微型轎車驅動橋設計-含開題報告【9張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】

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萬向節(jié)的設計 25 5 4 1 萬向節(jié)結構選擇 25 5 4 2 萬向節(jié)設計計算 26 5 4 3 萬向節(jié)的材料及熱處理 27 總 結 28 參考文獻 29 致 謝 30 微型轎車驅動橋設計 IV 摘 要 本文主要是設計某微型車驅動橋 對于微型車的驅動橋 既要滿足轉向的要求 又要滿足驅動的要求 其主要由主減速器 差速器 半軸 萬向節(jié) 驅動橋橋殼等 構成 本次設計根據(jù)給定的參數(shù) 首先對主減速器進行設計 主要是對主減速器的結 構 以及幾何尺寸進行了設計 其次 對差速器的形式進行選擇 差速器的形式采 用普通對稱式圓錐行星齒輪差速器 接著 對半軸的結構 支承形式 以及萬向節(jié) 的形式和特點進行了分析設計 最后 對以上的零件進行了強度的校核 并用 AutoCAD 軟件繪制本驅動橋的裝配圖和主要零部件圖紙 關鍵詞 驅動橋 主減速器 差速器 半軸 萬向節(jié) 微型轎車驅動橋設計 V Abstract This article is designed to drive a passenger car steering axle drive axle steering for passenger cars the steering is necessary to meet the requirements but also to meet the driving requirements Which is mainly composed of the main reducer differential axle universal joints drive axle housing and so on The design according to the given parameters the first of the main reducer designed mainly for the final drive structure and geometry has been designed in the form of the final drive designed as a single stage main gear secondly to choose the form of differential differential form of ordinary symmetrical cone planetary gear differential Next axle configuration support form and the forms and characteristics of joints were analyzed design Finally the above parts of the strength check and draw of the steering assembly drawing with AutoCAD software drive axle and the main parts of drawings Keywords Steering drive axle The main reducer Differential Axle Universal joint 微型轎車驅動橋設計 1 第 1 章 緒論 1 1 研究背景及意義 中國成為全球第一大汽車市場的過程中 微型車正成為重要力量 據(jù)中國汽車 工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計 2009 年上半年 微車銷量高達 93 55 萬輛 同比增長 54 46 遠 高于同期微型車銷量 25 62 的增長率 成為上半年全國微型車銷量高速增長的最大 功臣 以時下形勢來看 微車仍將扮演異常重要的角色 這使得整個微型車市場變 局叢生 過去 5 年 全國微車銷量基本上以每年 10 萬輛的增速發(fā)展 2008 年 全國共 銷售微車 130 萬輛 只比 2007 年增長了 2 今年 在多重政策利好的刺激下 微 車銷量出現(xiàn)了前所未有的爆發(fā)式增長 根據(jù)公開資料統(tǒng)計 目前國內微車產能約為 230 萬輛 但到 2012 年時將接近 400 萬輛 眾所周知 今年的汽車市場遇到了難得一見的政策性利好 先是燃油稅改革 使得汽車用戶免去了養(yǎng)路費成本 二是購置稅改革 國家將 1 6L 以下排量的汽車購 置稅減免了 50 三是汽車下鄉(xiāng)補貼 國家對購買指定范圍汽車產品的消費者給予 最高 10 的補貼 四是油價的上漲 預計明年油價將突破 90 美元 微車同時符合這 四項政策的要求 成為最大受益者 在這樣的機會下 自主品牌紛紛上馬 向微車 市場發(fā)起了進軍 微型車市場前景如此廣闊 因此加大對微型車的研究顯得尤為重要 而作為微 型車主要組成 驅動橋 對其的研究更是重中之重 1 2 國內外研究概況與發(fā)展趨勢 目前國產驅動橋在國內市場占據(jù)了絕大部分份額 但仍有一定數(shù)量的車橋依賴 進口 國產車橋與國際先進水平仍有一定差距 國內車橋長的差距主要體現(xiàn)在設計 和研發(fā)能力上 目前有研發(fā)能力的車橋廠家還不多 一些廠家僅僅停留在組裝階段 實驗設備也有差距 比如工程車和牽引車在行駛過程中 齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是 不同的 國外先進的實驗設備能夠模擬這種狀態(tài) 而我國現(xiàn)在還在摸索中 在具體工藝細節(jié)方面 我國和世界水平的差距還比較大 歸根結底后橋的共用 時承載和驅動 在這兩方面 今年來出現(xiàn)了一些新的變化 另外 在結構方面 單 微型轎車驅動橋設計 2 級驅動橋的使用比例越來越高 技術方面 輕量化 舒適性的要求將逐步提高 總 體而言 現(xiàn)在汽車向節(jié)能 環(huán)保 舒適等方面發(fā)展的趨勢 要求車橋向輕量化 大 扭矩 低噪聲 寬速比 壽命長和低生產成本 為適應不斷完善社會主義市場經濟體制的要求以及加入世貿組織后國內外汽車 產業(yè)發(fā)展的新形勢 推進汽車產業(yè)結構調整和升級 全面提高汽車產業(yè)國際競爭力 滿足消費者對汽車產品日益增長的需求 促進汽車產業(yè)健康發(fā)展 特制定汽車產業(yè) 發(fā)展政策 生產出質量好 操作簡便 價格便宜的低速載貨汽車將適合大多數(shù)消費 者的要求 在國家積極投入和支持發(fā)展汽車產業(yè)的同時 能研制出適合中國國情 包括道路條件和經濟條件的車輛 將大大推動汽車產業(yè)的發(fā)展和社會經濟的提高 1 3 設計要求及技術參數(shù) 設計微型車驅動橋 菲亞特 550 基于菲亞特 500 打造 新車搭載了法拉利的 4 5 升 V8 引擎 采用后置設計 最大功率為 405 千瓦 由于菲亞特 550 車型參數(shù)尚未 公布本次參考菲亞特 500 參數(shù)進行設計 具體如下 發(fā)動機最大功率 kW rpm 75 6500 發(fā)動機最大扭矩 Nm rpm 133 4000 車身長 寬 高 mm 3547 1627 1497 變速箱 6 擋 AT 軸距 mm 2300 前輪距 mm 1407 后輪距 mm 1397 驅動方式 前置前驅 前后輪胎規(guī)格 185 55 R15 最高時速 161Km h 微型轎車驅動橋設計 3 第 2 章 總體結構方案擬定 微型轎車多采用前置發(fā)動機前橋驅動的布置型式 其前橋既是轉向橋又是驅動 橋 稱為驅動橋 顯然 在驅動橋的驅動車輪傳動裝置中 半軸需采用分段式的并 用萬向節(jié)聯(lián)接起來 以便使轉向車輪能夠轉向 如圖 2 1 所示 圖 2 1 驅動橋示意圖 1 主減速器 2 主減速器殼 3 差速器 4 內半軸 5 半軸套管 6 萬向節(jié) 7 轉向節(jié)軸 8 外半軸 9 輪轂 10 輪轂軸承 11 轉向節(jié)殼體 12 主銷 13 主銷軸承 14 球形支座 通常 轎車的驅動橋是斷開式的 斷開式驅動橋必須與獨立懸架相匹配 當左 右驅動車輪經各自的獨立懸架直接與承載式車身或車架相聯(lián)時 在左 右轉向驅動 車輪之間實際上沒有車橋 但在習慣上仍稱為斷開式車橋 轎車的前驅動橋多采用 這種結構 如圖 2 2 所示 1 主減速器 2 半軸 3 彈性元件 4 減振器 5 車輪 6 擺臂 7 擺臂軸 圖 2 2 由于要求設計的是微型車的前驅動橋 因為采用獨立懸架 也考慮微型車的舒 適性和運動的協(xié)調性 選用斷開式驅動橋 這種驅動橋無剛性的整體外殼 主減速 器及其殼體裝在車架或車身上 兩側驅動車輪與車架或車身作彈性聯(lián)系 并可獨立 地分別相對于車架或車身作上下擺動 車輪傳動裝置采用萬向節(jié)傳動 微型轎車驅動橋設計 4 第 3 章 主減速器的設計 3 1 主減速器的結構形式 主減速器的結構形式主要是根據(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 3 1 1 主減速器的齒輪類型 主減速器的結構形式主要是根據(jù)齒輪類型 減速器形式不同而不同 主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪 雙曲面齒輪 圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式 圖 3 1 齒輪傳動形式 根據(jù)給定技術參數(shù) 本次設計參考同級別的菲亞特 550 的轎車作為參考設計對 象 由于菲亞特 550 的轎車的發(fā)動機采用的是橫置的形式 變速器也采用橫置式 所以動力輸出的方向正好與前橋軸線的方向平行 因此 此設計不必采用圓錐齒輪 來改變動力旋轉的方向 采用圓柱齒輪傳動就可以滿足要求 一般采用斜齒圓柱齒 輪傳動 驅動橋為斷開式 動力通過左右兩根半軸傳遞給車輪 3 1 2 主減速器的減速形式 對于普通乘用轎車 由于 i 6 一般采用單級主減速器 單級減速驅動橋產品 的優(yōu)勢 單級減速驅動車橋是驅動橋中結構最簡單的一種 制造工藝較簡單 成本 較低 是驅動橋的基本型 在重型汽車上占有重要地位 目前重型汽車發(fā)動機向低速大扭矩發(fā)展的趨勢使得驅動橋的傳動比向小速比發(fā) 展 隨著公路狀況的改善 特別是高速公路的迅猛發(fā)展 許多重型汽車使用條件對 微型轎車驅動橋設計 5 汽車通過性的要求降低 因此 重型汽車產品不必像過去一樣 采用復雜的結構提 高其的通過性 與帶輪邊減速器的驅動橋相比 由于產品結構簡化 單級減速驅動 橋機械傳動效率提高 易損件減少 可靠性增加 3 1 3 主從動齒輪的支承形式 主減速器中心必須保證主從動齒輪具有良好的嚙合狀況 才能使它們很好地工 作 齒輪的正確嚙合 除了與齒輪的加工質量裝配調整及軸承主減速器殼體的剛度 有關以外 還與齒輪的支承剛度密切相關 1 主動斜齒圓柱齒輪的支承 圖 3 3 主動圓柱斜齒輪跨置式 主動斜齒圓柱齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種 查閱資料 文獻 經方案論證 采用跨置式支承結構 如圖 3 3 示 2 從動斜齒圓柱齒輪的支承 圖 3 4 從動圓柱斜齒輪支撐形式 從動斜齒圓柱齒輪采用圓錐滾子軸承支承 如圖 3 4 示 為了增加支承剛度 兩軸承的圓錐滾子大端應向內 3 2 基本參數(shù)選擇與計算 3 2 1 主減速比 的確定0i 主減速比 的選擇 應在汽車總體設計時和傳動系的總傳動比 包括變速器 i 微型轎車驅動橋設計 6 分動器和取力器 驅動橋等傳動裝置的傳動比 一起由汽車的整車動力計算來確定 由于發(fā)動機的工作條件和汽車傳動系的傳動比 包括主減速比 有關 可以采用優(yōu) 化設計方法對發(fā)動機參數(shù)與傳動系的傳動比及主減速比 進行最優(yōu)匹配 以使汽車0i 獲得最佳的動力性和燃料經濟性 對于具有很大功率儲備的轎車 客車 長途公共汽車 尤其是對競賽汽車來說 在給定發(fā)動機最大功率 的情況下 所選擇的 值應能保證這些汽車有盡可能高maxeP0i 的最高車速 這時 值就按下式來確定 maxV0i 3 1 gha prinix037 式中 車輪的滾動半徑 m r 最大功率時發(fā)動機的轉速 r min pn 汽車的最高車速 km h maxv 變速器最高擋傳動比 通常為 1 ghi 已知輪胎類型與規(guī)格 225 55 R17 故 mr 25 9 018524 查資料得 最大功率時發(fā)動機的轉速為 暫取rpmrnp650 4rpmnp520 汽車最高車速為 hKva 16mx 變速器最高檔為直接檔傳動比為 1 gi 代入公式 3 1 得 53 16209 37 037 0max ghpriVni 故取 5 0i 3 2 2 齒輪計算載荷的確定 由于汽車行駛時傳動系載荷的不穩(wěn)定性 因此要準確地算出主減速器齒輪的計 微型轎車驅動橋設計 7 算載荷是比較困難的 通常是將發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低擋傳動比時和驅動 車輪在良好路面上開始滑轉時這兩種情況下作用在主減速器從動齒輪上的轉矩 的較小者 作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動 jjeT 齒輪最大應力的計算載荷 即 3 2 n KiTTLej 0max 3 3 LB rjiGT 2 式中 發(fā)動機最大轉矩 N m maxe 由發(fā)動機至所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比 TLi 傳動系上述傳動部分的傳動效率 取 9 0 T 由于 猛接合 離合器而產生沖擊載荷時的超載系數(shù) 對于一般載貨汽車 0K 礦用汽車和越野汽車以及液力傳動及自動變速器的各類汽車取 當性能系數(shù)10 K 時 可取 或由實驗決定 pf20 n 該汽車的驅動橋數(shù)目 汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷 對于驅動橋來說 應考2G 慮到汽車最大加速時的負荷增大量 N 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 85 0 對于越野汽車 取 對于安裝專門的防滑寬輪胎的高級轎車 計算時可取0 1 25 1 車輪的滾動半徑 m r 分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅動橋之間的傳動效率和傳LBi 動比 例如輪邊減速等 已知 mNTe 13ax 微型轎車驅動橋設計 8 423 178 35 TLi90 由后面式 3 5 計算得 故 0 pf20 K 由于該轎車只有一個驅動橋則 1n 由后面計算得 汽車滿載有總重量為 NGa14308 96 查參考文獻 1 汽車軸荷分配中微型車發(fā)動機前置前驅滿載時前軸分配為 本設計中取 58 60 47 258 01432 由于該轎車是安裝一般輪胎的公路用汽車 則 5 由上面計算可得 m95 0r 由經驗得 6 LB 由于該轎車無輪邊減速器 則 1 LBi 將上述參數(shù)值代入公式 3 2 3 3 中計算得 mNnKiTTLej 47329 0423 10max irGLBj 196 5 822 汽車的類型很多 行駛工況又非常復雜 轎車一般在高速輕載條件下工作 而 礦用汽車和越野汽車則在高負荷低車速條件下工作 沒有簡單的公式可算出汽車的 正常持續(xù)使用轉矩 但對于公路車輛來說 使用條件較非公路車輛穩(wěn)定 其正常持 續(xù)轉矩根據(jù)所謂平均比牽引力的值來確定 即主減速器從動齒輪的平均計算轉矩 為mT N m 3 4 pHRLBrTaj ffniG 式中 汽車滿載總重量 N a 所牽引的掛車的滿載總重量 N 但僅用于牽引車的計算 r 微型轎車驅動橋設計 9 車輪的滾動半徑 m r 道路滾動阻力系數(shù) 計算時對于轎車可取 0 010 0 015 對于載貨汽Rf Rf 車可取 0 015 0 020 對城越野汽車可取 0 020 0 035 汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù) 通常對轎車取 0 08 對載貨汽車Hf 和城市公共汽車取 0 05 0 09 對長途公共汽車取 0 06 0 10 對越野汽車取 0 09 0 30 汽車或汽車列車的性能系數(shù) pf 3 5 max 195 06eTp Gf 當 時 取 ax eT0 pf 和等見式 3 2 和式 3 3 下的說明 LBi nmae 由參考文獻 1 得查得汽車總質量 的計算方法 a 微型車的總質量 是指裝備齊全 并按規(guī)定裝滿客 貨時的整車質量 a 微型車的總質量 由整備質量 乘員和駕駛員質量以及乘員的行李質量三0 部分組成 其中 乘員和駕駛員每人質量按每人質量按 65kg 計 于是 nma 650 該式中 n 為包括駕駛員在內的載客數(shù) a 為行李系數(shù) 可按參考文獻 1 表 1 5 提供的數(shù)據(jù)取用 已知 NGa14308 96 由于是轎車 所以 r 由上得 25 0r 轎車選用 取 1 Rf 0125 Rf 汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù) 通常對轎車取 08 Hf 微型轎車驅動橋設計 10 經計算 則取 162 9 195 0max eTG0 pf 把各參數(shù)代入式 3 4 中得到 m 147089 0125 96 01 438 NffnirTpHRLBTajm 3 3 齒輪的設計與校核 3 3 1 主 從動齒輪齒數(shù)的選擇 為了嚙合平穩(wěn) 噪音小和具有高的疲勞強度 大小齒輪的齒數(shù)和不少于 40 在轎 車主減速器中 小齒輪齒數(shù)不小于 9 查閱資料 經方案論證 主減速器的傳動比為 3 553 則 初步選定齒輪 取1 Z97 315 12 Zi 32 Z 3 3 2 斜齒輪材料選擇 由于齒輪轉速比較高 選用硬齒面 先按輪齒彎曲疲勞強度設計 再較核齒面接觸強度 其設計步驟如下 先選擇齒輪材料 確定許用應力 均選用 20CrMnTi 鋼滲碳淬火 硬度 56 62HRC 由參考文獻 4 圖 5 32C 查得彎曲疲勞極限應力 MPaFlin430 由參考文獻 4 圖 5 33C 查得接觸疲勞極限應力 Hli15 3 3 3 按齒根彎曲疲勞強度設計 由式參考文獻 4 中式 5 45b 知 3 6 3214 FPdSnZYKTm 1 確定輪齒的許用彎曲應力 FP 按參考文獻 4 5 26 計算 兩齒輪的許用彎曲應力 分別按下式確定1FP 2Ma 微型轎車驅動橋設計 11 3 7 NFSTPYminl 式中 試驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限 查參考文獻 4 圖 5 32 li 試驗齒輪的應力修正系數(shù) 本書采用國家標準給定的 值計算時 STY limF 2 彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù) 一般取 當考慮齒輪工作在有限N 1 NY 壽 命時 彎曲疲勞許用應力可以提高的系數(shù) 查參考文獻 4 圖 5 34 彎曲強度的最小安全系數(shù) 一般傳動取 1 3 1 5 重要傳動取minFS minFS 1 6 3 0 i 由上得 MPaFlin430 取 2STY1N8 minFS 把各參數(shù)代入式 3 7 中得 MPaSNFTP 7 48 1230minl 2 計算小齒輪的名義轉矩 N m9 573 4561T 3 選取載荷系數(shù) K 因為是斜齒輪傳動 且加工精度為了 7 級 故 K 可選小些 取 K 1 4 5 齒寬系數(shù) 的選擇 d 選大值時 可減小直徑 從而減小傳動的中心距 并在一定程度上減輕包括d 箱體在內的整個傳動裝置的重量 但是卻增大了齒寬和軸向尺寸 增加了載荷分布 的不均勻性 的推薦值為 d 微型轎車驅動橋設計 12 當為軟齒面時 齒輪相對于軸承對稱布置時 0 8 1 4 d 非對稱布置時 0 6 1 2 d 懸臂布置或開式傳動時 0 3 0 4 d 當為硬齒面時 上述 值相應減小 50 取 0 5 并取 d 16 6 確定復合系數(shù) 因兩輪所選材料及熱處理相同 則 相同 故設計時按小齒輪的復合齒形系FP 數(shù) 代入即可 而1FSY986 1cos9s33 ZV 由參考文獻 4 圖 5 38 查得 4 18FSY 將上述參數(shù)代入式 3 6 得 mZKTmFPdSn 59 478 95 014124 123231 按參考文獻 4 表 5 1 取標準模數(shù) 取 mmn 則中心距 mZman 6 10cos2 39 5cos 1 7 計算其它幾何尺寸如下表 表 3 1 主 從動圓柱斜齒輪參數(shù) 參 數(shù) 符 號 主動斜齒圓柱 齒輪 從動斜齒圓柱 齒輪 齒數(shù) Z1 Z2 9 32 螺旋角 16 法面模數(shù) nm5 端面模數(shù) cost 5 2 微型轎車驅動橋設計 13 法面壓力角 n 20 端面壓力角 costasrt 20 74 分度圓直徑 ntzmd46 8 166 4 基圓直徑 tb cs43 77 155 62 齒頂高 ha h2 1 0 1 n5 5 5 5 齒根高 hf1 hf2 1 0 25 0 1 nm 5 75 5 75 齒頂圓直徑 aah2d 57 8 177 4 齒根圓直徑 ff 35 3 154 9 當量齒數(shù) 3vcosz10 13 36 03 3 3 4 校核齒面的接觸強度 由參考文獻 4 式 5 47 可知 3 8 ubd KTZEH11092 為彈性系數(shù) 當齒輪都為鋼制 E MPaZE8 19 代入公式 3 8 得 MPaubdKTZEH 2347 89057 318 463 8109109 221 齒面許用接觸應力 按參考文獻 4 式 5 27 計算 因為主減速器為較重要HP 傳動 取最小安全系數(shù) 則4 min S1NZ wMPaZwNHP 07 15minl 因為 故接觸疲勞強度也足夠 P 3 4 軸承的選擇與校核 微型轎車驅動橋設計 14 3 4 1 軸承的載荷計算 當斜齒圓柱齒輪齒面上所受的圓周力 軸向力和徑向力計算確定后 根據(jù)主減 速器齒輪軸承的布置尺寸 即可求出軸承所受的載荷 圖 3 5 為單級主減速器的跨 置式支承的尺寸布置圖 圖 3 5 單級主減速器軸承布置尺寸 圖 3 5 中各參數(shù)尺寸 a 46mm b 22mm c 90 5mm d 60 5mm 由主動斜齒圓柱齒輪齒面受力簡圖 圖 3 6 所示 得出各軸承所受的徑向力與 軸向力 圖 3 6 主動斜齒圓柱齒輪齒面受力簡圖 軸承 A 徑向力 微型轎車驅動橋設計 15 Fr 3 14 22azm1rzFD b F a 軸向力 Fa Faz 3 15 將各參數(shù)代入式 3 14 與 3 15 有 Fr 3997N Fa 2752N 軸承 B 徑向力 Fr 3 16 22azm1rzFD b F ab 軸向力 Fa 0 3 17 將各參數(shù)代入式 3 16 與 3 17 有 Fr 1493N Fa 0N 軸承 C 徑向力 Fr 3 18 22azmrFDdF c c 軸向力 Fa Faz 3 19 將各參數(shù)代入式 3 18 與 3 19 有 Fr 2283N Fa 2752N 軸承 D 徑向力 Fr 3 20 22azm1rFDc cd d 軸向力 Fa 0 3 21 將各參數(shù)代入式 3 20 與 3 21 有 Fr 1745N Fa 0N 3 4 2 軸承型號的確定 軸承 A 計算當量動載荷 P 0 69 arF275 39 微型轎車驅動橋設計 16 查閱文獻 2 斜齒圓柱齒輪圓錐滾子軸承 e 值為 0 36 故 e 由此得 X 0 4 Y 1 7 另外查得載荷系數(shù) fp 1 2 arF P fp XFr YFa 3 24 將各參數(shù)代入式 3 24 中 有 P 7533N 軸承應有的基本額定動負荷 C r C r 3 25 10h36tnLPf 式中 ft 溫度系數(shù) 查文獻 4 得 ft 1 滾子軸承的壽命系數(shù) 查文獻 4 得 10 3 n 軸承轉速 r min L h 軸承的預期壽命 5000h 將各參數(shù)代入式 3 25 中 有 C r 24061N 初選軸承型號 查文獻 3 初步選擇 Cr 24330N C r 的圓錐滾子軸承 7206E 驗算 7206E 圓錐滾子軸承的壽命 Lh 3 26 trfC167nP 將各參數(shù)代入式 3 24 中 有 Lh 4151h 5000h 所選擇 7206E 圓錐滾子軸承的壽命低于預期壽命 故選 7207E 軸承 經檢驗能滿 足 軸承 B 軸承 C 軸承 D 軸承 E 強度都可按此方法得出 其強度均能夠滿足 要求 微型轎車驅動橋設計 17 第 4 章 差速器的設計 4 1 差速器結構形式選擇 汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器 具有結構簡單 質量較小等 優(yōu)點 應用廣泛 它可分為普通錐齒輪式差速器 摩擦片式差速器和強制鎖止式差 速器 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左 右殼 2 個半軸齒輪 4 個行星 齒輪 少數(shù)汽車采用 3 個行星齒輪 小型 微型汽車多采用 2 個行星齒輪 行星齒 輪軸 不少裝 4 個行星齒輪的差逮器采用十字軸結構 半軸齒輪及行星齒輪墊片等 組成 由于其結構簡單 工作平穩(wěn) 制造方便 用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點 最廣泛地用在轎車 客車和各種公路用載貨汽車上 有些越野汽車也采用了這種結 構 但用到越野汽車上需要采取防滑措施 4 2 差速器齒輪設計 a 行星齒輪數(shù) n 該車為小型轎車 但為確保差速器穩(wěn)定性 行星輪數(shù)應該為 4 b 行星齒輪球面半徑 BR 行星齒輪球面半徑 RS 反映了差速器錐齒輪節(jié)錐矩的大小和承載能力 4 1 BRCTK 3 式中 行星齒輪球面半徑系數(shù) KS 2 52 2 92 對于有兩個行星齒輪的轎車取B 最大值 差速器計算轉矩 Nm 取式 3 2 和 3 3 中較小值 2147 37NmCT 微型轎車驅動橋設計 18 將各參數(shù)代入式 4 1 有 34mmBR c 行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù) z1 和 z2 為了使輪齒有較高的強度 z1 一般不少于 10 半軸齒輪齒數(shù) z2 在 14 25 選用 大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 在 1 5 2 0 的范圍內 且半軸齒輪齒 21z 數(shù)和必須能被行星齒輪齒數(shù)整除 查閱資料 經方案論證 初定半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 2 半軸齒輪齒 21z 數(shù) z2 24 行星齒輪的齒數(shù) z1 12 d 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角 1 2 直齒錐齒輪節(jié)錐距半徑 A0 及模數(shù) m 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角 1 2 分別為 1 4 2 12zarctn 2 4 3 1 rtz 將各參數(shù)分別代入式 4 2 與式 4 3 有 1 26 56 2 63 44 直齒錐齒輪節(jié)錐距半徑 A0 為 A0 0 98 0 99 RB 33 32 33 66 錐齒輪大端模數(shù) m 為 m 4 4 012Asin z 將各參數(shù)代入式 4 4 有 m 2 52 2 55 查閱文獻 3 取模數(shù) m 3 e 半軸齒輪與行星齒輪齒形參數(shù) 按照文獻 3 中的設計計算方法進行設計和計算 結果見表 4 1 壓力角 微型轎車驅動橋設計 19 汽車差速齒輪大都采用壓力角 22 30 齒高系數(shù)為 0 8 的齒形 表 4 1 半軸齒輪與行星齒輪參數(shù) 序號 名稱 計算公式 計算結果 1 行星齒輪齒數(shù) 1z 10 應盡量取最小值 1z 12 2 半軸齒輪齒數(shù) 2 14 25 且需滿足式 1 4 2 24 3 模數(shù) mm 3mm 4 齒面寬 b 0 25 0 30 A 0 b 10m 10mm 5 工作齒高 hg6 1 gh 4 8mm 6 全齒高 578 5 415 7 壓力角 22 5 8 軸交角 90 9 節(jié)圓直徑 1mzd 2zd1 36 d2 72 10 節(jié)錐角 21arctn 190 1 26 56 1 63 44 11 節(jié)錐距 210sii dA 0A 40mm 12 周節(jié) t 3 1416mt 9 425mm 13 齒頂高 21agah z 2137 04 1ah 3 23mm2 1 57mm 14 齒根高 1f 1 788m ah 2f 1 788 2 1fh 2 13mm 2f 3 79mm 15 徑向間隙 c h g 0 188 0 051 c 0 615mm 16 齒根角 1 01artnAf 022arctnhf 1 3 05 2 5 41 17 面錐角 21 o 2 1o 31 97 2 66 49 微型轎車驅動橋設計 20 18 根錐角 11 R 22 R1R 23 51 2R 58 03 19 外圓直徑 1cosaohd 220 do1 41 78 do1 73 4 4 3 齒輪強度計算 4 3 1 齒輪材料選擇 差速器齒輪和主減速器齒輪一樣 基本上都是用滲碳合金鋼制造 目前用于制 造差速器錐齒輪的材料為 20CrMoTi 22CrMnMo 和 20CrMo 等 由于差速器齒輪輪 齒要求的精度較低 所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應用 初選差速器齒輪材料 為 20CrMoTi 4 3 2 校核計算 對于差速器齒輪主要應進行彎曲強度計算 輪齒彎曲應力 w MPa 為 MPa 4 6 JmFzK Tvsow2310 式中 T 差速器一個行星齒輪給予一個半周齒輪的轉矩 Nm 其計算公式為 T n j6 0 計算轉矩 取 1576 34Nm j 半軸齒輪數(shù)目 24 2z n 行星齒輪數(shù) 4 J 綜合系數(shù) 取 0 223 F 計算齒輪的齒面寬 mm 10mm m 端面模數(shù) 3mm ks km kv 按照主減速器齒輪強度計算的有關轉矩選取 分別為 0 648 1 1 將各參數(shù)代入式 4 6 中 有 w 334MPa 因為 差速器齒輪的 w w 980MPa 所以齒輪彎曲強度滿足要求 微型轎車驅動橋設計 21 4 4 行星齒輪軸的設計計算 4 4 1 行星齒輪軸的分類及選用 行星齒輪的種類有很多 而差速器齒輪軸的種類也很多 最常見的是一字軸和 十字軸 在小型汽車上由于轉矩不大 所以要用一字軸 而載貨的大質量的汽車傳 遞的轉矩較大 為了軸的使用壽命以及提高軸的承載能力 常用十字軸 由四個軸 軸頸來分配轉矩 可以有效的提高軸的使用壽命 此次設計選用十字軸 4 4 2 行星齒輪軸的尺寸設計 行星齒輪軸用直徑 d mm 為 d 4 5 dCnr 1 0T3 式中 T0 差速器傳遞的轉矩 Nm 1576 34Nm n 行星齒輪數(shù) 4 rd 行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x 20mm c 支承面許用擠壓應力 取 69 MPa 將各參數(shù)代入式 4 5 中 有 d 16mm 4 4 3 行星齒輪軸的材料 軸的選擇要滿足強度 熱平衡 軸伸部位承受徑向載荷等條件 軸的常用材料主要有碳素鋼和合金鋼 碳素鋼價廉 對應力集中敏感性比合金 鋼低 應用較為廣泛 對重要或者承受較大的軸 宜選用 35 40 45 和 50 等優(yōu)質 碳素鋼 其中以 45 鋼最常用 所以此次選用的軸的材料為 45 鋼 微型轎車驅動橋設計 22 第 5 章 傳動半軸的設計 5 1 半軸的型式選擇 半軸的型式主要取決于半軸的支承型式 半浮式半軸所承受的載荷較復雜 但 它具有結構簡單 質量小 尺寸緊湊 造價低廉等優(yōu)點 故被質量較小 使用條件 較好 承載負荷也不大的轎車和微型客 貨汽車所采用 基于上述特點 本次設計的微型車驅動橋選用半浮式半軸的結構 5 2 半軸的設計與校核 5 2 1 半軸的設計計算 半軸的主要尺寸是它的直徑 設計與計算時首先應合理地確定其計算載荷 該微型車驅動型式為 查參考文獻 3 表 5 1 可得 24 半軸的計算轉矩 01maxiTge 5 1 式中 發(fā)動機最大轉矩 差速器的轉矩分配系數(shù) 對于圓錐行星齒輪差速器可取 6 0 變速器 I 擋傳動比 1gi 主減速比 0 微型轎車驅動橋設計 23 N m2 10753 78 136 01max iTge 由參考文獻 3 式 5 16 得 5 2 3 d 取許用應力 MPa50 代入計算得 mTd 48 21501496 3 7163 出于對安全系數(shù)以及半軸強度的較核的考慮 取 d 25mm 5 2 2 半軸的強度較核 1 縱向力 2XF最大和側向力 2YF為 0 此時垂向力 縱向力最大值 計算時 可 GmZ 2 2 GmFZX 2m 取 1 2 取為 0 8 半軸彎曲應力和扭轉切應力 為 5 3 3 2dFaZX 5 4 3 216r 式 5 3 5 4 中 a 為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離 合成應力為 5 5 24 n 計算得 NGmFZ 2 64 107 2 2 X 36 51 80 2 微型轎車驅動橋設計 24 MPadFaZX5283 743232 r0 1632 Pan375 42 2 側向力 最大和縱向力 0 此時意味著汽車發(fā)生側滑 YF2XF 外輪上的垂直反力 和內輪上的垂直反力 分別為 iZ2 iZ2 5 6 5 0 122 BhGgoZ 5 7 2ZiF 式中 為汽車質心高度 根據(jù)經驗取為 0 35 gh 為輪距 查資料得 2BmB52 12 為側滑附著系數(shù) 計算時 可取為 1 0 1 外輪上的側向力 和內輪上的側向力 分別為oYF2 iYF2 5 8 12oZYF 5 9 ii 內外車輪上的總側向力 為 2YF1 G 這樣 外輪半軸的彎曲應力為 和內輪半軸的彎曲應力 分別為 o i 5 10 3 22 daroZoYo 5 11 3 22 FiZriYi 計算得 NBhGFgoZ 30 85 5 0 122 微型轎車驅動橋設計 25 NFGZiZ697 304822 oY51 iZi 2 MPadaFroZoYo 1506 49 332 iZriYi 7 232 3 汽車通過不平路面 垂向力 最大 縱向力 0 側向力 02ZF2XF2YF 此時垂直力最大值 為2Z 5 12 22 1kGFZ 式中 k 為運載系數(shù) 微型車 k 1 75 貨車 k 2 0 越野車 k 2 5 半軸彎曲應力 為 5 13 3 23216dakGFZ 由于微型車 K 1 75 MPadakZ5236 14862323 綜上述計算得 均未超過半軸的許用應力 550MPa 故半軸強度校核滿足要求 5 3 半軸的結構 材料及熱處理 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造 如 40Cr 40CrMnMo 40CrMnSi 40CrMoA 35CrMnSi 35CrMnTi 等 40MnB 是我 國研制出的新鋼種 作為半軸材料效果很好 半軸的熱處理過去都采用調質處理的 方法 調質后要求桿部硬度為 HB388 444 突緣部分可低至 HB248 近年來采用 高頻 中頻感應淬火的工藝日益增多 這種處理方法使半軸表面淬火硬度達 微型轎車驅動橋設計 26 HRC52 63 硬化層深約為其半徑的 1 3 心部硬度可定為 HRC30 35 不淬火區(qū) 突 緣等 的硬度可定在 HB248 277 范圍內 由于硬化層本身的強度較高 加之在半軸 表面形成大的殘余壓應力 以及采用噴丸處理 滾壓半軸突緣根部過渡圓角等工藝 使半軸的靜強度和疲勞強度大為提高 尤其是疲勞強度提高得十分顯著 5 4 萬向節(jié)的設計 5 4 1 萬向節(jié)結構選擇 對于驅動橋 在其驅動車輪的傳動裝置中必須采用萬向節(jié)傳動 以便使轉向車 輪能夠轉向 在驅動橋上 常常在通往左右轉向車輪的傳動裝置中和靠近車輪處 各安裝一個等速萬向節(jié) 固定型球籠式萬向節(jié) RF 節(jié)圖 6 1 和伸縮型球籠式萬向 節(jié) VL 節(jié)圖 6 2 廣泛應用于采用獨立懸架的轎車驅動橋 圖 6 1 固定型球籠式萬向節(jié) 微型轎車驅動橋設計 27 圖 6 2 伸縮型球籠式萬向節(jié) 圖 6 3 RF 節(jié)與 VL 節(jié)在驅動橋中的布置 5 4 2 萬向節(jié)設計計算 對于 Birfield 型球籠式萬向節(jié) 以與星形套連接軸的直徑 d 作為萬向節(jié)的基本s 尺寸 即 d 5 1 s 312 87FST 式中 T 為萬向節(jié)的計算轉矩 為 7083 34N m 1 S 為使用因素 對于無振動的理想傳動取 1 0F 球的連接軸的直徑 d 43 30 參照 汽車設計 這里取 44 5 其他尺寸差表 6 1s 表 6 1 Birfield 型球籠式萬向節(jié)的系列數(shù)據(jù) 單位 軸頸直徑 鋼球直徑 星形套最 大直徑 星形套最 小直徑 星形套槽 距 星形套花 鍵齒數(shù) 球形殼外 徑 微型轎車驅動橋設計 28 44 5 33 338 53 34 47 79 9 18 18 160 5 4 3 萬向節(jié)的材料及熱處理 在傳遞轉矩時 鋼球與滾道間產生較大的接觸應力 因此對材料要求較高 球 形殼和星形套采用 15NiMo 低碳合金鋼制造 并經滲碳 淬火 回火處理 鋼球則 選用軸承用鋼球 材料為 15Cr 總 結 本課題設計的微型車驅動橋 采用斷開式驅動橋 該結構廣泛用在各種微型車 上 設計介紹了驅動橋驅動的結構形式和工作原理 計算了差速器 主減速器 半 軸以及萬向節(jié)的結構尺寸 進行了強度校核 并繪制了有關零件圖和裝配圖 本驅動橋設計結構合理 符合實際應用 具有很好的動力性和經濟性 總成及 零部件的設計能盡量滿足零件的標準化 部件的通用化和產品的系列化及汽車變型 的要求 修理 保養(yǎng)方便 機件工藝性好 制造容易 但此設計過程仍有許多不足 在設計結構尺寸時 有些設計參數(shù)是按照以往經 驗值得出 這樣就帶來了一定的誤差 另外 在一些小的方面 由于時間問題 做 微型轎車驅動橋設計 29 得還不夠仔細 懇請各位老師同學給予批評指正 參考文獻 1 張小虞 葉平 汽車工程手冊 設計篇 M 人民交通出版社 2001 2 劉惟信 汽車設計 M 清華大學出版社 3 安繼儒 中外常用金屬材料手冊 M 陜西科學技術出版社 2005 4 陳家瑞 汽車構造 M 北京 人民交通出版社 2002 4 5 余志生 汽車理論 第三版 M 機械工業(yè)出版社 2002 6 王望予 汽車設計 M 機械工業(yè)出版社 2007 7 劉柯軍 高淑蘭 汽車半軸失效分析 J 汽車工藝與材料 2004 07 8 徐灦 機械設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1991 微型轎車驅動橋設計 30 9 朱孝錄 主編 齒輪傳動設計手冊 北京 化學工業(yè)出版社 2005 10 廖念釗等編 互換性與技術測量 第四版 北京 中國計量出版社 2000 11 王明珠 主編 工程制圖學及計算機繪圖 北京 國防工業(yè)出版社 1998 12 Yu Jianfei Intelligent design system for mini cars driving axle D Nanjing University of Science 2002 13 Wang Liang Drive Axle optimal design D Hebei University of Technology 2006 致 謝 大學生活即將結束 在這短短的幾年里 讓我結識了許許多多熱心的朋友 工 作嚴謹教學相幫的教師 畢業(yè)設計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導老 師的精心指導 在此向所有給予我此次畢業(yè)設計指導和幫助的老師和同學表示最誠 摯的感謝 首先 向本設計的指導老師表示最誠摯的謝意 在自己緊張的工作中 仍然盡 量抽出時間對我們進行指導 時刻關心我們的進展狀況 督促我們抓緊學習 老師 給予的幫助貫穿于設計的全過程 從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作 他都給予了 指導 同時在畢業(yè)設計過程中 她和我們在一起共同解決了設計中出現(xiàn)的各種問題 微型轎車驅動橋設計 31 其次 要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們 以及同學們以誠摯的謝意 在整 個設計過程中 他們也給我很多幫助和無私的關懷 在此感謝他們 另外 也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝 總之 本次的設計是老師和同學共同完成的結果 在設計的一個月里 我們合 作的非常愉快 教會了大我許多道理 是我人生的一筆財富 我再次向給予我?guī)椭?的老師和同學表示感謝