汽車設(shè)計課設(shè)驅(qū)動橋設(shè)計

汽車設(shè)計課程設(shè)計說明書題目：BJ130驅(qū)動橋部分設(shè)計驗算與校核姓名：學(xué)號：專業(yè)名稱：車輛工程指導(dǎo)教師：目錄一、課程設(shè)計任務(wù)書??????????????????????????1二、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計???????????????????????????2三、主減速器部分設(shè)計??????????????????????????21、主減速器齒輪計算載荷的確定?????????????????????22、錐齒輪主要參數(shù)選擇????????????????????????43、主減速器強度計算??????????????????????????5四、差速器部分設(shè)計???????????????????????????61、差速器主參數(shù)選擇??????????????????????????62、差速器齒輪強度計算?????????????????????????7五、半軸部分設(shè)計????????????????????????????81、半軸計算轉(zhuǎn)矩Tφ及桿部直徑??????????????????????82、受最大牽引力時強度計算???????????????????????93、制動時強度計算???????????????????????????94、半軸花鍵計算????????????????????????????9六、驅(qū)動橋殼設(shè)計????????????????????????????101、橋殼的靜彎曲應(yīng)力計算????????????????????????102、在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強度計算????????????????113、汽車以最大牽引力行駛時的橋殼強度計算?????????????????114、汽車緊急制動時的橋殼強度計算????????????????????125、汽車受最大側(cè)向力時的橋殼強度計算 ?????????????????? 12七、參考書目?????????????????????????????? 14八、課程設(shè)計感想???????????????????????????? 15一、課程設(shè)計任務(wù)書1、題目《BJ130驅(qū)動橋部分設(shè)計驗算與校核》2、設(shè)計內(nèi)容及要求1）主減速器部分包括：主減速器齒輪的受載情況；錐齒輪主要參數(shù)選擇；主減速器強度計算；齒輪的彎曲強度、接觸強度計算。2）差速器：齒輪的主要參數(shù)；差速器齒輪強度的校核；行星齒輪齒數(shù)和半軸齒輪齒數(shù)的確定。3）半軸部分強度計算：當(dāng)受最大牽引力時的強度；制動時強度計算。4）驅(qū)動橋強度計算：①橋殼的靜彎曲應(yīng)力②不平路載下的橋殼強度③最大牽引力時的橋殼強度④緊急制動時的橋殼強度⑤最大側(cè)向力時的橋殼強度3、主要技術(shù)參數(shù)軸距L=2800mm軸荷分配：滿載時前后軸載 1340/2735(kg)發(fā)動機最大功率： 80ps n ：3800-4000n/min﹒m n ：2200-2500n/min傳動比：i10輪轂總成和制動器總成的總重： gk=274kg設(shè)計內(nèi)容二、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用非斷開式驅(qū)動橋，單級螺旋圓錐齒輪減速器。橋殼形式：整體式半軸形式：全浮式差速器形式：直齒圓錐齒輪式三、主減速器部分設(shè)計由于所設(shè)計車型為輕型貨車，主減速比不是很大，故采用單級單速主減速器?？紤]到離地間隙問題，選用雙曲面齒輪副傳動，減小從動齒輪尺寸，增大最小離地間隙。又由于安裝空間的限制，采用懸臂式支承。

結(jié)果Tce=6450N﹒mTcs＝8899NmTcf＝375N﹒m計算錐齒輪最大應(yīng)力時，Tz=1164Nm；計算錐齒輪疲勞壽命時，Tz=68N m。z1=7z2=411、主減速器齒輪計算載荷的確定（1）按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 Tce式中：Tem——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 , Tem=175N﹒mKd——動載系數(shù)，由性能系數(shù) fi確定當(dāng)mag×Tem<16時，fi×mag/Tem）；當(dāng)mag×Tem≥16時，fi=0。式中，ma為汽車滿載質(zhì)量，ma＝1340＋2735＝4075kg，mag/Tem＝45.4>16，fi<0，所以選 Kd＝1。K——液力變矩系數(shù)，該減速器無液力變矩器， K=1i1——變速器一檔傳動比， i1if——分動箱傳動比，該減速器無分動箱， if＝1i0——主減速器傳動比， i0η——發(fā)動機到從動錐齒輪之間的傳動效率，取η＝ 90%n——計算驅(qū)動橋數(shù)，n=1由上面數(shù)據(jù)計算得：Tce=6450N﹒m（2）按驅(qū)動輪打滑扭矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tcs式中：G2——滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷，G2＝27350Nm2’——汽車最大加速度時的候車軸負載轉(zhuǎn)移系數(shù)，取m’＝2φ——輪胎與路面間的附著系數(shù)，取φ＝r r——車輪滾動半徑， rr，查BJ130使用手冊得知，輪胎規(guī)格為，取 a＝2，所以rr＝＝i m——主減速器從動齒輪到車輪間傳動比， im＝1ηm——主減速器從動齒輪到車輪間傳動效率，η m＝1由上面數(shù)據(jù)計算得： Tcs＝8899Nm（3）按日常平均行駛轉(zhuǎn)矩確定從動齒輪計算轉(zhuǎn)矩式中：F——汽車日常行駛平均牽引力,Ft=F+F+F+F。日常行駛忽略坡度阻力和加速阻力，tfiwjFi=Fj=0，滾動阻力Ff=W﹒16，W=40750N，因此Ff=652N；空氣阻力Fw=CD﹒A﹒u22，日常平均行駛車速u＝50km/h，因此F=426N。計算得到：F=1078N。aDDawtrr——車輪滾動半徑，rri——主減速器從動齒輪到車輪間傳動比，i＝1mmηm——主減速器從動齒輪到車輪間傳動效率，η m＝1n——計算驅(qū)動橋數(shù)， n=1由上面數(shù)據(jù)計算得： Tcf＝375N﹒m（4）從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩

i0Tc=6457NmD1=49mmD2=280mmms=7mmb2=43mmb1=47mmm1=36°，m2=34°主動齒輪左旋，從動齒輪右旋。α=22°30′單位齒長圓周力p=1163N/mm<[p]，滿足設(shè)計要求。從動齒輪：按最大彎曲應(yīng)力計算w2=396MPa<[σw]；按疲勞彎曲應(yīng)力計算w2=23MPa<[σw]滿足設(shè)計要求。主動齒輪：按最大彎曲應(yīng)力計算w1=309MPa<[σw]；按疲勞彎曲應(yīng)力計算w1=18MPa<[σw]滿足設(shè)計要求。最大接觸應(yīng)力J=2459MPa<[σJ]，滿足設(shè)計要求；疲勞接觸應(yīng)力J=594MPa當(dāng)計算錐齒輪最大應(yīng)力時， Tc＝min[Tce，Tcs]，Tce=6450N﹒m，Tcs＝8899Nm，所以Tc=Tce=6450Nm。當(dāng)計算錐齒輪疲勞壽命時， Tc＝Tcf，Tcf＝375N﹒m，所以Tc＝Tcf＝375N﹒m。（5）主動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩式中：ηG——主從動錐齒輪間傳動效率，對于弧齒錐齒輪副ηG＝95％。當(dāng)計算錐齒輪最大應(yīng)力時，T＝6450Nm，計算得T=1164Nm；cz當(dāng)計算錐齒輪疲勞壽命時，Tc＝375N﹒m，計算得Tz=68Nm。2、錐齒輪主要參數(shù)選擇（1）主從動齒輪齒數(shù)Z1，Z2i01=7，則從動錐齒輪z=7×02重新計算 Tce=6457N﹒m，Tcs=8899Nm，Tcf＝375N﹒m。當(dāng)計算錐齒輪最大應(yīng)力時，T＝min[Tce，T]=6457Nm；ccs當(dāng)計算錐齒輪疲勞壽命時，T＝T=375N﹒m。ccf為保證可靠性，計算時取Tc=6457Nm。（2）從動錐齒輪分度圓直徑 D2和端面模數(shù) ms根據(jù)經(jīng)驗公式，D2KD23Tc式中：K——直徑系數(shù)，K＝13~16，取15D2D2計算得 D2=280mm則ms=D2/Z2mKm3T同時，ms滿足sc式中： Km為模數(shù)系數(shù)， Kmm計算得 ms取兩個計算結(jié)果的較小值并取整為 ms=7mm，重新計算 D2=287mm。主動錐齒輪大端分度圓直徑 D1=D2/i0=49mm。3）齒面寬b10ms。43mm=47mm。（4）雙曲面小齒輪偏移距 E22=42mm5）中點螺旋角β

<[σJ]，滿足設(shè)計要求。n＝4行星齒輪球面半徑Rb=47mm節(jié)錐距A0=45mm行星齒輪齒數(shù)z1=10，半軸齒輪齒數(shù)z2=161=32°2=58°m=5d1=50mmd2=80mmA0=47mm=22°30′行星齒輪軸直徑d=22mmb2=25mmT0=min[Tce，Tcs]時，w=850MPa<[σw]，符合設(shè)計要求；T0=Tcf時，w=49MPa<[σw]，符合設(shè)計要求；半軸計算轉(zhuǎn)矩：Tφ=3874Nmd=33mm=549MPa滿足設(shè)計要求。制動時，=487MPa<[τ]，滿足設(shè)計要求。β=30°m=2mmz=19D=40mm雙曲面錐齒輪由于存在E，所以βm1與βm2不相等取β=35°，ε=2°則β=36°，βm2=34°m16）螺旋方向發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向為逆時針，為避免輪齒卡死而損壞，應(yīng)使軸向力離開錐頂方向，符合左手定則，所以主動齒輪左旋，從動齒輪右旋。7）法向壓力角α貨車法向平均壓力角取 22°30′。3、主減速器強度計算（1）單位齒長圓周力 p主減速器錐齒輪的表面耐磨性常用輪齒上的單位齒長圓周力 p來估算，式中：Temax——發(fā)動機最大輸出轉(zhuǎn)矩， Temax=175Nmi1——變速器傳動比， i1=7D1——主動錐齒輪中心分度圓直徑， D1=49mmb2——從動齒面寬， b2=43mm將數(shù)值代入，計算得： p=1163N/mm查表得單位齒長圓周力許用值 [p]=1429N/mm，P<[p]，滿足設(shè)計要求。（2）齒輪彎曲強度錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為：式中：Tc——齒輪的計算轉(zhuǎn)矩。從動齒輪：按最大彎曲應(yīng)力算時 Tc＝6457NmNm，按疲勞彎曲應(yīng)力算時 Tc=375N m；主動齒輪：按最大彎曲應(yīng)力算時 Tz=1164N m，按疲勞彎曲應(yīng)力算時 Tz=68N m。K0——過載系數(shù)，取K＝10Ks——尺寸系數(shù)，mss=（msKm——齒面載荷分配系數(shù)?？缰檬街谓Y(jié)構(gòu) Kmm=1Kv——質(zhì)量系數(shù) ，Kv＝1ms——從動錐齒輪斷面模數(shù)， ms=7mmb——齒面寬，主動齒輪 b1=47mm，從動齒輪 b2=43mm——分度圓直徑，主動齒輪D1=49mm，從動齒輪D2=280mmJ w——綜合系數(shù)，通過查圖得，主動齒輪 Jww對于從動齒輪：

d=35mmB=4mms=72MPa，s<[τs]，故滿足設(shè)計要求。σc=116MPa，σc<[σc]，故滿足設(shè)計要求。M=2421Nmwj=wj<[σwj]，滿足設(shè)計要求。wj=MPa，σwj<[σwj]，滿足設(shè)計要求。Mv=3623NmMh=2459NmT=551NmM∑=4413Nmσ∑=144MPa，z<[σz]，滿足設(shè)計要求。Mv=1791NmMh=2319NmT=807Nmσ∑=99MPa，σ∑<[σ∑]，所以滿足設(shè)計要求。WA-A=276MPa，WA-A<[σWA-A]，滿足設(shè)計要求。A-A斷面A-A=36MPa，A-A<[τA-A]，滿足設(shè)計要求。σ∑A-A=283MPa，按最大彎曲應(yīng)力計算σ w2=396MPa，[σw]=700MPa，σw2≤[σw]，滿足設(shè)計要求；按疲勞彎曲應(yīng)力計算σ w2=23MPa，[σw]=210MPa，σw2≤[σw] ，滿足設(shè)計要求。對于主動齒輪：按最大彎曲應(yīng)力計算σ w1=309MPa，[σw]=700MPa，σw2≤[σw]，滿足設(shè)計要求；按疲勞彎曲應(yīng)力計算σ w1=18MPa，[σw]=210MPa，σw2≤[σw]，滿足設(shè)計要求。（3）齒輪接觸強度式中：Cp——綜合彈性系數(shù)，鋼的齒輪 CpD 1——主動錐齒輪大端分度圓直徑， D1=49mmTz——主動齒輪計算轉(zhuǎn)矩。按最大彎曲應(yīng)力算時 Tz=1164N m，按疲勞彎曲應(yīng)力算時Tz=68N mK0——過載系數(shù)，取 K0＝1Ks——尺寸系數(shù)， Ks=1Km——齒面載荷分配系數(shù)。跨置式支撐結(jié)構(gòu) Kmm=1Kf——表面品質(zhì)系數(shù)， Kf=1Kv——質(zhì)量系數(shù) ，Kv＝1b——b1和b2中較小的齒面寬， b=b2=43mmJJ——齒面接觸強度的綜合系數(shù)，通過查接觸強度計算用綜合系數(shù)圖得 JJ按min[Tce，T]計算的最大接觸應(yīng)力σJ=2459MPa，[σ]=2800MPa，σcsJJ<[σJ]，滿足設(shè)計要求；按Tcf計算的疲勞接觸應(yīng)力σJ=594MPa，[σJ]=1750MPa，σJ<[σJ]，滿足設(shè)計要求。四、差速器部分設(shè)計1、差速器主參數(shù)選擇（1）BJ130為貨車，取差速器行星齒輪數(shù) n＝4（2）行星齒輪球面半徑 RbKb——行星齒輪球面半徑系數(shù)， KbbTd——差速器計算轉(zhuǎn)矩， Td=min[Tce，Tcs]=6457Nm計算得：Rb=47mm節(jié)錐距A0b0=45mm（3）確定行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)取行星齒輪齒數(shù) z1=10，半軸齒輪齒數(shù) z2取為16。

σ∑A-A<[σ∑A-A]，滿足設(shè)計要求。B-B斷面B-B=36MPa，B-B<[τB-B]，滿足設(shè)計要求。σ∑B-B=283MPa，σ∑B-B<[σ∑B-B]，滿足設(shè)計要求。z2/z14）行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1，γ2及其模數(shù)m錐齒輪大端的端面模數(shù)m=2A0sinγ1/z1=2A0sinγ2/z2則：d1=z1m=50mm，d2=z2m=80mm重新驗算節(jié)錐距A0=d1/（2sinγ1）=d2/（2sinγ2）=47mm5）壓力角α采用α=22°30′行星齒輪軸直徑d及支承長度L式中：T——差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩，T=T=min[Tce，T]=6457Nm00dcs[σc]——支承面許用擠壓應(yīng)力，取98MPa——行星齒輪數(shù)，n=4rd——行星齒輪支承面中心到錐頂?shù)木嚯x， rd2=32mm2、差速器齒輪強度計算差速器齒輪只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)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(yīng)進行彎曲強度計算。齒輪彎曲應(yīng)力σ w為：Tc——半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩。當(dāng) T0=min[Tce，Tcs]時，Tc×T0=3874Nm；當(dāng)T0=Tcf時，Tc×T0=225NmKs——尺寸系數(shù)， Ks=1Km——齒面載荷分配系數(shù)?？缰檬街谓Y(jié)構(gòu) Kmm=1Kv——質(zhì)量系數(shù) ，Kv＝1m——端面模數(shù)， m=5b2——半軸齒輪齒寬， b20=14mmd2——半軸齒輪大端分度圓直徑， d2=80mm——n——行星齒輪數(shù)， n=4計算得：當(dāng)T0=min[Tce，Tcs]時，[σw]=980MPa，σw=1517MPa>[σw]。超出許用值較多，增大齒面齒寬，齒寬的極限尺寸為10×m=50mm，取b2=25mm，σw=850MPa<[σw]，符合設(shè)計要求。當(dāng)T0=Tcf時，[σw]=210MPa，σw=49MPa<[σw]五、半軸部分設(shè)計本驅(qū)動橋采用全浮式半軸，因為全軸式半軸只承受傳動系的轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，可以承載較大載荷，適應(yīng)于貨車。1、半軸計算轉(zhuǎn)矩 Tφ及桿部直徑全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，全浮式半軸的計算載荷可按主減速器從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩進一步計算得到，即式中：ξ——計算得到： Tφ=3874Nm桿部直徑可按照下式進行初選：2、受最大牽引力時強度計算半軸的切應(yīng)力為：半軸選用 40Cr，進行調(diào)制處理，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力宜為 490~588Mpa，所以設(shè)計滿足要求。3、制動時強度計算縱向力應(yīng)按最大附著力計算：式中：m2——φ——則X2=9880N，M扭=X2rr=3438Nm[ τ]=700MPa，τ<[τ]，滿足設(shè)計要求。4、半軸花鍵計算半軸和半軸齒輪一般采用漸開線花鍵連接，對花鍵進行擠壓應(yīng)力和鍵齒切應(yīng)力驗算。選用壓力角為 30°π（1）半軸花鍵的剪切應(yīng)力校核式中：Tφ——半軸計算轉(zhuǎn)矩 ,Tφ=3874NmD——半軸花鍵外徑，取 D=40mmd——相配的花鍵孔內(nèi)徑，取 d=35mmz——花鍵齒數(shù)，取 z=19Lp——有效工作長度，取 Lp=50mmb——花鍵寬， b=4mmφ——載荷分布的不均勻系數(shù) , 取φ代入數(shù)據(jù)計算得：s=72MPa，[τs]=73MPa，τs<[τs]，故滿足設(shè)計要求。2）半軸花鍵的擠壓應(yīng)力校核代入數(shù)據(jù)計算得：c=116MPa，[σc]=200MPa，σc<[σc]，故滿足設(shè)計要求。六、驅(qū)動橋殼設(shè)計1、橋殼的靜彎曲應(yīng)力計算橋殼猶如一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而沿左右輪胎的中心線，地面給輪胎以反力 G2/2（雙胎時則沿雙胎之中心） ，橋殼則承受此力與車輪重力 gw之差值，即（G2/2-gw），計算簡圖如右圖所示。橋殼按靜載荷計算時，在其兩鋼板彈簧座之間的彎矩 M為式中：G——汽車滿載靜止于水平路面時驅(qū)動橋給地面的載荷，G=27350N22gw——車輪（包括輪轂、制動器等）的重力， gw=2740NB——s——計算得：M=2421Nm由彎矩圖得危險截面在鋼板彈簧座附近。靜彎曲應(yīng)力σ wj為式中：M——兩鋼板彈簧座之間的彎矩， M=2421NmWv——危險斷面處（鋼板彈簧座附近）橋殼的垂向彎曲截面系數(shù)。采用圓管斷面，則3Wv=1/32πD3(1-d4/D4)，d取38mm,D取70mm，則Wv=30734mm計算得：σ wjσwj]=500MPa，σwj<[σwj]，滿足設(shè)計要求。2、在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強度計算當(dāng)汽車在不平路面上高速行駛時，橋殼除承受靜載荷外，還承受附加的沖擊載荷。在這兩種載荷總的作用下，橋殼所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為式中：kd——計算得：σ wj=197MPa，[σwj]=500MPa，σwj<[σwj]，滿足設(shè)計要求。3、汽車以最大牽引力行駛時的橋殼強度計算（1）驅(qū)動橋殼在左右鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 Mv地面對后驅(qū)動橋左右車輪的垂向反作用力 Z2L、Z2R相等，則G2——汽車滿載靜止于水平地面時驅(qū)動橋給地面的載荷， G2=27350N。m2——汽車加速行駛時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)。 m22計算得 Z2L=Z2R=16410N驅(qū)動橋殼在左右鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 Mv為代入數(shù)據(jù)得： Mv=3623Nm（2）驅(qū)動橋殼承受的水平方向的彎矩 MhPmax——地面對驅(qū)動車輪的最大切向反作用力， Pmax=Temaxi1i0ηT/rr=18556N代入數(shù)據(jù)得： Mh=2459Nm（3）驅(qū)動橋殼承受的因驅(qū)動橋傳遞驅(qū)動轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力矩 T代入數(shù)據(jù)得 T=551Nm（4）合成彎矩 M∑及合成應(yīng)力σ ∑采用斷面為圓管的橋殼，在鋼板彈簧座附近的危險斷面處的合成彎矩為計算得 M∑=4413Nm該危險斷面處的合成應(yīng)力σ ∑為W——危險斷面處的彎曲截面系數(shù)， W=30734計算得σ∑=144MPa，[σ∑]=300MPa，σz<[σz]，滿足設(shè)計要求。、汽車緊急制動時的橋殼強度計算緊急制動時橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 Mv及水平方向的彎矩 Mh分別為m′——汽車制動時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)。后驅(qū)動橋殼時取 m′=m2′，對載貨汽車后驅(qū)動橋取 m′計算得 Mv=2173Nm Mh=2319Nm橋殼在兩鋼板彈簧座的外側(cè)部分處同時承受制動力所引起的轉(zhuǎn)矩 T，計算得：T=807Nm代入數(shù)據(jù)得到：σ ∑=99MPa，[σ∑]=100MPa，σ∑<[σ∑]，所以滿足設(shè)計要求。5、 汽車受最大側(cè)向力時的橋殼強度計算如上圖所示， A-A、B-B處為危險斷面。半軸套管的在危險斷面A-A處的垂向彎矩MA-Aφ1——輪胎與地面間的側(cè)向附著系數(shù)，計算時取φ1=11hg/B——φ1hg2L=0，Z2R=G2，此時驅(qū)動橋的全部載荷由側(cè)滑方向一側(cè)的驅(qū)動車輪承擔(dān)，這種極端情況對驅(qū)動橋的強度極為不利，應(yīng)避免這種情況產(chǎn)生。a——BJ130a=38mm計算得：