1、 辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 I 页 绪 论 . 1 1.1 主减速器分析 . 2 1.1.1 单级主减速器 . 3 1.1.2 双级主减速器 . 3 1.1.3 双速主减速器 . 4 1.1.4 贯通式主减速器 . 4 1.2 差速器结构形式选择 . 4 1.3 结构形式分析 . 6 1.4 驱动桥壳结构方案分析 . 7 1.4.1 可 分式桥壳 . 7 1.4.2 整体式桥壳 . 7 1.4.3 组合式桥壳 . 8 1.5 汽车的主要参数 . 8 2 主减速器设计 . 9 2.1 主减速器结构分析 . 9 2.1.1 螺旋锥齿轮传动 . 9 2.1.2 双曲面齿轮传
2、动 . 9 2.1.3 圆柱齿轮传动 . 11 2.1.4 蜗杆传动 .12 2.2 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 .12 2.2.1 主动锥齿轮的支承 .12 2.2.2 从动锥齿轮的支承 .13 2.3 主减速器锥齿轮主要参数选择 .14 2.3.1 主减速比 i0 的确定 .14 2.3.2 主、从动锥齿轮齿数 z1 和 z2 .15 2.3.3 从动锥齿轮大端分度圆直径 2D 和端面模数 ms .15 2.3.4 主、从动锥齿轮齿面宽 b1 和 b2 .16 2.3.5 中点螺旋角 .16 2.3.6 螺旋方向 .17 2.3.7 法向压力角 .17 2.4 主减速器锥齿轮强度计算
3、 .18 2.4.1 计算载荷的确定 .18 2.4.2 主减速器锥齿轮的强度计算 .19 2.5 主减速器锥齿轮和轴承的载荷计算 .21 2.5.1 齿轮轴齿面载荷与强度校核 .21 2.5.2 锥齿轮轴承的载荷 .26 2.6 锥齿轮的材料 .29 3 差速器设计 . 31 3.1 差速器齿轮主要参数选择 .31 3.2 差速器直齿锥齿轮的强度计算 .35 4 车轮传动装置设计 . 36 辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 II 页 4.1 全浮式半轴计算 .36 4.2 半轴的结构设计 .37 5 驱动桥壳设计 . 38 5.1 驱动桥壳强度分析计算 .38 6 发动机的
4、选择 . 41 6.1 发动机最大功率和相应转速 .41 6.2 发动机最大转矩 Temax 及相应转速 nT .41 结 论 . 43 参考文献 . 44 辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 1 页 绪 论 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。驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式（或称为整体式），即驱动桥壳是一跟连接左右驱动车轮的刚性空心梁
5、（图 1.1），而主减速器、差速器及车轮传动装置（由左、右半轴组成）都装在它里面。当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动 桥应为断开式，这种驱动桥无刚性的整体外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮则与车架或车身作弹性联系，并可彼此独立地分别相对与车架或车身作上下摆动，车轮传动装置采用万向节传动（图 1.2）。为了防止运动干涉，应采用滑动花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向移动的万向传动机构。 1-后桥壳； 2-差速器壳； 3-差速器行星齿轮； 4-差速器半轴齿轮； 5-半轴； 6-主减速器从动齿轮齿圈； 7-主减速器主动小齿轮 图 1.1 后轮驱动驱动桥的主要部件 输入驱动
6、桥的动力首先传到主减速器主动小齿轮 7，经主减速器减速后转矩增辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 2 页 大，再经差速器分配给左右两半轴 5，最后传至驱动车轮。 具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺性好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及多数的越野汽车和部分小轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构较复杂，成本较高，但它大大地 增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行使平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行使时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对
7、各种地形的适应性较好，大大增加了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当，比较可知，本设计采用非断开式驱动桥比较合适。 为了与独立悬架相适应，驱动桥壳需要分为用铰链连接的几段，更多的是只保留主减速器壳（或带有部分半 轴套管）部分，主减速器壳固定在车架或车身上，这种驱动桥称为断开式驱动桥。为了适应驱动轮独立上下跳动的需要，差速器与车轮之间的半轴也要分段，各段之间用万向节连接。 1-主减速器； 2-半轴； 3-弹性元件； 4-减振器； 5-车轮； 6-摆臂； 7-摆臂轴 图 1.2 断开
8、式驱动桥的构造 1.1 主减速器分析 主减速器 的结构形式主要是根据齿轮类型、减速器形式不同而不同。主减速器的齿轮主要有旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。 主减速器的减速形辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 3 页 式可分为单级减速、双级减速、双速减速、单双级贯通、单双级减速配以轮边减速等。 1.1.1 单级主减速器 单级主减速器 (图 1.3)可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比扎不能太大，一般 0i 7，进一步提高 0i 将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主
9、减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。双面齿轮单级主减速器用于贯通桥时应使 0 5i 图 1.3 单级主减速器 1.1.2 双级主减速器 双级主减速器与单级相比，在保证离地间隙相同时可得到大的传动比， 0i 一般为 7 12。但是尺寸、质量均较大，成本较高。它主要应用 于中、重型货车、越野车和大客车上。 在具有锥齿轮和圆柱齿轮的双级主减速器中分配传动比时，圆柱齿轮副和锥齿轮副传动比的比值一般为 1 4 2 0，而且锥齿轮副传动比一般为 1 7 3 3，这样可减小锥齿轮啮合时的轴向载荷和作用在从动锥齿轮及圆柱齿轮上的载荷，同时可辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 4 页
10、使主动锥齿轮的齿数适当增多，使其支承轴颈的尺寸适当加大，以改善其支承刚度，提高啮合平稳性和工作可靠性。 1.1.3 双速主减速器 双速主减速器内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。它与普通变速器相配合，可得到双倍于变速器的挡位。双速主减速器的高低挡减速比是 根据汽车的使用条件、发动机功率及变速器各挡速比的大小来选定的。大的主减速比用于汽车满载行驶或在困难道路上行驶，以克服较大的行驶阻力并减少变速器中间挡位的变换次数；小的主减速比则用于汽车空载、半载行驶或在良好路面上行驶，以改善汽车的燃料经济性和提高平均车速。 1.1.4 贯通式主减速器 贯通式主减速器根据其减速形式可分成单级和双级两种。单级贯通
11、式主减速器具有结构简单，体积小，质量小，并可使中、后桥的大部分零件，尤其是使桥壳、半轴等主要零件具有互换性等优点，主要用于轻型多桥驱动的汽车上。 根据减速齿轮形式不同，单 级贯通式主减速器又可分为双曲面齿轮式及蜗轮蜗杆式两种结构。 对于中、重型多桥驱动的汽车，由于主减速比较大，多采用双级贯通式主减速器。根据齿轮的组合方式不同，可分为锥齿轮一圆柱齿轮式和圆柱齿轮一锥齿轮式两种形式。 1.2 差速器结构形式选择 汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。他又可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器等 1 普通锥齿轮式差速器 由于普通锥齿轮
12、式差速器结构简单、工作平稳可靠，所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。 图 1.4 差速器 辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 5 页 （图 1.4）为其示意图，图中 0为差速器壳的角速度； 1、 2 分别为左、右两半轴的角速度； To 为差速器壳接受的转矩； 普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为 0 05 0 15，两半轴转矩比 kb=1 111 35，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时， 尽管另一侧车轮与地面
13、有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。 2 摩擦片式差速器 为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮 7 与差速器壳 1之间装上了摩擦片 2。两根行星齿轮轴 5互相垂直，轴的两端制成 V 形面 4与差速器壳孔上的 V 形面相配，两个行星齿轮轴 5的 V形面是反向安装的。每个半轴齿轮背面有压盘 3和主、从动摩擦片 2，主、从动摩擦片 2 分别经花键与差速器壳 1和压盘 3 相连。 图 1.5 摩擦片式差速器 当传递转矩时，差速 器壳通过斜面对行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线 方向的轴向力，该轴向力推动行星齿轮使压盘将摩擦片压紧。当左、右半轴转速
14、不等时，主、从动摩擦片间产生相对滑转，从而产生摩擦力矩。 这种差速器结构简单，工作平稳，可明显提高汽车通过性。 3 强制锁止式差速器 辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 6 页 当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合器(即差速锁 )将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，可使汽车的牵引力提高，从而提高了汽车通过性。 当然，如果左、右车轮都处于低附着系 数的路面，虽锁住差速器，但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。 强制锁止式差速器可充分利用原差速器结构，其结构简单，操
15、作方便。目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。 1.3 结构形式分析 半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为牛浮式、 34 浮式和全浮式三种形式。 图 1.6半浮式半轴 半浮式半轴 (图 1.6a)的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引 起的全部力和力矩。半浮式半轴结构简单，所受载荷较大，只用于轿车和轻型货车及轻型客车上。 34 浮式半轴 (图 1.6b)的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受载情况与半
16、浮式相似，只是载荷有所减轻，一般仅用在轿车和轻型货车上。 全浮式半轴 (图 1.6c)的结构特点是半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相联，而轮毂辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 7 页 又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只 承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮不同女、半轴法兰平面相对其轴线不垂直等因素，会引起半轴的弯曲变形，由此引起的弯曲应力一般为 5 70MPa。全浮式半轴主要用于中、重型货车上。 1.4 驱动桥壳结构方案分析 驱动桥壳大致可分为可分式、整体式和组合式三种形式。 1.4.1 可分
17、式桥壳 可分式桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，两部分通过螺栓联接成一体。每一部分均由一铸造壳体和一个压入其外端的半轴套管组成，轴管与壳体用铆钉连接。这种桥壳结构简单，制造工艺性好 ，主减速器支承刚度好。但拆装、调整、维修很不方便，桥壳的强度和刚度受结构的限制，曾用于轻型汽车上，现已较少使用。 1.4.2 整体式桥壳 整体式桥壳的特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器壳为两体。它具有强度和刚度较大，主减速器拆装、调整方便等优点。 按制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式 (图 1.7a)、钢板冲压焊接式 (图 1.7b)和扩张成形式三种。铸造式桥壳的强度和刚度较大，但质量大，加：上面多，制
18、造工艺复杂，主要用于中、重型货车上。钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小，材料利用率高，制造成本低， 适于大量生产，广泛应用于轿车和中、小型货车及部分重型货车上。 a)铸造式 b)钢板冲压焊接式 图 1.7 整体式桥壳 辽宁 科技大学本科 生 课程 设计 (论文 ) 第 8 页 1.4.3 组合式桥壳 组合式桥壳是将主减速器壳与部分桥壳铸为一体，而后用无缝钢管分别压入壳体两端，两者间用塞焊或销钉固定。它的优点是从动齿轮轴承的支承刚度较好，主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便，然而要求有较高的加工精度，常用于轿车、轻型货车中。 1.5 汽车的主要参数 变速箱： 机械， 5 档同步，直接操纵， 1 个倒档。 性能（标准型轮胎和后桥速比时） 挡位 变速箱速比 最大速度 1 6.194 25 5 1.000 110 车轮 /轮胎（标准） 车轮 5JK*16H 轮胎 6.50R16C 无内胎子午线轮胎 前轮胎： 单胎 后轮胎： 双胎 发动机： 最大输出功率 76/4000（ KW/r/min） 最大扭矩 235/2000（ N.m/r/min） 车架宽： 862mm 最大截面积尺寸： 182*70*4mm 载重： 4.2t*70% 给定参数： 后轮载荷 2940N 轮距 1.4m
