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发表于 31-10-2010 11:41:55
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驱动桥
第1章绪论
汽车驱动桥位于传动系的末端。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，并将转矩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或车身之间的垂直力，纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器，差速器，车轮传动装置和桥壳组成。
对于重型载货汽车来说，要传递的转矩较乘用车和客车，以及轻型商用车都要大得多，以便能够以较低的成本运输较多的货物，所以选择功率较大的发动机，这就对传动系统有较高的要求，而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。随着目前国际上石油价格的上涨，汽车的经济性日益成为人们关心的话题，这不仅仅只对乘用车，对于载货汽车，提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝，因为重型载货汽车所采用的发动机都是大功率，大转矩的，装载质量在十吨以上的载货汽车的发动机，最大功率在140KW以上，最大转矩也在700N•m以上，百公里油耗是一般都在34升左右。为了降低油耗，不仅要在发动机的环节上节油，而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必须在发动机的动力输出之后，在从发动机—传动轴—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。在这一环节中，发动机是动力的输出者，也是整个机器的心脏，而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。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。设计驱动桥时应当满足如下基本要求：
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，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。
目前我国正在大力发展汽车产业,采用后轮驱动汽车的平衡性和操作性都将会有很大的提高。后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所以在加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操作性能变好。维修费用低也是后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会有很大的差别。如果你的变速器出了故障，对于后轮驱动的汽车就不需要对差速器进行维修，但是对于前轮驱动的汽车来说也许就有这个必要了，因为这两个部件是做在一起的。
所以后轮驱动必然会使得乘车更加安全、舒适，从而带来可观的经济效益。通过对驱动桥的设计，使所选车型能达到最佳的动力性和经济性，并采用标准化设计，使其修理保养方便，并加进行优化设计，可靠性设计等内容，更好地学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。
第2章 驱动桥总成的结构型式
2.1驱动桥总体方案论证
驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。
驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为两大类，即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构叫复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。
2.1.1 非断开式驱动桥
普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大，这是它的一个缺点。
驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下，如果单级主减速器不能满足离地间隙要求，可该用双级结构。在双级主减速器中，通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内，也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器：越野汽车为了提高离地间隙，可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方；公共汽车为了降低汽车的质心高度和车厢地板高度，以提高稳定性和乘客上下车的方便，可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方；有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度，在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时，将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。
在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货汽车上，有时采用蜗轮式主减速器，它不仅具有在质量小、尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点，而且对汽车的总体布置很方便。
2.1.2 断开式驱动桥
断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。
汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素，而汽车簧下部分质量的大小，对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜，提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度，减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。但是，由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。
由于要求本课题设计的是11吨级的后驱动桥，要设计这样一个级别的驱动桥，一般选用非断开式结构以与非独立悬架相适应，且非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠，查阅资料，参照国内相关货车的设计,最后本课题选用非断开式驱动桥。该种形式的驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮的刚性空心梁，一般是铸造或钢板冲压而成，主减速器，差速器和半轴等所有传动件都装在其中，此时驱动桥，驱动车轮都属于簧下质量。
重型汽车驱动桥技术已呈现出向单级化发展的趋势，主要是单级驱动桥还有以下几点优点：
(l) 单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺简单，成本较低， 是驱动桥的基本类型，在重型汽车上占有重要地位；
(2) 重型汽车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比向小速比发展；
(3) 随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，重型汽车使用条件对汽车通过性的要求降低。因此，重型汽车不必像过去一样，采用复杂的结构提高通过性；
(4) 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，可靠性提高。
单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看， 重型车产品在主减速比小于6的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。
所以此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。
2.2非断开式驱动桥
普通非断开式驱动桥，由于其结构简单，造价低廉，工作可靠，最广泛地用在各种载货汽车及公共汽车上，在多数的越野汽车上也采用这种结构。
普通的非断开式驱动桥的特点是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁，而主减速器、差速器及半轴等传动件都装在其中，这时，整个驱动桥和驱动车轮的质量以及传动轴的部分质量都属于汽车的非悬挂质量，使汽车的非悬挂质量较大，这是普通非断开式驱动桥的一个缺点，这种驱动桥和轮毂，制动器及制动鼓的总质量约占一般汽车底盘干质量的11%---16%。
第3章 主减速器
3.1 主减速器的结构形式
主减速器的结构形式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速形式的不同而异。
3.1.1 主减速器的齿轮类型
主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选用弧齿锥齿轮传动，其特点是可以承受较大的负荷，加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐有齿的一端连续而平稳的地转向另一端，所以工作平稳，噪声和振动小。
3.1.2 主减速器主，从动锥齿轮的支承形式
作为一个11吨级的驱动桥，传动的转矩较大，所以主动锥齿轮采用跨置式支承（如图3—1）
图3-1主动锥齿轮跨置式
从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，c+d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是c等于或大于d。（如图3—2）
图3-2从动锥齿轮支撑形式
3.2 主减速器的基本参数选择与设计计算
3.2.1 主减速比i 的确定
在给定发动机最大功率 及其转速 的情况下，所选择的i 值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速 。这时i 值应按下式来确定：
（3-1）
式中 ——车轮的滚动半径， =0.5m
igh——变速器量高档传动比。igh =1
对于其他汽车来说，为了得到足够的功率储备而使最高车速稍有下降，i 一般选择比上式求得的大10％～25％，即按下式选择：
（3-2）
式中i——分动器或加力器的高档传动比
iLB——轮边减速器的传动比。
计算出 i =4.45
3.2.2 主减速器计算载荷的确定
按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Ｔce
（3-3）
式中 ——发动机至所计算的主减速器从动锥齿轮之间的传动系的最低挡传动比，在此取9.01，此数据此参考斯太尔车型；
——发动机的输出的最大转矩，此数据参考斯太尔车型在此取980 ；
——传动系上传动部分的传动效率，在此取0.9；
——该汽车的驱动桥数目在此取1；
——由于猛结合离合器而产生冲击载荷时的超载系数，对于一般的载货汽车 =1.0，当性能系数 >0时可取 =2.0；
（3-4） ——汽车满载时的总质量在此取19000 ；
所以 0.195 =36>16
=-0.33〈0 即 =1.0
由以上各参数可求
= =32476.5
按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩
（3-5）
式中 ——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，预设后桥所承载130000N的负荷;
——轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用车，取 =0.85
——车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为12.00R20，滚动半径为 0.531m；
， ——分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动效率和传动比， 取0.9，由于没有轮边减速器 取1.0
所以 = =65195
按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩
（3-6）
式中： ——汽车满载时的总重量，参考斯太尔车型在此取190000N；
——所牵引的挂车满载时总重量，N，但仅用于牵引车的计算；
——道路滚动阻力系数，对于载货汽车可取0.015~0.020；在此取0.018
——汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取0.05~0.09在此取0.07
——汽车的性能系数在此取0；
所以
= =9864.8
3.2.3 主减速器基本参数的选择
主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动齿轮的齿数 和 ，从动锥齿轮大端分度圆直径 、端面模数 、主从动锥齿轮齿面宽 和 等。
参考《汽车车桥设计》中表3-12 表3-13取 =9 =40
+ =49〉40
从动锥齿轮大端分度圆直径 和端面模数
可根据经验公式初选，即
（3-7）
——直径系数，一般取13.0～16.0
——从动锥齿轮的计算转矩， ，为Tce和Tcs中的较小者
所以 =（13.0～16.0） =（420.5～520.7）
初选 =500 则 = / =500/40=11.85
有参考《机械设计手册》表23.4-3中 选取12 则 =520
根据 = 来校核 =12选取的是否合适，其中 =（0.3～0.4）
此处， =（0.3～0.4） =（9.35～12.7），因此满足校核。
主，从动锥齿轮齿面宽 和
对于从动锥齿轮齿面宽 ，推荐不大于节锥 的0.3倍，即 ，而且 应满足 ，对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采用：
=0.155 520=74.8 在此取75
，通常小齿轮的齿面加大10%较为合适，在此取 =80
3.2.4 主减速器圆弧锥齿轮的几何尺寸计算
主减速器圆弧锥齿轮的几何尺寸计算用表
序 号 项 目 计 算 公 式 计 算 结 果
1 主动齿轮齿数
9
2 从动齿轮齿数
40
3 端面模数
12㎜
4 齿面宽
=80㎜ =75㎜
5 工作齿高
20.5㎜
6 全齿高
=22.66㎜
7 法向压力角
=22.5°
8 轴交角
=90°
9 节圆直径 =
108㎜
=520㎜
10 节锥角 arctan
=12.71°
11 节锥距 A =
A =245.99㎜
12 周节 t=3.1416
t=37.71㎜
13 齿顶高
=10.2㎜
14 齿根高 =
=12.55 ㎜
15 径向间隙 c=
c=2.31㎜
16 齿根角
=2.91 °
17 面锥角
=15.61°
=80.27°
18 根锥角 =
=
=9.79°
=74.51°
19 齿顶圆直径
=
=127.93㎜
=484.51㎜
3.2.5 主减速器圆弧锥齿轮的强度计算
（1） 单位齿长上的圆周力
N／mm (3-8)
式中：P——作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩Temax和最大附着力矩 两种载荷工况进行计算，N；
——从动齿轮的齿面宽，在此取80mm.
按发动机最大转矩计算时：
N／mm （3-9）
式中： ——发动机输出的最大转矩，在此取980 ；
——变速器的传动比；
——主动齿轮节圆直径，在此取108mm.
按上式 N／mm
按最大附着力矩计算时：
N／mm （3-10）
式中： ——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，在此取130000N；
按上式 =1516.5 N／mm
其中上述两种方法计算用的许用单位齿长上的圆周力[p]都为1865N/mm
（2）轮齿的弯曲强度计算
汽车主减速器锥齿轮的齿根弯曲应力为
N/ （3～11）
式中： ——该齿轮的计算转矩，N•m;
——超载系数；在此取1.0
——尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，
当ｍ 时， ，在此 ＝0.829
——载荷分配系数， ＝1.00～1.10。
——质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，可取1.0;
——计算齿轮的齿面宽，mm;
——计算弯曲应力的综合系数，按图3--3选取小齿轮的 ＝0.225，大齿轮 ＝0.195.
按上式 ＝192.3 N/ < 210.3 N/
=193.2 N/ <210.3 N/
所以主减速器齿轮满足弯曲强度要求。
图3-3 弯曲计算用综合系数J
(3) 轮齿的表面接触强度计算
锥齿轮的齿面接触应力为
N/ (3-12)
式中： ——主动齿轮的计算转矩；
——材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取232.6 /mm;
——尺寸系数，在缺乏经验的情况下，可取1.0；
——表面质量系数，对于制造精确的齿轮可取1.0
——计算接触应力的综合系数。按图选取 =0.122
按上式 =1445 〈1750 N/
主、从动齿轮的齿面接触应力相等。所以均满足要求。
3.2.6 主减速器齿轮的材料及热处理
在此，齿轮所采用的钢为20CrMnTi
用渗碳合金钢制造的齿轮，经过渗碳、淬火、回火。
3.2.7 主减速器轴承的选择
作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力A和径向力R分别为
（3-13）
（3-14）
可计算 20202N
=9662N
对于采用跨置式的主动锥齿轮和从动锥齿轮的轴承径向载荷，如图3-5所示
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
R = （3-15）
（3-16）
根据上式已知 =20202N， =9662N，a=134mm ，b=84mm，c=50mm
所以轴承A的径向 =
=15976N
其轴向力为0
轴承B的径向力R =
=13265N
（1）对于轴承A，只承受径向载荷所以采用圆柱滚子轴承N311E，此轴承的额定动载荷Cr为102.85KN，所承受的当量动载荷Q=X•R =1×15976=15976N。所以有公式
s (3-17)
式中: ——为温度系数，在此取1.0;
——为载荷系数，在此取1.2。
所以 = =2.703×10 s
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 (3-18)
式中： ——轮胎的滚动半径，m
——汽车的平均行驶速度，km/h;对于载货汽车和公共汽车可取30～35 km/h，在此取32.5 km/h。
所以有上式可得 = =163.89 r/min
而主动锥齿轮的计算转速 =163.89×4.45=715 r/min
所以轴承能工作的额定轴承寿命：
h (3-19)
式中: ——轴承的计算转速，r/min。
有上式可得轴承A的使用寿命 =6176 h
若大修里程S定为100000公里，可计算出预期寿命即
= h (3-20)
所以 = =3078.7 h
和 比较， 〉 ，故轴承符合使用要求。
（2）对于轴承B，在此选用7513E型轴承。
在此径向力R=13369N 轴向力A=20202N，所以 =1.51〈e 由《机械设计》中表18.7可查得X=1.0，Y=0.45cota=1.6× =1.8
当量动载荷 Q= （3-21）
式中： ——冲击载荷系数在此取1.2
有上式可得Q=1.2（1×13369+1.8×20202）=61618.5N
由于采用的是成对轴承 =1.71Cr
所以轴承的使用寿命由式（2-20）和式（2-22）可得
= = =3876.6 h>3076.9 h=
所以轴承符合使用要求。
对于从动齿轮的轴承C，D的径向力计算F=25450N， =9662N， =20202N，a=410mm，b=160mm.c=250mm
所以，轴承C的径向力：
= =10401.3N
轴承D的径向力：
= =23100.5N
轴承C，D均采用7315E，其额定动载荷Cr为134097N
（3）对于轴承C，轴向力A=9662N，径向力R=10401.3N，并且 =0.93〉e，在此e值为1.5tana约为0.402，可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6
所以Q= =1.2(0.4×9662＋1.6×10401.3)=24608.256N
= = =2896 3 h>
所以轴承C满足使用要求。
（4）对于轴承D，轴向力A=0N，径向力R=23100.5N，并且 =.4187〉e
可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6
所以Q= =1.2×(1.6×23100.5)=44352.96N
= = =4064.8 h >
所以轴承D满足使用要求。
第4章 差速器
4.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计
4.1.1 差速器齿轮的基本参数的选择
行星齿轮选10齿，半轴齿轮选20齿。
行星齿轮与半轴齿轮的节锥角 ，
= =29.05° =90°- =60.95°
再求出圆锥齿轮的大端端面模数m
m= = = =7.77
由于强度的要求在此取m=10mm
得 =100mm =10×18=180mm
行星齿轮安装孔的直径 及其深度L
行星齿轮的安装孔的直径 与行星齿轮轴的名义尺寸相同，而行星齿轮的安装孔的深度就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取：
（4-3）
≈38mm ≈40mm
4.1.2 差速器齿轮的几何计算
序号 项目 计算公式 计算结果
1 行星齿轮齿数 ≥10，应尽量取最小值
=10
2 半轴齿轮齿数 =14～25，且需满足式（3-4）
=18
3 模数
=10mm
4 齿面宽 b=(0.25～0.30)A ;b≤10m
30mm
5 工作齿高
=16mm
6 全齿高
17.931
7 压力角
22.5°
8 轴交角 =90°
9 节圆直径 ；
10 节锥角 ，
=29.05°，
11 节锥距
=103.07mm
12 周节 =3.1416
=31.42mm
13 齿顶高 ;
=12.3mm
=5.6mm
14 齿根高 =1.788 - ; =1.788 -
=7.32mm;
=12.44mm
15 径向间隙 = - =0.188 +0.051
=1.931mm
16 齿根角 = ;
=1.067°; =6.868°
17 外圆直径 ；
mm
mm
4.1.3 差速器齿轮的强度计算
轮齿弯曲强度 为
= MPa (4-4)
式中： ——差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式
在此 为1547.25 N•m；
——差速器的行星齿轮数；
——半轴齿轮齿数；
——计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数查得 =0.225
图4-3 弯曲计算用综合系数
根据上式 = =201.7 MPa〈210.9 MPa
所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。
第5章 驱动半轴
驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器的半轴齿轮传给驱动车轮。在一般的非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，半轴将差速器的半轴齿轮与车轮的轮毂联接起来，半轴的形式主要取决半轴的支承形式：普通非断开式驱动桥的半轴，根据其外端支承的形式或受力状况不同可分为半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是载重汽车，采用全浮式结构。
5.1 全浮式半轴的杆部直径的初选
全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行
（5-3）
根据上式 =（47.67～55.7）mm
根据强度要求在此 取49mm。
5.2 全浮式半轴的强度计算
首先是验算其扭转应力 ：
MPa （5-4）
式中： ——半轴的计算转矩，N•m在此取17946.1N•m；
——半轴杆部的直径，mm。
根据上式 ＝ ＝481 MPa< =(490～588) MPa
所以满足强度要求。
5.3 半轴花键的强度计算
计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其花键的剪切应力和挤压应力。
半轴花键的剪切应力 为
MPa (5-5)
半轴花键的挤压应力 为
MPa （5-6）
式中： ——半轴承受的最大转矩，N•m ，在此取17946.1N•m;
——半轴花键的外径，mm，在此取57mm;
——相配花键孔内径，mm，在此取50mm;
——花键齿数；在此取24
——花键工作长度，mm，在此取85mm;
——花键齿宽，mm，在此取4mm;
——载荷分布的不均匀系数，计算时取0.75。
根据上式可计算得 = =71.6 MPa
= =60.3 MPa
根据要求当传递的转矩最大时，半轴花键的切应力[ ]不应超过71.05 MPa，挤压应力[ ]不应超过196 MPa，以上计算均满足要求。
第6章 驱动桥桥壳
驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，作用在驱动车轮上的牵引力，制动力，侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬架及车架上，因此，桥壳既是承载件又是传动件。设计时必须考虑在动载下桥壳有足够的强度和刚度。
6.1 桥壳的结构型式
桥壳的结构型式有三种，即可分式桥壳，整体式桥壳和组合式桥壳。
本设计采用整体式桥壳。
6.1.1 整体式桥壳
整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一个整体的空心梁，其强度和刚度都比较好。
6.1.1.1铸造整体式桥壳
通常可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。
铸造整体式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理想的形状，壁厚能够变化，可得到理想的应力分布，其强度及刚度均较好，工作可靠，故要求桥壳承载负荷较大的中、重型汽车，适于采用这种结构。尤其是重型汽车适合采用这种结构。在球铁中加入1.7%的镍，解决了球铁低温（-41°C）冲击值急剧降低的问题，得到了与常温相同的冲击值。为了进一步提高其强度和刚度，铸造整体式桥壳的两端压入较长的无缝钢管作为半轴套筒。另外，由于汽车的轮毂轴承是装在半轴套管上，其中轮毂内轴承与桥壳铸件的外端面相靠，而外轴承则与拧在半轴套管外端的螺母相抵，故半轴套管有被拉出的倾向，所以必须将桥壳与半轴套管用销钉固定在一起。
本设计采用此类桥壳。
6.1.1.2钢板冲压焊接整体式桥壳
是由钢板冲压件焊成的桥壳主体，两端再焊上带凸缘的半轴套管及钢板弹簧座等组成。
钢板冲压焊接整体式桥壳，除了制造工艺简单，材料利用率高，废品率很低，生产率高及制造成本低等优点外，还有足够的强度和刚度，特别是其质量小，却比有些铸造式桥壳更安全可靠。
6.1.1.3钢管扩张成形整体式桥壳
这种桥壳是由中碳无缝钢管或钢板卷焊钢管扩张，滚压成形制成。将钢管中间扩孔，两端滚压变细，再加焊凸缘及钢板弹簧座等，这种制造工艺的生产率高，材料的利用率最高，桥壳质量虽小而强度和刚度却比较好，但需要专用扩张，滚压成形轧制设备。使用于轿车和轻型汽车的大批量生产。
结论
本文是针对公路运输载货汽车驱动桥的设计，在设计过程中以提高可靠性为目的，以“经济性，可靠性，合理性”为原则，提高和满足汽车在综合使用条件下具有最佳的动力性和经济性，采用优化设计，对驱动桥各分总成如主减速器，差速器，半轴，桥壳等进行结构设计参数计算，强度校核等工作，初步掌握了汽车设计与机械设计的内容。
设计中，采用铸造整体上桥壳，单级主减速器，对称式圆锥行星齿轮差速器，全浮式半轴等结构。在主减速器上加装了调整垫片，可以通过加减垫片来调整齿轮啮合间隙和轴承紧度。从动齿轮设计时，采用了能限制从动锥齿轮因受力而发生偏移的止推装置。并将装了调整垫片，可以调整轴承的预紧度。
此次毕业设计，提高了我们的自学能力，并回顾了以往以所学过的知识，活跃了思维，锻炼了独立思考能力和创新意识，把理论与实践相结合，培养了工程实践能力和理论研究能力。
鉴于自己的能力有限，对驱动桥的设计十分有限，并在设计中存在很多的错误及不足之处，希望各位老师予以谅解并指正。
致谢
在长达将近三个月的毕业设计中，从设计计算到图纸绘制，孙凤霞老师尽职尽责，给我的毕业设计带来了很大的帮助，在此我对孙老师表示衷心的感谢！
也特别感谢郑德林、郭新华、席振鹏、朱宝全等等多位老师在毕业设计期间对我的指导和帮助，使我顺利完成了毕业设计，谢谢你们！
通过这次毕业设计，使我查手册的能力得到了很大的提高。以前遇到问题不是去问老师，就是跳过去，一点自己查资料的意识都没有。现在不同了，通过指导老师的引导，通过自己的实践，现在可以独立到图书馆去查资料，而且要查哪方面的资料，心理非常清楚，不像以前那么没有头绪了。
在其他方面也有不少收获，比如说，这次毕业设计使我养成了一丝不苟的工作方法。以前做作业时总是敷衍了事，一点耐心都没有，坐在凳子上也不会安下心来，总是用一种浮躁的态度来对待自己的事情。现在不同了，通过做毕业设计，我可以三、四个小时坐在凳子上不起身，心理很平静，一点急噪的情绪都没有，这可能是做毕业设计给我留下的东西，这将对我以后在社会上工作大有裨益。
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附录1
驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车荷重的作用，并将载荷传给车轮．作用在驱动车轮上的牵引力，制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此桥壳既是承载件又是传力件，同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置(如半轴)的外壳。
在汽车行驶过程中，桥壳承受繁重的载荷，设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性，在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量．桥壳还应结构简单、制造方便以利于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。在选择桥壳的结构型式时，还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。
桥壳的结构型式
桥壳的结构型式大致分为可分式
可分式桥壳
可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，每一部分均由一个铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维修都很不方便，桥壳的强度和刚度也比较低。过去这种所谓两段可分式桥壳见于轻型汽车，由于上述缺点现已很少采用。
整体式桥壳
整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一整体的空心粱，其强度及刚度都比较好。且桥壳与主减速器壳分作两体，主减速器齿轮及差速器均装在独立的主减速壳里，构成单独的总成，调整好以后再由桥壳中部前面装入桥壳内，并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都十分方便。
整体式桥壳按其制造工艺的不同又可分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张成形式三种。
驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。
驱动桥设计应当满足如下基本要求：
a)所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。
b)外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。
c)齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。
d)在各种转速和载荷下具有高的传动效率。
e)在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。
f)与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。
g)结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。
驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为两大类，即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构叫复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。
非断开式驱动桥
普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大，这是它的一个缺点。
驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下，如果单级主减速器不能满足离地间隙要求，可该用双级结构。在双级主减速器中，通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内，也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器：越野汽车为了提高离地间隙，可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方；公共汽车为了降低汽车的质心高度和车厢地板高度，以提高稳定性和乘客上下车的方便，可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方；有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度，在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时，将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。
在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货汽车上，有时采用蜗轮式主减速器，它不仅具有在质量小、尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点，而且对汽车的总体布置很方便。
断开式驱动桥
断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。
汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素，而汽车簧下部分质量的大小，对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜，提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度，减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。但是，由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。
多桥驱动的布置
为了提高装载量和通过性，有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动，常采用的有4×4、6×6、8×8等驱动型式。在多桥驱动的情况下，动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种。相应这两种动力传递方式，多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯通式与贯通式。前者为了把动力经分动器传给各驱动桥，需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力，这样不仅使传动轴的数量增多，且造成各驱动桥的零件特别是桥壳、半轴等主要零件不能通用。而对8×8汽车来说，这种非贯通式驱动桥就更不适宜，也难于布置了。
为了解决上述问题，现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置型式。
在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，并且各驱动桥不是分别用自己的传动轴与分动器直接联接，而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴，是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥的动力，是经分动器并贯通中间桥而传递的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计(如汽车的变型)、制造和维修，都带来方便。
由于非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠，查阅资料，参照国内相关货车的设计。
附录2
Bridge-driven car shell is one of the main parts, non-drive off-shell bridge played a supporting role in the automotive load and load to the wheels. In the role of the drive wheels on the traction, braking force, lateral and vertical forces also spread to fly through the bridge and the shell or inside the frame. Therefore, the bridge carrying both pieces of shell-edge thing is, at the same time it is also the main reducer, and differential wheel drive transmission (such as the axle) of the shell.
In the car, the axle housing to bear the heavy load, the design must take into account the dynamic load under the axle housing have enough strength and stiffness. In order to reduce the spring under the car of lower quality in order to facilitate dynamic load, and improve the car's running smoothly, while ensuring the strength and stiffness on the premise of the bridge should seek to reduce the quality of the shell. Shell structure of the bridge should be simple and easy to create the benefit of lower costs. It should also ensure that the structure of the main reducer of disassembly, adjustment, repair and maintenance easy. Bridge in the selection of the shell structure, should also be given to the type of car, asked to use, manufacture, supply materials and so on.
A bridge of the shell structure
Bridge of the shell structure can be roughly divided into type
There are bridge-shell
There are bridge-shell as a whole from the shell of a bridge into the vertical joints around two parts, each part by the casting of a shell into the outside pressure and a side of the axle casing components. Half shell casing and connected with rivets. In the main reducer, and differential assembly after about two half-bridge through the shell in the joints of the Central Office of the bolt circle into a whole. It features a simple bridge shell manufacturing process, the main reducer bearing stiffness well. But the main reducer of the assembly, adjustment and maintenance are inconvenient, the bridge shell strength and stiffness will be lower. In the past the so-called two-axle housing can be found in the car light, as a result of these shortcomings is now rarely used.
whole-axle housing
Bridge-shell as a whole is characterized by the entire bridge made of a shell as a whole, the bridge is like a shell of the hollow beam as a whole, its strength and stiffness than good. Bridge and the shell and the shell will be divided into two main reducer, the main reducer, and differential gears are mounted on the main independent slowdown shell, constitute a separate assembly, later adjusted by the bridge in front of the shell in the central bridge into the shell , And with the axle housing fixed together with bolts. It enables a reducer, and differential of disassembly, adjustment, repair, maintenance and so on is very convenient.
Bridge-shell as a whole according to their different manufacturing process can be divided into a whole-casting, stamping steel plates welded steel pipe and the expansion into three forms.
Bridge drive powertrain in the end, its basic function is to increase the transmission shaft or transmission from the torque and power reasonably allocated to the left and right wheel also bear on the role of road and the frame or body Between vertical and horizontal force strength. Driven by the main bridge in general reducer, and differential, gear wheels and drive axle housing component, and so on.
Drive bridge should be designed to meet the basic requirements are as follows:
a) choice of the main reduction ratio should be able to ensure the car has the best power and fuel economy.
b) smaller size, it is necessary to ensure that the ground clearance.
c) transmission gears and other pieces of work in a smooth, small noise.
d) in a variety of speed and load with a high transmission efficiency.
e) to ensure sufficient strength, rigidity conditions, the quality should be as small, especially the quality of the next spring should be small in order to improve the car ride.
f)-oriented suspension and body movement coordination, the drive to the bridge, but also with the agency to coordinate movement.
g) simple structure, good process and create easy disassembly, easy adjustment.
Drive bridge structure in accordance with characteristics of the work, can be grouped into two broad categories, namely non-drive off the bridge and drive off the bridge. When the drive wheel of a non-independent suspension, the non-selection should be off-drive axle; when the drive wheel independent suspension, the choice should be off-drive axle. As a result, the former driver, also known as non-independent suspension bridge; the latter known as the independent suspension bridge driver. Independent suspension bridge structure called complex drive, but will be much more uneven in the car traveling on the road ride comfort.
2 non-drive axle disconnect
General non-drive off the bridge, because it is simple, low-cost, reliable, widely used in a variety of truck, bus and a bus, in most of the off-road cars and car parts is also using this structure. Details of their structure, in particular, the shell structure of the bridge although different, but there is a common feature of the bridge is a shell around the drive wheel bearing on the rigid hollow beams, such as transmission gears and axle components to install it. At this time the entire drive axle, wheel and drive shaft are part of the quality of the next spring, next spring the quality of the larger car, which is one of its shortcomings.
Bridge drive size depends largely on the outline of the main type of reducer. In the tire size and drive under the bridge minimum ground clearance have been identified, will be limited to the main driven gear reducer diameter size. In a given ratio of the conditions, if the single-stage main reducer not meet the requirements of ground clearance, with the two-level structure. In the main two-stage reducer, usually two-stage gear reducer in a shell of the main reducer, can also slow down in the second grade as a round edge gear reducer. The round side reducer: off-road vehicle in order to improve the ground clearance, can constitute a pair of cylindrical gear wheel of the gear reducer at the top of the vertical driven gear; bus in order to reduce the vehicle's center of mass and a high degree of deck A high degree of order to enhance the stability and convenience of the passengers get off, can be round edge of the gear reducer at the bottom of the vertical driven gear; some double-decker bus in order to further reduce the deck height, cylinder gear used in the round edge Reducer, the main reducer, and differential assembly also moved to a wheel next to the driver.
In a small number of high-speed engine with a large bus, Bridge Multi-drive cars and super-heavy-duty truck, sometimes using the main worm-reducer, which not only has the quality in a small, compact size of the case could be a big transmission ratio, as well as the work of Smooth silent advantages, but also to the overall layout of the car easily.
Drive-off bridge
Off-drive off the bridge from the non-drive axle of the obvious characteristics is that the former do not have a connection about the drive wheels or beam rigid shell as a whole. Drive off-shell bridge is a section, and each other can do relative motion, such as the bridge-off. In addition, it is always with the independent match suspension, it is also known as the independent suspension bridge driver. This bridge in the middle of the main reducer, and differential, and so is mounting in the frame beams inside or on the floor or backbone frame-linked. The main reducer, and differential part of the drive shaft and the quality of the gear wheels are on the quality of the spring. Both sides of the drive wheel independent suspension as a result can be caused by site as opposed to one another or inside the frame for swinging up and down, and accordingly on the request of the gear wheel drive and its shell casing or swing accordingly.
Flying car assembly and its flexibility in the type of device components and vibration characteristics of the work is to determine a car ride a major factor, and the spring under the car the size of some of the quality of its ride quality is also significant. Off-drive axle of the quality of the spring under the smaller, independent suspension with the match, with the result that drive the wheels on the ground and contacts of all kinds of terrain and better adaptability, which can greatly reduce the car in the uneven pavement When traveling on the train vibration and tilt to improve vehicle ride and average speed, and reduce the wheel of Axle Load and move on the part of the damage and improve the reliability and service life. However, due to off-drive axle and independent suspension of the match with the structure of the complex, and they were mainly observed in the structure of the smooth running of the higher part of the car and a number of off-road vehicle, and the latter belongs to light more of the following off-road vehicle Bridge or drive the heavy-duty off-road vehicle.
Multi-Bridge-driven layout
In order to improve the loading and through, and some heavy-duty vehicles and medium-sized all over the off-road vehicle and are based on the multi-bridge driver, there is often used in 4 × 4,6 × 6,8 × 8, and other types of drivers. In the multi-bridge drivers, power points as actuators to drive the bridge in two ways. The two corresponding power transfer mode, multi-drive vehicle bridge the drive axle of the type of layout is divided into non-through-and through. In order to power by the former sub-actuator to the drive axle, respectively, to be divided by the actuator through the drive axle own dedicated power transmission shaft, so that not only the increase in the number of drive shaft and caused the driver of the bridge parts in particular Shell Bridge, the main axle, and other parts can not be universal. The 8 × 8 on the car, this non-drive-through is even more inappropriate for the bridge, a difficult layout.
In order to address these problems, and more modern bridges are built on a car driving through the drive-type layout of the bridge.
In the drive-through layout of the bridge, the bridge of the vertical shaft arranged in the same vertical plane and drive the bridge were not Shaft with their own sub-actuator directly connected, but located at the front of the actuator or Behind the bridge of the two adjacent shaft, the layout of the series is. Before and after the driver of the car at both ends of the bridge's driving force is divided by the actuator and through the middle of the bridge and pass. The advantage is not only a reduction of the number of drive shaft, but the driver raised the bridge parts commonality with each other and to simplify the structure, reducing the size and quality. This car's design (such as car variant), manufacturing and maintenance, are convenient.
Due to the non-drive off the bridge structure is simple, low-cost, reliable access to information relevant in the light truck designs. |
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