载货汽车驱动桥的设计说明书(定稿).doc

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xx大学本科生毕业设计

学士学位毕业论文

载货汽车驱动桥设计

学生姓名：

指导教师：

所在学院：

专业：

中国·大庆

2013年6月

摘要

本说明书阐述的内容是关于低速载货汽车驱动桥总成设计和计算过程。

驱动桥是汽车行驶系的重要组成部分，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右车轮，并使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能。

所以其设计质量直接关系到整车性能的好坏。

所以在设计过程中，设计者本着严谨和认真的态度进行设计。

在方案论证部分，对驱动桥及其总成结构形式的选择作了具体的说明。

本设计选用了单级减速器，采用的是螺旋锥齿轮啮合传动，尽量的简化结构，缩减尺寸，有效的利用空间，充分减少材料浪费，减轻整体质量。

由于是轻型货车，主要是在路面较好的条件下行驶，因此没有使用差速锁。

在设计计算与强度校核部分，对主减速器主从动齿轮、差速器齿轮、半轴和桥壳等重要部件的参数作了选择。

同时也对以上的几个部件进行了必要的校核计算。

最后，根据所选参数绘制工程图。

关键词：

驱动桥主减速器设计参数选择

Abstract

Thismanualdescribesthecontentoftheassemblyprocessofanalysisanddesignoflow-speedtruckdriveaxle.Driveaxleisanimportantpartofthevehicledrivingsystem,itsbasicfunctionistoincreasethedriveshaftortransmissioncamedirectlyfromthetorque,thetorquedistributiontotheleft,rightandleft,rightwheel,todrivethewheelswiththecardrivingkinematicsrequireddifferentialfunction.Sothedesignqualityisdirectlyrelatedtovehicleperformance.Sointhedesignprocess,thedesignerintherigorousandseriousattitudedesign.Inthepartofdemonstrationprogram,thedriveaxleanditsassemblystructureformselectionforspecificinstructions.Thisdesignusesasingle-stagereducer,adoptsthemeshingofspiralbevelgears,itcansimplifythestructure,reducethesize,effectivespaceutilization,toreducematerialwaste,toreducetheoverallquality.Becauseitisalighttruck,isrunningingoodconditionundertheroad,sothereisnousedifferentiallock.Inthedesigncalculationandstrengthcheckparts,parametersofthemainreducerdrivenimportantpartsofgear,gear,axleandaxlehousing,madeachoice.Atthesametimealsotoseveralpartsabovethenecessarytocheckthecalculation.Finally,Idraw.theEngineeringdrawingsaccordingtotheselectedparameter

Keywords：

Driveaxle;Themainreducer;Design;Parameterselection.

目录

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1本课题的研究目的和意义 1

1.2驱动桥的发展现状 1

1.3设计内容 2

1.4设计背景 2

2总体方案论证 3

2.1驱动桥概述 3

2.2方案选择 4

2.3设计的要求 4

3主减速器设计 5

3.1主减速器概述 5

3.2主减速器结构方案分析 5

3.3主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 8

3.4主减速器锥齿轮设计 9

3.5主减速器锥齿轮的材料 13

3.6主减速器锥齿轮的强度计算 13

3.7主减速器圆锥滚子轴承的计算 16

3.8主减速器的润滑 20

4差速器设计 21

4.1差速器概述 21

4.2差速器结构形式选择 21

4.3对称式锥齿轮差速器的差速原理 22

4.4对称锥齿轮式差速器齿轮设计 23

4.5差速器齿轮的材料 26

4.6对称锥齿轮式差速器齿轮强度计算 26

5半轴设计 28

5.1半轴概述 28

5.2半轴的型式选择 28

5.3全浮式半轴计算载荷的确定 29

5.4半轴的结构设计及材料与热处理 31

6驱动桥壳设计 31

6.1驱动桥概述 31

6.2桥壳的结构型式 32

6.3桥壳的受力分析及强度计算 32

结论 34

参考文献 35

致谢 36

附录Ⅰ 37

附录Ⅱ 42

IV

1绪论

1.1本课题研究的目的和意义

随着时代的发展，汽车的作用日益明显，已成了我们生活比不缺少的工具。

汽车发展程度也成为衡量一个国家工业发展程度的重要标志。

汽车不仅作为一种代步工具，同时它在运输业中也有着非常重要的地位，特别是在一些短途运输中。

因此载货汽车的发展也非常迅速，载货汽车总的分为重型和轻型两种。

汽车驱动桥在汽车的各种总成中是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的总成。

例如，驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳组成。

由此可见，汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛，对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺。

并且随着近年来油价的上涨，汽车的运输成本也越来越高，因此在保证汽车的动力性的前提下，提高其燃油经济性也变得非常重要。

为了降低油耗，不仅要在发动机的环节上节油，而且也需要从传动系中减少能量的损失。

这就必须在发动机的动力输出之后，在从发动机—传动轴—驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。

在这一环节中，发动机是动力的输出者，也是整个机器的心脏，而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。

因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。

同时，人们对于汽车的行驶平顺性、操作稳定性和平均行驶速度有了更高的要求，这都和汽车驱动桥的选择有着非常重要的关系。

综上所述，通过对汽车驱动桥的学习和设计，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。

1.2驱动桥的发展现状

我国正在大力发展汽车产业，采用后轮驱动桥的汽车平衡性和操作性都将会有很大的提高。

后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所以在加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操作性能好。

维修费用低也是后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会很大的差别。

如果变速器出了障碍，对于后轮驱动桥的汽车就不需要进行维修，但是对于前轮驱动的汽车来说也许就有这个必要了，因为这两个部件是坐在一起的。

所以后轮驱动必然会使得乘车更加安舒适，从而带来可观的经济效益。

国产驱动桥在国内市场占据了绝大部分份额，但仍有一定数量的车桥依赖进口，国产车桥与国际先进水平仍有一定差距。

国内车桥长的差距主要体现在设计和研发能力上，目前有研发能力的车桥厂家还不多，一些厂家仅仅停留在组装阶段。

实验设备也有差距，比如工程车和牵引车在行驶过程中，齿轮啮合接触区的形状是不同的，国外先进的实验设备能够模拟这种状态，而我国现在还在摸索中。

在具体工艺细节方面，我国和世界水平的差距还比较大，归根结底后桥的功用是承载和驱动。

在这两方面，今年来出现了一些新的变化。

另外，在结构方面，单级驱动桥的使用比例越来越高；技术方面，轻量化、舒适性的要求将逐步提高。

总体而言，现在汽车向节能、环保、舒适等方面发展的趋势，要求车桥向轻量化、大扭矩、低噪声、宽速比、寿命长和低生产成本。

目前，国内生产驱动桥的厂家较多，品种和规格也较齐全，其性能和质量基本上能够满足国产农业机械和工程机械的使用需求，呈现了明显的产业特点：

由进口国外产品向国产化发展，由小作坊向正规化产业化发展，由低端产品向高端产品发展，由引进国外技术向自主研发发展。

在技术方面，通过不断提高自身铸锻造技术及工艺水平来保证研发产品制造质量；通过利用先进科学的设计辅助手段来达到设计优化的目的；通过不断学习吸收国外先进的技术逐步实现技术与国际接轨的目标，从而提高产品的核心竞争力；通过运用先进的技术及方法来提高产品的性能，满足市场需求，推进机电一体化进程。

1.3设计内容

驱动桥的设计，其主要的研究内容有：

（1）研究国内外汽车驱动桥的技术现状、发展趋势以及目前主要存在问题等基本情况，研究各种驱动桥的优缺点、使用情况、结构特点及其基本的原理等内容；

（2）驱动桥结构方案的分析、选择与匹配；

（3）主减速器的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择；

（4）差速器的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择；

（5）驱动桥桥壳以及强度的分析；

（6）驱动桥总成及部分零部件工程图的绘制。

1.4设计背景

本次设计的任务是货车驱动桥的设计,对于一些参数的选择，本设计参照东风劲诺卡车。

技术参数：

发动机最大功率:

发动机最大转矩

装载质量

汽车总质量

最大车速

轮胎规格：

9.00-20

2总体方案论证

2.1驱动桥概述

驱动桥处于动力传动系的末端，是汽车传动系的重要组成部分，一般由主减速器、差速器、半轴和桥壳等组成。

其功用是：

①将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降速增矩；②通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；③通过差速器实现两侧车轮差速的作用，必要时保证内、外车轮以不同的转速转向；④承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩等。

驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为两大类，即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。

当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。

因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。

独立悬架驱动桥结构叫复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。

非断开式驱动桥

普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。

他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。

这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大，这是它的一个缺点。

断开式驱动桥

断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。

断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。

另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。

这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。

主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。

两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。

多桥驱动的布置

为了提高装载量和通过性，有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动，常采用的有4×4、6×6、8×8等驱动型式。

在多桥驱动的情况下，动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种。

相应这两种动力传递方式，多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯通式与贯通式。

前者为了把动力经分动器传给各驱动桥，需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力，这样不仅使传动轴的数量增多，且造成各驱动桥的零件特别是桥壳、半轴等主要零件不能通用。

而对8×8汽车来说，这种非贯通式驱动桥就更不适宜，也难于布置了。

2.2方案选择

对几种驱动桥的布置形式进行比较，考虑几种布置形式的优缺点及实用性，本设计选择普通非断开式驱动桥。

驱动桥采用普通非断开式驱动桥。

因为它结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛应用于各种载货汽车。

它的特点是桥壳是一根支撑在左、右驱动车轮上的刚性空心梁，而齿轮及半轴等所有的传动机件都装在其中。

这虽然使汽车的簧下质量增大，但是鉴于上述的优点，可在驱动桥的主减速器以及驱动桥桥壳上优选以减轻质量，这样可弥补不足。

如主减速器的型式（单级主减速器）、减速器壳的材料（高强度的球墨铸铁代替普通的可锻造铸铁来铸造减速器壳）以及桥壳的形式（采用钢板冲压—焊接的整体式桥壳及钢管扩制的整体式桥壳）。

2.3设计的要求

本设计是在保证动力性好的前提下，提高燃油经济性、汽车平顺性和汽车操纵稳定性的轻型载货汽车。

设计驱动桥时应当满足如下基本要求：

（1）选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。

（2）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。

（3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。

（4）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。

（5）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。

（6）与悬架导向机构运动协调。

结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。

3主减速器设计

3.1主减速器概述

主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。

对发动机纵置的汽车，其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。

由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力。

驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求：

（1）所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。

（2）外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。

（3）在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。

（4）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。

（5）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。

3.2主减速器结构方案分析

3.2.1主减速器齿轮类型

在现代汽车驱动桥上，主减速器采用的最广泛的是“格里森”制或“奥利康”制的螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。

在双级主减速器中，通常还要加一对圆柱齿轮（多采用斜齿圆柱齿轮，少数采用直齿或人字形齿轮圆柱齿轮）或一组行星齿轮。

在论辩减速器中则常采用普通平行轴式布置的斜齿轮圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。

在某些公共汽车、无轨电车和超重型汽车的主减速器上，有时也采用涡轮传动。

螺旋锥齿轮其主、从动齿轮轴线相较于一点。

交角可以是任意的但在绝大多数的汽车驱动桥上，主减速齿轮副都是采用90°交角的布置。

由于齿轮面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此，螺旋锥齿轮能承受最大的负荷。

加之其轮齿不是在齿的全场上同时啮合，而是逐渐地由齿的一段连续儿平稳地转向另一端使得其工作平稳，即使在高速运转时，噪声和振动也是很小的。

双曲面齿轮其主、从动齿轮轴线不想交而呈空间交叉。

其空间交叉角（即将以周线评议，使之与另一轴线相交的交角）也都是采用90°。

主动齿轮轴相对于从动齿轮齿轮轴有向上或向下的偏移，称为上偏置或下偏置。

螺旋锥齿轮由于齿轮副的轴线相交而使得主、从动齿轮的螺旋角相等的情况不同，双面曲面齿轮的偏移距使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮螺旋角。

如果保持两种传动的主动齿轮直径一样，则双曲面从动齿轮的直径比螺旋锥齿轮的要小，这对于主减速比大于4.5的传动有其优越性。

由于双曲面主动齿轮螺旋角的增大，还导致其进入啮合的平均齿数要比螺旋锥齿轮相应的齿数多，因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作得更加平稳，无噪声，强度也高。

（b）

（a）

图3-1螺旋锥齿轮和双曲面齿轮

（a）螺旋锥齿轮（b）双曲面齿轮

3.2.2主减速器减速形式

主减速器的减速型式可分为单级减速、双级减速、双速减速、单极贯通、双极贯通、单极或双极减速配以轮边减速等。

减速型式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂已有的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、燃料经济性等整车性能所要求的主减速比的大小及驱动桥下的离地间隙；驱动桥的数目及布置型式等。

若仅就主减速比的大小对选择减速型式的影响而言，通常减速型式的影响而言，通常，当主减速比（对于贯通式驱动桥）时，应采用单极减速；当时，可采用双级减速；当且要求有较大的离地间隙时，需配以轮边减速。

影响减速形式选择的因素有汽车类型、使用条件、驱动桥处的离地间隙、驱动桥数和布置形式以及传动比，其中的大小影响汽车的动力性和经济性。

单级主减速器

由于单级主减速器具有结构简单、体积及质量小且制造成本等优点，因此广泛用于主减速比的各种中、小型汽车上。

例如，轿车、轻型卡车都是采用单级主减速器，大多数的中型载货汽车也采用这种形式。

一般轿车的主减速比为，而多数装有单级主减速器的载货汽车的主减速比选为单级主减速器都是采用一对螺旋锥齿或双曲面齿轮，也可采用蜗轮传动减速。

 单级主减速器的结构型式，尤其是其齿轮的支承型式和拆装方法，与桥壳的结构型式密切相关。

根据桥壳结构型式的不同，单级主减速器又有以下四种典型结构。

（1）采用组合式桥壳的单级主减速器

在某些小型汽车上，有时采用结构简单、质量小、造价低的组合式桥壳单级主减速器。

其主减速器壳与桥壳铸成一个整体，主动锥齿轮轴承与差速器轴承都直接支承在与桥壳连成一体的主减速器壳上，因此其支承刚度大，有利于齿轮的正确啮合。

（2）采用对分式桥壳的单级主减速器

这种结构仅见于中、小型汽车上。

这种减速器桥壳的中间部分同时也是主减速器壳，它由一个纵向合面将其分为左右两部分，并由在接合面处的一圈螺栓联接成一个整体。

（3）采用整体式桥壳的单级主减速器

其主减速器壳是与桥壳分开的，主减速器的全部零件都装在主减速器上，然后将其作为一个已安装、调整好的独立总成而插入整体式桥壳内。

双级主减速器

双级主减速器由两级齿轮减速器组成，结构复杂、质量加大，制造成本也显著增加，因此仅用于主减速比较大（）且采用单级减速不能满足既定的主减速比和离地间隙要求的重型汽车上。

以往在某些中型载货汽车上虽有采用，但在新设计的现代中型载货汽车上已很少见。

这是由于随着发动机功率的提高、车辆整备质量的减小以及路面状况的改善，中等以下吨位的载货汽车往具有更高车速的方向发展，因而需采用较小主减速比的缘故。

对于载荷及道路状况变化大、使用条件非常复杂的重型载货汽车来说，要想选择一种主减速比来使汽车在满载甚至牵引井爬陡坡或通过坏路面时具有足够的动力性，而在平直而良好的硬路面上单车空载行驶时又有较高的车速和满意的娥料经济性，是非常困难的。

为了解决这一矛盾，提高汽车对各种使用条件的适应性，有的重型汽车采用具有两种减速比并可根据行驶条件来选择档位的双速主减速器。

它与变速器各档相配合，就可得到两倍于变速器的档位。

显然，它比仅仅在变速器中设置超速档，即仅仅改变传动比而不增加档位数，更为有利。

当然，用双速主减速器代替半衰期的超速档，会加大驱动桥的质量，提高制造成本，并要增设较复杂的操纵装置，因此它有时被多档变速器所代替 单级贯通式主减速器。

3.2.3方案选择

通过考虑驱动桥的设计要求及经济性，经方案论证，本设计主减速器采用螺旋锥齿轮单级主减速器。

图3-2螺旋锥齿轮传动

3.3主减速器主、从动锥齿轮的支承方案

主减速器中心必须保证主从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好地工作。

齿轮的正确啮合，除了与齿轮的加工质量装配调整及轴承主减速器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度密切相关。

3.3.1主动锥齿轮的支承

（b）跨置式支承

（a）悬臂式支承

图3-3主动锥齿轮支承形式

主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种（如图3-2）。

查阅资料、文献，经方案论证，采用跨置式支承结构（如图（b）示）。

齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承，故又称两端支承式。

跨置式支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的以下．而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/5～1/7。

齿轮承载能力较悬臂式可提高左右。

装载质量为以上的汽车主减速器主动齿轮都是采用跨置式支承。

本课题所设计的货车装载质量为，所以选用跨置式。

3.3.2从动锥齿轮的支承

从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承（如图3-3示）。

为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸。

为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的。

为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是等于或大于。

图3-4从动锥齿轮支撑形式

3.4主减速器锥齿轮设计

主减速比、驱动桥的离地间隙和计算载荷，是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。

3.4.1主减速比的确定

主减速比对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量大小以及当变速器处于最高档位时汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。

的选择应在汽车总体设计时和传动系的总传动比一起由整车动力计算来确定。

可利用在不同下的功率平衡来研究对汽车动力性的影响。

通过优化设计，对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择值，可使汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。

对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给定发动机最大功率及其转速的情况下，所选择的值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速。

这时值应按下式来确定：

（3.1）

式中:

—车轮的滚动半径，；

—变速器量高档传动比，。

对于其他汽车来说，为了得到足够的功率储备而使最高车速稍有下降，一般选择比上式求得的大，即按下式选择：

（3.2）