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1、本科学生毕业设计HLJ-QZ100整体式驱动桥设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程B07-2班 学生姓名： 郑重 指导教师： 崔宏耀 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design for HLJ-QZ100 Integral Driving Axle Candidate：Zheng ZhongSpecialty： VehicleEngineeringClass：B07-2Supervisor：Associate Prof Cui HongyaoHeilong
2、jiang Institute of Technology2011-06Harbin摘 要驱动桥作为汽车底盘的重要组成部分，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要。为满足目前当前载货汽车的快速、高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展，并且通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能，所以本题设计一款结构优良的载重汽车驱动桥具有一定的实际意义。本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数，在分析驱动桥各部分结构形式、发展
3、过程及其以往形式的优缺点的基础上，确定了总体设计方案，采用传统设计方法对驱动桥各部件主减速器、差速器、半轴、桥壳进行设计计算并完成校核。最后运用AUTOCAD完成装配图和主要零件图的绘制。关键词：驱动桥；载重汽车；单级主减速器；差速器；半轴；桥壳37ABSTRACT. Drive axle as an one important part of the car chassiss, its performance directly influence on the entire automobile, especially for the truck .Because using the big
4、 power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit today truck, must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks developing tendency. Design a simple, reliable, low cost of the dri
5、ve axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production, and promote the economic development of automobile and automotive drive axle of the study and design practice, can better learn and to master modern automotive design and mechanical design of a comprehensive knowledge and skills, so t
6、he title of the fine structure of the design of a vehicle drive axle has a certain practical significance.In this paper, first of all determine the structure of major components and the main design parameters, the analysis of the various parts of the structure of the bridge drive type, the form of t
7、he development process and its advantages and disadvantages of the past, determined on the basis of the design program, using the traditional design method of various parts of the drive axle Main reducer, differential, axle, axle housing was designed to calculate and complete the check. Finally comp
8、lete the final assembly drawing by using AUTOCAD and mapping the main components.Keywords: Drive axle; Truck; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive axle housing 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题的背景目的及意义11.2 国内外驱动桥研究状况11.3 设计主要内容和预期结果3第2章 驱动桥的总体方案确定42.1驱动桥的种类结构和设计要求42.1.1汽车车桥的种类42.1.2驱动
9、桥的种类42.1.3驱动桥结构组成42.1.4 驱动桥设计要求52.2 设计车型主要参数52.3主减速器结构方案的确定62.3.1 主减速比的计算62.3.2 主减速器的齿轮类型72.3.3 主减速器的减速形式72.3.4 主减速器主从动锥齿轮的支承形式及安装方法82.4 差速器结构方案的确定102.5半轴的形式确定112.6 桥壳形式的确定112.7本章小结12第3章 主减速器设计133.1概述133.2主减速器齿轮参数的选择与强度计算133.2.1 主减速器计算载荷的确定133.2.2 主减速器齿轮参数的选择143.2.3 主减速器齿轮强度计算173.2.4 主减速器轴承计算233.3主减
10、速器齿轮材料及热处理283.4主减速器的润滑293.5 本章小结29第4章 差速器设计304.1概述304.2对称式圆锥行星齿轮差速器原理304.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构314.4对称圆锥行星锥齿轮差速器的设计324.4.1 差速器齿轮的基本参数选择324.4.2 差速器齿轮的几何尺寸计算344.4.3 差速器齿轮的强度计算35 4.4.4 差速器齿轮的材料37 4.5 本章小结37第5章 半轴设计385.1概述385.2半轴的设计与计算385.2.1全浮式半轴的计算载荷的确定385.2.2半轴杆部直径的初选405.2.3 全浮式半轴强度计算405.2.4 全浮式半轴花键强度计算40
11、5.2.5 半轴材料与热处理42 5.2.6 半轴有限元分析425.3 本章小结47第6章 驱动桥桥壳的设计486.1概述486.2桥壳的受力分析及强度计算486.2.1 桥壳的静弯曲应力计算486.2.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度506.2.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算506.2.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算526.2.5 汽车受最大侧向力时桥壳强度计算536.3 本章小结57结论58参考文献59致谢60附录A61附录B64第1章 绪 论1.1 选题背景目的及意义随着汽车行业的迅猛发展，作为汽车关键零部件之一的汽车驱动桥也得到相应的提升，为满足市场多样化及用户个性
12、化的需求，驱动桥再也不能停留在载货车单一的、低档次的技术水平上，随着新材料、新能源、电子测控及信息技术的迅猛发展，应用这些高新科技武装和改造传统的汽车工业，以新型的驱动桥大幅度地提高车辆的安全性、舒适性和经济性，为广大消费者提供节能型和环保型的汽车产品。各生产厂家在研发和生产过程中基本上形成了专业化、系列化、批量化的局面，汽车驱动桥是汽车的重要总成，承载着汽车车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺
13、性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响1。汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛，对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺，设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展，并且通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能，所以本题设计一款结构优良的微型货车驱动桥具有一定的实际意义。而且由于我国的汽车行业发展日趋成熟，各汽车企业的竞争愈演愈烈，而提高其燃油经济性也是各汽车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝。这就必须在发动机的动力输出之后，在从离合器-变速器-万
14、向传动装置-驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。所以设计新型的驱动桥成为新的课题。本设计选取的是HLJ-QZ100整体式驱动桥设计。1.2 国内外驱动桥研究状况1、国外研究现状国外货车驱动桥开发技术已经非常的成熟，建立新的驱动桥开发模式成为国内外驱动桥开发团体的新目标。驱动桥设计新方法的应用使得其开发周期缩短，成本降低，可靠性增加。国外的最新开发模式和驱动桥新技术包括：(1) 并行工程开发模式 并行工程开发模式是对在一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行
15、功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计方法，能够缩短新产品的设计时间、降低成本、提升质量、提高市场竞争力,以DANA为代表的意大利企业多已采用了该类设计方法, 优点是: 减少设计及工装制造的投入, 减少了零件种类, 提高规模生产程度, 降低制造费用, 提高市场响应速度等。(2) 模态分析 模态分析是对工程结构进行振动分析研究的最先进的现代方法与手段之一。它可以定义为对结构动态特性的解析分析(有限元分析)和实验分析(实验模态分析)，其结构动态特性用模态参数来表征。模态分析技术的特点与优点是在对系统做动力学分析时，用模态坐标代替物理学坐标，从而
16、可大大压缩系统分析的自由度数目，分析精度较高。驱动桥的振动特性不但直接影响其本身的强度，而且对整车的舒适性和平顺性有着至关重要的影响。因此，对驱动桥进行模态分析，掌握和改善其振动特性，是设计中的重要方面。(3) 驱动桥壳的有限元分析方法 有限元法不需要对所分析的结构进行严格的简化，既可以考虑各种计算要求和条件，也可以计算各种工况，而且计算精度高。有限元法将具有无限个自由度的连续体离散为有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的问题。只要确定了单元的力学特性，就可以按照结构分析的方法求解，使分析过程大为简化，配以计算机就可以解决许多解析法无法解决的复杂工程问题2。目前，有限元法己经成
17、为求解数学、物理、力学以及工程问题的一种有效的数值方法，也为驱动桥壳设计提供了强有力的工具。(4) 高性能制动器技术 在发达国家驱动桥产品中, 已出现了自循环冷却功能的湿式制动器桥、带散热风送的盘式制动器桥、适于ABS的蹄、鼓式和盘式制动器桥、带自动补偿间隙的盘式制动器等配置高性能制动器桥, 同时制动器的布置位置也出现了从桥臂处分别向桥包总成和轮边端部转移的趋势。前种处理方式易于散热, 后种处理方式为了降低成本, 甚至有厂商把制动器的壳体与桥壳铸为一体, 既易于散热，又利于降低材料成本, 但这对铸造技术、铸造精度和加工精度都提出了极高的要求。(5) 电子智能控制技术进入驱动桥产品 电子智能控制
18、技术已经在汽车业得到了快速发展，如，现代汽车上使用的ABS(制动防抱死控制)、ASR（驱动力控制系统）等系统2。2、国内研究现状我国驱动桥制造企业的开发模式主要由测绘、引进、自主开发三种组成。主要存在技术含量低，开发模式落后，技术创新力不够，计算机辅助设计应用少等问题。一些企业技术力量相对要好些的企业，测绘的是从国外引进的原装桥，并且这些企业一般具有较为完善的开发体系和流程，也具有较完善的试验手段，但是开发过程属于对国外的仿制，对其逆向研究后结合自我情况生产。总之，我国汽车驱动桥的研究设计与世界先进驱动桥设计技术还有一定的差距，我国车桥制造业虽然有一些成果，但都是在引进国外技术、纺制、再加上自
19、己改进的基础上了取得的。个别比较有实力的企业，虽有自己独立的研发机构但都处于发展的初期。在科技迅速发展的推动下，高新技术在汽车领域的应用和推广，各种国外汽车新技术的引进，研究团队自身研发能力的提高，我国的驱动桥设计和制造会逐渐发展起来，并跟上世界先进的汽车零部件设计制造技术水平3。1.3 设计主要内容和预期成果1、驱动桥结构形式及布置方案的确定。2、驱动桥零部件尺寸参数确定及校核：（1）完成主减速器的基本参数选择与设计计算；（2）完成差速器的设计与计算；（3）完成半轴的设计与计算与有限元分析；（4）完成驱动桥桥壳的受力分析及强度计算。3、完成驱动桥驱动桥装配图和主要部分零件合计A0图纸2.5张
20、。第2章 驱动桥的总体方案确定2.1 驱动桥的结构和种类和设计要求2.1.1 汽车车桥的种类汽车的驱动桥与从动桥统称为车桥，车桥通过悬架与车架（或承载式车身）相连，它的两端安装车轮，其功用是传递车架（或承载式车身）于车轮之间各方向的作用力及其力矩。根据悬架结构的不同，车桥分为整体式和断开式两种。当采用非独立悬架时，车桥中部是刚性的实心或空心梁，这种车桥即为整体式车桥；断开式车桥为活动关节式结构，与独立悬架配用。在绝大多数的载货汽车和少数轿车上，采用的是整体式非断开式。断开式驱动桥两侧车轮可独立相对于车厢上下摆动。根据车桥上车轮的作用，车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种类型。其中
21、，转向桥和支持桥都属于从动桥，一般货车多以前桥为转向桥，而后桥或中后两桥为驱动桥。2.1.2 驱动桥的种类驱动桥位于传动系末端，其基本功用首先是增扭、降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并合理的分配给左、右驱动车轮，其次，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩。驱动桥分为断开式和非断开式两种。驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切相关。当驱动车轮采用非独立悬挂时，例如在绝大多数的载货汽车和部分小轿车上，都是采用非断开式驱动桥，其桥壳是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁，主减速器、差速器和半轴等所有的传动件都装
22、在其中；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥4。2.1.3 驱动桥结构组成在多数汽车中，驱动桥包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴）及桥壳等部件如图2.1所示。 1-桥壳 2-主减速器锥齿轮 3-差速器 4-驱动桥壳 5-轮毂图2.1 驱动桥2.1.4 驱动桥设计要求1、选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。2、外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。3、齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。4、在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。5、具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，
23、尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。6、与悬架导向机构运动协调。7、结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。2.2设计车型主要参数表2.1 设计车型参数轮胎 12.00R20发动机最大功率141/2500Pemax kW/np （r/min）发动机最大转矩593/1500Temax Nm/nr （r/min）装载质量10000kg汽车满载总质量16000kg满载时轴荷分布前轴6000 后轴10000kg最大车速86km/h轮距2200mm钢板弹簧座中心距离 1180mm2.3 主减速器结构方案的确定2.3.1主减速比的计算主减速比对主减速器的结构
24、形式、轮廓尺寸、质量大小影响很大。当变速器处于最高档位时对汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。的选择应在汽车总体设计时和传动系统的总传动比一起由整车动力计算来确定。可利用在不同的下的功率平衡图来计算对汽车动力性的影响。通过优化设计，对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择值，可是汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给定发动机最大功率及其转速的情况下，所选择的值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速。这时值应按下式来确定5：=0.377 （2.1）式中：车轮的滚动半径，=0.527m 变速器最高档传动比1.0（为直接档）。 最大功率转速
25、2500 r/min 最大车速86km/h对于与其他汽车来说，为了得到足够的功率而使最高车速稍有下降，一般选得比最小值大10%25%，即按下式选择：=（0.3770.472） （2.2）经计算初步确定=5.78按上式求得的应与同类汽车的主减速比相比较，并考虑到主、从动主减速齿轮可能的齿数对予以校正并最后确定。2.3.2主减速器的齿轮类型 按齿轮副结构型式分，主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动（又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动）和蜗杆蜗轮式传动等形式。在发动机横置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮；在发动机纵置
26、的汽车驱动桥上，主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动。 在现代货车车驱动桥中，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。图2.2螺旋锥齿轮传动螺旋锥齿轮如图2.2所示，主、从动齿轮轴线交于一点，交角都采用90度。螺旋锥齿轮的重合度大，啮合过程是由点到线，因此，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。螺旋锥齿轮传动的主、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，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时捏合，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也
27、是很小的。出于成本考虑，本次设计采用结构简单、成本低螺旋锥齿轮。2.3.3主减速器的减速形式主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比io的大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。通常单极减速器用于主减速比io7.6的各种中小型汽车上 （a） 单级主减速器 （b） 双级主减速器图2.3主减速器如图2.3（a）所示，单级减速驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺较简单，成本较低，是驱动桥的基本型，在货车
28、车上占有重要地位。目前货车车发动机向低速大扭矩发展的趋势使得驱动桥的传动比向小速比发展；随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，许多货车使用条件对汽车通过性的要求降低，因此，产品不必像过去一样，采用复杂的结构提高其的通过性；与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性增加。如图2.3（b）所示，与单级主减速器相比，由于双级主减速器由两级齿轮减速组成，使其结构复杂、质量加大；主减速器的齿轮及轴承数量的增多和材料消耗及加工的工时增加，制造成本也显著增加，只有在主减速比较大（7.616时，取=0。=9181.513.2.2 主减速器齿轮参数的
29、选择1、 主、从动齿数的选择 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：为了磨合均匀，之间应避免有公约数；为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40；为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车一般不小于6；主传动比较大时，尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。对于不同的主传动比，和应有适宜的搭配。主减速器的传动比为5.78，初定主动齿轮齿数z1=7，从动齿轮齿数z2=40。图3.5 主减速器轴承的布置尺寸轴承A，B的径向载荷分别为= （3.18） （3.19）式中：已知=23750N，=8962.9N，=18465.6N , 70.072mm, a=134
30、mm，b=84mm，c=50mm。所以轴承A的径向力= =14894.25N 其轴向力为0轴承B的径向力R= =8869.75N对于轴承A，只承受径向载荷所以采用圆柱滚子轴承N2209E，此轴承的额定动载荷Cr为71.0KN，所承受的当量动载荷Q=XR=114894.25=14894.25N。轴承的寿命为： s （3.20）式中： 为温度系数，在此取1.0；为载荷系数，在此取1.2；Cr额定动载荷，71.0KN：其值根据轴承型号确定。所以=2.31210s此外对于无轮边减速器的驱动桥来说，主减速器的从动锥齿轮轴承的计算转速为 r/min （3.21）式中：轮胎的滚动半径，0.527m； 汽车的平均行驶速度，km/h;对于载货汽车和公共汽车可取3035 km/h，在此取33km/h。所以有上式可得=166.57 r/min主动锥齿轮的计算转速=166.575.71=951.11 r/min。所以轴承能工作的额定轴承寿命： = 4051.4 h （3.22）式中: 轴承的计算转速，951.11r/min。若大修里程S定为100000公里，可计算出预期寿命即 = h （3.23） 所以=3030.30 h对于轴承B，在此并不是一个轴承，而是一对轴承，对于成对安装的轴承组的计算当量载荷时径向动载荷系数X和轴向