汽車后橋半軸設(shè)計(jì)(重新設(shè)計(jì)后論文)

1、 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁目錄目錄前言 .11 后橋結(jié)構(gòu)方案分析 .22 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) .32.1 半軸結(jié)構(gòu)形式分析.32.2 驅(qū)動(dòng)半軸結(jié)構(gòu)形式選擇.32.3 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定.4 2.3.1 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩與最低檔傳動(dòng)比計(jì)算轉(zhuǎn)矩.4 2.3.2 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)矩.4 2.3.3 半軸轉(zhuǎn)矩的確定.52.4 全浮式半軸的桿部直徑的初選.52.5 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算.62.6 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算.62.7 半軸基于 PRO/E 的三維設(shè)計(jì) .72.8 半軸的材料與熱處理.7參考文獻(xiàn) .9致謝 .10 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁前言前言汽車后橋

2、（驅(qū)動(dòng)橋）位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用首先是增扭，降速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動(dòng)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(dòng)車輪；其次，驅(qū)動(dòng)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(dòng)力矩和反作用力矩等。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器，差速器，車輪傳動(dòng)裝置和橋殼組成。對(duì)于重型載貨汽車來說，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車和客車，以及輕型商用車都要大得多，以便能夠以較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國際上石油價(jià)格的上漲，汽車的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)乘用車，對(duì)于載貨汽

3、車，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車生產(chǎn)商來提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶，因?yàn)橹匦洼d貨汽車所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是大功率，大轉(zhuǎn)矩的，裝載質(zhì)量在十噸以上的載貨汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率在 140KW 以上，最大轉(zhuǎn)矩也在 700Nm 以上，百公里油耗是一般都在 34 升左右。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比

4、較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為新的課題。目前國內(nèi)重型車橋生產(chǎn)企業(yè)也主要集中在中信車橋廠、東風(fēng)襄樊車橋公司、濟(jì)南橋箱廠、漢德車橋公司、重慶紅巖橋廠和安凱車橋廠幾家企業(yè)。這些企業(yè)幾乎占到國內(nèi)重卡車橋 90%以上的市場(chǎng)。設(shè)計(jì)后橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：1）選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁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）齒輪及其他傳動(dòng)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(dòng)效率。5）具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架

5、或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。7）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。 在本設(shè)計(jì)中還采用了 CAD 繪圖軟件分別進(jìn)行了工程圖的繪制，運(yùn)用 CAD 繪制了、行星齒輪軸以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)半軸的零件圖，通過對(duì) CAD 的編輯工具與命令的運(yùn)用，掌握了從 CAD 基礎(chǔ)圖形的繪制基礎(chǔ)零件的繪制各類零件圖的創(chuàng)建與繪制的方法，并且理解了機(jī)械圖繪制的工作流程，為今后更好的學(xué)習(xí)和掌握各種應(yīng)用軟件和技能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1 1 后橋結(jié)構(gòu)方案分析后橋結(jié)構(gòu)方案分析 驅(qū)動(dòng)橋分?jǐn)嚅_式和非斷開式兩類。驅(qū)動(dòng)車輪采用

6、獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋；驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是沒有連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁，主減速器、差速器及其殼體安裝在車架或車身上，通過萬向傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪。此時(shí)，主減速器、差速器和部分車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪經(jīng)獨(dú)立懸架與車架或車身作彈性連接，因此可以彼此獨(dú)立的相對(duì)于車架或車身上下擺動(dòng)。為防止車輪跳動(dòng)時(shí)因輪距變化而是萬向傳動(dòng)裝置與獨(dú)立懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，在設(shè)計(jì)車輪傳動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)采用滑動(dòng)花鍵軸或允許軸向適量移動(dòng)的萬向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，主減速器、差速器和半軸等所

7、有傳動(dòng)件都裝在其中。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪均屬簧下質(zhì)量。與非斷開式驅(qū)動(dòng)橋比較，斷開式驅(qū)動(dòng)橋能顯著減少汽車簧下質(zhì)量，從而改善汽車行駛平順性，提高了平均行駛速度；減小了汽車行駛時(shí)作用與車輪和車橋上的動(dòng)載荷，提高了零部件的使用壽命；增加了汽車離地間隙；由于驅(qū)動(dòng)車 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁輪與路面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性較好，增強(qiáng)了車輪的抗側(cè)滑能力；若與之配合的獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可增加汽車的不足轉(zhuǎn)向性，提高汽車的操縱穩(wěn)定性。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。斷開式驅(qū)動(dòng)橋在乘用車和部分越野汽車上應(yīng)用廣泛。非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作可靠，廣泛應(yīng)用于各種商用車和部分乘用車上

8、。但由于其簧下質(zhì)量較大，對(duì)汽車的行駛平順性和減低動(dòng)載荷有不利的影響。為了提高汽車的載質(zhì)量和通過性，總質(zhì)量較大的商用車大多采用多橋驅(qū)動(dòng)方式，而各驅(qū)動(dòng)橋又采用貫通式的布置形式。2 2 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 2.12.1 半軸結(jié)構(gòu)形式分析半軸結(jié)構(gòu)形式分析 半軸根據(jù)其車輪端的支撐方式不同，可分為半浮式、3/4 浮式和全浮式三種形式。 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(duì)車輪的反力所弓起的全部力和力矩。半浮式半軸有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，尺寸緊湊，造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，但所受載荷復(fù)雜且較大，因此多用于質(zhì)量較小，使用條件較好

9、，承載負(fù)荷也不大的轎車和微型、輕型貨車或客車上。 3/4 浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支撐著車輪輪毅，而半軸則以其端部凸緣與輪毅用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用在轎車和輕型貨車上。全浮式半軸理論上只承受傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，但實(shí)際上由于加工零件的精度和裝配精度影響以及橋殼、軸承支承剛度不足等原因，仍可能使全浮式半軸承受一定彎矩。具有全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋外端結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要采用形狀復(fù)雜且質(zhì)量及尺寸均較大的輪載，制造成本高，故小型車及轎車不必采用此種結(jié)構(gòu)，而廣泛用于輕型以上各種載貨汽車、越野汽車和客車。2.22.2

10、 驅(qū)動(dòng)半軸結(jié)構(gòu)形式選擇驅(qū)動(dòng)半軸結(jié)構(gòu)形式選擇根據(jù)所設(shè)計(jì)車輛的參數(shù)，分析所選半軸的結(jié)構(gòu)形式。由于躍進(jìn) 130 屬于中型載貨汽車，載貨質(zhì)量和汽車尺寸較大，如果采用半浮式或 3/4 浮式半軸時(shí)， 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁對(duì)半軸的強(qiáng)度或尺寸要求較高，最終不僅沒使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，反而更加復(fù)雜，增加了制造成本。因此，應(yīng)選用全浮式，使得半軸受載單一，增加半軸的使用壽命。2.32.3 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定全浮式半軸計(jì)算載荷的確定2.3.1. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩ce （2-1）niKiTTToTLece/maxmN 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪之間的

11、傳動(dòng)系的最低擋傳TLi動(dòng)比，在此取 9.01 ； 驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比； i發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，此數(shù)據(jù)參考躍進(jìn) 150 車型在此取maxeT240；mN 傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取 0.9；T該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1；n由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于一般的載oK貨汽車，礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速器的各類汽車取=1.0，當(dāng)性能系數(shù)=0 時(shí)，=1，當(dāng)性能系數(shù)0 時(shí)oKpfoKpf可取=2.0 或由經(jīng)驗(yàn)選定；oK （2-2）16Tgm0.195 016Tgm0.195 Tgm0.195-161001emaxaemaxaemaxa當(dāng)當(dāng)pf汽車滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取

12、 15000 ；amgK所以 0.195 =12216 2401015000 =0 即=1.0pfoK由以上各參數(shù)可求Tce=8757.7Tce15 . 49 . 00 . 101. 9240mN 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁2.3.2. 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩csT （2-LBLBrirGTmcs/22mN 3）式中 汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，預(yù)設(shè)后橋所承載2G150000N 的負(fù)荷; 汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，商用車取 1.1-1.2；2m 輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用車，取=0.85；對(duì)于越野汽車取 1.0；對(duì)于

13、安裝有專門的防滑寬輪胎的高級(jí)轎車，計(jì)算時(shí)可取 1.25; 車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為 12.00R20，滾動(dòng)半徑為 rr0.527m； ，分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳LBLBi動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取 0.9，由于沒有輪邊減速器取LBLBi1.0 所以=93173.6LBLBrirGTmcs/220 . 19 . 02 . 1527. 085. 0150000mN 2.3.3 半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩T 全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，全浮式半軸的計(jì)算載荷可按主減速器從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步計(jì)算得到。即 = =min=0.6 8757.7=5254.6 （2-4）TcsceTT ,mN m

14、N 式中：為差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)于圓錐行星齒輪差速器可取 0.6； min為按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比以及按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算最csceTT ,小值確定的主減速器從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，已經(jīng)考慮到傳動(dòng)系中的最小mN 傳動(dòng)比構(gòu)成。2.42.4 全浮式半軸的桿部直徑的初選全浮式半軸的桿部直徑的初選 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進(jìn)行 （2- 333)18. 205. 2(196. 010TTd5）根據(jù)上式=（35.6437.90）mm36 .525418. 205. 2d根據(jù)強(qiáng)度要求在此取 38mm。d 2.52.5 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算全浮式半軸的強(qiáng)

15、度計(jì)算首先是驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： MPa （2-331016dT6）式中：半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm 在此取 5254.6Nm；T半軸桿部的直徑，mm。d根據(jù)上式487.9 MPa =(490588) MPa3310381614. 36 .5254 所以滿足強(qiáng)度要求。半軸的扭轉(zhuǎn)角為 （2-7）310180pGIlT式中： 為扭轉(zhuǎn)角；l 為半軸長(zhǎng)度 l=0.55m；G 為材料剪切彈性模量G=81GPa；為半軸斷面極慣性矩 pI （2-8）58.204707324dIp根據(jù) （2-7） 1003003005005008002883423523783804407507006506005505004503503

16、5032029525520018517014524512070用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸。 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 第 頁 共 頁由文獻(xiàn)可知，半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi 等。40Cr 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(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、中頻感應(yīng)淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá)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(qiáng)度較高，加之在半軸表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(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高得十分顯著。由于這些先進(jìn)工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳(40 號(hào)、45 號(hào))鋼的半軸也日益增多。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)（1）編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè).北京：人民交通出版社，2001.（2）王望予主編. 汽車設(shè)計(jì) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.（3）成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) .北京:化學(xué)工業(yè)出版社