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重載驅(qū)動橋設(shè)計(jì)論文
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- 重載驅(qū)動橋設(shè)計(jì)說明書
目 錄
1前言 1
2 總體方案論證 2
2.1 非斷開式驅(qū)動橋 2
2.2 斷開式驅(qū)動橋 3
2.3 多橋驅(qū)動的布置 3
3 主減速器設(shè)計(jì) 5
3.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 5
3.2 主減速器主、從動錐齒輪的支承方案 6
3.3 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì) 7
3.4 主減速器錐齒輪的材料 10
3.5 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 10
3.6 主減速器錐齒輪軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4 差速器設(shè)計(jì) 17
4.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 17
4.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計(jì) 17
4.3 差速器齒輪的材料 19
4.4 普通錐齒輪式差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 20
5 驅(qū)動車輪的傳動裝置設(shè)計(jì) 21
5.1 半軸的型式 21
5.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
5.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 24
6 驅(qū)動橋殼設(shè)計(jì) 25
6.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式 25
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 25
7 結(jié)論 27
參 考 文 獻(xiàn) 28
致 謝 29
附件清單 30
1前言
本課題是對YC1090貨車驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。故本說明書將以“驅(qū)動橋設(shè)計(jì)”內(nèi)容對驅(qū)動橋及其主要零部件的結(jié)構(gòu)型式與設(shè)計(jì)計(jì)算作一一介紹。
驅(qū)動橋的設(shè)計(jì)，由驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)組成、功用、工作特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求講起，詳細(xì)地分析了驅(qū)動橋總成的結(jié)構(gòu)型式及布置方法；全面介紹了驅(qū)動橋車輪的傳動裝置和橋殼的各種結(jié)構(gòu)型式與設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
汽車驅(qū)動橋是汽車的重大總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動橋還傳遞著傳動系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對汽車的行駛性能如動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機(jī)動性和操動穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。由上述可見，汽車驅(qū)動橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的品種極為廣泛，對這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝。因此，通過對汽車驅(qū)動橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識和技能。
課題所設(shè)計(jì)的貨車最高車速V≥85km/h,發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率（3000r/min）99kW，最大扭矩（1200～1400r/min）430 Nm。
他有以下兩大難題，一是將發(fā)動機(jī)輸出扭矩通過萬向傳動軸將動力傳遞到后輪子上，達(dá)到更好的車輪牽引力與轉(zhuǎn)向力的有效發(fā)揮，從而提高汽車的行駛能力。二是差速器向兩邊半軸傳遞動力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。
本課題的設(shè)計(jì)思路可分為以下幾點(diǎn)：首先選擇初始方案，YC1090屬于中型貨車，采用后橋驅(qū)動，所以設(shè)計(jì)的驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)需要符合中型貨車的結(jié)構(gòu)要求；接著選擇各部件的結(jié)構(gòu)形式；最后選擇各部件的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)出各主要尺寸。
所設(shè)計(jì)的YC1090貨車驅(qū)動橋制造工藝性好、外形美觀，工作更穩(wěn)定、可靠。該驅(qū)動橋設(shè)計(jì)大大降低了制造成本，同時(shí)驅(qū)動橋使用維護(hù)成本也降低了。驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)符合YC1090貨車的整體結(jié)構(gòu)要求。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到了結(jié)構(gòu)簡單，修理、保養(yǎng)方便；機(jī)件工藝性好，制造容易的要求。
目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè),采用后輪驅(qū)動汽車的平衡性和操作性都將會有很大的提高。后輪驅(qū)動的汽車加速時(shí)，牽引力將不會由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，司機(jī)就會感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費(fèi)用低也是后輪驅(qū)動的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費(fèi)用將會有很大的差別。如果你的變速器出了故障，對于后輪驅(qū)動的汽車就不需要對差速器進(jìn)行維修，但是對于前輪驅(qū)動的汽車來說也許就有這個(gè)必要了，因?yàn)檫@兩個(gè)部件是做在一起的。
所以后輪驅(qū)動必然會使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
2 總體方案論證
驅(qū)動橋處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩,并將動力合理地分配給左、右驅(qū)動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼等組成。
驅(qū)動橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
a)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
b)外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。
c)齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。
d)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。
e)在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。
f)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)，對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)。
g)結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅(qū)動橋和斷開式驅(qū)動橋。當(dāng)驅(qū)動車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動橋；當(dāng)驅(qū)動車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)叫復(fù)雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。
2.1 非斷開式驅(qū)動橋
普通非斷開式驅(qū)動橋，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動橋、驅(qū)動車輪及部分傳動軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級結(jié)構(gòu)。在雙級主減速器中，通常把兩級減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級減速齒輪作為輪邊減速器。對于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動車輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對汽車的總體布置很方便。
2.2 斷開式驅(qū)動橋
斷開式驅(qū)動橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運(yùn)動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅(qū)動車輪傳動裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應(yīng)地就要求驅(qū)動車輪的傳動裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動。
汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動的重型越野汽車。
2.3 多橋驅(qū)動的布置
為了提高裝載量和通過性，有些重型汽車及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅(qū)動，常采用的有4×4、6×6、8×8等驅(qū)動型式。在多橋驅(qū)動的情況下，動力經(jīng)分動器傳給各驅(qū)動橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動力傳遞方式，多橋驅(qū)動汽車各驅(qū)動橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動力經(jīng)分動器傳給各驅(qū)動橋，需分別由分動器經(jīng)各驅(qū)動橋自己專用的傳動軸傳遞動力，這樣不僅使傳動軸的數(shù)量增多，且造成各驅(qū)動橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對8×8汽車來說，這種非貫通式驅(qū)動橋就更不適宜，也難于布置了。
為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動汽車都是采用貫通式驅(qū)動橋的布置型式。
在貫通式驅(qū)動橋的布置中，各橋的傳動軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且各驅(qū)動橋不是分別用自己的傳動軸與分動器直接聯(lián)接，而是位于分動器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅(qū)動橋的動力，是經(jīng)分動器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是，不僅減少了傳動軸的數(shù)量，而且提高了各驅(qū)動橋零件的相互通用性，并且簡化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對于汽車的設(shè)計(jì)(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來方便。
由于非斷開式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱資料，參照國內(nèi)相關(guān)貨車的設(shè)計(jì),最后本課題選用非斷開式驅(qū)動橋。
其結(jié)構(gòu)
1－半軸 2－圓錐滾子軸承 3－支承螺栓 4－主減速器從動錐齒輪 5－油封 6－主減速器主動錐齒輪 7－彈簧座 8－墊圈 9－輪轂 10－調(diào)整螺母
圖2-1 驅(qū)動橋 ...
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