車輪傳動裝置設計

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1、- 第五節(jié) 車輪傳動裝置設計 車輪傳動裝置位于傳動系的末端，其根本功用是承受從差速器傳來的轉矩并將其傳給車輪。對于非斷開式驅動橋，車輪傳動裝置的主要零件為半軸；對于斷開式驅動橋和轉向驅動橋(圖5—27)，車輪傳動裝置為萬向傳動裝置。萬向傳動裝置的設計見第四章，以下僅講述半軸的設計。 一、構造形式分析 半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為牛浮式、3／4浮式和全浮式三種形式。 半浮式半軸(圖5—28a)的構造特點是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸構造簡單，所受載荷較大，只用于轎車

2、和輕型貨車及輕型客車上。 3／4浮式半軸(圖5—28b)的構造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，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用在轎車和輕型貨車上。 全浮式半軸(圖5—28c)的構造特點是半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相聯(lián)，而輪轂又借用兩個圓錐滾子軸承支承在驅動橋殼的半軸套管上。理論上來說，半軸只承受轉矩，作用于驅動輪上的其它反力和彎矩全由橋殼來承受。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同女、半軸法蘭平面相對其軸線不垂直等因素，會引起半軸的彎曲變形，由此引起的彎曲應力一般為5～70

3、MPa。全浮式半軸主要用于中、重型貨車上。 二、半軸計算 1．全浮式半軸 全浮式半軸的計算載荷可按車輪附著力矩M，計算 (5 - 43) 式中，為驅動橋的最大靜載荷；為車輪滾動半徑；為負荷轉移系數(shù)；為附著系數(shù)，計算時取0.8。 半軸的扭轉切應力為 式中，為半軸扭轉切應力；d為半軸直徑。 半軸的扭轉角為 (5 - 45) 式中，為扭轉角；為半軸長度；G為材料剪切彈性模量；為半軸斷面極慣性矩，。 半軸的扭轉切應力宜為500～700MPa，轉角宜為每米長度～。 2．半浮式半軸 半浮式半軸設計應考慮如下三種載荷工況： (1)縱向力最大，側向力為0：此時垂向力，縱向力最大值，

4、計算時可取1．2，取0．8。 半軸彎曲應力，和扭轉切應力為 (5 - 46) 式中，d為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離，如圖5—28所示。 合成應力 (2)側向力最大，縱向力=0，此時意味著發(fā)生側滑：外輪上的垂直反力。和輪上的垂直反力分別為 (5 - 48) 式中，為汽車質心高度；為輪距；為側滑附著系數(shù)，計算時叭可取1．0。 外輪上側向力和輪上側向力分別為 (5 - 49) 、外車輪上的總側向力為。 這樣，外輪半軸的彎曲應力和輪半軸的彎曲應力分別為 (5 - 50) (3)汽車通過不平路面，垂向力最大，縱向力，側向力：此時垂直力最大值為： 式中，是為動載系數(shù)，

5、轎車：，貨車：，越野車：。 半軸彎曲應力，為 (5 - 52) 半浮式半軸的許用合成應力為600—750MPa。 3．3／4浮式半軸 3／4浮式半軸計算與半浮式類似，只是半軸的危險斷面不同，危險斷面位于半軸與輪手相配外表的端。 半軸和牛軸齒輪一般采用漸開線花鍵連接，對花鍵應進展擠壓應力和鍵齒切應力驗算。擠壓應力不大于200MPa，切應力不大于73MPa。 三、半軸可靠性設計 在汽車設計中，可靠性已成為比較重要的技術指標之一。對于產(chǎn)品設計，須考慮各參量的統(tǒng)計分散性，進展隨機不確定分析，真實正確地反映產(chǎn)品的強度與受載等情況。 1．可靠度計算 對于全浮式半軸來說，所受的扭轉切應力

6、，按下式計算 式中，丁為半軸所傳遞的轉矩；d為半軸的直徑。 根據(jù)二階矩技術，以應力極限狀態(tài)表示的狀態(tài)方程為 式中，r為半軸材料的扭轉強度；*為根本隨機變量矢量，。 設根本隨機變量矢量*的均值，方差，且認為這些隨機變量是服從正態(tài)分布的相互獨立的隨機變量。g(*)是反映半軸狀態(tài)和性能的狀態(tài)函數(shù)，可表示半軸的兩種狀態(tài)： 將g(*)在均值處展開成二階泰勒級數(shù)，可得到g(*)的二階近似均值，和一階近似方差 不管g(*)服從什么分布，可靠性指標定義為 (5 - 56) 可靠度的一階估計量為 (5 - 57) 式中，為標準正態(tài)分布函數(shù)。 2．可靠性設計 給定半軸可靠度R，查表得可靠性

7、指標，由式(5—55)經(jīng)推導整理得 (5 - 58) + 式中， 根據(jù)加工誤差和3a法則，取半軸直徑標準差為0．005倍的半軸直徑均值，求解式(5—58)即可求得半軸的最小直徑的均值和標準差。 四、半軸的構造設計 對半軸進展構造設計時，應注意如下幾點： (1) 全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取 (5 - 59) 式中，d為半軸桿部直徑(mm)；為半軸計算轉矩(M·mm)，按式(5—43)計算；K為直徑系數(shù)，取0．205～0．218。 根據(jù)初選的d，按前面的應力公式進展強度校核。 2)半軸的桿部直徑應小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各局部到達根本等強度。 3)半軸的破壞形式大多是扭轉疲勞損壞，在構造設計時應盡量增大各過渡局部的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡局部，以減小應力集中。 4)對于桿部較粗且外端凸緣也較大時，可采用兩端用花鍵連接的構造。 5)設計全浮式半軸桿部的強度儲藏應低于驅動橋其它傳力零件的強度儲藏，使半軸起一個“熔絲〞的作用。半浮式半軸直接安裝車輪，應視為保安件。 . z