车轮传动装置设计

1、第五节 车轮传动装置设计车轮传动装置位于传动系的末端，其根本功用是承受从差速器传来的转矩并将其传 给车轮。对于非断开式驱动桥，车轮传动装置的主要零件为半轴；对于断开式驱动 桥和转向驱动桥 （ 图 5 27） ，车轮传动装置为万向传动装置。万向传动装置的设计见 第四章，以下仅讲述半轴的设计。一、构造形式分析 半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为牛浮式、3 4浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴（图5 28a）的构造特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的孔，车轮 装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半轴构造简单，所受载荷较大，只用于轿车和轻

2、型货车及 轻型客车上。3/ 4浮式半轴（图5 28b）的构造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，而半轴那么以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。 该形式半轴受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般仅用在轿车和轻型货 车上。5-2?棒向驼和桥1轧殺打一耙戦.愉用一圈刑载同足鏗帯§辱理上伺书全浮式半轴(图528c)的构造特点是半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相联，而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只承受转矩，作用 于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮S - 28半轴晴商形成禅图

3、戍荒力悄忧不同女、半轴法兰平面相对其轴线不垂直等因素，会引起半轴的弯曲变形，由此引起的弯 曲应力一般为570MPa。全浮式半轴主要用于中、重型货车上。半轴计算1 .全浮式半轴全浮式半轴的计算载荷可按车轮附着力矩M ,计算1Mm'2 G2 rr (5 - 43)式中，G2为驱动桥的最大静载荷；rr为车轮滚动半径；m2为负荷转移系数;为附着系数，计算时取0.8。半轴的扭转切应力为式中， 为半轴扭转切应力；d为半轴直径半轴的扭转角为M 1180GI（5 - 45）GI p式中，为扭转角;1为半轴长度；G为材料剪切 弹性模量;I p为半轴 断面极 惯性矩,Ip d4/32。半轴的扭转切应力宜为

4、500700MPa ,转角宜为每米长度615。2 半浮式半轴半浮式半轴设计应考虑如下三种载荷工况：(1)纵向力Fx2最大，侧向力Fy2为0 :此时垂向力Fz2m2G2 /2，纵向力最大值Fx2 Fx2m2G2 /2，计算时 m2可取 1. 2， 取 0 8。半轴弯曲应力，和扭转切应力 为32a F：2 Fz：73d (5 - 46)16Fx2。式中，d为轮毂支承轴承到车轮中心平面之间的距离，如图5 28所示。合成应力几二丿宀卅(5-47)(2)侧向力Fy2最大，纵向力Fx2 =0，此时意味着发生侧滑：外轮上的垂直反力Fz2o °和轮上的垂直反力Fz2i分别为1)(5 - 48)hqF

5、z20 G2(0.5 qB2Fz2i G2-Fz2o式中，hq为汽车质心高度；B2为轮距；1为侧滑附着系数，计算时叭可取1.0外轮上侧向力Fy2O和轮上侧向力Fy2i分别为Fz20 Fz2o 1Fz2i Fz2i 1(5 - 49)、外车轮上的总侧向力Fy2为G2 1 0这样，外轮半轴的弯曲应力0和轮半轴的弯曲应力i分别为(5 - 50)d332( Fy2i rrFz2i a)d1汽车通过不平路面，垂向力Fz2最大，纵向力Fx2 0 ,侧向力Fy20 : 此时垂直力最大值Fz2为：(5-51)式中，是为动载系数，轿车：k 1.75，货车：k 2.0，越野车：k 2.5。半轴弯曲应力，为32Fz

6、2a"716kG2a(5 - 52)半浮式半轴的许用合成应力为600 750MPa。3. 3/ 4浮式半轴3/4浮式半轴计算与半浮式类似，只是半轴的危险断面不同，危险断面位于半轴与轮手相配外表的端。半轴和牛轴齿轮一般采用渐开线花键连接，对花键应进展挤压应力和键齿切应力验算。挤压应力不大于200MPa，切应力不大于 73MPa。三、半轴可靠性设计在汽车设计中，可靠性已成为比拟重要的技术指标之一。对于产品设计，须考虑各参量的统计分散性，进展随机不确定分析，真实正确地反映产品的强度与受载 等情况。1可靠度计算对于全浮式半轴来说，所受的扭转切应力，按下式计算-16T r ttJ'仁-

7、5即式中，丁为半轴所传递的转矩；d为半轴的直径。根据二阶矩技术，以应力极限状态表示的状态方程为式中，r为半轴材料的扭转强度；X为根本随机变量矢量，X (r,T,d)T。设根本随机变量矢量 X 的均值E(X) ( r, t，d)T ,方差222 TD(X) ( r ,0,0,0, T,0,0,0, d)，且认为这些随机变量是服从正态分布的相互独立的随机变量。g(X)是反映半轴状态和性能的状态函数，可表示半轴的两种状 态:安仝狀态将g(X)在均值E(X)X处展开成二阶泰勒级数,可得到g(X)的二阶近似均值g和一阶近似方差旳戶扒丘)十*巴钞D5)不管g(X)服从什么分布，可靠性指标定义为g/ g(5

8、 - 56)可靠度的一阶估计量为R ( )(5 - 57)式中，()为标准正 态分布 函数。2.可靠性设计给定半轴 可靠度 R,查表 得可靠 性指标 ，由式(5 55)经推导 整理得（22 2）6 2 rA 3 a22b 0（5 - 58）人二迦艺出斗（o.oosF汕二？弈f 14 x W 405）2 ir?ririe+式中，根据加工误差和 3a法那么，取半轴直径标准差d为0 005倍的半轴直径均值d，求解式（5 58）即可求得半轴的最小直径的均值d和标准差 d。四、半轴的构造设计对半轴进展构造设计时，应注意如下几点：（1）全浮式半轴杆部直径可按下式初步选取d K3M_ （5 - 59）式中，d为半轴杆部直径 （mm） ; M 为半轴计算转矩 （M mm），按式（5 43）计算；K为直径系数，取 0. 2050. 218。根据初选的d,按前面的应力公式进展强度校核。2）半轴的杆部直径应小于或等于半轴花键的底径，以便使半轴各局部到达根本等强度。3）半轴的破坏形式大多是扭转疲劳损坏，在构造设计时应尽量增大各过渡局部