JX1021TS3轻型货车驱动桥设计Design of Pickup Truck Driving Axle
摘要
轻型汽车在商用汽车生产中占有很大的比重，而且驱动桥在整车中十分重要。驱动桥作为汽车四大总成之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于载货汽车显得尤为重要。为满足目前当前载货汽车的快速、高效率、高效益需要的同时时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本的轻型货车驱动桥具有一定的实际意义。
本设计首先论述了驱动桥的总体结构，在分析驱动桥各部分结构型式、发展过程及其以往形式的优缺点的基础上，确定了总体设计方案：采用整体式驱动桥，主减速器的减速型式采用单级减速器，主减速器齿轮采用螺旋锥齿轮，差速器采用圆锥行星齿轮差速器，半轴采用全浮式型式，桥壳采用铸造整体式桥壳。在本次设计中，主要完成了单级减速器、圆锥行星齿轮差速器、全浮式半轴的设计和桥壳的校核及材料选取等工作。最后运用AUTOCAD完成装配图和主要零件图的绘制。
关键词：轻型货车；驱动桥；单级主减速器；差速器；半轴；桥壳
ABSTRACT
Pickup trucks take a large proportion of commercial vehicles production, and the drive axle is one of the most important structure. Drive axle is the one of automobile four important assemblies, Its performance directly influence on the entire automobile, especially for the truck .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit today` truck, must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks’ developing tendency. Design a simple, reliable, low cost of the drive axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production, so the title of the fine structure of the design of a pickup vehicle drive axle has a certain practical significance.
The configuration of the Driving Axle is introduced in the thesis at first. On the basis of the analysis of the structure and the developing process of Driving Axle, the design adopted the Integral Driving Axle, Single Reduction Gear for Main Decelerator’s deceleration form, Spiral Bevel Gear for Main Decelerator’s gear, Full Floating for Axle and Casting Integral Axle Housing for Axle Housing. In the design, we accomplished the design for Double Reduction Gear, tapered Planetary Gear Differential Mechanism, Full Floating Axle, the checking of Axle Housing and the election of the material and so on. Finally complete the final assembly drawing by using AUTOCAD and mapping the main components.In this paper, first of all determine the structure of major components and the main design parameters, the analysis of the various parts of the structure of the bridge drive type, the form of the development process and its advantages and disadvantages of the past, determined on the basis of the design program, using the traditional design method of various parts of the drive axle Main reducer, differential, axle, axle housing was designed to calculate and complete the check. Finally complete the final assembly drawing by using AUTOCAD and mapping the main components.
Keywords: Pickup truck; Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing
目录
摘要 ......................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................. I I 第1章绪论 (1)
1.1 选题的背景目的及意义 (1)
1.2 国内外驱动桥研究状况 (1)
1.3 设计主要内容 (3)
第2章驱动桥的总体方案确定 (4)
2.1驱动桥的种类结构和设计要求 (4)
2.1.1汽车车桥的种类 (4)
2.1.2驱动桥的种类 (4)
2.1.3驱动桥结构组成 (4)
2.1.4 驱动桥设计要求 (5)
2.1.5设计车型主要参数 (5)
2.2主减速器结构方案的确定 (6)
2.2.1 主减速比的计算 (6)
2.2.2 主减速器的齿轮类型 (7)
2.2.3 主减速器的减速形式 (8)
2.2.4 主减速器主从动锥齿轮的支承形式及安装方法 (9)
2.3 差速器结构方案的确定 (11)
2.4半轴的形式确定 (11)
2.5 桥壳形式的确定 (12)
2.6本章小结 (13)
第3章主减速器设计 (14)
3.1概述 (14)
3.2主减速器齿轮参数的选择与强度计算 (14)
3.2.1 主减速器计算载荷的确定 (14)
3.2.2 主减速器齿轮参数的选择 (15)
3.2.3 主减速器齿轮强度计算 (18)
3.2.4 主减速器轴承计算 (24)
3.3主减速器齿轮材料及热处理 (30)
3.4主减速器的润滑 (31)
3.5 本章小结 (31)
第4章差速器设计 (32)
4.1概述 (32)
4.2对称式圆锥行星齿轮差速器原理 (32)
4.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构 (33)
4.4对称圆锥行星锥齿轮差速器的设计 (34)
4.4.1 差速器齿轮的基本参数选择 (34)
4.4.2 差速器齿轮的几何尺寸计算 (36)
4.4.3 差速器齿轮的强度计算 (37)
4.4.4 差速器齿轮的材料 (39)
4.5 本章小结 (39)
第5章半轴及驱动桥桥壳的设计 (40)
5.1概述 (40)
5.2半轴的设计与计算 (40)
5.2.1全浮式半轴的计算载荷的确定 (40)
5.2.2半轴杆部直径的初选 (42)
5.2.3 全浮式半轴强度计算 (42)
5.2.4 全浮式半轴花键强度计算 (43)
5.2.5 半轴材料与热处理 (44)
5.3桥壳的受力分析及强度计算 (44)
5.3.1桥壳的静弯曲应力计算 (45)
5.3.2在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度 (46)
5.3.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算 (46)
5.3.4汽车紧急制动时的桥壳强度计算 (48)
5.3.5汽车受最大侧向力时桥壳强度计算 (48)
5.4 本章小结 (51)
结论 (52)
参考文献 (53)
致谢 (54)
附录A (55)
附录B (58)
第1章绪论
1.1 选题背景目的及意义
根据中国轻型货车行业市场深度调研及中期发展预测报告表明：2008年中国轻型货车行业发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励轻型货车产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对轻型货车行业的关注越来越密切，这使得轻型货车行业的发展研究需求增大。2009-2012年是中国轻型货车行业发展的关键时期，也是我国从“十一五”迈向“十二五”的过渡期，在全球金融危机风暴大环境及国内严峻经济形势下，一系列新的政策将会陆续出台，对轻型货车行业的发展必将产生重大影响；一批国家重大工程项目陆续开工建设，对轻型货车行业需求市场必将产生极大的拉动作用。
作为汽车关键零部件之一的汽车驱动桥也得到相应的发展，各生产厂家在研发和生产过程中基本上形成了专业化、系列化、批量化的局面，汽车驱动桥是汽车的重要总成，承载着汽车车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。因此，设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，具有一定的实际意义[1]。1.2 国内外驱动桥研究状况
1、国内研究现状
我国驱动桥制造企业的开发模式主要由测绘、引进、自主开发三种组成。主要存在技术含量低，开发模式落后，技术创新力不够，计算机辅助设计应用少等问题。一些企业技术力量相对要好些的企业，测绘的是从国外引进的原装桥，并且这些企业一般具有较为完善的开发体系和流程，也具有较完善的试验手段，但是开发过程属于对国外的仿制，对其逆向研究后结合自我情况生产。
总之，我国汽车驱动桥的研究设计与世界先进驱动桥设计技术还有一定的差距，我国车桥制造业虽然有一些成果，但都是在引进国外技术、纺制、再加上自己改进的基础上了取得的。个别比较有实力的企业，虽有自己独立的研发机构但都处于发展的初期。在科技迅速发展的推动下，高新技术在汽车领域的应用和推广，各种国外汽车
新技术的引进，研究团队自身研发能力的提高，我国的驱动桥设计和制造会逐渐发展起来，并跟上世界先进的汽车零部件设计制造技术水平。
2、国外研究现状
国外轻型货车驱动桥开发技术已经非常的成熟，建立新的驱动桥开发模式成为国内外驱动桥开发团体的新目标。驱动桥设计新方法的应用使得其开发周期缩短，成本降低，可靠性增加。国外的最新开发模式和驱动桥新技术包括：
(1)并行工程开发模式
并行工程开发模式是对在一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计方法，能够缩短新产品的设计时间、降低成本、提升质量、提高市场竞争力,以DANA为代表的意大利企业多已采用了该类设计方法, 优点是: 减少设计及工装制造的投入, 减少了零件种类, 提高规模生产程度, 降低制造费用, 提高市场响应速度等。
(2)模态分析
模态分析是对工程结构进行振动分析研究的最先进的现代方法与手段之一。它可以定义为对结构动态特性的解析分析(有限元分析)和实验分析(实验模态分析)，其结构动态特性用模态参数来表征。模态分析技术的特点与优点是在对系统做动力学分析时，用模态坐标代替物理学坐标，从而可大大压缩系统分析的自由度数目，分析精度较高。驱动桥的振动特性不但直接影响其本身的强度，而且对整车的舒适性和平顺性有着至关重要的影响。因此，对驱动桥进行模态分析，掌握和改善其振动特性，是设计中的重要方面。
(3)驱动桥壳的有限元分析方法
有限元法不需要对所分析的结构进行严格的简化，既可以考虑各种计算要求和条件，也可以计算各种工况，而且计算精度高。有限元法将具有无限个自由度的连续体离散为有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的问题。只要确定了单元的力学特性，就可以按照结构分析的方法求解，使分析过程大为简化，配以计算机就可以解决许多解析法无法解决的复杂工程问题。目前，有限元法己经成为求解数学、物理、力学以及工程问题的一种有效的数值方法，也为驱动桥壳设计提供了强有力的工具。
(4)高性能制动器技术
在发达国家驱动桥产品中, 已出现了自循环冷却功能的湿式制动器桥、带散热风送的盘式制动器桥、适于ABS的蹄、鼓式和盘式制动器桥、带自动补偿间隙的盘式制动器等配置高性能制动器桥, 同时制动器的布置位置也出现了从桥臂处分别向桥包总成和轮边端部转移的趋势。前种处理方式易于散热, 后种处理方式为了降低成本, 甚至