轿车驱动桥设计课程设计-过程以及计算

精品设计中南大学驱动桥课程设计说明书专业：班级：姓名：学号：指导教师：目录一、课程设计题目分析----------------------------------3二、主减速器设计--------------------------------------4（一）减速器的结构形式---------------------------------------------4（二）主减速器的基本参数选择与设计计算-----------------------------5（三）主减速器锥齿轮的主要参数选择---------------------------------7（四）主减速器锥齿轮的材料----------------------------------------10（五）主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算--------------------------11（六）主减速器轴承计算及选择--------------------------------------13三、差速器的设计-------------------------------------18（一）差速器结构形式选择------------------------------------------19（二）差速器参数确定----------------------------------------------20（三）差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算------------------------------22（四）差速器直齿锥齿轮的强度计算----------------------------------23四、半轴的设计---------------------------------------24（一）半轴型式-----------------------------------------------------24（二）半轴参数设计及计算-------------------------------------------25（三）半轴花键的强度计算-------------------------------------------28（四）半轴其他主要参数的选择---------------------------------------28（五）半轴的结构设计及材料与热处理---------------------------------29五、桥壳及桥壳附件设计-------------------------------29（一）驱动桥壳结构方案选择-----------------------------------------30（二）驱动桥壳强度计算--------------------------------------------------------------------32（三）材料的选择---------------------------------------------------34参考文献--------------------------------------------35一、课程设计题目分析：本次设计题目为轿车驱动器，车型为Focus1.8TDSedan。具体参数如下：发动机转速：4000r/min最大扭矩：200N.m汽车总重量：1620kg主传动比：3.56。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。设计要求：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，并将动力合理的分配给左、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。设计驱动桥时应满足如下基本要求：1）选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。2）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。3）齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。4）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。5）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。6）与悬架导向机构运动协调。7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。驱动桥分为断开式和非断开式。在选择的时候，应当从所设计的汽车类型及使用、生产条件出发，还得和所设计的其他部件结合，尤其是悬架，一次保证整车的预期性能和使用要求。驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式；当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺行好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及多数的越野汽车和小轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对于汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构复杂，成本较高，但它大大地增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在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；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增强了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野车上应用相当广泛。本课题要求设计福特1.8家用乘用车的驱动桥，根据结构、成本和工艺等特点，所以我们采用非断开式驱动桥，这样，成本低，制造加工简单，便于维修。三、主减速器设计（一）、减速器的结构形式主减速器的结构形式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速形式的不同而异。1，主减速器的齿轮类型主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。现代汽车驱动桥的主减速器齿轮广泛采用螺旋锥齿轮。螺旋锥齿轮传动在承受较高载荷时，工作平稳，噪音小，滑动速度低，作用在齿面上的接触负荷也小。所以本题采用单级锥齿轮。2，主减速器主，从动锥齿轮的支承形式本题为设计轻型轿车，所以采用悬臂式安装。采用悬臂式安装时，为保证齿轮的刚度，主动齿轴颈应尽可能加大，并使二轴承间距离比悬臂距离大2.5倍以上。（二）主减速器的基本参数选择与设计计算1，主减速器计算载荷的确定发动机选择福特1.8轻型轿车大多采用CAF488Q1发动机，所以此处也采用此发动机。其参数最大扭矩为：180N.m/4000rpm。主减速比i0的确定对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给定发动机最大功率amaxP及其转速pn的情况下，所选择的i0值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速amaxv。这时i0值应按下式来确定：rp0amaxghrni=0.377vi式中rr---------车轮的滚动半径，此处给定轮胎型号为185/65R14，所以滚动半径为185×65%+14×25.4/2=298.05mm。igh---------变速器量高档传动比。igh=0.67把nn=4000r/n,amaxv=184km/h代入上式计算得i0=3.641）、按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩ＴceTce=demax1f0kTkiiiηn式中：Tce---------计算转矩，Nm；Temax---------发动机最大转矩；Temax=180N.mn---------计算驱动桥数，n=1；if---------分动器传动比，if=1；i0---------主减速器传动比，i0=3.64；η---------变速器传动效率，η=0.90；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=3.66；将数据代入上式可得：Tce=2158.23N.m2）、按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩csTmNirmGmr,122CST式中：2G--------每个驱动轴上的重量，为60%G=60%×16200=9720N2m--------加速时重量转移系数，此处为1.1；----------轮胎与路面的附着系数，对于一般轮胎的公路用汽车在良好的混凝土或沥青路上可取0.85；rr---------车轮滚动半径，0.298m；mi---------车轮到从动锥齿轮间的传动比，取1；----------车轮到从动锥齿轮间的传动效率，一般为0.9；将数据代入公式可得到Tcs=3009.2N.m3）、按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cfTmNfffirGjadmra),(Tcf式中：Ga----------汽车总重量，16200N；rr-----------车轮滚动半径，0.298m；mi------------从动锥齿轮到轮边减速比，取1；d-----------驱动轴传动效率，圆弧锥齿轮取0.90；af-----------公路坡度系数，它代表汽车在设计时要求能够持续爬坡的能力，而不是公路的坡度系数，取0.06；jf-----------性能系数，代表汽车在坡度上的加速能力，取0.017；代入公式可得：cfT=413.03mN所以，126.08niTTcfzf。N.m最大计算扭矩取1，2计算的较小值，所以Tc2158.23N.m计算转矩：658.8niTTcz。N.m（三）、主减速器锥齿轮的主要参数选择1)主、从动锥齿轮齿数z1和z2选择主、从动锥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《汽车课程设计指导书》资料表6-4，主减速器的传动比为3.64，初定主动齿轮齿数z1=11，从动齿轮齿数z2=40。所以计算得i0=3.64，Tc2158.23N.m，658.8TzN.m。2）从动锥齿轮大端分度圆直径2D和端面模数tm对于单级主减速器，增大尺寸2D会影响驱动桥壳的离地间隙，减小2D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。2D可根据经验公式初选，即322cDTKD2DK——直径系数，一般取13.0～16.0Tc——从动锥齿轮的计算转矩，mN，为Tce和Tcs中的较小者所以2D=（13.0～16.0）32158.23=（167.99～206.77）mm初选2D=200mm则tm=2D/2z=200/40=5mm初选tm=5mm，则2D=200mm根据tm=3cmTK来校核sm=5选取的是否合适，其中mK=（0.3～0.4）此处，tm=（0.3～0.4）32158.23=（3.88～5.17），因此满足校核。主动锥齿轮大端模数mzmz=（0.598～0.692）3zT=5.20～6.02取mz=6mm，所以1D=66mm3）主，从动锥齿轮齿面宽1b和2b锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致因锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起的切削刀头顶面过窄及刀尖圆角过小，这样不但会减小了齿根圆角半径，加大了集中应力，还降低了刀具的使用寿命。此外，安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端，会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间减小。但齿面过窄，轮齿表面的耐磨性和轮齿的强度会降低。对于从动锥齿轮齿面宽2b，推荐不大于节锥2A的0.3倍，即223.0Ab，而且2b应满足tmb102，对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采用：22155.0Db=0.155200=31mm一般习惯使锥齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮稍大，使其在大齿轮齿面两端都超出一些，通常小齿轮的齿面加大10%较为合适，在此取1b=1.12b=34mm4）中点螺旋角齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，选