大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計含開題及CAD圖
大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計含開題及CAD圖,大運輕卡,驅(qū)動,設(shè)計,開題,CAD
XX XX
XXXX
XX設(shè)計中期報告
學 生 姓 名：
學 號：
學 院：
專 業(yè)：
設(shè)計題目：
大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計
指 導 教 師:
20XX年 5 月 12 日
設(shè) 計 中 期 報 告
姓名
班級
學號
設(shè)計題目：
大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計
本人在該設(shè)計中具體
應完成的工作：
a. 畢業(yè)設(shè)計開題報告一份；
b. 英文翻譯一份；
c. 完成驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)圖；
d、按學校要求的論文格式提交畢業(yè)設(shè)計論文一篇，字數(shù)不少于15000字；
1. 簡述畢業(yè)設(shè)計（論文）開始以來所做的具體工作和取得的進展（要詳細內(nèi)容）
1). 通過查閱《汽車構(gòu)造》等書籍和利用網(wǎng)絡(luò)搜集相關(guān)資料來掌握汽車驅(qū)動橋的組成和結(jié)構(gòu)與設(shè)計要求。
2). 完成開題報告，確定研究內(nèi)容和研究方法并完成答辯。
3).根據(jù)給定的參數(shù)結(jié)合市面相應的大運輕卡驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)初步選定驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)方案、主減速器的結(jié)構(gòu)形式、差速器的結(jié)構(gòu)形式和傳動裝置的方案；根據(jù)課題的設(shè)計要求和給定的參數(shù)計算主減速器的基本參數(shù)和計算載荷、錐齒輪強度計算、軸承載荷計算，其中要選擇適當?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性；設(shè)計計算差速器各參數(shù)，齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小，傳動效率要高且具有足夠的強度和剛度；然后進行車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼的設(shè)計與計算，體積盡量要小的 保證汽車具有足夠的離地間隙，滿足汽車通過性要求。且簧下質(zhì)量較小，滿足汽車平順性的要求。
4).通過驅(qū)動橋設(shè)計相應書籍的經(jīng)驗總結(jié)和公式來進行初步的校核，滿足了設(shè)計的基本要求。
5).根據(jù)計算的主要零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)在CATIA中完成驅(qū)動橋的建模工作并完成裝配，并開始繪制二維CAD工程圖。
設(shè) 計 中 期 報 告
2.目前存在的問題，下一步的主要研究任務(wù)，具體設(shè)想與安排（要詳細內(nèi)容）
1. 目前存在的問題
1).在論文書寫過程中相關(guān)數(shù)據(jù)沒有辦法完全確定，因此對校核產(chǎn)生了影響。
2).在繪圖過程中相關(guān)模塊較為復雜，只能近似的繪圖。
3).論文書寫過程中前后文銜接不夠緊密，內(nèi)容不夠全面。
2.后期的任務(wù)安排
下一步的研究任務(wù)主要是認真的進行論文的書寫和完善，并進行三維模型的的建立和二維圖紙的的繪制。通過廣泛查閱研究相關(guān)論文和權(quán)威書籍來完善 論論文的書寫。對已完成的內(nèi)容進行多次審閱，從內(nèi)容、結(jié)構(gòu)及用語等方面進行行調(diào)整。
設(shè) 計 中 期 報 告
3.指導教師對該學生前期研究工作的評價（是否同意繼續(xù)研究工作）
指導教師簽字：
年 月 日
備注：1、本表由學生填寫，指導教師親筆簽署意見。
2、以上各項句間距可以根據(jù)實際內(nèi)容需要調(diào)整。
- 5 -
XXXX
XX設(shè)計任務(wù)書
學 院（系）：
專 業(yè)：
學 生 姓 名：
學 號：
設(shè)計(論文)題目：
大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計
起 迄 日 期:
20XX年2月29日～20XX年6月10日
設(shè)計(論文)地點:
指 導 教 師:
責任人:
發(fā)任務(wù)書日期: 20XX年2月12日
XX設(shè) 計 任 務(wù) 書
1．畢業(yè)設(shè)計（論文）課題的任務(wù)和要求：
1. 掌握汽車驅(qū)動橋的組成和結(jié)構(gòu)；
2. 了解驅(qū)動橋設(shè)計的要求；
3. 設(shè)計計算驅(qū)動橋主要零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)；
3. 熟練掌握CATIA中的零件設(shè)計模塊，并能完成建模任務(wù)；
4. 根據(jù)計算的結(jié)構(gòu)參數(shù)在CATIA中完成驅(qū)動橋的建模工作；
5. 校核驅(qū)動橋的設(shè)計結(jié)果。
2．畢業(yè)設(shè)計（論文）課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
工作要求：
（1）查閱相關(guān)文獻15篇以上，準備資料，進行開題。
（2）查找并翻譯一篇與設(shè)計論文相關(guān)的英文資料。
（3）掌握汽車驅(qū)動橋的組成和工作原理，了解驅(qū)動橋的設(shè)計要求。
（4）計算驅(qū)動橋主要零件的性能結(jié)構(gòu)參數(shù)。
（5）根據(jù)驅(qū)動橋的主要性能參數(shù)在CATIA中建模，并校核設(shè)計結(jié)果。
（6）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文一篇。
型號
CGC1047DB33E3
額定載重
1.75噸
類型
輕型貨車
總質(zhì)量
4.315噸
軸距
3300mm
最高車速
80km/h
車身長度
2米
排量
2.672L
車身高度
2.3米
最大輸出功率
66kw
輪距
前輪距1590 mm后輪距1540mm
扭矩
220NM
整車重量
2.35噸
額定轉(zhuǎn)速
2200RPM
XX設(shè) 計 任 務(wù) 書
3．對畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(論文)、圖紙、實物樣品等)：
a. 畢業(yè)設(shè)計開題報告一份；
b. 英文翻譯一份；
c. 完成驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)圖；
d、按學校要求的論文格式提交畢業(yè)設(shè)計論文一篇，字數(shù)不少于15000字；
4．畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2017年
2月13日 ~ 2月26日
2月27日 ~ 3月10日
3月11日 ~ 3月31日
4月1日 ~ 4月25日
4月26日 ~ 5月15日
5月16日 ~ 6月1日
6月2日 ~ 6月15日
查閱相關(guān)資料，進行畢業(yè)設(shè)計的準備工作，制定技術(shù)方案；
編寫開題報告；準備開題答辯
掌握汽車驅(qū)動橋的組成和工作原理，熟悉驅(qū)動橋主要零件的設(shè)計要求。
根據(jù)已知參數(shù)計算驅(qū)動橋主要零件的主要幾何參數(shù)，并進行校核。
熟悉catia軟件，并根據(jù)已計算的驅(qū)動橋的幾何參數(shù)進行建模。
撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書；
準備和進行畢業(yè)設(shè)計答辯；
學生所在學院審查意見：
責任人：
年 月 日
XXXX
XX設(shè)計開題報告
學 生 姓 名：
學 號：
學 院：
專 業(yè)：
設(shè)計(論文)題目：
大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計
指導教師:
20XX 年3月 10日
1．選題依據(jù)：
1.1本課題研究背景及意義
隨著時代的發(fā)展，汽車的作用越來越明顯，已成為我們生活必不可少的工具，汽車的發(fā)展程度也是衡量一個國家工業(yè)化程度的重要標志[1]。汽車不僅作為一種代步工具，同時它在運輸業(yè)也有這非常重要的地位。特別是在短途運輸中因此載貨汽車的發(fā)展也非常迅速。而驅(qū)動器設(shè)計是汽車設(shè)計的重要組成部分，汽車驅(qū)動橋位于傳動系的末端，其基本的功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動車輪；并使左右驅(qū)動車輪具有汽車行駛運動學所要求的差速功能。同時驅(qū)動橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身之間的力和力矩[2]。
汽車車橋的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計參數(shù)除了對可靠性和耐久性由重要影響外，也對汽車的行駛性能如動力性，經(jīng)濟學，平順性，通過性，機動性和操縱穩(wěn)定性等有直接的影響[3]。并且隨著近年來油價的上漲，汽車的運輸成本也越來越高，因此在保證汽車的動力性的前提下，提高其燃油經(jīng)濟性也變得非常重要。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動機的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動機動力輸出之后，在從發(fā)動機—傳動軸—驅(qū)動橋這一動力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞過程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中發(fā)動機是動力的輸出者，也是汽車的心臟，而驅(qū)動橋是將動力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動機相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動機匹配性比較高的驅(qū)動橋便成為有效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，造價低廉的驅(qū)動橋能夠大大降低總車生產(chǎn)的成本，推動汽車經(jīng)濟的發(fā)展[4]。
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)，采用后輪驅(qū)動的汽車平衡性和操作性都會有很大的提高。維修費用低是后輪驅(qū)動的一個優(yōu)點[5]。國產(chǎn)驅(qū)動橋在國內(nèi)市場占據(jù)了絕大部分的份額，但仍有一定的數(shù)量的車橋依賴進口，國產(chǎn)車橋與國際先進水平仍有一定的差距。國產(chǎn)車橋的差距主要體現(xiàn)在設(shè)計和研發(fā)能力上，目前具有研發(fā)能力的車橋廠家還不多，一些廠家僅僅停留在組裝階段，實驗設(shè)備也有差距。在具體工藝細節(jié)方面，我國與世界的差距也比較大，在技術(shù)方面，輕量化，舒適性的要求將逐步提高?？傮w而言現(xiàn)在的汽車正在向著節(jié)能，環(huán)保，舒適等方面發(fā)展[6]。 目前，國內(nèi)生產(chǎn)驅(qū)動橋的企業(yè)很多，品種和規(guī)格也較為齊全，其性能和規(guī)格也基本能滿足國內(nèi)汽車和工程機械的使用需求。呈現(xiàn)了明顯的產(chǎn)業(yè)特點，有進口國外向國產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進國外技術(shù)向自主研發(fā)發(fā)展。在技術(shù)方面，通過不斷提高自身鍛造技術(shù)及工藝水平來保證研發(fā)產(chǎn)品制造質(zhì)量；通過利用先進科學的設(shè)計輔助手段來達到設(shè)計優(yōu)化的目的；通過不斷學習吸收國外先進技術(shù)逐步實現(xiàn)技術(shù)與國際接軌的目標，從而提高產(chǎn)品的核心競爭力；通過運用先進的方法和技術(shù)來提高產(chǎn)品的性能，滿足市場需求[7]。
目前國內(nèi)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的，制造效率高，成本低的方法；從齒輪減速形式上將傳統(tǒng)的中央單級減速器發(fā)展到現(xiàn)在的中央及輪邊雙極減速或雙極減速器結(jié)構(gòu)；從齒輪的加工形式上車橋內(nèi)部的主從動齒輪，行星齒輪，及圓柱齒輪逐漸采用靜默加工，以滿足汽車高速行駛要求及法規(guī)對于噪聲的控制要求[8]。隨著我國公路條件的改善和物流業(yè)對車輛性能要求的變化，汽車驅(qū)動橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級化發(fā)展的趨勢。單級橋有主減速器，是一級減速。相對雙極橋而言其通過性較差，主要用于運輸車輛[9]。雙極橋有主減速器和輪邊減速器形成二級減速。雙極橋通過性較好，單級橋優(yōu)點是制造工藝簡單，成本較低，是驅(qū)動橋的基本類型。隨著公路狀況的改善，使得汽車使用條件對汽車通過性的要求降低，因此汽車不必像過去一樣采用復雜的結(jié)構(gòu)來提高通過性，單級減速器驅(qū)動橋的優(yōu)勢盡顯[10].
在歐洲，雙極主減速器驅(qū)動橋占整個產(chǎn)品的40%，且有下降的趨勢，在美國只占10%。原因是在這些地區(qū)道路條件較好，采用單級的驅(qū)動橋成本較低。國外汽車驅(qū)動橋已廣泛采用限滑差速器[11]，牙嵌式或多片摩擦盤式和濕式行車制動器等先進技術(shù)。限滑差速器能大大減少輪胎的磨損，簡化維修工作，由于其成本較高且工藝復雜故國內(nèi)一直沒有得到應用。[12][13]
隨著計算機技術(shù)的廣泛應用，在驅(qū)動橋的生產(chǎn)制造和工作過程中，廣泛的用到了計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)和利用CATIA建模進行分析[14]，應用有限壽命設(shè)計理論及方法取代持久壽命設(shè)計理論及方法，把優(yōu)化設(shè)計，疲勞累積損傷理論等應用于驅(qū)動橋的設(shè)計當中，不但節(jié)省人力和時間，而且獲得技術(shù)經(jīng)濟最佳的設(shè)計[15]。
參考文獻
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設(shè) 計 開 題 報 告
２． 設(shè)計方案：
2.1本課題的研究內(nèi)容
本課題研究的是大運輕卡CGC4251PB32WPD3B的驅(qū)動橋設(shè)計，包括掌握驅(qū)動橋設(shè)計 計要求與過程以及校核方法，簡單分析參數(shù)計算中可能出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學生獨立思考、獨 獨立學習和解決實際問題的能力。按照給定的大運輕卡驅(qū)動橋的參數(shù)進行各部件及總成的 的設(shè)計，參考市面上大運相關(guān)型號的輕卡驅(qū)動橋參數(shù)計算出課題研究的基本參數(shù)。然后在 利用三維軟件CATIA進行三維實體的建立裝配和分析，最后進行相應的計算校核。
2.2本課題設(shè)計的技術(shù)路線
1.通過查閱《汽車構(gòu)造》和利用網(wǎng)絡(luò)搜集相關(guān)資料來掌握汽車驅(qū)動橋的組成和結(jié)構(gòu)。 構(gòu) 2.通過查閱《汽車設(shè)計》等書籍和搜集相關(guān)的論文期刊了解驅(qū)動橋設(shè)計的要求。 3. 3.根據(jù)給定的參數(shù)結(jié)合市面相應的大運輕卡驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)初步選定驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)方案 案、主減速器的結(jié)構(gòu)形式、差速器的結(jié)構(gòu)形式和傳動裝置的方案；根據(jù)課題的設(shè)計要求達 和給定的參數(shù)計算主減速器的基本參數(shù)和計算載荷、錐齒輪強度計算、軸承載荷計算，其 其中要選擇適當?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性 性；設(shè)計計算差速器各參數(shù)，齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小，傳動效率要高且具有 有足夠的強度和剛度；然后進行車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼的設(shè)計與計算，體積盡量要小的 保證汽車具有足夠的離地間隙，滿足汽車通過性要求。且簧下質(zhì)量較小，滿足汽車平順性 性的要求。 崔 4.通過驅(qū)動橋設(shè)計相應書籍的經(jīng)驗總結(jié)和公式來進行初步的校核，以滿足設(shè)計的基本 本要求。 頂 5.根據(jù)計算的主要零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)在CATIA中完成驅(qū)動橋的建模工作。然后導出二維 維CAD工程圖。 大 6.根據(jù)計算的參數(shù)和建立的三維模型，通過相應的計算過程校核驅(qū)動橋的設(shè)計成果，我 要保證不會出干涉的情況，要滿足結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修和調(diào)整方便 便。
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
指導教師意見：
指導教師：
年 月 日
附件：參考文獻注釋格式
學術(shù)期刊 作者﹒論文題目[J]﹒期刊名稱，出版年份，卷(期)：頁次
如果作者的人數(shù)多于3人，則寫前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號隔開。例如：
[1] 李峰,胡征,景蘇等. 納米粒子的控制生長和自組裝研究進展[J]. 無機化學學報， 2001, 17(3): 315~324
[2] J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods[J]. Journal of Crystal Growth, 2001,233:5～7
學術(shù)會議論文集 作者﹒論文題目﹒文集編者姓名﹒學術(shù)會議文集名稱[C]，出版地：出版者，出版年份：頁次
例如：
[3] 司宗國 謝去病 王群﹒重子湮沒快度關(guān)聯(lián)的研究﹒見趙維勤，高崇壽編﹒第五屆高能粒子產(chǎn)生和重離子碰撞理論研討會文集[C]，北京：中國高等科學技術(shù)中心，1996：105
圖書 著者﹒書名[M]﹒版本﹒出版地：出版者，出版年﹒頁次
如果該書是第一版則可以略去版次。
例如：
[4]韓其智 孫洪洲﹒群論[M]﹒北京：北京大學出版社，1987﹒101
學位論文 作者﹒論文題目[D]﹒學士(或碩士、博士)學位論文. 出版地：出版者，出版年份
例如：
[5] 陳異.納米粒子形貌控制研究[D]. 碩士學位論文. 北京：中國科學院, 2002
專利 專利所有者.專利名稱[P]. 專利國別：專利號，日期.
例如：
[6] 姜錫洲 . 一種溫熱外敷藥制備方案[P]. 中國專利：881056073，1989-07-26.
報紙類 作者.篇名[N].報紙名，出版日期（版次）
[7] 李大倫.經(jīng)濟全球化的重要性[N].光明日報，1998－12－27（3）
設(shè)計說明書
大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計
摘要
在我國的汽車制造業(yè)和交通運輸業(yè)之中，因為輕型貨車在短距運輸中的的機動性和經(jīng)濟性良好，使它在汽車產(chǎn)業(yè)中占了較大的比重，與其匹配的車橋尤其是驅(qū)動車橋的好壞會關(guān)系到輕卡整車的通過性、燃油經(jīng)濟性和平順性。由于當前公路條件的改善，輕型貨車平均速度加快，運輸效率增加。為了滿足這些要求，本次驅(qū)動橋的設(shè)計特點是制造和維修成本低、使用可靠、構(gòu)造簡單。一款很好的驅(qū)動橋，能夠降低汽車的生產(chǎn)成本，因此對輕型貨車驅(qū)動橋的設(shè)計和研究有一定的實際意義。
在本文中，詳細介紹了驅(qū)動橋的組成和結(jié)構(gòu)，分析各部分零件的功能和原理和驅(qū)動橋設(shè)計的基本要求。在此基礎(chǔ)上設(shè)計主減速器總成及齒輪、差速器總成及齒輪、半軸和驅(qū)動橋殼等部件。并且計算其尺寸參數(shù)和校核參數(shù)。最后，利用CATIA軟件進行模型的建立。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋，主減速器，差速器，半軸
Design of DaYun light truck drive axle
ABSTRACT
In the automobile manufacturing industry and transportation industry, because light trucks are mobility and economically in short distances, It makes up a large proportion in the automobile industry, and the axle matching with the light truck, especially the driving axle, will affect the pass, fuel economy and smoothness of the light truck. Due to the improvement of current highway conditions, the average speed of light truck is speeding up and transportation efficiency is increasing. In order to meet these requirements, the design of the drive axle is bound to develop in the direction of low manufacturing and maintenance costs, reliable use and simple construction.A good drive bridge, able to reduce the cost of production of the car, light truck drive axle has a certain practical significance.
In the design process, first of all, we should consult the data, master the composition and structure of the drive axle, analyze the functions and principles of each part, and understand the basic requirements of the drive axle design. On this basis, the main reducer assembly and gear, differential assembly and gear, half axle and drive axle housing and other components are designed. And calculate its size parameters and check parameters, use CATIA software to complete the establishment of the model.
Key words: Drive axle,Main reducer,Differential mechanism,Half shaft,
目 錄
1.緒論 1
1.1選題背景和意義 1
1.2國內(nèi)外驅(qū)動車橋研究現(xiàn)狀 2
1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2
1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2
1.3設(shè)計的內(nèi)容和預期成果 2
1.4小結(jié) 2
2.驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)分類及設(shè)計參數(shù) 3
2.1驅(qū)動橋的種類 3
2.2驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)組成 3
2.3驅(qū)動橋的設(shè)計要求 3
2.4小結(jié) 4
3.主減速器的設(shè)計 5
3.1減速器的結(jié)構(gòu)形式 5
3.2 主減速器的載荷計算 8
3.2.1主減速比 8
3.2.2齒輪在不同情況下的轉(zhuǎn)矩 9
3.3主減速器錐齒輪的參數(shù) 10
3.3.1主減速器參數(shù)計算 10
3.3.2錐齒輪參數(shù)表格 11
3.4 主減速器錐齒輪的材料 13
3.5主減速器齒輪的強度校核 14
3.5.1齒輪損壞形式與壽命 14
3.5.2齒輪的耐磨性 16
3.5.3主減速器錐齒輪輪齒彎曲強度 17
3.5.4錐齒輪的接觸強度計算 18
3.5.5主動齒輪軸的彎矩 19
3.6主減速器齒輪的軸承選擇與校核 19
3.6.1軸承計算的原理 19
3.6.2主動齒輪上的作用力的大小 19
3.6.2錐齒輪軸承的定向載荷 20
3.6.3軸承的使用壽命 21
3.7主減速器三維建模 22
3.8小結(jié) 22
4.差速器的設(shè)計 23
4.1差速器的結(jié)構(gòu)及形式 23
4.2差速器齒輪基本參數(shù) 23
4.2.1差速器齒輪參數(shù)的選擇 23
4.2.2半軸齒輪和行星齒輪的參數(shù)匯總 24
4.3差速器的材料 25
4.4差速器齒輪的強度計算 25
4.5差速器的CATIA模型 26
4.6小結(jié) 26
5. 車輪傳動裝置的設(shè)計 28
5.1半軸的類型 28
5.2半軸的設(shè)計 28
5.3半軸花鍵強度的計算 29
5.4半軸的材料 30
5.5半軸的CATIA三維建模 30
5.6小結(jié) 30
6.橋殼的設(shè)計 31
6.1驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)型式的選擇 31
6.2橋殼的強度校核 32
6.3驅(qū)動橋橋殼的三維建模 34
6.4小結(jié) 34
7.總結(jié) 35
參考文獻 36
致謝 37
5
第 Ⅲ 頁 共 Ⅲ 頁
1.緒論
1.1選題背景和意義
隨著社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展，汽車在大眾生活中的作用越來越大，有人將其作為一種代步工具也有人將其作為一種運輸工具，而汽車工業(yè)的發(fā)展水平也是權(quán)衡一個國家機械工業(yè)化程度的重要標志。汽車不但作為一種行駛的工具，同時它的優(yōu)劣對于運輸業(yè)者來說也有著十分重要的意義。由于我國目前基礎(chǔ)建設(shè)尤其是公路建設(shè)逐步完善加強，輕型的短距類型的貨車因其靈活性和經(jīng)濟性良好而迅速發(fā)展起來了。我國輕型貨車銷量占整體貨車比重逐漸增大，據(jù)AutoNews網(wǎng)站報道，市場研究公司R.L. Polk & Co表示在中國需求的帶動下，2012年全球輕型卡車的銷量將增加7%。因此可見輕卡在整體貨車的生產(chǎn)中占據(jù)較大的比例[1]。
驅(qū)動橋的設(shè)計是汽車設(shè)計的重要組成部分，汽車驅(qū)動橋的構(gòu)造類型和性能指標不僅對耐用性和持久性有重大影響外，也對貨車的各種性能比如動力性能、燃油經(jīng)濟性能，平順性、通過性和操穩(wěn)性等有著非常重要的關(guān)系。而且因為目前整體經(jīng)濟形勢不容樂觀，人們收入幾乎沒有增長，但燃油價格確上漲了，貨車尤其是輕型貨車在燃油方面的花費也愈來愈多了，故而在確保貨車的動力性能足夠的條件下，從設(shè)計的角度去增加整車的燃油經(jīng)濟性也變得異常的必要。為了達到從各方面降低油耗的目的。不僅要求在發(fā)動機上實行各種省油技術(shù)如渦輪增壓等技術(shù)。而且在發(fā)動機之后的傳動系中也必須為了省油而進行設(shè)計，通常體現(xiàn)在減少尺寸以減少整備質(zhì)量達到省油的目的。因此在使用一樣型號參數(shù)的發(fā)動機的情況下，如果整車配備結(jié)構(gòu)合適，性能參數(shù)良好的車橋能在節(jié)省燃油提高經(jīng)濟性方面加分不少。目前為了達到這一目的是通過C曲線來匹配發(fā)動機和驅(qū)動橋的[2]。對于大部分汽車驅(qū)動橋位于后軸處，而對于一些前驅(qū)的轎車和越野車來說前橋是轉(zhuǎn)向橋也是驅(qū)動橋，對于大部分貨車驅(qū)動橋位于后軸處及傳動系的末端，所以針對本次畢業(yè)設(shè)計的輕卡而言屬于后驅(qū)。驅(qū)動橋的作用是一般來講是減速和增扭,并將發(fā)動機傳來的轉(zhuǎn)矩用差速器分配給左右兩驅(qū)動輪，從而實現(xiàn)汽車的正常行駛。與此同時對于整體式的驅(qū)動橋來說其橋殼還必須承受作用于其上的各種力和力矩[3]。因此驅(qū)動橋的設(shè)計和制造水平對整車的性能影響是非常大的。因此本設(shè)計有非常重要的意義。
1.2國內(nèi)外驅(qū)動車橋研究現(xiàn)狀
1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀
目前國外驅(qū)動橋主要的設(shè)計研究較為成熟，新技術(shù)和新方法正在逐漸被應用。使得開發(fā)一款驅(qū)動橋的研發(fā)周期大大縮短，而且其成本也不高，由于大量相關(guān)設(shè)計校核軟件的利用使得其設(shè)計的驅(qū)動橋更加的安全可靠[4]。目前國外最新的技術(shù)包括：
(1) 并行工程開發(fā)模式
(2) 模態(tài)分析
(3) 驅(qū)動橋殼的有限元分析
(4) 高性能制動器技術(shù)
(5) 基于驅(qū)動橋的電子控制技術(shù)
1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國目前驅(qū)動橋的研發(fā)能力較弱，技術(shù)含量比較低，與國際先進水平水平相比還有不小的差距。目前的研發(fā)過程基本上是從國外引入一款驅(qū)動橋分析研究之后結(jié)合自己的情況加以改進設(shè)計，很少有廠家像國外驅(qū)動橋企業(yè)一樣有完整的開發(fā)體系與研發(fā)流程，大部分屬于逆向工程。但隨著目前高新技術(shù)的快速發(fā)展和全球化，我國的企業(yè)也逐漸與世界接軌，目前很多企業(yè)引進國外先進的研發(fā)流程和相應的計算機輔助設(shè)計應用且研發(fā)團隊的能力也在提高，相信我國的驅(qū)動橋研發(fā)能力和設(shè)計能力會逐漸與國際先進水平同步[5]。
1.3設(shè)計的內(nèi)容和預期成果
本次畢業(yè)設(shè)計是大運輕卡驅(qū)動橋的設(shè)計，該型號屬于大運祺運輕卡250批次。說明書中將要詳細介紹大運輕卡驅(qū)動橋設(shè)計的如下方面：現(xiàn)在市面上驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)分類和基本構(gòu)成，主要部件比如主減速器、差速器、半軸和橋殼的結(jié)構(gòu)組成與工作原理，關(guān)鍵易出問題的部件的設(shè)計計算和強度和疲勞壽命的校核。
其中成果包括查找并翻譯一篇與驅(qū)動橋相關(guān)的英文資料；根據(jù)驅(qū)動橋的主要性能參數(shù)在CATIA中建模；完成設(shè)計驅(qū)動橋的裝配圖；撰寫畢業(yè)設(shè)計論文一篇。
1.4小結(jié)
通過查閱資料，了解到了驅(qū)動橋尤其是輕卡驅(qū)動橋發(fā)展的現(xiàn)狀以及驅(qū)動橋的重要性。懂得了本次畢業(yè)設(shè)計的基本內(nèi)容和大體方向，從而為接下來的畢業(yè)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。
2.驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)分類及設(shè)計參數(shù)
2.1驅(qū)動橋的種類
市面上的驅(qū)動橋一般情況下分為非斷開式驅(qū)動橋和斷開式驅(qū)動橋[6]，當整車設(shè)計時如果決定采用獨立懸架時，則會采用斷開式的驅(qū)動橋。反之則用非斷開式的驅(qū)動橋，一般貨車不注重舒適性而注重經(jīng)濟性故會選擇整體式驅(qū)動橋。
1）非斷開式驅(qū)動橋
非斷開式驅(qū)動橋一般又被稱為整體式驅(qū)動橋，差速器裝在主減速器殼中與主減速器用螺栓連接在一塊成為一個整體，然后將這個整體與橋殼連接。其簧上質(zhì)量較小意味著其乘坐舒適性較差但其結(jié)構(gòu)簡單，這就是它被廣泛應用于貨車的原因[7]。它的橋殼是一根整體的空心梁。
2） 斷開式驅(qū)動橋
對于斷開式的驅(qū)動橋，它與獨立懸架相搭配，結(jié)構(gòu)內(nèi)存在著萬向傳動裝置去驅(qū)動車輪前進，其大部分結(jié)構(gòu)屬于簧上質(zhì)量的部分，因此乘坐舒適性良好，但其結(jié)構(gòu)復雜，零件多，成本高，因此被廣泛應用在轎車之中。
綜上所述，本次設(shè)計采用非斷開式驅(qū)動橋。
2.2驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)組成
非斷開式的驅(qū)動橋一般由主減速器總成、差速器總成、半軸、主減速器殼和橋殼等部件構(gòu)成。其布局如圖2.2所示。
2.3驅(qū)動橋的設(shè)計要求
通過收集資料了解到驅(qū)動橋設(shè)計的基本要求匯總?cè)缦耓8]：
1) 正確的主減速比，能夠降低油耗。
2) 保證外形尺寸不能太大，一方面能減少重量而另一方面來確保必要的地面間隙使其通過性良好。
3) 提高齒輪表面硬度和整體韌性。
4) 要保證重量適當，比如要在設(shè)計中增加簧上質(zhì)量提高汽車的平順性。
5) 與懸架導向機構(gòu)運動協(xié)調(diào)。
6) 要保證實現(xiàn)三化，及標準化、通用化、系列化。使得成本低，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。
7) 通過合理設(shè)計結(jié)構(gòu)來保證機械效要高，降低不必要的能量損耗。
結(jié)合設(shè)計任務(wù)書給定的原始數(shù)據(jù)和查閱同型號輕卡獲得的數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?.1及表2.2所示：
圖2.1 非斷開式的驅(qū)動橋
1—半軸；2—圓錐滾子軸承；3—支撐螺栓；4—主減速器從動錐齒輪；5—油封；
6—主減速器齒輪傳動錐齒輪；7—彈簧座；8—墊圈；9—輪轂；10—調(diào)節(jié)螺母
2.4小結(jié)
本章按照任務(wù)書上已給的數(shù)據(jù)結(jié)合上網(wǎng)查詢信息得知，本次設(shè)計的型號為大運輕卡祺運250批的方案，從而確定了所匹配發(fā)動機的型號、變速箱的型號和參數(shù)以及輪胎的型號等參數(shù)，也了解到了驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計的基本要求，加深了對驅(qū)動橋的了解。
表2.1變速器傳動比
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
R
變速器傳動比
5.528
2.836
1.634
1.00
0.794
5.011
表2.2大運輕卡整車設(shè)計參數(shù):
型號
CGC1047DB33E3
額定載重
1.75噸
類型
輕型貨車
總質(zhì)量
4.315噸
軸距
3300mm
最高車速
80km/h
車身長度
2米
排量
2.672L
車身高度
2.3米
最大輸出功率
66kw
輪距
前輪距1590 mm后輪距1540mm
扭矩
220NM
變速器
LG5-20
最大扭矩轉(zhuǎn)速
2200RPM
輪胎型號
6.50-16 7.00-16
后橋
2575
3.主減速器的設(shè)計
3.1減速器的結(jié)構(gòu)形式
3.1.1主減速器齒輪類型的選擇
主減速器一般情況下可據(jù)據(jù)傳動齒輪的類型、減速的方式和主、動齒輪的支撐方式的區(qū)別來區(qū)分。
主減速器按齒輪類型可分為圓柱齒輪、圓錐齒輪和準雙曲面齒輪等的形式。其中弧齒錐齒輪工作穩(wěn)定振動和噪聲低，但受嚙合精度的影響較大，一旦嚙合不吻合就會使齒輪磨損加劇和噪聲加大；雙曲面齒輪與之相比傳動比較大、尺寸較小與更加的平穩(wěn)可靠，但其加工精度要求較高從而成本較高；發(fā)動機前置且橫置的乘用車上一般比較多用圓柱齒輪傳動上。在目前輕卡驅(qū)動橋中，主減速器經(jīng)常使用的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪[9]。
螺旋錐齒輪如圖3.1（a）所示，主動齒輪和從動齒輪的軸線相交且夾角為。齒輪在嚙合時的重合度大，嚙合時是由點到線的，是逐漸嚙合的，有一個過程。故螺旋錐齒輪能承擔較大的負荷，并且在運行過程中嚙合平穩(wěn)，即便在在快速運行時其噪聲和振動也不大。
雙曲面齒輪如圖3.1（b）所示，主動齒輪的軸線不與從動齒輪相交而且成夾角。和螺旋錐齒輪比較來說，當雙曲面齒輪的大小一致時，雙曲面齒輪具有比螺旋錐齒輪更大的傳動比；當所給傳動比固定時，而主動齒輪相同是，雙曲面齒輪的軸徑比螺旋錐齒輪會更大，并且輪齒強度與軸承剛度較大；同時雙曲面齒輪的半徑也小，離地間隙比較大，從而使整車有更好的通過性和越野性；在其工作過程中，雙曲面齒輪的嚙合處在兩個方向都有滑動使其運行更加平穩(wěn)。
（a） (b)
圖3.1主減速器齒輪
3.1.2主減速器減速形式的選擇
主減速器也可根據(jù)其幾級減速分為單級主減速器是、雙極主減速器和雙速主減速器等形式。單級主減速器具有構(gòu)造和設(shè)計較為簡單和成本低等優(yōu)點因而經(jīng)常被用于主減速比的乘用車和輕型貨車上?？傊亓枯^小的輕卡通常使用單級主減速器；雙極主減速器通常會用在主減速比的總重量較大的載貨車上；
（a）單級主減速器 （b）雙級主減速器
圖3.2主減速器
如圖3.2（a）所示，驅(qū)動橋中結(jié)構(gòu)最為簡單的就是單級主減速器，各部分盡量使用標準件，因為通用化零件儲量多因此成本低，單級主減速器是以上幾種中最基本的類型，輕型貨車基本都使用單級的主減速器。由于現(xiàn)在交通發(fā)達便捷。單級主減速器由于構(gòu)造簡單結(jié)合路面條件改善因此得到了大量的使用。
如圖3.2（b）所示，雙級的主減速器由兩級減速齒輪構(gòu)成，其體積較大，各種零部件較多使其結(jié)構(gòu)更為復雜，其成本也較單級主減速器高。因此只用于大型貨車。
考慮本次驅(qū)動橋設(shè)計的基本要求，故主減速器選用螺旋錐齒輪式的單級主減速器。
3.1.3主減速器主動齒輪和從動齒輪的支撐形式
(a) (b)
圖3.3主動齒輪支撐形式
主減速器齒輪正確嚙合不僅與齒輪的形式有關(guān)而且也與支撐形式有很大的關(guān)系，其中主動錐齒輪的支撐方式分為跨置式支撐如圖3.3（b）和懸臂式支撐如圖3.3（a）所示，懸臂式支撐結(jié)構(gòu)簡單但是剛度較低，而當載荷較大時變形較大影響正確的嚙合造成齒輪損壞，而懸臂式則相反。
主減速器從動齒輪一般只有跨置式支撐的支撐形式其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。
故本次設(shè)計輕卡減速器主動錐齒輪采用懸臂式支撐形式；從動錐齒輪則是跨置式支撐形式。
圖3.4從動齒輪支撐形式
3.2 主減速器的載荷計算
3.2.1主減速比
一般對于乘用車和公共汽車而言，發(fā)動機功率給定的情況下。計算可以參考計算公式（3.1）
=0.377= =5.56 (3.1)
—主減速器主減速比
—車輪的滾動半徑（m）：根據(jù)參考車型取0.369
—最大功率的轉(zhuǎn)速（r/min）；
—汽車所達到的最高車速（km/h）；
—汽車變速器最高擋的傳動比；
對于其他汽車而言如本次設(shè)計的大運輕卡，為了用降低車速的辦法來得到足夠的功率儲備，主減速比一般應選的比按（3—1）的大10％～20％。對于本課題大運輕卡而言應按下式計算：
=（0.377～0.472）=5.56～6.96
初選 =5.7
—分動器高檔傳動比：本設(shè)計沒有分動器故取1；
—輪邊減速器傳動比：取1；
此時計算出來的的主減速比應與同類車型的參數(shù)相比較并考慮主從動齒輪所選的齒數(shù)對的值予以矯正并最終確定下來[10]。
3.2.2齒輪在不同情況下的轉(zhuǎn)矩
汽車行駛過程中由于路面不平等因素造成傳動過程中傳遞載荷不是一成不變的，因此幾乎不能算出齒輪上的載荷，把發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩搭配變速器最低檔傳動比和車輪在好路面上開始滑轉(zhuǎn)時的從動齒輪的載荷的較小者進行強度檢驗[11]。
1) 從動齒輪：
① 按最大輸出轉(zhuǎn)矩
(3.2) —突然與離合器相接所產(chǎn)生的動載系數(shù)，由于故=0，=1；
—發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，220；
—液力變矩器變矩系數(shù)，沒有液力變矩器故取1；
—變速器一檔傳動比；
—分動器傳動比取1；
—發(fā)動機到萬向傳動軸之間的傳動效率，取0.96；
—驅(qū)動橋數(shù)取1；
② 按驅(qū)動輪在良好路面上打滑時的轉(zhuǎn)矩
(3.3) —滿載下驅(qū)動橋的靜載荷，取65%的滿載質(zhì)量，=2804N;
—從動齒輪到車輪之間的傳動比；
—從動齒輪到車輪之間的傳動效率；
—負載系數(shù),取值為1.2;
—輪間附著系數(shù),取值為0.85;
③ 按從動輪的平均轉(zhuǎn)矩
(3.4) G—汽車滿載質(zhì)量,;
—道路滾動阻力系數(shù)，取0.015；
—汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)，取0.05；
—汽車的性能系數(shù)
故=0；
2) 主動齒輪：
(3.5)
① 由發(fā)動機最大扭矩和最低傳動比確定的主動錐齒輪的轉(zhuǎn)矩
② 當驅(qū)動輪打滑時主動齒輪的轉(zhuǎn)矩
③ 主動錐齒輪的平均轉(zhuǎn)矩
計算錐齒輪強度時，計算轉(zhuǎn)矩；
當計算錐齒輪疲勞壽命時；
3.3主減速器錐齒輪的參數(shù)
3.3.1主減速器參數(shù)計算
1）主動錐齒輪齒數(shù)的確定
選取要求
① 為了主從動齒輪嚙合平穩(wěn)，應大于40；
② 為了保證磨損勻稱，應避免存在公約數(shù)；
③ 為了齒輪嚙合運行平穩(wěn)，振動小，不小于６；
④ 大時，應小些，以保證汽車有足夠的通過性。
因此選符合這些要求。
2）節(jié)圓直徑以及端面模數(shù)
(3.6)
—直徑系數(shù)，取14
(3.7)
此處取
3） 齒面寬度的確定
一般情況下主減速器螺旋錐齒輪齒面面寬度采用下列經(jīng)驗公式選取。
大齒寬
一般使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪略大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大10%比較合適。
小齒寬
4） 中點螺旋角
螺旋角一般指的是齒面寬中點處的螺旋角，一般取。
5）法向壓力角
載貨汽車齒輪法向壓力角一般為。
6) 螺旋方向
從主動錐齒輪的錐頂往下看，中間線上邊向左偏為左旋，向右偏為右旋。主動、從動齒輪方向相反。為了不使汽車在前行時主從動齒輪靠近。故主動錐齒輪選擇為左旋，從動錐齒輪為右旋。
3.3.2錐齒輪參數(shù)表格
設(shè)計計算錐齒輪基本參數(shù)，如表3.1所示：
表3.1
序號
計算公式
數(shù)值
注 釋
1
7
小齒輪齒數(shù)
2
40
大齒輪齒數(shù)
3
6mm
模數(shù)
4
44mm
小齒輪齒面寬
續(xù)表3.1
序號
計算公式
數(shù)值
注 釋
5
40mm
大齒輪齒面寬
6
20°
壓力角
7
9.36mm
齒工作高,查表3.2取1.65
8
10.40mm
齒全高,查表3.2取1.83
9
90°
軸交角
10
42mm
小齒輪分度圓直徑
11
10°
小齒輪節(jié)錐角
12
80°
大齒輪節(jié)錐角
13
121mm
節(jié)錐距
14
18.85mm
周節(jié)
15
1.62mm
大齒輪齒頂高,取0.38
16
7.74mm
小齒輪齒頂高
17
2.66mm
小齒輪齒根高
18
8.78mm
大齒輪齒根高
19
1.04mm
徑向間隙
序號
計算公式
數(shù)值
注 釋
20
1.26o
小齒輪齒根角
21
4.15°
大齒輪齒根角
22
14.15°
小齒輪面錐角
23
81.26°
大齒輪面錐角
24
8.47°
小齒輪根錐角
續(xù)表3.1
序號
計算公式
數(shù)值
注 釋
25
75.85°
大齒輪根錐角
26
57.26mm
小齒輪外緣直徑
27
247.55mm
大齒輪外緣直徑
28
118.66mm
小齒輪至齒輪外緣的距離
29
19.40mm
大齒輪至齒輪外緣的距離
30
4.91mm
大齒輪弧齒厚，取0.9
31
13.94mm
小齒輪理論弧齒厚
32
35°
螺旋角
表3.2 輕型貨車螺旋錐齒輪的、和
主動齒輪齒數(shù)
5
6
7
8
9
10
11
從動齒輪最小齒數(shù)
34
33
32
31
30
29
26
法向壓力角
20o
螺旋角
35° 40°
35°
從動齒輪工作齒高系數(shù)
1.43
1.50
1.56
1.61
1.65
1.68
1.96
1.70
從動齒輪齒高系數(shù)
1.58
1.67
1.73
1.79
1.83
1.87
1.88
1.89
從動齒輪齒頂高系數(shù)
0.16
0.22
0.27
0.33
0.38
0.44
0.49
0.52
3.4 主減速器錐齒輪的材料
主減速器錐齒輪的使用條件差，汽車運行過程中是一個動態(tài)的過程，由于路面和發(fā)動機振動等一系列因素造成齒輪受到的沖擊載荷較大因此與傳動系中其他齒輪比較，它的工作條件更差。它要在長時間在運作以保證車輛的前行，因此齒輪磨損非常嚴重。故齒輪材料的選擇必須要滿足以下要求：
1）選擇的材料必須保證齒輪彎曲強度和表面強度要足夠，齒輪的表面處理后要有足夠高的硬度使其更加耐磨結(jié)實。
2）為了避免齒輪太脆而無法適應無規(guī)律的沖擊載荷，主減速器錐齒輪的齒輪內(nèi)部應該剛度低一點韌性強一些。
3）加工性能好、鍛造性和熱處理性好。
4）因為一些合金元素會極大的改變鋼材的性能故不用含有鎳、錳、鉻元素的鋼材。
汽車內(nèi)的各種齒輪的材料尤其是主減速器中的齒輪基本上使用的都是合金的滲碳鋼，比如20MnVB、22CrNiMo、20CrMnTi及20MnTiB等鋼材，通過表面滲碳處理，使其表面具有一層非常堅硬的薄膜，這使它不易磨損，而且能承受巨大壓力。主減速器齒輪的內(nèi)部剛度低故韌勁較大，因此基本上都是里邊比較軟外邊比較硬，這種材料使得傳動齒輪既有韌性又耐磨，并且當它承受較大的壓力時齒輪有一定的變形不易折斷從而提高其壽命。
在目前的機械制造業(yè)中，對于錐齒輪來進行精細的切削加工和正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)和表面滲碳和滲氮的熱處理工藝，然后在進行磷化處理和電鍍鉻或銅。最后在輪齒齒面上進行噴丸的操作。這樣做的目的是為了增加錐齒輪的整體強度和它的局部表面強度，防止齒輪在工作過程中膠合、磨損、表明損傷而導致齒輪損壞，提高齒輪的使用壽命[12]。
3.5主減速器齒輪的強度校核
3.5.1齒輪損壞形式與壽命
當計算完主減速器錐齒輪的詳細尺寸參數(shù)以后。為了驗證所計算的幾何尺寸是否合理是否滿足其工作是的強度要求，因此已對其強度進行校核計算。在此之前，需要了解齒輪損壞的類型和使其損壞的具體原因。
齒輪在工作一段時間后會發(fā)生齒面膠合、點蝕和剝落、輪齒折斷等損壞方式[13]。它們的影響因素分述如下：
（1）輪齒折斷
輪齒的折斷一般由彎曲強度不夠造成的過載折斷和材料在反復的沖擊載荷下的疲勞折斷組成的。而齒輪的折斷多半是從齒根處折斷的，這是由于齒輪根部處與齒輪受力處的距離造成其彎曲應力變得很大。
①疲勞折斷：在主減速器工作過程中主從動齒輪一直承受著較大的交變載荷，輪齒的跟部遭受交變的彎曲載荷應力。若是最大應力處的應力超過材料的強度極限的話，那么最初產(chǎn)生的裂痕應該在在齒根處。但隨著汽車行駛里程的增加也意味著作用在齒輪上的循環(huán)載荷次數(shù)的增多時，導致其產(chǎn)生的裂縫愈來愈大，到最后整個齒輪斷開失效，在發(fā)生輪齒斷裂的地方由于在載荷作用下的摩擦使得斷裂面比較光滑，這就是疲勞斷裂的特征之一。
②過載折斷：因為設(shè)計的時候考慮不周或者選用的齒輪材料及表面熱處理與要求不相符，亦或是因為突然性的沖擊載荷，使其所受到的載荷超過了規(guī)定的彎曲強度所要求的大小，從而使得輪齒折斷而失效。
為了避免輪齒因為強度不夠而折斷，應該使其存在足夠的疲勞和彎曲的強度，并選用合適的模數(shù)、壓力角、齒高和齒側(cè)間隙。齒輪材料的選擇要性能良好且熱處理的方式和質(zhì)量要合適等。齒根處所倒的圓角要大，齒根和齒表面要足夠的光滑。
（2）齒面的點蝕及剝落
齒面的點蝕和剝落是齒輪的主要表面損壞失效形式。它會造成輪齒嚙合不平穩(wěn)其噪音和振動增大傳動效率下降。它主要由于表面接觸強度不足而引起的。
①點蝕 點蝕實質(zhì)是兩傳動齒輪輪齒在傳遞載荷時的撞擊而形成的。由于撞擊通常會發(fā)生在節(jié)點附近，因此在節(jié)點附近尤其是小齒輪節(jié)圓以下的齒根內(nèi)，經(jīng)常會形成很小的齒面裂痕之后逐漸形成凹坑，點蝕現(xiàn)象就是凹坑或一些小的點狀的坑。一般首先產(chǎn)生在幾個齒上。當齒輪一直在傳遞載荷的時候，就會使這些點狀的坑或者凹坑的尺寸增大數(shù)目增多，嚴重的會慢慢的使齒輪齒面變得極為不平，會引起很大的附加動載荷的噪音。如果不知情還在繼續(xù)使用工作那么會發(fā)生輪齒折斷或失效。但可以通過在設(shè)計時就考慮減小工作的壓力和改善潤滑方式去避免點蝕。也可以通過增大螺旋角與加大節(jié)圓半徑去做到這一點，同時增大齒寬也可以減少點蝕的概率。
②齒面剝落：齒面剝落顧名思義是齒面上的材料在循環(huán)壓力的作用下脫落，在齒面會形成比點蝕更深的坑而且是沿著齒寬方向分布，形狀是沿著輪齒表面的垂線向下陷入。造成齒面剝落的原因是表面處理比如滲碳和滲氮處理形成的表面薄膜太薄或者處理不當其產(chǎn)生的硬皮也會剝落，且內(nèi)部的硬度不夠也會造成這一后果。
（3）齒面膠合
減速器在工作過程中，內(nèi)部是封閉的故氣壓較高而且在高速運行過程中大量的滑摩產(chǎn)生的高溫，如果潤滑系統(tǒng)的功能不好會使的油膜損壞兩齒輪之間接觸產(chǎn)生金屬之間的摩擦，將由于高溫和高壓導致的金屬粘連離開時撕扯下來造成表面的損壞的現(xiàn)象叫做齒面膠合。齒面膠合大多發(fā)生在齒頂處。其中膠合的強度高低與否是由臨界溫度來確定的。目前是通過改善潤滑的方式來減少這類情況的發(fā)生。
（4）齒面磨損
一般意義上的齒面磨損是指由于齒面間的摩擦、相對運動或突出物的擦傷所產(chǎn)生的輪齒失效的現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。磨損產(chǎn)生的原因主要是齒面剝落的碎屑顆粒、維修時會帶進一些雜物，比如清理掉橋殼鑄造時的砂子、一些鐵皮屑等和潤滑液中的一些雜物，需要清理干凈。比如磨合期后檢修時更換潤滑油的目的，一方面是由于潤滑油變質(zhì)，另一方面是去除其中的雜質(zhì)。
對于汽車驅(qū)動橋中的齒輪來說， 受力為交變的載荷，所以其最常見的損壞形式是疲勞強度不夠造成的齒輪失效。表3.3給出了驅(qū)動橋錐齒輪的許用應力。
表3.3驅(qū)動橋齒輪的許用應力 ( N／mm)
平均計算載荷
主減速器錐輪許用彎曲應力
主減速器錐齒輪許用接觸應力
差速器齒輪許用彎曲應力
，中的較小者
700
2800
980
210.9
1750
210.9
3.5.2齒輪的耐磨性
齒輪單位齒長圓周力可用來表示耐磨性，用下列經(jīng)驗公式計算：
(3.8)
p —單位齒長上的圓周力，N/mm；
P —工作時作用其上的圓周力，一般按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩來進行計算。
如果用發(fā)動機輸出最大轉(zhuǎn)矩且一檔時計算時：
<1942
—為發(fā)動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩，取220；
—為變速器一擋傳動比，即=5.528 ；
—為主動齒輪節(jié)圓的直徑，取44mm；
按發(fā)動機輸出最大轉(zhuǎn)矩且直接檔計算時：
<250
表3.4 單位齒長上的許用圓周力 (/mm)
類別
檔位
一檔
二檔
直接檔
轎車
893
536
321
載貨汽車
1429
250
公共汽車
982
214
牽引汽車
536
250
因此表面耐磨性校核成功。
3.5.3主減速器錐齒輪輪齒彎曲強度
貨車主減速器齒輪輪齒的計算彎曲應力一般按下列公式計算：
(3.9)
— 尺寸系數(shù)；
—主動齒輪的計算轉(zhuǎn)矩取，從動齒輪計算轉(zhuǎn)矩取；
—過載系數(shù)，??；
—齒面載荷分配系數(shù)，?。?
—質(zhì)量系數(shù)，取1；
—齒輪齒面寬；
—從動齒輪分度圓直徑，取240mm；
—齒輪的輪齒彎曲應力綜合系數(shù)，取0.25見圖3.5；
將上面所示參數(shù)代入式（3-9），有：
從動錐齒輪： =604 Mpa；
主動錐齒輪： =580 Mpa；
減速器齒輪輪齒的計算彎曲應力主動，因此齒根彎曲強度滿足要求。
圖3.5 輪齒彎曲應力綜合系數(shù)
3.5.4錐齒輪的接觸強度計算
齒輪的接觸計算應力（N／mm），為公式3.10所示：
(3.10)
1)轉(zhuǎn)矩輸出最大
2)正常行駛時
經(jīng)過以上的校核，本次設(shè)計的主減速器齒螺旋錐齒輪的接觸強度滿足要求。
3.5.5主動齒輪軸的彎矩
圖3.6 主動齒輪軸彎矩圖
危險截面上的合成彎曲應力為 ：
(3.11)
—彎曲截面系數(shù),，D=37mm；
—主動齒輪計算轉(zhuǎn)矩為187.04Error! Reference source not found.
—危險截面彎矩，主動齒輪徑向力為1167.23N。
經(jīng)計算，=76.4MPa<=230Mpa
所以主動齒輪軸的彎曲強度是能達到使用要求的。
3.6主減速器齒輪的軸承選擇與校核
3.6.1軸承計算的原理
軸承的計算主要去是計算軸承的壽命是否合格。一般是通過已經(jīng)計算過的主減速器的尺寸參數(shù)來初步確定軸承的型號，然后根據(jù)此型號軸承的尺寸和它受到的載荷來校核該軸承的壽命是否合格，否則必須更換強度更高的軸承。
3.6.2主動齒輪上的作用力的大小
因為汽車在工作的過程當中會頻繁的跟換檔位，因此主減速器上齒輪受到轉(zhuǎn)矩是在變化的,因此在計算和校核過程中就必須確立一個合理計算轉(zhuǎn)距[14]。計算轉(zhuǎn)矩可以按照下列公式求得
(3.12)
——
，…——分別取1、2、5、15、77.5；
，…——分別為5.528、2.836、1.634、1、0.794；
,…——分別取50、60、70、70、60。
經(jīng)計算T=164N·m
1）主動錐齒輪齒寬處的中心的圓周力。
(3.13)
2)作用在主動錐齒輪上的力的計算
齒輪的軸向、徑向力為
根據(jù)表3.1得：，，
3.6.2錐齒輪軸承的定向載荷
主減速器軸承本次設(shè)計采用圓錐滾子軸承，此外需要同時考慮軸向載荷與徑向載荷，軸承支撐位置結(jié)構(gòu)圖如圖3.8所示：
徑向載荷的計算:
= (3.14)
(3.15)
圖3.7錐齒輪軸承結(jié)構(gòu)簡圖
，， , , ，，。
帶入公式得：
3.6.3軸承的使用壽命
軸承的使用壽命計算
(3.16)
?。蝗。?
軸承A：
===7458 h>3333.4 h
軸承B：
Q=
===3397 h>3333.4 h
故軸承使用壽命符合校核。
3.7主減速器三維建模
如圖3.8、圖3.9、圖3.10所示為主減速器的CATIA三維建模圖；
3.8主減速器主動齒輪
3.9主減速器從動齒輪
3.10主減速器
3.8小結(jié)
本章對主減速器結(jié)構(gòu)進行選擇，相關(guān)零件的參數(shù)進行計算并進行校核，加深了對主減速器設(shè)計以及制造方面的理解，明白了主減速器設(shè)計過程中具體要求和方法并結(jié)合實際情況加以選擇。對螺旋錐齒輪的相關(guān)幾何尺寸參數(shù)列表整理，對主減速器齒輪的材料及熱處理進行了簡要的說明。
4.差速器的設(shè)計
4.1差速器的結(jié)構(gòu)及形式
在車輛前進過程中，車輛的兩驅(qū)動輪需要滾過的長度通常是不一樣的。就比如汽車轉(zhuǎn)彎的時候，外側(cè)的車輪比內(nèi)側(cè)的車輪滾動的距離要長。由于兩邊車輪胎壓不一樣、磨損情況也不同、載荷情況也不一樣以及左右車輪前進時的路況也不同，從而導致兩側(cè)車輪不可能相同，若兩車輪剛性固連在一塊，則在行車過程中會發(fā)生滑轉(zhuǎn)，這是非常危險的會導致轉(zhuǎn)向和操縱性變差。
差速器的功能是通過路況的不同及兩輪前進路程不同來輸出兩半軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。差速器一般分為對稱式錐齒輪差速器、滑塊凸輪式差速器與蝸輪式差速器等。對稱式錐齒輪差速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般包括差速器殼、行星齒輪、半軸齒輪、十字軸等一系列零部件。其具有成本便宜、安裝十分方便及相關(guān)零件市場保有量大從而損壞后便于更換等多種的優(yōu)點，在各種車輛中得到大量的使用[15]，因此本次設(shè)計使用對稱式錐齒輪差速器。如圖4.1所示：
圖4.1 差速器結(jié)構(gòu)示意圖
4.2差速器齒輪基本參數(shù)
4.2.1差速器齒輪參數(shù)的選擇
1）行星齒輪數(shù)目的選擇
普通乘用車因為載荷較小一般用兩個行星齒輪就足夠了，而對于載貨車和越野車因為載荷相對較大一般四個行星齒輪，故。
2） 行星齒輪球面半徑
行星齒輪球面半徑的大小其反應了差速器錐齒輪節(jié)錐距和強度的大小，一般可根據(jù)下列經(jīng)驗公式去確定
(4.1) —球面半徑系數(shù)，一般選值范圍在，此設(shè)計差速器的行星齒輪有4個，球面半徑系數(shù)取值盡量往小取，故取2。
T—計算轉(zhuǎn)矩，取，T取6238.9；
根據(jù)公式（4-1）得：= 故預先選定的節(jié)錐距
3）行星齒輪齒數(shù)和半軸齒輪齒數(shù)
在選擇行星齒輪和半軸齒輪的齒數(shù)時需要保證達到以下要求：；；；兩個半軸齒輪的齒數(shù)之和一定要能被行星齒輪數(shù)整除。
根據(jù)以上的要求，選擇；；；
4）壓力角α
現(xiàn)在的差速器的齒輪大多都使用22.5°的壓力角。這樣的話可以將最小齒數(shù)可減少到10，而且當切的過程中當小齒輪齒頂不變尖的情況下，還能修正半軸齒輪的齒厚，這樣的話半軸齒輪和行星齒輪的強度可以趨于一致。因此在這里選22.5°的壓力角。
4.2.2半軸齒輪和行星齒輪的參數(shù)匯總
表4.2 半軸齒輪與行星齒輪基本數(shù)據(jù)計算后匯總?cè)缦?
序號
計算公式
計算結(jié)果
1
2
=14～25
3
4
;
5
6
7
續(xù)表4.2
序號
公式
計算結(jié)果
8
9
10
；
11
，
，
12
13
14
;
;
15
=-
16
=;
；
17
；
;
18
；
;
19
;
mm;mm
4.3差速器的材料
當前市面上的汽車差速器錐齒輪大多使用滲碳合金鋼(含碳量低于0.30%)生產(chǎn)而成，也有用氰化合金鋼制造的。例如20CrMoTi、20CrMnTi、20CrMo及22CrMnMo等。因為對差速器齒輪的制造的具體要求不高，所以目前差速器經(jīng)常會用到精鍛技術(shù)[16]。
4.4差速器齒輪的強度計算
因為行星齒輪大部分情況下在差速器的運行過程中只起等臂桿的功能，僅僅當兩車輪行程不相等才有轉(zhuǎn)速差，行星齒輪和半軸齒輪之間才有相對運動，并且它的尺寸不能太大，所以齒輪只進行彎曲強度的校核計算。當承受載荷很大，只有在轉(zhuǎn)彎時或一側(cè)打滑時對差速器齒輪進行彎曲強度計算，而不進行疲勞壽命的校核。
差速器齒輪的強度校核
(4.2)
—差速器行星齒輪傳遞給半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計算式為
—計算轉(zhuǎn)矩
—過載系數(shù)
—尺寸系數(shù)
—齒面載荷分配系數(shù)
—綜合系數(shù)，取0.225
—質(zhì)量系數(shù)
1）按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩
此處
2）以汽車行駛的平均轉(zhuǎn)矩來確定的計算轉(zhuǎn)矩
（）
根據(jù)校核，輪齒強度合格。
4.5差速器的CATIA模型
主減速器三維建模如圖4.2和圖4.3所示。
4.6小結(jié)
在本章中對差速器的結(jié)構(gòu)原理進行了詳細的說明，同時對其參數(shù)進行選擇和計算，對差速器齒輪詳細參數(shù)列表整理，依據(jù)計算參數(shù)對差速器齒輪進行強度校核，并介紹齒輪常用材料。多差速器有了更系統(tǒng)和深入的了解。
4.2差速器各部件三維爆炸圖
4.3差速器圖
5. 車輪傳動裝置的設(shè)計
車輪的傳動裝置一般是在傳動系的尾端，其基本功用是把轉(zhuǎn)矩由半軸傳遞到車輪上驅(qū)動車輪的滾動。車輪傳動裝置的類型和所選用的驅(qū)動橋的類型關(guān)系很大，例如在斷開式的驅(qū)動器中，驅(qū)動傳動裝置包括半軸和萬向傳動裝置，且為了精確的傳遞動力，萬向傳動裝置使用的是等速的萬向節(jié)；而對于普通的整體式的驅(qū)動橋來說，車輪的傳動裝置就是半軸，通過半軸將差速器的半軸齒輪和輪轂聯(lián)結(jié)成一個整體[17]。
5.1半軸的類型
驅(qū)動橋內(nèi)的半軸根據(jù)其外端支撐形式或受力狀況的不同一般可分為半浮式、四分之三浮式和全浮式。查閱文獻[16]綜合所述，輕型載貨汽車驅(qū)動橋的設(shè)計，采用全浮式半軸。如圖5.1所示：
圖5.1全浮式半軸的結(jié)構(gòu)圖
5.2半軸的設(shè)計
1)全浮式半軸負荷的計算
作用在半軸上的負荷
(5.1)
（轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)）
2)全浮式半軸桿部直徑
(5.2)
—半軸桿部直徑，mm；
—半軸的計算轉(zhuǎn)矩，；
—半軸扭轉(zhuǎn)許用應力，Mpa。
根據(jù)上式帶入＝4159，得：
32.97mm≤≤35.06mm
?。篸=33mm
安全系數(shù) =1.5
=1.5×33=50mm
3)全浮式半軸的計算轉(zhuǎn)矩按下列公式計算
(5.3)
半軸扭轉(zhuǎn)應力的計算方式：
(5.4)
—半軸的扭轉(zhuǎn)應力，MPa；
—半軸的計算轉(zhuǎn)矩，T=4519Nm；
—半軸的直徑，即。
代入公式得：=184MPa<=490～588MPa
5.3半軸花鍵強度的計算
1) 擠壓應力的確定：
(5.8)
，，，，，
將數(shù)據(jù)帶入（5-5）和（5-6）兩式得：
=51Mpa
=137MPa
3）最大扭轉(zhuǎn)角
(5.7)
;
;
在計算半軸強度是否滿足要求時，要考慮材料的性能以及半軸的加工方法和熱處理的方式同時很重要的是汽車的使用條件，如果汽車的噸位大，行進的路面條件差那么半軸的校核就更加的嚴格。當使用45號鋼作為全浮式半軸的材料時，半軸扭轉(zhuǎn)屈服極限應達到780MPa。當安全系數(shù)為1.3～1.6時，半軸許用應力可取為[＝490～588MPa。故校核合格。
5.4半軸的材料
關(guān)于半軸的選材，過去大都使用含鉻的中碳鋼，我國開發(fā)出新的鋼種如40MnB來作為半軸材料，效果很好。近年來隨著高頻、中頻感應淬火的廣泛運用以及噴丸處理、滾壓半軸凸緣根部過渡圓角增強半軸的先進工藝，半軸的疲勞強度可以大大提高。由于其表面經(jīng)過特殊處理而產(chǎn)生一層高強度的薄膜，半軸上在加工過程中形成了表面殘余應力，能抵消由材料疲勞引起的半軸失效。從降低制造成本的目標出發(fā)，許多驅(qū)動橋廠商都更喜歡用成本更為低廉的中碳鋼比如45號鋼[18]。
5.5半軸的CATIA三維建模
如圖5.2所示為半軸的三維模型圖
5.6小結(jié)
本章中對半軸的功用和類型進行了詳細的介紹，并進行半軸尺寸的計算并對所選的半軸進行強度校核，并對半軸材料進行介紹。
5.2半軸
6.橋殼的設(shè)計
驅(qū)動橋橋殼是汽車總成的重要部件之一，它在汽車運行的過程中要承受極重的負荷，并受由車輪傳來的路面反力和反力矩。驅(qū)動車橋在設(shè)計的工過程中一定要計算橋殼的的受力，必須要有足夠的剛度和強度，一方面可以保證橋殼不會發(fā)生斷裂損壞另一方面也可以保證驅(qū)動橋中動力的穩(wěn)定性和其他零件工作的可靠性。在此基礎(chǔ)上必須要保證成本低、工藝簡單、維修方便。
6.1驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)型式的選擇
驅(qū)動橋橋殼構(gòu)造大致有可分式橋殼、組合式橋殼以及整體式橋殼這三種類型，下邊將仔細分析每款橋殼的特點：
斷開式橋殼由從中間斷開分為左右兩部分，這兩斷由用螺栓聯(lián)結(jié)成一體。每一段由一個鑄造外殼和一個壓入其外端的半軸套管構(gòu)成，并通過鉚釘連接套管和驅(qū)動橋殼體。該型驅(qū)動橋殼構(gòu)造簡便，制造方便，使得主減速器整體鋼度比較好。但拆卸、調(diào)整、維修非常不方便。但由于它的橋殼不是鑄造而成，幾部分卻是用螺栓連在一起的，所以它的承載力不是很高，輕型貨車較少使用。
組合式橋殼的主減速器殼和橋殼制鑄造成為一個部分，并采用無縫鋼管強壓進驅(qū)動橋殼的側(cè)，中部用焊塞或銷釘聯(lián)結(jié)住。其好處是從動齒輪軸承支撐剛度好，主減速器制造工藝性好，維修和保養(yǎng)方便，但加工要非常高的精度成本較高。
整體式橋殼是簡單來說就是一個根整體鑄造而成的空心梁，驅(qū)動橋殼與主減速器殼是分開的。其強度和剛度正好適合。使的主減速器和差速器的維修很是靈活方便，主減速器和差速器齒輪都安裝在主減速器殼上，主減速器殼和驅(qū)動橋殼用螺栓連接就可以了，因為可分式橋殼的強度和整體鋼度比較低，而且在主減速器的拆裝和維修時復雜，而組合式橋殼要求具有很高的加工精度，這導致成本較高[19]。故選擇整體式橋殼作為輕卡驅(qū)動橋的橋殼。
6.2橋殼的強度校核
圖 橋殼分析受力圖
1)當汽車靜止不動時，在其兩鋼板彈簧之間的彎矩
N·m (6.1)
式中：
—為當汽車滿載時，驅(qū)動橋受到水平地面給它的載荷；
—為車輪的整體重量，其遠小于且不易準確預計，一般可以被忽略；
2)靜彎曲應力
（6.2）
如圖6.2所示：
圖6.2 橋殼在彈簧座處的剖面圖
為垂向截面系數(shù):
=
為水平截面系數(shù):
=
為扭轉(zhuǎn)截面系數(shù):
=2×33×132×160=1393920mm
從橋殼的使用強度來看，矩形管狀（高度方向為長邊）在日常使用時比的圓管強度更高[20]。
由公式得
驅(qū)動輪的最大切向反作用力
=16907.59N (6.3)
驅(qū)動橋殼左、右鋼板彈簧座處的垂直彎矩按下式計算
=2639.4
汽車加速行駛時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車一般為1.1～1.3，在這里選1.2
=1331.5N·m
驅(qū)動橋傳遞驅(qū)動力矩所產(chǎn)生的反力偶矩，而該橋殼在彈簧座處受到的轉(zhuǎn)矩為
= =3119.45 N·m
斷面處的彎曲應力和扭轉(zhuǎn)
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