汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要部件(驅(qū)動橋殼與半軸)設(shè)計及其振動分析DG

1、 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計（論計（論 文）文） 設(shè)計設(shè)計(論文論文)題目：題目：汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要部件（驅(qū)動橋殼和半軸）設(shè)計 及振動分析 學(xué)生姓名： 蔡 俊 指導(dǎo)教師： 李鴻秋 二級學(xué)院：機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班級： 機械設(shè)計制造及其自動化（車輛工程 1） 學(xué)號： 0904102036 提交日期： 2013 年 5 月 10 日 答辯日期： 2013 年 5 月 18 日 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄I目 錄摘 要.IIABSTRACT.11 緒論.12 橋殼設(shè)計.22.1 橋殼的設(shè)計要求 .22.2 橋殼的結(jié)構(gòu)型式選擇 .22.3 橋殼的設(shè)計參數(shù)選擇 .32.4 橋殼的

2、三維參數(shù)化設(shè)計 .52.4 橋殼強度計算 .63 半軸設(shè)計.143.1 半軸形式的選擇 .143.2 半軸的設(shè)計參數(shù)選擇 .143.4 三維建模 .183.5 實心半軸強度校核計算： .183.6 空心半軸強度校核計算 .214 半軸的振動分析 .244.1 機械振動基礎(chǔ) .244.2 半軸的振動分析 .265 結(jié)論 .31參考文獻.32致謝.33金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘要II汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要部件（驅(qū)動橋殼和半軸）設(shè)計及振動分析摘 要驅(qū)動橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，在現(xiàn)在中國私家車數(shù)量增多的情況下，對于微型汽車顯得尤為重要。本文主要研究的是汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要部件的

3、設(shè)計及其振動分析。首先先確定設(shè)計部件尺寸，然后根據(jù)汽車行駛的過程中所遇到的不同的情況對汽車的橋殼和半軸進行強度分析，從而確定設(shè)計出來的部件能使行車過程中安全可靠。最后用 PROE 對半軸和橋殼進行三維建模，然后運用 Pro/E 中的模態(tài)分析對半軸的固有頻率進行仿真分析。關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋殼；半軸；Pro/E;振動分析金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 Abstract1The design and vibration analysis of the main component of the automobile driving system (the driving axle housing and th

4、e semi-axis)AbstractDrive axle is one of the four major car assembly,The vehicle performance was been directly impacted by its performance.In the case that more and more cars were needed in China and it will become more and more important.This paper mainly studies the design and analyses of the main

5、 parts of automobile driving system. First, according to the different conditions of automobile , we can do the stress analysis of the driving axle housing and the semi-axis. Then we count and check the information. At last we use Pro/E to modeling the parts and do vibration analysis with the Modal

6、analysis module.Key words: Driving axle housing ; Semi-axis ;Pro/E; Vibration Analysis 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 1 章 緒論11 緒論汽車驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動橋殼是汽車的主要部件之一，它不僅是傳動系的主要組件，也是行駛系的主要組件。驅(qū)動橋殼在傳動系統(tǒng)中的作用主要是支承并保護主減速器、差速器和半軸等；驅(qū)動橋殼在行駛系統(tǒng)中的作用主要是使左右驅(qū)動車輪的軸向相對位置固定并且與從動橋一起支承車架和上面的各總成質(zhì)量，同時，在汽車行駛過程中，承受路面?zhèn)鹘o車輪的反作用力和力矩，反作用力和力矩通過懸架傳給車架。所以這就要求驅(qū)

7、動橋殼需要有足夠的強度和剛度并且質(zhì)量小，從而便于主減速器的拆裝和調(diào)整。驅(qū)動輪與差速器之間傳遞動力的實心軸是半軸，其主要作用是傳遞扭矩。以前車橋的設(shè)計多為根據(jù)經(jīng)驗制定尺寸，然后進行強度校核，改設(shè)計方法改善的發(fā)展方向為研究出更多的車行駛條件；從新材料上面發(fā)展車橋材料可行性以達到成本上的降低?，F(xiàn)在的這種設(shè)計方法簡單實用，并且經(jīng)驗豐富數(shù)據(jù)資料齊全一般不會出錯且步驟清晰，其缺陷是不能最大程度的降低成本以及預(yù)測所有可能遇到的情況。上述橋殼強度的傳統(tǒng)計算方法，只能算出橋殼某一斷面的應(yīng)力平均值，而不能完全反映橋殼上應(yīng)力及其分布的真實情況。它僅用于對橋殼強度的驗算或用作與其他車型的橋殼強度進行比較。而不能用于計

8、算橋殼上某點（例如應(yīng)力集中點）的真實應(yīng)力值。所以建立其簡化三維模型并采用有限元分析方法是橋殼強度計算的發(fā)展方向。本設(shè)計中的驅(qū)動橋采用非斷開式驅(qū)動橋，普通非斷開式驅(qū)動橋其優(yōu)勢為結(jié)構(gòu)簡單、造價成本低廉、工作可靠，所以此類驅(qū)動橋被最廣泛地用在各種汽車上。采用鋼板沖壓-焊接工藝的整體式橋殼能夠顯著地減輕驅(qū)動橋的質(zhì)量。半浮式半軸的優(yōu)勢為結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價低廉等，它的質(zhì)量小、使用條件好、承載負荷也不大。本設(shè)計過程中采用 Pro/E 軟件進行三維建模和參數(shù)設(shè)計。Pre/Engineer 和WildFire 是 PTC 官方使用的軟件名稱，但是在中國用戶使用的過程中存在多個說法，比如 ProE、

9、Pro/E、破衣、野火等等都是指這個軟件，他的軟件包括Proe2001、2.0、3.0、4.0、5.0/creo1.0、2.0 等。Pro/Engineer 操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一體化的三維軟件。Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的首個應(yīng)用者，在三維造型軟件領(lǐng)域中占有著不可替代的重要位置，Pro/Engineer 作為當(dāng)今世界機械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準而得到業(yè)界的廣泛認可與推廣。是現(xiàn)今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域一直占據(jù)重要位置。本文擬通過對橋殼和半軸進行強度校核計算并且

10、對其主要零部件進行振動分析。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計22 橋殼設(shè)計2.1 橋殼的設(shè)計要求驅(qū)動橋殼的設(shè)計應(yīng)滿足如下要求：(1)應(yīng)具有足夠的強度和剛度，從而保證主減速器齒輪嚙合正常的情況使半軸不產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。(2)在保證驅(qū)動橋殼的強度和剛度的前提下，盡量減少其質(zhì)量從而提高行駛平順性。(3)保證車橋殼與地面有足夠的間隙。(4)選用的結(jié)構(gòu)工藝性好，造價成本低。(5)對傳動系部件起到保護作用并能防止泥水侵入。(6)自身的拆裝、調(diào)整、維修要方便進行。2.2 橋殼的結(jié)構(gòu)型式選擇驅(qū)動橋殼大致可分為三種形式，即可分式、整體式和組合式。本驅(qū)動橋采用整體式橋殼，其特點為整個橋殼是一根空心梁

11、，它的橋殼和主減速器殼分為兩體。它的優(yōu)點為強度和剛度較大，主減速器的拆裝，調(diào)整方便等。按制造工藝的不同，可以把整體式橋殼可分三種，分別為鑄造式，鋼板沖壓焊接式和擴張成形式。到目前為止，國內(nèi)生產(chǎn)的微型車驅(qū)動橋殼一直是采用鋼板沖壓焊接式驅(qū)動橋殼。它具有如下優(yōu)點：（1）沖焊橋殼自身質(zhì)量輕，材料的利用率高。根據(jù)國外的實驗數(shù)據(jù)來看，沖焊橋殼比鑄鋼橋殼的自身質(zhì)量減小 37%左右，它的單軸負荷也大大增加，達 169125%。（2）質(zhì)量高，尤其是它的疲勞強度。電子束焊接的鋼板沖壓橋殼的疲勞值達150200 萬次；采用 CO2 氣體保護焊焊接鋼板沖壓橋殼的疲勞值也可達 100 萬次左右，它們都超過 JB3804

12、84 規(guī)定橋殼疲勞值不低于 80 萬次的要求，所以使用更為安全可靠。（3）成本低，生產(chǎn)率高，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量機械化生產(chǎn)。根據(jù)國外的生產(chǎn)情況資料來看，批量生產(chǎn)達到 16000 根以上，成本可降低 3050。沖焊橋殼工藝性好，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，機械化，也利于多品種專業(yè)化生產(chǎn)。因此，在國外大中小型車橋的生產(chǎn)中基本上都采用沖焊橋殼，鑄造橋殼極少。在汽車行駛過程中，橋殼往往會承受繁重的負荷，所以設(shè)計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強度和剛度的前提下應(yīng)力求做到減小橋殼的質(zhì)量。橋殼的結(jié)構(gòu)金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 1 章 緒論

13、3應(yīng)該簡金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計4單、制造起來方便從而在生產(chǎn)時利于降低成本。它的結(jié)構(gòu)還必須滿足主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。我們在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時，還應(yīng)該要考慮汽車的類型、制造條件、材料供應(yīng)、使用要求等。橋殼是為驅(qū)動各種零部件提供定位連接和支承包容的基礎(chǔ)件。橋殼焊接總成的成本，約占驅(qū)動橋總成的 1/51/6。因此橋殼的合理設(shè)計和經(jīng)濟制造，對確保驅(qū)動橋性能和降低生產(chǎn)成本，具有十分重要的意義。2.3 橋殼的設(shè)計參數(shù)選擇2.3.1 橋殼結(jié)構(gòu)方案選擇：橋殼大體可分為三種形式：可分式、整體式、組合式。1、可分式橋殼可分式橋殼由兩部分組成，每部分均有一個鑄件殼體和一個壓入

14、其內(nèi)部的軸管。軸管與殼體用鉚釘連接，兩半軸殼通過螺栓連接為一全。可分式軸殼制造工式簡單，主減速器軸承的支承剛性好。但拆裝、調(diào)整、維修很不方便，軸殼的強度和剛度受到結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)已很少采用，應(yīng)用的也多在中小型汽車上。2、整體式橋殼整體式橋殼的強度和剛度都比較大，橋殼制成整體結(jié)構(gòu)后，主減速器和差減速器裝配成總成再用螺栓安裝到橋殼上，這種結(jié)構(gòu)對主減速器的拆裝、調(diào)整都比較方便。按照制造工藝方法，整體式橋殼雙可分為鑄造式、沖壓焊接式和擴張成形式三種。1） 鑄造式橋殼鑄造整體式橋殼，中間是可鍛鑄鐵鑄件，為增加軸殼的強度及剛度，在軸的兩端壓入用無縫鋼管制成的半軸套管，這種結(jié)構(gòu)的軸殼強度和剛度較大，鋼板彈簧座

15、與軸殼殼體鑄成一體，軸殼可根據(jù)強度要求鑄成適當(dāng)?shù)男螤?。殼的前端平面及孔可裝主減速器，后端平面及孔可裝上后蓋，找開后蓋可作檢視孔用，它與沖壓軸殼相比，主要缸點是重量大、加工面多、制造工藝復(fù)雜。亦有采用中央部分用鑄件、兩端壓入鋼管組成三節(jié)整體式軸殼，它與前面那種相比，重量有所減輕、工藝較簡單，而中間軸殼與鋼管連接處，同于受力情況復(fù)雜，往往在此形成弱點。許多重型貨車采用鑄鋼的鑄造整體式軸殼，常作為檢視孔的后端部多用沖壓的鋼板焊接成封閉結(jié)構(gòu)，以增加軸殼的強度及剛度。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計52）沖壓焊接式橋殼用鋼板沖壓焊接成形的整體式軸殼具有重量輕、工藝簡單、材料利用率高制造成本

16、低等優(yōu)點，并適合于大量生產(chǎn)，因此在中小貨車上廣泛采用，目前同于沖壓設(shè)備有了發(fā)展，這種軸殼的優(yōu)點更顯突出，因此許多重型貨車的軸殼也采用了這種結(jié)構(gòu)。3） 擴張成形式橋殼擴張成形式橋殼是用一根無縫鋼管擴張成形的橋殼。這種橋殼結(jié)構(gòu)無論強度還是剛度都比較大，材料節(jié)省重量也輕，唯需要專用擴張軋制設(shè)備。也可用兩根無縫鋼管的一端擴張成形后焊接的整體式橋殼，它是作為重型貨車的驅(qū)動橋殼，焊縫高在中部垂直面上，其焊縫質(zhì)量、焊縫始端終端的焊透深度以及焊縫的接合位置對驅(qū)動殼的壽命起著決定性影響，把彈簧座合制動凸緣的焊縫移至中性面上，從試驗結(jié)果得到，擴張成形式橋殼是可以使驅(qū)動橋得使用壽命提高兩三倍。3、組合式橋殼組合式橋

17、殼是主減速器殼與部分橋殼鑄成一體。 ，而后用無縫鋼管壓入殼體兩端，兩者之間用塞焊方法焊接在一起。它具有比較好的從動齒輪殼承的支承剛度，主減速器的裝配調(diào)整也較分開式橋殼方便。然而這種橋殼要求有較高的加式精度，它的維修、裝配、調(diào)整與整體式橋殼相比仍較復(fù)雜。橋殼剛度與整體式相比也差，常見用于轎車、輕載貨車的驅(qū)動橋殼。本設(shè)計中采用鋼板沖壓鑄造式橋殼。原因是鋼板沖壓鑄造式橋殼結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，工藝簡單，成本低。2.3.2 橋殼材料選擇：橋殼的彎曲應(yīng)力不超過 300N/mm2。中碳合金鋼半軸套管和輪軸上午彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過 500N/mm2，剪切應(yīng)力不應(yīng)超過 250N/mm2對于鋼板沖壓焊接整體式橋殼，多

18、采用 16Mn，0.9SiBV、35 或 40 號中碳鋼板(化學(xué)成分控制為 0.37%0.42%的碳和不大于 0.03%的硫)。半軸套管多采用 40MnB， 40Cr等中碳合金鋼或 45 號中碳鋼的無縫鋼管或鍛件，上下半體和橋殼凸緣采用 20 鋼板半軸套管采用無縫鋼管。2.3.3 橋殼參數(shù)選擇確定：橋殼的上下半體和橋殼凸緣我們采用 20 號鋼板，20 號強度比 15 號鋼稍高，很少金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計6淬火，無回火脆性。冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，電弧焊和接觸焊的焊接性能好，氣焊時厚度小，外形要求嚴格或形狀復(fù)雜的制件上易發(fā)生裂紋。切削加工性冷拔或

19、正火狀態(tài)較退火狀態(tài)好、一般用于制造受力不大而韌性要求高的。它的抗拉強度 b (MPa)：410(42)，屈服強度 s (MPa)：245(25)，伸長率 5 (%)：25，斷面收縮率 (%)：55，硬度 ：未熱處理,156HB，因為車橋殼上下半體不需要支撐車架及總成質(zhì)量，所以只要對起到封閉效果就行，所以根據(jù)機械設(shè)計手冊上我們可以確定上下半體采用厚 3mm 的 20 鋼板，橋殼凸緣采用厚7mm 鋼板。車橋殼中間直徑由斜齒輪尺寸確定，微型小車車橋內(nèi)斜齒輪在尺寸在 100mm120mm,四周留間隙，所以車橋殼中間直徑需要大于 140mm,為了能達到車的緊湊性我們選車橋殼直徑為 145mm。一般半軸選

20、用 40Cr 做材料，為了能達到使用要求，其半徑在 33mm38mm，安全系數(shù)為 1.5，所以半軸半徑應(yīng)該在 49.5mm57mm，所以車橋殼內(nèi)控應(yīng)該大于 50mm 根據(jù)機械設(shè)計手冊我們選車橋殼半軸套管管徑為 52.5mm。2.4 橋殼的三維參數(shù)化設(shè)計在 Pro/E 三維環(huán)境下，運用草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像、合并、陣列等功能建立了橋殼的三維參數(shù)化模型，如圖 2-1 所示。圖 2-1 微型車橋結(jié)構(gòu)示意圖該橋殼的結(jié)構(gòu)組成主要包括中間琵琶包、兩側(cè)軸管、兩端軸頭和一些焊接件（如后蓋、加強環(huán)、減振器支架、板簧座、油管支架和緩沖墊）等組成，占整個橋殼長度一半以上的是軸管，橋殼形成最復(fù)雜部分是琵琶包。除去焊上

21、的后蓋和加強環(huán)外，橋殼本體（即焊前橋殼）中間的上下兩部分的材料配置，相當(dāng)于將軸管部分沿軸向一分為二。上下半體，橋殼凸緣，半軸套管，后蓋，板簧支座的軸頭，內(nèi)襯套等零件焊接而成，屬沖壓焊接式橋殼，是分開式結(jié)構(gòu)，上下半體采用厚 3mm 的 20 鋼板，橋殼凸緣金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計7采用厚 7mm 鋼板制成，半軸套管采用無縫鋼管。其主要制造工藝：首先要組焊上下半體，機加工（車兩端，車中間直徑 145mm 孔） ，其將橋殼凸緣及后蓋焊接。然后將半軸套管擴孔接著車端面，倒角后加內(nèi)襯套與上述組件焊合。2.4 橋殼強度計算驅(qū)動橋的橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，它的形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上

22、汽車的行外界及自身條件又多變，因此想要計算車在行駛時車橋殼上各處的應(yīng)力相對困難。在一般情況下我們在設(shè)計車橋殼時常使用一般方法，這時將橋殼看成是一簡單的支梁同時校核某些特定斷面的最大應(yīng)力值。例如日本有的公司對驅(qū)動橋殼的設(shè)計要求是在 2.5倍滿載時軸負荷的作用下，各斷面（橋殼與半軸套管焊接處、彈簧座處、輪轂內(nèi)軸承根部圓角處）的應(yīng)力不能超過屈服極限(也稱為流動極限，即材料受到外力達到一定的限度時，即使不增加負荷它仍然發(fā)生明顯的塑性形變，這種現(xiàn)象被稱為屈服極限)。我國通常推薦：在計算時，我們只需把車橋殼復(fù)雜的受力狀況簡化成三種簡單的載況，只要在這三種載荷計算工況下橋殼的強度的到保證的情況下，我們就認為

23、使用該橋殼的汽車在各種條件下的行駛情況都是可靠安全的。在上述三種載荷工況下橋殼的受力分析前，需要對汽車在滿載時停在靜止路面時車橋殼的受力情況進行分析。2.4.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計算對橋殼靜彎曲應(yīng)力的受力分析時?？梢园褬驓た闯梢豢招臋M梁，兩端通過輪轂軸承支承在車輪上，橋殼在鋼板彈簧座處承受簧上載荷，沿兩側(cè)輪胎中心線，地面給輪胎以反力/2（雙胎的時候則是沿著雙胎的中線） ，橋殼則承受該力與車輪重力的2Gwg差值，即（ ） 。所以當(dāng)橋殼按靜載荷計算的時候，在其兩鋼板彈簧之間的彎矩wgG22為：=（ ） (N) （2-M2sB wgG22m1）式中 汽車滿載時在水平路面上驅(qū)動橋給地面的載荷，7650

24、N；2G車輪（包括輪轂,制動器等）的重力，N；wg 驅(qū)動車輪輪距，1.2m；B驅(qū)動橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離，0.8m。s金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計8 對彎矩的分析可得知，鋼板彈簧座附近往往是車橋的危險斷面。由于遠遠地小wg于 G2/2 ，且在設(shè)計的時候不宜準確預(yù)計，當(dāng)無數(shù)據(jù)時可以忽略去。因此由式（2-1） =765（N） （2-M2765028 . 02 . 1m2）而靜彎曲應(yīng)力則為MPawj （MPa） （2-vwjWM3103）式中 危險斷面處（鋼板彈簧座附近）橋殼的垂向彎曲截面系數(shù)（見表 2-1）vW 見式（2-1）M表 2-1 橋殼垂向彎曲截面系數(shù)斷面形狀垂向

25、及水平彎曲截面系數(shù) Wv Wh扭轉(zhuǎn)截面系數(shù) WtDd)1 (32443DdD)1 (16443DdD其中半軸套管管徑=60.5mm ，d =52.5mmD因此 =9.41 （2-VW)1 (32443DdD)5 .605 .521 (325 .604434）=4.71 （2-)1 (16443DdDWt5）=84.61（MPa） （2-vwjWM31033109041765106）金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計92.4.2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強度計算當(dāng)汽車在不平路面上高速行駛時，橋殼在承受靜載狀態(tài)下的那部分載荷的同時還承受附加的沖擊載荷。這時侯橋殼的彎曲應(yīng)力在動載荷

26、下為（MPa） （2-wjdwdk7）式中 動載荷系數(shù)，對轎車，客車取 1.75； dk橋殼在靜載荷下的彎曲應(yīng)力，MPa。wj因此由式（2-3） =1.7584.61=148.07（MPa） （2-wjdwdk8）2.4.3 汽車以最大牽引力行駛時橋殼的強度計算此時不考慮側(cè)向力。分析汽車以最大牽引力行駛時橋殼的受力。此時作用在左右驅(qū)動車輪上有垂向應(yīng)力并且尚有切向應(yīng)力。地面對左右驅(qū)動車輪的最大切向反力共為 P= （2-maxrTTLeriT/max9）式中 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩,72 N；maxeTm 傳動系的傳動效率 0.95；T 傳動系的最低檔傳動比 3.65；TLi 輪胎的滾動半徑，0.27m。

27、rr故 P=maxrTTLeriT/max=726.89 （N） 27. 095. 065. 36 .56m后驅(qū)動橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 Mv（N）為m = （） （2-VM2sB wgmG22210）式中 ， ， 見式下(2-1)的說明；2GwgBs金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計10 汽車加速行駛時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對微型載貨汽車后驅(qū)動橋取 1.21.42m所以由式（2-7）=（）=1.4=1071（N）VMwgmG2222sB 2765028 . 02 . 1m 由于驅(qū)動車輪的最大切向反力 Pmax 使橋殼也承受水平方向的彎矩，對于裝用普通圓錐齒輪差速器的驅(qū)動橋，在

28、兩彈簧座之間橋殼所受的水平方向的彎矩 hM = =76.29（Kg.f.mm） (2-11) 22maxsBpMh28 . 02 . 1289.726 橋殼還承受因驅(qū)動橋傳遞驅(qū)動轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力矩。這時在兩板彈簧座間橋殼承受的轉(zhuǎn)矩 T（N）為m=249.66 （N） （2-T2TTLenaxiT295. 065. 372m12）式中 同式(2-4) TTLeiT,max 當(dāng)橋殼在鋼板彈簧座附近的危險截面為圓管斷面時，則在該斷面處的合成彎矩 M為 =1078（Kg.f.mm） （2-M222TMMhv22213.9829.76107113）該危險斷面處的合成應(yīng)力為 = =114.56 （MP

29、a） （2-WTMMWMhv22231041. 9107814）式中 W危險斷面處的彎曲截面系數(shù)，見表 2-1。橋殼在鋼板彈簧座附近的危險斷面處的彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為w =122 （MPa） （2-whhvvWMWM15）=53 （MPa） （2-tWT16）金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計11式中 分別為橋殼在兩板彈簧座之間的垂向彎矩和水平彎矩，見式(2-10)及hvMM ,式(2-11)； 分別為橋殼在危險截面處的垂向彎曲截面系數(shù)、水平彎曲截面系thvWWW,數(shù)和彎曲截面系數(shù)，見表 2-1。橋殼的許用彎曲應(yīng)力為 300500Mpa,許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 150400Mpa，

30、可鑄鍛鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊接橋殼取最大值。 計算結(jié)果彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力均小于許用值，滿足強度要求，故安全。w2.4.4 汽車緊急制動時橋殼的強度計算 此時不考慮側(cè)向力。分析汽車緊急制動時橋殼的受力。此時作用在左右驅(qū)動車輪上除有垂向應(yīng)力外，還有切向反力，即地面對驅(qū)動車輪的制動力。因此可得：2/22mG緊急制動時橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩及水平方向的彎矩分別為 VMhM （2-2)2(2sBgmGMwV17） （2-222sBmGMh 18）式中 同式(2-8)sBgGw,2汽車制動時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)；m=（1+） ； =（1-）1m1Lhg2m1Lhg上式中的=用于前驅(qū)動輪，= 用于后

31、驅(qū)動輪。當(dāng)未知時，對載貨m1mm2m1,Lhg汽車的后驅(qū)動橋亦可取=0.750.95，取 0.9；2m汽車的質(zhì)心高度，m；gh汽車質(zhì)心離前軸中心的距離，m；1L驅(qū)動車輪與路面的附著系數(shù)，計算時取 0.8。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計12所以 =688.5 （N） （2-2)2(2sBgmGMwv28 . 02 . 19 . 027650m19） =550.8（N）222sBmGMh 28 . 02 . 18 . 09 . 027650m橋殼在兩鋼板彈簧座的外側(cè)部分的同時還承受制動力所引起的轉(zhuǎn)矩 = （2-TrrmG22220） =732.56（） 266. 08 . 09 .

32、 027650mN 所以合成應(yīng)力為 = =147.3 （MPa） （2-WTMMWMhv22221）在該斷面處的彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為w = （2-whhvvWMWM22）=tWT經(jīng)計算=131.7MPa，=155.5MPa，滿足強度要求所以是安全的。w2.4.5 汽車受最大側(cè)向力時橋殼的強度計算當(dāng)汽車滿載并且高速急轉(zhuǎn)彎時，則會產(chǎn)生作用于汽車質(zhì)心處的一相當(dāng)大的離心力。汽車也會由于內(nèi)部或外部其他原因而承受側(cè)向力。當(dāng)汽車所承受的側(cè)向力達到地面給輪胎的側(cè)向反作用力的最大值即側(cè)向附著力時，此時的汽車處于側(cè)滑的臨界狀態(tài)并且沒有縱向力作用。側(cè)向力一旦超過側(cè)向附著力，汽車則會發(fā)生側(cè)滑。因此汽車驅(qū)動橋的

33、側(cè)滑條件是 （2-12222GYYPRL23）金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計13式中驅(qū)動橋所承受的側(cè)向力；2P地面給左、右驅(qū)動輪的側(cè)向反作用力；RLYY22, 汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷；2G輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)，計算時取 1.0。1故 =76501.0=7650（N） 即7650N12G2P由于汽車單純產(chǎn)生側(cè)滑，因此計算時可以認為地面給輪胎的切向反作用力為零。分析汽車向右側(cè)滑時的受力，可求出驅(qū)動橋側(cè)滑時左右驅(qū)動車輪的支承反力為 （2-BhGZgL1222124） （2-BhGZgR1222125） =7650=11475（N）5 . 1式中 左右軸驅(qū)動車輪

34、的支承反力，N；RLZZ22,汽車滿載時的質(zhì)心高度，1.2m；gh同式（2-19） ；12,G驅(qū)動車輪的輪矩,1.2m；B由上式可知，當(dāng)時，即驅(qū)動橋的全部荷重由側(cè)滑5 . 0/1Bhg222, 0GZZRL方向一側(cè)的驅(qū)動車輪承擔(dān)，這種極端情況對驅(qū)動橋十分不利，對驅(qū)動橋的強度要求很高，因此為避免這種情況產(chǎn)生，應(yīng)盡量降低汽車的質(zhì)心高度。分析汽車驅(qū)動橋上面的車廂受力，可以求出汽車側(cè)滑時鋼板彈簧對橋殼的垂向作用力及水平作用力。RLTT22,RLqq22,鋼板彈簧對驅(qū)動橋殼的垂向作用力（N）為 （2-srhGGTrgL/5 . 0122226）srhGGTrgR/5 . 01222金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論

35、文 第 2 章 橋殼設(shè)計14式中 汽車滿載時車廂通過鋼板彈簧作用在驅(qū)動橋上的垂向總載荷，N；2G 板簧座上表面離地面高度，m；rr 見式（2-20）下的說明；ghG,12 兩板簧座中心間的距離，m。s對于半軸為全浮式的驅(qū)動橋，在橋殼兩端的半軸套管上，各裝著一對輪轂軸承，它們布置在車輪垂向反作用力的作用線的兩側(cè),通常內(nèi)軸承比外軸承離車輪中心線更近些。側(cè)滑時內(nèi)外輪轂軸承對輪轂的徑向支承力 S1，S2可根據(jù)一個車輪的受力平衡求出。汽車向右側(cè)滑時左右車輪輪轂內(nèi)外軸承的徑向支承力分別為： （2-LLrLZbabYbarS22127） （2-LLrLZbabYbarS22228）+ （2-RS1RrYba

36、r2RZbab229） = （2-RS2RrYbar2RZbab230）式中 輪胎的滾動半徑；rr，。其中abRLRLZZYY2222, =40mm =70mm ab （2-LLLLZZZY221220 . 131） （2-RRRRZZZY221220 . 132）將式（2-25） ，式（2-30） ， （2-32）求得的值代入式（2-RLRLZZYY2222,27）（2-30） ，即可求出軸承對輪轂的徑向支承力，這樣也就求出輪轂軸承對半軸套金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計15管的徑向支承力， （與上述大小相等方向相反） 。21,SS所以 = 281659 （N）RS2RrYba

37、r2RZbab2根據(jù)這些力及橋殼在板簧座處的垂向力，可算出橋殼在汽車側(cè)滑時的垂向RLTT22,受力彎矩。由式（2-27）（2-30）可知，輪轂內(nèi)外軸承支承中心之間的距離（+）越大，ab則由側(cè)滑所引起的軸承徑向力越小。另外如果（+）足夠大，也會增加車輪的支承ab剛度。否則，如果將兩軸承的距離縮至使兩軸承相碰，則車輪的支承剛度會變差而接近與 3/4 浮式半軸的情況。 （+）的數(shù)值過大也會引起輪轂的寬度及質(zhì)量的加大而難ab布置。在小型載貨汽車的設(shè)計中，常?。?）/4。汽車側(cè)滑時輪轂軸承受力最abrr大，所以半軸套管也是在汽車滿載側(cè)滑時承受最大的彎矩及應(yīng)力。由式 9-113 可知，半軸套管的危險斷面位

38、于輪轂內(nèi)軸承的里端，該處彎矩為 （2-lSlbaSMRRAA12)(33）式中 l 為輪轂內(nèi)軸承支承中心至該軸承內(nèi)端支承面間的距離。如果忽略 l 不計，并將（2-30） 、式（2-25） 、 （2-32）代入上式經(jīng)整理后得 =3098（Kg.f.mm） （2-)(5 . 0()(11122arBhGbaSMgRAA34）式中,同式（2-25） ；ghG,12B ,同式（2-30） 。rra彎曲應(yīng)力： = = 155.52 （MPa） （2-344310)1 (32DdDMAAAwA19919309831035）剪切應(yīng)力： =137.79 （MPa） （2-)(4222dDSRAA14.2044

39、28165936）金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 橋殼設(shè)計16合成應(yīng)力： =284.86（MPa） （2-AAAwAAA22337）半軸套管處的應(yīng)力不應(yīng)超過 490MP，滿足強度要求，所以是安全的。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計173 半軸設(shè)計3.1 半軸形式的選擇根據(jù)其外端的支承形式或受力情況的不同我們可以把普通非斷開式半軸分為半浮式，3/4 浮式和全浮式三種。設(shè)計中本橋采用半浮式半軸。半浮式半軸以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則用具有錐面的軸頸及鍵與車輪輪轂相固定，或以凸緣直接與車輪輪盤及制動鼓相聯(lián)接。因此，半浮式半軸不僅需要傳遞轉(zhuǎn)矩，還要

40、承受車輪傳來的彎矩。由此可見，雖然半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜，但是它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價低廉的優(yōu)點。適合質(zhì)量較小、使用條件較好、承受載荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。3.2 半軸的設(shè)計參數(shù)選擇3.2.1 半軸材料的選擇：半軸的材料首先要有足夠的強度，對應(yīng)力集中敏感性低；還需能滿足剛度、耐磨性、耐腐蝕性的要求；并具有良好的加工性能，且價格低廉，易于獲得。表 3-1 軸的常用材料及其主要性能金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計18碳鋼有足夠高的強度，對應(yīng)力集中敏感性低，便于進行各種熱處理及機械加工，價格低廉，應(yīng)用最廣。因為半軸需要傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩帶動車輪，所以半軸屬于大功率零

41、件，材料需要有足夠的強度，故選用 40Cr 作為半軸的材料，查表 3-1 得知 40Cr的強度極限為 736MPa,許用彎曲應(yīng)力為 344MPa.3.2.1 半軸尺寸的確定：半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計與計算時首先應(yīng)合理地確定其計算載荷。半軸的計算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：a）縱向力 X2最大時(X2Z2)附著系數(shù)尹取 0.8，沒有側(cè)向力作用；b）側(cè)向力 Y2最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為 Z2中， ，側(cè)滑時輪胎與地面?zhèn)?向附著系數(shù)，在計算中取 1.0，沒有縱向力作用；1c）垂向力 Z2最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為(Z2-gw)kd，kd是動載荷系數(shù)，這時沒

42、有縱向力和側(cè)向力的作用。由于車輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即:22222Z= X +Y故縱向力 X2最大時不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力 Y2最大時也不會有縱向力作用。a)半軸計算載荷的確定 半軸承受轉(zhuǎn)矩，其計算轉(zhuǎn)矩按下式進行：T=Temaxig1i0 （3-1）式中：差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對圓錐行星齒輪差速器可取0.6； ig1變速器 1 擋傳動比； i0主減速比。已知：Temax430Nm；ig17.48； i06.33 ； =0.6計算結(jié)果： T=0.64307.486.33 =12215N.m 在設(shè)計時，半軸桿部直徑的初步選取可按下式進行： （3-2）333

43、10(2.05 2.18)0.196 TdT式中 d半軸桿部直徑，mm； T半軸的計算轉(zhuǎn)矩，Nrn；半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，MPa。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計19根據(jù)上式帶入 T12215 Nm，得：32.50mmd33.85mm?。篸=33mm給定一個安全系數(shù) k=1.5d=kd =1.533 =50mm半軸支承轉(zhuǎn)矩，其計算轉(zhuǎn)矩為： （3-3）22LrRrTXrXr三種半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力由下式計算： （3-4）331610Td式中半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；T一半軸的計算轉(zhuǎn)矩，T=12215Nm；d半軸桿部直徑，d=50mm。將數(shù)據(jù)帶入式（3-3） 、 （3-4）得：=528MPa半軸

44、花鍵的剪切應(yīng)力為 （3-5）310()/4bpBATzLbjDd 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 （5-6）2/ )(4/ )(103ABABpcdDdDLzT式中 T半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=12215Nm；DB半軸花鍵(軸)外徑，DB=54mm；dA相配的花鍵孔內(nèi)徑，dA=50mm；z花鍵齒數(shù)；Lp花鍵工作長度，Lp=70mm；B花鍵齒寬，B=9mm；載荷分布的不均勻系數(shù)，取 0.75。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計20 將數(shù)據(jù)帶入式（3-5） 、 （3-6）得：=68Mpab=169MPac半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為 （3-7）310180GJTl式中 T半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=12215N

45、m；l半軸長度，l=900mm；G材料的剪切彈性模量，MPa；J半軸橫截面的極慣性矩， mm4。 將數(shù)據(jù)帶入式（3-7）得： = 8 半軸計算時的許用應(yīng)力與所選用的材料、加工方法、熱處理工藝及汽車的使用條件有關(guān)。當(dāng)采用 40Cr，40MnB，40MnVB，40CrMnMo，40 號及 45 號鋼等作為全浮式半軸的材料時，其扭轉(zhuǎn)屈服極限達到 784MPa 左右。在保證安全系數(shù)在 1.31.6 范圍時，半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取為490588MPa。對于越野汽車、礦用汽車等使用條件差的汽車，應(yīng)該取較大的安全系數(shù)，這時許用應(yīng)力應(yīng)取小值；對于使用條件較好的公路汽車則可取較大的許用應(yīng)力。當(dāng)傳遞最大轉(zhuǎn)矩時，半軸

46、花鍵的剪切應(yīng)力不應(yīng)超過 71.05MPa；擠壓應(yīng)力不應(yīng)該超過196MPa，半軸單位長度的最大轉(zhuǎn)角不應(yīng)大于 8/m。3.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱處理：為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取 10 齒(轎車半軸)至18 齒(載貨汽車半軸)。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很大，當(dāng)無較大鍛造設(shè)備時可采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡化工藝。在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。半

47、軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi 等。本設(shè)計采用 40Cr 作為半軸材料，40Cr 作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為 HB388444(突緣部分可降至 HB248)。近年來采用高頻、中頻金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計21感應(yīng)淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達 HRC5263，硬化層深約為其半徑的 13，心部硬度可定為 HRC3035；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度可定在 HB248277范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強度較高，加之在半軸表

48、面形成大的殘余壓應(yīng)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。3.4 三維建模在 Pro/E 三維環(huán)境下，運用草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像、合并、陣列等功能建立了半軸的三維參數(shù)化模型，如圖 3-1 所示。圖 3.1 半軸結(jié)構(gòu)3.5 實心半軸強度校核計算：3.5.1 半軸材料的性能指標(biāo)：由 3.2 半軸參數(shù)設(shè)計得知選用材料性能指標(biāo)如下：材料牌號 40Cr抗拉強度：110kg.f/mm2；屈服點：85Kg.f/mm2；疲勞強度極限：55kg.f/mm2。3.5.2 斷面 B-B 處的強度計算：金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章

49、半軸設(shè)計22板簧支點后橋中心半軸參數(shù)： =574.25; = 152.5; =21; =600; =266;1l2l3l4l抗彎截面模量：=3.86 （3-ZW321 .343233d3108）抗扭截面模量：=7.72 （3-nW161 .341633d3109）載荷計算： （3-fkgRr25.956210） =956.25 21=20081（Kg.f.mm） （3-M32lRr11）最大扭矩： m=max2/1jzbzeiim =6.9=56.6（Kg.f.mm）2/96. 096. 095. 0125. 5652. 3式中：發(fā)動機最大扭矩；em金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)

50、計23 一檔速比；1i 主減速比；zi 變速器效率；b 主減速器效率；z 主減速器及軸承的機械損失；j彎曲應(yīng)力：= （3-)/(36. 91086. 3200818 . 123mmfKgWzM12）剪切應(yīng)力：= （3-)/(6 . 61072. 72106 .568 . 12233maxmmfKgWnm13）彎扭組合應(yīng)力： =H)/(78.126 . 6436. 9236. 94222222mmfKg 安全系數(shù)：=S65. 678.1285HS3.5.3 斷面 B-B 處的強度計算 (四檔時) 載荷： （3-)(4595 .3822fKgRr14）（382.5459）21=8032.59639

51、（Kg.f.mm） 32lRrM（3-15）彎曲應(yīng)力：3.75+4.49（Kg.f.mm） （3-311086. 3963980328 . 1ZWM金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計2416）剪應(yīng)力：=3.754.49（Kg.f/mm2） （3-nSWQ231086. 3)96395 .8032(8 . 117）合成應(yīng)力： =+ （3-H2242249. 475. 32285. 34)49. 475. 3(18）= 6.262.77（Kg.f/mm2）平均應(yīng)力：6.26Kg.f/mm2m應(yīng)力幅： =2.77 Kg.f/mm2r疲勞安全系數(shù)：（）=10.15 )/130(2mmfKg

52、T （3-S1srTM5518. 313026. 6119）3.5.4 斷面 C-C 處強度計算傳遞的最大扭矩：60.29（） maxmmfKg扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：=17.47 （Kg.f/mm2） （3-164maxdm33281029.601620）安全系數(shù)：=2.2 （3-Ss7 . 047.17857 . 021）通過以上計算可知：B-B 斷面處和 C-C 斷面處的強度無問題。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計253.6 空心半軸強度校核計算3.6.1 斷面 B-B 處的強度校核（1）空心式半軸應(yīng)采用全浮式，所以不承受彎矩，只承受轉(zhuǎn)矩，故0ZW（2）抗扭截面模量：nW= (D=69.

53、3mm , d=63.5mm) （3-nW)(1004. 3163344mmDdD22）（3）載荷計算： （3-)(25.9562fkgRr23）M=956.25 21=20081（Kg.f.mm） （3-32lRr24）（4）最大扭矩： （3-)(6 .5621maxmfKgiimmjzbze25）（5）不承受彎曲應(yīng)力（6）剪切應(yīng)力： （Kg.f/mm2） （3-76.161004. 31026 .568 . 1233maxWnm26）（7）安全系數(shù)：= （3-S07. 576.1685HS27）3.6.2 斷面 B-B 處的強度計算 (四檔時)（1）載荷： )(4595 .3822fKgR

54、r（2）不承受彎曲應(yīng)力， 故o金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計26（3）剪應(yīng)力：6.00（Kg.f/mm2） （3-nSWQ228）（4）合成應(yīng)力： =6.00（Kg.f/mm2） （3-H224229）（5）疲勞安全系數(shù)： 21.67 ， （3-S1srTM)/130(2mmfkgT0r30）金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 半軸設(shè)計273.6.3 斷面 C-C 處的強度計算（1）傳遞的最大扭矩：56.6（）maxmmfKg（2）扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： =30.31 （Kg.f/mm2） （3-DdDm16)(44max31）（3）安全系數(shù)： =1.96 （3-Ss7 . 031.30

55、857 . 032）經(jīng)以上校核計算，滿足強度要求，故安全。3.7 實心半軸與空心半軸的比較分析：半軸將差速器的半軸齒輪和車輪的輪轂連接起來組成驅(qū)動車輪的傳動系統(tǒng)。最常見是端部鍛成凸緣的結(jié)構(gòu)形狀的半軸。實心半軸以凸緣直接與車輪輪盤及制動鼓相聯(lián)接，其采用的是半浮式。半浮式半軸不僅要傳遞轉(zhuǎn)矩，還要承受彎矩；空心半軸的外端和以兩個圓錐滾子軸承支承與橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，其采用的是全浮式。 通過實心半軸和空心半軸的強度計算可得知，如果令全浮空心式半軸滿足安全系數(shù)，則須半軸的直徑較大，半軸較粗，但是這種設(shè)計不適用于微型車的使用。但對于大型的載貨汽車，采用空心式半軸不僅可以減輕整車質(zhì)量，而且節(jié)約成本

56、,有一定的經(jīng)濟價值。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 半軸的振動分析284 半軸的振動分析4.1 機械振動基礎(chǔ)4.1.1 定義振動是一種運動形態(tài)，是指物體經(jīng)過它的平衡位置所作的往復(fù)運動。振動屬于動力學(xué)第二類問題，已知主動力求運動。機械振動是指機械系統(tǒng)(即力學(xué)系統(tǒng))中的振動任何力學(xué)系統(tǒng)，只要它具有彈性和慣性，都可能發(fā)生振動。這種力學(xué)系統(tǒng)稱為振動系統(tǒng)。4.1.2 振動的有害面振動是有害的。振動會影響精密儀器設(shè)備的功能，降低加工精度，加劇構(gòu)件的疲勞和磨損，縮短機器和結(jié)構(gòu)物的使用壽命；振動可能引起結(jié)構(gòu)的大變形破壞，有的橋梁曾因振動而坍毀；飛機機翼的顫振、機輪的抖振往往造成事故；車、船和機艙的振動會

57、劣化乘載條件；強烈的振動噪聲會形成嚴重的公害。4.1.3 振動的有利面同樣振動也是有好處的。振動是通信、廣播、電視、雷達等工作的基礎(chǔ)；利用振動的生產(chǎn)裝備和工藝有：振動傳輸、振動篩選、振動研磨、振動拋光、振動、沉樁、振動消除內(nèi)應(yīng)力等。4.1.4 振動系統(tǒng)的分類振動系統(tǒng)按自由度劃分可分為離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)，其中離散系統(tǒng)又分為單自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)。離散系統(tǒng)是由集中參量元件（如：質(zhì)量、彈簧、阻尼器）組成。運動微分方程是常微分方程；連續(xù)系統(tǒng)是由彈性體元件（如：桿、梁、軸、板）組成。運動微分方程是偏微分方程。振動系統(tǒng)按參量劃分可分成確定系統(tǒng)和隨機系統(tǒng)，確定系統(tǒng)又稱為定則系統(tǒng)。定則系統(tǒng)可分為定常系統(tǒng)與

58、非定常系統(tǒng)即常參量系統(tǒng)和變參量系統(tǒng)。確定性系統(tǒng)(定則系統(tǒng))金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 半軸的振動分析29是參量的變化規(guī)律可用時間的確定函數(shù)描述。常參量系統(tǒng)(定常系統(tǒng))是系統(tǒng)中的各個特征參量都不隨時間而變，即它們不是時間的顯函數(shù)。 （常系數(shù)微分方程描述）隨機系統(tǒng)是系統(tǒng)參量變化無常，無法用時間的確定函數(shù)描述，只能用統(tǒng)計特性描述。振動系統(tǒng)按各力是否為線性可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。振動系統(tǒng)按振動形式可分為定則振動和隨機振動（按激勵性質(zhì)分） 。還可分為自由振動、強迫振動、自激振動、參激振動（按激勵控制方式分） 。4.1.5 振動問題的分類第一類：已知系統(tǒng)模型和外載荷求系統(tǒng)響應(yīng)，稱為響應(yīng)計算（

59、分析）或正問題。第二類：已知輸入和輸出求系統(tǒng)特性，稱為系統(tǒng)識別或參數(shù)識別，又稱為第一類逆問題。 第三類：已知系統(tǒng)特性和響應(yīng)求載荷，稱為載荷識別（振動環(huán)境預(yù)測） ，又稱為第二類逆問題。4.1.6 固有頻率及固有周期 固有頻率： （4-1） 只與振動系統(tǒng)的彈簧常量 k 和物塊的質(zhì)量 m 有關(guān)，而與運動的初始條件無關(guān)，所以稱為固有頻率。固有周期： （4-2）用能量法確定固有頻率的時候，因為固有振動是簡諧振動，所以： （4-3） （4-4）mkdefnkmTndefn22)cos()(),sin()(tatutatunnn)(sin21),(cos2122222tkaVtmaTnnn2refref2m

60、ax21,maTTTdefn2max21kaVmaxmaxVTrefmax2TVn金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 半軸的振動分析31在平衡位置上，勢能為零，動能達到最大值; 在最大振幅位置上，動能為零，勢能達到最大值 ; 保守系統(tǒng).4.2 半軸的振動分析4.2.1 Mechanica 的簡介Mechanica 是一種能提供用于計算模型物理性態(tài)，進而了解并改進設(shè)計的機械性能的多學(xué)科 CAE 工具?？梢岳?Mechanica 直接方便地計算結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形、振動特性、傳熱等其他需要求解的因素，還可以模擬模型在真實環(huán)境下的行為。Mechanica Wildf