汽车后桥总体设计（DOC53页）

第1页,共64页随着我国农村和城乡经济的不断发展，交通运输已经不再仅限于畜力和人力，汽车几乎完全代替了畜力和人力。轻型货车凭借其运输灵活、快捷、性价比高的优势被广泛应用于运输事业，包括家用运输和工业运输。我国的汽车工业发展迅速，历经四十余年，汽车产量已居于世界前列，但是在产品技术开发上还依旧处于落后状况。通过结合我国实际，总结自己的经验，又广泛吸收国外先进技术以及具有前瞻性的技术工具书，对于提高我国汽车行业技术水平将具有格外重要的意义。作为一位机械设计制造及其自动化专业的毕业生，我们应该牢牢掌握机械设计与制造的基本知识及技能。本次毕业设计给我们提供了一个非常重要的实践机会。这本说明书记录了我这次毕业设计的主要内容和步骤，较详细地说明了汽车后桥的设计流程。1概述----结构方案的确定1.1概述驱动桥是汽车传动系中的主要部件之一。它位于传动系统的末端，其基本功用是增大由传动轴传来的转矩，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学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。在一般的汽车结构中，驱动桥主要有主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置和驱动桥壳等部件组成，保证当变速器置于最高档时，在良好的道路上有中够的牵引力以克服行驶阴力和获得汽车的最大车速，这主要取决于驱动桥主减速器的传动比。虽然在汽车总体设计时，从整车性能出发确定了驱动桥的传动比，然而用什么型式的驱动桥，什么结构的主减速器和差速器等在驱动桥设计时要具体考虑的；绝大多数的发动机在汽车上是纵置的，为使扭矩传给车轮，驱动桥必须改变扭矩的方向，同时根据车辆的具第2页,共64页体要求解决左右车轮的扭矩分配，如果是多桥驱动的汽车亦同时要考虑各桥间的扭矩分配问题。整体式驱动桥一方面需要承担汽车的载荷，另一方面车轮上的作用力以及传递扭矩所产生的反作用力矩皆由驱动桥承担，所以驱动桥的零件必须具有足够的刚度和强度，以保证机件可靠的工作。驱动桥还必须满足通过性急平顺性的要求。采用断开式驱动桥，可以使桥壳离地间隙增加，非簧载质量减轻等均是从这方面考虑；前桥驱动或多桥驱动的转向驱动轴要既能驱动又能转向。所以，驱动桥的设计必须满足如下基本要求：1）所选择的主减速比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃油经济性；2）结构简单、维修方便，机件工艺性好，制造容易，拆装、调整方便；3）在各种载荷及转速工况有高的传动效率；4）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相协调；5）驱动桥各零部件在保证其刚度、强度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下质量，以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷，从而改善汽车的平顺性；6）轮廓尺寸不大以便于汽车总体布置并与所要求的驱动桥离地间隙相适应；7）齿轮与其它传动件工作平稳，噪声小。1.2结构方案分析及选择不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别：汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量；汽车驱动形式有4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8等。而采用4×2驱动形式的汽车结构简单、制造成本低，多用于轿车和总质量小些的公路用车辆上。我们设计的汽车为轻型的货车，故只需采用4×2后桥驱动方式就能满足要求。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(或称为整体式)。即驱动桥壳是一根连接左右驱动车轮的刚性空心梁。而主减速器、差速器及车轮传动装置(由左、右半轴组成)都装在它里面。当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。这种驱动桥第3页,共64页无刚性的整体外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮则与车架或车身作弹性联系，并可彼此独立地分别相对于车架或车身作上下摆动，车轮传动装置采用万向节传动。为了防止运动干涉，应采用滑动花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向传动机构。图1.1整体式驱动桥1-主减速器2-套筒3-差速器4、7-半轴５-调整螺母６-调整垫片８-桥壳具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单，制造工艺性好，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部分小轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量。对汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构较复杂，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汽车上应用相当广泛。第4页,共64页图1.2非断开式驱动桥本课题要求设计2吨轻型货车的驱动桥，根据结构、成本和工艺等特点，驱动桥我们采用整体式结构，这样成本低，制造加工简单，便于维修。第5页,共64页2主减速器设计2.1主减速器型式及选择驱动桥主减速器为适应使用要求发展多种结构型式：如单级主减速器、双级主减速器、和单级主减速器加轮边减速等。(1)单级主减速器常由一对锥齿轮所组成。这对锥齿轮的传动比是根据整车动力性和燃油经济性的要求来选定的。它结构简单，质量轻，所以在可能条件下尽量采用单级主减速器的型式。然而单级主减速器的传动比一般在3.5－6.7，太大的传动比将会使从动锥齿轮的尺寸过大，影响驱动桥壳下的离地间隙。离地间隙越小，汽车通过性就越差，这也就限制了从动锥齿轮的最大尺寸。(2)双级减速器是由第一级圆锥齿轮副和第二级圆柱齿轮副或第一级圆柱齿轮副和第二级圆锥齿轮副所组成。采用双级主减速器可达到两个目的：一是可获得较大的传动比6－10，其二是采用双级减速器后第二级的传动比可以小一些，由此第二级的从动齿轮尺寸在差速器安装尺寸允许情况下可以相应减小，由此减小桥壳的外形尺寸，增加了离地间隙。然而双级主减速器的重量及制造成本都比单级主减速器要高很多。(3)双速主减速器内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。它与普通变速器相配合，可得到双倍于变速器的挡位。双速主减速器的高低挡减速比是根据汽车的使用条件、发动机功率及变速器各挡速比的大小来选定的。大的主减速比用于汽车满载行驶或在困难道路上行驶，以克服较大的行驶阻力并减少变速器中间挡位的变换次数；小的主减速比则用于汽车空载、半载行驶或在良好路面上行驶，以改善汽车的燃料经济性和提高平均车速。但是，该减速器的成本也相当高的。(4)单级主减速器加轮边减速器，越野车、重型矿用自卸车和重型货车需要减速比更大的驱动桥，同时也要很大的离地间隙，因此发展了轮边减速器。于是驱动桥分成两次减速具有两个减速比－－主减速传动比和轮边减速器传动比。相第6页,共64页对这时的主减速器传动比要比没有轮边减速的主减速器传动比要大得多。其结果使驱动桥中央部分的外形尺寸减小很多，相对地增加了离地间隙。同时，在主减速器后和轮边减速器前的零件如差速器、半轴等载荷大大减少，其零件尺寸也相应地减小。它能缩短桥中心到连接传动轴凸缘的距离，能减少传动轴的夹角。当然这种减速器结构复杂，制造装配精度要求高，成本自然也是普通主减速器的几倍。根据以上信息，针对我们的普通的轻型货车，选择单级锥齿轮主减速器就满足要求。2.2主减速器齿轮的齿型汽车主减速器广泛采用的是螺旋圆锥齿轮，它包括圆弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮、延摆线齿锥齿轮等多种形式。图1.3螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动(a)螺旋锥齿轮传动；(b)双曲面齿轮传动螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，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。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。但是在工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。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。圆弧齿锥齿轮一般采第7页,共64页用格里森制。双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E，此距离称为偏移距。由于偏移距正的存在，使主动齿轮螺旋角β1大于从动齿轮螺旋角β2。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比：F2/F1=cosβ2/cosβ1式中，F1、F2分别为主、从动齿轮的圆周力；β1、β2分别为主、从动齿轮的螺旋角。双曲面齿轮传动比为:112211220coscosrrrFrFis式中，si0为双曲面齿轮传动比；r1、r2分别为主、从动齿轮平均分度圆半径。对于圆弧锥齿轮12rrid，令K=cosβ2/cosβ1，则传动比为：KirKridos12由于β1β2，所以系数K1，一般为1.25～1.5。这说明：当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动有更大的传动比。当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮直径比相应的螺旋锥齿轮小，因而有较大的离地间隙。另外，双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动还具有如下特点：1)在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。2)沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。3)齿面间大的压力和摩擦力，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。因此，双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特第8页,共64页种润滑油。综上信息，考虑到生产条件、材料问题、以及经济性问题，我们选择采用格里森圆弧齿锥齿轮。2.3主减速器齿轮设计和计算齿轮型式选定后可进行载荷计算、参数初步计算、齿轮几何尺寸计算和强度计算等等，并根据计算结果拟定齿轮工作图。2.3.1载荷计算影响汽车驱动桥锥齿轮副合理设计的重要因素之一是要合适地选择齿轮副上所受的扭矩。过去计算扭矩是根据发动机的最大输出扭矩来推算出从动锥齿轮上的扭矩，或者根据轮胎不打滑时的最大附着力矩来计算，而这两种情况都比较极端，它不能反映齿轮副在日常工作时所受的实际载荷。一种新的分析驱动桥计算扭矩的方法是从日常工作载荷和整车性能出发来考虑的，这种计算扭扭矩称为性能扭矩或日常行驶扭矩。除那些具有高性能的运动汽车外，用这一计算扭矩来确定一般驱动桥齿轮副的尺寸是比较合适的。在计算载荷之前必须知道发动机的最大转矩Memax和确定主传动比0i。由汽车总体设计得：轮胎型号为7.00-2010PR121/117G,轮胎滚动半径rr＝0.43m；发动机型号:新柴495B发动机最大转矩2.180maxTN/m,3200pnr/min,最大功率5.52maxPKw，最高车速90maxVKm/h。可按下式计算确定maxT：33.1723200/5.521.19549/9549maxmaxpnpTN·m式中，－－3.11.1，取1.1；第9页,共64页主减速比0i的确定：19.6~946.4190320043.04720377047203770max0).~.(ivnr).~.(ighpr取625.50i。下面分别介绍三种确定计算扭矩的方法：１）按驱动轮打滑扭矩确定从动锥齿轮载荷07.11889195.043.01.168.2387822mmrcsirmGT式中，G2－－汽车满载时驱动桥给水平地面的最大负荷，68.238788.93930%622GN;2m－－加速时重量转移系数，2m＝1.1~1.2,取1.1；rr－－轮胎的滚动半径，m；mi－－主减速器从动齿轮到驱动车轮之间的传动比，取１；m－－主减速器从动齿轮到驱动车轮之间的传动效率，取0.95；－－轮胎对路面的