SUV乘用車驅動橋設計解析

1、SU怵用車驅動橋設計TheDesignofDriveAxleforSUVPassengerCar摘要驅動橋的基本功用是將傳動軸或變速器傳來的轉矩增大并適當降低轉速后分配給左、右驅動車輪，其次驅動橋要承受路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動力和反作用力矩等。轉向驅動橋在驅動橋的基礎上增添了轉向的功能，使汽車按照駕駛員的要求行駛。轉向驅動橋的組成包括主減速器、差速器、半軸、等速萬向節(jié)和驅動橋殼。驅動橋是汽車傳動系中主要總成之一。驅動橋的設計是否合理直接關系到汽車使用性能的好壞，驅動橋是汽車中的重要部件，它承受著來自路面和懸架之間的一切力和力矩，是汽車中工作條件最惡劣的總成之一，如

2、果設計不當會造成嚴重的后果。本設計主要內容包括轉向驅動橋各部件的設計、計算和校核，并且繪制了轉向驅動橋的裝配圖，主減速器的從動齒輪、半軸齒輪和萬向節(jié)等主要部件的零件圖。關鍵詞：驅動橋，主減速器，差速器，車輪傳動裝置，驅動橋殼AbstractThebasicfunctionoftheDriveAxleisincreasingtorquewhichisfromdriveshaftortransmissionandreducingthespeed,thendriveittotheleftandrightdrivingwheel;secondlyDriveAxlestillwithstandtheve

3、rticalforce,longitudinalforceandtransverseforcebetweentheroadandbridgeorthebodyframe,andbrakingforce,reactiontorque,etc.SteeringDriveAxleaddsthefunctionofshiftunderthebasicoftheDriveAxle,sothatthecarcanrunaccordingtothedriver.SteeringDriveAxleincludethemaindrivecomponent,Differential,HalfAxel,univer

4、sal,DriveAxleHousing,etc.DriveAxleisoneofthemainassembleoftheautomotivepowertrain.WhetherthedesignoftheDriveAxleisreasonableornot,affecttheuseofthecars.DriveAxleistheimportantpartofthecars,itwithstandstheallforceandtorquebetweentheroadandthesuspensionanditsworkingconditionistheworstincars.Ifthedesig

5、nisnotrightitwillcauseseriousconsequences.ThisarticlemainlyincludesthevariouspartsoftheSteeringDriveAxle,'sdesigncomputationandexamination,WhiletheuseofCADsoftwaretomapouttheSteeringDriveAxleassemblydrawing,thedrivengearofthemaingearbox,gearhalfshaft,outeraxle'spartsdiagram,andmaketheirdrawi

6、ngs.CADasacomputer-aideddesignofhigh-endsoftware,withitspowerfulassemblymanagement,functionalsimulation,manufacturing,datamanagement,andiswidelyusedtomakepartsoftheassemblytomeettherequirements.Keywords:DriveAxle,Maingearbox,Differential,HalfAxel,DriveAxleShell摘要IIIAbstractIV1 緒論11.1 前言11.2 國內外發(fā)展狀況2

7、1.3 本設計的主要內容32轉向驅動橋的選型錯誤！未定義書簽。2.1 整車設計基本參數(shù)42.2 轉向驅動橋的選型43主減速器的設計83.1 主減速器功用及設計要求83.2 主減速器斜齒圓柱齒輪設計104差速器的設計174.1 差速器結構形式選擇174.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設計174.3 普通錐齒輪式差速器齒輪強度計算及材料選擇205車輪傳動裝置設計225.1 半軸的結構形式錯誤！未定義書簽。5.2 萬向節(jié)的選擇與計算錯誤！未定義書簽。6驅動橋殼設計26結論27致謝28參考文獻291.1 前言驅動橋位于傳動系的末端，其基本功用是增扭矩、降轉速，改變轉矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或變速器傳來

8、的轉矩，并將轉矩合理地分配給左、右驅動車輪；其次，驅動橋還要承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等。驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和橋殼等組成。驅動橋的結構形式可以分為非斷開式驅動橋和斷開式驅動橋兩大類。當驅動車輪采用非獨立懸架時，就應該選用非斷開式驅動橋，稱為非獨立懸架驅動橋；當驅動車輪采用獨立懸架時，則應該選用斷開式驅動橋，稱為獨立懸架驅動橋。斷開式驅動橋的簧下質量較小，又與獨立懸掛相配合，致使驅動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應性比較好，獨立懸架驅動橋的結構雖然較為復雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性，減小車輪和車

9、橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。因此這種結構主要見于對行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅動的重型越野汽車。1.1.1 本課題要解決的主要問題和設計總體思路a.本課題解決的主要問題：設計出適合本課題的驅動橋。汽車傳動系的總任務是傳遞發(fā)動機的動力，使之適應于汽車行駛的需要。在一般汽車的機械式傳動中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動機特性與汽車行駛要求間的矛盾和結構布置上的問題。首先驅動橋的差速器用來解決左、右驅動車輪間的轉矩分配問題和差速要求。其次，需將經過變速器傳來的動力，通過驅動橋的主減速器，進行進一步增大轉矩、降低轉速的變化。

10、因此，要想使汽車轉向驅動橋的設計合理，首先必須選好傳動系的總傳動比，并恰當?shù)貙⑺峙浣o變速器和驅動橋。b.本課題的設計總體思路：斷開式驅動橋的橋殼，要求有足夠的強度和剛度，同時還要盡量的減輕其重量。所選擇的減速器比應能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動力性和燃料經濟性。對SUV汽車而言，由于它們有時會遇到坎坷不平的壞路面，要求它們的驅動橋有足夠的離地間隙，以滿足汽車在通過性方面的要求。驅動橋的噪聲主要來自齒輪及其他傳動機件。提高它們的加工精度、裝配精度，增強齒輪的支承剛度，是降低驅動橋工作噪聲的有效措施。驅動橋各零部件在保證其強度、剛度、可靠性及壽命的前提下應力求減小簧下質量，以減小不平路面

11、對驅動橋的沖擊載荷，從而改善汽車行駛的平順性。1.1.2 預期的成果設計出SUV車型的轉向驅動橋，包括主減速器、差速器、半軸、萬向節(jié)和橋殼等部件。使設計出的產品使用方便，材料使用最少，經濟性能最高。a.提高汽車的技術水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經濟，更舒適，更機動，更方便，動力性更好，污染更少。b.改善汽車的經濟效果，調整汽車在產品系列中的檔次，以便改善其市場競爭地位并獲得更大的經濟效益。1.2 國內外發(fā)展狀況目前國產驅動橋在國內市場占據了絕大部分份額，但仍有一定數(shù)量的汽車依賴進口，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

12、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。在結構方面，單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?？傮w而言，汽車在向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展，要求車橋趨向于輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低成本生產。在新政策汽車產業(yè)發(fā)展政策中，我國要成為世界主要汽車制造國，汽車產品滿足國內市場大部分需求并批量進入國際市場；汽車生產企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產品品牌；通過市場競爭形成幾家具有國際競爭力的大型汽車企業(yè)集團等等。同

13、時，在這個新的汽車產業(yè)政策描繪的藍圖中，還包含許多涉及產業(yè)素質提高和市場環(huán)境改善的綜合目標，著實令人鼓舞。然而，不可否認的是，國內汽車產業(yè)的現(xiàn)狀距離產業(yè)政策的目標還有相當長的距離。自1994年汽車工業(yè)產業(yè)政策頒布并執(zhí)行以來，國內汽車產業(yè)結構有了顯著變化，企業(yè)規(guī)模效益有了明顯改善，產業(yè)集中度有了一定程度提高。但是，長期以來困擾中國汽車產業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復建設問題，還沒有從根本上得到解決。多數(shù)企業(yè)家預計，在新的汽車產業(yè)政策的鼓勵下，將會有越來越多的汽車生產企業(yè)按照市場規(guī)律組成企業(yè)聯(lián)盟，實現(xiàn)優(yōu)勢互補和資源共享1.3 本設計的主要內容本設計是為某車型設計合適的轉向驅動橋（包括主減速器、差速器、

14、半軸、萬向節(jié)和驅動橋殼），按要求需要完成：1 .主減速器、差速器、驅動半軸、萬向節(jié)和橋殼等部分的設計和選型；2 .主要參數(shù)設計和理論研究；3 .各組成部分的結構設計；4 .做出CAD工程圖。2轉向驅動橋結構方案分析2.1 基本設計參數(shù)汽車的主要設計參數(shù)包括尺寸參數(shù)，質量參數(shù)和汽車性能參數(shù)。汽車的主要尺寸參數(shù)有外部輪廓尺寸，軸距，輪距，前懸，后懸，車頭長度和車廂尺寸等。汽車的質量參數(shù)包括整車整備質量，汽車總質量，載客量，軸荷分配等。汽車性能參數(shù)主要有動力性參數(shù)，燃油經濟性參數(shù)，通過性幾何參數(shù)，操作穩(wěn)定性參數(shù)，制動性參數(shù)等。所選車型以某車型相關數(shù)據為參考。相關參數(shù)如下：驅動形式：前置前驅最高車速（

15、km/h）：180主要幾何尺寸與質量：長/寬/高（mm）:4640X1825X1690軸距（mm）:2680輪距（前/后）（mm）:1565/1565整備質量（kg）:1560發(fā)動機參數(shù)：發(fā)動機型式：4G63S4M4氣門/自然吸氣/油缸內直噴最大功率（kw）：98/5500最大扭矩（Nm：186/40000-100km/h加速（s）:14.45變速器型式：5擋手動懸架（前/后）：麥弗遜式獨立懸架/四連桿獨立懸架制動裝置型式（前/后）：通風盤式/盤式輪胎類型與規(guī)格：225/65R172.2 驅動橋的選型驅動橋的結構形式與驅動車輪的懸架形式密切相關。當車輪采用非獨立懸架時,驅動橋型式應為非斷開式。

16、當采用獨立懸架時，為保證運動協(xié)調，驅動橋型式應為斷開式。,、/T/T(b)(c)圖2-1驅動橋的總體布置型式簡圖(a)普通非斷開式驅動橋(b)帶有擺動半軸的非斷開式驅動橋(c)斷開式驅動橋2.2.1 方案(一)：非斷開式驅動橋5圖2-2非斷開式驅動橋1橋殼2主減速器3差速器4半軸5一輪轂普通非斷開式驅動橋，如圖2-2,由于其結構簡單、造價低廉、工作可靠，最廣泛地用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結構。它的具體結構是橋殼是一根支承在左、右驅動車輪上的剛性空心梁,而齒輪及半軸等所有的傳動機件都裝在其中。這時整個驅動橋、驅動車輪及部分傳動軸均屬簧下質量，使汽車

17、的簧下質量較大，這是它的一個缺點。采用單級主減速器代替雙級主減速器可大大減小驅動橋質量。采用鋼板沖壓-焊接的整體式橋殼及鋼管擴制的整體式橋殼，均可顯著地減輕驅動橋的質量。2.2.2 方案（二）：斷開式驅動橋圖2-3斷開式驅動橋1-主減速器2-傳動軸3-彈性元件4-減震器5-車輪6-擺臂7-擺臂軸斷開式驅動橋（如圖2-3）區(qū)別于非斷開式驅動橋的明顯特點在于前者沒有一個連接左右驅動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸架相匹配，故又稱為獨立懸掛驅動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫梁或車廂底板上

18、，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅動車輪傳動裝置的質量均為簧上質量。兩側的驅動車輪由于采用獨立懸掛則可以彼此獨立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應地就要求驅動車輪的傳動裝置及其外殼或套管，作相應擺動。所以斷開式驅動橋也稱為“帶有擺動半軸的驅動橋”。由于斷開式驅動橋工作可靠，平穩(wěn)性好，查閱資料，參照國內相關汽車的設計，最后根據某車型動力布置形式（前置前驅）采用斷開式驅動橋。具結構如圖2-4所示:速差主減速舞圖2-4驅動橋裝配示意圖3主減速器設計3.1 主減速器功用及設計要求主減速器是汽車傳動系中降低轉速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪或斜齒圓柱齒輪帶動齒數(shù)多的錐

19、齒輪或斜齒圓柱齒輪。對發(fā)動機縱置的汽車,其主減速器還利用錐齒輪傳動以改變動力方向。對發(fā)動機橫置的汽車，具主減速器就采用直齒輪傳動而不必改變動力方向。由于汽車在各種道路上行駛時，具驅動輪上要求必須具有一定的驅動力矩和轉速，在動力向左、右驅動輪分流的差速器之前設置一個主減速器后，便可使主減速器前面的傳動部件如變速器等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質量減小、操縱省力。3.1.1 主減速器結構方案分析主減速器的結構形式主要是根據齒輪類型、減速形式的不同而不同(1)斜齒圓柱齒輪傳動主動齒輪圖3-1斜齒圓柱齒輪傳動n1轉速Ft2一切向力Fr2一徑向力Fae一軸向力按齒輪副結構型式分，主減速器的齒輪傳動

20、主要有螺旋錐齒輪式傳動、雙曲面齒輪式傳動、圓柱齒輪式傳動(又可分為軸線固定式齒輪傳動和軸線旋轉式齒輪傳動即行星齒輪式傳動)和蝸桿蝸輪式傳動等形式。在發(fā)動機橫置的汽車驅動橋上，主減速器往往采用簡單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動機縱置的汽車驅動橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動或準雙曲面齒輪式傳動。為了盡可能抵消主動軸上軸承的軸向力，主減速器中基本不用直齒圓柱齒輪而采用斜齒圓柱齒輪。止匕外，斜齒圓柱齒輪還具有運轉平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點，汽車上獲得廣泛應用。哈弗H6為前置前驅，發(fā)動機橫置，主減速器的齒輪選用斜齒圓柱齒輪形式（如圖3-1示）。斜齒圓柱齒輪傳動的主、從動齒輪軸線相互平行，齒輪是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地

21、轉向另一端。它工作平穩(wěn)、能承受較大的負荷。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。（2）結構形式為了滿足不同的使用要求，主減速器的結構形式也是不同的。按參加減速傳動的齒輪副數(shù)目分，有單級式主減速器和雙級式主減速器、雙速主減速器、雙級減速配以輪邊減速器等。雙級式主減速器應用于大傳動比的中、重型汽車上，若其第二級減速器齒輪有兩副，并分置于兩側車輪附近，實際上成為獨立部件，則稱輪邊減速器。單級式主減速器應用于轎車和一般輕、中型載貨汽車。單級主減速器由一對圓柱齒輪（或者一對圓錐齒輪）組成，具有結構簡單、質量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。經方案論證，本設計的主減速器結構采用

22、單級主減速器。其傳動比i0一般小于等于7,滿足乘用車（一般io=34.5）的要求。3.1.2主減速器主、從動斜齒圓柱齒輪的支承方案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3-2主動斜齒圓柱齒輪支承形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，采用懸臂式支承結構（如圖3-2示）。支承距離應大于2.5倍的懸臂長度，且應比齒輪節(jié)圓直徑的70炮大，另外靠近齒輪的軸徑應不小于懸臂長度尺寸。支承

23、剛度除了與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長度有關以外，還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關。它結構簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉矩較小的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器中本課題設計的主動斜齒圓柱齒輪的支承形式選擇懸臂式支承。（2）從動斜齒圓柱齒輪的支承圖3-3從動圓柱斜齒齒輪跨置式支撐形式c、d齒輪中心到左、右軸承的距離從動斜齒圓柱齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖3-3示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應向內，以減小尺寸c+d。為了使從動斜齒圓柱齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設置加強肋以增強支承穩(wěn)定性，c+d應不小于從動斜齒圓柱齒輪大端分度圓直徑的70%為

24、了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應使c等于或大于do3.2主減速器斜齒圓柱齒輪設計3.2.1主減速比i0的確定主減速比對主減速器的結構型式、輪廓尺寸、質量大小以及當變速器處于最高檔位時汽車的動力性和燃料經濟性都有直接影響。io的選擇應在汽車總體設計時和傳動系的總傳動比i一起由整車動力計算來確定?？衫迷诓煌琲o下的功率平衡來研究io對汽車動力性的影響。通過優(yōu)化設計，對發(fā)動機與傳動系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇io值，可使汽車獲得最佳的動力性和燃料經濟性。對于SUV汽車而言，為了獲得較大的足夠的功率儲備，通常按下式確定主減速比i0的大小:rgi00.3770.472一（3-1）Vamax1ghifh

25、ilb式中：rr車輪的滾動半徑，m；n最大功率時的發(fā)動機轉速，r/min；pVamax最高車速,km/h；igh變速器量高檔傳動比；ifh分動器或加力器高檔傳動比；i1b輪邊減速器傳動比。查閱哈弗H6的相關資料，輪胎類型與規(guī)格：225/65R17其中：225輪胎名義斷面寬度（mm）;65輪胎名義高寬比（扁平率）；R子午線結構代號；17輪物名義直徑（in）；查長度單位換算表得：1in=25.4mm因此，輪物名義尺寸直徑為17in=25.417mm所以車輪的自由半徑為r=22565%+1725.4/2=362.15mm=0.36215m對汽車作靜力學分析時，應該用靜力學半徑；而作動力學分析時，應該

26、選用滾動半徑。但通常不計它們的差別統(tǒng)稱為車輪半徑r。本設計中也認為二者數(shù)值相同，即：rr362.15mm查資料得，最大功率時發(fā)動機的轉速為：np5500r/min；汽車的最高速度為：vamax180km/h；amax變速器最高檔的傳動比為：igh1。g將數(shù)值代入公式（3-1）得：i04.17185.2230,為方便計算取i04.55。3.2.2 主減速器齒輪計算載荷的確定(1)按發(fā)動機最大轉矩和最低檔傳動比確定從動齒輪齒輪的計算轉矩Tce(3-2)(3-3)(3-4)TkdTemaxkilifioTce；n(2)按驅動輪打滑轉矩確定從動齒輪的計算轉矩TcsG2mrrTcs；,imm(3)按汽車

27、日常行駛平均轉矩確定從動齒輪的計算轉矩TcfFt"immnTemax為發(fā)動機最大扭矩，取186Nm；n為驅動橋數(shù)，取1;i1為變速器1檔傳動比，取3.835;為傳動效率，取0.9;k為液力變矩器變距系數(shù)，取1;G2為滿載狀態(tài)下一個驅動橋上的靜載荷；m'2為汽車最大加速度時的負荷轉移系數(shù)，取1.2;為輪胎與路面間的附著系數(shù)，取1;im為主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比，取0.96;m為主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率，取1；Ft為日常汽車行駛的平均牽引力；i為分動器傳動比，取1;汽車總質量ma的計算：mam065nn;(3-5)式中，m。為汽車整備質量，取1560kg;n

28、為載客數(shù)，取5;為行李系數(shù)，取10代入公式(31),ma15606551051935kg0動載系數(shù)kd的計算：經計算0.195mg16,所以fj=0,則kd=1oTemaxG2mag55%19359.855%10429.65N。將以上參數(shù)代入公式(32)、(33)和(34)得：Tce=2921.004Nm,Tcs=4721.372Nm,Tcf=786.895Nm。3.2.3 主減速器斜齒圓柱齒輪的主要參數(shù)選擇（1）主、從動斜齒圓柱齒輪齒數(shù)Z1和Z2的選擇及齒輪的材料選擇對于單級主減速器，首先根據主減速器傳動比i0的大小選擇主、從動齒輪的齒數(shù)。為了使磨合均勻，Z1和Z2之間應避免公約數(shù)；為了得到

29、理想的齒面重疊系數(shù)，其齒數(shù)之和對于載貨汽車來說應不小于40,對于轎車應不小于50。取Z1=9,則Z2=94.55=40.95,取Z2=41。驅動橋斜齒圓柱齒輪的工作條件是相當惡劣的，與傳動系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點。因此，傳動系中的主減速器齒輪是個薄弱環(huán)節(jié)。主減速器斜齒圓柱齒輪的材料應滿足如下的要求：1）具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。2）齒輪芯部應有適當?shù)捻g性以適應沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。3）鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。4）選擇合金材料是，盡量少用含鍥、銘的材料

30、，而選用含鈕、銳、硼、鈦、鋁、硅等元素的合金鋼。汽車主減速器斜齒圓柱齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質量分數(shù)為0.8%1.2%）,具有相當高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強度、表面接觸強度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點是熱處理費用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會引起表面

31、硬化層的剝落。為改善新齒輪的磨合，防止其在使用初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，斜齒圓柱齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.0050.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進行應力噴丸處理，可提高25%勺齒輪壽命。對于滑動速度高的齒輪，可進行滲硫處理以提高耐磨性。選擇齒輪材料：主、從動齒輪均選用20CrMnTi鋼，作滲碳淬火處理，硬度5662HRC彎曲疲勞極限應力fe和接觸疲勞極限應力Hmin分別為430MPa、1500MPa。（2）斜齒輪的設計計算由于齒輪轉速比較高，故選用硬齒面。先按齒輪彎曲疲勞強度設計，再校核齒面接觸強度，設計步驟如下:2241丫cos丫尸2丫&、dZ

32、12-F（3-6）A、齒輪彎曲疲勞強度設計a、小齒輪彎曲強度設計m1）計算載荷系數(shù)：kA=1.5；動載系數(shù)kv=1.1；1.35=3.1185查機械設計手冊選取使用系數(shù)K=kAkvkFakF尸1.51.11.42）小齒輪的計算轉矩：T1=Tcf/i0=786895/4.55=172939.9Nmmi3 ）查機械設計手冊選取齒寬系數(shù)d=104 ）選取螺旋角=15°。5 ）當量齒數(shù)zv=一9-=9.99ocos3cos156 ）差機械設計手冊取齒形系數(shù)YFa=3.37;應力校正系數(shù)YSa=1.447 ）查機械設計手冊取斜齒輪傳動的端面重合度=1.67。8）斜齒輪的縱向重合度：=0.318

33、dz1an=0.92。9 ）查機械設計手冊取螺旋角影響系數(shù)丫尸0.88。將以上參數(shù)代入公式（36）,得：mn>3.949®mn=4.5。則中心距:mnZlZ22cos116.5mm螺旋角：arcosmnz1一z2153272a按公式d計算大、小齒輪的分度圓直徑：cosd141.94mm,d2191.06mm0計算齒輪寬度：b=dd1=1.241.94=50.328mm,圓整后取B2=53mm,B1=60mm。圓柱主、從動斜齒齒輪各參數(shù)見表3-1:表3-1圓柱主、從動斜齒齒輪參數(shù)參數(shù)符號主動斜齒圓柱齒輪從動斜齒圓柱齒輪螺旋角15o3'27"法面模數(shù)mn4.5端面

34、模數(shù)mmn/cos4.66法面壓力角n20°端面壓力角tan_ntarctancos20o39'7''分度圓直徑dzmtzmn/cos41.94191.06基圓直徑dbdcost39.24178.78齒頂局hah210.1mn4.954.95齒根高hf1hf210.25-0.1mn5.1755.175齒頂圓直徑dad2ha51.84200.96齒根圓直徑dfd2hf31.59180.71bdd6053當量齒數(shù)Zvz/cos39.99545.531B、校核齒面接觸疲勞強度由公式J2TKu1bbd2u?ZhZe<(3-8)式中：H斜齒圓柱齒輪輪齒的齒面接觸應

35、力，MPa；d1主動斜齒圓柱齒輪分度圓直徑，取41.94mm；b主、從動斜齒圓柱齒輪齒面寬較小值，取53mm；k載荷系數(shù)，取3.1185;斜齒輪的端面重合度，=1.67;U齒數(shù)比，取4.55;Zh區(qū)域系數(shù),取值為2.42;T主動斜齒圓柱齒輪計算轉矩，T=172939.9Nmm;Ze彈性影響系數(shù)，xMPa,取值為189.8v'MPa;將各公式代入公式（3-8）,得:2.42189.81335.3MPa1500MPa,2172939.93.11854.5515341.9421.674.55故接觸疲勞強度也是足夠的4差速器的設計汽車在行使過程中，左右車輪在同一時間內滾過的路程往往是不相等的，

36、左右兩輪胎內的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負荷不均勻而引起車輪滾動半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行使阻力不相等。這樣，如果驅動橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉彎行使或直線行使，均會引起車輪在路面上的滑移或滑轉，一方面會加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會使轉向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅動橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。差速器是個差速傳動機構，用來在兩輸出軸間分配轉矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉動，用來保證各驅動輪在各種運動條件下的動力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器按其結構特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。4.1 差速器結

37、構形式選擇差速器結構形式選擇對稱式圓錐行星齒輪差速器。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個行星齒輪的差速器采用十字軸結構），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。例如加進摩擦元件以增大其內摩擦，提高其鎖緊系數(shù)；或加裝可操縱的、能強制鎖住差速器的裝置一差速鎖等。4.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設計a）行星齒輪數(shù)

38、n通常情況下，行星齒輪數(shù)n需根據承載情況來選擇，在承載不大的情況下n可取2個，反之取4個。對于SUV型，取n=40b）行星齒輪球面半徑Rb行星齒輪球面半徑見反映了差速器錐齒輪節(jié)錐矩的大小和承載能力。由經驗公式來確定RbKbT（4-1）式中：Kb行星齒輪球面半徑系數(shù)，一般人2.53.0,對于有四個行星齒輪的乘用車取最大值3.0;T0差速器計算轉矩，Nm,取2921.004Nm；將各參數(shù)代入式（4-1）,得：Rb=42.884mm預選行星齒輪節(jié)錐距A為：42.455mmA00.980.99Rb0.980.9942.88442.06742.455mm取442.261mm0C）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)Z

39、1和Z2為了使輪齒有較高的強度，需要取較大的模數(shù)，但尺寸又會增大，于是又要求行星齒輪齒數(shù)應取少些，但Z1一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)Z2在1425選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比Z2/zi在1.52.0的范圍內。且半軸齒輪齒數(shù)和必須能被行星齒輪齒數(shù)整除。初定半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比Z2/Z1=1.5,半軸齒輪齒數(shù)Z2=16,行星齒輪的齒數(shù)Z1=10od）行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角小平及模數(shù)m行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角下、平分別為(4-2)(4-3),Zi1 arctan-Z22 arctan-Zi將各參數(shù)分別代入式（42）與式（43）,得:132,258o錐齒輪大端的端面模數(shù)m為(4

40、-4)2A0sin1mZi將各參數(shù)代入公式（4-1）,得242.261sin32考慮到差速齒輪彎曲應力的校核，取m=4.5oe) 壓力角汽車差速齒輪大都采用壓力角=2230；齒高系數(shù)為h*a=0.8，齒隙系數(shù)c*=0.3的齒形。f) 行星齒輪軸直徑d和行星齒輪軸支承長度L行星齒輪軸直徑d(mm)為：(4-5)d=(T0X103)1/21.1 %nrd式中：T。一差速器殼傳遞的轉矩，2921.004Nm；n一行星齒輪數(shù)，4;rd一行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x，取28.666mm；c一支承面許用擠壓應力，取69MPa；將各參數(shù)代入式(4-5)中，有：d=18.32mm行星齒輪軸支承長度：L=1.

41、1d=20.15mm計算半軸齒輪與行星齒輪參數(shù)，列表如下表4-1汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算表序號項目計算公式及結果1行星齒輪齒數(shù)Zi=102半軸齒輪齒數(shù)Z2=163模數(shù)m=4.54兇回竟F(0.250.30)A010.612.7mm,取F=12mm5齒工作高ha1.6m7.2mmg6的王同h1.788m0.0518.097m7壓力角22308軸交角909節(jié)圓直徑d145,d272序號項目計算公式及結果10節(jié)錐角132,25811節(jié)錐距Aodd242.5mm2sin12sin212周節(jié)t3.1416m14.14mm13齒頂局.0.370h1hgh24.615mm,h20.4302m2.5

42、95mmZ2414齒根高h11.788mh13.431mm,h21.788mh25.451mm15徑向間隙chhg0.897g16齒根角1arctan.4.6,2arctanh27.3AAo17面錐角011236.6,022165.318根錐角ri1127.4，R22250.719外圓直徑d01d12h1cos152.83mm,d02=d02d22h2cos274.75mm20節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離d2.d2.01一h(sin133.55mm,02一h2sin220.299mm2221理論弧齒厚S1tS27.67mm,S2=S2(h1h2)tanm6.47mm,20.05222齒側間隙0.13

43、（高精度）4.3普通錐齒輪式差速器齒輪強度計算及材料選擇差速器齒輪的尺寸受結構限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經常處于嚙合傳動狀態(tài)，只有當汽車轉彎或左、右輪行使不同的路程時，或一側車輪打滑而滑轉時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此，對于差速器齒輪主要應進行彎曲強度計算。輪齒彎曲應力(MPa)為(4-6)2*103TKoKsKmKvFZ2m2J式中：N行星齒輪數(shù)目,4;J綜合系數(shù)，取0.225;Z2半軸齒輪齒數(shù)16;m半軸齒輪模數(shù)，4.5mmT半軸齒輪計算轉矩（Nm）,T=0.6To/n；%超載系數(shù),取1;F齒面寬，F(xiàn)=（0.250.30）A。；Ks尺寸系數(shù)，反映材料性質

44、的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理等有關，當模數(shù)m>1.6mm時，Ks=4m/25.4=0.65。Km載荷分配系數(shù)，當兩個齒輪均用跨置式支承時，取1.001.10;當一個齒輪采用跨置式支承時，取1.101.25,支承剛度大時取小值。止匕處取1.0。Kv質量系數(shù)，取1o極限彎曲應力w=980MPa；將各參數(shù)代入式（4-6）中，有：=651.2MPa<W=980MPa；所以齒輪彎曲強度滿足要求。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20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以

45、精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應用。5車輪傳動裝置設計驅動車輪的傳動裝置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉矩由差速器半軸齒輪傳給驅動車輪。在斷開式驅動橋和轉向驅動橋中，驅動車輪的傳動裝置包括半軸和萬向節(jié)傳動裝置且多采用等速萬向節(jié)。5.1 半軸的結構形式半軸根據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,如圖5-1所示。e-aJr圖5-1半軸結構形式全浮式半軸的結構特點是，半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相連接，而輪轂又借用兩個圓錐滾子軸承支撐在驅動橋殼的半軸套管上。理論上來說，半軸只承受轉矩,作用于驅動輪上的其它反力和彎矩全部由橋殼或車身來承受。本次設計采用全浮式半軸。5.1.1

46、半軸的設計和計算全浮式半軸的計算載荷：(5-1)一1一Mm2G2rr2式中，G為汽車總重在驅動輪上的靜負荷，取10429.65N;m2為負荷轉移系數(shù),取1.2;為附著系數(shù)，取0.8;r為車輪滾動半徑，取0.36215m。1代入數(shù)據，M1.210429.650.80.362151813.007Nm2全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取dk3獷(5-2)式中，d為桿部直徑(mm);M為半軸計算直徑，為1813.007Nm；K為直徑系數(shù)，取2.052.18。代入數(shù)據，得d24.996mm26.582mm；出于對安全系數(shù)以及半軸強度的較核的考慮，取d=32mm。半軸的扭轉切應力為：(5-3)(5-4)1

47、6M代入數(shù)據，得=342.2MPa<500MPa。半軸的扭轉角為：Ml180GIP一式中，為扭轉角；l為半軸長度，近似為700mmG為材料的切變膜量，取為8.4¥04N/mm2;Ip為半軸斷面的極慣性矩，Ipd4/323.14324/3279481.25,p所以=10.8°。5.2萬向節(jié)的選擇與計算對于又要轉向又要驅動的轉向驅動橋，左、右驅動車輪需要隨汽車行駛的軌跡而改變方向，這時多采用球籠式或球叉式等速萬向節(jié)，其最大夾角即車輪的最大轉角可達32420Birfield型球籠式等速萬向節(jié)的工作角可達42,承載能力及耐沖擊能力強（有6個鋼球同時承載），傳動效率高，尺寸緊湊

48、，安裝方便，因此得到廣泛的應用。所以本次設計選用Birfield型球籠式等速萬向節(jié)。圖5-1Birfield型球籠式等速萬向節(jié)球籠式等速萬向節(jié)的失效形式主要是鋼球與接觸道表面的疲勞點蝕，在特殊情況下，因熱處理不當、潤滑劑不良或溫度過高等也會因磨損而損壞。由于星形套滾道接觸點的縱向曲率半徑小于外半軸滾道的縱向曲率半徑，所以前者上的接觸橢圓比后者上的要小，即前者的接觸應力大于后者，因此控制鋼球與星形套滾道表面的接觸應力，并以此來確定萬向節(jié)的承載能力。對于Birfield型球籠式萬向節(jié)，以與星形套連接軸的直徑ds作為萬向節(jié)的基本尺寸,(5-5)53I7s2式中，Ti萬向節(jié)的計算轉矩（Nmm,T1=1

49、460502Nmm；Sf使用因素。對于無振動的理想傳動取1.0，有輕微振動的取1.21.5,有中等振動的取1.72.0,振動十分嚴重的取2.73.6。取Sf=1.7。所以，ds=30.5mm。由于Birfield型球籠式萬向節(jié)已經標準化如表5-1,故由文獻4查表取ds=31.8mm;鋼球個數(shù)z6;鋼球直徑d=23.812mm；星形套最大直徑37.16mm,最小直徑37.22mm；槽距13mm；花鍵齒數(shù)為18;球形殼外徑為115mm0球形殼和星形套采用15NiMo制造，并且經滲碳、淬火、回火處理；選用軸承鋼球，材料為GCr15c表5-1球籠萬向節(jié)的系列數(shù)據軸頸in0.7500.8750.9371.0001.1251.2501.5001.7502.000直mm19.122.223.825.428.631.838.144.550.8徑鋼in9/1621/320.70873/427/3215/169/821/163/2球直mm14.28816.69918.00019.05021.43123