東風(fēng)EQ1090E型貨車驅(qū)動橋總成的設(shè)計【含7張CAD圖紙+文檔全套】

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為適應(yīng)不斷完善社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制的要求以及加入世貿(mào)組織后國內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形勢，推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，全面提高汽車產(chǎn)業(yè)國際競爭力，滿足消費者對汽車產(chǎn)品日益增長的需求，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，特制定汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。通過該政策的實施，使我國汽車產(chǎn)業(yè)在2010年前發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會的目標(biāo)做出更大的貢獻(xiàn)。政府職能部門依據(jù)行政法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的強制性要求，對汽車、農(nóng)用運輸車(低速載貨車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品實施管理，規(guī)范各類經(jīng)濟(jì)主體在汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的市場行為。輕型載貨汽車，在汽車發(fā)展趨勢中，有著很好的發(fā)展前途。生產(chǎn)出質(zhì)量好，操作簡便，價格便宜的輕型載貨汽車將適合大多數(shù)消費者的要求。在國家積極投入和支持發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的同時，能研制出適合中國國情，包括道路條件和經(jīng)濟(jì)條件的車輛，將大大推動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的提高。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)勢互補和資源共享。 汽車驅(qū)動橋生產(chǎn)行業(yè)經(jīng)過很多年的發(fā)展，現(xiàn)有的產(chǎn)品比較笨重沒有什么技術(shù)含量，大多用在卡車大客車上，這種產(chǎn)品從誕生到現(xiàn)在基本沒有多大的更新。所以，如果還是生產(chǎn)老式產(chǎn)品的話，會陷入同質(zhì)化竟?fàn)庪y以取得好的效益，如果要在這外行業(yè)有所發(fā)展的話一定要有自己創(chuàng)新。開發(fā)出輕巧堅固的驅(qū)動橋，另外，老式的車橋不能更好地與地面保持平行，所以在路面不平時輪胎的抓地能力很差，現(xiàn)在的轎車大都淘汰了這種驅(qū)動橋，而采用性能更優(yōu)越的多連桿整車橋。輕型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有大的比重，所以，輕型載貨汽車的驅(qū)動橋需求量非常大，許多驅(qū)動橋生產(chǎn)廠家也都很看好這方面的市場前景。本課題是進(jìn)行輕型載貨汽車驅(qū)動橋的設(shè)計。驅(qū)動橋在整車中十分重要，設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉的驅(qū)動橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。設(shè)計出小型輕型載貨汽車驅(qū)動橋，包括主減速器、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置及橋殼等部件，協(xié)調(diào)設(shè)計車輛的全局。目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè),采用后輪驅(qū)動汽車的平衡性和操作性都將會有很大的提高。后輪驅(qū)動的汽車加速時，牽引力將不會由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時，司機就會感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費用低也是后輪驅(qū)動的一個優(yōu)點，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費用將會有很大的差別。假如變速器出了故障，對于后輪驅(qū)動的汽車就不需要對差速器進(jìn)行維修，但是對于前輪驅(qū)動的汽車來說也許就有這個必要了，因為這兩個部件是做在一起的。所以后輪驅(qū)動必然會使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)外研究的重點在于：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)的中央單機減速器發(fā)展到現(xiàn)在的中央及輪邊雙級減速或雙級主減速器結(jié)構(gòu)；從齒輪加工形式上車橋內(nèi)部的主從動齒輪、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。 2.選題目的 驅(qū)動橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于輕型載貨汽車顯得尤為重要。此次選題的目的在于設(shè)計一款具有良好的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操作穩(wěn)定性的驅(qū)動橋總成的輕型載貨汽車，通過對汽車整體的匹配性設(shè)計完成驅(qū)動橋的各部件的型號的設(shè)計與計算，并完成校核的設(shè)計過程。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼的組成，處于動力傳動系的末端，它的作用是將萬向傳動裝置傳來的動力折過90°角，改變動力的傳遞方向，并由主減速器降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩后，經(jīng)差速器分配給左右半軸和驅(qū)動輪。其基本功能是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩通過主減速胎、差速器、半軸等傳到驅(qū)動車輪，實現(xiàn)降速增大轉(zhuǎn)矩；通過主減速器圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向；通過差速器實現(xiàn)兩側(cè)車輪差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。 3.選題意義 汽車驅(qū)動橋是汽車的重要總成，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，是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩傳到驅(qū)動車輪上，還可以通過齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，同時保證內(nèi)、外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向，良好的驅(qū)動橋能保證具有合適的主減速比，使汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性；具有較大的離地間隙以保證良好的通過性；盡可能減輕重量以提高行駛的平順性。因此驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式選擇、設(shè)計參數(shù)選取及設(shè)計計算對驅(qū)車的整車設(shè)計極其重要。汽車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計參數(shù)除對汽車的汽車的行駛性能如動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機動性和操動穩(wěn)定性等有直接影響外，也對汽車的可靠性與耐久性有重要影響。另外，汽車驅(qū)動橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。由上述可見，汽車驅(qū)動橋設(shè)計涉及的機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)計到所有的現(xiàn)代機械制造工藝。因此，通過驅(qū)動橋設(shè)計熟悉汽車驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)、性能及設(shè)計過程，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計與機械設(shè)計的全面知識和技能。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 驅(qū)動橋設(shè)計的基本內(nèi)容： 設(shè)計的驅(qū)動橋應(yīng)符合國家各項輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn)，運行穩(wěn)定可靠，成本低，適合本國路面的行駛狀況 （1）驅(qū)動橋、主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇 （2）主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 （3）差速器的設(shè)計與計算 （4）半軸的設(shè)計與計算 （5）驅(qū)動橋橋殼的受力分析及強度計算 （6）用CAD畫裝配圖和零件圖。 擬解決的主要問題 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)動機的動力，使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。在一般汽車的機械式傳動中，有的變速器還不能完全解決發(fā)動機特性與汽車行駛要求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問題。 1．因為絕大多數(shù)的發(fā)動機在汽車上的縱向安置的，為使其轉(zhuǎn)矩能傳給左、右驅(qū)動車輪，必須由驅(qū)動橋的主減速器來改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，同時還得由驅(qū)動橋的差速器來解決左、右驅(qū)動車輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差速要求。 2．需將經(jīng)過變速器、傳動軸傳來的動力，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)?shù)貙⑺峙浣o變速器和驅(qū)動橋。 三、技術(shù)路線（研究方法） 1.充分利用圖書館及現(xiàn)有的資源收集資料，調(diào)研了解驅(qū)動橋的組成、功用，掌握CAD制圖的規(guī)范及要求，了解國內(nèi)外驅(qū)動橋的發(fā)展?fàn)顩r 2.到生產(chǎn)車間及實驗室了解驅(qū)動橋的構(gòu)造，各零部件的裝配位置 3.編寫課題研究大綱和開題報告 4.選擇基本參數(shù)并對各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計與計算 調(diào)查研究 數(shù)據(jù)采集、分析、處理 驅(qū)動橋設(shè)計可行性方案研究 根據(jù)資料和研究方案確定驅(qū)動橋的總體布置設(shè)計方案 選擇基本參數(shù)并對各個零件進(jìn)行設(shè)計計算 繪制CAD零件圖和裝配圖 編寫驅(qū)動橋設(shè)計說明書 主減速器的結(jié)構(gòu)形式選擇 主減速器基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 差速器的結(jié)構(gòu)形式選擇 差速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 半軸的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 半軸的結(jié)構(gòu)形式選擇 驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇 驅(qū)動橋殼的受力分析與強度計算 四、進(jìn)度安排 （1）收集資料，調(diào)研，撰寫開題報告 第一周（2月28日-3月6日） （2）周四交開題報告，實習(xí)了解驅(qū)動橋的構(gòu)造 第二周（3月7日-3月13日） （3）完成各參數(shù)的設(shè)計、計算和校核工作，至少應(yīng)有裝配圖的草圖 第三周-第七周（3月14日-4月17日） （4）中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周（4月18日-4月24日） （5）畫裝配圖和零件圖，編寫說明書 第九周-第十一周（4月25日-5月15日） （6）交畢業(yè)設(shè)計說明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周（5月16日-5月22日） （7）畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師審核 第十三周（5月23日-5月29日） （8）畢業(yè)設(shè)計修改 第十四周（5月30日-6月5日） (9)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱或預(yù)審 第十五周（6月6日-6月12日） (10) 畢業(yè)設(shè)計修改 第十六周（6月13日-6月19日） (11)畢業(yè)設(shè)計答辯 第十七周（6月20日-6月26日） 五、參考文獻(xiàn) [1] 劉惟信.汽車車橋設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004. [2] 張洪欣.汽車底盤設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998. [3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機械工業(yè)出版社，2000. [4]《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設(shè)計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004. [5] 張永奇.汽車驅(qū)動橋主減速器圓錐滾子軸承滾子接觸應(yīng)力分析[J].吉林大學(xué)學(xué)報 2008年第3期，2008.03. [6] 劉軍利.單級橋:重型車橋的發(fā)展方向[J]. 《商用汽車》,2005. [7] 劉永輝 朱小波.重型汽車驅(qū)動橋的基本結(jié)構(gòu)及發(fā)展方向[J].《科技經(jīng)濟(jì)市場》， 2006. [8] 胡迫青,梁高副.重型越野車驅(qū)動橋智能設(shè)計系統(tǒng)[J].華中理工大學(xué)學(xué)報第27卷 第11期，2007.11. [9] 劉小龍.大轉(zhuǎn)矩汽車驅(qū)動橋主減速器齒輪的研制[J].無錫職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2008.07. [10] 王革新. 某車型汽車驅(qū)動橋殼的力學(xué)分析[D] .沈陽:東北大學(xué)，2006. [11] 陳芳. 雙被齒驅(qū)動后橋的研究[D] .武漢:武漢理工，2010. [12] 龔溎義.機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊[M].北京：高等教育出版社，1989. [13] 王望予.汽車設(shè)計.第3版.北京:機械工業(yè)出版社,2000.. [14] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社，2006. [15]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001. [16] Joseph Constance，DFMA leaning to Design for Manufacture and Assembly，Meeh，Erg，2007. [17] A.Higuchi，Y.Saitoh.Optimal Control of Four Wheel Steering Veering Vehicle: Vehicle System Dynamic，12（2007），pp.397-410. 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日 目 錄 II 摘 要 III Abstract IV 1 緒 論 1 2 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)類型以及參數(shù) 3 2.1 驅(qū)動橋的種類 3 2.2 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)組成 4 3 主減速器的設(shè)計 6 3.1 主減速器概述 6 3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇和設(shè)計計算 7 3.3 主減速器錐齒輪的強度校核 10 3.4 齒輪的材料研究和熱處理 13 3.5 主減速器軸承載荷的計算和校核 14 4 差速器的設(shè)計 16 4.1 差速器簡介 16 4.2 差速器類型的選擇 16 4.3 差速器齒輪基本參數(shù)的確定 17 4.4 差速器齒輪的強度計算 17 5 半軸的設(shè)計 19 5.1 半軸簡述 19 5.2 全浮式半軸 19 5.3 半軸的設(shè)計 20 5.4 半軸花鍵強度的計算 20 5.5 半軸的材料 21 6 驅(qū)動橋橋殼的設(shè)計 22 6.1 驅(qū)動橋橋殼簡介 22 6.2 橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇 22 6.3 驅(qū)動橋橋殼的受力分析和強度校核 23 7 結(jié) 論 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 東風(fēng) EQ1090E 貨車驅(qū)動橋總成的設(shè)計 摘 要 在現(xiàn)如今的汽車的前景市場上，汽車零部件的制造越來越趨向于簡約精細(xì)高效化，而汽車驅(qū)動橋作為汽車四大總成之一，對于汽車整體的重要性不言而喻，優(yōu)良的驅(qū)動橋可以改善汽車整體性價比，提高乘客的舒適度，提高汽車的整體水平。目前汽車行業(yè)發(fā)展越來越快速高效，因此制造出一個可靠優(yōu)良的驅(qū)動橋?qū)μ岣哒麄€汽車的性價比和成本有巨大作用，對于推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改造貨車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有很大的幫助。同時利用這次的畢業(yè)設(shè)計也可以鞏固自己的知識，開拓視野，為自己以后的發(fā)展鋪墊道路。 本次畢業(yè)設(shè)計是以東風(fēng) EQ1090E 載物貨車為設(shè)計原型，根據(jù)貨車的主要參數(shù)貨車總重，滾動半徑等等一系列數(shù)據(jù)，建立在驅(qū)動橋的實用性與適用性的基礎(chǔ)上，確定大體的方案，完成對主減速器載荷的計算和錐齒輪的選擇與強度校核，還有差速器的選擇和齒輪強度校核，半軸的形式以及強度校核以及驅(qū)動橋殼載荷能力的計算與校核。最后總結(jié)本次畢業(yè)論文的收獲和經(jīng)驗。完成論文后需要根據(jù)其中所得的齒輪半軸等數(shù)據(jù)，運用 CAD 軟件畫出零件圖和裝配圖。最后在老師的指導(dǎo)下做最后的改進(jìn)，并且完成答辯，順利畢業(yè)。 關(guān)鍵詞：東風(fēng)貨車；主減速器；差速器；半軸；驅(qū)動橋橋殼； IV Design of Dongfeng EQ1090E Truck Drive Axle Assembly Abstract In the foreground market of today's automobiles, the manufacture of auto parts tends to be simpler, more sophisticated and more efficient, and the automobile drive axle, as one of the four major automotive assemblies, is self-evident to the car as a whole. The drive axle can improve the overall cost-effectiveness of the car, improve the comfort of passengers and increase the overall level of the car. At present, the development of the automotive industry is becoming faster and more efficient. Therefore, the production of a reliable and excellent drive axle has a tremendous effect on improving the cost performance and cost of the entire automobile. It is of great help to promote the economic development and transform the structure of the powertrain of the truck. At the same time, by using this graduation project, you can also consolidate your knowledge, broaden your horizons, and pave the way for your own future development. The graduation design is based on the Dongfeng EQ1090E cargo wagon design prototype, based on the truck's main parameters of the total weight of the truck, rolling radius and a series of data, established on the basis of the practicality and applicability of the drive axle, to determine the general plan Completion of the calculation of the final drive load and bevel gear selection and strength check, as well as the choice of differential and gear strength check, the form and strength of the semi-axle, and the calculation and calibration of the load capacity of the axle housing nuclear. Finally, we summarize the harvest and experience of this thesis. After completing the paper, it is necessary to use CAD software to draw the parts and assembly drawings based on the data obtained from the gear half shaft and other data. Finally, under the guidance of the teacher to make the final improvement, and complete the defense, graduated smoothly. Key words: Dongfeng truck; main reducer; differential; Drive axle housing 1 緒 論 本次論文是關(guān)于東風(fēng) EQ1090E 輕型貨車驅(qū)動橋總成的設(shè)計，因為貨車的載重超過一般車型，所以需要一個功率比較大的發(fā)動機，因此對于動力系統(tǒng)和動力傳動系統(tǒng)要求變高， 同時油類資源的寶貴，高效驅(qū)動裝置的需求迫在眉睫。文章的重點內(nèi)容將圍繞驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)原理，驅(qū)動橋組成部分包括主減速器，差速器，半軸以及驅(qū)動橋殼來一一介紹和設(shè)計。對主要零部件的選擇設(shè)計以及計算校核和它們的原理也將系統(tǒng)的說明。 驅(qū)動橋總成是汽車四大總成之一，其他三個為發(fā)動機，變速器，車架，其重要性不言而喻。驅(qū)動橋主減速器，差速器，半軸，驅(qū)動橋橋殼這幾個主要部位，對于整個汽車的啟動以及動力傳遞都有很大作用，它的功能主要有：（1）將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩通過主減速器，差速器，半軸等傳到驅(qū)動車輪降低速度增大轉(zhuǎn)矩。（2）通過主減速器圓錐齒輪改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。（3）通過差速器改變左右兩側(cè)車輪的速度，保證內(nèi)側(cè)和外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。（4）驅(qū)動橋橋殼起到承載作用[1]。 在設(shè)計的過程中如果出現(xiàn)計算失誤將影響結(jié)構(gòu)類型的選擇，從而將影響了車輛的使用壽命而且會大大降低車輛的行駛性能，比如操作性、平穩(wěn)性、機動性以及燃油經(jīng)濟(jì)性等性能。因此驅(qū)動橋總成的設(shè)計應(yīng)當(dāng)滿足以下幾個要求： 1.采用的主減速比盡量能夠保證汽車具有最好的機動性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 2.整體尺寸大小要適中，驅(qū)動橋和地面距離正好，能保證安全。 3.齒輪嚙合處及其他傳動件工作時平穩(wěn)安全，噪聲小。 4.能夠承受各種轉(zhuǎn)矩和重量，并且傳動效果好。 5.在保證足夠的強度和剛度的條件下，能夠保證驅(qū)動橋在質(zhì)量上盡量輕便，其中彈簧應(yīng)該盡量小，以提高乘客的乘坐舒適性。 6.結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好性價比高，并且拆卸維修組裝容易。 驅(qū)動橋總成里包括了很多零部件，有的是大學(xué)課堂里學(xué)習(xí)過的，有的是還未接觸到的， 但這些都與機械息息相關(guān)，利用這次畢業(yè)設(shè)計的機會可以充分了解和熟悉車輛各零部件的設(shè)計，可以更好的學(xué)習(xí)和了解汽車行業(yè)的機械性和動力等等各方面性能。在當(dāng)下以科學(xué)技術(shù)為主要支撐點，以理論知識為指導(dǎo)，是現(xiàn)代設(shè)計的主要方法和理念。利用這種方式指導(dǎo)能夠減小設(shè)計的盲目性和脫離實際情況的不切實際性，提高設(shè)計的高效率、高品質(zhì)和高水平[2]。 從現(xiàn)在的狀況來看，我國驅(qū)動橋的目前研究重點在于尋找輕量化的驅(qū)動橋橋殼，從高科技，高技術(shù)制造業(yè)出發(fā)尋求成本低，制造工藝好，技術(shù)先進(jìn)的驅(qū)動橋橋殼制造方案。同時深入改進(jìn)減速器，差速器的技術(shù)方案，對齒輪的精加工逐步提高，改進(jìn)貨車整體的舒適性和噪聲控制。目前在驅(qū)動橋橋殼材料的開發(fā)使用，主從齒輪，行星齒輪等齒輪的精加工上還是與國外的水平有些差距的。總之現(xiàn)在對于驅(qū)動橋的要求已經(jīng)不僅僅局限于高效，更向著舒適，經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展 [2]。 28 而且驅(qū)動橋與汽車其他總成之間也有密切的聯(lián)系，比如減速器，差速器影響著汽車行駛的安全性，半軸驅(qū)動橋橋殼則與穩(wěn)定性息息相關(guān)，做好每一個部位，尋求最恰當(dāng)?shù)牧慵拍茏龀龇犀F(xiàn)代汽車?yán)砟畹尿?qū)動橋總成。 總之驅(qū)動橋作為汽車車身結(jié)構(gòu)一個重要的組成結(jié)構(gòu)，對提高汽車整體的經(jīng)濟(jì)性，實用性能具有重要的價值，高效經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動橋?qū)ν苿悠嚠a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，優(yōu)化汽車產(chǎn)業(yè)鏈具有至關(guān)重要的作用，也為防止國外壟斷技術(shù)，對提高民族企業(yè)，競爭力具有重要作用[3]。 2 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)類型以及參數(shù) 2.1 驅(qū)動橋的種類 驅(qū)動橋處于汽車的動力傳動裝置的末端，是重要的組成部分。其主要功能是增大由傳動軸或變速器傳遞來的轉(zhuǎn)矩，并將動力平均分配給左，右驅(qū)動輪，另外也承受作用于地面和車架或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼等組成，選擇一個優(yōu)良的主減速器，差速器以及適合的半軸和驅(qū)動橋橋殼是組裝成一個驅(qū)動橋的前提。 一般的驅(qū)動橋總成包括主減速器，差速器，半軸和驅(qū)動橋橋殼等裝置。這些部分應(yīng)該具備一定的強度條件，有良好的工藝性和安全性，同時應(yīng)該具備方便組裝，方便拆卸維修的功能，對于乘客來說，能夠提供一個優(yōu)良的乘坐環(huán)境和舒適性也是非常重要的[4]。 圖 2.1 斷開式驅(qū)動橋 驅(qū)動橋有兩種類型，分別是斷開式驅(qū)動橋和非斷開式驅(qū)動橋。 1．?dāng)嚅_式驅(qū)動橋(如圖 2.1)；斷開式驅(qū)動橋與采用獨立懸架的貨車配合使用。沒有使用半軸套管，于是，半軸處于外側(cè)，半軸的兩側(cè)通過萬向節(jié)各自與主減速器殼內(nèi)的減速器和驅(qū)動輪連接。主減速器殼固定在車架或車身上。驅(qū)動橋兩側(cè)分別用懸架與車架或車身連接，這樣，兩側(cè)驅(qū)動輪能相對獨立地針對與車架或車身上下跳動，然而斷開式驅(qū)動橋也有壞處比如，它的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且價格有點昂貴，大大的提高了整體的價格，對于性價比的影響較大。 2．非斷開式驅(qū)動橋(如圖 2.2)；非斷開式結(jié)構(gòu)橋相較于斷開式結(jié)構(gòu)不同的是，它的結(jié)構(gòu)較為簡單一點，易于拆卸與安裝，并且制造工藝性良好、材料加工成本不高、運轉(zhuǎn)時安全性能高、維修清洗方便，所以普遍的應(yīng)用在各種小型載貨汽車，小轎車和越野式汽車和貨車。非斷開式驅(qū)動橋，驅(qū)動輪不是由懸架系統(tǒng)承載的，故對貨車穩(wěn)定性和在貨車的行駛過程中動載荷的減少不利。因此從整個安全性以及性價比的條件下考慮，此次選擇斷開式驅(qū)動橋作為目標(biāo)[5]。 圖 2.2 非斷開式驅(qū)動橋 1-主減速器 2-套筒 3-差速器 4.7-半軸 5-調(diào)整螺母 6-調(diào)整墊片 8-橋殼 2.2 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)組成 一般情況下驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)組成主要有主減速器，差速器，車輪傳動裝置和驅(qū)動橋橋殼。主減速器的作用有兩點；第一是改變動力傳遞的方向，第二是作為變速器的末端為其各個檔位確定一個相同的傳動比。 差速器則是為了調(diào)節(jié)左右車輪的轉(zhuǎn)速不同而裝備的。貨車四輪啟動的時候，為了啟動四個車輪，務(wù)必將四個車輪連接起來，如果只是將其機械性的連接在一起，汽車在彎曲道路上行駛的時候就會以不同的速度轉(zhuǎn)彎，為了保證汽車轉(zhuǎn)彎時旋轉(zhuǎn)速度相差不能大，這時需要加入一個差速器用來保證前后輪速度一樣，這樣可以防止事故的發(fā)生[6]。 車輪傳遞裝置簡單點說就是傳遞動力，就是將動力系統(tǒng)產(chǎn)生的動力傳遞給各個中間設(shè)備，驅(qū)動車輪行駛。 驅(qū)動橋橋殼的作用則有以下幾點： 1．保護(hù)作用；保護(hù)減速器，差速器，半軸等零部件； 2．固定保護(hù)驅(qū)動輪，還可以防止側(cè)滑等現(xiàn)象； 3．承載著車架上貨車部件的重量； 4．承受傳遞車輪在路面上受到力和力矩。 圖 2.3 貨車驅(qū)動橋（整體式） 1—半軸 2—圓錐滾子軸承 3—支承螺栓 4—主減速器從動錐齒輪 5—油封 6—主減速齒輪傳動錐齒輪 7—彈普座 8—墊圈 9—輪毅 10—調(diào)節(jié)螺母 設(shè)計任務(wù)書所給的原始數(shù)據(jù)如下表 2.1,2.2； 表 2.1 輕型貨車整車設(shè)計參數(shù): 項目 參數(shù) 空車總重 4080kg 滿載總重 9290kg 負(fù)荷分配滿載 前 2360kg 后 6930kg 軸距 3950mm 最高車速 Va max =90 km/h 發(fā)動機額定功率 99kw 表 2.2 變速器傳動比 檔數(shù) 1 檔 2 檔 3 檔 4 檔 5 檔 倒擋 變速器傳動比 7.31 4.31 2.45 1.54 1.00 7.66 3 主減速器的設(shè)計 3.1 主減速器概述 主減速器在驅(qū)動橋中的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。它的功用是加大經(jīng)由變速器和半軸傳遞裝置的轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)速的大小，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，原理是用齒數(shù)較少的齒輪帶動齒數(shù)較多的齒輪嚙合運動。 正常的主減速器由幾對減速齒輪副構(gòu)成，動力從主動輪輸入由從動齒輪輸出 [7]。 圖 3.1 主減速器示意圖 1．按數(shù)目分可分為：單級減速器和雙極減速器，其中雙極還可以分為整體式和分開式， 判斷的方法是第一主減速器和第二主減速器是否分開裝在單獨的殼體內(nèi)。當(dāng)傳動比比較大的時候，為了保證適當(dāng)?shù)碾x地距離，一般使用雙極減速器。本次選用單級減速器。 2．按傳動比檔數(shù)可以分為單速式和雙速式，當(dāng)下國內(nèi)大都采用雙速式。 3．按結(jié)構(gòu)形式可以分為圓柱齒輪式，圓錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪等形式。圓柱齒輪的特點是結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，常用斜齒圓柱齒輪。 錐齒輪的特點是工作平穩(wěn)、發(fā)出的噪聲小、載荷能力好。但是安裝精度要求高。 雙曲面齒輪它的傳動特點是主動齒輪軸線與從動齒輪軸線雖然垂直但不相交。主動齒輪軸線相對于從動齒輪軸線向上或下偏移距離 E，稱偏移距。相同情況下即傳動比一定的，從動齒輪相同的條件下，雙曲面齒輪則有較大的強度，并且嚙合的齒數(shù)較多，工作時平順發(fā)出噪聲較小[8]。 目前市場上的貨車的主減速器大多數(shù)都采用了螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。雙曲面齒輪工作時，齒面間的壓力較大，摩擦較為復(fù)雜，齒面油膜容易破壞故采用雙曲面齒輪油潤滑， 絕不允許用普通齒輪油代替，否則齒面將很快擦損，磨壞。大大降低齒輪的使用壽命。 3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇和設(shè)計計算 3.2.1 主減速器的載荷計算 1．主減速比 主減速比是一個影響貨車動力性能和燃油性能的一個重要因素。一般來說，主減速比越大，對于加速能力和爬坡能力有加強，但燃油經(jīng)濟(jì)性變差。但如果過大， 那么發(fā)動機則不能發(fā)揮全部功率來達(dá)到應(yīng)有的車速。當(dāng)主減速比越小，最高車速越大，提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，但車輛的爬坡能力加速能力削弱，因此多數(shù)貨車采用的是齒輪式主減速器，其中包含最基本的直齒輪式齒輪，比之更好的是斜齒，最好的是漸開式齒輪。根據(jù)此次車型東風(fēng) EQ1090E 型貨車所提供的數(shù)據(jù)參數(shù)，主減速比為 6.33。 2．主減速器齒輪轉(zhuǎn)矩的計算 (1)從動齒輪按最大輸出轉(zhuǎn)矩 T Tce=TamaxiTLKdnT/n=14700 N?m； Temax——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，353 N?m； i1—— 變 速 器 最 低 檔 傳 動 比 i1=7.31； rr—— 動 力 傳 遞 效 率 ， 取 0.9； i0—— 主 減 速 比 i0= 6.33； Kd——超載系數(shù)，對于一般的載貨汽車超載系數(shù)一般取值為 1，本次為東風(fēng)貨 車； (2)按驅(qū)動輪打滑時的輸出轉(zhuǎn)矩 T Tcs=G2𝜑𝜑rr/（nmim）=15437.646 N ? m G2——汽車滿載時整個驅(qū)動橋?qū)λ降孛娴淖畲笾亓?，?65%的滿載質(zhì)量； m2——貨車的負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，一般取值 1.3； φ——輪胎對地面的附著系數(shù)，一般公路用車如貨車φ=0.85； rr——車輪的滾動半徑，取值 0.229m； hm ，im——分別為主減速器從動輪到驅(qū)動輪之間的傳動效率和減速比。該車 無輪邊減速器，故 nm=0.97，im=1； 3. 按從動輪的平均轉(zhuǎn)矩 T Tcf  = G × rr × ?fr+fh+fp? =1969.036 im×nm Ga——貨車滿載時總重量，N；取 9290N。 GT——所牽引的貨車滿載時重量，N； fr——貨車滾動時的阻力系數(shù)，載貨汽車取 0.015～0.020；該車取 0.015； fh——貨車正常行駛時的平均爬坡能力系數(shù)。通常載貨汽車和城市公共汽車取 0.05～0.09；所以該車取 0.07； fp——汽車或者貨車的性能系數(shù)； fp=0.015*[16-0.195*(Ga+GT)/Temax]=-6.6 由于 fp 計算為負(fù)，取 0 值。則 fp=0； 主動齒輪 T = Tc 0 G z i h Tc——計算轉(zhuǎn)矩，N ? m。按最低檔傳動比時 Tc＝14700N·m；按從動齒輪的平均計算轉(zhuǎn)矩Tjm＝1969.036N·m； i0 ——主減速比； ηT——齒輪傳動部分的效率，取hT =0.95。 3.2.2 主減速器齒輪主要參數(shù)的選擇 1．主動錐齒輪齒數(shù)的確定。 為了滿足驅(qū)動橋離地距離能夠符合要求，一次齒輪齒數(shù)盡量小點。同時為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，貨車主動輪和從動輪齒數(shù)之和應(yīng)該大于等于 40，同時盡量避免主從齒輪有公約數(shù).本次東風(fēng)貨車的主減速比是 6.33，所以可以取 Z1=7；Z2=44.Z1+Z2 大于 40 符合要求。 2．從動錐齒輪節(jié)圓直徑和端面模數(shù)的確定。直徑d2 = Kd 2 × 3 Tc d2=（13.0～16.0）3√14700=（318.37～391.84）mm 式中： d2——從動錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm； Kd2——直徑系數(shù)，Kd2=13.0～16.0； Tc——計算轉(zhuǎn)矩，N ? m; 14700 N ? m； 初選 D2=380mm； 則齒輪端面模數(shù) m=D2/Z2=380/44=8.64mm； 故 m 可以取 9mm； D2=mz2=44×8.64=380.16mm。 3．齒面寬度的確定 齒輪齒面過寬并不一定有好處，齒面邊寬并不能增大它的使用壽命，反而導(dǎo)致齒溝變窄，而致使刀面或刀角變小變窄，集中了應(yīng)力反而降低了刀具的使用壽命，從而影響了其他方面，并且齒面過寬也會占用了其他部件的空間。但齒面過窄，那么同樣的齒輪的強度就降低了，齒輪的損壞也變得容易，影響齒輪的壽命，因此需要選擇適當(dāng)?shù)凝X寬[9]。 大齒寬 b2=0.155d2=58.92mm； 小齒寬 b1=1.1b2=64.81mm； 4．雙曲面齒輪的偏移量 E=(0.1~0.15)b2=38.016~57.042，取 E=45mm； 5．法向壓力角 α 和中點螺旋角 β 的確定 法向壓力角對齒輪的性能有很大的影響，合適的壓力角有利于降低噪音，提高工作穩(wěn)定性，一般輕型載物貨車壓力角可選擇 20 度。 而對于螺旋角來說需要考慮以下幾個因素；與齒面的重合程度ε，一般取值 1.5~2.0 齒輪強度和軸向力等。螺旋角越大那么法向壓力角越大，這樣的話，齒輪運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)，傳動越平順，齒輪的強度也就越高，但螺旋角過大會導(dǎo)致軸向力過大從而導(dǎo)致運轉(zhuǎn)的失衡，因此螺旋角β的取值有一定的范圍，一般在 35 度~40 度。 所以這次東風(fēng) EQ1090E 貨車可取值 35 度。 6．齒輪的偏移與螺旋方向 當(dāng)汽車掛前行檔的時候，由于主動輪與從動輪嚙合的緣故，所以他們的轉(zhuǎn)動方向相反。由從動輪的錐頂部看向它的齒輪齒面部位，主動輪處于它的右邊。這時如果主動齒輪處于從動齒輪中心線上面的位置時，稱之為上偏移，在下方時就稱之為下偏移。而且雙曲面齒輪的偏移方向和它的齒輪的螺旋方向有很大的關(guān)系；當(dāng)雙曲面齒輪向下偏移的時候，主動齒輪的為左旋的螺旋方向，從動齒輪螺旋方向為右旋；當(dāng)雙曲面齒輪向上偏移時從動齒輪螺旋方向為左旋，主動齒輪為左旋的螺旋方向，這樣使得主動輪和從動輪就會有分離的趨勢，兩齒輪也不會因此而卡住[10]。 3.2.3 主減速器齒輪的尺寸計算 齒輪尺寸參數(shù)計算見表 3.1。 表 3.1 部分尺寸參數(shù) 序號 計算公式 數(shù)值 釋 義 1 Z1 7 小齒輪齒數(shù) 2 Z2 44 大齒輪齒數(shù) 3 m 9mm 模數(shù) 4 b1 64.81mm 小齒輪齒面寬 5 b2 58.92mm 大齒輪齒面寬 6 a 20° 壓力角 7 Hg=h1m 14.85mm 齒輪工作時高 hg,H1 取 1.65 8 h = H2m 16.47mm 齒輪全高 h,H2 取 1.83 9 ? 90° 軸交角? 10 d1 = mz1 63mm 小齒輪分度圓直徑 11 g = arctan( z / z ) 1 1 2 9.039° 小齒輪節(jié)錐角 序號 計算公式 數(shù)值 釋 義 12 g = 90 - g 2 1 80.961° 大齒輪節(jié)錐角 13 A0=d1/2sinγ 200.6mm 節(jié)錐距 14 t=3.1416m 28.27mm 周節(jié) 15 h2=Kam 3.42mm 大齒輪齒頂高 h2,Ka 取 0.38 16 h1 = hg - h2 11.43mm 小齒輪齒頂高 h1 17 h￠ = h - h' 1 1 5.04mm 小齒輪齒根高 18 h￠ = h - h' 2 2 13.05mm 大齒輪齒根高 19 c = h - hg 1.62mm 徑向間隙 20 δ=arctan(h1’/A0) 1.43o 小齒輪齒根角 21 c = d2 - h' sing 01 2 1 1 122.20mm 小齒輪節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離 22 c = d1 - h' sing 02 2 2 2 19.40mm 大齒輪節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離 23 s2 = Skm 7.74mm 大齒輪理論弧齒厚 S2 24 s1 = t - s2 20.53mm 小齒輪理論弧齒厚 3 β 35° 螺旋角 3.3 主減速器錐齒輪的強度校核 3.3.1 齒輪的磨壞形式 1．齒輪折斷 （疲勞折斷、過載折斷） （1）疲勞折斷 在長時間的交變應(yīng)力下，齒輪根部不斷地接受交變應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力一旦到達(dá)最高時超過了材料的承受極限，在齒輪的根部便會出現(xiàn)細(xì)小的裂痕，在長時間的交變應(yīng)力作用下。裂痕將會越來越大，最后齒輪將會突然斷裂損壞，在斷裂的過程中斷裂面經(jīng)過不斷地摩擦形成了明亮的斷面口，這種方式斷裂產(chǎn)生的是粗糙的斷裂面。 （2）過載折斷 可能在設(shè)計的時候出現(xiàn)問題，或者是校核的時候沒有達(dá)到要求，熱處理沒有達(dá)到要求， 也可能是突然地最大載荷沖擊，使得應(yīng)力波動突然超過了齒輪的彎曲強度的可允許范圍， 致使齒輪的突然折斷。除了這些原因，安裝不合理，潤滑不到位，位置調(diào)節(jié)不當(dāng)都可能使得齒輪的受力接觸面集中一點，過載而使得突然地斷裂。以上所有形式的斷裂都是粗糙的新斷面。 為了防止齒輪的斷裂，首先齒輪應(yīng)該具備足夠的彎曲強度，齒輪的系數(shù)包括，齒數(shù)模數(shù)壓力角以及所使用的材料都應(yīng)該符合標(biāo)準(zhǔn)。對于齒輪的加工也必須反復(fù)確認(rèn)，其他的類似于潤滑等也嚴(yán)格要求[11]。 2．齒面的點蝕和剝落 點蝕和剝落也是齒輪的重要破壞形式之一，大多數(shù)的齒輪因為這種原因報廢了，因此對于這類齒輪的解決還有必要的。 （1）齒面的點蝕 類似于齒根的交變應(yīng)力，在齒輪的表面因多次的高強度接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果， 因為常常在小齒輪齒根節(jié)點區(qū)域開始，由一開始的小裂縫逐漸演變成小小的淺坑，出現(xiàn)這 種狀況的現(xiàn)象稱之為點蝕。點蝕一般先出現(xiàn)在幾個少數(shù)的齒面上，但如果齒輪繼續(xù)工作， 那么小坑的數(shù)目會不斷增加也不斷變大。最終導(dǎo)致了齒面的脫落，造成大的麻煩。甚至可 能造成齒輪的折斷損壞。而解決的方法則是，減少齒面的載荷，保持齒面的潤滑，又或者載荷不變在允許的條件下增大齒面寬度，減小齒面應(yīng)力。 （2）齒面剝落 大都發(fā)生在表面滲碳的齒面上，因為形成了比點蝕更大的坑兒時的表面下陷。造成這種的原因主要是齒面強度不夠，表層太薄使得齒面剝落。另外熱處理不當(dāng)使得滲碳層碳濃度不均勻于是原因之一。 （3）齒面膠合 有時在機械高速運轉(zhuǎn)或者在大氣壓強過大的時候，機械內(nèi)部存在局部的高溫，有時候冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題，或者表面油膜遭到破壞，從而使得齒輪表面直接摩擦而導(dǎo)致了高溫， 高壓。這一系列原因使得兩齒輪表面粘在一起，但因為齒輪的強制運動而使得再次分開出現(xiàn)的損傷和磨壞的現(xiàn)象，稱之為叫膠合。膠合這種損壞現(xiàn)象在齒輪頂部出現(xiàn)的頻率較高， 其撕裂的現(xiàn)象多出現(xiàn)在與齒線的垂直方向。因為齒輪的齒面膠合是因為高溫，高壓的原因?qū)е碌摹Ｒ虼?，控制溫度在允許溫度的范圍內(nèi)是減少齒輪齒面膠合的一種有效的方法，通常我們用潤滑劑來改善運作的狀態(tài)，調(diào)節(jié)溫度。 （4）齒面磨損 齒輪齒面磨損顧名思義就是兩齒輪齒面之間相互作用，摩擦滑動，從而導(dǎo)致齒面磨損， 造成劃痕的破壞現(xiàn)象。因為世界上不存在零摩擦，所以齒輪之間肯定存在摩擦，有摩擦那么就會有損壞，一般情況下我們可以控制磨損的范圍，在規(guī)定的范圍內(nèi)的磨損是正常的允許的。在齒面磨損中還存在一個研磨磨損，它是因為齒輪在運轉(zhuǎn)中掉落的小顆粒夾雜其中， 只要及時清理小顆粒去除廢皮，是應(yīng)該可以避免的。在新車才使用的時候存在磨合狀態(tài)， 以及車輛長時間使用過后，按照方法更換相應(yīng)的潤滑油或者定期清洗都是有效防止齒面磨 損的方法[12]。 3.3.2 單位齒上的圓周力 1．圓周力一般用于表示齒輪的耐磨性即單位齒長圓周力。 p = P b2 Te max ig ′103  N/mm； p = d1 b 2 2 = 1390.33N/mm； 式中：Temax 為發(fā)動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩，取 353N ? m； ig 為變速器第一擋傳動比，即：ig=7.31； d1 為主動齒輪節(jié)圓的直徑，取 63mm； 還有一種按照最大附著力計算 P=G2𝜑𝜑rr×103×2/(b2×d2) ； 其中,G2 是汽車滿載時驅(qū)動橋給水平地面的最大重力，取 57969.6N； Φ為輪胎與地面的附著系數(shù)，取值 0.85； rr 為輪胎的滾動半徑，這里取值 0.229mm； 所以 P=147.74 N。 2．錐形齒輪的彎曲強度計算 s = 2 ′103 ′ T × K 0 × Ks × Km 2 Kv × b × z × m2 × J N/ mm ； 式中：T——齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，N ? m：如果是主動齒輪則需要把計算轉(zhuǎn)矩等價到主動齒輪上； K0——貨車超載系數(shù)：取 1； Ks——尺寸系數(shù)：反應(yīng)材料材質(zhì)分布的不均勻性，與齒輪尺寸大小及熱處理方式等 4 m / 25.4 有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù) m≥1.6mm 時，Ks= =0.829； Km——載荷分配系數(shù)：當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，Km＝1.00~1.10；如果一個齒輪用騎馬式支承時，Km＝1.10~1.25。當(dāng)齒輪支承剛度較大時，取小值 Km 取 1.1； Kv——質(zhì)量系數(shù)：當(dāng)貨車輪齒接觸面狀況良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取 Kv ＝1；  F——計算齒輪的齒面寬 64.81mm； Z——計算齒輪的齒數(shù)，7； m——齒輪端面模數(shù) 9mm； 3.錐齒輪的接觸強度 C p 2TK K K K *103 d1 0 S m f KvbJ s j = (1)按照發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（353N?m）計算； σj = 678.73 N ? mm2; (2)按照發(fā)動機額定轉(zhuǎn)矩（157N?m）計算； σj = 413.44N ? mm2; 滿足強度條件。 式中：T——齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，N ? m：如果是主動齒輪則需要把計算轉(zhuǎn)矩等價到主動齒輪上； K0——超載系數(shù)，取 1； Ks——尺寸系數(shù)，反映材料材質(zhì)分布屬性的不均勻性，與齒輪尺寸大小及熱處理方 4 m / 25.4 式等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù) m≥1.6mm 時，Ks= =0.829； Km——載荷分配系數(shù)：當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，Km＝1.00~1.10；當(dāng)一個齒輪用騎馬式支承時，Km＝1.10~1.25。當(dāng)齒輪支承剛度較大時取小值，Km 取 1.1； Kv——質(zhì)量系數(shù)：當(dāng)貨車輪齒接觸面良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取 Kv＝1； F—— 計 算 齒 輪 的 齒 面 寬 64.81mm； Z—— 計 算 齒 輪 的 齒 數(shù) ， 取 7； m—— 齒 輪 端 面 模 數(shù) 取 值 9mm； J——齒輪彎曲綜合系數(shù)，取值由圖 3.3 可得，取值 0.29； 3.4 齒輪的材料研究和熱處理 圖 3.2 J 的取值范圍表 汽車驅(qū)動橋總成作為汽車最后一個大的總成，其主減速器齒輪工作量很大，與其他部位的工作齒輪相比，它的載荷較大，時間長，磨損沖擊力大[13]。對于材料的要求是性價比高，工藝性好，并且能夠符合他的強度要求，最好材料的獲取容易，對于環(huán)保有益。。所以對于主減速器齒輪的硬度要求也同樣嚴(yán)格。根據(jù)他的磨損，齒輪折斷，點蝕剝落等情況， 于是對于主減速器齒輪我們有以下幾點要求。 1．由于齒輪的繁重運轉(zhuǎn)，因此首先具備高度彎曲疲勞強度和抗磨損的特性。其硬度必須足夠。 2．適當(dāng)?shù)捻g性來承受運轉(zhuǎn)過程中的沖擊力。 3．受熱后不會發(fā)生變形，防止報廢率太高。 4．考慮到資源的利用和對于環(huán)境的保護(hù)，盡量少使用稀缺，貴重的金屬材料，多使用合金材料[14]。 當(dāng)前主減速器齒輪的材料大多是滲碳合金鋼，例如 20CrMnTi、20MnTiB、20MnVB 等， 經(jīng)過處理后表面有一層硬化層使其不易磨損破壞，能夠承受巨大壓力。為了防止新齒輪潤滑不夠，早期出現(xiàn)磨損，膠合等現(xiàn)象。我們一般會采取對錐形齒輪進(jìn)行精加工和熱處理。在其表面進(jìn)行磷化處理或者鍍銅，厚度 0.005~0.020mm，最后在表面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理， 整套的處理可以提高齒輪的壽命約 25%。 3.5 主減速器軸承載荷的計算和校核 圖 3.3 錐齒輪軸承結(jié)構(gòu)簡圖 對于本次所使用的圓錐滾子軸承，錐齒輪的軸承需要承受軸向力和徑向力如圖 3.3，所以必須有足夠的強度和硬度，并且有良好的抗熱性，不易發(fā)生彎曲而且能夠高強度的工作。同時軸承必須得有足夠的使用強度也就是所說有足夠壽命，這樣才能長期工作因此必須對軸承的強度進(jìn)行校核[15]。 首先計算主動錐齒輪齒寬中心的圓周力 P P= 2T/dm1 ； 𝑑𝑑m1=d1-b1 sin r1=52.8mm ；dm2=dm1 × （Z1/Z2）=331.9mm； 因此 P=12146N；其次計算軸向力和徑向力； 徑向載荷的計算； R = 1 ?(Fb)2 + (F  ? b-0.5F  ? d )2 R = 1 ?(Fc)2 + （F  ? c + 0.5F 2 ? d ） A a RZ az m B A Rz az m 帶進(jìn)去計算可得RA=6768.56N，RB=14763.56N。 軸承工作的額定時間為Lh=L/60n ，h ；n 為軸承的轉(zhuǎn)速，單位 r/min。而𝐿𝐿 = (fr × 𝐶𝐶r ÷ 𝑓𝑓𝑝𝑝 ÷ 𝑄𝑄)ε × 106, 式子里：fr為溫度系數(shù)取值 1.0； fp為載荷系數(shù)取值 1.2； 而由上面的計算可得；主減速器的從動錐齒輪軸承的轉(zhuǎn)速n2=2.66vam/rr 。式子里：vam為汽車平均速度，對于輕小型汽車貨車可取值 32km/h； rr 為輪胎的滾動半徑，取值 0.229mm； 而 Q = fd(XRB + YA)； L = 106 （ Cr? ε= 106 10 （ 54200?2 ） 3 =7599.5h >3333.4h h 60n ） Q 60?1312.6  16009 所以軸承的壽命符合條件。 4 差速器的設(shè)計 4.1 差速器簡介 汽車在轉(zhuǎn)彎的時候，車輪轉(zhuǎn)彎的形狀是弧形，因此對于左右兩個車輪來說行駛過的路徑長度不一樣，因此路徑長的那個車輪行駛的速度也必須快一點，這樣才能彌補距離上的差距。否則，如果轉(zhuǎn)彎時還是以同樣的速度，那么外圍的車輪不可避免的將會打滑，磨損， 而也會影響汽車的穩(wěn)定性，使汽車的操縱性能降低。為了彌補這種速度上的差距，因此早在一百多年前，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人就設(shè)計出差速器這種東西，差速器的存在可以使得左右兩車路在經(jīng)過彎道時，使車輪不同的速度使得汽車平衡的經(jīng)過轉(zhuǎn)交。也正是因為差速器的存在惡劣天氣條件下的車輛事件也減少了很多[16]。 差速器的功能主要體現(xiàn)在對兩個轉(zhuǎn)動的輸出軸轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，確保在需要的輸出環(huán)境下轉(zhuǎn)動工作。錐齒輪差速器里面結(jié)構(gòu)包括左右差速器殼，行星齒輪，半軸齒輪等零件。本次設(shè)計的東風(fēng)貨車采用的是普通對稱式錐齒輪差速器。一般的差速器分為對稱式差速器和不對稱式差速器，區(qū)別在它的輸出轉(zhuǎn)矩是否平分左右兩車輪，但這種差速器有個劣勢，當(dāng)車陷入劣勢的時候，如果一個車輪陷入坑里，一個車輪在平地。在坑里的車路需要的轉(zhuǎn)矩就不一樣在坑里的車輪需要比平面上更大的轉(zhuǎn)矩，但對稱式車輪的轉(zhuǎn)矩都一樣，這時如果只是一度增大油門，那么就是浪費汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，解決的方法一般是在坑里車輪下鋪點東西。 4.2 差速器類型的選擇 圖 4.1 差速器結(jié)構(gòu)簡圖 1 一軸承；2 一調(diào)整螺母；3,7 一差速器殼；4 一半軸齒輪墊片；5 一半軸齒輪； 6 一行星齒輪；8 一軸架；9 一長軸：10 一行星齒輪止推片；11 一短軸 本次設(shè)計的汽車是東風(fēng) EQ1090E 輕型載貨汽車，所采用的是對稱式圓錐行星齒輪差速器。這種差速器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，平穩(wěn)性高，對左右兩驅(qū)動輪分配的動力 相等。這種差速器包括的結(jié)構(gòu)有軸承，調(diào)整螺母，差速器殼，半軸齒輪墊片，半軸齒輪， 行星齒輪，軸架等如上圖 4.1。 4.3 差速器齒輪基本參數(shù)的確定 4.3.1 基本參數(shù) 1．行星齒輪數(shù)目為 4，即大多數(shù)載貨汽車的齒輪數(shù)目； B B B 2．球面半徑R R = K × 3√T =63.69mm； KB——球面半徑系數(shù)，一般情況下取值范圍為 2.52~2.99，此設(shè)計差速器的行星齒輪有 4 個，球面半徑系數(shù)盡量取小一點，故可以取 2.6； T——計算轉(zhuǎn)矩為 14700N ? m； RB 計算得到后，可以利用下式計算得到節(jié)錐矩； A0=(0.98～0.99) RB =62.41~63.05 故可以取 63； 3．行星齒輪齒數(shù)及半軸齒輪參數(shù)的確定 齒輪的強度和剛度與齒輪的模數(shù)有關(guān)。模數(shù)越大齒輪強度越高，模數(shù)越小強度就比較低，因此模數(shù)應(yīng)該盡可能大。這樣應(yīng)該讓齒數(shù)應(yīng)該少點，但一般情況下不少于 10。所以齒數(shù)選擇為 10。 根據(jù)半軸齒輪齒數(shù)除以行星齒輪應(yīng)該為整數(shù)來說，齒數(shù)比選擇 1.8，所以半軸齒輪齒數(shù)取 18，行星齒輪齒數(shù)取 10。 4．差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的計算 第一步 首先確定行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角； γ2 = tanh( Z1 /Z2)=tanh-1(10/18)=29.05° γ1=90°-γ2=60.95° 第二步 求出圓錐齒輪的大端斷面模數(shù) m； m=2A0/Z1sinγ1=2A0/Z2sinγ2=6.11 可以取 10mm； 第三步，根據(jù)模數(shù) m 可以計算出齒輪節(jié)圓直徑 d=mz 得d1 =100mm d2 =180mm； 第四步，雙曲面輪齒面寬 b2 𝑏𝑏2＝（0.250～0.300）A0＝15.75~18.9， 取 18mm； 5．壓力角 通俗來說，壓力角就是部件受力方向延長直線和運動方向延長直線所夾的角度，取銳角。差速器的壓力角一般都是 20 度，齒高系數(shù)為 0.8.但是在此處我們可以選擇 20.5 度。 4.4 差速器齒輪的強度計算 差速器與減速器相比不同的是，差速器齒輪只有在汽車轉(zhuǎn)彎，改變方向的時候，齒輪才處于嚙合工作的狀態(tài)。因此檢核齒輪強度主要是彎曲強度。 σw = 2000 × 𝑇𝑇 × 𝐾𝐾s × 𝐾𝐾m/（𝐾𝐾v × 𝑚𝑚 × 𝑛𝑛 × 𝐽𝐽 × 𝑏𝑏2 × 𝑑𝑑2）=656.67<980MPa 其中： T——差速器行星齒輪和半軸齒輪間的轉(zhuǎn)矩，T=0.15TC； n——差速器行星齒輪數(shù)目，4； J——貨車差速器齒輪彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，由表 3.3 可得。 按日常行駛平均轉(zhuǎn)矩計算所得的汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力，應(yīng)不大于 210.9MPa；用計算轉(zhuǎn)矩代入時，彎曲應(yīng)力小于等于 980MPa。 從上可知設(shè)計的齒輪符合要求。 表 4.1 差速器直齒錐齒輪的部分尺寸記錄 序號 項目 計算公式 計算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) Z1≥10，應(yīng)盡量取最小值 Z1=10 2 半軸齒輪齒數(shù) Z2=14～25 Z2=18 3 模數(shù) m m=10mm 4 齒面寬 b=(0.25～0.30)A0,b≤10m 18mm 5 工作齒高 hg=1.6m hg=16mm 6 全齒高 h =1.788m+0.051 17.931 7 壓力角 𝛼𝛼 22.5° 8 軸交角 ?=90° 9 節(jié)圓直徑 d1=mz1；d2=mz2 d1=100d2=180 10 節(jié)錐 γ1 = tan-1(z1 /z2)，γ2 = 90-γ1 γ1=29.05° 𝛾𝛾2 = 60.95 11 周節(jié) t=3.1416m t=31.42mm 12 齒頂高 ha1=hg-ha2; ha1=12.3mm ha2=5.6mm 13 齒根高 hf1=1.788m-ha1;hf1=1.788m-ha2 hf1=7.32mm; hf2=12.44mm 14 徑向間隙 c=h-hg=0.188m+0.051 c=1.931mm 5 半軸的設(shè)計 5.1 半軸簡述 半軸是驅(qū)動橋總成里面一個重要的組成部分，基本功能就是傳遞動力，也就是連接變速器和車輪部分的軸，大多選擇的是空心軸。把變速器所改變的轉(zhuǎn)矩，力矩傳遞給車輪行駛，改變車輪的行駛速度。普通斷開式驅(qū)動橋半軸一般有半浮式，四分之三浮式，和全浮式。本次論文為東風(fēng) EQ1090E 輕型貨車，根據(jù)初始條件我們選擇的是全浮式半軸，這類半軸相比于其他兩種半軸運用更加廣泛和流暢。 對于半軸而言，最重要的尺寸是它的直徑，根據(jù)的運轉(zhuǎn)狀況和載荷情況，與各類半軸相比較，選定適合東風(fēng)汽車的半軸，其中關(guān)鍵的是半軸的花鍵，半軸的花鍵主要承受剪切力和徑向力，需要對其進(jìn)行強度校核[17]。 5.2 全浮式半軸 全浮式半軸示意圖如下圖 5.1。 圖 5.1 全浮式半軸示意圖 除了全浮式半軸，對于半浮式和四分之三浮式半軸來說，他們不僅僅是傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，他們還有可能受車輪與地面的垂直力，驅(qū)動力，側(cè)向力等力矩。因此四分之三浮式半軸在汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少。 而全浮式半軸完全不需要承受兩端的軸向力和徑向力，它只需要傳遞轉(zhuǎn)矩，因此工作安全性能，可靠度高被廣泛運用到商務(wù)車中去[18]。 5.3 半軸的設(shè)計 半軸是介于變速器和車輪驅(qū)動橋之間的空心軸，因為它需要傳遞轉(zhuǎn)矩，因此半軸必須有足夠的強度和剛度，一般我們采取的方式是淬火，淬火可以提高軸的整體強度。 1.全浮式半軸載荷的計算 由于是全浮式，故只有轉(zhuǎn)矩 X2L，X2R。計算去最小值就行。根據(jù)地面附著率計算 𝑋𝑋2L = 𝑋𝑋2R = 𝑚𝑚𝐺𝐺2𝜑𝜑/2； 式子中， φ為地面附著系數(shù)，取 0.8； M 加速減速時質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，取 1.3； 故 X2L = X2R =30144N 。 根據(jù)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算 X 2 L = X 2 R = xTe max ih / rr ； 式子里，x —差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，取值 0.6； Temax—發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩 353N ? m； η—汽車傳動效率，取值 0.9； 故 X2L=6760.95N ，T=1548.26N。 2.全浮式半軸桿部直徑的初選； T ′103 3 0.196[t ] d = = (2.05 ~ 2.18)3 T =23.7~25.22mm 取值 25mm。 3.半軸的強度校核； 半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計算t = 16 ′T ′103 =504.9< τ 所以滿足強度條件。 p ′d3 式中：τ——半軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，664MPa； d——半軸長桿直徑，25mm； 5.4 半軸花鍵強度的計算 花鍵有內(nèi)花鍵和外花鍵之分，在內(nèi)圓柱表面的成為內(nèi)花鍵，外圓柱表面的成為外花鍵， 花鍵一般的作用是連接，因此花鍵需要足夠的強度和硬度。一般的半軸的花鍵主要受力有剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。 首先計算剪切應(yīng)力 τs； p DB+dA 𝜏𝜏s = 𝑇𝑇 × 1000/[ ] × z × L b? MPa 4 其次是擠壓應(yīng)力σ ；σ = T × 1000 ÷ [（D -d ）/2] ÷ （zL ?） MPa ? c c ??DB+dA? B A P 4 其中，T 為半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，取 12200N? m。 DB 為花鍵外徑，取 60mm； DA 為花鍵對應(yīng)的內(nèi)徑，取值 55mm； Z 為花鍵齒數(shù)； LP 為花鍵工作長度，取 100mm； Φ 為載荷分布不均勻系數(shù)，一般取值 0.75； 帶入計算得σc = 69.56MPa τs = 173.59MPa 。 所以得當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大是，花鍵的切應(yīng)力不大于 69.56MPa ，剪應(yīng)力不大于 173.59MPa，都滿足條件。 5.5 半軸的材料 一般的現(xiàn)在的半軸采用的材料大多為合金結(jié)構(gòu)鋼，根據(jù)車型的不同，鋼材也是用上中下不同的檔次，全浮式半軸的一個優(yōu)點就是拆裝容易，因此現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了一批新興的材料，比如 40MnB?，F(xiàn)在也有很多廠商采用了含碳鋼，價格便宜，成本更低，減少了合金鋼的使用。 現(xiàn)在我國的研發(fā)熱度上升。新興了很多新型材料，尤其是含碳合金材料的開發(fā)，對半軸的材料選擇提供了很大的選擇空間，可能在未來的路上材料的開發(fā)將改變半軸，差速器， 減速器等部件的結(jié)構(gòu)空間和形式選擇。也將為汽車的輕量化，簡易化作出最大貢獻(xiàn)。 在現(xiàn)在汽車行業(yè)的高潮下，對于重要零部件的成本控制和安全性能也將格外重視，稀缺資源的保護(hù)和對環(huán)境的重視，在材料方面我們需要盡量使用合金鋼等材料代替稀缺金屬材料。因此在材料上的開發(fā)也將重中之重[18]。 6 驅(qū)動橋橋殼的設(shè)計 6.1 驅(qū)動橋橋殼簡介 橋殼顧名思義有著承載車身的一個作用，而驅(qū)動橋橋殼更有著承受汽車變向時的各種力和力矩。因此驅(qū)動橋橋殼必須具有足夠的剛度和強度，這樣才能保證車輛的形式。并且在保證剛度和強度的同時，盡量減少驅(qū)動橋橋殼本身的重量，保證乘客的舒適性。驅(qū)動橋橋殼還應(yīng)該制作簡單，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，具有良好的工藝性。同時還能兼顧到其他主要部位的拆卸，維修的方便性，因此橋殼對于整個車身的重要性不言而喻。但是不管怎樣我們必須首先保證橋殼的剛度和強度，然后再考慮其工藝性和簡易性[18]。 6.2 橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇 現(xiàn)如今的橋殼形式主要分為，可分式，組合式和整體式橋殼。本次設(shè)計的對象為東風(fēng) EQ190E 型輕型載貨汽車，所選用的結(jié)構(gòu)形式是整體式如圖 6.1。 整體式顧名思義是一個整體框架，并且整體式橋殼與減速器不是相連接的，所以對于主減速器，差速器來說維修，拆卸都是一個好的選擇。 而整體式橋殼又有三種，分別是整體鑄造式橋殼，鋼板沖壓式橋殼和擴張成型式橋殼。整體鑄造式橋殼用鋼鐵或者鑄鐵和鑄鋼制造而成，用鋼管作為套管并用銷釘固定，殼 為一根空心梁。 鋼板沖壓焊接式橋殼有橋殼主件，鋼板彈簧座，半軸套件，后蓋等組成。具有質(zhì)量小， 制造容易，材料利用合理，抗沖擊性功能優(yōu)良等優(yōu)點。 擴張成形式橋殼，由中部經(jīng)過擴孔，兩端又經(jīng)過滾壓變細(xì)的鋼管，彈簧座等組成。這種橋殼材料的利用率高，報廢率低，并且質(zhì)量不高同時滿足剛度和強度要求。 6.1 整體式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)圖 而可分式橋殼分為兩部分如圖 6.2，這兩部分的連接用螺栓完成。這種驅(qū)動橋的好處是結(jié)構(gòu)簡單，制造的方式不難，但是因為螺栓連接的緣故，所以拆卸，組裝都很麻煩。而且 這種形式橋殼不是整體鍛造的，所以它的承受能力不強，因此很少使用。 圖 6.2 可分式橋殼 而組合式橋殼意味著它的殼都是連在一起的，它的優(yōu)點正好是可分式不具有的，剛度良好，拆卸安裝和維修都很簡單容易。但相反，它的制造方式困難，難以達(dá)到精度的要求， 所以普及程度不高，如果以后技術(shù)先進(jìn)了則有希望有所突破。 6.3 驅(qū)動橋橋殼的受力分析和強度校核 6.3.1 橋殼靜彎曲應(yīng)力計算 下圖 6.3 為橋殼靜彎曲應(yīng)力簡圖。 圖 6.3 橋殼靜彎曲應(yīng)力受力圖 1.當(dāng)牽引力最大的時候，橋殼鋼板彈簧座危險面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為 𝜎𝜎 = 𝑀𝑀v/𝑊𝑊v + 𝑀𝑀h/𝑊𝑊?和𝜏𝜏 = 𝑇𝑇T/𝑊𝑊T；其中：