量化、舒適性的要求將逐步提高。總體而言，汽車在向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展，要求車橋趨向于輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低成本生產(chǎn)。在新政策汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中，我國要成為世界主要汽車制造國，汽車產(chǎn)品滿足國內(nèi)市場大部分需求并批量進(jìn)入國際市場；汽車生產(chǎn)企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產(chǎn)品品牌；通過市場競爭形成幾家具有國際競爭力的大型汽車企業(yè)集團(tuán)等等。同時，在這個新的汽車產(chǎn)業(yè)政策描繪的藍(lán)圖中，還包含許多涉及產(chǎn)業(yè)素質(zhì)提高和

14、市場環(huán)境改善的綜合目標(biāo)，著實令人鼓舞。然而，不可否認(rèn)的是，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀距離產(chǎn)業(yè)政策的目標(biāo)還有相當(dāng)長的距離。自1994年汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策頒布并執(zhí)行以來，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了顯著變化，企業(yè)規(guī)模效益有了明顯改善，產(chǎn)業(yè)集中度有了一定程度提高。但是，長期以來困擾中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復(fù)建設(shè)問題，還沒有從根本上得到解決。多數(shù)企業(yè)家預(yù)計，在新的汽車產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵下，將會有越來越多的汽車生產(chǎn)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(bǔ)和資源共享。1.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計是為某車型設(shè)計合適的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋（包括主減速器、差速器、半軸、萬向節(jié)和驅(qū)動橋殼），按要求需要完成：1.主減速器、差速器、驅(qū)

15、動半軸、萬向節(jié)和橋殼等部分的設(shè)計和選型；2.主要參數(shù)設(shè)計和理論研究；3.各組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計；4.做出CAD工程圖。2 轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案分析 2.1 基本設(shè)計參數(shù)汽車的主要設(shè)計參數(shù)包括尺寸參數(shù)，質(zhì)量參數(shù)和汽車性能參數(shù)。汽車的主要尺寸參數(shù)有外部輪廓尺寸，軸距，輪距，前懸，后懸，車頭長度和車廂尺寸等。汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量，汽車總質(zhì)量，載客量，軸荷分配等。汽車性能參數(shù)主要有動力性參數(shù)，燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)，通過性幾何參數(shù)，操作穩(wěn)定性參數(shù)，制動性參數(shù)等。 所選車型以某車型相關(guān)數(shù)據(jù)為參考。相關(guān)參數(shù)如下：驅(qū)動形式：前置前驅(qū) 最高車速（km/h）：180主要幾何尺寸與質(zhì)量：長/寬/高(mm)：4640

16、×1825×1690 軸距(mm)：2680輪距（前/后）(mm)：1565/1565 整備質(zhì)量(kg)：1560發(fā)動機(jī)參數(shù)：發(fā)動機(jī)型式：4G63S4M 4氣門/自然吸氣/油缸內(nèi)直噴最大功率（kw）：98/5500 最大扭矩（N·m）：186/40000-100km/h加速（s）：14.45 變速器型式：5擋手動懸架（前/后）：麥弗遜式獨立懸架/四連桿獨立懸架制動裝置型式（前/后）：通風(fēng)盤式/盤式輪胎類型與規(guī)格：225/65 R172.2 驅(qū)動橋的選型驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動車輪的懸架形式密切相關(guān)。當(dāng)車輪采用非獨立懸架時，驅(qū)動橋型式應(yīng)為非斷開式。當(dāng)采用獨立懸架時，為

17、保證運(yùn)動協(xié)調(diào)，驅(qū)動橋型式應(yīng)為斷開式。圖2-1 驅(qū)動橋的總體布置型式簡圖(a) 普通非斷開式驅(qū)動橋 (b)帶有擺動半軸的非斷開式驅(qū)動橋 (c)斷開式驅(qū)動橋 2.2.1 方案（一）：非斷開式驅(qū)動橋圖2-2 非斷開式驅(qū)動橋1 橋殼 2主減速器 3差速器 4半軸 5輪轂普通非斷開式驅(qū)動橋，如圖2-2，由于其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、工作可靠，最廣泛地用在各種載貨汽車、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)。它的具體結(jié)構(gòu)是橋殼是一根支承在左、右驅(qū)動車輪上的剛性空心梁，而齒輪及半軸等所有的傳動機(jī)件都裝在其中。這時整個驅(qū)動橋、驅(qū)動車輪及部分傳動軸均屬簧下質(zhì)量，使汽車的簧下質(zhì)量較大，這是它的一

18、個缺點。采用單級主減速器代替雙級主減速器可大大減小驅(qū)動橋質(zhì)量。采用鋼板沖壓-焊接的整體式橋殼及鋼管擴(kuò)制的整體式橋殼，均可顯著地減輕驅(qū)動橋的質(zhì)量。2.2.2 方案（二）：斷開式驅(qū)動橋 圖2-3 斷開式驅(qū)動橋1-主減速器 2-傳動軸 3-彈性元件 4-減震器 5-車輪 6-擺臂 7-擺臂軸斷開式驅(qū)動橋（如圖2-3）區(qū)別于非斷開式驅(qū)動橋的明顯特點在于前者沒有一個連接左右驅(qū)動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運(yùn)動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸架相匹配，故又稱為獨立懸掛驅(qū)動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫梁或車廂底板上，或與脊梁

19、式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅(qū)動車輪傳動裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動車輪由于采用獨立懸掛則可以彼此獨立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應(yīng)地就要求驅(qū)動車輪的傳動裝置及其外殼或套管，作相應(yīng)擺動。所以斷開式驅(qū)動橋也稱為“帶有擺動半軸的驅(qū)動橋”【4】。由于斷開式驅(qū)動橋工作可靠，平穩(wěn)性好，查閱資料，參照國內(nèi)相關(guān)汽車的設(shè)計,最后根據(jù)某車型動力布置形式（前置前驅(qū)）采用斷開式驅(qū)動橋。其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：圖 2-4 驅(qū)動橋裝配示意圖3 主減速器設(shè)計3.1 主減速器功用及設(shè)計要求主減速器是汽車傳動系中降低轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪或斜齒圓柱齒輪帶動齒數(shù)多的錐齒輪或斜齒

20、圓柱齒輪。對發(fā)動機(jī)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。對發(fā)動機(jī)橫置的汽車，其主減速器就采用直齒輪傳動而不必改變動力方向。由于汽車在各種道路上行駛時，其驅(qū)動輪上要求必須具有一定的驅(qū)動力矩和轉(zhuǎn)速，在動力向左、右驅(qū)動輪分流的差速器之前設(shè)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。3.1.1 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。（1）斜齒圓柱齒輪傳動 圖3-1 斜齒圓柱齒輪傳動n1轉(zhuǎn)速 Ft2切向力 Fr2徑向力 Fae軸向力按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動主要有螺旋錐

21、齒輪式傳動、雙曲面齒輪式傳動、圓柱齒輪式傳動（又可分為軸線固定式齒輪傳動和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動即行星齒輪式傳動）和蝸桿蝸輪式傳動等形式。在發(fā)動機(jī)橫置的汽車驅(qū)動橋上，主減速器往往采用簡單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動機(jī)縱置的汽車驅(qū)動橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動。為了盡可能抵消主動軸上軸承的軸向力，主減速器中基本不用直齒圓柱齒輪而采用斜齒圓柱齒輪。此外，斜齒圓柱齒輪還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點，汽車上獲得廣泛應(yīng)用。哈弗H6為前置前驅(qū)，發(fā)動機(jī)橫置，主減速器的齒輪選用斜齒圓柱齒輪形式（如圖3-1示）。斜齒圓柱齒輪傳動的主、從動齒輪軸線相互平行，齒輪是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。它

22、工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷。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。（2） 結(jié)構(gòu)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。按參加減速傳動的齒輪副數(shù)目分，有單級式主減速器和雙級式主減速器、雙速主減速器、雙級減速配以輪邊減速器等。雙級式主減速器應(yīng)用于大傳動比的中、重型汽車上，若其第二級減速器齒輪有兩副，并分置于兩側(cè)車輪附近，實際上成為獨立部件，則稱輪邊減速器。單級式主減速器應(yīng)用于轎車和一般輕、中型載貨汽車。單級主減速器由一對圓柱齒輪（或者一對圓錐齒輪）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。經(jīng)方案論證，本設(shè)計的主減速器結(jié)構(gòu)采用單級主減速器

23、。其傳動比i0一般小于等于7，滿足乘用車（一般i0=34.5）的要求。3.1.2 主減速器主、從動斜齒圓柱齒輪的支承方案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3-2主動斜齒圓柱齒輪支承形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(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用懸臂式支承結(jié)構(gòu)（如圖3-2示）。支承距離應(yīng)大于2.5倍的懸臂長度，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，另外靠近齒輪的軸徑應(yīng)不小于懸臂長度尺寸。支承剛度除了

24、與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長度有關(guān)以外，還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關(guān)。它結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)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本課題設(shè)計的主動斜齒圓柱齒輪的支承形式選擇懸臂式支承。（2）從動斜齒圓柱齒輪的支承圖3-3從動圓柱斜齒齒輪跨置式支撐形式c、d齒輪中心到左、右軸承的距離從動斜齒圓柱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(qiáng)肋以增強(qiáng)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

25、荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)使c等于或大于d。3.2 主減速器斜齒圓柱齒輪設(shè)計3.2.1 主減速比i0的確定主減速比對主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時汽車的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。i0的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計時和傳動系的總傳動比i一起由整車動力計算來確定。可利用在不同i0下的功率平衡來研究i0對汽車動力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計，對發(fā)動機(jī)與傳動系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇i0值，可使汽車獲得最佳的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。對于SUV汽車而言，為了獲得較大的足夠的功率儲備，通常按下式確定主減速比i0的大?。?（3-1）式中：車輪的滾動半徑，m；最大功率時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r

26、/min； 最高車速，km/h； 變速器量高檔傳動比； 分動器或加力器高檔傳動比； 輪邊減速器傳動比。 查閱哈弗H6的相關(guān)資料，輪胎類型與規(guī)格：225/65 R17 其中：225輪胎名義斷面寬度（mm）； 65輪胎名義高寬比（扁平率）； R子午線結(jié)構(gòu)代號； 17輪輞名義直徑（in）；查長度單位換算表得：1in=25.4mm因此，輪輞名義尺寸直徑為17in=25.417mm所以車輪的自由半徑為r=22565%+1725.4/2=362.15mm=0.36215m對汽車作靜力學(xué)分析時，應(yīng)該用靜力學(xué)半徑；而作動力學(xué)分析時，應(yīng)該選用滾動半徑。但通常不計它們的差別統(tǒng)稱為車輪半徑r。本設(shè)計中也認(rèn)為二者數(shù)值

27、相同，即： 查資料得， 最大功率時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為：； 汽車的最高速度為：； 變速器最高檔的傳動比為：。 將數(shù)值代入公式（3-1）得：，為方便計算取。 3.2.2 主減速器齒輪計算載荷的確定 （1）按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動比確定從動齒輪齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tce ； (3-2) （2）按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tcs ； (3-3) （3）按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tcf ； (3-4) Temax為發(fā)動機(jī)最大扭矩，取186Nm；n為驅(qū)動橋數(shù)，取1；i1為變速器1檔傳動比，取3.835；為傳動效率，取0.9；k為液力變矩器變距系數(shù)，取1；G2為滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的

28、靜載荷；m'2為汽車最大加速度時的負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，取1.2；為輪胎與路面間的附著系數(shù)，取1；im為主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比，取0.96；為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率，取1；Ft為日常汽車行駛的平均牽引力；i為分動器傳動比，取1；汽車總質(zhì)量ma的計算： ； (3-5)式中，m0為汽車整備質(zhì)量，取1560kg；n為載客數(shù)，取5；為行李系數(shù)，取10。代入公式（31），。動載系數(shù)kd的計算：經(jīng)計算，所以fj=0，則kd=1。將以上參數(shù)代入公式(32)、(33)和(34)得：Tce=2921.004Nm，Tcs=4721.372Nm，Tcf=786.895Nm。3.2.3 主減

29、速器斜齒圓柱齒輪的主要參數(shù)選擇 （1）主、從動斜齒圓柱齒輪齒數(shù)z1和z2的選擇及齒輪的材料選擇對于單級主減速器，首先根據(jù)主減速器傳動比i0的大小選擇主、從動齒輪的齒數(shù)。為了使磨合均勻，z1和z2之間應(yīng)避免公約數(shù)；為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，其齒數(shù)之和對于載貨汽車來說應(yīng)不小于40，對于轎車應(yīng)不小于50。取z1=9，則z2=94.55=40.95，取z2=41。驅(qū)動橋斜齒圓柱齒輪的工作條件是相當(dāng)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)。主減速器斜齒圓柱齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求：1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，

30、齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。2）齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。3）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。4）選擇合金材料是，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。汽車主減速器斜齒圓柱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(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%1.2%），具有相當(dāng)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(qiáng)度、表面接

31、觸強(qiáng)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(chǎn)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，防止其在使用初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，斜齒圓柱齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.0050.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進(jìn)行應(yīng)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(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性【5】。選擇齒輪材料：主、從動齒輪均選用20CrMnTi鋼，作滲碳淬火處理，硬度5662HRC。彎曲疲勞極

32、限應(yīng)力和接觸疲勞極限應(yīng)力分別為430、1500。（2）斜齒輪的設(shè)計計算 由于齒輪轉(zhuǎn)速比較高，故選用硬齒面。 先按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再校核齒面接觸強(qiáng)度，設(shè)計步驟如下： A、齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 a、小齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計 (3-6) 1）計算載荷系數(shù)： 查機(jī)械設(shè)計手冊選取使用系數(shù)kA=1.5；動載系數(shù)kv=1.1； K=kAkVkFkF=1.51.11.41.35=3.1185。 2）小齒輪的計算轉(zhuǎn)矩： T1=Tcf/i0=786895/4.55=172939.9Nmm。 3）查機(jī)械設(shè)計手冊選取齒寬系數(shù)=1。 4）選取螺旋角=15o。 5）當(dāng)量齒數(shù)zV=9.99。 6）差機(jī)械設(shè)計手冊取齒形系數(shù)Y

33、Fa=3.37；應(yīng)力校正系數(shù)YSa=1.44。 7）查機(jī)械設(shè)計手冊取斜齒輪傳動的端面重合度=1.67。 8）斜齒輪的縱向重合度：=0.318z1an=0.92。 9）查機(jī)械設(shè)計手冊取螺旋角影響系數(shù)Y=0.88。 將以上參數(shù)代入公式（36），得：mn3.949,取mn=4.5。 則中心距: 螺旋角： 按公式計算大、小齒輪的分度圓直徑： ，。 計算齒輪寬度： b=d1=1.241.94=50.328mm，圓整后取B2=53mm，B1=60mm。 圓柱主、從動斜齒齒輪各參數(shù)見表3-1：表3-1 圓柱主、從動斜齒齒輪參數(shù)參 數(shù)符 號主動斜齒圓柱齒輪從動斜齒圓柱齒輪螺旋角15o3'27'

34、'法面模數(shù)4.5端面模數(shù)4.66法面壓力角 20°端面壓力角20o39'7''分度圓直徑41.94191.06基圓直徑39.24178.78齒頂高4.954.95齒根高5.1755.175齒頂圓直徑51.84200.96齒根圓直徑31.59180.71齒寬6053當(dāng)量齒數(shù)9.99545.531B、校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度由公式 (3-8)式中：斜齒圓柱齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力，；主動斜齒圓柱齒輪分度圓直徑，取41.94mm；主、從動斜齒圓柱齒輪齒面寬較小值,取53mm；載荷系數(shù)，取3.1185；斜齒輪的端面重合度，=1.67；齒數(shù)比，取4.55；區(qū)域系數(shù)，取

35、值為2.42；主動斜齒圓柱齒輪計算轉(zhuǎn)矩，T=172939.9N·mm；彈性影響系數(shù)，取值為189.8；將各公式代入公式（3-8），得： ， 故接觸疲勞強(qiáng)度也是足夠的。4 差速器的設(shè)計汽車在行使過程中，左右車輪在同一時間內(nèi)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半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行使阻力不相等。這樣，如果驅(qū)動橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動橋的左右車輪間都裝有

36、輪間差速器。差速器是個差速傳動機(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，用來保證各驅(qū)動輪在各種運(yùn)動條件下的動力傳遞，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。4.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇差速器結(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，

37、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。4.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計 a) 行星齒輪數(shù)n通常情況下，行星齒輪數(shù)n需根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下n可取2個，反之取4個。對于SUV車型，取n=4。 b) 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)錐矩的大小和承載能力。由經(jīng)驗公式來確定 （4-1） 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，一般，對于有四個行星齒輪的乘用車取最大值3.0；差速器計算轉(zhuǎn)矩，N·m，取 2

38、921.004N·m；將各參數(shù)代入式（4-1），得：=42.884mm 預(yù)選行星齒輪節(jié)錐距A0為:42.455mm取。 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(qiáng)度，需要取較大的模數(shù)，但尺寸又會增大，于是又要求行星齒輪齒數(shù)應(yīng)取少些，但z1一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)z2在1425選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比z2/ z1在1.52.0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。初定半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比z2/ z1=1.5，半軸齒輪齒數(shù)z2=16，行星齒輪的齒數(shù) z1=10。 d）行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角1、2及模數(shù)m行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角1

39、、2分別為 （4-2） （4-3）將各參數(shù)分別代入式（42）與式（43），得：，。錐齒輪大端的端面模數(shù)m為 （4-4）將各參數(shù)代入公式（4-1），得考慮到差速齒輪彎曲應(yīng)力的校核，取m=4.5。 e)壓力角汽車差速齒輪大都采用壓力角=22。30，齒高系數(shù)為h*a=0.8,齒隙系數(shù)c*=0.3的齒形。 f)行星齒輪軸直徑d和行星齒輪軸支承長度L 行星齒輪軸直徑d（mm）為： d=()1/2 （4-5） 式中：T0差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩，2921.004Nm；n行星齒輪數(shù)，4；rd行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x，取28.666mm；支承面許用擠壓應(yīng)力，取69 ； 將各參數(shù)代入式（4-5）中，有：d=18

40、.32mm 行星齒輪軸支承長度 ： L=1.1d=20.15mm計算半軸齒輪與行星齒輪參數(shù)，列表如下表4-1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算表序號項 目計 算 公 式 及 結(jié) 果1行星齒輪齒數(shù)Z1=102半軸齒輪齒數(shù)Z2=163模數(shù)m=4.54齒面寬，取F=12mm5齒工作高6齒全高7壓力角8軸交角9節(jié)圓直徑，10節(jié)錐角，11節(jié)錐距12周節(jié)13齒頂高，14齒根高，15徑向間隙16齒根角，17面錐角，18根錐角，19外圓直徑，d02=20節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離，21理論弧齒厚，S2=，22齒側(cè)間隙0.13（高精度）4.3 普通錐齒輪式差速器齒輪強(qiáng)度計算及材料選擇差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而

41、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(dāng)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(yùn)動。因此，對于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計算。輪齒彎曲應(yīng)力（）為 （4-6）式中：N行星齒輪數(shù)目,4；J綜合系數(shù)，取0.225；Z2半軸齒輪齒數(shù)16；m半軸齒輪模數(shù)，4.5mm；T半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩（N·m），T=0.6 T0 /n；K0超載系數(shù)，取1；F齒面寬，F(xiàn)=（0.250.30）A0；尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理等有關(guān)，當(dāng)模數(shù)m1.6mm時， =0.65。載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用跨置式支承時

42、，取1.001.10；當(dāng)一個齒輪采用跨置式支承時，取1.101.25，支承剛度大時取小值。此處取1.0。質(zhì)量系數(shù)，取1。極限彎曲應(yīng)力=980 ；將各參數(shù)代入式（4-6）中，有：=651.2=980 ；所以齒輪彎曲強(qiáng)度滿足要求。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。5 車輪傳動裝置設(shè)計驅(qū)動車輪的傳動裝置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動車輪。在斷開式驅(qū)動橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中，驅(qū)動車輪的

43、傳動裝置包括半軸和萬向節(jié)傳動裝置且多采用等速萬向節(jié)。5.1 半軸的結(jié)構(gòu)形式半軸根據(jù)其車輪端的支撐方式不同，可分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式，如圖5-1所示。 圖 5-1 半軸結(jié)構(gòu)形式全浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點是，半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相連接，而輪轂又借用兩個圓錐滾子軸承支撐在驅(qū)動橋殼的半軸套管上。理論上來說，半軸只承受轉(zhuǎn)矩，作用于驅(qū)動輪上的其它反力和彎矩全部由橋殼或車身來承受。本次設(shè)計采用全浮式半軸。5.1.1 半軸的設(shè)計和計算 全浮式半軸的計算載荷： （5-1） 式中，G2為汽車總重在驅(qū)動輪上的靜負(fù)荷，取10429.65N；為負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，取1.2；為附著系數(shù)，取0.8；rr為車輪滾動

44、半徑,取0.36215m。 代入數(shù)據(jù)， 全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取 （5-2） 式中，d為桿部直徑（mm）；M為半軸計算直徑，為1813.007Nm；K為直徑系數(shù)，取2.052.18。 代入數(shù)據(jù)，得24.996mm26.582mm；出于對安全系數(shù)以及半軸強(qiáng)度的較核的考慮，取d=32mm。 半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為： （5-3） 代入數(shù)據(jù)，得=342.2MPa500MPa。 半軸的扭轉(zhuǎn)角為： （5-4） 式中，為扭轉(zhuǎn)角；為半軸長度，近似為700mm；G為材料的切變膜量，取為8.4×10N/mm；Ip為半軸斷面的極慣性矩，所以=10.8o 。 5.2 萬向節(jié)的選擇與計算對于又要轉(zhuǎn)向又要

45、驅(qū)動的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，左、右驅(qū)動車輪需要隨汽車行駛的軌跡而改變方向，這時多采用球籠式或球叉式等速萬向節(jié)，其最大夾角即車輪的最大轉(zhuǎn)角可達(dá)。Birfield型球籠式等速萬向節(jié)的工作角可達(dá)，承載能力及耐沖擊能力強(qiáng)（有6個鋼球同時承載），傳動效率高，尺寸緊湊，安裝方便，因此得到廣泛的應(yīng)用。所以本次設(shè)計選用Birfield型球籠式等速萬向節(jié)。圖5-1 Birfield型球籠式等速萬向節(jié) 球籠式等速萬向節(jié)的失效形式主要是鋼球與接觸道表面的疲勞點蝕，在特殊情況下，因熱處理不當(dāng)、潤滑劑不良或溫度過高等也會因磨損而損壞。由于星形套滾道接觸點的縱向曲率半徑小于外半軸滾道的縱向曲率半徑，所以前者上的接觸橢圓比后者上的要

46、小，即前者的接觸應(yīng)力大于后者，因此控制鋼球與星形套滾道表面的接觸應(yīng)力，并以此來確定萬向節(jié)的承載能力。對于Birfield型球籠式萬向節(jié)，以與星形套連接軸的直徑作為萬向節(jié)的基本尺寸， 即 （5-5） 式中，萬向節(jié)的計算轉(zhuǎn)矩（N·mm）， = 1460502N·mm； 使用因素。對于無振動的理想傳動取1.0，有輕微振動的取1.21.5，有中等振動的取1.72.0，振動十分嚴(yán)重的取2.73.6。取=1.7。所以 ，=30.5。由于Birfield型球籠式萬向節(jié)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化如表5-1，故由文獻(xiàn)4查表取=31.8；鋼球個數(shù)；鋼球直徑d=23.812；星形套最大直徑37.16，最小直徑3

47、7.22；槽距13；花鍵齒數(shù)為18；球形殼外徑為115。球形殼和星形套采用制造，并且經(jīng)滲碳、淬火、回火處理；選用軸承鋼球，材料為。表5-1 球籠萬向節(jié)的系列數(shù)據(jù)軸頸直徑in0.7500.8750.9371.0001.1251.2501.5001.7502.000mm19.122.223.825.428.631.838.144.550.8鋼球直徑in9/1621/320.70873/427/3215/169/821/163/2mm14.28816.69918.00019.05021.43123.81228.57533.33838.100星形套最大直徑mm22.42/22.3526.67/26.5926.67/26.5930.48/30.3533.15/33.0237.16