汽車后橋半軸設(shè)計(jì)重新設(shè)計(jì)后論文

1、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前言汽車后橋（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)

2、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

3、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700N·m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

4、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。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，

5、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 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

6、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

7、件的使用壽命；增加了汽車離地間隙；由于驅(qū)動(dòng)車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。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 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 2.1 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

8、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，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

9、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。2.2 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)，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。2.3全浮

10、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）式中 發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比，在此取9.01 ； 驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比； 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240；傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取0.9；該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取1；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)可取=2.0或由經(jīng)驗(yàn)選定； （2-2）汽車滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取15000 ；所以 0.

11、195 =122>16 =0 即=1.0由以上各參數(shù)可求=8757.72.3.2. 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 （2-3）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150000N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； 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 0.527m； ，分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取0.9，由于沒

12、有輪邊減速器取1.0 所以=93173.6 2.3.3 半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 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=0.68757.7=5254.6 （2-4）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)系中的最小傳動(dòng)比構(gòu)成。2.4 全浮式半軸的桿部直徑的初選全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進(jìn)行 （2-5）根據(jù)上式=（35.6437.90）mm根據(jù)強(qiáng)度要求在此取38mm。 2.5 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算首

13、先是驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： MPa （2-6）式中：半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m在此取5254.6N·m；半軸桿部的直徑，mm。根據(jù)上式487.9 MPa< =(490588) MPa所以滿足強(qiáng)度要求。半軸的扭轉(zhuǎn)角為 （2-7）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 （2-8）根據(jù) （2-7） <8 ; 所以滿足剛度要求。2.6半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。半軸花鍵的剪切應(yīng)力為 MPa （2-9） 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 MPa （2-10）式中： 半軸承受的最大

14、轉(zhuǎn)矩，N·m ，在此取5254.6N·m; 半軸花鍵的外徑，mm，在此取44mm; 相配花鍵孔內(nèi)徑，mm，在此取38.8mm; 花鍵齒數(shù)；在此取20； 花鍵工作長(zhǎng)度，mm，在此取90mm; 花鍵齒寬，mm，在此取2.8mm; 載荷分布的不均勻系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.75。根據(jù)上式可計(jì)算得=67.15MPa =72.32 MPa 根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力不應(yīng)超過71.05 MPa，擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求.2.7半軸基于Pro/E的三維設(shè)計(jì)結(jié)果如下：2.8 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 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

15、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(jì)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(shí)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(jiǎn)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。 表3-1 軸常用材料Cr的機(jī)械性能材料牌號(hào)熱處理毛坯直徑(mm)硬度HB抗拉強(qiáng)度b屈服強(qiáng)度s彎曲疲勞極限-1扭轉(zhuǎn)疲勞極限-1許用彎曲應(yīng)力備  注+10-140Cr調(diào)質(zhì)2510008004852

16、8024512070100>100300>300500>50080028834235237838044075070065060055050045035035032029525520018517014524512070用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸。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)（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