毕业设计（论文）-SQ1084型货车驱动桥设计.doc

机电工程学院毕业设计说明书全套图纸加扣3012250582 设计题目: SQ1084货车驱动桥设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 车辆工程1204 指导教师： 2016年 6 月 1 日1目次1 前言22 主减速器设计32.1 概述32.2 主减速器结构形式的选择32.3 主减速器锥齿轮结构的选择42.4 主减速器锥齿轮支承形式的选择42.5 主减速器锥齿轮材料的选择52.6 主减速器基本参数选择和计算62.7 主减速器锥齿轮强度计算113 差速器设计143.1 概述143.2 差速器结构形式的选择143.3 普通锥齿轮差速器锥齿轮设计163.4 差速器锥齿轮材料的选择193.5 差速器锥齿轮强度计算194 车轮传动装置设计204.1 半轴形式的选择204.2 半轴的结构设计214.3 半轴材料的选择214.4 半轴强度计算215 驱动桥壳设计225.1 驱动桥壳结构形式的选择225.2 驱动桥壳强度计算23设计总结24参考资料25致谢271 前言毕业设计是对大学四年学习的总结，我的毕业设计是SQ1084型货车驱动桥，需要独立完成货车驱动桥的设计以及计算。把设计与计算的结果经过充分的论证以及筛选，选择合适的结构形式并且进行校核、或者根据经验进行选择。这种论证的过程构成了本次说明书。对于驱动桥的设计已经并不陌生了，在我们所学的课程中能全面设计到。此次就是要运用我们学到的知识，来完成SQ1084货车驱动桥的设计。驱动桥设计包含以下方面，它包括结构、功用、工作特点及设计等。其主要功用主要有以下方面。其一、。第二、改动扭矩的旋转。第三、放大转矩。驱动桥还可以接受路面所给的力，然后与悬架和车身配合来提高舒适度。汽车的安全性与耐用性会受到汽车驱动桥的直接影响。除此之外也对汽车的通过和操动稳定性等有影响。要问汽车上最大的总成是什么，那毫无疑问是汽车驱动桥。汽车驱动桥上的很多种,这些元件的到机械设计的各个领域，其中也不乏有工艺。所以,希望通过本次课程设计,能更快的学习汽车设计。机械设计的常识。并且希望通过这次毕业设计，能够提高自己的专业素养。并且综合运用所学基本理论知识和的能力。课题所设计的货车最高车速V90km/h,发动机标定功率96kW。本次货车的驱动桥的设计要满足下列要求：（1）拥有合适的传动比；（2）运行时稳定；（3）传动效率高；（4）具有必要的最小离地间隙；（5）与悬架导向机构协调，不能运动过大或过小；（6）具备足够的强度和刚度，并且其质量应尽可能小；（7）调整、拆装方便；（8）成本低。2 主减速器设计将变速箱的扭矩升高且降低转速是汽车主减速器的主要用处。2.1 概述驱动桥的构造与驱动车轮的形式有一定关系。非断开式车桥与非独立悬架一起用，然而配合使用效果更好。驱动桥桥壳结构有以下特点。1、用于承载两个驱动车轮上的必须是刚性的。2、相对来说也是比较复杂的，、差速器和驱动半轴等装在里面。但是制造工艺和结构与断开式相比要简单，并且成本低，安全可靠性好，保养与维修也容易，方便维修师傅的同时也节约了时间和成本，因此货车和轿车基本都采用这种形式。断开式驱动桥正好相反，结构与成本都要比前者高。但是断开式车桥与独立悬架放在一起来，能够使乘客坐起来更舒服，用专业术语来讲就是通过性，操作性，平顺性都比前者好，所以在轿车和越野车上用的比较广泛。本次设计车型SQ1084型商用货车，要求具有较大的承载能力。本次设计为SQ1084型货车驱动桥，综合考虑，其结构形式采用非断开式驱动桥。2.2 主减速器结构形式的选择为了满足不同的汽车和不同的使用环境以及要求，主减形式如图1所示图1 主减速器结构形式一对圆锥副能够构成一个相对简单的主减速器。该速器的构造形式相对比较简单，制造方便。但是主要的缺点就是传能太大，太大会增加尺寸，所以一般的汽车取于7。想要进一步增加主减速器传动比就要增大从动齿轮直径，所以会使驱动桥壳尺寸增大。双级主减速器有两对齿轮副传动。双级主减速器能获得更大传动比，前提是尺寸一定的情况下；如果尺寸和重量增加了就会增加成本，并且降低了传动效率。因此该主减速器适用于中、重型货车、和大客车上。本次设计的SQ1084为中型货车，其总质量有8吨。故选用单级主减速器。2.3 主减速器锥齿轮结构的选择主减速器的齿轮有以下几种（1）（2）3）4）（5）参照CA1090货车驱动桥设计。本次毕业设计SQ1084为轻商用货车，故选用螺旋锥齿轮传动形式。2.4 主减速器锥齿轮支承形式的选择主减速器要想运行良好就要使工作过程中主动齿轮与从动齿轮很好的啮合在一起。齿轮的正常运行，不仅与此轮的加工工艺、齿轮的拆卸调整和主要零部件的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度有联系。（1）主动锥齿轮的支承锥齿轮的支承可分为以下两种1、悬臂式支承是在一侧有比较长的一段轴，然后在装上一对圆锥。为了改变主动齿轮的支撑的刚度，和增大支承间的。所以应该保证让两个圆的较大的一端朝向外边。为了减小齿顶的向力，另一个反向轴向力由另一轴承承受。悬臂式支承结构简单，但支承刚度较差，如果传递扭矩较小可选择该支撑。2、跨置式支承：该支撑的特点是齿轮两端都安装轴承，降低载荷，增加支撑刚度，改善啮合条件，相比悬臂式支撑，该齿轮的承载能力高于悬臂式。故采用跨置式支撑（2）从动锥齿轮的支承从动轮的轴的方式。支承间的间隔和载荷之间的散布比例有联系。从动的支撑形式一般都是用圆轴承支承，并且两轴承的圆锥滚子大端应向内。本次设计的SQ1084为轻商用货车，通过认真分析论证，该主器主动锥齿轮采置式的结构形式。2.5 主减速器锥齿轮材料的选择主减速器所用的材料应该相对较好。主减速器工作环境恶劣，因此主减速器锥齿轮应该满足耐用、能承受较大的冲击。该齿轮容易出现以下故障，1、轮齿根部弯曲折断。2、齿面疲劳点蚀。3、磨损和擦伤等。由于存在以上问题及故障，对主减速器锥齿轮的处理和材料的选择应该有以下要求：（1）齿轮应该有较高的弯劳强，并且表面劳强度和齿磨性要良好；（2）轮齿芯表面应该耐冲击，以免轮齿根部折断；（3）锥齿轮钢材应该选择具有锻造、热处理等加工以及工艺水平良好。并且热处理工艺前后外形尺寸变化小，或者变化具有规律性，具有可控性，来控制生产质量以及水平和生产效率；汽车速器选用的几种常用的构造形式。如、差速器用的直齿锥齿轮、双曲面齿轮，一般都经过渗碳合金钢制造。其钢号主要有：、。最常用的是。选用渗碳合金钢制作主减速器齿轮的时候，经渗碳、淬火、回火后，轮齿外表硬度较高，能够上升到，然而芯部硬度却很低，当端面模数时，为；当时，为。2.6 主减速器基本参数选择和计算2.6.1 主减速器传动比的确定在给定发动机最高功率及最高功率时的转速时，主减速比应能满足汽车行驶时的最高车速的要求。 =0.377 （21） =0.377=6.20式中：车轮滚动半径；变速器最高档传动比。2.6.2 主减速器锥齿轮计算载荷的确定汽车的主要的减速器的构造形式有以下两种，主要的有、奥利康等两种切齿方式，我们在这里只通过格里森齿制计算的三中确定方法。（1）按= （22） = =15214.60式中，计算转矩，； 发动机最大转矩，由任务书中比转矩计算所得； n计算驱动桥数，n=1； 变速器一档传动比，=4； 分动器传动比，=1； 主减速器传动比； 从发动机到主减速器主动齿轮再到从动齿轮之间的传动效率，=90%；K液力变矩器变矩系数，K=1；由于猛接离合器而产生的动载系数，=1。（2）按驱动轮打滑扭矩确定从动轮计算转矩= （23）=28760.51式中，计算转矩，； 汽车在满载状态下一个驱动桥上的静载荷，； 当汽车在到达最极限的加速度时的后驱动桥； 轮胎与接触面间的附着系数，对普通轮胎的公路用车，取=0.85（水泥或沥青路），越野车一般取=1.0； 轮胎的滚动半径，； 主减速器从动锥齿轮到半轴再到车轮间的传动比； 主减速器从动齿轮到车轮间的传动效率，=1（无轮边减速器）。（3）（当量）转矩= （24）=（） （25） =90009.8（0.016+0.08+0） =8467.18将（25）代入（24）得：=5456.64 （26）式中，汽车日常行驶平均（当量）牵引力，； 计算转矩，； 驱动桥数； 汽车总重量，； 道路滚动阻力系数，取=0.016；日常公路坡度系数，取=0.08；汽车的性能系数，取=1。2.6.3 主减速器锥齿轮主要参数的选择（1）主动和从动锥齿轮齿数和主减速器锥齿轮的主动齿轮与从动轮的齿数不是随便选的，应该满足以下条件:为了在转动时防止只有单个齿工作，与不能出现公约数。为了能够更好地获取理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和不应少于40。为了啮合平顺、工作声音小并且有较高的疲劳强度，乘用车，一般不少于9。商用车，一般不少于6；当主、从动齿轮传动比较大时，尽可能取得少一些，以便得到更完美与地面的间隙。关于不同的主传动比，和应有合适的搭配。取=6，=38 则Z2/Z1=6.33，符合要求。（2）大端dm2和m按照文献中的设计计算方法进行设计和计算，从动锥齿轮分度圆直径dm2=14=303.51mm 取dm2=304mm齿轮端面模数（3）主、从动锥齿轮齿面宽和关于从动锥齿轮齿面宽，其宽度最好不大于其锥距的0.3倍，即： （211）而且应满足： （212）=108=80一般推荐: =0.155 (213) =53.77故取=54。B1通常比b2大10%，即b1=1.1b2=59.15，取60mm。（4）中点螺旋角螺旋角沿齿宽是变换的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端的螺旋角最小 。选取时，应该联系到它对齿面重合度、轮齿强度和轴向力大小的影响。如果越大，则也越大，同时啮合的齿数越多，传动就越稳定，并且轮齿的强度越高。大多数应不小于1.25，在1.52.0时成效更好。如果过大，就会导致轴向力增大。本设计中点螺旋角选取。（5）螺旋方向汽车主上的多数选用，从多数选用。（6）法向压力角法向压力角一般按照平均压力角选取，通常乘用车为或，商用车为或。本次设计为8吨商用车，因此本次设计采用=。2.6.4 主减速器锥齿轮的几何尺寸主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸如下表1所示。表1 主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸参数公式主动齿轮从动齿轮分度圆直径48304齿顶高 6.774.42齿根高 4.336.68大端齿顶圆直径57307齿根圆直径40298分锥角15.574.5顶锥角根锥角锥距121.8133.7全齿高 11.3811.11齿宽46.5542.7 主减速器锥齿轮强度计算2.7.1 单位齿长上的圆周力在当今汽车的工业设计中，汽车的齿轮的外通常用来计算。 （215）式中，单位齿长上的圆周力，；作用在齿轮上的圆周力，；从动齿轮齿面宽，。圆周力有两种计算方法。（1）按发动机最大转矩计算 （216） = =13321.43将（216）代入（215）得： （217）=246.70 符合要求。式中，变速器传动比，常取一档或直接档传动比，上式取直接档传动比=1；主动锥齿轮分度圆直径，。（2）按轮胎最大附着力矩计算 （218） = =75006.51将（218）代入（215）得： （219） = =1306. 1计算表明该对螺旋锥齿轮表面符合耐磨性的要求。2.7.2 轮齿弯曲强度计算 （220）式中，弯曲应力， ；齿轮上的计算转矩，；端面模数，；齿面宽，；齿轮大端分度圆直径，；齿根弯曲强度和齿面接触强度的过载系数，对于汽车，=1；齿根弯曲强度和齿面接触前度的尺寸系数，当时，=；当时，=0.5；齿面载荷分配系数，跨置式=11.1；悬臂式=1.11.25；质量系数，=1；轮齿弯曲应力的综合系数。（1）主动锥齿轮轮齿弯曲强度计算=15214.60时， （221）=2453.97 = （222）= =585.42（2）从动锥齿轮轮齿弯曲强度计算=3387.57时，= （223） =432.53计算表明该对螺旋锥齿轮的轮齿弯曲强度符合要求。2.7.3 轮齿接触强度计算 （224） =2390.182800式中，齿面接触应力，；主动齿轮计算转矩，；尺寸系数，一般取=1；表面品质系数，一般取=1；齿面宽，取齿轮副中的较小值，一般取大齿轮的齿面宽，；主动齿轮分度圆直径，综合弹性系数，钢对钢的齿轮=234；齿面接触强度的综合系数。计算表明该对螺旋锥齿轮轮齿接触强度符合要求。3 差速器设计3.1 概述汽车在路上行使过程中，难免会遇到转弯或者路面不平的情况，在这种情况下汽车的左右车轮一般所滚动的距离的，影响的原因很多，如、左右两轮不同，行使阻力不等等。如果半轴与左、右车轮直接连接在一起，不能相对运动，则汽车在以上情况下行驶都会加剧轮胎的磨损，并且增加功率和燃料消耗，并且会对通过性以及操纵性有一定的影响。因此，在设计驱动桥的时候往往会增加差速器来解决以上问题。3.2 差速器结构形式的选择按照差速器的结构可分为以下如图2所示：图2 差速器的分类对称式锥齿轮差速器的结构相对简单，制造方便并且便于拆装，且质量较小，因此在汽车的生产以及应用方面得到广泛的应用。其构造如图3所示：图3 对称式锥齿轮结构示意图1-滚动轴承；2-差速器左壳；3-半轴齿轮推力垫片；4-半轴齿轮；5-行星齿轮球面垫片；6-行星齿轮；7-从动锥齿轮；8-差速器右壳；9-行星齿轮轴（十字轴）；10-螺栓本次设计为SQ1084型货车，因此此次应该选用对称式普通比较合理。3.3 普通锥齿轮差速器锥齿轮设计3.3.1 差速器锥齿轮主要参数的选择（1）行星齿轮数行星齿轮的个数数需依据汽车设计的实际情况来选择，在满足汽车动力性、安全性、通过性的情况下齿轮上可取2个，如果要求比较高则应取=4。小轿车差速器一般有两个；货车和越野车一般有4个。根据SQ1084型商用货车的承载情况选取=4。（2）行星齿轮球面半径行星齿轮的实际上体现了所能承受的扭矩的大小，由可得到Rb。 （31） = =61.95本次设计取=2.5；差速器计算转矩，=；球面半径，。行星齿轮节锥距 =(0.980.99) （32） =(0.980.99) =60.7161.33取=61。（3）行星齿轮和半轴齿轮齿数、具有更高的强度是每个齿轮都应该具备的条件，要使强度大则应取较大的模数，因此所设计的差速器尺寸会增加，所以会要求齿轮的齿数取少一些，但是大多数不能小于10。半轴齿轮在半轴上，半径相对较大因此齿数可取1425。一般的汽车的半轴齿轮齿数与行星齿轮的齿数的比值都有固定的范围，大多数的在1.52.0的范围内。要使四个行星齿轮能够时时刻刻与两个半轴齿轮啮合，两个半轴齿轮的齿数之和必需能够被行星齿轮数的齿数整除，不然差速齿轮不能拆卸与装备。本次设计取=13，=23。（4）行星齿轮和半轴齿轮节锥角、及模数行星齿轮和半轴齿轮节锥角、分别为= （33）= （34）锥齿轮大端的端面模数为 （35）取。（5）压力角压力角为被大多数汽车所采用，并且齿高系数为0.8的齿形。然而总质量相对比较大的的商用车，通常压力角选着的也比较大，采用，用来提高齿轮的强度。本次设计取=。（6）行星齿轮轴直径及支承长度 （36） = =20.20取行星齿轮轴直径20。式中，为差速器壳所能传递的转矩，为行星齿轮支承面到锥顶的距离，；大约为半轴齿轮齿宽中点处平均直径的一半；行星齿轮数；齿轮支承面能够承受挤压应力，取=98。行星齿轮在轴上的支承长度为 （38） = =263.3.2 差速器齿轮的几何尺寸本次所设计的差速器齿轮的几何尺寸如表下表所示。表2 差速器齿轮几何尺寸序号名称计算公式（1）行星齿轮齿数（2）半轴齿轮齿数=（3）模数（4）齿面宽（5）齿工作高=8(6)齿全高=（7）压力角（8）轴交角=（9）节圆直径=,=（10）节锥角，（11）周节（12）节锥距=（13）齿顶高=5.259=2.741(14)齿根高=（15）径向间隙C=（16）齿根角 （17）面锥角（18）根锥角（19）外圆直径3.4 差速器锥齿轮材料的选择汽车的差速器也好，主减速器也好，他们的材料的选择都基本上差不多，大多数都是采用渗碳合金钢制造，当前我国的制造业迅速发展，并且材料行业也发展迅猛，且由于20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等材料性能优越，是制造主减速器和差速器的理想材料。目前广泛应用的工艺是精锻差速器工艺，因为该工艺所要求的制造精度较低，所以被广泛应用。3.5 差速器锥齿轮强度计算由于差速器在驱动桥内，结构也比较复杂尺寸也受到各种限制，并且在行驶的工程中会遇到各种工况，会承受各种不同得载荷，它和主减速器也有不同之处，主减速器齿轮经常处于啮合状态，但是差速器爱只有汽车转弯或左、右轮行使不一致的时候，差速器齿轮才会发生转动，从而完成差速过程。因此，差速器经常承受到弯曲应力，要进行弯曲应力计算。（1）按照主减速器锥齿轮所能承受的最大转矩计算 （39） = =127.95其中，弯曲应力，；半轴齿轮计算转矩，；差速器计算转矩，；行星齿轮数；综合系数，；半轴齿轮齿宽，；齿根弯曲强度和齿面接触强度的尺寸系数，当时，；当时，=；半轴齿轮大端分度圆直径，。4 车轮传动装置设计车轮的处于汽车的最，是汽车最终动力的体现，他的作用是把半轴传来的传递给，完成动力的传输。4.1 半轴形式的选择半轴外端端的支承型式、受力状况可把非断开时半轴分为以下几种形式1、 半浮式、 2、3/4浮式、 3、全浮式本次设计采用半浮式半轴。4.2 半轴的结构设计为了使半轴的不大于的内径，一般的都是将直径比其他地方大。适当地减小槽的深度也能增加其刚度。花键齿数越多刚性也越大，但不能一直增大，还要考虑轴的直径以及减速器的尺寸。一般的花键齿取1018。半轴的式有多种，多为破坏。增加过度部分的，减小，来相应的降低。重型车半轴的杆部较粗。外端突缘也很大。如果没有大型的锻造装备时，能在杆的两端都用花键，能够简化工艺，降低成本。在大多数汽车的半轴上。渐开线花键用得较广。但也有采用矩形或梯形花键的。4.3 半轴材料的选择半轴用含铬的中碳合金钢制造。如以下几种材料40CrMnMo。40CrMnSi。35CrMnSi等。我过在半轴材料的研究上也投入很大，其中性能较好的是40MnB。半轴热处理过去采用调质处理。随着工业以及科技的发展，以及高频、中频感应淬火方法成熟，开始广泛使用。这种措施使半轴外表淬硬达HRC5263。硬化层深约为其半径的13。心部硬度可定为HRC3035。因为硬化层自己的强度较高。较大的残余应力会出现在半轴上。在这次设计中，经过分析以及参考，该半轴采用型材料。4.4 半轴强度计算在全浮式半轴的强度计算中，一般仅考虑扭转负荷，计算其扭转应力和转角。 （41） （42）式中，半轴直径，；半轴长度，；材料的剪切弹性模量，；半轴端面极惯性矩，；车轮的附着力矩，。 （43）= （44） =式中，汽车总质量在单个驱动桥上的静负荷，；负荷转移系数；车轮滚动半径，；附着系数，计算时取。将（43）和（44）代入（41）和（42）得： （45）=计算得到的结果表明半轴的强度合乎要求。5 驱动桥壳设计5.1 壳结构形式汽车驱动桥壳可分为以下几种：1、可分式桥壳。可分式桥壳由两部分组成。螺栓把断开式车桥连接成一体。并且每个车桥都包括两部分：铸造壳体和轴管，铆钉把轴管和壳体连接在一起。制作工艺相对简单、主减速器轴承支承刚度好是它的优点；缺点是拆装非常不方便。这种桥壳在轻型汽车上比较常见，但是目前这种结构已经被淘汰了。2、整体式桥壳。该驱动桥壳主减速器拆卸安装比较便利且强度跟刚度较大。依照制作工艺的，整体式驱动桥壳可分为以下几种，扩张成形式、冲压焊接式和铸造式。扩张成形工艺制造桥壳的过程，从最上面的钢管逐渐扩张成最下面的桥壳。为了保证桥壳的质量较小，材料的利用率以及制造的成本，可利用冲压焊接式和扩张形式来加工。该形式的制造能够大面积用于轿车和中、小型货车。铸造工艺多用于整体式驱动桥壳上。优点是能够保证其强度和刚度大，但是缺点也相对明显，质量大、加工面多、工艺复杂。中、重型货车大多采用整体式。3、组合式桥壳。组合式桥壳的结构特点是：中间是一个铸造主减速器壳，在主减速器壳的两边各压入一根无缝钢管作为半轴套管，再用塞焊或铆钉连接方法把它们固结在一起。该桥壳的优点有很多，例如较能保证从动锥齿轮轴承支承刚度，在主减速器安装与拆卸的时候很方便主，但是也避免不了缺点，相对前者来说该桥壳加工成本较高。轿车和轻型货车大多使用这种桥壳。在SQ1084驱动桥设计中采用冲压焊接整体式桥壳。5.2 驱动桥壳强度计算桥壳的设计中要找到危险截面。危险截面一般在钢板弹簧座旁边。桥壳端部的轮毂轴承根部也应列为危险断面进行强度校核。其受力如图4所示。图4 桥壳受力示意图 颠簸路面不均衡载荷作用下驱动桥壳强度计算 （51） = =即300MPa500MPa,符合要求。式中，汽车在不平路面上。危险断面。的弯曲应力，；轮胎中心平面的横向距离，；动载系数，乘用车取；货车取；越野车取。 设计总结在这次毕业设计中，我设计的是货车驱动桥。在驱动桥方面主要是选择和计算主减速器的一对螺旋锥齿轮传、差速器行星直齿锥齿轮和半轴齿轮。通过理论计算，对它们进行装配。在装配过程中，选择合适的轴承、调整装置和支承形式。最后就是计算合理的壁厚，设计工艺性好的桥壳。经过一学期的毕业设计，我对汽车构造尤其是驱动桥部分有了更深层次的理解。对于驱动桥部分各总成的装配关系和动力传递路线，有了深刻的了解。当然，由于需要完成相应的外文翻译，所以英语水平也相应有所提高。这次毕业设计的主要设计思路是根据任务书已知的参数和要求，利用各种参考资料和经验公式选定必要的设计参数。计算和计算机绘图同时进行，依据计算数据画图，同时反过来，根据所画图形的结构和装配关系及时调整计算的设计参数，使所设计的各零件尺寸尽可能精确，力求能完美配合，并且符合国家相关汽车标准。整体来说，这次所设计的驱动桥还是相对较简单的，这是从实用性、经济性和工艺性来决定的。在设计过程中的确遇到过相当多的困惑，特别是刚开始时，由于不知道从入手，困惑了好长时间。最后，还是在阅读和参考了相当多的课本和参考资料后，才慢慢进入状态的。当然，郏国中老师和我的同学们是功不可没的。有了你们，我的毕业设计才能顺利进行和完成。由于个人设计次数不多，经验不足，水平有限，在本次设计中若出现疏漏和错误敬请各位老师谅解并指正。 致谢本次毕业设计是我大学四年最后的结晶，是我辛辛苦苦努力这几个月完成的成果。其中困难重重、困惑和迷茫是不可避免的，毕竟在之前我还没有独立的设计汽车上的某一总成。做完这个毕业