轿车驱动桥设计 - 图文

毕 业 设 计（论 文）

设计(论文)题目： 某轿车驱动桥设计

学生姓名： 指导教师： 二级学院： 机电工程学院 专 业： 班 级： 学 号： 提交日期： 答辩日期：

金陵科技学院学士学位论文 目录

目 录

摘 要 .......................................................... III Abstract ........................................................ IV 1 绪论 ........................................................... 1 1.1 选题的目的与意义 .......................................... 1 1.2 研究内容及设计参数 ........................................ 1 1.2.1 研究内容 ............................................. 1 1.2.2 设计参数 ............................................. 2 2 驱动桥的总体设计 ............................................... 3 2.1驱动桥的设计要求 .......................................... 3 2.2驱动桥的结构设计形式 ...................................... 3 3 主减速器的设计 ................................................. 5 3.1主减速器的结构形式 ........................................ 5 3.1.1主减速器的齿轮类型 ................................... 5 3.1.2 主减速器主、从动斜齿圆柱齿轮的支承方案 ............... 6 3.2主减速器的基本参数选择与设计计算 .......................... 7 3.2.1主减速器计算载荷的确定 ............................... 7 3.2.2 主减速器基本参数的选择 ............................... 9 3.2.3 主减速器锥齿轮的几何尺寸计算 ........................ 10 3.2.4主减速器圆弧锥齿轮的强度计算 ........................ 11 3.3 主减速器斜齿圆柱齿轮的材料 ............................... 15 4 差速器的设计 .................................................. 17 4.1 差速器结构形式选择 ....................................... 17 4.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理 ....................... 18 4.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计 ........................... 18 4.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择 ......................... 18

I

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4.3.2 差速器齿轮的几何计算 ............................... 20 4.3.3 差速器齿轮的强度计算 ................................ 21 4.4 差速器齿轮材料的选择 ..................................... 22 5 驱动半轴的设计 ................................................ 23 5.1 半轴的结构型式 ........................................... 23 5.2 半轴的设计与计算 ......................................... 24 5.3半轴的结构设计及材料与热处理 ............................. 25 6 桥壳及桥壳附件设计 ............................................ 27 6.1驱动桥壳结构方案选择 ..................................... 27 6.2驱动桥壳强度计算 ......................................... 27 6.3驱动桥壳材料的选择 ....................................... 28 7 驱动桥主要零件建模 ............................................ 30 7.1概述 ..................................................... 30 7．2 主减速器主从动齿轮的建模 ................................ 30 7．3 差速器行星齿轮和半轴齿轮的建模 .......................... 32 7．4 半轴的建模 .............................................. 33 7．5 驱动桥总装配图 .......................................... 33 8 结论 .......................................................... 35 参考文献 ........................................................ 36 致 谢 ........................................................... 37

II

金陵科技学院学士学位论文 摘要

某轿车驱动桥设计

摘 要

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:同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载车身之间的铅垂力、纵向力，横向力及其力矩。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。

在论述汽车驱动桥运行机理的基础上，提练出了在驱动桥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、产品的系列化等三大关键技术；阐述了汽车驱动桥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，确定了轿车驱动桥结构形式、布置方法、主减速器总成、差速器总成、桥壳及半轴的结构型式；并对制动器以及主要零部件进行了强度校核，完善了驱动桥的整体设计。

关键词：轿车； 驱动桥； 主减速器； 差速器

III

金陵科技学院学士学位论文 Abstract

Design of drive axle of a car

Abstract

Drive axle is one of the most important parts of automobile. The function is to increase the torque from drive shaft or from transmission directly, and then distribute it to left and right wheels which have the differential ability automobile needed when driving. And the drive axle has to support the vertical force, longitudinal force, horizontal force and their moments between road and frame or body. Its quality and performance will affect the security, economic, comfortability and reliability.

On talking about the running principal of driving axle,the three key techno ledge about vehicle traveling on the ride and through, and noise reduction technology applications and the standardization of parts, components of the universal. Products such as the serialization that we should master to meet, it describes and has a systematic analysis on the basic principles of viecle drive axle. According to the design principles and analysis and comparison of economy, application, comfortability, safety and reliability , the drive axle structure, layout ways, and the final drive assembly, differential assembly, the bridge case and axle structure can be determined; and the strength checking of brake parts, as well as major components improves overall design of the driving axle.

Key words: drive axle； mini-car； differential gear； main-reducer

IV

金陵科技学院学士学位论文 第3章 主减速器的设计

齿轮轴线相互平行，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。它工作平稳、能承受较大的负荷。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。

（2） 结构形式

按参加减速传动的齿轮副数目分，有单级式主减速器和双级式主减速器。在双级主减速器中，若第二级减速器齿轮有两副，并分置于两侧车轮附近，实际上成为独立部件，则称为轮边减速器。双级式主减速器应用于大传动比的中、重型汽车上。单级式主减速器应用于轿车和一般轻、中型载货汽车。单级主减速器由一对圆柱齿轮（或者一对圆锥齿轮）组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。本设计主减速器采用单级主减速器，其传动比i0一般小于等于7。

图3.2（a） 发动机横置主减速器

图3.2（b） 发动机横置主减速器

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金陵科技学院学士学位论文 第3章 主减速器的设计

3.1.2 主减速器主、从动斜齿圆柱齿轮的支承方案

主减速器中心必须保证主从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好地工作。齿轮的正确啮合，除了与齿轮的加工质量装配调整及轴承主减速器壳体的刚度有关外，还与齿轮的支承刚度相关。

（1）主动斜齿圆柱齿轮的支承

图3.3 主动齿轮跨置式

主动斜齿圆柱齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。查阅资料、文献，经方案论证，采用跨置式支承结构（如图3.3示）。齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承，故又称两端支承式。跨置式支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的1/30以下．而主动斜齿圆柱齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/5～1/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。

（2）从动斜齿圆柱齿轮的支承

图3.4 从动齿轮支撑形式

从动斜齿圆柱齿轮采用圆锥滚子轴承支承（如图3.4示）。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了使从动斜齿圆柱齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，c+d应不小于从动斜齿圆柱齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是c等于或大于d。

3.2主减速器的基本参数选择与设计计算

3.2.1主减速器计算载荷的确定

主减速比对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量大小以及当变速器处于最高档位时

i0的选择应在汽车总体设计时和传动系的总传汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。

动比i一起由整车动力计算来确定。可利用在不同i0下的功率平衡来研究i0对汽车动力性的影响。通过优化设计，对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择i0值，使汽车获得最佳动力性和燃料经济性。

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金陵科技学院学士学位论文 第3章 主减速器的设计

在给定发动机最大功率Pamax及其转速np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vamax。这时i0值应按下式来确定：

i0?0.377式中：

rr——车轮的滚动半径，给定轮胎型号为195/65R15，所以可知rr=0.317m igh——变速器最高档传动比。igh=0.726

rrnpvamaxigh

根据所选定的主减速比i0值，就可基本上确定主减速器的减速型式（单级、双级等以及是否需要轮边减速器），并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。 把np=4000r/n , vamax=195km/h , rr=0.317m , igh=0.726代入

计算出 i0=3.377

（1）按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动齿轮的计算转矩Tce

Tce?式中：

Tce——计算转矩，N?m

Temaxi1i0kd?n （3-1）

Temax——发动机的输出的最大转矩，在此取161N?m；

?——发动机到万向传动轴之间的传动效率，在此取0.9；

k——液力变矩器变矩系数，k=[(k0-1)/2]+1, k0最大变矩系数，k在此取1；

i1——变速器一挡传动比，在此取2.816；

if——分动器传动比，在此取1；

i0——主减速器传动比 ，在此取3.377；

n——该汽车的驱动桥数目在此取1；

Kd——由于猛结合离合器而产生冲击载荷时的超载系数，取Kd=1.0，当性能系数

fp>0时可取Kd=2.0；

?1??mag?mag16-0.195 当0.195?16?????100??Temax?Temaxfp??? （3-2）

mag?0 当0.195?16???Temax??此处，仅计算fp=0，即Kd=1.0 由以上各参数可求Tce

161?2.816?3.377?0.9=1378N?m

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Tce=

金陵科技学院学士学位论文 第3章 主减速器的设计

（2）按驱动轮打滑转矩确定从动齿轮的计算转矩Tcs

G2m，2?rrTcs?im?m式中：

（0.5G2——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，G2=17000?0.5=8500N

为满载时分配负载）。

?——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；

rr——车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为195/65R15，滚动半径为0.317m；

'm2——汽车最大加速度时负荷转移系数，对于轿车为1.2~1.4，此处取1.3；

im——分别为所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和传动比， ?m，

?m取0.9， im取1.0

所以Tcs=

8500?0.85?1.3?0.317=3308.2N?m

0.9?1.03.2.2 主减速器基本参数的选择

（1）主、从动斜齿圆柱齿轮齿数z1和z2 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素： 1）为了磨合均匀，z1，z2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轿车z1一般不小于9。 4）主传动比i0较大时，z1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，z1和z2应有适宜的搭配。

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。

根据以上要求参考《汽车车桥设计》取z1=14，z2=38 ，z1+z2=52〉40。 （2）从动斜齿圆柱齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms

对于单级主减速器，增大尺寸D2会影响驱动桥壳的离地间隙，减小D2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。

D2可根据经验公式初选，即

D2?KD23Tc （3-5）

KD2——直径系数，一般取13.0～15.3；

Tc ——从动齿轮的计算转矩，N?m，为Tce和Tcs中的较小者。

所以 D2=（13.0～15.3）31378=（144.7～170.3）mm 初选D2=150mm，则m=D2/z=150/38=3.9mm；

2参考《机械设计手册》选取m=4mm，则D2=152mm

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金陵科技学院学士学位论文 第3章 主减速器的设计

根据m=Km3Tc来校核m=4mm选取的是否合适，其中Km=（0.3～0.4） 此处，m =（0.3～0.4）31378=（3.34～4.45），因此满足校核。

（3）中点螺旋角?

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，斜齿圆柱齿轮的中点螺旋角是相等的，选?时应考虑它对齿面重合度?，轮齿强度和轴向力大小的影响，?越大，则?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，?应不小于1.25，但?过大，会导致轴向力增大。 此处取?=17°。

（4）螺旋方向

从斜齿圆柱齿轮齿顶上看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动斜齿圆柱齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与斜齿圆柱齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开齿顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。

（5）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。 这里取压力角为20°。

3.2.3 主减速器斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算

图3.5 主减速器几何尺寸计算值

名 称 主动齿轮齿数 从动齿轮齿数 模数 螺旋角 分度圆直径 计 算 公 式 和 说 明 z1 z1=14 计算结果 z2 m z2=38 m=4 ? d?m?z ?=17 d1?56mm d2?152mm 外锥距 齿宽 全齿高 R?d2sin? b??RR R?81mm b?25mm h?7.46mm h?H*2m，H*2=1.865 10

金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器的设计

4 差速器的设计

差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动轮与地面间作纯滚动运动。

汽车在行使过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，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，行使阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行使或直线行使，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。为了使两侧驱动轮可以不同角速度旋转，以保证其纯滚动状态，就必须将两侧车轮的驱动轴断开，而由主减速器从动齿轮通过一个差速系统——差速器分别驱动两侧半轴和驱动轮，因而在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。

4.1 差速器结构形式选择

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。它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。普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。

差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，2个行星齿轮，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等。

图4.1 差速器结构

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金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器的设计

4.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理

图4.2 差速器差速原理

当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，处在同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度都相等，其值为?0r。于是?1=?2=?0，即差速器不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳的角速度。

行星齿轮除公转外，还绕本身的轴以角速度?4自转，啮合点A的圆周速度为

?1r=?0r+?4r，啮合点B的圆周速度为?2r=?0r-?4r。于是

?1r+?2r=（?0r+?4r）+(?0r-?4r)

即 ?1+ ?2=2?0 （4-1） 若角速度以每分钟转数n表示，则

n1?n2?2n0 （4-2）

式（4-2）为两半轴齿轮直径相等的对称式圆锥齿轮差速器的运动特征方程式，它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此在汽车转弯行驶或其它行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。

由式（4-2）还可以得知：①当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；②当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传动轴时），若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。

4.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计

由于在差速器壳上装着主减速器从动齿轮，所以在确定主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器的轮廓尺寸也受到主减速器从动齿轮轴承支承座及主动齿轮导向轴承座的限制。

4.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择

（1）行星齿轮数目的选择

依照《汽车工程手册》，轿车及一般乘用车多用2个行星齿轮。 （2）行星齿轮球面半径RB的确定

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金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器的设计

差速器的尺寸通常决定于RB，它就是行星齿轮的安装尺寸，可根据公式

RB?KB3Me来确定。

式中：

KB— 行星齿轮球面半径系数，KB=2.52～2.99（有四个行星齿轮的轿车和公路

用货车取小值；有2个行星齿轮的轿车，以及越野汽车、矿用汽车取大值）；在此取2.95。

Me—— 差速器计算扭矩，在此为1378N.m 计算得 RB? 32.83mm 取35mm （3）预选其节锥距 A0?(0.98~0.99)RB

?RB ?0.9855 ?34.mm

（4）行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择

为了得到较大的模数，以使齿轮有较高的强度，行星齿轮的齿数应尽量少，但一般不少于10。半轴齿轮齿数取14～25；半轴齿轮与行星齿轮的齿数比多在1.5～2范围内；左、右半轴齿轮的齿数和必须能被行星齿轮的数目所整除，否则将不能安装。根据这些要求初定半轴齿轮齿数为16；差速器行星轮个数为2，齿数为10。

（5）行星齿轮节锥角?、模数m和节圆直径d的初步确定 行星齿轮和半轴齿轮的节锥角?1、?2计算如下：

10?1?arctan?32?

16?2?arctan16?58? 10（6）大端模数m及节圆直径d的计算

m?2A02?34.5sin?1?sin32??3.66mm 取4mm Z110分度圆直径d?mz ，d行?mz1?4?10?40mm d半?mz2?4?16?64mm （7）压力角?

过去汽车差速器齿轮都选用20?压力角，这时齿高系数为1，而最少齿数为13。现在大都选用22?30?的压力角，齿高系数为0.8，最少齿数可减少至10。初定压力角为22?30?。

（8) 行星齿轮安装孔直径?及其深度L的确定

Me?103??根据《汽车工程手册》中：1.1??c?nl

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金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器的设计

1378?103 ??18.8mm

1.1?69?2?25.6L?1.1??1.1?22.2?20.7mm

式中：

Me— 差速器传递的转矩；

n——行星齿轮数；2

' l—— 为行星齿轮支撑面中点到锥顶的距离（l?0.5d2，d2'为半轴齿轮齿面宽

中点处的直径，而d2'?0.8d2），计算结果为25.6mm； ??c?——支撑面的许用挤压应力，取为69N/mm2。

4.3.2 差速器齿轮的几何计算

表4.3 汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸

项目 行星齿轮齿数 半轴齿轮齿数 模数 计算公式 z1≥10，应尽量取最小值 计算结果 z1=10 z2=14～25， m z2=16 m=4 分锥角 zz?1?arctan1，?2?arctan2 z1z2?1?32? ?2?58? 22?30? 10mm 压力角 齿面宽 ? b? (0.25～0.30)A0 工作齿高 **hg?H1m，H1=1.68 hg?6.72mm 齿顶高 ha1?hg?ha2，ha2?mKa?Ka?0.435? ha1?4.98mm ha2?1.74mm hf1?2.48mm齿根高 hf1?h?ha1，hf2?h?ha2 hf2?5.72mm 20

金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器的设计

hf1?2.48mm齿根角 ?f1?arctanhf1Re;?f2?arctanhf2Re hf2?5.72mm 锥距 R?d2sin? R?37.7mm ?f1?3.76?,齿根角 ?f1?arctanhf1R;?f2?arctanhf2R ?f2?8.63? ?a1?38.05? 顶锥角 ?a ?a2?64.05? ?f1?24.75?根锥角 ?f ?f2?50.75? 全齿高 *h?H*2m，H2=1.865 h?7.46mm 4.3.3 差速器齿轮的强度计算

差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。轮齿弯曲强度?w为

2?103TKoKsKm?w?KvFz2m2J式中：

MPa

T——差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式T?在此T为413.4N·m；

n——差速器的行星齿轮数； z2——半轴齿轮齿数；

F、m——分别为计算齿轮的齿面宽、和模数；

T0?0.6,n Jn——计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由图4.4查得Jn=0.256

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金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器的设计

图4.4弯曲计算用综合系数

2?413.4?103?1?0.63?1.25根据上式 ?w?=993.4MPa?980MPa 21?10?16?4?0.256不满足要求，所以将F增大至15mm：

2?413.4?103?1?0.63?1.25?662.3MPa?980MPa，符合要求。 再次计算得?w?21?15?16?4?0.2564.4 差速器齿轮材料的选择

差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用

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金陵科技学院学士学位论文 第5章 驱动半轴的设计

5 驱动半轴的设计

驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。

5.1 半轴的结构型式

半轴由于受力情况不同，它有半浮动式、3/4浮动式和全浮动式三种型式。所谓“浮”是指半轴不承受弯曲载荷。半轴传递扭矩是它的首要任务。但由于轮毂的安装结构不同，非全浮动式半轴除受扭矩以外，还要受到车轮上的作用力。

半浮式半轴以靠近外端的轴颈直接支承在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有锥面的轴颈及键与车轮轮毂相固定，或以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接)。因此，半浮式半轴除传递转矩外，还要承受车轮传来的弯矩。由此可见，半浮式半轴承受的载荷复杂，但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。用于质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。

3/4浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部与轮毂相固定。由于一个轴承的支承刚度较差，因此这种半轴除承受全部转矩外，弯矩得由半轴及半轴套管共同承受，即3/4浮式半轴还得承受部分弯矩，后者的比例大小依轴承的结构型式及其支承刚度、半轴的刚度等因素决定。

全浮式半轴的外端与轮毂相联，而轮毂又由一对轴承支承于桥壳的半轴套管上。多采用一对圆锥滚子轴承支承轮毂，且两轴承的圆锥滚子小端应相向安装并有一定的预紧，调好后由锁紧螺母予以锁紧，很少采用球轴承的结构方案。由于车轮所承受的垂向力、纵向力和侧向力以及由它们引起的弯矩都经过轮毂、轮毂轴承传给桥壳，故全浮式半轴在理论上只承受转矩而不承受弯矩。

由于车轮所承受的垂向力、纵向力和侧向力以及由它们引起的弯矩都经过轮毂、轮毂轴承传给桥壳，故全浮式半轴在理论上只承受转矩而不承受弯矩。但在实际工作中由于加工和装配精度的影响及桥壳与轴承支承刚度的不足等原因，仍可能使全浮式半轴在实际使用条件下承受一定的弯矩，弯曲应力约为5～70MPa。

本课题设计的是普通基本型轿车，确定半轴采用半浮式半轴结构，具体结构采用以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接。

本课题设计的是断开式驱动桥，其中一根半轴为断开的，通过万向节连接。轿车前驱主要使用球笼式万向节。球笼式万向节制造较复杂，但结构紧凑，安装简单，传动效率高，其失效形式主要是钢球与接触滚道表面的疲劳点蚀。在特殊情况下，因热处理

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金陵科技学院学士学位论文 第5章 驱动半轴的设计

不妥、润滑不良或温度过高等，也会造成磨损而损坏。由于星形套滚道接触点的纵向曲率半径小于外半轴滚道的纵向曲率半径，所以前者上的接触椭圆比后者上的要小，即前者的接触应力大于后者。因此，应控制钢球与星形套滚道表面的接触应力，并以此来确定万向节的承载能力。不过，由于影响接触应力的因素较多，计算较复杂，目前还没有统一的计算方法。

5.2 半轴的设计与计算

设计半轴的主要尺寸是其直径，在设计时首先可根据对使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同形式半轴的分析比较，大致选定从整个驱动桥的布局来看比较合适的半轴半径，然后对它进行强度校核。

计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑到以下三种可能的载荷工况： ①纵向力X2（驱动力或制动力）最大时，其最大值为Z2?，附着系数?在计算时取0.8，没有侧向力作用；

②侧向力Y2最大时，其最大值为Z2?1（发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数?1在计算时取1.0，没有纵向力作用；

③垂向力最大时（发生在汽车以可能的高速通过不平路面时），其值为?Z2?gw?kd，车轮对地面的垂直载荷，kd为动载荷系数，这时不考虑纵向力和侧向力的作用。

由于车轮承受的纵向力X2，侧向力Y2值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即

2有Z2??X2?Y22故纵向力最大时不会有侧向力作用，而侧向力最大时也不会有纵向力

作用。

初步确定半轴直径在0.040m。

'G2/2， （1）纵向力Fx2最大，侧向力Fy2为0：此时垂向力Fz2?m2 G2取8500N

''G2?/2，计算时m2 纵向力最大值Fx2?Fz2??m2可取1.3，?取0．85。得

Fz2=5525N Fx2=4696.25N

半轴弯曲应力，和扭转切应力?为

?32aFx22?Fz22???3??d ?16Fx2rr?????d3?式中，a为轮毂支承轴承到车轮中心平面之间的距离，a取0.06m

?= 69.28MPa ?= 118.53MPa

合成应力

?=

σ2?4τ2=246.98MPa

(2)侧向力Fy2最大，纵向力Fx2=0，此时意味着发生侧滑：外轮上的垂直反力Fz2o。和内轮上的垂直反力Fz2i分别为

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金陵科技学院学士学位论文 第5章 驱动半轴的设计

?FFz20?G2(0.5?z2i?G2-Fz2ohgB2?1)

式中，hg为汽车质心高度参考一般计算方法取738.56mm；B2为轮距

B2=1535mm；?1为侧滑附着系数，计算时可取1.0。

计算得

{Fz20?G2(0.5?hgB2Fz2i?G2-Fz2o?160.25?1)?8339.75

外轮上侧向力Fy2o和内轮上侧向力Fy2i分别为

{Fy20?Fz2o?1?8339.75Fy2i?Fz2i?1?160.25

内、外车轮上的总侧向力Fy2为G2?1=8500N

这样，外轮半轴的弯曲应力?0和内轮半轴的弯曲应力?i分别为

32(Fy2orr?Fz2oa)?????0?d3 ?32(Fr?Fa)y2irz2i???i??d3??0= 341.3MPa ?i=9.6MPa

(3)汽车通过不平路面，垂向力Fz2最大，纵向力Fx2?0，侧向力Fy2?0：此时垂直力最大值Fz2为：

1?Fz22kG2

式中：

k为动载系数，轿车：k?1.75。 计算结果7437.5N 半轴弯曲应力为：

??32Fz2a16kG2a?=710.6MPa 33?d?d故校核半径取0.040m满足合成应力在600MPa -750MPa范围

5.3半轴的结构设计及材料与热处理

为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径，常常将加工花键的端部做得粗些，并适当地减小花键槽的深度，因此花键齿数必须相应地增加。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。。

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金陵科技学院学士学位论文 第5章 驱动半轴的设计

半轴多采用含铬的中碳合金钢制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我国研制出的新钢种，作为半轴材料效果很好。半轴的热处理过去都采用调质处理的方法，调质后要求杆部硬度为HB388—444(突缘部分可降至HB248)。近年来采用高频、中频感应淬火的口益增多。这种处理方法能保证半轴表面有适当的硬化层。由于硬化层本身的强度较高，加之在半轴表面形成大的残余压应力，以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺，使半轴的静强度和疲劳强度大为提高，尤其是疲劳强度提高得十分显著。由于这些先进工艺的采用，不用合金钢而采用中碳(40号、45号)钢的半轴也日益增多。

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金陵科技学院学士学位论文 第6章 桥壳及桥壳附件设计

6 桥壳及桥壳附件设计

驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架（或车身）；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。

驱动桥壳应有足够的强度和刚度，质量要小，并便于主减速器的拆装和调整，由于桥壳的尺寸和质量一般比较大，制造较困难，故其结构形式在，满足使用要求的前提下，要尽可能便于制造。

6.1驱动桥壳结构方案选择

轿车前驱桥壳，一般选用的是组合式桥壳。

组合式桥壳是主减速器壳与部分桥壳铸成一体。，而后用无缝钢管压入壳体两端，两者之间用塞焊方法焊接在一起。它具有比较好的从动齿轮壳承的支承刚度，主减速器的装配调整也较分开式桥壳方便。然而这种桥壳要求有较高的加工精度，它的维修、装配、调整与整体式桥壳相比仍较复杂。

6.2驱动桥壳强度计算

（1）传递最大牵引力或制动力时

驱动桥壳的最大应力通常发生在钢板弹簧座附近。使桥壳产生弯矩的力有：同于承载重量产生的垂直载荷G2，牵引力F及其反作用力矩M。还有汽车转变时在轮胎上产生的侧向力Y2外力作用在驱动桥壳上的情况相当于复杂，为使计算简化起见，仅从不侧滑情况下作直线行驶时进行计算，而在安全系数方面作适当考虑。

按垂直载荷计算时，驱动桥壳钢板弹簧座之间的弯矩MB： 由牵引力产生的水平面内弯矩为：

MB?FrB?s,N?m 2其合成弯矩为：

2'2M?MB?MB

根据全成弯矩计算出钢板弹簧座处弯曲应力。同时桥壳还承受同牵引 力引起的反作用扭矩，由此计算出钢板弹簧处的转应力为

2???B?4?2

（2）紧急制动时

制动力在水平面内产生的弯矩

B?s1B?s' MB?FB?m2G2?222M'B与垂直重量产生的弯矩MB形成合成弯矩M

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：

金陵科技学院学士学位论文 第6章 桥壳及桥壳附件设计

2'2M?MB?MB

桥壳还受最大制动力引起的反作用扭矩：

MR?1Z2?rr 2由弯矩和扭矩计算出桥壳钢板弹簧座处于最大制动力时的弯曲应力和扭转应力，由

2???B?4?2算出合成应力。

（3）通过不平路面时

汽车通过不平路面时，桥壳受到最在垂直动载荷，危险断面在钢板弹簧座附近。其弯矩为

MB?(G2B?s ?g?)k22（4）最大侧向力时

汽车转弯时处于侧翻临界状态而对侧翻方向相反的车轮上垂直反力和横各力等于零时，外轮上横向力最而没有纵各力作用，此时计算危险断面在轮壳内轴承附近。

在桥壳的两端设有轮轴，轮轴上安装着从个轮毂轴承。它是两个锥滚子轴承。货车上轮毂内外轴承的中心距离大约等于轮胎滚动的四分之一。此项中心距离愈大则由于侧力所引起的轴承径向力愈小。垂直载荷作用线一般在内外轴承之间，并靠近内轴承。轮轴上受力情况最严重是横向力最大时，所以计算轮轴应力时，除垂直载荷外，沿须考虑横向力。

设计桥壳时，应充分考虑汽车的使用条件、汽车的类型并合理地选择材料及其安全系数。根据现有汽车轴桥的安全系数n=4～10。

上面所讲的桥壳的计算方法是非常近似的，它还不能完全反映桥壳上应力的真实情况。它桥作壳壳零件的验算与车型的比较。

在实际使用中桥壳的损坏经常在铆钉、连接螺栓和桥壳上应力集中的地方。

6.3驱动桥壳材料的选择

可锻铸铁桥壳的弯曲应力不超过300N/mm^2。中碳合金钢半轴套管和轮轴上午弯曲应力不应超过500N/mm^2，剪切应力不应超过250N/mm^2。

结合本车的实际情况，考虑到我们采用的是组合式车桥，所以选材时要考虑材料的延展性和焊接性。我们选择16Mn。采用冲压焊接式桥壳，减速器与桥壳分开，采用螺栓进行连接，在装配上更为方便；轴管使用无逢钢管，与桥壳采用过盈配合，再使用焊接的方式进行固定。，冲压焊接式桥壳由于采用的是优质结构钢进行冲压而成，必免了驱动桥突然断裂的危险，生产效率得到提高。

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金陵科技学院学士学位论文 第7章 驱动桥主要零件建模

7 驱动桥主要零件建模

7.1概述

本设计采用的参数化设计软件为Creo Parametric 2.0。

Creo是Creo Parametric 2.0的简称，Creo是美国参数技术公司 （Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，它在当前的三维造型软件领域中处于重要地位。Creo是整合了PTC公司的三个软件Pro/Engineer的参数化技术、CoCreate的直接建模技术和ProductView的三维可视化技术的新型CAD设计软件包，是PTC公司闪电计划所推出的第一个产品。此外，Creo利用模块化的方式，使用者能够结合自身的需求来选择，因此用户门不需要安装所有的模块。Creo不仅能够运用于各大工作站，还能够应用到单机上。Creo采用了模块方式，能够分别进行草图绘制、零件设计、钣金制造、装配，确保使用者能够根据自身的需要进行选择。

Creo Parametric 2.0的特点有以下几条： （1）参数化设计 （2）基于特征建模 （3）单一数据库 （4）直观装配管理

7．2 主减速器主从动齿轮的建模

斜齿轮的建模分析

参数化设计斜齿轮的过程中应用了大量的参数与关系式。大致过程如下： （1）输入所选参数，和相关公式 （2）创建齿根圆、齿顶圆、基圆、分度圆

（3）创建渐开线、基准点和基准轴等，并镜像渐开线 （4）创建第一个轮齿 （5）扫描混合 （6）阵列轮齿

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金陵科技学院学士学位论文 第7章 驱动桥主要零件建模

图7.1 主减速器主动齿轮

图7.2 主减速器从动齿轮

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金陵科技学院学士学位论文 第7章 驱动桥主要零件建模

7．3 差速器行星齿轮和半轴齿轮的建模

图7.3 半轴齿轮

图7.4 行星齿轮

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金陵科技学院学士学位论文 第7章 驱动桥主要零件建模

7．4 半轴的建模

图7.5 半轴

7．5 驱动桥总装配图

图7.6 驱动桥总装配1

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金陵科技学院学士学位论文 第7章 驱动桥主要零件建模

图7.7 驱动桥总装配2

图7.8 驱动桥装配爆炸图

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金陵科技学院学士学位论文 第8章 结论

8 结论

课题设计的是普通轿车驱动桥，采用断开式驱动桥。在设计过程中，主要分析驱动桥的结构形式和工作原理，计算主减速器、差速器、半轴以及驱动桥壳等结构尺寸，并进行强度校核，完成了主要零件的三维建模，基本完成了本次汽车设计实习的任务。

但此设计过程仍有许多不足，在设计结构尺寸时，由于有些设计参数无法直接获得，所以有些参数是按照以往经验值得出，这样就使设计中出现一定的误差。另外，在一些小细节，由于时间不充足，资料获取的不够等原因，做得还不够仔细，恳请各位老师给予批评指正。

本次设计的课题是汽车驱动桥的设计，这对我们所学的专业来说，是一次很重要的巩固与应用，可以把所学的专业知识运用到实践中，由于是第一次做这种设计，免不了有时感到很茫然。利用放假回家时间，在汽车修理处，把驱动桥拆下来仔细观察测量，并把驱动桥设计资料认真的学习了一遍，终于把设计的思路搞清楚了。在设计过程中遇到的问题，通过与老师、同学进行探讨并结合以往设计参数，得到了解决，同时也在这个过程中学到了很多的知识。通过这次课程设计，使我在大学中所学的知识进行了一次大总结，特别是《机械设计》、《汽车构造》、《材料力学》等基础知识，进行了一次彻底的复习与巩固。以前学习这些知识的时候往往只是为了应付考试，现在要自己运用学到的专业知识设计一个产品出来，才感觉到自己学的是远远不够的。有句话叫做：活到老，学到老。说的是一点没错！

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金陵科技学院学士学位论文 参考文献

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金陵科技学院学士学位论文 致谢

致 谢

本次毕业设计的完成得首先感谢我的指导老师。本课题在选题及研究过程中得到诸鑫瑞老师的悉心指导，设计过程中也有老师的指点迷津和热忱鼓励。老师的指导使我在毕设过程解决了很多问题，使我在设计过程中减少了许多不必要的错误。

在我设计过程中的每个阶段，老师都认真看了我的毕业设计的内容与格式，提出了许多问题，然后根据提出的问题，回去通过上网查询。图书馆翻阅资料等方法，将问题一个个解决，在这过程中又学到了很多知识。同事在请教中也增强了同学间的感情。

最后还要感谢所有支持和帮助过我的人，在此一并感谢。

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