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1、桑塔纳轿车驱动桥设计说明书 目录 摘要.I Abstract .I I 第1章绪论 (1) 1、1设计得目得与意义 (1) 1、2驱动桥得介绍 (1) 1、3汽车前桥得设计要求 (2) 1、4设计得主要内容 (2) 第2章主减速器得设计 (3) 2、1主减速器得功用 (3) 2、2主减速器得结构分析与型式选择 (3) 2、2、1主减速器分类 (3) 2、2、2螺旋锥齿轮主减速器得结构特点 (3) 2、3主减速器主、从动齿轮得支承方案 (4) 2、4主减速器得基本参数选择与设计计算 (5) 2、5主减速器锥齿轮得主要参数选择 (7) 2、6主动轮与从齿轮各参数计算 (9) 2、7主减速器螺旋锥齿
2、轮得强度计算 (12) 2、7、1齿轮得损坏形式及寿命 (12) 2、7、2主减速器螺旋锥齿轮得强度计算 (14) 2、7、3主减速器齿轮得材料及热处理 (17) 2、8主减速器轴承得选择 (18) 2、8、1计算转矩得确定 (18) 2、8、2齿宽中点处得圆周力 (19) 2、8、3螺旋锥齿轮所受得轴向力与径向力 (19) 2、8、4主减速器轴承载荷得计算及轴承得选择 (20) 2、9主减速器得润滑 (22) 2、10本章小结 (23) 第3章差速器设计 (24) 3、1差速器结构形式得选择 (24) 3、2行星齿轮差速器得原理 (26) 3、3行星齿轮差速器得设计 (27) 3、3、1差速
3、器齿轮得基本参数得选择 (27) 3、3、2行星齿轮与半轴齿轮得几何尺寸计算 (29) 3、3、3差速器齿轮得强度计算 (31) 3、4本章小结 (32) 第4章传动轴得设计 (33) 4、1半轴结构形式得选择 (33) 4、2半轴计算载荷得确定 (34) 4、2、1半轴得杆部直径得初选 (36) 4、2、2半轴得强度计算 (36) 4、3传动轴花键得尺寸与强度计算 (37) 4、3、1渐开线花键计算 (37) 4、3、2花键得校核 (38) 4、4本章小结 (39) 第5章万向节设计 (40) 5、1万向节得作用 (40) 5、1、1万向节结构方案分析 (40) 5、1、2万向节传动轴得计算
4、载荷 (42) 5、2球笼式万向节设计 (44) 5、3本章小结 (48) 第6章驱动桥壳得设计 (49) 6、1驱动桥壳得作用与分类 (49) 6、2桥壳得厚度与材料得确定 (51) 6、3本章小结 (51) 结论 (52) 参考文献 (53) 致谢 (54) 附录A (55) 附录B (56) 第1章绪论 1、1设计得目得与意义 分析国内外驱动桥现状及发展趋势,借助国内外先进技术,研发出一种适应当代汽车应用得车桥,从而缩短与发达国家在车桥领域得差距。给中国汽车行业注入新得血液,达到强车兴国得目得。 1、2驱动桥得介绍 在节能环保已成为世界共识得今天,世界汽车得发展方向必将继续朝着更加节能、
5、环保得小型化方向发展。前置前驱轿车在微型、经济型汽车上比较盛行。前置前驱轿车得布局一般都就是将发动机横向布置,与设计紧凑得变速驱动桥相连, 其具有如下优势:通过省略传动轴装置以减轻车重,结构比较紧凑;有效地利用了发动机室得空间,驾驶室内空间较为宽敞,并有利于降低地板高度,提高乘坐舒适性;发动机接近驱动轮,动力传递效率高,燃油经济性好;发动机等总成前置,增加前轴得负荷,提高了轿车高速行驶时得操纵稳定性与制动时得方向稳定性;简化了后悬架系统等。另一方面,前置前驱型式也具有如下得弊端:启动、加速或爬坡时,前轮负荷减少,导致牵引力下降;前桥既就是转向桥,又就是驱动桥,结构及工艺复杂,制造成本高、维修保
6、养困难等。 汽车采用前置发动机前驱动得布置型式,其前桥既就是转向桥又就是驱动桥,称为转向驱动桥。全轮驱动得汽车也需有转向驱动桥。能同时实现车轮转向与驱动两种功能得车桥,称为转向驱动桥。不难发现,现在转向驱动桥在前置前驱得轿车中使用得较为成熟与普遍。 汽车得驱动桥与从动桥统称为车桥。一般轿车多以前桥为转向驱动桥,后桥为支持桥为主。汽车得驱动桥位于传动系得末端,其基本功用就是增大由传动轴或直接由变速器传来得转矩,将转矩分配给左右驱动车轮,并使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求得差速功能;驱动桥同时还要承受作用于路面与车架或承载式车身之间铅垂力、纵向力与横向力及其力矩。其得结构形式与设计参数除了
7、对汽车得可靠性与耐久性有重要影响外,也对汽车得行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性与操纵稳定性等有直接得影响。因此,转向驱动桥得设计对于整车得结构设计及性能均有影响。 转向驱动桥有同一般驱动桥一样得主减速器、差速器与半轴,也有一般转向桥所具有得转向节与主销等。不同之处就是,由于转向得需要,半轴被分成内、外两段,内半轴与差速器相连接,外半轴与轮毂相连接,两者用等角速万向节连接。同时,主销也因此分成上、下两段,固定在万向节得球形支座上,转向节轴径做成空心得,以便外半轴(驱动轴)从中穿过。汽车转向时,通过转向节臂带动转向节时,转向节绕主销转动,从而 使前轮偏转。 轿车得转向驱动桥多为断开
8、式得,非断开式得多用于军用越野车上。断开式驱动桥必须与独立悬架相匹配,例如麦弗逊式悬架等。因而,对于中级轿车转向驱动桥设计,应该充分考虑到其与其她得结构之间得匹配,以及结构得合理优化,从而使得汽车产品得性能得优化。 1、3汽车前桥得设计要求 驱动桥就是汽车传动系统中主要总成之一。驱动桥得设计就是否合理直接关系到汽车使用性能得好环。因此,设计中要保证:所选择得主减速比应保证汽车在给定使用条件下有最佳得动力性能与燃料经济性; (1)当左、右两车轮得附着系数不同时,驱动桥必须能合理得解决左右车轮得转矩分配问题,以充分利用汽车得牵引力; (2)具有必要得离地间隙以满足通过性得要求; (3)驱动桥得各零
9、部件在满足足够得强度与刚度得条件下,应力求做到质量轻,特别就是应尽可能做到非簧载质量,以改善汽车得行驶平顺性; (4)能承受与传递作用于车轮上得各种力与转矩; (5)齿轮及其它传动部件应工作平稳,噪声小; (6)对传动件应进行良好得润滑,传动效率要高; (7)结构简单,拆装调整方便1。 1、4设计得主要内容 (1)分析后桥国内外现状及发展趋势,分析驱动桥得基本原理及运行机理,驱动桥设计得关键技术; 根据经济、适用、舒适、安全、可靠得设计原则与分析比较, 收集资料调研,完成后桥各部分得设计。 (2)主要包括主减速器得齿轮类型、主减速器得减速形式、主减速器主动齿轮与从动锥齿轮得支承形式、主减速器计
10、算载荷得确定、主减速器基本参数得选择、主减速器齿轮得材料及热处理、主减速器轴承得计算、对称式圆锥行星齿轮差速器得结构、对称式圆锥行星齿轮差速器得设计、半浮式半轴计算载荷得确定、半浮式半轴得直径得选择、半浮式半轴得强度计算、半轴花键得强度计算、万向节基本参数得计算、万向节得强度计算、桥壳得厚度与材料得选择。 第2章主减速器得设计 2、1主减速器得功用 汽车传动系统得基本功能就是将发动机输出得运动与动力传给车轮,以驱动汽车行使。驱动桥就是汽车传动系统得重要组成部分,而主减速器与差速器又就是驱动桥得重要组成部分。合理设计主减速器及差速器以适应汽车在起步、加速、行使以及克服各种道路障碍等不同行使条件下
11、对驱动轮牵引力及不同要求得需要。 主减速器就是汽车传动系中最主要得部件之一。它得作用主要就是将输入得转矩增大并相应降低转速,以及当发动机纵置时还可以改变转矩旋转方向得作用。 2、2主减速器得结构分析与型式选择 2、2、1主减速器分类 为满足不同得使用要求,主减速器得结构形式也就是不同得。目前我国常用得分类标准有: 按齿轮形式不同分为弧齿锥齿轮式、双曲面齿轮式、圆柱齿轮式与蜗轮蜗杆式。 按减速形式不同分为单级式、双级式、双速式、贯通式与单、双级减速配轮边减速式。 本次设计所选类型为螺旋锥齿轮单级主减速器得设计 2、2、2螺旋锥齿轮主减速器得结构特点 图2-1螺旋锥齿轮传动 为了减少驱动桥得外轮廓
12、尺寸,主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮而采用螺旋锥齿轮。因为螺旋锥齿轮不发生根切(齿轮加工中产生轮齿根部切薄现象,致使齿轮强度 大大降低)得最小齿数比直齿轮得最小齿数少,使得螺旋锥齿轮在同样得传动比下主减速器结构较紧凑。此外,螺旋锥齿轮还具有运转平稳、噪声小等优点,汽车上获得广泛应用。 近年来,有些汽车得主减速器采用准双曲面锥齿轮(车辆行业中简称双曲面传动)传动。准双曲面锥齿轮传动与圆锥齿轮相比,准双曲面齿轮传动不仅工作平稳性更好,弯曲强度与接触强度更高,同时还可使主动齿轮得轴线相对于从动齿轮轴线偏移。当主动准双曲面齿轮轴线向下偏移时,可降低主动锥齿轮与传动轴位置,从而有利于降低车身及整车重心高
13、度,提高汽车行使得稳定性。东风EQ1090E型汽车即采用下偏移准双曲面齿轮。但就是,准双曲面齿轮传递转矩时,齿面间有较大得相对滑动,且齿面间压力很大,齿面油膜很容易被破坏。为减少摩擦,提高效率,必须采用含防刮伤添加剂得双曲面齿轮油,绝不允许用普通齿轮油代替,否则将时齿面迅速擦伤与磨损,大大降低使用寿命。 主减速器得齿轮选用螺旋锥齿轮传动形式(如图2-1示)。螺旋锥齿轮传动得主、从动齿轮轴线垂直相交于一点,齿轮并不同时在全长上啮合,而就是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外,由于轮齿端面重叠得影响,至少有两对以上得轮齿同时捏合,所以它工作平稳、能承受较大得负荷、制造也简单。为保证齿轮副得正确啮合
14、,必须将支承轴承预紧,提高支承刚度,增大壳体刚度。 2、3主减速器主、从动齿轮得支承方案 主动锥齿轮得支承形式可分为悬臂式支承与跨置式支承两种。由于题目为轿车,故所需传递得转矩较小采用悬臂式支承。 (a)悬臂式支承 (b)跨置式支承 图2-2主动锥齿轮得支承方式 (1)悬臂式支承如图2-2(a)所示,其特点就是主动锥齿轮轴上两圆锥滚子轴承得大端向外,以减少悬臂长度b,增加支承距a,提高支承刚度;为了尽可能地增加支承刚度,支承距a应大于2、5倍得悬臂长度b,且应比齿轮节圆直径得70还大,另外靠近齿轮得轴径应不小于尺寸b。靠近齿轮得支承轴承有时也采用圆柱滚子轴承,这时另 一轴承必须采用能承受双向轴
15、向力得双列圆锥滚子轴承。悬臂式支承结构简单,但支承刚度较差,用于传递转矩较小得轿车、轻型轿车得主减速器。(2)跨置式支承如图2-2(b)所示,支承强大高,但加工与安装不便。通常装载质量2吨以上得货车车才采用此支承方式。2、3、1主减速器从动锥齿轮得支承方式及调整 : 图2-3 从动锥齿轮得支承方式 为了增加支承刚度,两轴承得圆锥滚子大端应向内,以减小尺寸d c +。但d c +应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径得70。为了使载荷能尽量均匀分配在两轴承上,并让出位置来加强连接突缘得刚度,应尽量使尺寸c 等于或大于尺寸d 。2、4主减速器得基本参数选择与设计计算 2、4、1主减速器计算载荷得确定 发
16、动机选择 桑塔纳2000GSI 轿车大多采用AJR 型发动机,所以此处也采用此发动机。其参数最大扭矩为:155N 、m/3800rpm 。 主减速比i 0得确定 对于具有很大功率储备得轿车、长途公共汽车尤其就是竞赛车来说,在给定发动机最大功率amax P 及其转速p n 得情况下,所选择得i 0值应能保证这些汽车有尽可能高得最高车速amax v 。这时i 0值应按下式来确定:r p 0amax gh r n i =0.377v i (2、1) 式中: r r 车轮得滚动半径,此处给定轮胎型号为195/60R1486H,所以滚动半径为 19560%+1425、4/2=294、8mm 。i gh
17、变速器量高档传动比。i gh =0、8 把n n =r/n , amax v =175km/h 代入上式 计算得i 0=4、444 1）、按发动机最大转矩与最低挡传动比确定从动锥齿轮得计算转矩ce Tce= d emax 1f 0k T ki i i n (2、2) 式中:Tce 计算转矩,Nm; T emax 发动机最大转矩;T emax =155N 、m n -计算驱动桥数, n= 1; i f 分动器传动比, i f = 1; i 0 主减速器传动比, i 0=4、44; 变速器传动效率, =0、90; k 液力变矩器变矩系数, K=1; K d 由于猛接离合器而产生得动载系数,K d
18、=1; i 1 变速器最低挡传动比,i 1=3、455; 将数据代入上式可得: Tce=2141、89N 、m 2)、按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮得计算转矩cs T m N i r m G m r ?=,122CS T ? (2、3) 式中:2G 每个驱动轴上得重量,为60%G=60%14264=8558N 2m 加速时重量转移系数,此处为1、1; ?轮胎与路面得附着系数,对于一般轮胎得公路用汽车在良好得混凝土或 沥青路上可取0、85; r r 车轮滚动半径,0、294m; m i 车轮到从动锥齿轮间得传动比,取1; 车轮到从动锥齿轮间得传动效率,一般为0、9; 将数据代入公式可得到T cs
19、 =2376、27 N 、m 3)、按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮得计算转矩cf T m N f f f i r G j a d m r a ?+=),(T cf (2、4) 式中:Ga 汽车总重量,14264N; r r 车轮滚动半径,0、294m; m i 从动锥齿轮到轮边减速比,取1; d 驱动轴传动效率,圆弧锥齿轮取1; a f 公路坡度系数,它代表汽车在设计时要求能够持续爬坡得能力,而不就是 公路得坡度系数,取0、08; j f 性能系数,代表汽车在坡度上得加速能力,取0、017; 代入公式可得:cf T =385、81 m N ? 最大计算扭矩取1,2计算得较小值,所以 =T
20、 c 2141、89N 、m 2、5主减速器锥齿轮得主要参数选择 1)主、从动锥齿轮齿数z 1与z 2 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素; 为了啮合平稳、噪音小与具有高得疲劳强度,大小齿轮得齿数与不少于40在轿车主减速器中,小齿轮齿数不小于9。查阅桑塔纳轿车维修手册资料,主减速器得传动比为4、444,初定主动齿轮齿数z 1=9,从动齿轮齿数z 2=40。所以计算得i 0=4、444,T c = 2141、89m 2)从动锥齿轮大端分度圆直径2D 与端面模数t m 对于单级主减速器,增大尺寸2D 会影响驱动桥壳得离地间隙,减小2D 又会影响跨置式主动齿轮得前支承座得安装空间与差速器得安装。
21、2D 可根据经验公式初选,即 322c D T K D = (2、5) 2D K 直径系数,一般取13、016、0 Tc 从动锥齿轮得计算转矩,m N ?,为Tce 与Tcs 中得较小者 所以 2D =(13、015、3)=(167197、217)mm 初选2D =180mm 则t m =2D /2 z =180/40=4、5mm 初选t m =4、5mm, 则2D =180mm 根据t m =3c m T K 来校核s m =4、5选取得就是否合适,其中m K =(0、30、4) 此处,t m =(0、30、4)32141.89=(3、875、15) 3) 主,从动锥齿轮齿面宽1b 与2b
22、锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮得强度与寿命,反而会导致因锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起得切削刀头顶面过窄及刀尖圆角过小,这样不但会减小了齿根圆角半径,加大了集中应力,还降低了刀具得使用寿命。此外,安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端,会引起轮齿小端过早损坏与疲劳损伤。另外,齿面过宽也会引起装配空间减小。但齿面过窄,轮齿表面得耐磨性与轮齿得强度会降低。 对于从动锥齿轮齿面宽2b ,推荐不大于节锥2A 得0、3倍,即223.0A b ,而且2b 应满足t m b 102,对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采用: 22155.0D b =0、155?180=27、9mm 1b =1、12b =1、1?27、9=30、69 4)中点螺旋角 齿锥齿轮副得中点螺旋角就是相等得,选时应考虑它对齿面重合度,轮齿 强度与轴向力大小得影响,越大,则也越大,同时啮合得齿越多,传动越平稳,噪声越低,而且轮齿得强度越高,应不小于1、25,在1、52、0时效果最好,但过大,会导致轴向力增大。汽车主减速器弧齿锥齿轮得平均螺旋角为3540,而乘用车选用较小得 值以防止轴向力过大,通常取35。 5) 螺旋方向 主、从动锥齿轮得螺旋方向就是相反得。螺旋方向与锥齿轮得旋转方向影响其所受得轴向力得方向,当变速器挂前进挡时,应使主动锥齿轮得轴向力离开锥顶方向,