乘用车A2驱动桥设计

1、乘用车 A2 驱动桥设计说明书汽汽车车 构构造造 课课程程设设计计说说明明书书题目：题目：乘乘用用车车 A A2 2 驱驱动动桥桥设设计计学学 院：机械与电子控制学院院：机械与电子控制学院 专专 业：热能及动力工程（汽车方向）业：热能及动力工程（汽车方向）学生姓名：苏蒙学生姓名：苏蒙学学 号：号：1122302011223020指导教师：张昕指导教师：张昕 陈宏伟陈宏伟20012001 年年 7 7 月月 8 8 日日乘用车 A2 驱动桥设计说明书1目目 录录1 1 前言前言2 2 总体方案的布置总体方案的布置3 3 主减速器设计主减速器设计4 4 差速器设计差速器设计5 5 驱动半轴的设计驱

2、动半轴的设计6 6 万向节设计万向节设计7 7 结论结论参考文献参考文献乘用车 A2 驱动桥设计说明书21 1 前言前言本设计课题是对乘用车 A2 驱动桥的设计。故本说明书将以“驱动桥设计”内容对驱动桥及其主要零部件的结构型式及设计计算进行介绍。汽车驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，将转矩合理的分配给左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能。驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及设计要求讲起，详细地分析了驱动桥总成的结构型式及布置方法；全面介绍了驱动桥车轮的传动装置和桥壳的各种结构型式和设计计算方法。汽车驱动桥是汽车的重大总成，承载着

3、汽车的满载簧荷重及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。例如，驱动桥包含主减速器、差速器、半轴、桥壳和各种齿轮。由上述可见，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。因此，通过对汽

4、车驱动桥的学习和设计实践，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。他有以下两大难题，一是将发动机输出扭矩通过变速箱将动力传递到差速器上，达到更好的车轮牵引力与转向力的有效发挥，从而提高汽车的行驶能力。二是差速器向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。本课题的设计思路可分为以下几点：首先选择初始方案，乘用车 A2 采用发动机横置前轮驱动，所以设计的驱动桥结构需要符合乘用车的结构要求；接着选择各部件的结构形式；最后选择各部件的具体参数，设计出各主要尺寸。目前我国正在大力发展汽车产业,采用前轮驱动

5、汽车的平衡性和操作性都将会有很大的提高。对于乘用汽车来说，要改善其动力性与燃油经济性，这便对传动系统乘用车 A2 驱动桥设计说明书3有较高的要求，而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。随着目前国际上石油价格的上涨，汽车的经济性日益成为人们关心的话题，这不仅仅只对载货汽车，对于乘用车，提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝。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

6、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。所以设计新型的驱动桥成为新的课题。所以前轮驱动必然会使得乘车更加安全、舒适，由于前驱传动效率比后驱要高，所以还会带来可观的经济效益。2 2 总体方案总体方案的布置的布置驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳四大部分组成。驱动桥设计应当满足如下基本要求：a)所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和

7、燃料经济性。b)外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。c)齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。d)在各种转速和载荷下具有高的传动效率。e)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。 f)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协调。g)结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。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乘用车 A2 驱动桥设计说明书4桥，后者称为

8、独立悬架驱动桥。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，独立悬架驱动桥结构虽然叫复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性，减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。 由于断开式驱动桥工作可靠，平稳性好，查阅资料，参照国内相关轿车的设计,最后本课题选用断开式驱动桥。其结构如图所示：(发动机纵置)3 3 驱动桥各零部件的设计驱动桥各零部件的设计 3.13.1 主减速器设计主减速器设计主

9、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或斜齿圆柱齿轮带动齿数多的锥齿轮或斜齿圆柱齿轮。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。对发动机横置的汽车，其主减速器就采用直齿轮传动而不必改变动力方向。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。本方案主要采用发动机纵置，所以，主减速器采用弧齿锥齿轮。驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求：a）所选择的主减

10、速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。b）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。c）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。d）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。e）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。3.1.13.1.1 主减速器结构方案分析主减速器结构方案分析主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不同而不同。（1）弧齿锥齿轮传动 乘用车 A2 驱动桥设计说明书5图 3-1 弧齿锥齿轮传动按齿轮副结构型式分，主减速器的齿轮传动主要有弧齿锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动（

11、又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动）和蜗杆蜗轮式传动等形式。在发动机横置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮；在发动机纵置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动。为了尽可能抵消主动轴上轴承的轴向力，主减速器中基本不用直齿圆柱齿轮而采用斜齿圆柱齿轮。此外，斜齿圆柱齿轮还具有运转平稳、噪声小等优点，汽车上获得广泛应用。查阅文献1、2，经方案论证，主减速器的齿轮选用斜齿圆柱齿轮形式（如图 3-1 示） 。斜齿圆柱齿轮传动的主、从动齿轮轴线相互平行，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。它工作平稳、能承受较大

12、的负荷。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。（2） 结构形式为了满足不同的使用要求，主减速器的结构形式也是不同的。按参加减速传动的齿轮副数目分，有单级式主减速器和双级式主减速器、双速乘用车 A2 驱动桥设计说明书6主减速器、双级减速配以轮边减速器等。双级式主减速器应用于大传动比的中、重型汽车上，若其第二级减速器齿轮有两副，并分置于两侧车轮附近，实际上成为独立部件，则称轮边减速器。单级式主减速器应用于轿车和一般轻、中型载货汽车。单级主减速器由一对圆柱齿轮（或者一对圆锥齿轮）组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。查阅文献1、2，经方案论证，本设计主

13、减速器采用单级主减速器。其传动比 i0一般小于等于 7。3.1.23.1.2 主减速器主、从动斜齿圆柱齿轮的支承方案主减速器主、从动斜齿圆柱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。（1）主动锥齿轮的支承:分悬臂式支承分悬臂式支承和跨置式支承跨置式支承两种悬臂式：悬臂式：支承距离 b 应大于 2.5 倍的悬臂长度 a，且应比齿轮节圆直径的 70%还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于尺寸 a。 支承刚度除了与轴承开式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度有关

14、以外，还与轴承与轴及轴承与座孔之间的配合紧度有关。结构简单，支承刚度较差，用于传递转矩较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。跨置式：跨置式：增加支承刚度，减小轴承负荷，改善齿轮啮合条件，增加承载能力，布置紧凑，但是主减速器壳体结构复杂，加工成本提高。在需要传递较大转矩情况下，最好采用跨置式支承。本方案选用悬臂式。乘用车 A2 驱动桥设计说明书7图 3-2 主动锥齿轮支撑形式（2）从动锥齿轮的支承图 3-3 从动锥齿轮支撑形式支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及轴承之间的分布比例有关。 为了增加支承刚度，减小尺寸 cd；为了增强支承稳定性，cd 应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径

15、的 70%； 为了使载荷均匀分配，应尽量使尺寸 c 等于或大于尺寸 d。装于轮齿大端一侧轴颈上的轴承，多采用两个可以预紧以增加支承刚度的圆锥滚子轴承，其中位于驱动桥前部的通常称为主动锥齿轮前轴承，其后部紧靠齿轮背面的那个齿轮称为主动锥齿轮后轴承；当采用骑马式支承时，装于齿轮小端一侧轴颈上的轴承一般称为导向轴承。导向轴承都采用圆柱滚子式，并且内外圈可以分离（有时不带内圈） ，以利于拆装。乘用车 A2 驱动桥设计说明书83.1.33.1.3 主减速器斜齿圆柱齿轮设计主减速器斜齿圆柱齿轮设计 主减速比 i 、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，0应在汽车总体设计时就确定。（1） 主

16、减速比 i 的确定0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。i 的选择应在汽车总体设计时和0传动系的总传动比 i 一起由整车动力计算来确定。可利用在不同 i 下的功率平衡来0研究 i 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0方法来选择 i 值，可使汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。0对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是赛车来说，在给定发动机最大功率及其转速的情况下，所选择的 i 值应能保证这些汽车有尽可能高的amaxPpn0最高车速。这时 i 值应按下式来确定：amaxv0 （3-1）

17、rp0amax ghr ni =0.377vi式中：车轮的滚动半径，给定轮胎型号为 185/60R14，所以可知 =0.2888mrrrrigh变速器最高档传动比。igh =0.680根据所选定的主减速比 i0值，就可基本上确定主减速器的减速型式（单级、双级等以及是否需要轮边减速器） ，并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。把=5600r/n , =170km/h , r =0.2888m , igh=0.68 代入（3-1）pnamaxvr计算出 i =5.110从动斜齿圆柱齿轮计算转矩 TceTce= （3-demax1 f 0k Tki i i n2）式中：Tce计算转矩，Nm；Te

18、max发动机最大转矩；Temax =156.8 Nmn计算驱动桥数，1；乘用车 A2 驱动桥设计说明书9if分动器传动比，if=1；i0主减速器传动比，i0=5.11；变速器传动效率，=0.97；k液力变矩器变矩系数，K=1；Kd由于猛接离合器而产生的动载系数，Kd=1；i1变速器最低挡传动比，i1=3.54；代入式（3-2） ，有： Tce=2751.33 Nm按驱动轮打滑转矩确定从动斜齿圆柱齿轮的计算转矩 （3-mmr22csirmGT3）式中：-计算转矩，Nm；csT-满载情况下 1 个驱动桥上的静载荷，为 1570*9.8N；2G-汽车最大加速度时的后轴负载荷转移系数，乘用车为 1.2

19、-1.4；2m-轮胎与路面间的附着系数，在安装一般轮胎的汽车在良好的混凝土或沥青路上，取 0.85；-主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，取 1；mi-主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，为 0.98；m代入式（3-3） ，有 =4857.58 NmcsT主动斜齿圆柱齿轮的计算转矩为 （3-GocziTT4）式中：；T,TminTcscce乘用车 A2 驱动桥设计说明书10为主动斜齿圆柱齿轮的计算转矩，Nm；zT为主传动比，取 5.11；oi为主、从动斜齿圆柱齿轮间的传动效率。 （计算时，对于弧齿斜齿圆柱齿轮G副，取 95%；对于双曲面齿轮副，当6 时，取 85%，当=6 时，取GoiGoi

20、G90%。 ） ；代入式（3-4） ，有T=598.2 Nm（2）主减速器斜齿圆柱齿轮的主要参数选择a)主、从动斜齿圆柱齿轮齿数 z1和 z2选择主、从动斜齿圆柱齿轮齿数时应考虑如下因素；为了啮合平稳、噪音小和具有高的疲劳强度，大小齿轮的齿数和不少于 40。在轿车主减速器中，小齿轮齿数不小于 9。查阅资料，经方案论证，主减速器的传动比为 5.11，初定主动齿轮齿数 z1=9，从动齿轮齿数 z2=45。b）主、从动斜齿圆柱齿轮齿形参数计算按照文献3中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表 3-1。从动斜齿圆柱齿轮分度圆直径 （3-3c2D2mTKD6）式中：一般取 1316；2DK；T,Tmin

21、Tcscce根据公式（3-6） ，得 mm 取 dm2=189mm7.11893.32751*5 .13D32m齿轮法面模数，查表可取 m=4.5.2445/189/dm22z表 3-1 主、从动锥齿轮参数参 数符 号主动斜齿圆柱齿轮从动斜齿圆柱齿轮乘用车 A2 驱动桥设计说明书11螺旋角16法面模数nm4.5端面模数cosntmm 4.68法面压力角 n20端面压力角costansrctannt20.74节锥角1=arctanZ1/Z22=90-11=11.312=78.69分度圆直径cosntzmzmd37.8189基圆直径tbdcosd 35.35176.75齿顶高ha=h2=（1+0.

22、1）nm4.954.95齿根高hf1= hf2=（1+0.25-0.1）nm5.1755.175齿顶圆直径aah2dd47.7198.9齿根圆直径ffh2dd27,45178.65当量齿数3vcoszz 10.13350.663C）法向压力角 法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数，也可以使齿轮运转平稳，噪音低。对于货车弧齿锥齿轮， 一般选用 20。d) 螺旋方向从斜齿圆柱齿轮齿顶上看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动斜齿圆柱齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与斜齿圆柱齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力

23、离开齿顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。3.43.4 主减速器斜齿圆柱齿轮的材料主减速器斜齿圆柱齿轮的材料乘用车 A2 驱动桥设计说明书12 驱动桥斜齿圆柱齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。因此，传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。主减速器斜齿圆柱齿轮的材料应满足如下的要求：a）具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面高的硬度以保证有高的耐磨性。b）齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。c）锻造性能、切削加工性能以及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。d）选择合金

24、材料是，尽量少用含镍、铬的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。汽车主减速器斜齿圆柱齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo 和 16SiMn2WMoV。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层（一般碳的质量分数为 0.8%1.2%） ，具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性。因此，这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于钢本身有较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用较高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗碳

25、层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。为改善新齿轮的磨合，防止其在余兴初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，斜齿圆柱齿轮在热处理以及精加工后，作厚度为 0.0050.020mm 的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高 25%的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。3.53.5 主减速器斜齿圆柱齿轮的强度计算主减速器斜齿圆柱齿轮的强度计算3.5.13.5.1 单位齿长圆周力单位齿长圆周力主动齿轮按发动机最大转矩计算时P= demaxg f3122k Tki i 10nD b（3-7） 式中： ig变速器传动比，常取一挡传动比，ig=3.54

26、 ；乘用车 A2 驱动桥设计说明书13D1主动斜齿圆柱齿轮分度圆直径 mm，D =37.8mm；1if分动器器传动比，if=1；Temax发动机最大转矩；Temax =156.8 Nm；k液力变矩器变矩系数，K=1；n计算驱动桥数，1；变速器传动效率，=0.97；b2所计算的齿轮齿面宽；b2=45mm；Kd由于猛接离合器而产生的动载系数，Kd=1；将各参数代入式（3-7） ，有：P=633.064 N/mm按照文献1,PP=893 N/mm，斜齿圆柱齿轮的表面耐磨性满足要求。3.5.23.5.2 齿轮弯曲强度齿轮弯曲强度斜齿圆柱齿轮轮齿的齿根弯曲应力为： = （3-8）wbmdYKYTSaFa

27、11Y2式中：斜齿圆柱齿轮轮齿的齿根弯曲应力，MPa；wT1主动齿轮传递的转矩，Nm；K载荷系数，；KKKKVAK使用系数，按照文献2表 10-2 取 1.0；AK动载系数，按照文献2表 10-8 取 1.16；VK齿面载荷分配系数，按照文献2表 10-3 取 1.0；K齿向载荷分布系数，按照文献2表 10-4 取 1.148；KYFa斜齿轮的齿形系数，按照文献2可近似地按当量齿数由表3vcoszZ 10-5 查取，为 2.32；Ysa斜齿轮的应力校正系数，按照文献2可近似地按当量齿数由3vcoszZ 表 10-5 查取，为 1.70；Y -螺旋角影响系数，按照文献2数值查图 10-28 可得

28、 0.885；b所计算的齿轮齿面宽；b=45mmd1所讨论齿轮分度圆直径；主动齿轮为 37.8mm，从动齿轮为 189mm；斜齿轮的纵合重合度，=0.9；nmsinb对于主动斜齿圆柱齿轮， T=598.2 Nm；从动斜齿圆柱齿轮，T=2751.33 Nm；乘用车 A2 驱动桥设计说明书14将各参数代入式（3-8） ，有： 主动斜齿圆柱齿轮，=775.54MPa；w从动斜齿圆柱齿轮，=742.11MPa；w按照文献2, 主从动斜齿圆柱齿轮的=900MPa，轮齿弯曲强度满足ww要求。3.5.33.5.3 轮齿接触强度轮齿接触强度 斜齿圆柱齿轮轮齿的齿面接触应力为： H= （3-9）EH21ZZu1

29、ubd2TK式中：H斜齿圆柱齿轮轮齿的齿面接触应力，MPa；d1主动斜齿圆柱齿轮分度圆直径，mm；d1=37.8mmb主、从动斜齿圆柱齿轮齿面宽较小值；b=45mmK载荷系数，取值同上为 1.33；斜齿轮的纵合重合度，=0.9；nmsinbu齿数比，取 5；ZH区域系数，按照文献2中图 10-30 取值为 2.42；T主动斜齿圆柱齿轮计算转矩，Tz=598.2N.m；ZE弹性影响系数，MPa ，按照文献2表 10-6 取值为 188；21将各参数代入式 （3-9） ，有： H=826.43MPa按照文献2，HH=950MPa，轮齿接触强度满足要求。3.63.6 主减速器斜齿圆柱齿轮轴承的设计计

30、算主减速器斜齿圆柱齿轮轴承的设计计算3.6.13.6.1 斜齿圆柱齿轮齿面上的作用力斜齿圆柱齿轮齿面上的作用力斜齿圆柱齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力 Fn可分解为沿齿轮切线方向的圆周力 Ft、沿齿轮轴线方向的轴向力 Fa 以及垂直于齿轮轴线的径向力 Fr。由主动斜齿圆柱齿轮齿面受力简图（图 3-5 所示） ，得出齿轮上所受各力。 乘用车 A2 驱动桥设计说明书15图 3-5 主动斜齿圆柱齿轮齿面受力简图a）齿面中点处的圆周力 Ft Ft= (3-10)11dT2式中：T1作用在从动齿轮上的转矩，T1=2751.33 Nm；d1从动斜齿圆柱齿轮的分度圆直径，d1=18

31、9mm；将各参数代入式(3-10)，有： Ft=29114.6 N对于弧齿斜齿圆柱齿轮副，作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的。b）斜齿圆柱齿轮的轴向力 Fa和径向力 Fr作用在主动斜齿圆柱齿轮齿面上的轴向力 Fa和径向力 Fr分别为Fr= (3-11)costanFntFa= (3-12)tanFt将各参数分别代入式(3-11) 与式(3-12)中，有：Fr= 11023.9N，Fa=8348.5Nc）作用于齿面上的法向载荷 Fn （3-coscosFFntn13）将各参数代入式（3-13）中，有： Fn=32231.7N3.6.23.6.2 斜齿圆柱齿轮轴承的载荷斜齿圆柱齿轮轴承的载荷乘用

32、车 A2 驱动桥设计说明书16当斜齿圆柱齿轮齿面上所受的圆周力、轴向力和径向力计算确定后，根据主减速器齿轮轴承的布置尺寸，即可求出轴承所受的载荷。图 3-4 为单级主减速器的跨置式支承的尺寸布置图:图 3-4 单级主减速器轴承布置尺寸图 34 中各参数尺寸：a=46mm，b=22mm，c=90.5mm，d=60.5mm。a)主动齿轮轴向力=11023.9*sin11.31+8348.5* sin11.31=3799.26NsinsinaraZFFF主动齿轮径向力=11023.9*cos11.31-8348.5* sin11.31=9172.54NsincosraRZFFF轴承 A：径向力RA=

33、 （3-22azm1rzF DF (a+b)F(a)+-aa2a14） 轴向力Fa=Faz （3-15）乘用车 A2 驱动桥设计说明书17将各参数代入式（3-14）与（3-15） ，有： RA =31490N，Fa=3799.26N轴承 B：径向力RB= （3-22azm1rzF DF (a+b)F(a+b)+-aa2a16） 轴向力Fa= 0 （3-17）将各参数代入式（3-16）与（3-17） ，有： RB =44680N，Fa=0Nb)从动齿轮轴向力=18996.2NsinsinaraZFFF从动齿轮径向力=-6024.4NsincosraRZFFF轴承 C：径向力Fr= （3-22az

34、m2rzF DF dFd+c+dc+d2(c+d)18） 轴向力Fa= Faz （3-19）将各参数代入式（3-18）与（3-19） ，有： Fr=15028N，Fa=18996N轴承 D：径向力乘用车 A2 驱动桥设计说明书18Fr= （3-22azm1rzF DF cFc+-c+dc+d 2(c+d)20） 轴向力Fa= 0 （3-21）将各参数代入式（3-20）与（3-21） ，有： Fr=15607N，Fa=0N3.6.33.6.3 斜齿圆柱齿轮轴承型号的确定斜齿圆柱齿轮轴承型号的确定轴承 A计算当量动载荷 P=0.12314903799.26rFFa查阅文献2，斜齿圆柱齿轮圆锥滚子轴

35、承 e 值为 0.36，故 Cr的圆锥滚子轴承 7616E。乘用车 A2 驱动桥设计说明书19验算 7616E 圆锥滚子轴承的寿命Lh = （3-26）trrf C16667nP将各参数代入式（3-24）中，有： Lh =12859h5000h7616E 圆锥滚子轴承的寿命高于预期寿命，故可用。轴承 B只取决于径向力，所以 Cr=497068N,同如上方法选用 Cr=543KN 的 7621E 圆锥滚子轴承。轴承 C=1.261502818996rFFa查阅文献2，斜齿圆柱齿轮圆锥滚子轴承 e 值为 0.32，故 e，由此得arFFX=0.4,Y=1.7。另外查得载荷系数 fp=1.2。P=f

36、p（XFr+YFa） （3-24）将各参数代入式（3-24）中，有： P=45965N则可得 Cr=426600N选用 Cr=427KN 的 7619E 圆锥滚子轴承。轴承 DCr=173717N，选用 Cr=228KN 的 7612E 圆锥滚子轴承。4 4 差速器设计差速器设计汽车在行使过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行使阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行使或直线行使，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率

37、和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通乘用车 A2 驱动桥设计说明书20过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。4.14.1 差速器结构形式选择差速器结构形式选择 汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。它可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器。普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿

38、轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。查阅文献5经方案论证，差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2 个半轴齿轮，4 个行星齿轮(少数汽车采用 3 个行星齿轮，小型、微型汽车多采用 2 个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装 4 个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽

39、车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置差速锁等。4.24.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计普通锥齿轮式差速器齿轮设计a) 行星齿轮数 n该车为小型轿车，行星轮数应该为 2.b) 行星齿轮球面半径 RS行星齿轮球面半径 RS反映了差速器锥齿轮节锥矩的大小和承载能力。RS=Kb 3dT（4-1）式中：KS行星齿轮球面半径系数，KS=2.53.0，对于有两个行星齿轮的轿车取最大值；Td差速器计算转矩，Nm；取式 3-2 和 3-3 中较小值 2751.83Nm将各参数代入式（4-1） ，有：RS=42

40、 mmc）行星齿轮和半轴齿轮齿数 z1和 z2为了使轮齿有较高的强度，z1一般不少于 10。半轴齿轮齿数 z2在 1425 选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿乘用车 A2 驱动桥设计说明书21数比在 1.52.0 的范围内，且半轴齿轮齿数和必须能被行星齿轮齿数整除。21zz查阅资料，经方案论证，初定半轴齿轮与行星齿轮的齿数比=2，半轴齿轮齿21zz数 z2=24，行星齿轮的齿数 z1=12。d） 行星齿轮和半轴齿轮节锥角 1、2直齿锥齿轮节锥距半径 A0 及模数 m行星齿轮和半轴齿轮节锥角 1、2分别为 1= （4-2）12zarctanz2= （4-3）21zarctanz将各参数分别

41、代入式（42）与式（43） ，有：1=27，2=63直齿锥齿轮节锥距半径 A0 为 A0=(0.98-0.99) RS锥齿轮大端模数 m 为 m= （4-4）0112A sinz将各参数代入式（4-4） ，有：m=3.114查阅文献3，取模数 m=3e）半轴齿轮与行星齿轮齿形参数按照文献3中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表 4-1。f）压力角 汽车差速齿轮大都采用压力角 =2230，齿高系数为 0.8 的齿形。表 4-1 半轴齿轮与行星齿轮参数参 数符 号半轴齿轮行星齿轮分度圆直径d7236齿顶高ha*1.573.23齿根高hf3.792.13乘用车 A2 驱动桥设计说明书22齿根角f5

42、2254节锥角6327根锥角f5758246外圆直径d073.441.8节锥顶点至齿轮外缘距离X016.634.5齿面宽F12.6g)行星齿轮轴用直径 d行星齿轮轴用直径 d（mm）为 d= （4-5） dCnr.1110T30式中：T0差速器传递的转矩，Nm；2751.83Nmn行星齿轮数；2rd行星齿轮支承面中点到锥顶的距离，mm；28.8mmc支承面许用挤压应力，取 69 MPa；将各参数代入式（4-5）中，有：d=25mm。4.34.3 差速器齿轮的材料差速器齿轮的材料差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为 20CrMnTi、20Cr

43、MoTi、22CrMnMo 和 20CrMo 等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。4.44.4 普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合传动状态，只有当汽车转弯或左、右轮行使不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此，对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度计算。轮齿弯曲应力 w（MPa）为w= （4-6）3smv222Tk k10k mb d Jn式中：n行星齿轮数；2J综合系数，取 0.01；b2半轴齿轮齿宽，mm；12.6

44、mm乘用车 A2 驱动桥设计说明书23d2半轴齿轮大端分度圆直径，mm；72mmT半轴齿轮计算转矩（Nm） ，T=0.6 T0；1651Nmks、km、kv按照主减速器齿轮强度计算的有关转矩选取；分别为：0.586,1.1,1将各参数代入式（4-6）中，有：w=39.1MPa按照文献1, 差速器齿轮的 ww=210.9 MPa，所以齿轮弯曲强度满足要求。5 5 驱动半轴的设计驱动半轴的设计驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮

45、的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。5.15.1 半轴的型式半轴的型式普通非断开式驱动桥的半轴，根据其外端的支承型式或受力状况的不同而分为半浮式、3/4 浮式和全浮式三种。半浮式半轴以靠近外端的轴颈直接支承在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有锥面的轴颈及键与车轮轮毂相固定，或以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接)。因此，半浮式半轴除传递转矩外，还要承受车轮传来的弯矩。由此可见，半浮式半轴承受的载荷复杂，但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。用于质量较小、使用条件较好、承载负荷也

46、不大的轿车和轻型载货汽车。3/4 浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部与轮毂相固定。由于一个轴承的支承刚度较差，因此这种半轴除承受全部转矩外，弯矩得由半轴及半轴套管共同承受，即 3/4 浮式半轴还得承受部分弯矩，后者的比例大小依轴承的结构型式及其支承刚度、半轴的刚度等因素决定。侧向力引起的弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命。可用于轿车和轻型载货汽车，但未得到推广。全浮式半轴的外端与轮毂相联，而轮毂又由一对轴承支承于桥壳的半轴套管上。多采用一对圆锥滚子轴承支承轮毂，且两轴承的圆锥滚子小端应相向安装并有一定的预紧，调

47、好后由锁紧螺母予以锁紧，很少采用球轴承的结构方案。由于车轮所承受的垂向力、纵向力和侧向力以及由它们引起的弯矩都经过轮毂、轮毂轴承传给桥壳，故全浮式半轴在理论上只承受转矩而不承受弯矩。但在实际工作中由于加工和装配精度的影响及桥壳与轴承支承刚度的不足等原因，仍可能使全浮式半轴在实际使用条件下承受一定的弯矩，弯曲应力约为 570MPa。具有全浮式半轴的驱动桥的外端结构较复杂，需采用形状复杂且质量及尺寸都较大的轮毂，制造成本较高，故轿车及其他小型汽车不采用这种结构。但由于其工作可靠，故广泛用于轻型以上的各类汽车上。乘用车 A2 驱动桥设计说明书245.25.2 半轴的设计与计算半轴的设计与计算半轴的主

48、要尺寸是它的直径，设计与计算时首先应合理地确定其计算载荷。半轴的计算应考虑到以下三种可能的载荷工况：a）纵向力 X2最大时(X2Z2)附着系数尹取 0.8，没有侧向力作用；b）侧向力 Y2最大时，其最大值发生于侧滑时，为 Z2中， ，侧滑时轮胎与地面1侧向附着系数，在计算中取 1.0，没有纵向力作用；1c）垂向力 Z2最大时，这发生在汽车以可能的高速通过不平路面时，其值为(Z2-gw)kd，kd是动载荷系数，这时没有纵向力和侧向力的作用。由于车轮承受的纵向力、侧向力值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即:22222Z= X +Y故纵向力 X2最大时不会有侧向力作用，而侧向力 Y2最大时也不会

49、有纵向力作用。5.2.15.2.1 全浮式半轴的设计计算全浮式半轴的设计计算本题采用带有凸缘的全浮式半轴，其详细的计算校核如下： 全浮式半轴计算载荷的确定 全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩按下式进行：T=Temaxig1i0 （5-1）式中：差速器的转矩分配系数，对圆锥行星齿轮差速器可取0.6； ig1变速器 1 挡传动比； i0主减速比。已知：Temax156.8Nm；ig13.54； i05.11 ； =0.6计算结果： T=0.6156.83.545.11 =1701.85N.m 在设计时，全浮式半轴杆部直径的初步选取可按下式进行： （5-33310(2.05 2.18)0.196 Td

50、T2）式中 d半轴杆部直径，mm； T半轴的计算转矩，Nrn；半轴扭转许用应力，MPa。根据上式带入 T1701.85 Nm，得：24.48mmd26.03mm取：d=25mm给定一个安全系数 k=1.6d=kd =1.625 =40mm乘用车 A2 驱动桥设计说明书25全浮式半轴支承转矩，其计算转矩为： （5-22LrRrTXrXr3） 三种半轴的扭转应力由下式计算： （5-331610Td4）式中半轴的扭转应力，MPa；T一半轴的计算转矩，T=1701.85Nm；d半轴杆部直径，d=40mm。 将数据带入式（5-3） 、 （5-4）得：=231MPa半轴花键的剪切应力为 （5-310()/

51、4bpBATzLbjDd 5）半轴花键的挤压应力为 （5-2/ )(4/ )(103ABABpcdDdDLzT6）式中 T半轴承受的最大转矩，T=1701.85Nm；DB半轴花键(轴)外径，DB=43mm；dA相配的花键孔内径，dA=40mm；z花键齿数；19Lp花键工作长度，Lp=70mm；B花键齿宽，B=9mm；载荷分布的不均匀系数，取 0.75。 将数据带入式（5-5） 、 （5-6）得：=9.14 Mpab=54.8MPac半轴计算时的许用应力与所选用的材料、加工方法、热处理工艺及汽车的使用条件有关。当采用 40Cr，40MnB，40MnVB，40CrMnMo，40 号及 45 号钢等

52、作为全浮式半轴的材料时，其扭转屈服极限达到 784MPa 左右。在保证安全系数在 1.31.6 范围时，半轴扭转许用应力可取为490588MPa。当传递最大转矩时，半轴花键的剪切应力不应超过 71.05MPa；挤压应力不应该乘用车 A2 驱动桥设计说明书26超过 196MPa。 5.35.3 半轴的结构设计及材料与热处理半轴的结构设计及材料与热处理为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径，常常将加工花键的端部做得粗些，并适当地减小花键槽的深度，因此花键齿数必须相应地增加，通常取 10 齿(轿车半轴)至 18 齿(载货汽车半轴)。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。重型车半轴的杆部较粗，外端突缘也很大，当无较大锻造设备时可采用两端均为花键联接的结构，且取相同花键参数以简化工艺。在现代汽车半轴上，渐开线花键用得较广，但也有采用矩形或梯形花键的。半轴多采用含