ZQ1080商用車驅(qū)動(dòng)橋、后懸架設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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本次課題主要針對ZQ1080型商用車驅(qū)動(dòng)橋、后懸架來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而本說明書則是對驅(qū)動(dòng)橋、后懸架以及其主要零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)計(jì)算作具體介紹。汽車驅(qū)動(dòng)橋是一種通過主減速器、差速器、半軸等把發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過來的轉(zhuǎn)矩傳到驅(qū)動(dòng)車輪的中間裝置，它位于傳動(dòng)系末端，有減速增扭的作用，對于發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車而言，它還可以通過主減速器圓錐齒輪副來改變力矩的傳遞方向；通過差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪的差速作用，保證內(nèi)外側(cè)車輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向；通過橋殼和車輪實(shí)現(xiàn)承載及傳力作用。其次，路面和車架之間的作用力及其力矩作用于驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器是驅(qū)動(dòng)橋的組成之一，它主要起減速增扭作用；差速器為其主要組成之一，它主要向兩軸分配不同扭矩，確保兩輸出軸能夠以不一樣的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)；另外，半軸、橋殼也是其不可分割的一部分，分別有傳遞轉(zhuǎn)矩和支撐的作用。 對于8.0T級后驅(qū)動(dòng)橋的商用汽車來說，需要傳遞的轉(zhuǎn)矩比乘用車和客車，以及輕型商用車都要大很多，從而能夠用較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，因此選用功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就需要對傳動(dòng)系統(tǒng)有很高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中有著很大的作用，設(shè)計(jì)新型驅(qū)動(dòng)橋?qū)τ诂F(xiàn)在的汽車來說顯得越來越重要，而且其影響因素也在改變。，燃油經(jīng)濟(jì)性問題越來越突出，許多公司都在致力于更加節(jié)油的汽車的研發(fā)上，對于乘用車和貨車來說，這次變革均是一個(gè)提升自身競爭力的機(jī)遇；的重，承受著各種各樣的作用力；除了驅(qū)動(dòng)橋自身所具有的一些作用外，它對汽車其他方面也起著不可或缺的作用或者影響，比如對汽車一些性能（可靠性、耐用性、平順性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等等）的影響，因此，它的設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)也是決定汽車這些重要性能好壞的重要因素之一，所以驅(qū)動(dòng)橋?qū)ζ噥碚f是其重要部分之一，也是改善汽車性能的有效措施之一。總之，一種設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋的趨勢油然而生,并且,學(xué)習(xí)這個(gè)設(shè)計(jì)過程不僅是對我們以前所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)與鞏固,更是對我們設(shè)計(jì)能力的加強(qiáng)。懸 架 是 現(xiàn) 代 汽 車 的 重 要 組 成 之 一 ，它 把 車 架 和車橋（或車輪）彈性的連接起來。其 功 用 是 ： 把 路 面 作 用 于 車 輪 上 的 垂 直 反 力 、 縱 向 力 和 及 其 力 矩 都 要 傳 遞 到車 架 （或承 載 式 車 身 ） 上 ， 緩 和 路 面 車 架 （ 或 車 載 式 車 身 ） 側(cè) 向 反 力 的 沖 擊 載 荷 ， 衰 減由此引 起 的 振 動(dòng) ； 保 證 車 輪 在 不 平 路 面 和 載 荷 變 化 時(shí) 有 理 想 的運(yùn) 動(dòng) 特 性 ，保證汽車的操縱 穩(wěn) 定 性 ， 保 證 汽 車 的 行 駛 平 順 性 ， 使 汽 車 具 有 高 速 行 駛 的 能 力 。 因 此 對 懸 架 進(jìn)行設(shè)計(jì) 和 強(qiáng) 度 計(jì) 算 是 提 高 商 用 車 性 能 的 重 要 途 徑 之 一 。本課題所設(shè)計(jì)的商用車最高車速為V=90km/h,發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率為（2800r/min）91kW，最大扭矩為（13001500r/min）345 n.m。本課題的設(shè)計(jì)思路可分為如下幾方面：第一，選取初始方案，ZQ1080型商務(wù)車屬于中型貨車，采用后輪驅(qū)動(dòng)，因此設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋及后懸架的結(jié)構(gòu)類型需符合中型貨車的結(jié)構(gòu)要求；第二，選用各部件的結(jié)構(gòu)類型；第三，選取各部件的詳細(xì)參數(shù)，設(shè)計(jì)其主要尺寸。本次設(shè)計(jì)的ZQ1080型商務(wù)車使用條件一般，車速不高，要求有較為一般的行駛平順性和舒適性，是實(shí)用性高且物美價(jià)廉的車型。基于這幾方面的需求，下面即為設(shè)計(jì)過程。2 驅(qū)動(dòng)橋總體方案的布置2.1 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求具 有 完 整 橋 殼 的 非 斷 開 式 驅(qū) 動(dòng) 橋 的 橋 殼 是 一 根 支 承 在 左 右 驅(qū) 動(dòng) 車 輪 上 的 剛 性 空心梁 ， 主 減 速 器 、 差 速 器 和 半 軸 等 所 有 傳 動(dòng) 件 都 裝 在 其 中 。 而 驅(qū) 動(dòng) 橋 位 于 傳 動(dòng) 系 的 終 端 ， 其 主 要 功 能 是 減 速 增 扭 ， 并 把 動(dòng) 力 恰 當(dāng) 地 分 配 給 左 、 右 驅(qū) 動(dòng) 輪 ，此 外 還 承 擔(dān) 作 用 在 路 面 和 車 架 之 間 的 垂 直 力 及 橫 向 力 。 主 減 速 器 、 差 速 器 、 車 輪 傳 動(dòng) 裝 置 和 驅(qū) 動(dòng) 橋 殼 等 共 同 構(gòu) 成 了 驅(qū) 動(dòng) 橋 。 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)該滿足以下的幾點(diǎn)基本要求： （1）具有合適的主傳動(dòng)比，以確保汽車有最好的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性能； （2）內(nèi)部齒輪工作穩(wěn)定，噪聲和振動(dòng)小； （3）齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率高； （4）擁有合適的最小離地間隙，增加通過性； （5）和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉; （6）剛度和強(qiáng)度適當(dāng)，來承擔(dān)和傳遞作用在路面和車架之間的各種力及力矩； （7）質(zhì)量小，平順性高。 （8）調(diào)整、拆裝便潔，成本低廉。 2.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案 驅(qū)動(dòng)橋有斷開式和非斷開式兩種。驅(qū)動(dòng)輪使用獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)使用斷開式驅(qū)動(dòng)橋；驅(qū)動(dòng)輪使用非獨(dú)立懸架時(shí)，則使用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的特點(diǎn)為：布置方便，結(jié)構(gòu)緊湊且簡單，材料利用率高，方便檢修，造價(jià)低，在貨車應(yīng)用較廣上。雖然它們的具體結(jié)構(gòu)、尤其是橋殼結(jié)構(gòu)都不相同，但有一個(gè)一樣特點(diǎn)，即橋殼為一根在左右驅(qū)動(dòng)車輪上支承著的剛性空心梁，齒輪和半軸等傳動(dòng)件安置于其中。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 斷 開 式 驅(qū) 動(dòng) 橋 結(jié) 構(gòu) 比 較 復(fù) 雜 ， 成 本 也 較 高 。 但 是 它 們 與 獨(dú) 立 懸 架 結(jié) 合起來，對 改 善 汽 車 的 平 順 性 、 操 縱 穩(wěn) 定 性 和 通 過 性 較 有 利 ，所 以 在 轎 車 和 要 求 高 通 過性的越野 汽 車 上 應(yīng) 用 相 當(dāng) 廣 泛 。其 次 ，它 總 是 與 獨(dú) 立 懸 架 相 匹 配 ，因 此 又 稱 之 為 獨(dú) 立懸架驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中間，主減速器和差速器為懸置于車架橫粱或車廂底板上。主減速器、傳動(dòng)軸和差速器以及部分驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量都是簧上質(zhì)量。因?yàn)楠?dú)立懸架應(yīng)用于兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪上，所以相對與車架他們之間可以做上下擺動(dòng)，相對應(yīng)的擺動(dòng)對應(yīng)的能發(fā)生在驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置和其外殼或套管上。 由于這次所設(shè)計(jì)的為中型商用車，基于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋基于結(jié)構(gòu)簡便、造價(jià)低、工作牢靠，故采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。3 驅(qū)動(dòng)橋各組成的設(shè)計(jì)3.1 主減速器的設(shè)計(jì)3.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式遞的方向是對于發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車而言的主減速器的一個(gè)功用。因?yàn)楫?dāng)汽車在不同的道路,要求驅(qū)動(dòng)輪必須有一個(gè)特定的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,在驅(qū)動(dòng)輪的力量分流微分在安裝主減速機(jī)之前,可以使主減速器傳動(dòng)部件之前傳輸扭矩小,從而使其規(guī)模較小的尺寸和質(zhì)量,容易操作。以下幾點(diǎn)基本要求可作為主減速器設(shè)計(jì)的基本參考： （a)汽車的最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性是選擇主減速比的前提條件。 (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)強(qiáng)度足夠、剛度滿足要求，質(zhì)量小，汽車平順性好。 (e)結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，成本低廉，拆裝、調(diào)整方便。對于不同的汽車，不同的使用條件，有不同的主減速器與之相匹配，如圖1所示。圖1 主減速器結(jié)構(gòu)形式單級主減速器常由一對圓錐齒輪副組成。這種主減速器結(jié)構(gòu)較簡單，質(zhì)量小，成本低，使用方便。但是主傳動(dòng)比不能太大，一般不大于7.0。從動(dòng)齒輪直徑隨主減速器傳動(dòng)比的變化而變化，因此，不能過分地增加傳動(dòng)比，另一方面，大傳動(dòng)比對應(yīng)大尺寸橋殼和小離地間隙，對汽車的通過性有不好的影響，故此，一般，輕中型貨車上采用單級主減速器。 雙級主減速器的不同方面有：它有兩對嚙合副,可以保證間隙從地面同樣的情況可以獲得較大的傳動(dòng)比,傳動(dòng)比一般在7 - 12;但是其尺寸和質(zhì)量較大，成本高，傳動(dòng)效率較低。雙級主減速器主要用于中、重型貨車、越野車和大客車上。本次設(shè)計(jì)的ZQ1080型商用貨車，其總質(zhì)量有8噸，且考慮成本低廉，故采用單級主減速器。主減速器主要由以下集中類型，他們的特點(diǎn)如下所述。（1）弧齒錐齒輪（2）雙曲面錐齒輪 準(zhǔn)雙曲面錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主要的,驅(qū)動(dòng)齒輪軸垂直的但不相交,和主動(dòng)齒輪軸相對于從動(dòng)齒輪軸偏距E,向上或向下偏移。與弧齒錐齒輪相比,準(zhǔn)雙曲面錐齒輪的優(yōu)勢:當(dāng)準(zhǔn)雙曲面齒輪和螺旋傘齒輪規(guī)模同時(shí),準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)具有較大傳動(dòng)比;相同時(shí),傳動(dòng)比時(shí),從動(dòng)齒輪尺寸雙曲面要比相應(yīng)的弧齒錐齒輪傳動(dòng)裝置有一個(gè)更大的直徑和高強(qiáng)度齒輪的牙齒和更大的驅(qū)動(dòng)齒輪軸和軸承剛度;與此同時(shí),比一定時(shí),傳動(dòng)裝置的大小相雙曲面從動(dòng)齒輪小于相應(yīng)的弧齒錐齒輪的大小,可以獲得更大的差距從地面;此外,由于偏移的存在,不僅使準(zhǔn)雙曲面齒輪存在使用過程中弧齒錐齒輪沿深度方向相同的橫向滑動(dòng),和垂直滑動(dòng)方向的牙齒,這可以提高磨齒過程中,使其具有更高的運(yùn)行穩(wěn)定性,雙曲面?zhèn)鲃?dòng)裝置的傳動(dòng)螺旋角較大,與此同時(shí),嚙合的牙齒,重合度大,可以提高傳輸穩(wěn)定,可使齒輪彎曲強(qiáng)度提高約30%。一般來說,當(dāng)主減速器比率大于4.5和輪廓大小是有限的,準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)更合理;當(dāng)比小于2.0時(shí),弧齒錐齒輪的選擇更加合理,因?yàn)楹笳哂懈蟮牟町惪捎每臻g;媒介傳動(dòng)比,可以使用兩種齒輪傳動(dòng)。（3）圓柱齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)一般不用于后輪驅(qū)動(dòng)的中型貨車上，它一般常出現(xiàn)在有雙級主減速器德的驅(qū)動(dòng)橋中，而且它常采用斜齒輪作為其輪齒的齒形。（4）蝸輪蝸桿，以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單且緊湊，制造簡單，傳動(dòng)比大，工藝性好；工作非常平穩(wěn)，無噪聲；便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)布置；可以傳遞較大的載荷，使用壽命較長，易檢修。其主要缺點(diǎn)是造價(jià)昂貴，浪費(fèi)材料；此外，傳動(dòng)效率較低。此種類型的傳動(dòng)主要用于重型汽車，不適合大批量生產(chǎn)。本次設(shè)計(jì)的ZQ1080型商用貨車采用雙曲面錐齒輪。3.1.2 主減速器基本參數(shù)的選擇與計(jì)算1 主減速傳動(dòng)比的確定 在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最高功率及最高功率時(shí)的轉(zhuǎn)速時(shí)，主減速比應(yīng)能滿足汽車行駛時(shí)的最高車速的要求。 =0.377=0.377=5.82式中：車輪滾動(dòng)半徑；發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速； 最高車速；最高檔傳動(dòng)比2 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定(1)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定： 式中：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 動(dòng)載系數(shù)，對于性能系數(shù)=0的汽車=1；k液力變矩器變矩系數(shù)； 分動(dòng)器傳動(dòng)比； 傳動(dòng)系上述傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率； 該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目； (2)根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪打滑確定： 式中：汽車滿載時(shí)水平地面所承受一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的最大負(fù)荷； 輪胎對地面的附著系數(shù)； 汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)； 主加速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比； =（） =80009.8（0.016+0.08+0） =7526.4則式中：Ft日常行駛中汽車牽引力（N）； rr車輪滾動(dòng)半徑； 如果計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力，則Tc=minTce ,Tcs；如果計(jì)算錐齒輪疲勞壽命，則Tc=Tcf。主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩是 =2377.05（）式中：io主傳動(dòng)比； 主、從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率。3 齒輪主要參數(shù)的確定（1）選取主減速器齒輪應(yīng)考慮下面幾個(gè)因素：由的大小來確定主減速器的主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)、。為了讓磨合均勻，和之間應(yīng)該避免公約數(shù)。為了獲得理想的齒面重合系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)之和對貨車不應(yīng)該小于40。若比較大，則盡量使取得小些，從而得到恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)橋離地間隙?；诓煌闹鱾鲃?dòng)比，和應(yīng)該有合適的搭配。綜合以上各種因素，分別選取主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)為：=8，=41。 對于單級減速器，可由經(jīng)驗(yàn)公式選?。?式中：直徑系數(shù)，一般為; 從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nm）的計(jì)算公式為：，?。煌瑫r(shí)，還需滿足： 式中為模數(shù)系數(shù)，常取0.30.4。故滿足要求。 （3）主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬和 錐齒輪齒面太寬不僅不能提高齒輪的強(qiáng)度，增加齒輪的壽命，還會(huì)導(dǎo)致錐齒輪制造困難，減小齒根圓角半徑，增大應(yīng)力集中，同時(shí)會(huì)減小刀具的壽命。此外，齒面寬過大就會(huì)導(dǎo)致裝配空間的減小。10，即，有時(shí)也取，故取=54mm。對弧齒錐齒輪，比一般大10%，則，取為60mm。 （4）雙曲面齒輪副偏移距E 選擇值時(shí)需注意：值過大會(huì)導(dǎo)致齒面縱向滑動(dòng)增大，進(jìn)而引起齒面早期磨損與擦傷；值過小就不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動(dòng)應(yīng)有的特點(diǎn)。一般就乘用車和總質(zhì)量不大的商用車而言，且E不大于40%就總質(zhì)量較大的商用車而言，E不大于且。此外，主傳動(dòng)比越大，E應(yīng)越大，但需確保齒輪不會(huì)發(fā)生根切。 ，則取E為34mm。要參數(shù)。為了增加離地間隙，本設(shè)計(jì)中采用上偏移。 （5）螺旋角螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小 。選取齒輪螺旋角時(shí)，應(yīng)該注意它對重合度、齒輪強(qiáng)度及軸向力的大小的影響，螺旋角越大，那么也越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)就越多，傳動(dòng)越穩(wěn)定，噪聲就越小且輪齒強(qiáng)度就越大。，選擇。但是若螺旋角過大，就會(huì)令軸向力變大。3.1.3 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算1 單位齒長圓周力 式中：作用在齒輪上的圓周力； 從動(dòng)齒輪齒面寬。 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 式中：變速器傳動(dòng)比； 主動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑；其他符號(hào)同前。代入上式得： 按驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： ，滿足條件。2 輪齒彎曲強(qiáng)度齒根彎曲應(yīng)力為： 式中：的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nm）； 尺寸系數(shù)。當(dāng)1.6mm時(shí)，；當(dāng)1.6mm時(shí)，=0.5。 齒面載荷分配系數(shù)，跨置結(jié)構(gòu)：=1.01.1，懸臂式結(jié)構(gòu)：=1.001.25。 系數(shù)；的輪齒的綜合系數(shù)。3 輪齒接觸強(qiáng)度齒面接觸應(yīng)力是： 式中：主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑（mm）； b取、中的較小值； 齒面品質(zhì)系數(shù)。對制造精確齒輪來說，取1.0。 綜合彈性系數(shù)，鋼對鋼齒輪：取232.6; 齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)。3.1.4 主減速齒輪的材料及熱處理對驅(qū)動(dòng)橋主減速器齒輪的材料和熱處理需符合以下幾個(gè)要求：1）擁有較大的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度,以及較強(qiáng)的表面耐磨性；因此輪齒表面需有較高的硬度；2）齒輪芯部的韌性大；3）鋼材鍛造、切削和熱處理加工性能應(yīng)較好，熱處理時(shí)形變小或變形規(guī)律便于控制，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少制造時(shí)間、降低生產(chǎn)成本； 現(xiàn)在，汽車主減速器雙曲面齒輪與差速器的直齒錐齒輪通常選取滲碳合金鋼制造，其鋼號(hào)主要有：20CrMnTi、22CrMnTiB、20MnVB、20CrNiMo、16SiMn2WMoV等。齒輪經(jīng)一系列熱處理過程后，其硬度會(huì)發(fā)生明顯的變化，表面硬度可達(dá)5864HRC，芯部硬度會(huì)根據(jù)模數(shù)的不同而不同，比如在模數(shù)m大于8時(shí)為2945 HRC，在m小于8時(shí)為3245 HRC。對齒面進(jìn)行噴丸處理可以增加壽命達(dá)25。對滑動(dòng)速度高的齒輪，為了增強(qiáng)其耐磨性，可以采取滲硫處理措施。滲硫處理時(shí)的溫度較低，因此不會(huì)引發(fā)齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)會(huì)明顯減小，所以即便潤滑狀況差，也可以預(yù)防齒輪咬死、膠合及擦傷等現(xiàn)象的發(fā)生。本設(shè)計(jì)中主減速器主、從動(dòng)齒輪材料均選用20CrMnTi。3.2 差速器的設(shè)計(jì)3.2.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇差速器就是一個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于在兩輸出軸之間分配扭矩，同時(shí)確保兩輸出軸能夠以不一樣的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，從而確保各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)狀況下的動(dòng)力輸出，防止輪胎與地面間發(fā)生打滑現(xiàn)象。差速器根據(jù)結(jié)構(gòu)特征可分成齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等。汽車被廣泛使用微分對稱錐齒輪類型差,具有結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,廣泛應(yīng)用。它可以分為普通傘齒輪類型、摩擦板,并迫使鎖定類型差,等等。參考 的書可以選擇對稱圓錐行星齒輪差動(dòng)微分結(jié)構(gòu)形式。 3.2.2 普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)1 差速器齒輪主要參數(shù)的選擇 （1）行星齒輪數(shù)n 查相關(guān)書籍可知：貨車和越野車輛通常選擇四個(gè)行星齒輪。綜上，本設(shè)計(jì)方案選用4個(gè)行星齒輪，即=4。 （2）行星齒輪球面半徑的確定承載力和截面尺寸的差速器錐齒輪錐距行星球體半徑,可以由經(jīng)驗(yàn)公式確定: 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.53.0之間； 差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩,取和兩者較小值； 球面半徑。行星齒輪節(jié)錐距為：，取為57mm。 （3）行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇若想讓輪齒有較大的強(qiáng)度，則期望選擇較大的模數(shù)，然而尺寸會(huì)變大，故又需要行星齒輪齒數(shù)小些，但，半軸齒輪齒數(shù)一般介于之間，一般汽車的半軸齒輪和行星齒輪的齒數(shù)之比介于1.52之間。兩個(gè)半軸齒輪和四個(gè)行星齒輪嚙合，與此同時(shí),它的輪齒需要滿足整除行星齒輪可分割的,因此,以20為半軸齒輪的牙齒,12對行星齒輪的輪齒。則半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比是20/12=1.67，滿足要求。（4）行星齒輪及半軸齒輪節(jié)錐角、及模數(shù)m可以分別求出行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角為 錐齒輪大端的端面模數(shù)為： 取m=5。 （5）壓力角某些中型與輕型貨車上采用20的壓力角。所以，本次設(shè)計(jì)中壓力角選取為20，齒高系數(shù)為0.8。 （6）行星齒輪軸直徑d及支撐長度L可確定行星齒輪軸直徑為： ，取d為27mm。式中：差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩； 行星齒輪數(shù)目； 行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x；0.5, 為半軸齒輪齒面 中點(diǎn)處的直徑，而0.8； 支承面的許用擠壓應(yīng)力，可取為98MPa。行星齒輪在軸上的支撐長度為：L=1.1d=29.7mm。3.2.3 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算差速齒輪承受更大的載荷經(jīng)常因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)限制的大小差速齒輪,和差速齒輪不經(jīng)常的嚙合傳動(dòng),差速齒輪只在汽車的側(cè)方向或車輪打滑時(shí)才會(huì)出現(xiàn)的相對運(yùn)動(dòng)嚙合傳動(dòng)。故此，對差速器齒輪主要需進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。齒輪彎曲應(yīng)力w為： ，滿足題意。式中：半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，差速器行星齒輪數(shù)； J綜合系數(shù)； n行星齒輪數(shù)； 、分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑。3.2.4 差速器齒輪的材料3.3 半軸的設(shè)計(jì)3.3.1 半軸的設(shè)計(jì)的要求 種：半浮式、3/4浮式和全浮式。根據(jù)本次所設(shè)計(jì)車型的特點(diǎn)，采用全浮式。 半軸的最主要尺寸為其直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)卮_定其計(jì)算載荷。半軸的計(jì)算需考慮到下列三種載荷工況：3.3.2 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）全浮式半軸計(jì)算載荷的確定全浮式半軸的計(jì)算載荷可按車輪附著力矩計(jì)算 = 式中：負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；驅(qū)動(dòng)橋最大靜載荷；車輪滾動(dòng)半徑； 附著系數(shù)。 =0.51.2573309.80.4960.8=133761.2（2) 半軸的強(qiáng)度計(jì)算半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： =16/ 式中：半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力； 半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩； 半軸直徑； 半軸扭轉(zhuǎn)的許用應(yīng)力，可取為=490588MPa。 3.3.3 全浮式半軸桿部直徑的初選半軸桿部直徑：=(2.052.18) =（2.052.18）=47.51mm50.53mm式中： d半軸直徑； 半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩。 3.3.4 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 適當(dāng)減小花鍵槽的深度可以減小花鍵的內(nèi)徑與軸的桿部直徑差別，適當(dāng)加粗要加工花鍵的部也能達(dá)到相同的效果故應(yīng)合理增加花鍵齒數(shù)至1018齒，半軸的破壞形式常為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞。故需在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增大各過渡部分的圓角半徑，這對減小應(yīng)力很有效。本次所設(shè)計(jì)半軸的材料選用40MnB。采用調(diào)質(zhì)處理的方法對半軸進(jìn)行熱處理，調(diào)質(zhì)之后要求桿部硬度為388444HB。3.4 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的設(shè)計(jì)3.4.1 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)可分為分割,集成和組合三種形式?？煞质綐驓ひ话阌蓛刹糠纸M成，它們通過螺栓連接成一體。這種橋殼的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡單、主減速器軸承支承剛度好；缺點(diǎn)是拆裝、調(diào)整、維修很不方便。這種橋殼用于輕型汽車上，目前已很少采用這種結(jié)構(gòu)。整體式橋殼強(qiáng)度和剛度較大，主減速器拆裝調(diào)整方便。壓焊接式擴(kuò)張成形式鑄造式又是整體式橋殼三種不同的形式。擴(kuò)張成形工藝制造橋殼的過程，從最上面的鋼管逐漸擴(kuò)張成最下面的橋殼。結(jié)構(gòu)緊湊、產(chǎn)生的廢料少、價(jià)格低廉、大規(guī)模生產(chǎn)是沖壓焊接式和擴(kuò)張成形式制造的橋殼的優(yōu)點(diǎn)，在汽車制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。鑄造式整體橋殼抗壓能力大，其缺點(diǎn)有：不輕便、工藝程序多，成本高，結(jié)構(gòu)不緊湊，主要用于中、重型貨車的制造。在合式橋殼中，有一個(gè)鑄造主減速器殼和一根半軸套管，它們分別位于中間及主減速器殼的兩邊，且半軸套管是一根無鋼管，再由鉚釘將它們結(jié)在一起。其特點(diǎn)有：支撐強(qiáng)度大，裝配、調(diào)整不困難，結(jié)構(gòu)緊湊。但工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易達(dá)到所要求的精度，在轎車中應(yīng)用較廣。在本次設(shè)計(jì)中采用沖壓焊接或者擴(kuò)張成形的整體式橋殼。3.4.2 驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 不平路面沖擊載荷作用下驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 （51） = =即300MPa500MPa,符合要求。式中，汽車在不平路面上，危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力，；輪胎中心平面到板簧座之間的橫向距離，；動(dòng)載系數(shù)，乘用車??；貨車??；越野車取。4 后懸架的設(shè)計(jì) 由于后懸架只有鋼板彈簧組成，所以只需對鋼板彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.1 后懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇立懸架非獨(dú)立懸架均稱之為懸架非獨(dú)立懸架的構(gòu)特點(diǎn)是一根整體軸將右車連在一起在經(jīng)過與車身連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：左右車輪通過各自的懸架與車身連接。驅(qū)動(dòng)橋的形式影響懸架的選擇，非獨(dú)立懸架與整體式驅(qū)動(dòng)橋相匹配；驅(qū)動(dòng)橋?yàn)閿嚅_式時(shí)，獨(dú)立懸架與斷開式驅(qū)動(dòng)橋相匹配。非獨(dú)立懸架主要優(yōu)點(diǎn)是：容易布置，結(jié)構(gòu)緊湊，工藝程序少，易維修，工作可靠。缺點(diǎn)是：由于兩輪通過一根軸剛性相連，其中一個(gè)車輪的跳動(dòng)都會(huì)一起另一個(gè)車輪跳動(dòng)，行駛平順性差。獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是：輕便，結(jié)構(gòu)緊湊，受力小，平順性好，制造容易，舒適度高。缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難，由于驅(qū)動(dòng)橋已經(jīng)選擇了整體式，故懸架選用非獨(dú)立懸架。 4.2 后懸架主要參數(shù)的確定 4.2.1 懸架靜撓度 （6-1）汽車后部分車身的固有頻率為： （6-2）彈性特性的線性變化的懸架時(shí)后懸架的靜撓度為： （6-3）式中，后懸架剛度，；后懸架的簧上質(zhì)量，；重力加速度，。將（2）代入（3）得： （6-4）更次之。車滿載時(shí)后懸架要求偏頻在之間。本次設(shè)計(jì)選定后懸架偏頻 n1=1.76HZ。將代入（4）得： （6-5） = = 同理可知，fc1=80 mm4.2.2 懸架的動(dòng)撓度時(shí)，中心相對的垂直位移。要求以防止在壞路面上行駛時(shí)碰撞緩沖塊。對乘用車，取；對客車，??；對貨車，取。本次設(shè)計(jì)取。4.3 彈性元件的計(jì)算4.3.1 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定初始條件：滿載靜止時(shí)汽車后軸負(fù)荷；滿載靜止時(shí)汽車后軸簧下部分荷重；懸架的靜撓度；懸架的動(dòng)撓度；汽車的軸距；單個(gè)鋼板彈簧的載荷。（1）滿載弧高用來保證汽車具有給定的高度。當(dāng)=時(shí)，鋼板彈簧在對稱位置上工作?？紤]到鋼板彈簧性變形的響和為了在已限定時(shí)得到足夠的撓度值，常取=。本次設(shè)計(jì)取=。（2）鋼板彈簧長度的確定增加鋼板的長度能顯著彈簧應(yīng)力，提高壽命；降低彈簧度，改善汽車行駛平順性。但長的鋼板彈簧，汽車布置上困難。故在總布置的條件下，盡選用較長的板彈簧。推薦乘用車（）；貨車前懸架（），后懸架（）。本次設(shè)計(jì)取。（3）鋼板斷面寬度和厚度的確定鋼板彈簧所需要的總慣性矩為： （6-6）其中，型螺栓中心距，110；無效長度系數(shù)，剛性夾緊取，撓性夾緊??；本次取；鋼板彈簧垂直剛度，；撓度增大系數(shù)；材料彈性模量，取鋼板彈簧垂直剛度為： （6-7） = =154.6先確定與主片彈簧等長的重疊片數(shù)=1，在估計(jì)一個(gè)總片數(shù)=10，則=0.1。撓度增大系數(shù)為： （6-8） =1.374 （6-9） =75109鋼板彈簧總截面系數(shù)為： （6-10）式中，為許用彎曲應(yīng)力。推薦前彈簧和平衡懸架彈簧為350450；后主簧為450550；后副簧為220250。本次取=500。 (6-11) =7564.73鋼板彈簧平均厚度為： （6-12） = =10.31取=10。 越來越寬,可以增加卷耳,但是當(dāng)身體受到的壓力彈簧。建議其寬度和厚度比率= 。鋼板彈簧部分寬度:70。（4）鋼板彈簧片數(shù)的確定 （6-13）則=12.87 （6-14）取。4.3.3 鋼板彈簧各片長度的確定第一片厚度沿著垂直立方以同樣比例值,繪制在圖上測量沿水平主要運(yùn)行時(shí)間一半,一半的U形螺栓中心距離,A和B兩個(gè)點(diǎn),A和B可以三角形板連接彈簧擴(kuò)張計(jì)劃。AB與每個(gè)葉片上節(jié)點(diǎn)每一塊的長度。如果有很長的重疊,如主要的運(yùn)行時(shí)間,從B點(diǎn)重疊到最后一塊的一側(cè)端點(diǎn)不是一條直線,線和每件每件長度。每一塊長后的實(shí)際大小。作圖得：從第三片到十三片鋼板彈簧長度分別為930；850；780；690,620；540；460；380,310；230；160。4.3.4 鋼板總成在狀態(tài)下的弧及半徑計(jì)算（1）鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的弧高 （6-15）式中，靜撓度；滿載弧高；弧高變化。 （6-16）=9.58式中，形螺栓中心距，110；鋼板彈簧主片長度（）。將（616）代入（615）得： （6-17） =91.58鋼板彈總成在自由狀態(tài)的曲率半徑為 （6-18） = =1565.76（2）板彈簧各片由狀態(tài)下曲率徑的確定 （6-19）式中，第片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（）；鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（）；各片彈簧預(yù)應(yīng)力（）；材料的彈性模量（），??；第片彈簧厚度（）。選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，要求做到：裝配前各片彈簧片間的間隙相差不大，且裝配后各片能很好地貼和；保證及其相鄰的足夠的使用壽命應(yīng)適當(dāng)降主片及其長片的應(yīng)力。為此，選取各片時(shí)，對于片厚相等的彈簧，各片預(yù)力值不宜選取過大薦在根部工作應(yīng)力與疊加后的合成應(yīng)在300350內(nèi),14片長片疊負(fù)的預(yù)應(yīng)力短片正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從到短片由負(fù)值逐漸至正值。則第一片至第十三片各片自由狀態(tài)下的曲率半徑分別為：3465，2430，2400，2290，1975，1810，1540，345，1255，1210，1205，1230，1280.4.3.5 鋼板彈簧總成弧高的核算由于各片在由狀態(tài)下的徑是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力后用計(jì)算受其影響后鋼板彈簧總成由下的弧高用計(jì)算的會(huì)有不同因此，需核算鋼板彈簧總成的弧高。最小勢能原理鋼板總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)時(shí)各片總和最小狀態(tài)，因此可等厚葉片彈簧的為： （6-20）式中，為鋼板彈簧第片的長度，。 R0=2340mm （6-21）則鋼板彈簧總成的弧高為： =121.61 （6-22） 4.3.6 鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算汽車時(shí)，后鋼板承受的載荷最大，在其前出現(xiàn)的最大應(yīng)力為： （6-23） =312350MPa,符合要求。式中，作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷，；驅(qū)動(dòng)時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于車：=1.251.30，車：=1.101.20；道路附著系數(shù)，取=0.8；鋼板彈簧片寬，；鋼板彈簧主片厚度，；彈簧固定點(diǎn)到路面的距離，；鋼板彈簧前段長度，；鋼板彈簧后段長度，； 鋼板彈簧總截面系數(shù)4.3.7 鋼板彈簧上其它零件的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）彈簧支架一般中小型汽車上鋼板彈簧支架的壁厚為36，用鋼板焊接在車身上。本次設(shè)計(jì)取壁厚為6。（2）彈簧襯套轎車以及微型客車車一般都用橡膠襯套，本次設(shè)計(jì)彈簧襯套采用橡膠襯套。（3）吊耳小型汽車的吊耳多用鋼板制成，鋼板吊耳的安裝方式分為承壓型和受拉型兩類，本設(shè)計(jì)采用受拉式吊耳。設(shè)計(jì)總結(jié) 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)的是驅(qū)動(dòng)橋和后懸架。在驅(qū)動(dòng)橋方面主要是選擇和計(jì)算主減速器的一對雙曲面錐齒輪、差速器行星直齒錐齒輪和半軸齒輪。在計(jì)算好齒輪的幾何尺寸后，對它們進(jìn)行裝配。在裝配過程中，選擇合適的軸承、調(diào)整裝置和支承形式。最后就是計(jì)算合理的壁厚，設(shè)計(jì)工藝性好的橋殼。在懸架方面，主要是計(jì)算鋼板彈簧的所有幾何尺寸和選擇合適的吊耳支承形式。經(jīng)過一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對汽車構(gòu)造尤其是底盤部分有了更深層次的理解。對于底盤部分各總成的裝配關(guān)系和動(dòng)力傳遞路線，有了深刻的了解。當(dāng)然，由于需要完成相應(yīng)的外文翻譯，所以英語水平也相應(yīng)有所提高。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)思路是根據(jù)任務(wù)書已知的參數(shù)和要求，利用各種參考資料和經(jīng)驗(yàn)公式選定必要的設(shè)計(jì)參數(shù)。計(jì)算和計(jì)算機(jī)繪圖同時(shí)進(jìn)行，依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)畫圖，同時(shí)反過來，根據(jù)所畫圖形的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系及時(shí)調(diào)整計(jì)算的設(shè)計(jì)參數(shù)，使所設(shè)計(jì)的各零件尺寸盡可能精確，力求能完美配合，并且符合國家相關(guān)汽車標(biāo)準(zhǔn)。整體來說，這次所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋和后懸架整體構(gòu)造還是相對較簡單的，這是從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和工藝性來決定的。在設(shè)計(jì)過程中的確遇到過相當(dāng)多的困惑，特別是剛開始時(shí)，由于不知道從入手，困惑了好長時(shí)間。最后，還是在閱讀和參考了相當(dāng)多的課本和參考資料后，才慢慢進(jìn)入狀態(tài)的。當(dāng)然，馬冬梅老師和我的同學(xué)們是功不可沒的。有了你們，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利進(jìn)行和完成。由于個(gè)人設(shè)計(jì)次數(shù)不多，經(jīng)驗(yàn)不足，水平有限，在本次設(shè)計(jì)中若出現(xiàn)疏漏和錯(cuò)誤，敬請各位老師諒解并指正。參考資料1 陳家瑞汽車構(gòu)造（第五版）北京：人民交通出版社，20052 王霄鋒汽車底盤設(shè)計(jì)北京：清華大學(xué)出版社，20103 王望予汽車設(shè)計(jì)（第四版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20044 余志生汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫┍本簷C(jī)械工業(yè)出版社,20095 李仲河，寇建新，仇桂玲汽車底盤構(gòu)造與維修技術(shù)濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，20086 何銘新，錢克強(qiáng)機(jī)械制圖（第五版）北京：高等教育出版社，20047 吳宗澤，羅圣國機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊（第三版）北京：高等教育出版社，20068 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，20069 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第三卷）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200410 汽車工程手冊編委會(huì)編.汽車工程手冊（基礎(chǔ)篇）.北京：人民交通出版社，200611 汽車工程手冊編委會(huì)編.汽車工程手冊（設(shè)計(jì)篇）.北京：人民交通出版社，200112 董寶承.汽車底盤.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200413 徐安，陳德陽汽車底盤北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200514 曹永堂汽車底盤維修北京：人民交通出版社，199915 趙琳汽車概論北京：人民交通出版社，200316 趙新民汽車構(gòu)造北京：人民交通出版社，200217 閔永軍，萬茂松，周良汽車故障診斷與維護(hù)技術(shù)北京：高等教育出版社，200418 周林福汽車底盤構(gòu)造與維修北京：人民交通出版社，200219 人民交通出版社汽車圖書出版中心汽車典型結(jié)構(gòu)圖冊北京：人民交通出版社，200820 龔溎義機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊北京：高等教育出版社，1989致謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)四年最后的結(jié)晶，是我辛辛苦苦努力這幾個(gè)月完成的成果。其中困難重重、困惑和迷茫是不可避免的，畢竟在之前我還沒有獨(dú)立的設(shè)計(jì)汽車上的某一總成。做完這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，回頭看看，以前的課程設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)之類的實(shí)在是不值一提。但是，正是因?yàn)橛辛艘郧暗男〉脑O(shè)計(jì)題目，才使我學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)的思路、步驟和宗旨，以及積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利完成。在此，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師馬冬梅老師。在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成過程中，馬老師每周都會(huì)給我們開會(huì)，作指導(dǎo)和督促工作。每當(dāng)我們有什么問題，馬老師總是會(huì)孜孜不倦的給我們講解。同時(shí)，同樣感謝教過我的吳心平吳老師和其他在大學(xué)中教過我的老師和幫助過我的同學(xué)們。附錄：中英文文獻(xiàn)翻譯名稱不當(dāng)?shù)臒崽幚碓斐善嚭筝S的失效271機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯設(shè)計(jì)題目: ZQ1080型商用車驅(qū)動(dòng)橋、后懸架設(shè)計(jì) 譯文題目: 不當(dāng)?shù)臒崽幚碓斐善嚭筝S的失效 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 正文：外文資料譯文 附 件：外文資料原文 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日正文：外文資料譯文文獻(xiàn)出處：ASM國際2013，P353-358不當(dāng)?shù)臒崽幚碓斐善嚭筝S的失效H. M. Tawancy Luai M. Al-Hadhrami 摘要：一段破碎感應(yīng)后橋軸的淬火鋼從翻倒的汽車現(xiàn)場除去，被用來分析并確定故障的原因。光學(xué)金相和掃描電子顯微鏡結(jié)合能量色散譜通過顯微測量來評估該軸的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度?；瘜W(xué)分析驗(yàn)證該軸符合美國鋼鐵協(xié)會(huì)的4140鋼，是規(guī)范的。然而,顯微結(jié)構(gòu)的特征和顯微硬度的測量表明,軸是由于熱處理不當(dāng)而導(dǎo)致脆弱,經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其中裂紋的擴(kuò)展通過晶間模式中芯內(nèi)切割與相反而發(fā)生。這種現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)的差異有關(guān),我們可以觀察到馬氏體等效至Rc 58硬度的情況下，與RC 25.內(nèi)芯珠光體和鐵素體的混合物的差異，盡管不可能重構(gòu)導(dǎo)致斷裂的事件的精確順序，但它在大的過載且在極硬且脆的情況下，導(dǎo)致車輛的傾覆以及由傾覆的影響帶來的斷裂的情況是可能發(fā)生的。但是,由于氫產(chǎn)生的裂紋萌生生銹和水銹導(dǎo)致車輛的傾覆的可能性是不能被排除的。關(guān)鍵詞：脆性斷裂，表征，分裂，電子金相，剛的硬度。1.序言軸安裝在車輛完成兩個(gè)重要的功能：（i）它們傳遞驅(qū)動(dòng)扭矩，（ii）保持車輪的位置相對于彼此和車輛的車身。在大多數(shù)的商業(yè)車輛，驅(qū)動(dòng)輪的圓周運(yùn)動(dòng)是通過半軸的方法來保持，這是后橋的組成部分。該軸被安裝在輪胎的車輪以及鄰近的差速器和橫跨所述車輛的底部。在使用過程中，軸由于重負(fù)荷或急加速經(jīng)常承受著巨大的扭矩，因此，他們由各種等級的硬化鋼制成。然而，由于各種原因，軸可能會(huì)由于其疲勞模式而失效，如圖 1-5 。在極端的情況下，在駕駛過程中軸的裂紋可能導(dǎo)致車輛傾覆。后車軸裂紋的典型癥狀是打滑，這類似于車輛的一側(cè)在冰上行駛，也就是俗稱的擺尾。如果驅(qū)動(dòng)程序不正確響應(yīng)由計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)向，即在打滑相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)前輪，就會(huì)出現(xiàn)完整的旋轉(zhuǎn)。因此，軸的裂縫能導(dǎo)致車輛的傾覆特別是發(fā)生在高速行駛中的車輛，比如常發(fā)生在高速公路上。然而，軸斷裂后的影響也可能是由于意外事故引起的。因此，關(guān)鍵問題需要通過各自的失效分析研究調(diào)查，來確定到底是軸的斷裂引起的，或者是因事故引起的。 在目前的情況下，按照從目擊者接收到的信息，車輛以100公里/小時(shí)的速度（62英里/小時(shí)）行駛在平穩(wěn)的高速公路上，這是在限速范圍內(nèi)時(shí)翻倒的車輛。此外，有人說，沒有碰撞參與，也沒有跡象表明司機(jī)試圖避免一個(gè)對象。由于該事故是致命的沒有任何信息可以從驅(qū)動(dòng)程序獲得。按照規(guī)范的破碎軸直徑約7厘米是鍛造生產(chǎn)的鋼種生產(chǎn)符合美國鋼鐵協(xié)會(huì)的4140有感應(yīng)淬火處理的3 - 4毫米深度。雖然關(guān)于組織和硬度規(guī)格各自是不可用時(shí)，通常的情況下要求回火馬氏體有HV 500-550的硬度，內(nèi)芯由鐵素體和珠光體的混合物組成6,7。收到從現(xiàn)場取出斷裂的后橋軸的部分，以確定故障的最可能的原因。2.實(shí)驗(yàn)的方法 有代表性的金相試樣從接收部分的軸拆下，用光學(xué)顯微鏡金相評估結(jié)合使用掃描電子顯微鏡和微量化學(xué)分析采用無窗的X射線探測器。電感耦合等離子體原子光譜法（ICP-AES）是用來測量用的碳含量異常的應(yīng)用鋼的化學(xué)成分，這是由燃燒量熱法測定（CC）。三種類型的標(biāo)本的研究：（i）在接收狀態(tài)的樣品的視覺檢驗(yàn)和斷口形貌的表征，（ii）試樣在作為拋光狀態(tài)下以測量橫跨殼體并進(jìn)入芯的硬度，（iii）樣本在3%硝酸酒精溶液浸蝕顯示在外殼和核心的晶粒結(jié)構(gòu)。一個(gè)維氏硬度測試儀是用來測量硬度使用10克負(fù)載。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論圖1a是后車軸的示意圖示，它顯示出了車輪安裝法蘭附近的斷裂大致位置。該部分照片中被接收用于分析的截面照片顯示于圖1B中。在一般情況下，沒有證據(jù)表明在斷裂附近發(fā)生宏觀變形，但是，可以看到有一些銹在其表面。如可以看到的，斷裂運(yùn)行垂直于軸的軸線。它公知的是裂縫傳播通常由局部應(yīng)力條件6,8來確定。剛才已指出雖然后車軸經(jīng)常遭受沉重的扭矩，扭轉(zhuǎn)或剪切裂縫應(yīng)沿著45度的方向被拉伸斷裂，這是執(zhí)行正常的應(yīng)力5,6對比度的方向。因此，通過對圖1B的觀察表明，斷裂是拉伸型，這可能起因于大的過載。圖1(a)示意圖 顯示后橋半軸的插圖顯示的近似斷裂位置。(b)圖a的中受到分 析的那部分軸的照片。 作為接受條件下顯示的斷裂面光光學(xué)宏觀如圖2所示。它觀察到的斷口是由兩個(gè)不同的區(qū)域組成：(i)一個(gè)相對平整的外圍區(qū)域標(biāo)記的A，其中的斷裂發(fā)起與深度相對應(yīng)的情況下，和(ii)一個(gè)粗糙的核心標(biāo)志的B最終斷裂發(fā)生的位置。說明這兩個(gè)區(qū)域的詳細(xì)信息，如在更高的放大倍數(shù)觀察到的光光學(xué)外貌如圖3所示。它是從圖3a觀察A包含匯聚在已斷裂的表面區(qū)域的雪佛龍標(biāo)志該區(qū)域。如后面所示，在這一地區(qū)的斷裂已由晶間的機(jī)制傳播，硫化錳夾雜物可以加強(qiáng)軸的缺口敏感性。如在圖3b中觀察到的核心（B區(qū)）有光澤面斷裂的典型劈裂機(jī)理。這些裂紋擴(kuò)展模式進(jìn)一步確認(rèn)是由掃描電鏡觀察顯示以后提供的。同時(shí)，它表明，所觀察到的差異，斷裂行為的案例，是由硬化處理產(chǎn)生的核心結(jié)構(gòu)變化引起的。圖2光學(xué)宏觀圖顯示兩個(gè)不同的區(qū)域A(殼體)和B(核心)的斷裂表面。圖3,：圖2中A和B區(qū)域的光學(xué)宏觀特征在高倍鏡下的圖示，（a）在區(qū)域A雪弗龍標(biāo)志指向斷裂點(diǎn)所在的平面，（b）B區(qū)域的斷裂面有光澤。表1：美國鋼鐵協(xié)會(huì)的4140鋼的化學(xué)成分(重量 %)圖表1表明，軸的材料的化學(xué)成分的測量與美國鋼鐵協(xié)會(huì)的4140指定的名義成分一致的情況下觀察到的微觀結(jié)構(gòu)是典型的馬氏體，在圖4a表示的例子所示。圖4a表示該軸猝火和未回火而核心被慢慢冷卻。一個(gè)更進(jìn)一步的確認(rèn)提供了所觀察到的斷裂模式和顯微硬度測量如下所示。圖4b顯示出一個(gè)相應(yīng)的能量色散譜顯示出與表1中的指出一致，低濃度的鉬（0.2重量）的是由低于檢測限的數(shù)據(jù)相一致的鋼元素組成。另一個(gè)微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在圖5的例子顯示了細(xì)長硫化錳作為粒子存在。明暗對比周圍粒子的地區(qū)可能是由于高的局部應(yīng)變和/或微裂紋的擇優(yōu)腐蝕。此類夾雜物可以充當(dāng)中心吸引脫位導(dǎo)致形成的微裂紋9，10。同時(shí)，它表明，細(xì)長顆粒硫化錳能夠促進(jìn)加氫裂化鋼，特別是如果硬度超過RC 25 11 。如后面所示的硬度內(nèi)案件是關(guān)于Rc58。二次電子圖像顯示對應(yīng)的情況下的斷裂表面的典型形貌如圖6所示。很明顯，由晶內(nèi)裂紋擴(kuò)展機(jī)制的情況下發(fā)生，這可能是一個(gè)組合的大過載脆性為進(jìn)一步所示相關(guān)。 鉬 能量圖4：外殼的微觀結(jié)構(gòu)特征。（a)背散射電子圖像顯示殼體內(nèi)馬氏體類型組織的情況。（b)相應(yīng)能量色散x 射線能譜顯示的鋼的組成元素圖5：MnS夾雜的情況下觀察到的分析（蝕刻標(biāo)本）。（a）背散射電子圖像顯示的夾雜物為在不同的放大倍率（在暗對比度區(qū)域周邊的顆粒可能是由于擇優(yōu)腐蝕或微裂紋）。（b）能量色散X射線譜MnS粒子如箭頭所示圖6：二次電子圖像顯示斷口形貌對應(yīng)于該殼體。（a)總斷裂的形態(tài)表面。(b)斷裂面在高放大倍率下顯示出裂紋擴(kuò)展的晶間機(jī)制。圖7：顯示典型的微觀結(jié)構(gòu)的背散射電子像芯（珠光體和鐵素體的混合物中的特征;蝕標(biāo)本）圖7說明了核心顯示珠光體和鐵素體的混合物的典型組織。能量色散譜來自核心是與圖4b所表示的相同的斷裂面相應(yīng)的形態(tài)特征圖8中一致的裂紋擴(kuò)展的斷裂機(jī)制由解理臺(tái)階反射顯示的箭頭指示，這可能由于高應(yīng)變率的影響發(fā)生傾覆車輛的經(jīng)驗(yàn)。圖8：二次電子圖像顯示的形態(tài):斷裂表面相對應(yīng)的核心（接收狀態(tài)）。（a）低倍圖像顯示典型的解理斷裂。（b）高倍放大圖像說明裂解步驟如箭頭所示 圖9總結(jié)了測量的硬度（HV10）穿過殼體并進(jìn)入芯的結(jié)果，和等效RC值?？梢钥闯?，硬度表面附近超過650 HV10接近RC 58，大大高于預(yù)期的硬度500550 HV 。這似乎是符合的結(jié)構(gòu)特征內(nèi)的情況（圖4a）以及斷裂行為（圖6）。顯微硬度（HV） 硬度(Rc)表面距離圖9：整個(gè)殼體的維氏硬度分布（HV10）和:成芯的等效RC值（拋光試樣） 上述結(jié)果提示失敗最可能的原因是軸的熱處理工藝控制不當(dāng)導(dǎo)致案件中的軸的微觀結(jié)構(gòu)的延展性與塑性很差容易發(fā)生脆性斷裂，很明顯軸未受到適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚?。雖然這是相當(dāng)困難的重建導(dǎo)致所述軸的斷裂事件的確切序列，這也是可能的，它可能在脆性情況且大過載的情況下導(dǎo)致車輛的傾覆。但是在此基礎(chǔ)上，另一種可能性是由于水的皮卡和一些在表面，生銹的氫致開裂，這是不能被證實(shí)的。雖然最后的斷裂還可能通過傾覆和沖擊相關(guān)聯(lián)的高應(yīng)變速率發(fā)生，不能排除斷裂的唯一原因是該車輛傾覆的可能性。4.總結(jié) 由以上可得本案例的結(jié)論是：問題的根源是脆化的情況下，熱處理不當(dāng)。雖然這是難以確定的斷裂機(jī)制，它可能是由于大過載導(dǎo)致開裂的可能性，但是由于氫產(chǎn)生的銹以及水拾取也不能被排除。然而，最終的斷裂有著可能導(dǎo)致車輛傾覆的影響。另一種可能是，軸的斷裂對車輛傾覆完全負(fù)責(zé)。7附件：外文資料原文