畢業(yè)設(shè)計 一款校園電動車后橋設(shè)計

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1、一款校園電動車后驅(qū)動橋的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 題 目： 一款校園電動車后驅(qū)動橋的設(shè)計 學(xué) 生： 專 業(yè)： 車輛工程 班 級： 0601 學(xué) 號： 0106110104 指導(dǎo)老師： 摘要 如今，大學(xué)校園逐漸趨于大面積化

2、，且同學(xué)們在圖書館、教學(xué)樓與宿舍間往返頻率高，由于路程比較長，導(dǎo)致在這個過程中所需要消耗的時間相對比較長，給同學(xué)們帶來了很多的不便。為了提高效率，提供同學(xué)們學(xué)習(xí)、生活的便利性。在校園內(nèi)設(shè)置校園電動車是非常必要的，現(xiàn)在已經(jīng)有許多學(xué)校像閩江學(xué)院、福建師范大學(xué)等等，都已經(jīng)在校內(nèi)開通了校園電動車。我們學(xué)校在09年下半年也試運行了。 校園電動車主要是利用蓄電池提供電能，驅(qū)動電動機提供動力。電是可再生資源，而且電動機在運行的過程中噪音比較小，不會對環(huán)境造成污染。但是唯一存在的缺陷就是電池，因為電池的充電次數(shù)是有限的，并且廢舊電池對環(huán)境有一定的危害。在電池技術(shù)一定的條件下，為減少電池充電次數(shù)、提高經(jīng)濟性，

3、這就要求電動車具有高效率的傳動系統(tǒng)。并且電動車主要的傳動系統(tǒng)就是后橋，所以我們可以通過提高后橋的傳動效率，從而提高傳動系統(tǒng)的效率。由此可見，對于電動車而言，后橋是非常重要的一個部件。對其進行優(yōu)化是十分必要的。所以我的畢業(yè)設(shè)計就選擇一款校園電動車后橋的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：大學(xué)校園，校園電動車，電動車后橋 Abstract Today,the university gradually becomes a large area of the campus.And students

4、 back and forth between the library,as a longer distance,resulting in,this process would consumes a long time,To bring a lot of inconvenience to students.In order to improve efficiency,to provide students studying and living convenience.It is necessary to have School Electric Vehicle in university.T

5、here are already many schools like Minjiang University, Fujian Normal University, etc.Had already launched.The second half of our school in 2009 also test run in our school. School Electric Vehicle mainly use power batteries to provide energy.use electric motor to provide power.Electricity is from

6、renewable sources,and motor running in a smallnoise,will not cause environmental pollution.But the only defects that battery,because the rechargeable battery is limited,and used batteries were damaged by the environment.Under certain conditions of the battery，To reduce the number of battery charge a

7、nd Improve the economy.This requires a highly efficient drive system.And the main drive system is rear axle,So we can improve the transmission efficiency by the rear axle,to improve the efficiency of transmission.This shows,for electric motors Rear axle is a very important component.It is necessary

8、to optimize.So I chose the Issue of the school electric vehicles rear axle design Keyword：Campus，School Electric Vehicle，School Electric Vehicle rear axle 目錄 前　言 5 設(shè)計要求 6 1 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案擬定 7 2 主減速器設(shè)計 7 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 7 2.1.1 主減速器齒輪類型 8 2.1.2主減

9、速器主，從動齒輪的支承形式 9 2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇與計算 11 2.2.1 主減速器計算載荷的確定 11 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 12 2.2.3 主減速器齒輪的強度計算 15 2.3 小結(jié) 18 3 差速器的設(shè)計 19 3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 20 3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 21 3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計 21 3.3.1差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 22 3.3.2 差速器齒輪的幾何計算 23 3.3.3 差速器齒輪的強度計算 25 3.4 小結(jié) 25 4 驅(qū)動半軸的設(shè)計 26 4.1

10、　結(jié)構(gòu)形式分析 26 5 驅(qū)動橋殼的設(shè)計 30 5.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) 30 6 總結(jié) 32 7 謝辭 32 參考文獻： 33 前　言 汽車驅(qū)動橋位于傳動系的末端。其基本功用是增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動車輪；其次，驅(qū)動橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等。驅(qū)動橋一般由主減速器，差速器，車輪傳動裝置和橋殼組成。 設(shè)計驅(qū)動橋時應(yīng)當滿足如下基本要求： (1) 選擇適當?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條

11、件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。 (2) 外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。 (3) 齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。 (4) 在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動效率。 (5) 具有足夠的強度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。 (6) 與懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動協(xié)調(diào)。 (7) 結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。 設(shè)計要求 一、 車型：一款校園電動車 二、 設(shè)

12、計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 1. 車型：校園電動車； 2. 額定乘員：8個 3. 外形尺寸（mm）（長寬高）：3900X1400X1800 4. 空載質(zhì)量：780kg 5. 滿載質(zhì)量：1230kg 前：516kg　后：714kg； 6. 輪距：前：1230mm　后：1200mm； 7. 最小離地間隙（mm）：205 8. 最高車速：33km/h；最大爬坡度（滿載）：大于25%； 9. 主減速器傳動比：10:1； 10. 額定功率：4kw（最高車速時3265r/min時）； 11. 額定轉(zhuǎn)矩：19.6Nm；T=9549*P/n 12. 輪胎規(guī)格：145/80R12真空輪胎； 輪胎半

13、徑＝0.145*80％＋12*2.54/100/2=0.2684m 1 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案擬定 由于要求設(shè)計的是校園電動車的后驅(qū)動橋，要設(shè)計這樣一個級別的驅(qū)動橋，一般選用非斷開式驅(qū)動橋以與非獨立懸架相適應(yīng)。對比轎車的后橋，電動車后橋的主要特點是傳動路徑不一樣，輸入軸與半軸是平行的。其他的結(jié)構(gòu)組成基本一致。借鑒東風(fēng)EQ8081校園電瓶車后橋，其布置方案如下圖所示。 圖1-1 2 主減速器設(shè)計 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 主減速器的傳動比： （2-1） 式中：rr—車輪的滾動半徑，m； np—最大功率時的電動機的轉(zhuǎn)速，r/min; va max—汽

14、車的最高車速，km/h; igH—變速器最高擋傳動比，通常為1； 此公式參照《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 P91 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。 1. 驅(qū)動橋中主減速器、差速器設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求： (1) 所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。 (2) 外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動件工作平穩(wěn)，噪音小。 (3) 在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率；與懸架導(dǎo)向機構(gòu)與動協(xié)調(diào)。 (4) 在保證足夠的強度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車平順性。 (5) 結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性

15、好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 2. 按主減速器的類型分，驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下： (1) 中央單級減速器。（主減速比i≤7.6） (2) 中央雙級主減速器。由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時（傳動比在7.6＜i0≤12） (3) 中央單級、輪邊減速器。（i0＞12） 綜上所述，應(yīng)該選用中央雙級主減速器，分析如下： 該后橋減速器的傳動比為10，傳動比7.6＜io≤12，超出了單級減速器的最大傳動比，所以必須使用二級減速器。 所以此設(shè)計采用二級減速驅(qū)動橋，再配以鑄造整體式橋殼。 圖2-1 2.1.1 主減速

16、器齒輪類型 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。借鑒東風(fēng)EQ8081電動車，其后橋的布置形式不同于一般汽車，電動機的輸入軸與后橋半軸是平行的，不需對齒輪的傳動方向改變90，因此主減速器選用圓柱齒輪傳動。所以該主減速器應(yīng)該選用雙級圓柱齒輪傳動的減速器。 2.1.2主減速器主，從動齒輪的支承形式 借鑒閩江學(xué)院東風(fēng)EQ8081電瓶車，確定主減速器主從動齒輪的支承方式分別如下圖所示： 圖2-2（為第一級主動齒輪，為非對稱布置） 圖2-3（為中間軸，為非對稱布置） 圖（2-4） 圖2-5 2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇與計算 半

17、軸車輪的最大轉(zhuǎn)速：n==326.3r/min 各零件的傳動效率值： 軸承η1=0.99，齒輪η2=0.97 2.2.1 主減速器計算載荷的確定 1. 按電動機最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動齒輪的轉(zhuǎn)矩（Tce、Tjφ），參照文獻《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 P109其中較小者為計算載荷： （2-2） （2-3） 式中： Temax—電動機最大轉(zhuǎn)矩；Temax =19.6 iTL—由電動機至所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低擋傳動比

18、，in=10； ηT—傳動系上傳動部分的傳動效率，取ηT=0.99*0.99*0.99*0.99*0.97*0.97＝0.90； Kd—由于猛接離合器而產(chǎn)生的動載系數(shù)，Kd=1； n—汽車的驅(qū)動橋數(shù)，n=1； G2—汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平面的最大負荷，714*9.8＝6997.2N； φ—輪胎對地面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取φ=0.85； rr—車輪滾動半徑，0.2684m； ηLB,iLB—分別由所計算的主減速器從動齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和傳動比。ηLB取0.9，由于沒有輪邊減速器，所以取iLB=1; 由以上數(shù)據(jù)代入公式（2-2）、（2-3）計算得

19、： Tje=19.6*10*1*0.9/1=176.4Nm Tjφ=6997.2*0.85*0.2684/（0.9*1）=1773.7Nm 2.按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動齒輪的平均計算轉(zhuǎn)矩 對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定參照文獻《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 P110： （2-4） 式中：——汽車滿載時的總重量，12054N； ——所牽引的掛車滿載時總重量，N，但僅用于牽引車的計算； ——道路滾動阻力系數(shù)，計算時對于轎車可取0.010~0.015，在這我們?nèi)?.013 ——汽車正常

20、行駛時的平均爬坡能力系數(shù)，對于轎車通常取0.08； ——汽車的性能系數(shù)：時，取； ——主減速器主動齒輪到車輪之間的效率為0.9； ——主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比為1； ——驅(qū)動橋數(shù)為1。 ——車輪的滾動半徑 為0.2684m 以上數(shù)據(jù)代入式（2-4）得： ==334.31 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 對于普通的雙級主減速器來說，由于第一級的減速比i01比第二級的i02小些（通常i01/i02≈1.4~2.0）。 借鑒東風(fēng)朝陽系列電動車EQ8081后橋 其主減速器為圓柱斜齒輪式二級減速器，其中各級齒輪的參數(shù)如下： 表2-1 對象 齒數(shù)z

21、傳動比 總傳動比 第一級主動齒輪 17 2.529 10.51 第一級從動齒輪 43 第二級主動齒輪 19 4.158 第二級從動齒輪 79 如圖2-6，并根據(jù)已知條件得： a12=mn1（z1+z2）/(2cosβ1)=61→mn1=122cosβ1/60 → mn1=2.0333 （2-5） a23=mn2（z3+z4）/(2cosβ2)=99→mn2=198cosβ2/98 → mn2=2.0204 （2-6） zmin=zvmincosβ =17cosβ

22、 （2-7） 其中法面模數(shù)第一系列標準值有1、1.25、2、2.5、6、8、10、12等。 綜合（2-5）、（2-6）、（2-7）可預(yù)測出齒輪的法面模數(shù)與螺旋角（查閱《機械原理》孫恒 主編 第七版 高等教育出版社 斜齒輪的螺旋角一般取8—20之間） 壓力角是決定齒廓形狀的主要參數(shù)；國家標準（GB/T 1356—1988）中規(guī)定，分度圓上的壓力角為標準值，α=20。 試取mn1=2、β1=12、mn2=2、β2=12； 圖2-6（主減速器各齒輪的布置方式） 表2-2主減速齒輪參數(shù) 參數(shù) 符號 主動齒輪 Z1

23、 從動齒輪 Z2 主動齒輪 Z3 從動齒輪 Z4 端面模數(shù) mt=mn/cosβ 2.0447 2.0447 2.0447 2.0447 分度圓直徑 d=mnz/cosβ 34.76 87.92 38.85 161.53 齒頂高 ha=mn（ha*n+xa） 2.5 2.5 2.5 2.5 齒根高 Hf=mn(ha*n+cn*-xn) 3.125 3.125 3.125 3.125 齒頂圓直徑 da=d+2ha 38.76 91.92 32.85 165.53 齒根圓直徑 df=d-2hf 29.76 82.92

24、33.85 156.53 法面齒厚 St=（π/2+2xttanαt）mt 3.21 3.21 3.21 3.21 齒寬 B=Φdd=0.8d 33 36 （查閱《機械設(shè)計》 第八版 高等教育出版社P205 表10—7兩支承相對于小齒輪做不對稱布置，取Φb=0.7~1.15，取Φb=0.8。注：圓柱齒輪的實用齒寬，在按b=Φdd計算后再做適當?shù)膱A整，而且常將小齒輪的齒寬在圓整的基礎(chǔ)上人為地加寬5~10mm，以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大齒輪單位齒寬的工作載荷。） 主減速器齒輪的螺旋方向 主、從動齒輪的螺旋方向是相反的。以最小軸向力為前提

25、設(shè)計。 借鑒東風(fēng)EQ8081得齒輪的各齒輪的旋向 圖2-7 圖示中 Fa為斜齒輪產(chǎn)生的軸向力，n為各軸的轉(zhuǎn)速。圖2-7所示，中間軸上齒輪產(chǎn)生的軸向力Fa2與Fa3方向是相反的，可以相互抵消。這就使中間軸所受的載荷最小，可以延長軸與軸承的使用壽命。所以所選齒輪的旋向合理。 主減速器齒輪材料 驅(qū)動橋齒輪的工作條件是相當惡劣的，與傳動系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點。因此，傳動系中的主減速器齒輪是個薄弱環(huán)節(jié)。主減速器齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求： a） 具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。 b） 齒輪芯部

26、應(yīng)有適當?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。 c） 鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。 d） 選擇合金材料是，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 汽車主減速器齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分數(shù)為0.8%～1.2%），具有相當高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強度、表面接觸強度和承受沖擊的能力均較好。由

27、于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點是熱處理費用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會引起表面硬化層的剝落。 為改善新齒輪的磨合，防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進行應(yīng)力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對于滑動速度高的齒輪，可進行滲硫處理以提高耐磨性。 2.2.3 主減速器齒輪的強度計算 在選好主減速器齒輪的主要參數(shù)后，應(yīng)根據(jù)所選的齒形計算齒輪的幾何尺寸，對其強度進行計算，以保證其有

28、足夠的強度和壽命。在進行強度計算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。 1. 單位齒長圓周力 查閱《汽車設(shè)計》 劉惟信 編著 清華大學(xué)出版社P176有： 在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長圓周力來估算，即 N／mm2 （2-8） 式中：P——作用在齒輪上的圓周力，按電動機最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩 兩種載荷工況進行計算，N； F——從動齒輪的齒面寬， 第一級從動齒輪：=33/cos12=33.737mm. 第二級從動齒輪：b4=36.804

29、mm 按電動機最大轉(zhuǎn)矩計算時： N／mm (2-9) 式中：——電動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取19.6； ——計算齒輪之前的傳動比，i12=2.529，i34＝4.158； ——主動齒輪節(jié)圓直徑，第一級：34.76mm；第二級：38.85mm 按式(2-9)得： 第一級圓周力： N/mm 第二級圓周力： N/mm 按最大附著力矩計算時： N／mm （2-10） 式中：——汽車滿載時

30、一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷，對于后驅(qū)動橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時的負荷增加量，在此取7140N； ——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85； ——輪胎的滾動半徑，在此取0.2684m； d2——從動齒輪的節(jié)圓直徑 第一軸：87.92mm 第二周：161.53mm 按式（2-10）得 第一軸圓周力：=242.144 N／mm 第二軸圓周力： N/mm 在現(xiàn)代汽車的設(shè)計中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長上的圓周力有時提高許用資料的20%～25%。經(jīng)驗算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。查閱《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 清華大學(xué)

31、出版社P177 表3—32。其中上述兩種方法計算用的許用單位齒長上 的圓周力[p]都為893N/mm2，故滿足條件。 2.齒輪彎曲強度 查閱《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 清華大學(xué)出版社P177 得： 齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為： = N/mm （2-11） 式中： —齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力，N/mm； Tj—齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，對從動齒輪，取中的較小值，為176.4Nm；對 第一級主動齒輪取為=176.4/(10.120.9940.972)=19.286 Nm；第二級主動齒輪取為 Nm k0—過載系數(shù)，

32、一般取1； ks—尺寸系數(shù)，當斷面模數(shù)mTd≥1.6時，=0.5326； km—齒面載荷分配系數(shù)，一個齒輪騎馬式支承，km=1.25； kv—質(zhì)量系數(shù)，取1； F—所計算的齒輪齒面寬；F=36mm z—計算齒輪的齒數(shù)； J —齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，查閱《汽車車橋設(shè)計》P178 圖3—106 取J=0.03； m—端面模數(shù)，mt=2.0447 對于第二級主動齒輪， T=73.339Nm；從動齒輪，T=176.4Nm； 將各參數(shù)代入式（2-11）得： 從動齒輪齒根彎曲應(yīng)力： = MPa； 主動齒輪齒根彎曲應(yīng)力： = MPa； 查《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著清華大學(xué)出版

33、社P176 表3—31,主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力 []=700MPa，輪齒彎曲強度滿足要求。 3.輪齒接觸強度 查閱《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著清華大學(xué)出版社P191 得： 輪齒的齒面接觸應(yīng)力為： σj= N/mm （2-12） 式中： Tjz—主動齒輪計算轉(zhuǎn)矩，第一級主動齒輪取為=176.4/(10.120.9940.972)=19.286 Nm；第二級主動齒輪取為 Nm σj—錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力，MPa； d—主動齒輪分度圓直徑，mm；d1=34.76mm，d2=38.85； F—主、從動齒輪齒面寬較小值；

34、b1=33，b2=36mm； Kf—表面質(zhì)量系數(shù)，取1.0； Cp—綜合彈性系數(shù)，取232N1/2/mm； ks—尺寸系數(shù)，取1.0； J—齒面接觸強度的綜合系數(shù)，查《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著P186 第一級取0.11，第二級取0.142 k0、km、kv選擇同式（2-7） 將各參數(shù)代入式（2-12）得： 第一級齒輪齒面接觸應(yīng)力： MPa 第二級齒輪齒面接觸應(yīng)力： MPa 查《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著P176 表3—31，σw≤[σw]=2800MPa，輪齒接觸強度滿足要求。 2.3 小結(jié) 本章的核心內(nèi)容為電動車后驅(qū)動橋主減速器各傳動齒輪的設(shè)計與校核，

35、通過借鑒了東風(fēng)EQ8081電動車的后驅(qū)動橋主減速器的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)參數(shù)、尺寸，對所設(shè)計的主減速器進行結(jié)構(gòu)的選擇以及對主減速器齒輪的相關(guān)參數(shù)進行預(yù)選，并結(jié)合《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著、《機械設(shè)計》、《機械原理》等相關(guān)書籍，利用給定的載荷條件對所設(shè)計的減速器進行齒輪的圓周力、彎曲強度以及接觸強度的校核。 3 差速器的設(shè)計 汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往不等。轉(zhuǎn)彎時內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時，由于路面波形不同也會造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平

36、直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時不可避免地會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運動學(xué)要求。 差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動。差速器有多種形式，在此設(shè)計普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。

37、 3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點的圓周速度都相等（圖3-1），其值為。于是==，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。 當行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時，嚙合點A的圓周速度為=+，嚙合點B的圓周速度為=-。于是 +=（+）+(-) 即 + =2 （3-1） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則

38、 （3-2） 式（3-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。 有式（3-2）還可以得知：①當任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；②當差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動器制動傳動軸時），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。 3.2 對稱式圓錐行星齒輪差

39、速器的結(jié)構(gòu) 普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖3-2所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，故廣泛用于各類車輛上。 圖3-2 1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪； 7-從動齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓 3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計 由于在差速器殼上裝著主減速器從動齒輪，所以在確定主減速器從動齒輪尺寸時，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動齒輪軸承支承座及主動齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。

40、 3.3.1差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 參照《汽車車橋設(shè)計》 劉惟信 編著 清華大學(xué)出版社 P220 1.行星齒輪數(shù)目的選擇 轎車一般采用2個行星齒輪。 2.行星齒輪球面半徑的確定 圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗公式確定： mm (3-3) 式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52～2.99

41、，對于有2個行星齒輪的轎車取大值2.8； Tj——計算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，176.4 . 根據(jù)上式=15.703mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距A=20mm 3.行星齒輪與半軸齒輪的選擇 借鑒東風(fēng)EQ8081后橋： 圖3-3 選：行星齒輪的齒數(shù)為Z1=10； 半軸齒輪的齒數(shù)為Z2=16； 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 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角， ==32.00 =90-=58 （3-4） 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m m==

42、=220/10sin32=2.119 （3-5） 參照GB1357—87第一系列模數(shù)表，在此取m=2.5mm 得d1=mz1=2.510=25mm d2=mz2=2.516=40mm 5.壓力角α 目前，汽車差速器的齒輪大都采用22.5的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強度。在此選22.5的壓力角。 6.行星齒輪安裝孔的直徑φ及

43、深度L 行星齒輪的安裝孔的直徑φ與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。? （3-6） （3-7） （3-7） 式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm；TO=19.60.9940.97310.517=186.3 ——行星齒輪的數(shù)目；在此為

44、2 ——行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x，， ≈0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而d≈0.8； ——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 根據(jù)上式 d=0.840=32 =0.532=16 =8.758 84.375 3.3.2 差速器齒輪的幾何計算 查閱《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 清華大學(xué)出版社 P222 表3—1汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算用表 長度單位：mm 項目 計算公式 計算結(jié)果 行星齒輪齒數(shù) ≥10，應(yīng)盡量取最小值 =10 半軸齒輪齒數(shù) =14～25 =16 模

45、數(shù) =2.5mm 齒面寬 F=(0.25～0.30)A;F≤10m 6mm 工作齒高 =4mm 全齒高 4.521 壓力角 22.5 軸交角 =90 節(jié)圓直徑 ； d1=25mm d2=40mm 節(jié)錐角 ， =32， 節(jié)錐距 =23.588mm 周節(jié) =3.1416 =7.854mm 齒頂高 ; =2.564mm =1.436mm 齒根高 =1.788-;=1.788- =1.906mm; =3.034mm 徑向間隙 =-=0.188+0.051 =0.521mm 齒根角 =; =4.62

46、; =7.33 面錐角 ； =39.33，=62.62 根錐角 ； =27.38，=50.67 外圓直徑 ； d01=29.35mm d02=41.52mm 節(jié)圓頂點至齒輪外緣距離 x01=18.64mm x02=11.28mm 3.3.3 差速器齒輪的強度計算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此對于差速器齒輪主要應(yīng)進行彎曲強度校核。查閱查閱《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 清華大學(xué)出版社 P224，輪

47、齒彎曲強度為 MPa (3-8) 式中：——差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計算式 在此為55.89Nm； ——差速器的行星齒輪數(shù)2； ——半軸齒輪齒數(shù)16； 、、——見式（2-8）下的說明； J——計算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，查《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著P225 得=0.2175; 由以上數(shù)據(jù)代入（3-8）得： MPa 查閱《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著 清華大學(xué)出版社 P176 表3—31 汽

48、車驅(qū)動橋齒輪許用應(yīng)力[σw]〈 980 MPa。所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。 3.4 小結(jié) 本章介紹了差速器的差速原理，通過借鑒東風(fēng)EQ8081電動車后驅(qū)動橋差速器及相關(guān)尺寸要求，并參考劉惟信《汽車后橋設(shè)計》 清華大學(xué)出版社 差速器設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，確定差速器結(jié)構(gòu)及差速器圓錐齒輪的相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合載荷要求對其進行強度校核。 4 驅(qū)動半軸的設(shè)計 校園電動車不同于普通轎車，由于其電機安裝在后橋主減速器的左側(cè)，為了給電機騰出空間并使后橋整體的質(zhì)量分布相對均勻，所以電動車的后橋半軸需要設(shè)計成不等長的，電機安置在長半軸那端。 圖4-1 4.1　結(jié)構(gòu)形式分析

49、 半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式、3／4浮式和全浮式三種形式。借鑒東風(fēng)EQ8081電動車，選用半浮式。 圖4-2 圖4-3 圖4-4 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡單，所受載荷較大，只用于轎車和輕型貨車及輕型客車上。 圖4-5 設(shè)計半軸的主要尺寸是其直徑，在設(shè)計時首先可根據(jù)對使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個驅(qū)動橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對它進行強度校核。

50、 計算時首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： 1. 按最大附著力計算，縱向力最大，其最大值為，附著系數(shù)在計算時取0.8，為汽車加速和減速時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于后驅(qū)動橋可取（1.2~1.4）； 2. 按電動機最大最大轉(zhuǎn)矩、傳動系最小傳動比計算時，計算時 其中 ε—差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于普通圓錐行星齒輪差速器取ε=0.6； ηT—汽車傳動效率，計算時可忽略不計或取為0.9； iTL—最小傳動比為10.51 rr—0.2684m 3. 垂向力 —一側(cè)車輪本身對地面的垂直載荷，N； 左右半軸所受的合成彎矩為：

51、=321.905N.m 轉(zhuǎn)矩為：=976.585N.m 故縱向力最大時不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力最大時也不會有縱向力作用。 圖4-6為東風(fēng)EQ8081電動車后橋短半軸的二維圖，4-7為其三維圖。其短半軸長度為658mm其余結(jié)構(gòu)與長半軸相同。 圖4-6 圖4-7 5 驅(qū)動橋殼的設(shè)計 驅(qū)動橋殼的主要功用是支撐汽車質(zhì)量，并承受由車輪傳來的路面的反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車架（或車身）；它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體 驅(qū)動橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計要求： 1. 應(yīng)具有足夠的強度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力． 2. 在保證強度和剛度的前提

52、下，盡量減小質(zhì)量以提高汽車行駛平順性． 3. 保證足夠的離地間隙． 4. 結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低． 5. 保護裝于其上的傳動部件和防止泥水浸入． 6. 拆裝，調(diào)整，維修方便． 借鑒東風(fēng)EQ8081電動車，選用鑄造整體式橋殼結(jié)構(gòu) 5.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) 通?？刹捎们蚰T鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。在球鐵中加入1.7%的鎳，解決了球鐵低溫（-41C）沖擊值急劇降低的問題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進一步提高其強度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長的無縫鋼管作為半軸套筒，并用銷釘固定。每邊半軸套管與橋殼的壓配表面共四處，由里向外逐漸加大配合面的直徑，以得到較好的壓配效果。鋼板

53、彈簧座與橋殼鑄成一體，故在鋼板彈簧座附近橋殼的截面可根據(jù)強度要求鑄成適當?shù)男螤睿ǔ６酁榫匦?。安裝制動底板的凸緣與橋殼住在一起。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，打開后蓋可作檢視孔用。 另外，由于汽車的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內(nèi)軸承與橋殼鑄件的外端面相靠，而外軸承則與擰在半軸套管外端的螺母相抵，故半軸套管有被拉出的傾向，所以必須將橋殼與半軸套管用銷釘固定在一起。 鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點在于可制成復(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，其強度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負荷較大的中、重型汽車，適于采

54、用這種結(jié)構(gòu)。尤其是重型汽車，其驅(qū)動橋殼承載很重，在此采用球鐵整體式橋殼。 除了優(yōu)點之外，鑄造整體式橋殼還有一些不足之處，主要缺點是質(zhì)量大、加工面多，制造工藝復(fù)雜，且需要相當規(guī)模的鑄造設(shè)備，在鑄造時質(zhì)量不宜控制，也容易出現(xiàn)廢品，故僅用于載荷大的重型汽車。 6 總結(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計中主要是以計算為主，主要對某款電動車后驅(qū)動橋主減速器及差速記進行了較為詳盡的設(shè)計?？梢哉f時間比較緊迫，個人能力也有限，沒辦法對后驅(qū)動橋所有部件進行很詳細的設(shè)計，以下是這次畢業(yè)設(shè)計的小結(jié)： 1、通過借鑒了東風(fēng)EQ8081電動車的后驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)參數(shù)、尺寸，對所設(shè)計的后驅(qū)動橋進行結(jié)構(gòu)的選擇以及對所設(shè)計后驅(qū)動橋齒輪

55、的相關(guān)參數(shù)進行預(yù)選，并結(jié)合《汽車車橋設(shè)計》劉惟信 編著、《機械設(shè)計》、《機械原理》等相關(guān)書籍，利用給定的載荷條件對所設(shè)計的齒輪的圓周力、彎曲強度以及接觸強度的校核。 2、通過所設(shè)計好的后驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)尺寸，利用制圖軟件CAD進行后驅(qū)動橋裝配圖的繪制以及第二級從動齒輪零件圖的繪制。 3、利用所測得的東風(fēng)EQ8081電動車后驅(qū)動橋半軸的尺寸，利用三維制圖軟件PRO-E進行三維視圖的繪制。 4、利用有限元分析軟件ANSYS軟件對后橋半軸進行有限元分析。 7 謝辭 我在畢業(yè)設(shè)計期間，得到導(dǎo)師丁志剛老師的精心指導(dǎo)，丁志剛老師責(zé)任心強，在設(shè)計過程中經(jīng)常詢

56、問我畢業(yè)設(shè)計的進度與存在的問題，并積極的為我提出可行性的建議，給我的幫助很大，為我營造了一種良好的精神氛圍。丁老師不僅指導(dǎo)了我的畢業(yè)設(shè)計，同時也非常關(guān)注我的就業(yè)，并時常作為一名已經(jīng)工作了多年的前輩對我即將走向社會在工作生活中應(yīng)注意的問題給予了積極的指導(dǎo)，使我在忙于找工作的同時能安下心來做畢業(yè)設(shè)計。 緊張的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，大學(xué)四年的生活也接近了尾聲。此時此刻感慨萬千，特別感謝指導(dǎo)老師丁志剛老師在這半年的畢業(yè)設(shè)計中對我的幫助和鼓勵！ 感謝我的老師和同學(xué)們在我四年生活和學(xué)習(xí)中對我的幫助，就要分別了，衷心祝福各位一路走好。 再次感謝各位老師和同學(xué)，希望大家以后工作順利。謝謝！！

57、 參考文獻： [1] 紀峻嶺 主編，傳動軸、差速器、驅(qū)動橋及車橋，出版社： 化學(xué)工業(yè)出版社 2005.1-1 [2] 伯奇（美）汽車手動傳動系與驅(qū)動橋(第4版)，出版社：中國勞動社會保障出版 2006.01-01 [3] 王望予，汽車設(shè)計（第４版) ，出版社： 機械工業(yè)出版社 2009.1 [4] 劉惟信，汽車車橋設(shè)計，出版社： 清華大學(xué)出版社 2004.4 [5] 徐石安，汽車構(gòu)造底盤工程，出版社： 清華大學(xué)出版社 2008.03 [6] 張德文，工業(yè)車輛驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)型式綜述[J] [7] 蘇恩生，汽車驅(qū)動橋殼的有限元建模與分析 [8] 陳家瑞，汽車構(gòu)造（下）（第２版）上冊，出版社： 機械工業(yè)出版社 [9] 陳清泉 詹宜巨，21世紀的綠色交通工具--電動車(院士科普書系)，出版社： 暨南大學(xué)出版社 [10] 譚繼錦，汽車有限元法(高等學(xué)校車輛工程專業(yè)教材)，出版社： 人民交通出版社 第34頁