第一章驱动桥结构方案分析
由于要求设计的是货车的后驱动桥，一般选用非断开式结构以与非独立悬架相适应，该种形式的驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮的刚性空心梁，一般是铸造或钢板冲压而成，主减速器，差速器和半轴等所有传动件都装在其中，此时驱动桥，驱动车轮都属于簧下质量。
驱动桥的结构形式有多种，基本形式有三种如下：
1)中央单级减速驱动桥。此是驱动桥结构中最为简单的一种，是驱动桥的基本形式，在载重汽车中占主导地位。一般在主传动比小于6的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。目前的中央单级减速器趋于采用双曲线螺旋伞齿轮，主动小齿轮采用骑马式支承，有差速锁装置供选用。
2)中央双级驱动桥。在国内目前的市场上，中央双级驱动桥主要有2种类型：一类如伊顿系列产品，事先就在单级减速器中预留好空间，当要求增大牵引力与速比时，可装入圆柱行星齿轮减速机构，将原中央单级改成中央双级驱动桥，这种改制“三化”（即系列化，通用化，标准化）程度高，桥壳、主减速器等均可通用，锥齿轮直径不变；另一类如洛克威尔系列产品，当要增大牵引力与速比时，需要改制第一级伞齿轮后，再装入第二级圆柱直齿轮或斜齿轮，变成要求的中央双级驱动桥，这时桥壳可通用，主减速器不通用，锥齿轮有2个规格。
由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时，作为系列产品而派生出来的一种型号，它们很难变型为前驱动桥，使用受到一定限制；因此，综合来说，双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。
3)中央单级、轮边减速驱动桥。轮边减速驱动桥较为广泛地用于油田、建筑工地、矿山等非公路车与军用车上。当前轮边减速桥可分为2类：一类为圆锥行星齿轮式轮边减速桥；另一类为圆柱行星齿轮式轮边减速驱动桥。
①圆锥行星齿轮式轮边减速桥。由圆锥行星齿轮式传动构成的轮边减速器，轮边减速比为固定值2，它一般均与中央单级桥组成为一系列。在该系列中，中央单级桥仍具有独立性，可单独使用，需要增大桥的输出转矩，使牵引力增大或速比增大时，可不改变中央主减速器而在两轴端加上圆锥行星齿轮式减速器即可变成双级桥。这类桥与中央双级减速桥的区别在于：降低半轴传递的转矩，把增大的转矩直接增加到两轴端的轮边
减速器上，其“三化”程度较高。但这类桥因轮边减速比为固定值2，因此，中央主减速器的尺寸仍较大，一般用于公路、非公路军用车。
②圆柱行星齿轮式轮边减速桥。单排、齿圈固定式圆柱行星齿轮减速桥，一般减速比在3至4.2之间。由于轮边减速比大，因此，中央主减速器的速比一般均小于3，这样大锥齿轮就可取较小的直径，以保证货车对离地问隙的要求。这类桥比单级减速器的质量大，价格也要贵些，而且轮穀内具有齿轮传动，长时间在公路上行驶会产生大量的热量而引起过热；因此，作为公路车用驱动桥，它不如中央单级减速桥。
况且由于随着我国公路条件的改善和物流业对车辆性能要求的变化，货车驱动桥技术已呈现出向单级化发展的趋势，主要是单级驱动桥还有以下几点优点：
(1) 单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺简单，成本较低，是驱动桥的基本类型，在货车上占有重要地位；
(2) 货车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比向小速比发展；
(3) 随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，货车使用条件对汽车通过性的要求降低。因此，货车不必像过去一样，采用复杂的结构提高通过性；
单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看，重型车产品在主减速比小于6的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。
所以此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。图1-1Meritor单后驱动桥为中国重汽引进的美国ROCKWELL公司13吨级单级减速桥的外形图。
图1-1 Meritor（美驰）单后驱动桥
第二章主减速器设计
2.1 主减速器的结构形式
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。
2.1.1 主减速器的齿轮类型
因螺旋锥齿轮能承受较大的负荷，加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另一端，因此其工作平稳，即使在高速运转时，噪声和振动也很小。主减速器的齿轮选用螺旋锥齿轮传动形式。
2.1.2 主减速器的减速形式
由于i=5.833＜6，一般采用单级主减速器，单级减速驱动桥产品的优势：单级减速驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺较简单，成本较低，是驱动桥的基本型，在货车上占有重要地位；
目前货车发动机向低速大扭矩发展的趋势使得驱动桥的传动比向小速比发展；随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，许多货车使用条件对汽车通过性的要求降低，因此，货车产品不必像过去一样，采用复杂的结构提高其的通过性；与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性增加。
2.1.3 主减速器主，从动锥齿轮的支承形式
1）主动锥齿轮的支承
跨置式支承的支承刚度高于悬臂式。，由于齿轮大端一侧轴颈上的两个圆锥滚子轴承之间的距离很小，可以缩短主动锥齿轮轴的长度，使布置更紧凑，并可减小传动轴夹角，有利于整车布置，所以选用跨置式。
2）从动锥齿轮的支承
为了使从动锥齿轮背面的支承凸缘有足够的位置设置加强筋及增强支承的稳定性，从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承。
2.2 主减速器的基本参数选择与设计计算
2.2.1 主减速器计算载荷的确定
1. 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Ｔce
n K i T T T o TL e ce /max η???=
N ?
（2-1）
式中：TL i ——发动机至所计算的主减速器从动锥齿轮之间的传动系的最低挡传动比，在此取7.31*5.833=42.639；
m ax e T ——发动机的输出的最大转矩，在此取300m N ?；
T η——传动系上传动部分的传动效率，在此取0.9； n ——该汽车的驱动桥数目在此取1；
o K ——由于猛结合离合器而产生冲击载荷时的超载系数，对于一般的载货汽车，
矿用汽车和越野汽车以及液力传动及自动变速器的各类汽车取o K =1.0，当性能系数
p f >0
时可取o K =2.0；
??
???
??
???
??
?
?>
??=16T g
m 0.195 016T g
m 0.195 T g m 0.195-161001emax a emax
a emax a 当当p f （2-2）
a m ——汽车满载时的总质量在此取5500kg ；
所以 0.195300
105500??
=35.75>16
∴ p f =0,即o K =1.0
由以上各参数可求Tce
Tce =
1
9
.00.1639.42300???=11512.5m N ?
2. 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cs T
LB
LB
r
i r G T cs ?
=η
?/2 m N ? （2-3）
式中：2G ——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，在此取30000N;
?——轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用车，取?=0.85；
r r ——车轮的滚动半径，在此取0.483m ；
LB
η
，LB i ——分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动效率和传
动比，LB η取0.9，由于没有轮边减速器LB i 取1.0
所以LB LB r cs i r G T ?=η?/2=0
.19.0483
.085.030000???=13685m N ?
3. 按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cf T
对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续的转矩根据所谓的平均牵引力的值来确定：
()m N )(?+=
+??+P H R LB LB r T a cf f f f n
i r G G T η （2- 4）
式中：a G ——汽车满载时的总重量，在此取55000N ；
T G ——所牵引的挂车满载时总重量，N ，但仅用于牵引车的计算;
R f ——道路滚动阻力系数，对于载货汽车可取0.015~0.020；在此取0.018;
H
f ——汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取0.05~0.09在此取
0.07;
p f ——汽车的性能系数在此取
0；
LB
η
，LB i ，n ——见式（2-1），（2-3）下的说明。
所以 ()
)(P H R LB
LB r T a cf f f f n
i r G G T +=+?
?+η =
()007.0018.01
9.00.1483.055000++???=2597.5m
N ?
式（2-1）～式（2-4）参考《汽车设计实用手册》[1]式（4-6-12）～式（4-6-14）。
2.2.2 主减速器基本参数的选择
主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动齿轮的齿数1z 和2z ，从动锥齿轮大端分度圆直径2D 、端面模数t m 、主从动锥齿轮齿面宽1
b 和2
b 、中点螺旋角β、法向压力角α等。
1.主、从动锥齿轮齿数1z 和2z
选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素： 1）为了磨合均匀，1z ，2z 之间应避免有公约数。
2）为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40。
3）为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车1z 一般不小于6。 4）主传动比0i 较大时，1z 尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。 5）对于不同的主传动比，1z 和2z 应有适宜的搭配。
根据以上要求参考《汽车设计实用手册》[1]中表4-6-12 取1z =6，2z =35，
1z +2z =41〉40.
2.从动锥齿轮大端分度圆直径2D 和端面模数
t
m
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。
2
D 可根据经验公式初选，即
322c
D T K D = （2-5）
2D K ——直径系数，一般取13.0～16.0
Tc ——从动锥齿轮的计算转矩，m N ?，为Tce 和Tcs 中的较小者
所以 2D =（13.0～16.0）311512.5=（293.5～361.3）mm 初选2D =315mm 则t m =2D /2
z =315/35=9mm
根据t m =3c m T K 来校核s
m =9的选取是否合适，其中m K =（0.3～0.4）
此处，t m =（0.3～0.4）311512.5=（6.77～9.03），因此满足校核。
3. 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223.0A b ≤，而且2
b 应
满足t m b 102≤，对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采用：
22155.0D b ==0.155?315=48.825mm 在此取50mm 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 =55mm
4.中点螺旋角β
螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端螺旋角最小，弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，选β时应考虑它对齿面重合度ε，轮齿强度和轴向力大小的影响，β越大，则ε也越大，同时啮合的齿越多，传动越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高，ε应不小于1.25，在1.5～2.0时效果最好，但β过大，会导致轴向力增大。
汽车主减速器弧齿锥齿轮的平均螺旋角为35°～40°，而商用车选用较小的β值以防止轴向力过大，通常取35°。
5. 螺旋方向
主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受的轴向力的方向，当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离的趋势，防止轮齿因卡死而损坏。
所以主动锥齿轮选择为左旋，从锥顶看为顺时针运动，这样从动锥齿轮为右旋，从锥顶看为逆时针，驱动汽车前进。
6. 法向压力角
加大压力角可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重叠系数下降，一般对于“格里森”制主减速器螺旋锥齿轮来说，规定载货汽车可选用20°的压力角。
2.2.3 主减速器圆弧锥齿轮的几何尺寸计算
表2-1 主减速器圆弧锥齿轮的几何尺寸计算用表
序 号
项 目 计 算 公 式
计 算 结 果 1 主动齿轮齿数 1z
6 2 从动齿轮齿数 2z
35 3 端面模数 m
9mm
4 齿面宽 b
1b =55mm 2b =50mm 5 齿工作高 m H h g ?=1 g h =13.5mm
6 齿全高 m H h ?=2
h =15.0mm
7 法向压力角 α α=20° 8
轴交角
∑
∑=90°
9 节圆直径 d =m z
=1d 54mm
2d =315mm
10 节锥角
=1γarctan
2
1z z
2γ=90°-1γ
1γ=14°
2γ=76°
11 节锥距 A 0=
1
1sin 2γd =
2
2
sin 2γ
d
A 0=159.79mm 12
周节
t=3.1416 m
t=28.2744mm
13 齿顶高
;2'
1h h h g -=
m K h a ='
2
'
1h =11.565mm '2h =1.935mm
14 齿根高
;'
1''1h h h -=
''1h =3.435mm
'2''2h h h -= '
'2h =13.065mm
15 径向间隙
g h h c -=
c=1.5mm 16
齿根角
0'
'1
1arctan
A h =δ0
'
'2
2arctan
A h =δ
1δ=1.231°
2δ=4.674°
17
面锥角
211δγγ+=a
122δγγ+=a
1a γ=14.402°
2a γ=81.503°
18
根锥角
111δγγ-=R
222δγγ-=R
1
R γ
=8.497°
2R γ=75.598°
19 齿顶圆直径
1'
1101cos 2γh d d +=
2'
2202cos 2γh d d += 01d =76.797
02d =315.65
20 节锥顶点止齿轮外缘距离
1'
1201sin 2γh d x -=
2'
2102sin 2
γh d x -=
01x =155.546° 02x =25.093°
21 理论弧齿厚
21s t s -= m S s k =2
1s =20.71mm 2s =7.56mm
22 齿侧间隙 B=0.305～0.406
0.4mm 23
螺旋角
β
β=35°
2.2.4 主减速器圆弧锥齿轮的强度计算
在完成主减速器齿轮的几何计算之后，应对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。
1）齿轮的损坏形式及寿命
齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。它们的主要特点及影响因素分述如下：
（1）轮齿折断
主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开始，因为齿根处齿轮的弯曲应力最大。
疲劳折断：在长时间较大的交变载荷作用下，齿轮根部经受交变的弯曲应力。如果最高应力点的应力超过材料的耐久极限，则首先在齿根处产生初始的裂纹。随着载荷循环次数的增加，裂纹不断扩大，最后导致轮齿部分地或整个地断掉。在开始出现裂纹处和突然断掉前存在裂纹处，在载荷作用下由于裂纹断面间的相互摩擦，形成了一个光亮的端面区域，这是疲劳折断的特征，其余断面由于是突然形成的故为粗糙的新断面。
过载折断：由于设计不当或齿轮的材料及热处理不符合要求，或由于偶然性的峰值载荷的冲击，使载荷超过了齿轮弯曲强度所允许的范围，而引起轮齿的一次性突然折断。此外，由于装配的齿侧间隙调节不当、安装刚度不足、安装位置不对等原因，使轮齿表面接触区位置偏向一端，轮齿受到局部集中载荷时，往往会使一端（经常是大端）沿斜向产生齿端折断。各种形式的过载折断的断面均为粗糙的新断面。
为了防止轮齿折断，应使其具有足够的弯曲强度，并选择适当的模数、压力角、齿高及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等。齿根圆角尽可能加大，根部及齿面要光洁。
（2）齿面的点蚀及剥落
齿面的疲劳点蚀及剥落是齿轮的主要破坏形式之一，约占损坏报废齿轮的70%以上。它主要由于表面接触强度不足而引起的。
点蚀：是轮齿表面多次高压接触而引起的表面疲劳的结果。由于接触区产生很大的表面接触应力，常常在节点附近，特别在小齿轮节圆以下的齿根区域内开始，形成极小的齿面裂纹进而发展成浅凹坑，形成这种凹坑或麻点的现象就称为点蚀。一般首先产生在几个齿上。在齿轮继续工作时，则扩大凹坑的尺寸及数目，甚至会逐渐使齿面成块剥落，引起噪音和较大的动载荷。在最后阶段轮齿迅速损坏或折断。减小齿面压力和提高润滑效果是提高抗点蚀的有效方法，为此可增大节圆直径及增大螺旋角，使齿面的曲率
半径增大，减小其接触应力。在允许的范围内适当加大齿面宽也是一种办法。
齿面剥落：发生在渗碳等表面淬硬的齿面上，形成沿齿面宽方向分布的较点蚀更深的凹坑。凹坑壁从齿表面陡直地陷下。造成齿面剥落的主要原因是表面层强度不够。例如渗碳齿轮表面层太薄、心部硬度不够等都会引起齿面剥落。当渗碳齿轮热处理不当使渗碳层中含碳浓度的梯度太陡时，则一部分渗碳层齿面形成的硬皮也将从齿轮心部剥落下来。
（3）齿面胶合
在高压和高速滑摩引起的局部高温的共同作用下，或润滑冷却不良、油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时，因高温、高压而将金属粘结在一起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。它多出现在齿顶附近，在与节锥齿线的垂直方向产生撕裂或擦伤痕迹。轮齿的胶合强度是按齿面接触点的临界温度而定，减小胶合现象的方法是改善润滑条件等。
（4）齿面磨损
这是轮齿齿面间相互滑动、研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒、装配中带入的杂物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不洁物所造成的不正常磨损，应予避免。汽车主减速器及差速器齿轮在新车跑合期及长期使用中按规定里程更换规定的润滑油并进行清洗是防止不正常磨损的有效方法。
汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为20万千米或以上时，其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。因此，驱动桥齿轮的许用弯曲应力不超过210.9N／mm2.表2-2给出了汽车驱动桥齿轮的许用应力数值。
表2-2 汽车驱动桥齿轮的许用应力N／mm2
计算载荷
主减速器齿轮的
许用弯曲应力主减速器齿轮的
许用接触应力
差速器齿轮的
许用弯曲应力
按式（2-1）、式（2-3）计算出的最大计700 2800 980
算转矩Tce ，Tcs 中的较小者 按式（2-4）计算出的平均计算转矩Tcf
210.9
1750
210.9
实践表明，主减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷（即平均计算转矩）有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩Tec 和最大附着转矩Tcs 并不是使用中的持续载荷，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据。
2） 主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算
（1） 单位齿长上的圆周力
在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算，即
2
b P p =
N ／mm (2-6)
式中：P ——作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩max e T 和最大附着力矩r r G ?2 两种载荷工况进行计算，N ；
2b ——从动齿轮的齿面宽，在此取50mm.
按发动机最大转矩计算时： 2
13
max 210
b d i T p g e ?=
N ／mm （2-7）
式中：m ax e T ——发动机输出的最大转矩，在此取300m N ?；
g i ——变速器的传动比,在此取7.31； 1d ——主动齿轮节圆直径，在此取54mm.
按上式1624
50
25410
31.73003
=???=
p N ／mm
按最大附着力矩计算时： 2
23
2210
b d r G p r ?=
? N ／mm （2-8）
式中：2G ——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，对于后驱动桥还应考虑汽车最大加速时的负荷增加量，在此取30000N ；
?——轮胎与地面的附着系数，在此取0.85：
r
r ——轮胎的滚动半径，在此取0.483m
按上式1564
50
231510
483.085.0300003
=????=
p N ／mm
在现代汽车的设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力有时提高许用数据的20%～25%。经验算以上两数据都在许用范围内。其中上述两种方法计算用的许用单位齿长上的圆周力[p]都为1786.25N/mm 2。
（2）轮齿的弯曲强度计算
汽车主减速器锥齿轮的齿根弯曲应力为 J
m z b K K K K T v m
s ?????????=
2
03
102σ N/2mm （2～9）
式中：T ——该齿轮的计算转矩，N ·m;
0K ——超载系数；在此取1.0
s K ——尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，
当ｍ6.1≥时，4
4
.25m K s =
，在此4
4
.259=
s K ＝0.772
m K ——载荷分配系数，当两个齿轮均用跨置式支承型式时，m K ＝1.00～1.1;
当一个齿轮用跨置式支承型式取1.10～1.25。支承刚度大时取小值。
v K ——质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向
跳动精度高时，可取1.0;
b ——计算齿轮的齿面宽，mm;
z
——计算齿轮的齿数；
m ——端面模数，mm;
J ——计算弯曲应力的综合系数（或几何系数），它综合考虑了齿形系数。
载荷作用点的位置、载荷在齿间的分布、有效齿面宽、应力集中系数及惯性系数等对弯曲应力计算的影响。计算弯曲应力时本应采用轮齿中点圆周力与中点端面模数，今
用大端模数，而在综合系数中进行修正。按《汽车设计》图9-62选取小齿轮的J ＝0.285，大齿轮J ＝0.235.
按上式0.285
9833.59.0655105.1772.0111512.51022
3
2???????????=
σ＝466.7N/2mm < 700N/2mm
235
.093550105
.1772.015.115121022
3
2?????????=
σ=560.1 N/2mm <700N/2mm
所以主减速器齿轮满足弯曲强度要求。
（3）轮齿的表面接触强度计算 锥齿轮的齿面接触应力为
bJ
K K K K TK d C v f m s p j 3
01
10
2?=
σ N/2mm (2-10)
式中：T ——主动齿轮的计算转矩；
p C ——材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取232.621
N /mm;
0K ，v K ，m K ——见式(2-9)下的说明；
s K ——尺寸系数，它考虑了齿轮的尺寸对其淬透性的影响，在缺乏经验的情况下，
可取1.0；
f K ——表面质量系数，决定于齿面最后加工的性质（如铣齿，磨齿等），即表面粗
糙度及表面覆盖层的性质（如镀铜，磷化处理等）。一般情况下，对于制造精确的齿轮可取1.0
J ——计算接触应力的综合系数（或称几何系数）
。它综合考虑了啮合齿面的相对曲率半径、载荷作用的位置、轮齿间的载荷分配系数、有效尺宽及惯性系数的因素的影响，按《汽车设计》图9-65选取J =0.12.
按上式9
.0833.5612.050110
105.1772.0111512.5254
6.2323
???????????=
j σ=1353.6〈1750 N/2mm
主、从动齿轮的齿面接触应力相等。所以均满足要求。
2.2.5 主减速器齿轮的材料及热处理
驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系的其它齿轮相比，具有载荷大，作用时间长，载荷变化多，带冲击等特点。其损坏形式主要有齿轮根部弯曲折断、齿面
疲劳点蚀（剥落）、磨损和擦伤等。根据这些情况，对于驱动桥齿轮的材料及热处理应有以下要求：
①具有较高的疲劳弯曲强度和表面接触疲劳强度，以及较好的齿面耐磨性，故齿表面应有高的硬度；
②轮齿心部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下轮齿根部折断；
③钢材的锻造、切削与热处理等加工性能良好，热处理变形小或变形规律易于控制，以提高产品的质量、缩短制造时间、减少生产成本并将低废品率；
④选择齿轮材料的合金元素时要适合我国的情况。
汽车主减速器用的螺旋锥齿轮以及差速器用的直齿锥齿轮，目前都是用渗碳合金钢制造。在此，齿轮所采用的钢为20CrMnTi
用渗碳合金钢制造的齿轮，经过渗碳、淬火、回火后，轮齿表面硬度应达到58～64HRC，而心部硬度较低，当端面模数m〉8时为29～45HRC。
由于新齿轮接触和润滑不良，为了防止在运行初期产生胶合、咬死或擦伤，防止早期的磨损，圆锥齿轮的传动副（或仅仅大齿轮）在热处理及经加工（如磨齿或配对研磨）后均予与厚度0.005～0.010～0.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面不应用于补偿零件的公差尺寸，也不能代替润滑。
对齿面进行喷丸处理有可能提高寿命达25％。对于滑动速度高的齿轮，为了提高其耐磨性，可以进行渗硫处理。渗硫处理时温度低，故不引起齿轮变形。渗硫后摩擦系数可以显著降低，故即使润滑条件较差，也会防止齿轮咬死、胶合和擦伤等现象产生。
2.2.6 主减速器轴承的计算
1．锥齿轮齿面上的作用力
锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切向方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。
为计算作用在齿轮的圆周力，首先需要确定计算转矩。汽车在行驶过程中，由于变速器挡位的改变，且发动机也不全处于最大转矩状态，故主减速器齿轮的工作转矩处于经常变化中。实践表明，轴承的主要损坏形式为疲劳损伤，所以应按输入的当量转矩d T 进行计算。作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩可按下式计算：
3
1
333333222311
1max 1001001001001001
??
???????
???????????? ??
++??? ??+??? ??+??? ??=TR gR iR T g i T g i T g i e d f i f f i f f i f f i f T T (2-11)
式中：m ax e T ——发动机最大转矩，在此取300N ·m ；
1i f ，2i f …iR
f ——变速器在各挡的使用率，可参考表2-3选取；
1g i ，2g i …gR i ——变速器各挡的传动比；
1T f ，2T f …TR
f ——变速器在各挡时的发动机的利用率，可参考表2-3选取；
表2-3 i f 及T f
的参考值
经计算d T 为318.6Ｎ·ｍ
对于圆锥齿轮的齿面中点的分度圆直径
2
22sin γ
b d d m -=
2
121z z d d m
m =
经计算m d 1＝45.55mm m d 2=265.7mm 式（2-11）参考《汽车设计实用手册》[1]。
（1）齿宽中点处的圆周力
齿宽中点处的圆周力为
F ＝
m
d T 2 N (2-12)
式中：T ——作用在该齿轮上的转矩，作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩见
式(2-11);
m d ——该齿轮的齿面宽中点处的分度圆直径.
按上式主减速器主动锥齿轮齿宽中点处的圆周力 F =45.55
318.62?=13.99KN
（2）锥齿轮的轴向力和径向力
图2-3 主动锥齿轮齿面的受力图
如图2-3，主动锥齿轮螺旋方向为左旋，从锥顶看旋转方向为顺时针，F T 为作用在节锥面上的齿面宽中点A 处的法向力，在A 点处的螺旋方向的法平面内，F T 分解成两个相互垂直的力F N 和f F ，F N 垂直于OA 且位于∠OO ′A 所在的平面，f F 位于以OA 为切
线的节锥切平面内。
f F 在此平面内又可分为沿切线方向的圆周力F 和沿节圆母线方向的力Fs 。F 与f F 之间的夹角为螺旋角β，F T 与f F 之间的夹角为法向压力角α，这样就有：
βαcos cos T F F = （2-13） βααcos /tan sin F F F T N == （2-14） ββαtan sin cos F F F T S == （2-15） 于是，作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力A 和径向力R 分别为 ()1
1
1cos sin sin tan cos γ
βγ
α
β
+=
F F az （2-16）
()1
1
1sin sin cos tan cos γ
βγ
α
β
-=
F F Rz （2-17）
作用在从动锥齿轮齿面上的轴向力A 和径向力R 分别为 ()2
2
2cos sin sin tan cos γ
βγ
αβ-=
F F az （2-18）
()2
2
2sin sin cos tan cos γ
βγ
α
β
+=
F F Rz （2-19）
由式（2-16）可计算()=??-???=
?
728.9cos 35sin 728.9sin 20tan
35
cos 1013.993
1az F 10712N
由式（2-17）可计算1Rz F ()??-???
?=
728.9sin 35sin 728.9cos 20tan 35cos 1013.993
=4474N
由式（2-18）可计算()=??-???=
?
80.272cos 35sin 80.272sin 20tan
35
cos 1013.993
2az F =4474N
由式（2-19）可计算2Rz F ()??+???
?=272.80sin 35sin 272.80cos 20tan 35cos 1013.993
=10712N
式（2-12）～式（2-19）参考《汽车设计》[3]。
2.主减速器轴承载荷的计算
轴承的轴向载荷就是上述的齿轮的轴向力。但如果采用圆锥滚子轴承作支承时，还应考虑径向力所应起的派生轴向力的影响。而轴承的径向载荷则是上述齿轮的径向力，圆周力及轴向力这三者所引起的轴承径向支承反力的向量和。当主减速器的齿轮尺寸，支承形式和轴承位置已确定，则可计算出轴承的径向载荷。
对于采用跨置式的主动锥齿轮和从动锥齿轮的轴承径向载荷，如图2-4所示
图2-4 主减速器轴承的布置尺寸
轴承A ，B 的径向载荷分别为
R A =
()()
2
25.01m aZ RZ d F b F b F a ?-?+? （2-18）
()()2
2
5.01m aZ RZ B d F c F c F
a
R ?+?+?=
（2-19）
根据上式,已知1az F =10712N ，1Rz F =4474N ，a=134mm ，b=84mm ，c=50mm 所以轴承A 的径向力A R =
()()
2
2
55.45107125.08444748413989134
1??-?+?
=9914N
其轴向力为0 轴承B 的径向力R B =()()2245.55
107125.05044745013989134
1??+?+?
=6279N 其轴向力为a F =1az F =10712N
已知2az F =4474N ，2Rz F =10712N ，a=410mm ，b=160mm.c=250mm 所以轴承C 的径向力c R =
()()22265.744745.016010712160
13989
4101??-?+?
=6104.0N 其轴向力为a F =2az F =4474N 轴承D 的径向力D R =
()
2
2
7.26544745.025010712)25013989(410
1??+?+?
=11681.8N
其轴向力为0
（1）对于轴承A ，只承受径向载荷所以采用圆柱滚子轴承N213E ，此轴承的额定动
载荷Cr 为102KN ，所承受的当量动载荷Q=X ·R A =1×9914=9914N 。
所以有公式 6
10??
??
?
??=ε
Q f Cr f L p t s (2-20) 式中:t f ——为温度系数，在此取1.0;
p f ——为载荷系数，在此取
1.2。 所以L =6
3
10
3
10
9914
2.110
1021????
? ?
????=1.289×910s
此外对于无轮边减速器的驱动桥来说，主减速器的从动锥齿轮轴承的计算转速2n 为 r
am
r v n 66.22=
r/min (2-21)
式中：r r ——轮胎的滚动半径，m
am v ——汽车的平均行驶速度，km/h;对于载货汽车和公共汽车可取30～35 km/h ，
在此取32.5 km/h 。
所以有上式可得2n =
483
.05.3266.2?=178.99 r/min
而主动锥齿轮的计算转速1n =178.99×5.833=1044.02 r/min 所以轴承能工作的额定轴承寿命： n
L L h 60=
h h L (2-22)
式中: n ——轴承的计算转速，r/min 。
由上式可得轴承A 的使用寿命02
.10446010
1.2899
??=
h L =20578 h
若大修里程S 定为100000公里，可计算出预期寿命即
h L '=
am
v S h
(2-23)
所以h L '=
5
.32100000=3076.9 h 和h L 比较，h L 〉h L '，故轴承符合使用要求。
（2）对于轴承B ，在此并不是一个轴承，而是一对轴承，对于成对安装的轴承组的计算当量载荷时径向动载荷系数X 和轴向动载荷系数Y 值按双列轴承选用，e 值与单列轴承相同。在此选用7514E 型轴承。
在此径向力R B =6279N 轴向力aZ F =10712N ，所以
R
A =1.71〈e 由《机械设计》[2]
摘要 汽车驱动桥是汽车的主要部件之一，其基本的功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，再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所要求的差速功能。汽车差速器位于驱动桥内部，为满足汽车转弯时内外侧车轮或两驱动桥直接以不同角度旋转，并传递扭矩的需求，在传递扭矩时应能够根据行驶的环境自动分配扭矩，提高了汽车通过性。其质量，性能的好坏直接影响整车的安全性，经济性、舒适性、可靠性。 随着汽车技术的成熟，轻型车的不断普及，人们根据差速器使用目的的不同，设计出多种类型差速器。与国外相比，我国的车用差速器开发设计不论在技术上，还是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是目前兴起的三维软件设计方面，缺乏独立开发与创新能力，这样就造成设计手段落后，新产品上市周期慢，材料品质和工艺加工水平也存在很多弱点。 本文认真地分析了国内外驱动桥中差速器设计的现状及发展趋势，在论述汽车驱动桥的基本原理和运行机理的基础上，提炼出了在差速器设计中应掌握的满足汽车行驶的平顺性和通过性、降噪技术的应用及零件的标准化、部件的通用化、产品的系列化等关键技术；阐述了汽车差速器的基本原理并进行了系统分析；根据经济、适用、舒适、安全可靠的设计原则和分析比较，确定了轻型车差速器总成及半轴的结构型式；轻型车差速器的结构设计强度计算运用了理论分析成果；最后运用CATIA软件对汽车差速器进行建模设计，提升了设计水平，缩短了开发周期，提高了产品质量，设计完全合理，达到了预期的目标。 关键词：驱动桥；差速器；半轴；结构设计；
Automobile driving axle is one of the main components of cars, its basic function is increased by the transmission shaft or directly by coming from torque, again will torque distribution to drive wheels, and make about driving wheel has about vehicle movement required differential function. Auto differential drive to meet internal, located in car wheel or when turning inside and outside two axles directly with different point of view, and transfer the rotating torque transmission torque in demand, according to the environment should be driving torque, improve the automatic assignment car through sex. Its quality, performance will have a direct impact on the security of the vehicle, economy, comfort and reliability. As car technology maturity, the increasing popularity of small, people of different purposes according to differential, the design gives a variety of types differential. Compared with foreign countries, China's automotive differential development design whether in technology, or in the cost control there are large gap, especially at present the rise of 3d software design, lack of independent development and innovation ability, thus causing design means backward, new products listed cycle slow, materials quality and craft processing level also has many weaknesses. This paper conscientiously analyzes the differential drive axle design at home and abroad in the present situation and development trend of automobile driven axle, this basic principle and operation mechanism, carry on the basis of the differential practiced a meet the design should be mastered in smooth and automobile driving through sexual, noise reduction technology application and parts of standardization, parts of generalization, serialization of products, and other key technology; Expounds the basic principle and automotive differential system analysis; According to economic, applicable, comfortable, safe and reliable design principles and analysis comparison, determine the small differential assembly and half shaft structure type; Small differential structure design strength calculation using theoretical analysis results; Finally using CATIA software modeling design of automotive differential, promoted design level, shorten the development cycle, improve the product quality, design completely reasonable, can achieve the desired goals. Key words：Differential mechanism；Differential gear；Planetary gear；Semiaxis；
摘要 驱动桥位于传动系末端，其基本功用是增矩、降速，承受作用于路面和车架或车身之间的作用力。它的性能好坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的需要时，必须搭配一个高效、可靠的驱动桥，所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已经成为未来载重汽车的发展方向。驱动桥设计应主要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。本设计根据给定的参数，按照传统设计方法并参考同类型车确定汽车总体参数，再确定主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构类型，最后进行参数设计并对主减速器主、从动齿轮、半轴齿轮和行星齿轮进行强度以及寿命的校核。驱动桥设计过程中基本保证结构合理，符合实际应用，总成及零部件的设计能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求，修理、保养方便，机件工艺性好，制造容易。 关键字：轻型货车；驱动桥；单级主减速器；差速器；半轴；桥壳
ABSTRACT Drive axle is at the end of the powertrain, and its basic function is increasing the torque and reducing the speed,bearing the force between the road and the frame or body.Its performance will have a direct impact on automobile performance .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed，heavy-loaded，high efficiency，high benefit today’ heavy truck，must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truck’ developing tendency. Drive axle should be designed to ensure the best dynamic and fuel economy on given condition. According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parametres in accordance with the traditional design methods and reference the same vehicle parameters, then identify the main reducer, differential, axle and axle housing structure type, finally design the parameters of the main gear,the driven gear of the final drive, axle gears and spiral bevel gear and check the strength and life of them. In design process of the drive axle,we should ensure a reasonable structure, practical applications, the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts, components and products’ univertiality and the serialization and change , convenience of repair and maintenance, good mechanical technology, being easy to manufacture. Keywords: Pickup truck; Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing
摘要 本次毕业设计主要是对安装在驱动桥的两个半轴之间的差速器进行设计，主要涉及到了差速器非标准零件如齿轮结构和标准零件的设计计算，同时也介绍了差速器的发展现状和差速器的种类，对于差速器的方案选择和工作原理也作出了简略的说明。在设计中参考了大量的文献，因此对差速器的结构和作用有了更透彻的了解，通过利用CATIA软件对差速器进行建模工作，也让我在学习方面得到了提高。 关键词：半轴，差速器，齿轮结构
目录 1.引言 (1) 1.1汽车差速器研究的背景及意义 (1) 1.2汽车差速器国内外研究现状 (1) 1.2.1国外差速器生产企业的研究现状 (1) 1.2.2我国差速器行业市场的发展以及研究现状 (2) 1.3汽车差速器的功用及其分类 (3) 1.4毕业设计初始数据的来源与依据 (4) 1.5本章小结 (5) 2.差速器的设计方案 (6) 2.1差速器的方案选择及结构分析 (6) 2.2差速器的工作原理 (7) 2.3本章小结 (9) 3.差速器非标准零件的设计 (10) 3.1对称式行星齿轮的设计计算 (10) 3.1.1对称式差速器齿轮参数的确定 (10) 3.1.2差速器齿轮的几何计算图表 (15) 3.1.3差速器齿轮的强度计算 (17) 3.1.4差速器齿轮材料的选择 (18) 3.1.5差速器齿轮的设计方案 (19) 3.2差速器行星齿轮轴的设计计算 (19) 3.2.1行星齿轮轴的分类及选用 (19) 3.2.2行星齿轮轴的尺寸设计 (20) 3.2.3行星齿轮轴材料的选择 (20) 3.3差速器垫圈的设计计算 (20) 3.3.1半轴齿轮平垫圈的尺寸设计 (21) 3.3.2行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 (21) 3.4本章小结 (21) 4.差速器标准零件的选用 (22)
第1章绪论 1.1 本课题的目的和意义 本课题是对江淮帅铃货车驱动桥的结构设计。通过此次毕业设计，训练学生的实际工作能力。掌握汽车零部件设计与生产技术是开发我国自主品牌汽车产品的重要基础，汽车驱动桥时传动系统的重要部件。设计汽车驱动桥，需要综合考虑多方面的因素。设计时需要综合运用所学的知识，熟悉实际设计过程，提高设计能力。驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及设计要求讲起，详细地分析了驱动桥总成的结构形式及布置方法；全面介绍了驱动桥车轮的传动装置和桥壳的各种结构形式与设计计算方法。 汽车驱动桥位于传动系的末端。其基本功用首先是增扭，降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理的分配给左右驱动车轮；其次，驱动桥还要承受作用于路面或车身之间的垂直力，纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器，差速器，车轮传动装置和桥壳组成。 对于重型载货汽车来说，要传递的转矩较乘用车和客车，以及轻型商用车都要大得多，以便能够以较低的成本运输较多的货物，所以选择功率较大的发动机，这就对传动系统有较高的要求，而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。汽车驱动桥是汽车的重大总成，承载着汽车的满载簧荷重及地面经车轮、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。汽车的经济性日益成为人们关心的话题，这
不仅仅只对乘用车，对于载货汽车，提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝，因为重型载货汽车所采用的发动机都是大功率，大转矩的，装载质量在四吨以上的载货汽车的发动机，最大功率在99KW,最大转矩也在350N·m 以上，百公里油耗是一般都在30升左右。为了降低油耗，不仅要在发动机的环节上节油，而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必须在发动机的动力输出之后，在从发动机—传动轴—驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过 程中的损失。驱动桥是将动力转化为能量的最终执行者。因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。所以设计新型的驱动桥成为新的课题。 目前我国正在大力发展汽车产业,采用后轮驱动汽车的平衡性和操作性都将会有很大的提高。后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所以在加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操作性能变好。维修费用低也是后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会有很大的差别。 1.2 驱动桥的分类 1.2.1 非断开式驱动桥 普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种家庭乘用车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大，这是它的一个缺点。 驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最
第一章绪论 汽车行驶时,左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往不等。例如，转弯时内、外两侧车轮行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎符合、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行程不等。如果驱动桥的左、右、车轮刚性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或滑转。这不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学的要求；在多桥驱动汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷，使传动系零件损坏、轮胎磨损和增加燃料消耗等。 差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。差速器按其结构特征不同，分为齿轮、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。 本次设计选择的是对称锥齿轮式差速器中的普通锥齿轮式差速器。
第二章 普通锥齿轮差速器基本原理 普通锥齿轮差速器由于结构简单、工作平稳可靠，一直广泛用于一般使用条件下的汽车驱动桥中。图2-1为其示意图，图中ω0为差速器壳的角速度； ω1、ω2分别为左、右两半轴的角速 度；To 为差速器壳接受的转矩；T r 为 差速器的内摩擦力矩；T 1、T 2分别为左、右两半轴对差速器的 反转矩。 图2-1 普通锥齿轮式差速器示意图 根据运动分析可得 ω1+ω2＝2ω0 (2 - 1) 显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。 根据力矩平衡可得 T0 T2T1T0T1-T2{ =+= (2 - 2) 差速器性能常以锁紧系数k 是来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确定 K=r T /0T (2 - 3) 结合式(5—24)可得 k ) -0.5T0(1T1k ) 0.5T0(1T2{ =+= (2 - 4) 定义快慢转半轴的转矩比kb=T2/T1,则kb 与k 之间有
商用车驱动桥设计 摘要 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。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、重载的高效率的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。本文参照传统驱动桥的设计参数；然后参考类似驱动桥的结构，确定出总体设计方案；最后对主，从动锥齿轮，差速器圆锥行星齿轮，半轴齿轮，全浮式半轴和整体式桥壳的强度进行校核以及对支撑轴承进行了寿命校核。本文还是采用传统的锥齿轮作为商用车的主减速器。 关键词：商用车，驱动桥，主减速器，螺旋锥齿轮
THE DESIGNING OF BUSINESS AUTOMOBILE REAR DRIVE AXLES ABSTRACT Drive axle is one of automobile four important assemblies. Its performance directly influence on the entire automobile, especially for the heavy truck. When using the big power engine with the big driving torque to satisfy the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit. Today heavy truck must exploit the high driven efficiency single reduction final drive axle. Becoming the heavy traditional designing method of the drive axle: first, make up the main parts structure and the key designing parameters; then reference to the similar driving axle structure, decide the entire designing project; finally check the strength of the axle drive bevel pinion, bevel gear wheel, the differential planetary pinion, differential side gear, full-floating axle shaft and the banjo axle housing, and the life expection of carrier bearing. The designing takes spiral bevel gear as the gear type of business automobile’ final drive. KEY WORDS: business automobile, drive axle, final drive , spiral bevel gear
本科学生毕业设计 CA1040轻型货车驱动桥设计 学院名称：汽车与交通工程学院 专业班级：车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职称：实验师
摘要 驱动桥位于传动系末端，其基本功用是增矩、降速，承受作用于路面和车架或车身之间的作用力。它的性能好坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要。轻型货车在商用货运汽车生产中占有很大的比重，为满足目前当前载货汽车的高速度、高效率、高效益的需要，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。因此设计出结构简单、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，推动汽车经济的发展，并且通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能，所以本课题设计一款结构优良的轻型货车驱动桥具有一定的实际意义。 驱动桥设计应主要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。本设计根据给定的参数，按照传统设计方法并参考同类型车确定汽车总体参数，再确定主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构类型，最后进行参数设计并对主减速器主、从动齿轮、半轴齿轮和行星齿轮进行强度以及寿命的校核。驱动桥设计过程中基本保证结构合理，符合实际应用，总成及零部件的设计能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求，修理、保养方便，机件工艺性好，制造容易。 关键词：驱动桥；单级主减速器；差速器；半轴；桥壳
ABSTRACT Drive axle is at the end of the power train, and its basic function is increasing the torque and reducing the speed, bearing the force between the road and the frame or body. Its performance will have a direct impact on automobile performance .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed，heavy-loaded，high efficiency，high benefit today’ heavy truck，must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truck’ developing tendency. 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, and promote the economic development of automobile and automotive drive axle of the study and design practice, can better learn and to master modern automotive design and mechanical design of a comprehensive knowledge and skills, so the title of the fine structure of the design of a pickup vehicle drive axle has a certain practical significance. According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parameters in accordance with the traditional design methods and reference the same vehicle parameters, then identify the main reducer, differential, axle and axle housing structure type, finally design the parameters of the main gear, the driven gear of the final drive, axle gears and spiral bevel gear and check the strength and life of them. In design process of the drive axle, we should ensure a reasonable structure, practical applications, the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts, components and products’ universality and the serialization and change , convenience of repair and maintenance, good mechanical technology, being easy to manufacture. Key words: Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing
差速器设计 在车辆行驶过程中，会碰到多种情形的车况，导致左右车轮的行走的里程不同，即左右车轮会以不同的速度行驶，即会有左右车轮的转速不同。例如： （1）汽车在进行转弯时，外侧的车轮要经过更多的路程，速度要比内侧车轮速度大； （2）当车辆上的货物装的左右不均匀时，两侧车轮也会产生速度差； （3）当两侧车轮的气压不相等时，会导致车轮外径大小不同，导致速度差； （4）当一侧车轮碰到有阻碍，另一侧没有阻碍或是两侧车轮都碰到阻碍，但阻碍的情况不同时，也会有速度差； （5）当两侧车轮的磨损状况不同时，也会导致车轮大小不同，或者是受到的摩檫力矩大小不同，产生速度差； 所以从上述列出的几种情况中可以得出这样一个结论，即使是在直线道路上行驶，左右车轮也会不可避免地出现速度差。如果此时两侧车轮是由一根驱动轴驱动，那么传给两侧车轮的转速一样，那么无论是在什么路况下行驶，必然会发生车轮的滑移或者滑转现象。在这种情况下，轮胎的损耗将比正常情况下的损耗剧烈，同时也使得发动机的功率得不到充分的发挥。另一方面也会使得车辆不能按照预订的要求行驶，可能造成危险。为了使车轮相对地面的滑磨尽量减少，因此在驱动桥中安装有差速器，并通过两侧半轴驱动车轮，使得两侧的车轮可以以不同的速度行驶，使车轮接近纯滚动。 差速器按结构可分为齿轮式、凸轮式、涡轮式和牙嵌式等多种型式。在一般用途的汽车上，差速器常选择对称锥齿轮式差速器。它的特点是，左右两个半轴齿轮大小相同，然后将转矩分配给左右两个驱动轮。因此此次设计选用对称式锥齿轮式差速器。 差速器结构： P147图 差速器壳由左右两半组成，用螺栓固定在一起整个壳体的两端以锥形滚柱轴承支承在主传动壳体的支座内，上面用螺钉固定着轴承盖。两轴承的外端装有调整圈，用以调整轴承的紧度。并能配合主动齿轮轴轴承壳与壳体之间的调整垫片，调整主动，从动锥齿轮的啮合间隙和啮合印痕。为了防止松动，在调整圈外缘齿间装有锁片，锁片用螺钉固定在轴承盖上。 十字轴的4个轴颈分别装在差速器壳的轴孔内，其中心线与差速器的分界面重合。从动齿轮固定在差速器壳体上，当从动齿轮转动时，便带动差速器壳体和十字轴一起转动。 4个行星齿轮分别活动地装在十字轴轴颈上，两个半轴齿轮分别装在十字轴的左右两侧，与4个行星齿轮常啮合，半轴齿轮的延长套内表面制有花键，与半轴内端部用花键连接，这样就把十字轴传来的动力经4个行星齿轮和2个半轴齿轮分别传给两个半轴。行星齿轮背面做成球面，以保证更好地使半轴齿轮正确啮和以及定中心。 行星齿轮和半轴齿轮在转动时，其背面和差速器壳体会造成相互磨损，为减少磨损，在它们之间要装有止推垫片，那么就可用垫片的磨损来减少差速器和半轴的磨损，当磨损到一定程度时，只需更换垫片即可，这样既延长了主要零件的使用寿命，又便于维修。另外，差速器工作时，齿轮又和各轴颈及支座之间有相对的转动，为保证它们之间的润滑，在十字轴上铣有平面，并在齿轮的齿间钻有小孔，供润滑油循环进行润滑。在差速器壳上还制有窗孔，以确保壳中的润滑油能进出差速器。 差速器工作原理 P148
YC1090货车驱动桥的设计 汽车设计课程设计说明 书 题目：汽车驱动桥的设计 姓名：张华生 学号：2009094643020 专业名称：车辆工程 指导教师：伍强 日期：2011.11.28-2011.12.04
盐城工学院本科生毕业设计说明书2007 一主减速器设计 主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。对发动机纵置的汽车，其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力。 驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求： a）所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。 b）外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。 c）在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。 d）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。 e）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。 3.1 主减速器结构方案分析 主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不同而不同。 3.1.1 螺旋锥齿轮传动 图3-1螺旋锥齿轮传动 按齿轮副结构型式分，主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动（又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动）和蜗杆蜗轮式传动等形式。 在发动机横置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮；在发动机纵置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动。 为了减少驱动桥的外轮廓尺寸，主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮而采用螺旋锥齿轮。因为螺旋锥齿轮不发生根切（齿轮加工中产生轮齿根部切薄现象，致使齿
汽车设计课程设计说明书 题目：BJ130驱动桥部分设计验算与校核 姓名： 学号： 专业名称：车辆工程 指导教师： 目录 一、课程设计任务书 (1) 二、总体结构设计 (2) 三、主减速器部分设计 (2) 1、主减速器齿轮计算载荷的确定 (2) 2、锥齿轮主要参数选择 (4) 3、主减速器强度计算 (5) 四、差速器部分设计 (6) 1、差速器主参数选择 (6) 2、差速器齿轮强度计算 (7) 五、半轴部分设计 (8) 1、半轴计算转矩Tφ及杆部直径 (8) 2、受最大牵引力时强度计算 (9) 3、制动时强度计算 (9) 4、半轴花键计算 (9) 六、驱动桥壳设计 (10) 1、桥壳的静弯曲应力计算 (10) 2、在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算 (11) 3、汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算 (11) 4、汽车紧急制动时的桥壳强度计算 (12)
5、汽车受最大侧向力时的桥壳强度计算 (12) 七、参考书目 (14) 八、课程设计感想 (15)
一、课程设计任务书 1、题目 《BJ130驱动桥部分设计验算与校核》 2、设计内容及要求 （1）主减速器部分包括：主减速器齿轮的受载情况；锥齿轮主要参数选择；主减速器强度计算；齿轮的弯曲强度、接触强度计算。 （2）差速器：齿轮的主要参数；差速器齿轮强度的校核；行星齿轮齿数和半轴齿轮齿数的确定。 （3）半轴部分强度计算：当受最大牵引力时的强度；制动时强度计算。 （4）驱动桥强度计算：①桥壳的静弯曲应力 ②不平路载下的桥壳强度 ③最大牵引力时的桥壳强度 ④紧急制动时的桥壳强度 ⑤最大侧向力时的桥壳强度 3、主要技术参数 轴距L=2800mm 轴荷分配：满载时前后轴载1340/2735(kg) 发动机最大功率：80ps n：3800-4000n/min 发动机最大转矩17.5kg﹒m n：2200-2500n/min 传动比：i1=7.00； i0=5.833 轮毂总成和制动器总成的总重：g k=274kg
差速器设计 汽车在行驶过程中，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，如转弯时内侧车轮行程比外侧车轮短；左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左、右车轮间都装有轮间差速器。在多桥驱动的汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零件损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。 差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同角速度转动。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。 一、差速器结构形式选择 (一)齿轮式差速器 汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。他又可分为普通 锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器 和强制锁止式差速器等 1．普通锥齿轮式差速器 由于普通锥齿轮式差速器结 构简单、工作平稳可靠，所以广泛 应用于一般使用条件的汽车驱动 桥中。图5—19为其示意图，图中 ω0为差速器壳的角速度；ω1、ω 2分别为左、右两半轴的角速度； To为差速器壳接受的转矩；T r为差速器的内摩擦力矩；T1、T2分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。 根据运动分析可得 ω1+ω2＝2ω0 (5—23) 显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当
设计题目：桑塔纳志俊驱动桥设计 姓名付晶 学院交通学院 专业机械设计制造及其自动化 班级11级5班 学号20112814601 指导教师孙宏图王昕彦
4. 驱动桥设计 (1) 4.1 确定驱动桥的结构形式 (1) 4.2 主减速器和差速器齿轮主要参数的选择与计算 (5) 4.2.1 主减速器齿轮主要参数的选择 (5) 4.2.2 直齿锥齿轮差速器齿轮基本参数 (5) 4.3 齿轮的结构设计、图样及技术要求 (7) 4.3.1 齿轮的结构设计 (7) 4.3.2 齿轮的图样及技术要求 (13)
4. 驱动桥设计 4.1 确定驱动桥的结构形式 4.1.1驱动桥的功能 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等组成。 4.1.2驱动桥的分类： 驱动桥分非断开式（整体式）---用于非独立悬架 断开式---用于独立悬架 非断开式（整体式）驱动桥 定义：非断开式驱动桥也称为整体式 驱动桥，其半轴套管与主减速器壳均与轴壳刚性地相连一个整体梁，因而两侧的半轴和驱动轮相关地摆动，通过弹性元件与车架相连。它由驱动桥壳1，主减速器，差速器和半轴组成。 优点：结构简单，成本低，制造工艺性好，维修和调整易行，工作可靠。 用途：广泛载货汽车、客车、多数越野车、部分轿车用于上。
断开式驱动桥 定义：驱动桥采用独立悬架，即主减速器壳固定在车架上，两侧的半轴和驱动轮能在横向平面相对于车体有相对运动的则称为断开式驱动桥。为了与独立悬架相配合，将主减速器壳固定在车架（或车身）上，驱动桥壳分段并通过铰链连接，或除主减速器壳外不再有驱动桥壳的其它部分。为了适应驱动轮独立上下跳动的需要，差速器与车轮之间的半轴各段之间用万向节连接。 优点：可以增加最小离地间隙，减少部分簧下质量，减少车轮和车桥上的动载两半轴相互独立，抗侧滑能力强可使独立悬架导向机构设计合理，提高操纵稳定性 缺点：结构复杂，成本高 用途：多用于轻、小型越野车和轿车 4.1.3驱动桥的组成 驱动桥由主减速器、差速器、半轴及桥壳组成。 主减速器 1）主减速器一般用来改变传动方向，降低转速，增大扭矩，保证汽车有足够的驱动力和适当的速皮。主减速器类型较多，有单级、双级、双速、轮边减速器等。 单级主减速器由一对减速齿轮实现减速的装置，称为单级减速器。其结构简单，重量轻，东风BQl090型等轻、中型载重汽车上应用广泛。 2）双级主减速器对一些载重较大的载重汽车，要求较大的减速比，用单级主减速器传动，则从动齿轮的直径就必须增大，会影响驱动桥的离地间隙，所以采用两次减速。通常称为双级减速器。双级减速器有两组减速齿轮，实现两次减速增扭。
目录 1 前言 (1) 本课题的来源、基本前提条件和技术要求 (1) 本课题要解决的主要问题和设计总体思路 (1) 预期的成果 (2) 2 国内外发展状况及现状的介绍 (3) 3 总体方案论证 (4) 4 具体设计说明 (7) 主减速器的设计 (7) 主减速器的结构型式 (7) 主减速器主动锥齿轮的支承型式及安装方法 (10) 主减速器从动锥齿轮的支承型式及安装方法 (11) 主减速器的基本参数的选择及计算 (11) 差速器的设计 (14) 差速器的结构型式 (14) 差速器的基本参数的选择及计算 (16) 半轴的设计 (17) 半轴的结构型式 (17) 半轴的设计与计算 (17) 驱动桥壳结构选择 (20) 5 结论 (22) 参考文献 (23)
1 前言 本课题是进行轻型货车汽车后驱动桥的设计。设计出小型轻型货车汽车后驱动桥，包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件，协调设计车辆的全局。 本课题的来源、基本前提条件和技术要求 a.本课题的来源：轻型载货汽车在汽车生产中占有大的比重。驱动桥在整车中十分重要，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，推动汽车经济的发展。 b.要完成本课题的基本前提条件是：在主要参数确定的情况下，设计选用驱动桥的各个部件，选出最佳的方案。 c.技术要求：设计出的驱动桥符合国家各项轻型货车的标准[1]，运行稳定可靠，成本降低，适合本国路面的行驶状况和国情。 本课题要解决的主要问题和设计总体思路 a. 本课题解决的主要问题：设计出适合本课题的驱动桥。汽车传动系的总任务是传递发动机的动力，使之适应于汽车行驶的需要。在一般汽车的机械式传动中，有了变速器还不能完全解决发动机特性与汽车行驶要求间的矛盾和结构布置上的问题。首先是因为绝大多数的发动机在汽车上的纵向安置的，为使其转矩能传给左、右驱动车轮，必须由驱动桥的主减速器来改变转矩的传递方向，同时还得由驱动桥的差速器来解决左、右驱动车轮间的转矩分配问题和差速要求。其次，需将经过变速器、传动轴传来的动力，通过驱动桥的主减速器，进行进一步增大转矩、降低转速的变化。因此，要想使汽车驱动桥的设计合理，首先必须选好传动系的总传动比，并恰当地将它分配给变速器和驱动桥。 b. 本课题的设计总体思路：非断开式驱动桥的桥壳，相当于受力复杂的空心梁，它要求有足够的强度和刚度，同时还要尽量的减轻