轿车驱动桥设计

1、 毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 某轿车驱动桥设计 学生姓名： 指导教师： 二级学院： 机电工程学院 专业： 班级： 学号： 提交日期： 答辩日期： 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪论11.1 选题的目的与意义11.2 研究内容及设计参数11.2.1 研究内容11.2.2 设计参数22 驱动桥的总体设计32.1驱动桥的设计要求32.2驱动桥的结构设计形式33 主减速器的设计53.1主减速器的结构形式53.1.1主减速器的齿轮类型53.1.2 主减速器主、从动斜齿圆柱齿轮的支承方案63.2主减速器的基本参数选择与设计计算73.2.1主减速器

2、计算载荷的确定73.2.2 主减速器基本参数的选择93.2.3 主减速器锥齿轮的几何尺寸计算103.2.4主减速器圆弧锥齿轮的强度计算113.3 主减速器斜齿圆柱齿轮的材料154 差速器的设计174.1 差速器结构形式选择174.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理184.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计184.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择184.3.2 差速器齿轮的几何计算204.3.3 差速器齿轮的强度计算214.4 差速器齿轮材料的选择225 驱动半轴的设计235.1 半轴的结构型式235.2 半轴的设计与计算245.3半轴的结构设计及材料与热处理256 桥壳及桥壳附件设计27

3、6.1驱动桥壳结构方案选择276.2驱动桥壳强度计算276.3驱动桥壳材料的选择287 驱动桥主要零件建模307.1概述3072 主减速器主从动齿轮的建模3073 差速器行星齿轮和半轴齿轮的建模3274 半轴的建模3375 驱动桥总装配图338 结论35参考文献36致 谢3715金陵科技学院学士学位论文 摘要某轿车驱动桥设计摘 要驱动桥是汽车的主要部件之一，其基本的功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，再将转矩分配给左右驱动车轮，并使左右驱动车轮具有汽车行驶运动所要求的差速功能:同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载车身之间的铅垂力、纵向力，横向力及其力矩。其质量，性能的好坏直接影响

4、整车的安全性，经济性、舒适性、可靠性。在论述汽车驱动桥运行机理的基础上，提练出了在驱动桥设计中应掌握的满足汽车行驶的平顺性和通过性、降噪技术的应用及零件的标准化、部件的通用化、产品的系列化等三大关键技术；阐述了汽车驱动桥的基本原理并进行了系统分析；根据经济、适用、舒适、安全可靠的设计原则和分析比较，确定了轿车驱动桥结构形式、布置方法、主减速器总成、差速器总成、桥壳及半轴的结构型式；并对制动器以及主要零部件进行了强度校核，完善了驱动桥的整体设计。关键词：轿车； 驱动桥； 主减速器； 差速器金陵科技学院学士学位论文 AbstractDesign of drive axle of a carAbst

5、ractDrive axle is one of the most important parts of automobile. The function is to increase the torque from drive shaft or from transmission directly, and then distribute it to left and right wheels which have the differential ability automobile needed when driving. And the drive axle has to suppor

6、t the vertical force, longitudinal force, horizontal force and their moments between road and frame or body. Its quality and performance will affect the security, economic, comfortability and reliability.On talking about the running principal of driving axle,the three key techno ledge about vehicle

7、traveling on the ride and through, and noise reduction technology applications and the standardization of parts, components of the universal. Products such as the serialization that we should master to meet, it describes and has a systematic analysis on the basic principles of viecle drive axle. Acc

8、ording to the design principles and analysis and comparison of economy, application, comfortability, safety and reliability , the drive axle structure, layout ways, and the final drive assembly, differential assembly, the bridge case and axle structure can be determined; and the strength checking of

9、 brake parts, as well as major components improves overall design of the driving axle.Key words: drive axle； mini-car； differential gear； main-reducer金陵科技学院学士学位论文 第1章 绪论1绪论1.1 选题的目的与意义汽车的驱动桥位于传动系的末端，主要由主减速器、差速器、半轴及驱动桥壳等组成。其功用是：将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动轮，实现降低转速、增大转矩的功能；通过差速器实现两侧车轮的差速作用，保证内、外侧

10、车轮以不同转速转向；在发动机纵置中，可以通过主减速器锥齿轮副改变转矩的传递方向。 为了提高汽车行驶平顺性和通过性，现在汽车的驱动桥也在不断的改进。与独立悬架相配合的断开式驱动桥相对与非独立悬架配合的整体式驱动桥在平顺性和通过性方面都得到改进。随着时代的发展和科技的进步，驱动桥将会得到进一步的发展。展望将来需开发汽车驱动桥智能化设计软件，设计新驱动桥只需输入相关参数，系统将自动生成三维图和二维图，以达到效率高、强度低、匹配佳的最优方案。驱动桥是汽车传动系统中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好环。因此，设计中要保证:所选择的主减速比应保证汽车在给定使用条件下有最佳的动力性

11、能和燃料经济性;(1) 当左、右两车轮的附着系数不同时，驱动桥必须能合理的解决左右车轮的转矩分配问题，以充分利用汽车的牵引力;(2) 具有必要的离地间隙以满足通过性的要求;(3) 驱动桥的各零部件在满足足够的强度和刚度的条件下，应力求做到质量轻，特别是应尽可能做到非簧载质量，以改善汽车的行驶平顺性;(4) 能承受和传递作用于车轮上的各种力和转矩:(5) 齿轮及其它传动部件应工作平稳，噪声小;(6) 对传动件应进行良好的润滑，传动效率要高;(7) 结构简单，拆装调整方便;(8) 设计中应尽量满足“三化”。即产品系列化、零部件通用化、零件设计标准化的要求。1.2 研究内容及设计参数1.2.1 研究

12、内容（1）根据发动机与变速器参数、动力性要求，确定驱动桥总成的基本参数、结构形式和布置方式，校核满载时的驱动力，对汽车的动力性进行验算。（2）主减速器设计：确定主减速器的结构型式、基本参数、计算载荷，校核关键零部件的强度。（3） 差速器设计：设计差速器的结构型式和基本参数，校核关键零部件的强度。（4）驱动半轴设计设计驱动半轴的结构型式、基本结构参数和计算载荷，校核半轴的强度。 (5) 驱动桥壳设计1.2.2 设计参数表1.1轿车设计参数轴距mm2640轮距前/后mm1535/1531整备质量 kg1325最大总质量 kg1700最高车速 km/h195额定功率/转速（kW/r/min）9160

13、00最大扭矩/转速（Nm/r/min）161/4000最大爬坡度31%最小转向直径 m10轮胎型号195/65R15档位数手动5挡设计开始之前，需准备汽车设计课程设计指导书 、 汽车工程手册等书籍，由于以前做过减速器设计，所以机械设计 、 机械设计课程设计指导书也会在此次设计中用到。金陵科技学院学士学位论文 第2章 驱动桥的总体设计2 驱动桥的总体设计2.1驱动桥的设计要求驱动桥在动力传动系统的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理分配到左、右两驱动轮，另外还要承受作用于路面和车架或车身之间的垂直立、纵向力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳组

14、成。驱动桥设计应当满足如下基本要求：（1）所选择的主减速比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，保证有适当的离地间隙。（3）齿轮及其它的传动件要工作平稳，噪声尽量小。（4）在各种转速和载荷下都能具有高的传动效率。（5）在保证足够的强度、刚度条件下，力求质量尽量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。 （6）与悬架导向机构要协调运动。（7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装和调整方便。2.2驱动桥的结构设计形式 驱动桥总成的结构型式，按其总体布置来说分为两类，即断开式驱动桥和非断开式（整体式）驱动桥。非断开式与断开式这两大类驱动桥结构型式的选择，与汽车悬架结构型式

15、有密切关系。当驱动车轮采用非独立悬架结构时，选用非断开式驱动桥，而当驱动车轮采用独立悬架结构时，则选用断开式驱动桥。断开式驱动桥的结构特点是没有连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁，主减速器、差速器及其壳体安装在车架或车身上，通过万向传动装置驱动车轮。两侧的驱动车轮经过独立悬架与车架或车身作弹性连接，因此可彼此独立地相对于车架或车身上下摆动。为防止车轮跳动时轮距变化使万向传动装置与独立悬架导向装置产生运动干涉，在设计车轮传动装置时，应采用滑动花键轴或允许轴向适量移动的万向传动机构。非断开式驱动桥与断开式驱动桥相比较，断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量，从而改善汽车行驶平顺性，提高了平均行驶速度；

16、减小了汽车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；增加了汽车离地间隙；由于驱动车轮与路面的接触情况及对各种地形的适应性较好，增强了车轮的抗侧滑能力；若与之配合的独立悬架导向机构设计合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。但其结构较复杂，成本较高。非断开式驱动桥结构简单，成本低，工作可靠，但由于其簧下质量较大，对汽车的行驶平顺性和降低动载荷有不利的影响。由于断开式驱动桥工作可靠，平稳性好，参照国内相关轿车的设计,最后本课题选用断开式驱动桥。 图2.1 断开式驱动桥 1-主减速器；2-半轴；3-弹性元件；4-减振器；5-车轮；6-摆臂；7-摆臂轴图2.2 轿车驱动桥

17、（发动机横置）金陵科技学院学士学位论文 第3章 主减速器的设计3 主减速器的设计主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用，它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

18、力。3.1主减速器的结构形式3.1.1主减速器的齿轮类型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。按主减速器主传动比挡数分，有单速式和双速式。前者的传动比是固定的，后者有两个传动比供驾驶员选择，以适应不同行驶条件的需要。（1）斜齿圆柱齿轮传动 图3.1 斜齿圆柱齿轮传动按齿轮副结构形式分，有圆柱齿轮式（又分为轴线固定式和轴线旋转式即行星齿轮式）、锥齿轮式和准双曲面齿轮式。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

19、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。经方案论证，主减速器的齿轮选用斜齿圆柱齿轮形式。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。在双级主减速器中，若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，则称为轮边减速器。双级式主减速器应用于大传动比的中、重型汽车上。单级式主减速器应用于轿车

20、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。本设计主减速器采用单级主减速器，其传动比一般小于等于7。图3.2（a） 发动机横置主减速器图3.2（b） 发动机横置主减速器3.1.2 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外，还与齿轮的支承刚度相关。（1）主动斜齿圆柱齿轮的支承图3.3 主动齿轮跨置式主动斜齿圆柱齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。查阅资料、文献，经方

21、案论证，采用跨置式支承结构（如图3.3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1/30以下而主动斜齿圆柱齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/51/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。 （2）从动斜齿圆柱齿轮的支承图3.4 从动齿轮支撑形式从动斜齿圆柱齿轮采用圆锥滚子轴承支承（如图3.4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c+d。为了使从动斜齿圆柱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，c+d应不小于从动斜齿圆柱齿轮大端分度圆直径的70

22、%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是c等于或大于d。3.2主减速器的基本参数选择与设计计算3.2.1主减速器计算载荷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，使汽车获得最佳动力性和燃料经济性。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： 式中：车轮的滚动半径，给定轮胎型号为19

23、5/65R15，所以可知=0.317m变速器最高档传动比。=0.726 根据所选定的主减速比值，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=4000r/n , =195km/h , =0.317m , =0.726代入计算出 i=3.377（1）按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动齿轮的计算转矩 （3-1）式中： 计算转矩，发动机的输出的最大转矩，在此取161；发动机到万向传动轴之间的传动效率，在此取0.9； 液力变矩器变矩系数，=(-1)/2+1, 最大变矩系数，在此取1； 变速器一挡传动比，在此取2.816；分动器

24、传动比，在此取1； 主减速器传动比 ，在此取3.377；该汽车的驱动桥数目在此取1；由于猛结合离合器而产生冲击载荷时的超载系数，取=1.0，当性能系数>0时可取=2.0； （3-2）此处，仅计算=0，即=1.0由以上各参数可求=1378（2）按驱动轮打滑转矩确定从动齿轮的计算转矩式中：汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，=170000.5=8500N（0.5为满载时分配负载）。 轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用车，取=0.85； 车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为195/65R15，滚动半径为0.317m； ，分别为所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和传动

25、比，取0.9， 取1.0汽车最大加速度时负荷转移系数，对于轿车为1.21.4，此处取1.3； 所以=3308.23.2.2 主减速器基本参数的选择（1）主、从动斜齿圆柱齿轮齿数和选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：1）为了磨合均匀，之间应避免有公约数。2）为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40。3）为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于轿车一般不小于9。4）主传动比较大时，尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。5）对于不同的主传动比，和应有适宜的搭配。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

26、小于9。根据以上要求参考汽车车桥设计取=14，=38 ，+=5240。（2）从动斜齿圆柱齿轮大端分度圆直径和端面模数对于单级主减速器，增大尺寸会影响驱动桥壳的离地间隙，减小又会影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。可根据经验公式初选，即 （3-5）直径系数，一般取13.015.3； 从动齿轮的计算转矩，为和中的较小者。所以 =（13.015.3）=（144.7170.3）初选=150，则=/=150/38=3.9；参考机械设计手册选取=4，则=152根据=来校核=4选取的是否合适，其中=（0.30.4）此处， =（0.30.4）=（3.344.45），因此满足校核。（3）中点螺

27、旋角 螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端螺旋角最小，斜齿圆柱齿轮的中点螺旋角是相等的，选时应考虑它对齿面重合度，轮齿强度和轴向力大小的影响，越大，则也越大，同时啮合的齿越多，传动越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高，应不小于1.25，但过大，会导致轴向力增大。 此处取=17°。（4）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。（

28、5）法向压力角 加大压力角可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重叠系数下降。这里取压力角为20°。3.2.3 主减速器斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算图3.5 主减速器几何尺寸计算值名 称计 算 公 式 和 说 明计算结果主动齿轮齿数=14从动齿轮齿数=38模数=4螺旋角=17分度圆直径外锥距齿宽全齿高齿顶高，法向压力角=20°齿根高，齿顶高3.2.4主减速器斜齿圆柱齿轮的强度计算在完成主减速器齿轮的几何计算之后，应对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之

29、前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。（1）齿轮的破坏形式齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。它们的主要特点及影响因素分述如下： 1）轮齿折断主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开始，因为齿根处齿轮的弯曲应力最大。为了防止轮齿折断，应使其具有足够的弯曲强度，并选择适当的模数、压力角、齿高及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等。齿根圆角尽可能加大，根部及齿面要光洁。2）齿面的点蚀及剥落齿面的疲劳点蚀及剥落是齿轮的主要破坏形式之一，约占损坏报废齿轮的70%以上。它主要由于表面接触强度不足而引起的。3）齿面胶合在高压和高速滑摩

30、引起的局部高温的共同作用下，或润滑冷却不良、油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时，因高温、高压而将金属粘结在一起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。4）齿面磨损这是轮齿齿面间相互滑动、研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒、装配中带入的杂物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不洁物所造成的不正常磨损，应予避免。（2）主减速器斜齿圆柱齿轮的强度计算1） 单位齿长上的圆周力主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算，即 (3-6)式中：作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩和最大附着力矩 两种载荷工

31、况进行计算； 从动齿轮的齿面宽，在此取25mm. 按发动机最大转矩计算时： （3-7）式中：发动机输出的最大转矩，在此取161； 变速器的传动比，2.816； 主动齿轮节圆直径，在此取56mm.按上式 按最大附着力矩计算时： （3-8）式中：汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，在此取8500N； 轮胎与地面的附着系数，在此取0.85： 轮胎的滚动半径，在此取0.317m按上式 N/mm在现代汽车的设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力有时提高许用数据的20%25%。经验算以上两数据都在许用范围内，故满足条件。2）轮齿的弯曲强度计算汽车主减速器斜齿圆柱齿轮的齿根弯曲

32、应力为 N/ （3-9）式中：该齿轮的计算转矩，对从动齿轮，取和中的较小值，为1378N/m；对主动齿轮取，为453.4 N·m； 超载系数；在此取1.0 尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当时，在此；齿面载荷分配系数，悬臂式结构为1.25； 质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取1.0； 所计算齿轮的齿面宽，=25mm；所讨论齿轮分度圆直径，=56mm，=152mm；端面模数; 计算弯曲应力的综合系数（或几何系数），它综合考虑了齿形系数、载荷作用点的位置、载荷在齿间的分布、有效齿面宽、应力集中系数及惯性系数等对弯曲应力计算的影

33、响。计算弯曲应力时本应采用轮齿中点圆周力与中点端面模数，今用大端模数，而在综合系数中进行修正。按图（3.6）选取小齿轮的0.25，大齿轮0.265.图3.6 弯曲计算用综合系数J按上式有：主动斜齿圆柱齿轮，=336MPa；从动斜齿圆柱齿轮，=289MPa；主从动斜齿圆柱齿轮的，所以主减速器齿轮满足弯曲强度要求。3) 斜齿圆柱齿轮的表面接触强度计算斜齿圆柱齿轮的齿面接触应力为 N/ (3-10)式中：主动齿轮的计算转矩, 453.4 N·m；材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取182.6/mm; 尺寸系数，它考虑了齿轮的尺寸对其淬透性的影响，在缺乏经验的情况下，可取1.0； 表面质量系数，

34、决定于齿面最后加工的性质（如铣齿，磨齿等），即表面粗糙度及表面覆盖层的性质（如镀铜，磷化处理等）。一般情况下，对于制造精确的齿轮可取1.0 计算接触应力的综合系数（或称几何系数）。它综合考虑了啮合齿面的相对曲率半径、载荷作用的位置、轮齿间的载荷分配系数、有效尺宽及惯性系数的因素的影响，按图（3.7）选取=0.13图3.7 接触计算用综合系数按上式= =1046.2 MPa主、从动齿轮的齿面接触应力相等，主从动斜齿圆柱齿轮的，所以均满足要求。汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为20万千米或以上时，其循环次数均以超过

35、材料的耐久疲劳次数。实践表明，主减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷（即平均计算转矩）有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩和最大附着转矩并不是使用中的持续载荷，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据。3.3 主减速器斜齿圆柱齿轮的材料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：（1）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。（2）齿轮芯部应有适当的韧性以适应

36、冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。（3）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。（4）选择合金材料是，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。本设计采用国内比较多用的20GrMnTi。其优点是表面可得到含碳量较高的硬化层，具有相当高的耐磨性和抗压性，而心部较软，具有很好的韧性，因而它的弯曲强度，表面接触强度和承受冲击的能力均很好。由于含碳量较低，使得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，在承受很大的压力时可能产生塑性变形，如果渗透层与心部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层剥落。金陵科

37、技学院学士学位论文 第4章 差速器的设计4 差速器的设计差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动轮与地面间作纯滚动运动。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、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为了使两侧驱动轮可以不同角速度旋转，以保证其

38、纯滚动状态，就必须将两侧车轮的驱动轴断开，而由主减速器从动齿轮通过一个差速系统差速器分别驱动两侧半轴和驱动轮，因而在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。4.1 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，

39、2个半轴齿轮，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。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。图4.1 差速器结构4.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理 图4.2差速器差速原理当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，处在同一半径上的A、B、C三点的圆周速度都相等，其值为。于是=，即差速器不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳的角速度。行星齿轮除公转外，还绕本身的轴以角速度自转，啮合点A的圆周速度为=+，啮合点B的圆周速度为=-。于是 +=（+）+(-)即 + =2 （4-1） 若角速度以每分钟转数表示，则

40、 （4-2）式（4-2）为两半轴齿轮直径相等的对称式圆锥齿轮差速器的运动特征方程式，它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此在汽车转弯行驶或其它行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。由式（4-2）还可以得知：当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传动轴时），若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。4.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计由于在差速器壳上装着主减速器从动齿轮，所以在确定主减速器从

41、动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器的轮廓尺寸也受到主减速器从动齿轮轴承支承座及主动齿轮导向轴承座的限制。4.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择（1）行星齿轮数目的选择依照汽车工程手册，轿车及一般乘用车多用2个行星齿轮。（2）行星齿轮球面半径的确定差速器的尺寸通常决定于，它就是行星齿轮的安装尺寸，可根据公式来确定。式中： 行星齿轮球面半径系数，=2.522.99（有四个行星齿轮的轿车和公路用货车取小值；有2个行星齿轮的轿车，以及越野汽车、矿用汽车取大值）；在此取2.95。 差速器计算扭矩，在此为1378N.m计算得 32.83mm 取35mm（3）预选其节锥距 mm （4）行星齿轮与半轴齿

42、轮齿数的选择 为了得到较大的模数，以使齿轮有较高的强度，行星齿轮的齿数应尽量少，但一般不少于10。半轴齿轮齿数取1425；半轴齿轮与行星齿轮的齿数比多在1.52范围内；左、右半轴齿轮的齿数和必须能被行星齿轮的数目所整除，否则将不能安装。根据这些要求初定半轴齿轮齿数为16；差速器行星轮个数为2，齿数为10。（5）行星齿轮节锥角、模数和节圆直径的初步确定行星齿轮和半轴齿轮的节锥角、计算如下：（6）大端模数及节圆直径的计算 取4分度圆直径 ， （7）压力角过去汽车差速器齿轮都选用压力角，这时齿高系数为1，而最少齿数为13。现在大都选用的压力角，齿高系数为0.8，最少齿数可减少至10。初定压力角为。（

43、8) 行星齿轮安装孔直径及其深度的确定根据汽车工程手册中： 式中： 差速器传递的转矩； 行星齿轮数；2 为行星齿轮支撑面中点到锥顶的距离（，为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而），计算结果为25.6； 支撑面的许用挤压应力，取为69N/。4.3.2 差速器齿轮的几何计算表4.3 汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸项目计算公式计算结果行星齿轮齿数10，应尽量取最小值=10半轴齿轮齿数=1425，=16模数=4分锥角，压力角齿面宽 (0.250.30)10工作齿高齿顶高，齿根高，齿根角锥距齿根角顶锥角根锥角全齿高4.3.3 差速器齿轮的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

44、齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，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校核。轮齿弯曲强度为 式中：差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式,在此为413.4N·m； 差速器的行星齿轮数； 半轴齿轮齿数； 、分别为计算齿轮的齿面宽、和模数； 计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由图4.4查得=0.256图4.4弯曲计算用综合系数根据上式 =不满足要求，所以将增大至15mm：再次计算得，符合要求。4.4 差速器齿轮材料的选择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

45、前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、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22金陵科技学院学士学位论文 第5章 驱动半轴的设计5 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。5.1 半轴的结构型

46、式半轴由于受力情况不同，它有半浮动式、3/4浮动式和全浮动式三种型式。所谓“浮”是指半轴不承受弯曲载荷。半轴传递扭矩是它的首要任务。但由于轮毂的安装结构不同，非全浮动式半轴除受扭矩以外，还要受到车轮上的作用力。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

47、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。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

48、矩而不承受弯矩。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570。本课题设计的是普通基本型轿车，确定半轴采用半浮式半轴结构，具体结构采用以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接。本课题设计的是断开式驱动桥，其中一根半轴为断开的，通过万向节连接。轿车前驱主要使用球笼式万向节。球笼式万向节制造较复杂，但结构紧凑，安装简单，传动效率高，其失效形式主要是钢球与接触滚道表面的疲劳点蚀。在特

49、殊情况下，因热处理不妥、润滑不良或温度过高等，也会造成磨损而损坏。由于星形套滚道接触点的纵向曲率半径小于外半轴滚道的纵向曲率半径，所以前者上的接触椭圆比后者上的要小，即前者的接触应力大于后者。因此，应控制钢球与星形套滚道表面的接触应力，并以此来确定万向节的承载能力。不过，由于影响接触应力的因素较多，计算较复杂，目前还没有统一的计算方法。5.2 半轴的设计与计算设计半轴的主要尺寸是其直径，在设计时首先可根据对使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同形式半轴的分析比较，大致选定从整个驱动桥的布局来看比较合适的半轴半径，然后对它进行强度校核。计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑到以下三种

50、可能的载荷工况： 纵向力（驱动力或制动力）最大时，其最大值为，附着系数在计算时取0.8，没有侧向力作用； 侧向力最大时，其最大值为（发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数在计算时取1.0，没有纵向力作用； 垂向力最大时（发生在汽车以可能的高速通过不平路面时），其值为，车轮对地面的垂直载荷，为动载荷系数，这时不考虑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，即有故纵向力最大时不会有侧向力作用，而侧向力最大时也不会有纵向力作用。初步确定半轴直径在0.040m。（1）纵向力最大，侧向力为0：此时垂向力， 取8500N 纵向力最大值，计算时可取1.3，取085。得=5525N =4696.25N 半轴弯曲应力，和扭转切应力为 式中，a为轮毂支承轴承到车轮中心平面之间的距离，a取0.06m= 69.28 = 118.53 合成应力=246.98(2)侧向力最大，纵向力=0，此时意味着发生侧滑：外轮上的垂直反力。和内轮上的垂直反力分别为 式中，为汽车质心高度参考一般计算方法取738.56mm；为轮距 =1535mm；为侧滑附着系数，计算时可取1.0。计算得 外轮上侧向力和