05T汽车驱动桥设计

☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第1页共75页一、概述----结构方案确定1、概述驱动桥是汽车传动系中主要部件之一。它由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳组成，保证当变速器置于最高挡时，在良好的道路上有足够的牵引力以克服行驶阻力和获得汽车的最大车速，这主要取决于驱动桥主减速器的传动比。虽然在汽车总体设计时，从整车性能出发确定壳主减速器的传动比，然而用什么型式的驱动桥，什么结构的减速器和差速器等在驱动桥设计时要具体考虑的；绝大多数发动机在汽车上时纵置的，为使扭矩传给车轮，驱动桥必须改变扭矩方向，同时根据车辆的具体要求解决左右车轮的扭矩分配，如使多轴驱动的汽车亦同时要考虑各轴之间的扭矩分配问题；整体式驱动桥一方面需要承担汽车的载荷，另一方面车轮上的作用力及传递扭矩所产生的反作用力矩皆由驱动桥承担，所以驱动桥的零件必须具有足够的强度和刚度，以保证机件可靠的工作；驱动桥还必须满足通过性及平顺性要求，采用断开式驱动桥，可以使桥壳离地间隙增加，非簧载质量减轻等均是从这方面考虑；前桥驱动或多轴驱动的转向驱动轴要既能驱动又能转向。所以，驱动桥的设计必须满足如下基本要求：1）所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。2）外形尺寸要小，保证有足够的离地间隙。3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。4）在各种转速和载荷下具有较高的传动效率。5）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。6）与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调。7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。2、结构方案分析及选择不同形式的汽车，主要体现载轴数、驱动形式上有区别：汽车壳分为两轴、三轴、四轴甚至更多轴数，影响选取轴数的主要因素是汽车的总质量；☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第2页共75页驱动形式有4X2、4X4、6X2等，而4X2驱动形式的汽车结构简单，制造成本低，多用于轿车和质量小些的公路用车辆上。我们设计的汽车为低载的乘用车，故只需采用4X2后桥驱动方式。驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式（或称为整体式，见图1-1），即驱动桥壳是一根列界左右驱动车轮的刚性空心梁，而主减速器、差速器及车轮传动装置（由左、右半轴组成）都装在它里面。当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式（见图1-2）。这种驱动桥无刚性的驱动外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮则与车架或车身作弹性联系，并可彼此独立地分别相对于车架或车身作上下摆动，车轮传动装置采用万向节传动。为了防止运动干涉，应采用滑动花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向传动机构。图1-1.整体式驱动桥1-主减速器2-套筒3-差速器4、7-半轴5-调整螺母6-调整垫片8-桥壳☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第3页共75页图1-2断开式驱动桥具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺行好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及多数的越野汽车和小轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对于汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构复杂，成本较高，但它大大地增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增强了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野车上应用相当广泛。本课题要求设计0.5吨乘用车的驱动桥，根据结构、成本和工艺等特点，驱动桥我们采用整体式结构，这样，成本低，制造加工简单，便于维修。☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第4页共75页二、主减速器设计（一）主减速器型式及选择驱动桥主减速器位适应使用要求发展有多种结构型式：如单级主减速器、双级主减速器、双速主减速器和单级主减速器加轮边减速器。（1）单级主减速器常由一对圆锥齿轮所组成。这对锥齿轮的传动比是根据整车动力性和燃油经济性的要求来选定的。它结构简单，质量轻，所以在可能条件下尽量采用单级主减速器的型式。然而单级主减速器的传动比一般位3.5—6.7，太大的传动比将会使从动锥齿轮的尺寸过大，影响驱动桥壳下的离地间隙。离地间隙越小，汽车通过性就越差，这也就限制了从动锥齿轮的最大尺寸。（2）双级主减速器是由第一级圆锥齿轮副和第二级圆柱齿轮副或第一级圆柱齿轮副和第二级圆锥齿轮副所组成。采用双级主减速器可达到两种目的：一是可获得较大的传动比6---10，其二是采用双级减速器后，第二级的传动比可以小一些，由此第二级的从动齿轮尺寸在差速器安装尺寸允许情况下可相应减小，由此减少了桥壳的外形尺寸，增加了离地间隙。而双级主减速器的重量及制造成本都比单级主减速器要高的多。（3）双速主减速器内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。汽车在良好路面上行驶时，使用较小的传动比，在困难的路上行驶或需要较大的牵引力（爬坡）时，则使用较大的传动比。它与五挡变速器配合使用，可使汽车有十个档位，使汽车获得良好的使用性能，同时，该减速器的成本也相当高的。（4）单级主减速器加轮边减速器：越野车、重型矿用自卸车和重型货车需要减速比更大的驱动桥，同时也要很大的离地间隙，因此发展了轮边减速器。于是驱动桥分成两次减速具有两个减速比----主减速器传动比和轮边减速器比。相对这时的主减速器传动比要比没有轮边减速器的主减速器传动比要小的多。其结果时驱动桥中央部分的外形尺寸减小很多，相对地增加了离地间隙。同时，在主减速器后和轮边减速器前的零件如差速器、半轴等载荷大大减少，其零件尺寸也相应地减小。它能缩短桥中心到☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第5页共75页连接传动轴凸缘间地距离，能减少传动轴地夹角。当然，这种减速器结构复杂，制造装配精度要求高，成本自然也是普通主减速器的几倍根据以上信息，针对我们普通的乘用车，选择单级锥齿轮主减速器就能满足要求（二）主减速器齿轮的齿型汽车主减速器广泛采用的是螺旋圆锥齿轮，它包括圆弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮、延摆线齿锥齿轮等多种形式。圆弧齿锥齿轮传动，制造简单，广泛应用在汽车主减速器上，以对圆弧齿锥齿轮啮合时，轮齿并不在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端，并有几个齿同时参加啮合，所以它比直齿轮能承受更大地载荷，而且平稳无声。但其对齿合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便使工作条件急剧变坏，伴随磨损、增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确齿合，必须将轴承顶紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。圆弧齿锥齿轮一般采用格里森制。双曲面齿轮传动与圆弧齿锥齿轮传动不同之处，在于主、从动轴线不相交而有一偏移距E。由于存在偏移距，从而主动齿轮螺旋角1与从动轮螺旋角2不等，且21。此时两齿轮切向力2F与1F之比，可根据啮合面上法向力彼此相等的条件求出。1212cos/cos/FF设1r与2r分别为主、从动轮平均分度圆半径，双曲面的传动比osi为11221122coscosrrrFrFios对于圆弧齿锥齿轮传动，其传动比12/rrid，令12cos/cosK，则KirKridos12/系数一般为1.25~1.5。这说明当双曲面齿轮尺寸与圆弧齿锥齿轮尺寸相当时，双曲面传动有更大的传动比，当传动比一定，从动轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比圆弧齿锥齿轮有较大直径，较高的齿轮强度及较大的主动齿☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第6页共75页轮轴和轴承刚度，当传动比和主动齿轮尺寸一定时，双曲线从动锥齿轮直径比相应螺旋齿轮为小，因而离地间隙较大。双曲面齿轮副在工作过程中，除了有沿齿高方向的侧向滑动之外，还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的摩合过程，并使其工作安静平滑。然而纵向滑动可使摩擦损失增加，降低传动效率，因而偏移距E不应过大。双曲面齿轮传动齿面间大的压力和大的摩擦功，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死。因此，双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和避免齿面烧结的特殊双曲面润滑油。考虑到生产条件、材料问题、以及经济性问题，我们选择采用格里森圆弧齿锥齿轮。（三）主减速器齿轮设计和计算齿轮型式选定后可进行载荷计算、参数初步计算、齿轮几何尺寸计算和强度计算等等，并根据计算结果拟定齿轮工作图。1.载荷计算影响汽车驱动桥锥齿轮副合理设计的重要因素之一是要合适地选择齿轮副上所受的扭矩。过去计算扭矩是根据发动机的最大输出扭矩来推算出从动锥齿轮上的扭矩，或者根据轮胎不打滑的最大附着力矩来计算，而这两种情况都比较极端，它不能反映齿轮副在日常工作时所受的实际载荷。一种新的分析驱动桥计算扭矩的方法时从日常工作载荷和整车性能出发来考虑的，这种计算扭矩称为性能扭矩或日常行驶扭矩。除那些具有高性能的运动汽车外，用这一计算扭矩来确定一般驱动桥齿轮副的尺寸驶比较合适。在计算载荷之前必须知道发动机最大转矩Mmaxe和确定主传动比i。可用下式计算确定Mmaxe：maxeM=9549maxeP/pn=95491.330.14/2200=169.27mN☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第7页共75页由总体设计知：最大总传动比为18.5，初定主减速器传动比i：5.125（41/8）。下面分别介绍三种确定计算扭矩的方法：1）按驱动轮打滑扭矩确定从动锥齿轮载荷mNirmGMmrGs,122式中：2G--------每个驱动轴上的重量，N；此处为11760（60%G）；2m--------加速时重量转移系数，此处为0.55；----------轮胎与路面的附着系数，对于一般轮胎的公路用汽车在良好的混凝土或沥青路上可取0.85；rr---------车轮滚动半径，0.375m；mi---------车轮到从动锥齿轮间的传动比，取1；----------车轮到从动锥齿轮间的传动效率，一般为0.95；将数据代入公式可得到2G=3604.22mN2）按发动机最大使用扭矩maxeM确定从动锥齿轮载荷mNniikiCMMfeGe,001max式中：C--------考虑由于接合离合器发生冲击的超载系数，对于液力自动变矩器C取1.0；1i----------变速器一档传动比，此处为2.59；fi----------分动器传动比，取1；n---------驱动轴数，取1；0----------发动机到主减速器的机械传动效率，一般为0.90K-----------液力变矩器变矩比，K=4.5☆南华大学机械工程学院毕业设计(论文)☆第8页共75页将数据代入公式得到：GeM=2753.95mN3）按日常行驶扭矩GM确定从动锥齿轮载荷，mNfffirGMjadmraG),(式中：Ga----------汽车总重量，11760N；rr-----------车轮滚动半径，0.375m；mi------------从动锥齿轮到轮边减速比，取1；d-----------驱动轴传动效率，圆弧锥齿轮取0.95，双曲面齿轮取0.90；af-----------公路坡度系数，它代表汽车在设计时要求能够持续爬坡的能力，而不是公路的坡度系数，取0.08；jf-----------性能系数，代表汽车在坡度上的加速能力，取0.011代入公式可得：GM=445.9mN对于最大计算扭矩，应取发动机最大扭矩喝驱动轮打滑扭矩两者计算得最小值当按日常行驶扭矩计算齿轮强度时，所得应力不应超过齿轮材料的疲劳极限当按最大扭矩计算齿轮强度时，所得应力不应超过齿轮材料尖锋应力允许值2.主从动齿轮主要参数的选择1）从动齿轮齿数的选择选择齿数时应考虑到相啮合齿轮的齿数没有公约数，以便齿轮在使用过程中各齿之间都能互相啮合，起到自动磨合作用。为了得到理想的齿面重合系数，大小齿轮的齿数和应不少于40。根据经验经验及文献1中表7-5、表7-6、表7-7，初☆南华大学机