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沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘要
據(jù)參考車型EQ1070KT2D2技術(shù)參數(shù)，對(duì)此款車型的驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中對(duì)主減速器總成、半軸等驅(qū)動(dòng)橋零部件進(jìn)行了外廓設(shè)計(jì)，確保橋殼設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、系統(tǒng)性。在確定了轉(zhuǎn)速器總成、半軸等零部件外廓尺寸后對(duì)驅(qū)動(dòng)橋橋殼進(jìn)行了細(xì)節(jié)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中是有CATIA作為輔助設(shè)計(jì)軟件，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了3D參數(shù)化建模，保證了橋殼結(jié)構(gòu)上的準(zhǔn)確性、合理性。橋殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后按照下列三種傳統(tǒng)工況對(duì)橋殼強(qiáng)度進(jìn)行了強(qiáng)度分析：
向力或制動(dòng)力最大時(shí)；
垂向力最大時(shí)汽車通過(guò)不平路面時(shí)；
汽車受最大側(cè)向力時(shí)。
經(jīng)過(guò)校核計(jì)算，本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋殼能滿足上述工況下的使用條件。同時(shí)本文還對(duì)橋殼加工的工藝性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的討論。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋殼 強(qiáng)度計(jì)算 3D建模 工藝性
abstract
目錄
1 驅(qū)動(dòng)橋殼形式 5
1.1非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式 5
1.1.1 鑄造整體式橋殼 6
1.1.2 鋼板沖壓焊接整體式橋殼 6
1.1.3鋼管擴(kuò)張成形整體式橋殼 6
1.2橋殼的設(shè)計(jì)要求 7
2汽車基本技術(shù)參數(shù) 8
3主減速器總成外廓尺寸的確定 9
3.1主減速器的結(jié)構(gòu)形式 9
3.1.1主減速器的減速形式 9
3.1.2轉(zhuǎn)減速器主動(dòng)錐齒輪支撐型式及安置方法 9
3.2主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.2.1主減速比的確定 10
3.2.2主減速器齒輪的計(jì)算載荷的確定 10
3.2.3主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩 11
3.2.4主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 11
3.3主減速器齒輪材料及熱處理 13
3.4差速器設(shè)計(jì) 13
3.4.1差速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 13
3.4.2普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 14
4半軸輪廓的設(shè)計(jì) 17
4.1半軸的熱處理 17
5驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 18
5.1驅(qū)動(dòng)橋殼的總體設(shè)計(jì) 18
5.2驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 18
5.2.1橋殼靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 19
5.2.2 在不平路面上沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 20
5.2.3汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 21
5.2.4汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 22
5.2.4 汽車受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 23
5.3驅(qū)動(dòng)橋殼的材料的選擇 25
5.4驅(qū)動(dòng)橋潤(rùn)滑 25
6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性及工藝性分析 26
7結(jié)論 27
致謝 28
參考文獻(xiàn) 29
1 驅(qū)動(dòng)橋殼形式
汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能;同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。在一般的汽車結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器(又稱主傳動(dòng)器)、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件。本文主要設(shè)計(jì)的是EQ1070KT2D2中型車橋殼。
驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車上的主要零件之一。驅(qū)動(dòng)橋殼分為非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋殼與非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋殼。非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。斷開(kāi)式橋殼主要用于獨(dú)立懸掛，保證懸掛跳動(dòng)時(shí)橋體本身、橋體與其他零部件不發(fā)生干涉。本文主要設(shè)計(jì)輕型驅(qū)動(dòng)橋殼，目前輕型車多采用前置后驅(qū)的布置方式。其中，前橋多采用獨(dú)立懸架，后橋采用非獨(dú)立懸架。因此采用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼。
1.1非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式
非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為：可分式，整體式，組合式三種。
可分式橋殼由一個(gè)垂直結(jié)合面分為左右兩個(gè)部分，每一個(gè)部分均由一個(gè)鑄件殼體和一個(gè)壓入其半軸外端的半軸套管組成，由于其對(duì)主減速器的裝配，調(diào)整及維修都很不方便，橋殼的強(qiáng)度和剛度較低，由于缺點(diǎn)較多，故應(yīng)經(jīng)被淘汰；
整體式驅(qū)動(dòng)橋殼的特點(diǎn)是整個(gè)殼體制成一個(gè)整體，橋殼猶如一個(gè)空心梁，其強(qiáng)度剛度都較好。橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨(dú)立的主減速殼里，構(gòu)成單獨(dú)的總成，調(diào)整好以后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi)，并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調(diào)整、維修、保養(yǎng)等都十分方便。目前是中重型汽車驅(qū)動(dòng)橋殼的主流方式。整體式橋殼可以分為：鑄造整體式、鋼板沖壓焊接式、鋼管擴(kuò)張形成三種形式。
組合式橋殼又稱為支架式橋殼，它是將主減速器殼作為橋殼中部分(鑄件)，而在其兩端壓入無(wú)縫鋼管，再用銷釘或塞焊予以固定而成。組合式橋殼同樣具有可分式橋殼所具有的軸承座支承剛度好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其后端有可拆裝的后蓋，主減速器及差速器均由后蓋孔處裝入，因此使拆裝、調(diào)整主減速器及差速器比可分式橋殼方便。與整體式橋殼相比較，由于組合式橋殼的鑄件尺寸較小，因此橋殼質(zhì)量較小，但它還不具備像整體式橋殼那樣可將主減速器及差速器總成調(diào)整好后再裝人橋殼的優(yōu)點(diǎn)，而需要邊安裝邊調(diào)整。橋殼的擴(kuò)張成形過(guò)程式橋殼對(duì)加工精度要求較高，整個(gè)橋殼的剛度與整體式的相比也差。
1.1.1 鑄造整體式橋殼
其可以采用球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵或鑄鈉鑄造。鋼板彈簧座與橋殼鑄成一體，并在鋼板彈簧座附近的橋殼截面可根據(jù)強(qiáng)度要求鑄成適當(dāng)形狀。橋殼中部前端的平面及孔用于安裝主減速器及差速器總成，后端平面及孔可裝上后蓋。為了進(jìn)一步提高橋殼的強(qiáng)度和剛度，則將后蓋與橋殼鑄成一體。鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點(diǎn)在于可制成復(fù)雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應(yīng)力分布，其強(qiáng)度及剛度均較大，工作可靠。但質(zhì)量大、加工頂多，制造工藝復(fù)雜。故僅用于載荷大的載重汽車，也用于少數(shù)小型載貨汽車和越野汽車。
1.1.2 鋼板沖壓焊接整體式橋殼
鋼板沖壓焊接整體式橋殼具有制造工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高、廢品率很低、生產(chǎn)率高以及制造成本低、足夠的強(qiáng)度和剛度、質(zhì)量小(僅為鑄造整體式橋殼的75％左右)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是橋殼不能做成復(fù)雜而理想的斷面，壁厚一定，故難于調(diào)整應(yīng)力分布。由于鋼板沖壓焊接整體式橋殼的一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)不僅在轎車、客車，輕、重型載貨汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，而且有些噸位更大的(單個(gè)軸荷在14t以下的)汽車也開(kāi)始采用。逐漸成為主流橋殼方式。
1.1.3鋼管擴(kuò)張成形整體式橋殼
這橋殼是由中碳無(wú)縫鋼管或鋼板卷焊鋼管擴(kuò)張成形制成。這種制造工藝的生產(chǎn)效率高，材料的利用率最高。橋殼質(zhì)量雖小但強(qiáng)度及剛度卻比較好。適合于轎車、輕中型載貨汽車的大量生產(chǎn)。
綜上所述，本文選用鋼板沖壓焊接整體式橋殼
1.2橋殼的設(shè)計(jì)要求
作用在驅(qū)動(dòng)車輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過(guò)橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又是傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置(如半軸)的安裝支架及外殼。汽車行駛過(guò)程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車的行駛乎順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。
2汽車基本技術(shù)參數(shù)
由設(shè)計(jì)資料包提供的EQ1070KT2D2車型基本參數(shù)如下表2-1:
技術(shù)參數(shù)表2-1
序號(hào)
項(xiàng)目名稱
具體參數(shù)
1
底盤(pán)自重(kg)
2320
2
底盤(pán)允許總重(kg)
7100
3
前/后載荷(空載)(kg)
1392/928
4
前/后載荷(滿載)(kg)
2800/5000
5
前后輪距(mm)
1835/1586
6
車架上表面離地高度后橋處(滿載)(mm)
747
7
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率(Kw/rpm)
88/2800
8
發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(N.m/rpm)
343/1600
9
變速器格擋速比
5.731/3.368/2.192/1.4664/1 R7.66
10
后橋速比
4.875
11
輪胎型號(hào)
8.25-16
12
輪輞規(guī)格
5.50F-16
3主減速器總成外廓尺寸的確定
3.1主減速器的結(jié)構(gòu)形式
主減速器總成主要包含主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、軸承、差速器、主減速器殼體、油封等。主減速器總成的結(jié)構(gòu)形式，主要是根據(jù)器齒輪的類型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的和的安裝方法以及減速器形式的不同而異。本文選用的驅(qū)動(dòng)橋殼為鋼板沖壓焊接整體式橋殼。此種橋殼不包含主減速器殼體，主減速器殼體作為單獨(dú)的總成與鋼板沖壓焊接整體式橋殼進(jìn)行螺接[3]。由于篇幅有限這里不進(jìn)行主減速總成的詳細(xì)設(shè)計(jì)，只對(duì)主減速器總成輪廓進(jìn)行粗略的計(jì)算，確保驅(qū)動(dòng)橋殼準(zhǔn)確性。
3.1.1主減速器的減速形式
影響減速器形式選擇的因素有汽車類型、使用條件、驅(qū)動(dòng)條件、驅(qū)動(dòng)橋處的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋數(shù)和布置形式以及主傳動(dòng)比i0。其中主傳動(dòng)比的大小影響汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，由于主減速比小于i0≤7的汽車上、總質(zhì)量較小的商用汽車上都采用單級(jí)主減速器。因此本論文才用單級(jí)主減速器。
3.1.2轉(zhuǎn)減速器主動(dòng)錐齒輪支撐型式及安置方法
在殼體結(jié)構(gòu)及軸承形式確定情況下轉(zhuǎn)減速器主動(dòng)錐齒輪支撐形式及安置方法，對(duì)其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確嚙合并且具有較高使用壽命的重要因素之一，現(xiàn)在汽車主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式有懸臂式和騎馬式，因本文設(shè)計(jì)的是中型車的驅(qū)動(dòng)卡殼，主減速器承受的載荷較大，因此這里選用騎馬式支承來(lái)承受較大的載荷。
3.2主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
主減速齒輪組的大小決定了驅(qū)動(dòng)橋殼中間部分的尺寸，包括汽車行駛方向上的尺寸，也包括后輪軸向的尺寸，因此對(duì)其進(jìn)行計(jì)算是十分必要的。
3.2.1主減速比的確定
由基本參數(shù)知，主減速器的主減速比為i0=4.875。
3.2.2主減速器齒輪的計(jì)算載荷的確定
通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪打滑時(shí)這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（Tje、Tjφ）的較小者。
Tje=Temax*itl*K0*ηt……………………………………（3—1）
Tjφ=G2*φ*rrηlB*iLB………………………………………………（3—2）
式中：Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N*m；Temax=375 N*m。
itl——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比， itl=6.33*7.31=27.94；
K0——過(guò)載系數(shù)，K0=1.0；
n——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目，n=1；
G2——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；G2=5000*9.8= 4900 N；
ηt——傳動(dòng)系傳動(dòng)效率，ηt=0.9；
φ——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)φ=0.85；
rr——車輪的滾動(dòng)半徑，m；經(jīng)查GB/T2977得知：rr=0.407m；
ηlB iLB——分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減比ηlB=0.9；iLB=1。
代入上式可得Tje=8632.62N*m ；Tjφ=17727.11N*m。由此可知主減速齒輪的計(jì)算載荷為T(mén)je=8632.62N*m。
通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪打滑時(shí)這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（Tje、Tjφ）的較小者。
Tje=Temax*itl*K0*ηt/n…………………………（3—1） Tjφ=G2*φ*rrηlB*iLB………………………………………… （3—2）
式中：Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N*m；Temax=245 N*m。
itl——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比， itl=6.8*4.125=26.1825；
K0——過(guò)載系數(shù)，K0=1.0；
n——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目，n=1；
G2——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；G2=3200* 9.8=31360N； φ——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)φ=0.85；
rr——車輪的滾動(dòng)半徑，m；經(jīng)查GB/T2977得知：rr=0.375mm
ηlB iLB——分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比ηlB=0.9；iLB=1。
代入上式可得Tje=5773.24N*m ；Tjφ=11106.67 N*m。由此可知主減速齒輪的計(jì)算載荷為T(mén)je=5773.24N*m 。
3.2.3主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩
主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm按由下式（3—3）進(jìn)行計(jì)算
Tjm=Ga+Gt*rriLB*ηLB*n（fr+fh+fp）………………………………（3—3）
式中Ga——汽車滿載質(zhì)量，N，Ga=7800*9.8=76440N(取底盤(pán)滿載質(zhì)量)；
GT——所牽引的掛車質(zhì)量，N, GT=0N；
fr fh fp——詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)3，取fr+fh+fp=0.092；
rr ηlB iLB，n，Temax參見(jiàn) （3——2）式說(shuō)明。
由上式可知3180.24N*m。
3.2.4主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇
對(duì)于單級(jí)主減速器，為了磨合均勻主減速器主動(dòng)齒輪齒數(shù)Z1，與從動(dòng)齒輪Z2應(yīng)避免之間具有公約數(shù)。當(dāng)i0較小時(shí)Z1可取5—12。此時(shí)還應(yīng)考慮到主減速器的最小離地間隙，綜合上述，故選Z1=9；Z2=44。
節(jié)圓直徑的選擇
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可選擇
d2=Kd23Tj ……………………………………（3—4）
式中 ：d2——從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
Kd2——直徑系數(shù)，取Kd2=13—16；
Tj——計(jì)算轉(zhuǎn)矩N*m；Tj=Tje=8632.62N*m。
經(jīng)上式計(jì)算可知 d2=290mm;
齒輪端面模數(shù)的選擇
d2選定后，可按式m=d2/Z2算出錐齒輪大端模數(shù)，并用下式校核
m=km3Tjm……………………………………（3—5）
式中：Tjm——計(jì)算轉(zhuǎn)矩N*m；Tjm=3180.24N*m；
km——模數(shù)系數(shù)；取km=0.3—0.4；
經(jīng)計(jì)算校核并查閱模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]可得大端模數(shù)為m=5。
齒面寬度的選擇
汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪寬度F（mm）推薦為：
F=0.155*d2……………………………………（3—6）
式中：d2——從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
經(jīng)計(jì)算可得F=45mm。
經(jīng)查閱相關(guān)資料可得主減速器齒輪組幾何外廓尺寸如下表3-1:
圓弧齒錐齒輪的幾何尺寸表 3—1
序號(hào)
項(xiàng)目名稱
計(jì)算結(jié)果
1
主動(dòng)齒輪齒數(shù)Z1
9
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)Z2
44
3
端面模數(shù)m
5
4
齒面寬F(mm)
45
5
節(jié)圓直徑 (mm)
45/220
6
螺旋角的選擇
7
螺旋方向
左
3.3主減速器齒輪材料及熱處理
汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作量相當(dāng)繁重，與傳動(dòng)系其他齒輪比較，它具有載荷大，作用時(shí)間長(zhǎng)，載荷變化多，帶有沖擊載荷等特點(diǎn)，其損壞形式主要有齒根彎曲折斷，齒面疲勞點(diǎn)蝕、磨損和擦傷等。據(jù)此驅(qū)動(dòng)橋的材料及熱處理應(yīng)滿足一下要求：
具有較好的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度；
輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷；
鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變行規(guī)律易控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少制造成本并降低廢品率；
選擇齒輪的材料的合金元素要符合我國(guó)國(guó)情。
汽車主減速器和差速器圓錐齒輪目前均采用滲碳合金鋼制造，常用的鋼號(hào)有20CrMnTi，22CrMnMo，20MnVB，和20Mn2TiB。這里選用20CrMnTi。
由于新齒輪潤(rùn)滑不良，因此在熱處理及精加工后給予厚度為0005—0.010——0.020mm的磷化處理，或鍍銅、鍍錫。對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理可能提高25%壽命。
3.4差速器設(shè)計(jì)
差速器的功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右車輪以不同的角速度滾動(dòng)，以保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面間作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
3.4.1差速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇
差速器的結(jié)構(gòu)形式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)的汽車類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定條件下的使用性能要求。
差速器的種類很多，其主要結(jié)構(gòu)形式有：普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，凸輪滑塊式差速器，渦輪式差速器，牙嵌式自由輪差速器。由于國(guó)內(nèi)路面狀況總體目前處于較好的路面狀態(tài)，因此本文才有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。
3.4.2普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)
3.4.2.1行星齒輪數(shù)目的選擇
轎車一般用兩個(gè)行星齒輪。
3.4.2.2行星齒輪球面半徑（mm）的確定
圓錐齒輪的差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。球面半徑可用下式確定：
（3——7）
式中： ——行星齒輪半徑系數(shù)，，對(duì)于2個(gè)行星齒輪的車型，其取較大值；
—— 計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=8623.62N*m；
由上式可得=56mm。
確定后可用下式初步確定節(jié)錐距
=（0.98—0.99） （3——8）
可得=55mm。
3.4.2.3行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇
為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪齒數(shù)盡量少，但一般不少于10，半軸齒輪齒數(shù)采用14—25。
在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)之和，必須能被行星齒輪數(shù)目n整除，否則不能滿足安裝，即滿足
=整數(shù) （3——9）
這里選用=11，=25，滿足上述要求。
3.4.2.4差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定
先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角 、
由式 = （3——10）
= （3——11）
式中：
為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)；
求得= 、=；
再根據(jù)下式求得圓錐齒輪的大端模數(shù)m
m= （3——12）
式中參數(shù)已經(jīng)初步確定，代入上式，初取m為3mm。
模數(shù)算出后，其節(jié)圓直徑可由下式求得
d=Z*m
計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3—2
差速器齒輪幾何尺寸表3—2
序號(hào)
項(xiàng)目名稱
計(jì)算結(jié)果
1
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
11
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
25
3
端面模數(shù)m
3
4
齒面寬F(mm)
11
5
節(jié)圓直徑 (mm)
33 75
4半軸輪廓的設(shè)計(jì)
半軸是驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置，位于傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。對(duì)于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置；對(duì)于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車輪的裝置主要零件為半軸。
半軸根據(jù)其車輪的支撐方式不同，可以分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。根據(jù)總布置要求采用全浮式半軸。
參考相似同類車型，確定其外徑為?35mm，與差速器端用花鍵連接，車輪端用兩個(gè)軸承支撐并與輪轂固定。因后輪距為1586mm。初取半軸長(zhǎng)度為780mm。
4.1半軸的熱處理
在半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了使花鍵的內(nèi)徑不致過(guò)多地小于半軸的桿部直徑，常常將半軸加工花鍵的端部設(shè)計(jì)的粗一些，并且適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)增多。這里選6齒。半軸的破壞型式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞。該車型的半軸采用矩形線花鍵。材料為40Cr，采用感應(yīng)淬火，桿部表面硬度為250HBS，心部硬度為230HBS；花鍵部分表面硬度為260HBS，。由于采用感應(yīng)淬火，半軸桿部表面硬化層的深度為5mm。
5驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)
根據(jù)上述計(jì)算的基本參數(shù)，可初步確定主減速器總成的外廓尺寸，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的安裝連接尺寸設(shè)計(jì)提供了較為準(zhǔn)確的理論基礎(chǔ)。同時(shí)也對(duì)半軸輪廓進(jìn)行了初步的估算，確定了其外徑，對(duì)半軸軸承選擇、軸承座設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。驅(qū)動(dòng)橋殼不僅是主減速器總成、半軸等安裝支架，同時(shí)也是制動(dòng)器、車輪輪轂安裝底架。由于篇幅有限這里對(duì)制動(dòng)器、車輪輪轂的外廓不進(jìn)行理論計(jì)算。在參考相近車型結(jié)構(gòu)上，對(duì)制動(dòng)器、車輪輪轂的安裝支架進(jìn)行粗略的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5.1驅(qū)動(dòng)橋殼的總體設(shè)計(jì)
由上述計(jì)算可知對(duì)橋殼進(jìn)行初步的總布置，具體布置結(jié)果如下圖：
殼體總布置5-1
由主減速器總成的從動(dòng)齒輪外廓可確定R1=150mm。暫確定車輛大梁外寬為800mm，參考同類車型將板簧間距設(shè)定為900mm，車輪輪距為1586mm。主減速器段殼體采用橋殼采用鋼板沖壓成型，成型后進(jìn)行焊接?？拷囕喍瞬捎娩摴埽c主減速器段焊接成為一體。鋼板彈簧支座處截面形狀如下圖5-2。內(nèi)徑R1為40mm。外徑R2為50mm，鋼管厚度為10mm。
5.2驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算
驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算分析我國(guó)目前推薦將橋殼復(fù)雜的受力情況簡(jiǎn)化為三種典型的工況計(jì)算。只要在這三種載荷計(jì)算工況下橋殼強(qiáng)度得到保證，就認(rèn)為汽車在各種行駛條件下是可靠的。三種典型工況分別為：縱向力或制動(dòng)力最大時(shí)、垂向力最大時(shí)汽車通過(guò)不平路面時(shí)、汽車受最大側(cè)向力時(shí)。
板簧座處截面 圖5-2
5.2.1橋殼靜彎曲應(yīng)力計(jì)算
橋殼能否滿足靜態(tài)狀態(tài)強(qiáng)度要求，是進(jìn)行三種典型計(jì)算的前提，因此對(duì)橋殼進(jìn)行靜態(tài)強(qiáng)度計(jì)算是十分必要的。橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：
兩鋼板彈簧座之間的彎矩為：
M=（G22-gw）B-s2……………………………………(5-1)
式中：G2——汽車滿載時(shí)靜止于水平地面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，N。 G2=49000N(取后軸滿載載荷)
gw——車輪（包括輪轂、制動(dòng)器等）的重力，N。忽略不計(jì)。
B——驅(qū)動(dòng)輪輪距，m。B=1.586
S——驅(qū)動(dòng)橋殼上兩鋼板彈簧中心間的距離，m。S=0.9m
可知M=8403.5N*m。
由彎矩圖可見(jiàn)，橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座附近，而靜彎曲應(yīng)力δw1（MPa）則為：
δw1=MWv…………………………………………………（5-2）
式中 Wv——危險(xiǎn)斷面橋殼的垂向彎曲界面系數(shù)[3]，Wv=π*0.13321- 0.084014=5.79*10-4m3
M——見(jiàn)式（5—1）
由此可知δw1=MWv=14.5Mpa小于材料許用應(yīng)力值滿足設(shè)計(jì)要求。
靜應(yīng)力簡(jiǎn)圖 5-3
5.2.2 在不平路面上沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算
當(dāng)汽車高速行駛于不平路面上時(shí)，橋殼除承受在靜載荷狀態(tài)下的那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷，這時(shí)橋殼在動(dòng)載荷下的彎曲應(yīng)力為：
δwd =Kdδw1 …………………………………………（5—3）
式中 Kd——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，取1.75
δw1——橋殼在靜載荷下的彎曲應(yīng)力，MPA，見(jiàn)式（5—2）
可知 δwd=1.75*1.45=25.4 7Mpa 小于材料許用彎曲應(yīng)力
5.2.3汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算
在進(jìn)行汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算時(shí)忽略汽車側(cè)向力。此時(shí)作用在左右驅(qū)動(dòng)輪上除有垂向反力外，還有切向反力。地面對(duì)左右驅(qū)動(dòng)車輪的最大切向力共為：
Pmax=Temax*iTL* ηlB/rr …………………（5-4）
式中 Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，N.m
iTL——傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)速比
ηlB——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率
rr ——車輪滾動(dòng)半徑，m。
由此可知：Pmax=21191.84 N.m
錐齒輪差速器的驅(qū)動(dòng)橋，在兩簧座之間橋殼所受的水平方向的彎矩Mh為
Mh=Pmax2*B-S2…………………… ……………(5—5)
由此可知Mh=3634.40N.m
橋殼還承受因驅(qū)動(dòng)橋傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力。這時(shí)在兩板簧座之間橋殼承受的轉(zhuǎn)矩T為：
T=Temax2*iTL2*ηlB2 ……………………………… (5—6)
式中：Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，N.m
iTL——傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)速比
ηlB——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率
由此可知T=4312.54 N.m
后驅(qū)動(dòng)橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩為Mv，可由下式進(jìn)行計(jì)算：
Mv=(G22m2-gw) B-S2 …………………………………(5—7)
式中：G2，gw，B，見(jiàn)上述說(shuō)明；
m2——汽車加速時(shí)質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，m2=1.2
由式(5—7)可知，Mv=10084.20N.m
橋殼在鋼板，簧座附近的危險(xiǎn)斷面為圓形斷面時(shí)，則在該處的合成彎矩M∑可由下式進(jìn)行計(jì)算：
M∑=2Mv2+Mh2+T2…………………………………(5—8)
由計(jì)算可得 M∑=10727.08 N.m
在危險(xiǎn)斷面的合成應(yīng)力σ∑為：
σ∑= M∑W……………………………………………………(5—9)
式中W——危險(xiǎn)斷面處的彎曲截面系數(shù)，W=Wh=Wv=5.79*10-4m3
由此可知：σ∑=18.52MPa
由上述計(jì)算結(jié)果可以看出，汽車以最大牽引力行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)橋殼完全滿足設(shè)計(jì)要求。
5.2.4汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算
此時(shí)作用在左右驅(qū)動(dòng)輪上的力為垂向反力、切向反力。切向反力即地面對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪的制動(dòng)力。因此可以求得緊急制動(dòng)時(shí)橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩Mv和水平方向彎矩Mh分別問(wèn)為：
Mv=(G22*m'-gw)B-s2…………………………………(5—10)
Mh=G22*m'*φ*B-s2……………………………………(5—11)
式中 m'——汽車制動(dòng)時(shí)質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，m’=0.75-0.95[3]
φ——驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著系數(shù)，φ=0.8
gw——此處忽略不計(jì)[3]。
G2——汽車滿載時(shí)靜止于水平地面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，N。 G2=49000N
由此可知Mv=6722.8 N.m
Mh=5579.9 N.m
橋殼在兩鋼板彈簧座的外側(cè)部分同時(shí)還受制動(dòng)力引起的轉(zhuǎn)矩：
T=G22*m'*φ*rr …………………………………………（5—12)
式中 m'——汽車制動(dòng)時(shí)質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，m’=0.75-0.95[3]
φ——驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著系數(shù)，φ=0.8
G2=49000N。
由此可知 T=5884.7 N.m
將上述結(jié)果帶入式（5-8）、（5-9）可得出汽車緊急制動(dòng)狀態(tài)下危險(xiǎn)斷面的合成彎曲應(yīng)力σ∑。σ∑=22.99Mpa
由計(jì)算結(jié)果可知，在汽車緊急制動(dòng)狀態(tài)下此款橋殼滿足設(shè)計(jì)要求。
5.2.4 汽車受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算
當(dāng)車輛滿載、高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)大的且作用于汽車質(zhì)心處的離心力。汽車也會(huì)由于其他原因而承受側(cè)向力。當(dāng)汽車所承受的側(cè)向力達(dá)到地面給輪胎的側(cè)向反作用力的最大值即側(cè)向附著力時(shí)，則汽車處于臨界狀態(tài)，此時(shí)沒(méi)有縱向力。此時(shí)一個(gè)車輪離開(kāi)地面，后橋垂直載荷全部作用在另一面車輪上，其危險(xiǎn)斷面在輪轂軸承附近。由于本文未進(jìn)行車輪輪轂的外廓設(shè)計(jì)，在汽車受最大側(cè)向力工況狀態(tài)下進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)無(wú)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持，因此本文對(duì)此工況下的強(qiáng)度校核，只進(jìn)行定性分析，不進(jìn)行理論計(jì)算。
對(duì)于全浮式，在橋殼兩端的半軸套管上，各裝著一對(duì)輪轂軸承，他們布置在車輪垂向反作用力作用線的兩側(cè)。其具體狀態(tài)如下：
根據(jù)一個(gè)車輪的受力平衡可以得出下式：
S1L=rra+bY2l-ba+bZ2l ……………………………………… (5—13)
S2L=rra+bY2l+ba+bZ2l …………………………………… (5—14)
S1R=rra+bY2R+ba+bZ2R ………………………………………(5—15)
S1L=rra+bY2Rba+bZ2R …………………………………………(5—16)
式中： rr——車輪滾動(dòng)半徑，m
S1L、S2L——內(nèi)外輪轂軸承對(duì)輪轂的徑向支撐力，N。
Y2l、Y2R——地面給左右車輪的側(cè)向反作用力，具體參考文獻(xiàn)[3]，N。
Z2l、Z2R——左右車輪的支撐反力，具體參考文獻(xiàn)[3],N。
半軸套管的危險(xiǎn)斷面位于輪轂軸承附近，該處的彎矩M輪轂為：
M_輪轂=S2R（a+b+l）-S1R*l ……………………（5—17）
式中：l——為輪轂內(nèi)軸承支撐中心至該軸承內(nèi)端支撐面間的距離。
彎曲應(yīng)力為：
δ輪轂=M輪轂πD332（1-d4D4）*103…………………………(5—18)
剪切應(yīng)力為：
τ輪轂=S2Rπ4（D2-d2） ………………………………(5—19)
合成應(yīng)力為
δ合成=（δ輪轂2+3*τ輪轂2）…………………………(5—20)
式中 D、d——為半軸套管截面處的外徑、內(nèi)徑，m。
半軸套管處的壓力不應(yīng)超過(guò)490MPa ，即δ合成≤490MPa。
經(jīng)上述計(jì)算分析可以看出，本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋殼滿足多工況下載荷強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)。但上述橋殼的分析方法有一定的局限性，只能算出橋殼一端面的應(yīng)力平均值，而不能完全反應(yīng)橋殼上應(yīng)力及其分布的真實(shí)狀態(tài)。它僅能用于橋殼強(qiáng)度的驗(yàn)算或作用于其他車型橋殼強(qiáng)度進(jìn)行比較。人不能反應(yīng)橋殼上某點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力值。目前較為先進(jìn)的橋殼受力分析方法為有限元分析方法，這種方法不僅能準(zhǔn)確計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力分布，還能對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析。從而能更快捷更直觀的去評(píng)價(jià)驅(qū)動(dòng)橋殼的可靠性。
5.3驅(qū)動(dòng)橋殼的材料的選擇
對(duì)于鑄造式、可分式及組合式橋殼來(lái)說(shuō)，橋殼鑄件多采用可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼等對(duì)于鋼板沖壓焊接式橋殼來(lái)說(shuō)多采用16Mn、09SiV、35或40號(hào)中碳鋼板。半軸套管多采用40Cr、40MnB等中碳合金鋼或45號(hào)中碳鋼無(wú)縫鋼管或鍛件。本文選用延展性較好的16Mn作為鋼板沖壓焊接式橋殼材料。
5.4驅(qū)動(dòng)橋潤(rùn)滑
車輛傳動(dòng)系的可靠性是車輛保證動(dòng)力性和行駛性以及燃油經(jīng)濟(jì)性的最關(guān)鍵的部分之一,而車輛傳動(dòng)裝置中最為重要、工作條件最為惡劣的部分就是驅(qū)動(dòng)橋。減速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤(rùn)滑，尤其應(yīng)注意主減器主動(dòng)錐齒輪的前端軸承的潤(rùn)滑，因?yàn)槠錆?rùn)滑不能靠飛濺潤(rùn)滑油來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了防止溫度升高而是主減速器和殼內(nèi)部壓力增高所引起的漏油，應(yīng)該在主減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應(yīng)避開(kāi)油濺所及之處。加油孔應(yīng)設(shè)在加油方便之處，油孔位置也決定了油面位置。放油孔應(yīng)設(shè)在橋殼最低處，但也應(yīng)考慮到汽車通過(guò)障礙時(shí)放油塞不易被撞壞。保證驅(qū)動(dòng)橋運(yùn)行的可靠性、耐久性必須對(duì)驅(qū)動(dòng)橋齒輪組進(jìn)行潤(rùn)滑。根據(jù)季節(jié)、驅(qū)動(dòng)橋載荷狀態(tài)來(lái)選擇不同牌號(hào)的齒輪油。
由上述可知，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋潤(rùn)滑是必要的，因此在驅(qū)動(dòng)橋殼上應(yīng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋齒輪油的加注孔與排液孔。驅(qū)動(dòng)橋齒輪組采用的是飛濺潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油的加注量一定的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)多或過(guò)少都會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋造成不良影響。
6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性及工藝性分析
一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、工藝性分析是十分必要的，產(chǎn)品的實(shí)用性和價(jià)格要盡量的滿足消費(fèi)者，才是產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的主要目的。性價(jià)比高才能滿足市場(chǎng)的要求，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性還應(yīng)考慮在產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、報(bào)廢過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響。產(chǎn)品的工藝性直接決定了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。較好的工藝性不僅能起到降低成本的作用，對(duì)加工過(guò)程中質(zhì)量的控制也是至關(guān)重要的。
本設(shè)計(jì)所涉及鋼板沖壓焊接整體式橋殼已經(jīng)是成熟的技術(shù)了，在生產(chǎn)過(guò)程中初次生產(chǎn)投入較大，這是因?yàn)闆_壓磨具成本較高，磨具互換性較差。但是隨著產(chǎn)品產(chǎn)產(chǎn)量的提升，均攤在各個(gè)橋殼上的磨具成本是逐漸降低的。因此合理設(shè)計(jì)各個(gè)系列橋殼，盡量提高沖壓模具通用性，能直接影響產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。本產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了專業(yè)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，大大的節(jié)約了設(shè)計(jì)的時(shí)間成本，進(jìn)一步降低了設(shè)計(jì)成本。
綜上所述，本文設(shè)計(jì)的鋼板沖壓焊接整體式橋殼在工藝性、經(jīng)濟(jì)性上有一定的優(yōu)勢(shì)，有較好的性價(jià)比。
7結(jié)論
在近半個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，我的四年的大學(xué)生活即將畫(huà)上句號(hào)，在這里對(duì)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。本文根據(jù)總布置要求對(duì)車型EQXXXXXXX的驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)四年來(lái)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了細(xì)致梳理總結(jié)。雖然不能做到面面俱到，但是在圖書(shū)館翻閱設(shè)計(jì)資料時(shí)，開(kāi)闊了視野，增強(qiáng)了知識(shí)運(yùn)用能力，為以后的工作打下了堅(jiān)定地基礎(chǔ)。
這實(shí)際過(guò)程雖然自身有了很大的提高，但同時(shí)也暴露許多不足之處，在以后生活學(xué)習(xí)中要不斷地努力、進(jìn)步，為祖國(guó)汽車事業(yè)盡一份力。
致謝
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