1、本科學生畢業設計汽車前驅動橋的結構設計系部名稱：汽車與交誦工程學院專業班級：車輛工程XX班黑龍江工程學院The Graduati on Desig n for Bachelors DegreeThe Structural Design of The CarFront Drive AxleCandidate:XXXSpecialty:Vehicle EngineeringClass: XXSupervisor: Experimentalist XXHeilo ngjia ng In stitute of Tech no logy2013-06 Harbin2隨著現代車型的發展，普通汽車已經逐漸走

2、進每個人的生活中。車橋設計是汽車 設計中重要的環節之一，國產驅動橋在國內市場占據了絕大部分份額，但仍有一定數 量的車橋依賴進口，國產車橋與國際先進水平仍有一定差距。本次設計首先通過查閱近幾年來有關國內外前驅動橋設計的文獻資料，綜合所學 專業知識，了解并掌握了汽車前驅動橋結構及工作原理，根據所給的汽車參數制定了 相應的設計方案。然后通過查閱相關標準、手冊資料，確定了驅動橋的主要零部件的主要設計參數, 完成轉向器、萬向節、主減速器、差速器、半軸及橋殼的結構和尺寸設計計算，并進 行相應校核，再根據所計算選取的參數畫出了轉向驅動橋的整體裝配圖、差速器裝配 圖以及部分零件圖。關鍵詞：前驅動；轉向驅動橋；

3、主減速器；差速器；半軸；橋殼ABSTRACTAs the developme nt of the auto in dustry, car is one of the importa nt parts of automotive design, domestic drive axle in the domestic market accounted for the lions share, but there is still a certain number of axles dependent on imports, there is still a certain gap betwee n

4、 domestic axle and the intern atio nal adva need level.Firstly, this design is lookup of the domestic and international front drive axle design docume nts in rece nt years, in tegrated the kno wledge of our expertise weprograms.The n refered to the releva nt sta ndard, manual data to determ ine the

5、mai n desig n parameters of the mai n comp onents of the drive axle, completed the structure and size of the steering, universal joints, main gear box, differential, axle and axle reducer； Differential ； Axle ; Axle軸承的計算轉速：n二2.66vamrr=2.66 500.36215=367.25 rminrr 輪胎的滾動半徑Vam 汽車的平均行駛速度，km 行星齒輪數；2l為行星齒

6、輪支承面中點到錐頂的距高，mm； l :“0.5d；， d2是半軸齒輪的齒面寬中點的直徑，而 d2 : 0.8d2 ；6支承面的許用擠壓應力，取為 98MPa。行星齒輪安裝孔的深度L就是行星齒輪在其軸上的支承長度。通常取L=1.1 = 1.1 21.444= 23.589 mm表4.1差速器齒輪的幾何參數的計算5序號項目計算公式結果1行星齒輪齒數乙3 10,應盡量取小值112半軸齒輪齒數Z2=1425,且需滿足式（4-14）203模數m4.104齒面寬F=(0.250.30)A 0； F 蘭 10m125齒工作咼6.566齒全冋+0.0517.38187壓力角一般汽車：a=22o3022 30

7、8軸交角遲=9090 9節圓直徑d1=mz1；d2=mz245.1 ; 8210節錐角?1 =arctan ； Y2 = arctan2Z2;Z1或 丫2 =90。-鴿28.81 ；61.19 11節錐距A _d1d22sin 2s in?246.79312周節t=3.1416m12.88113齒頂冋- 10.370g _ hg - h2 池 一 |0.430 +2 mJ僖)-旦丿一4.3381 ;2.221914齒根高h1 = 1.788m h;h2 = 1.788m - h22.9927;5.108915徑向間隙c = h-hg =0.188m +0.0510.821816齒根角nn6 =

8、 arctan; 6 = arctan AA3.6594 ;o6.230917面錐角%11+62；丫022+635.0409；64.8494 18根錐角.11一&2；.22一&222.5791 ;57.5306 19外圓直徑d01 = d! +2h； cos：; d02 = d2 +2h2 cos?252.7023;84.141520節錐頂點至齒輪外緣距離d 201 h-1 sin 齊；2/02 = h? sin n2時，則有nin2n3的轉速關系。由于轉速差的存在和主、 從動摩擦片及推力盤被壓緊，這時在左、右兩側的主、從動摩擦片、推力盤及差速器 殼之間必將分別產生摩擦力矩。其大小與這些摩擦元

9、件間的摩擦系數及壓緊力的大小 有關;而摩擦力矩的方向則與，ni與no或n2與no之間的相對轉速有關。不難看出：快轉 輪一側的摩擦力矩方向與快轉輪的旋轉方向相反， 故其值為負;而慢轉輪一側的摩擦力 矩方向與慢轉輪的旋轉方向相同，故其值為正。這種情況猶如將部分驅動力矩由快轉 輪轉移到慢轉輪似的，使慢轉輪的驅動力矩大于快轉輪的驅動力矩。這樣也就提高了 汽車的防滑能力。圖4.3摩擦片式圓錐齒輪差速器的動力傳遞間圖(a)無轉速差即n仁n2(b)有轉速差，當n 1n2時1從動齒輪；2主動齒輪；3摩擦片；4差速器殼；5右半軸；6行星齒輪；7半軸齒輪；8 一左半軸錐形摩擦片式圓錐行星齒輪差速器的動力傳輸與摩擦

10、片式差速器類似，對其載荷 進行分析如下：當汽車直行時，左右車輪轉速相同，作用在差速器殼上的轉矩TO為：To =Tg Tf、Tf式中：Tg由差速器殼經行星齒輪軸、半軸齒輪傳到兩個半軸的轉矩；x Tf 由行星齒輪背部的圓柱臺肩與左、右錐形摩擦盤端面之間的摩擦力 所形成的摩擦力矩Tf1、T2之和，它們分別經過左、右錐形摩擦 盤傳到相應的半軸上；x Tf 由差速器殼與左、右錐形摩擦盤的錐面之間的摩擦力所形成的摩擦力矩TSi、Tf2之和，它們分別經過左、右錐形摩擦盤傳到相應的 半軸上。這時，由于左、右半軸之間無轉速差，故傳到左、右半軸上的摩擦力矩Tf1、Tf2、Tfi及Tf2為正值，而經過差速器齒輪傳給

11、兩半軸之轉矩Tg。應小于差速器殼上的轉矩To當汽車直線行駛且左、右驅動車輪與路面的附著情況相同時，經過左、右半 軸傳遞的轉矩相等，其值為：T 寸22而且只要兩車輪的驅動力不超過其附著極限，上式總是成立的。一旦驅動力達到 并開始滑轉。當左、右半軸轉速不等時，差速器的鎖緊系數為 ：(4-9)rR tan ：sin frmr sin fr (rRtan：tan：sin 2)rRtan :sin- frmr sin - fr (rRtan：tan：sin 2)式中：R差速器殼V形面中點到半軸齒輪中心線的距離;rm、r、中一一見圖4.2，分別取為42、33、38,單位mm；1V形面的半角，取45 ；:差

12、速器圓錐齒輪的嚙合角，60 ；2 半軸齒輪的節錐角，60 ；二錐形摩擦盤錐面的半錐角，120 ；f摩擦系數。得 K ? 3。4.4本章總結本章主要介紹設計了差速器的基本參數，并且選擇出了本次差速器設計的主要參 數，最后根據選出的參數，我們進行了差速器齒輪的強度校核，證明我們所選差速器 的尺寸是符合本次驅動橋設計的要求。第5章半軸設計與萬向節選擇半軸是在差速器與驅動輪之間傳遞動力的實心軸。其內端與差速器的半軸齒輪 (bevel side gear連接，外端則與驅動輪的輪轂相連。半軸與驅動輪的輪轂在驅動橋殼 上的支稱形式，決定了半軸的受力情況。5.1半軸的型式半軸的型式主要取決于半軸的支承型式。普

13、通非斷開式驅動橋的半軸，根據其外 端的支承型式或受力狀況的不同而分為半浮式、34浮式和全浮式三種形式。此次課題 設計采用的是選用全浮式。135.2半軸尺寸選取半軸的主要尺寸是它的直徑，在設計時可根據對使用條件和載荷工況相同或相近 的同類汽車同型式的半軸的分析比較，大致選定從整個驅動橋的布局來看比較合適的 半軸半徑，然后對它進行強度計算。1. 全浮式半軸計算載荷的確定：T 二 XzJr 二 mG2/2(5-1)1.4 15582 0.8 2076.05N *m2式中：m汽車加減速時質量轉移系數，對于前驅動橋可取m=1.41.7,在此選擇1.4；G2滿載靜止汽車的驅動橋對水平地面的載荷，N ;輪胎

14、對地面的附著系數，取二0.8 ;計算得：T=2076.05 N m爲甞嚴.。52.18)3(5-2)2. 全浮式半軸桿部直徑的初選和確定：d -12. 05 2.31 8 2 07 6. 0 5 2 6.mirr6 2 7. 81式子中：d半軸桿部直徑T半軸計算載荷半軸扭轉許用應力所以取半軸桿部直徑為d =28mm5.3半軸的強度驗算1全浮式半軸扭轉應力：兀 3d316峯(5-3)481.88MPa :：: 490 588MPa 28316式子中：半軸的扭轉應力T半軸計算載荷T=2076.06 N mD半軸桿部直徑 d = 28mmI- 1 半軸扭轉許用應力2.半軸花鍵的剪切應力2T 103(

15、5-4)zLpb2076.06 10332 264= 49.72MPa10 64 6 0.75式子中：T半軸承受的最大轉矩，T=2076.06 N m；Db 半軸花鍵的外徑，Db =32mm；dA 相配合花鍵孔的內徑，d a =26mm；z花鍵齒數，z =10；Lp 花鍵的工作長度，Lp=64mm ；花鍵的齒寬，b=6mm;載荷分布不均勻系數，=0.753. 半軸花鍵的擠壓應力：T如03(5-5)32076.06 1032+26 I 4丿32-262= 99.44MPax10x64 漢0.75當傳遞最大轉矩時，半軸花鍵的剪切應力不應超過71.05Mpa,半軸花鍵的擠壓應力不應超過196Mpa。

16、通過計算說明半軸強度足夠了。在通常的設計中常使半軸的強度 儲備低于驅動橋其他傳遞轉矩零件的強度儲備，使半軸起類似電路中的保險絲”的作用。5.4半軸的結構設計及材料與熱處理為了使半軸的花鍵內徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當地減小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數必須相應地增加，通常取10齒（轎車半軸）至18齒（載貨汽車半軸）。半軸的破壞形式多為扭轉疲勞破壞，因此在結構設計上應盡量 增大各過渡部分的圓角半徑以減小應力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很 大，當無較大鍛造設備時可采用兩端均為花鍵聯接的結構，且取相同花鍵參數以簡化 工藝。在現代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較廣，但也有

17、采用矩形或梯形花鍵的。在 本次設計中我們選擇的是半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，女口 40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我國研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過去都采用調質處理的方法，調質后要求桿部硬度為HB388444（突緣部分可降至HB248）。近年來采用高頻、中頻感應淬火的口益增多。這種處理方法使半 軸表面淬硬達HRC5263,硬化層深約為其半徑的13,心部硬度可定為HRC30 35; 不淬火區（突緣等）的硬度可定在HB248277范圍內。由于硬化層本身的強度較高，加 之在半軸表面形成大的殘余壓

18、應力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過渡圓角 等工藝，使半軸的靜強度和疲勞強度大為提高，尤其是疲勞強度提高得十分顯著。由 于這些先進工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳 （40號、45號）鋼的半軸也日益增多。135.5萬向節結構選擇對于轉向驅動橋，在其驅動車輪的傳動裝置中必須采用萬向節傳動，以便使轉向 車輪能夠轉向。選擇萬向節時應考慮一下使用要求：（1）能夠在足夠的角度范圍內可靠地傳遞動力；（2）能鉤在大的轉速變化內使連接的兩軸均勻地轉動，由于軸間交角產生的附 加載荷應在允許范圍內；（3）能夠補償由它所連接的兩零件之間在運動時引起的長度變化；（4）傳動效率高，使用壽命長，結構簡單，制造方便。在

19、轉向驅動橋上，常常在通往左右轉向車輪的傳動裝置中和靠近車輪處，各安裝一個等速萬向節。固定型球籠式萬向節（RF節圖5-1 ）和伸縮型球籠式萬向節（VL節 圖5-2 ）廣泛應用于采用獨立懸架的轎車轉向驅動橋，如紅旗、桑塔納、捷達、寶來、 奧迪等轎車的前橋。其中RF節用于靠近車輪處，VL節用于靠近驅動橋處（如圖5-3）。 因此在本設計中也米用這兩種萬向節。圖5-1固定型球籠式萬向節筒形殼（外滾道）保持架;球蘢）圖5-2伸縮型球籠式萬向節固定型誄簽貳萬向節（RF節）伸縮型球掘式萬向節（VL節）傳動軸防塵罩圖5-3 RF節與VL節在轉向驅動橋中的布置5.6萬向節尺寸計算球籠式等速萬向節的失效形式主要是鋼

20、球與接觸道表面的疲勞點蝕，在特殊情況下，因熱處理不當、潤滑劑不良或溫度過高等也會因磨損而損壞。由于星形套滾道接 觸點的縱向曲率半徑小于外半軸滾道的縱向曲率半徑，所以前者上的接觸橢圓比后者 上的要小，即前者的接觸應力大于后者，因此控制鋼球與星形套滾道表面的接觸應力， 并以此來確定萬向節的承載能力。對于Birfield型球籠式萬向節，以與星形套連接軸的直徑ds作為萬向節的基本尺寸即(5-1)3 3.252 106 1.5V 87.2二 25.1mm式中:T1 裝在轉向驅動橋和擺動半軸驅動橋的萬向節所傳遞的最大扭矩二 min Tje,Tjs =3252 N -m= 3.252 106 Nmm；sF

21、使用因素。對于無振動的理想傳動取1.0,有輕微振動的取1.21.5有中等振動的取1.72.0,振動十分嚴重的取2.7 3.6。這里取Sf = 1.5。計算ds =38.2mm，這里取ds =38.1mm。通過查表得到萬向節的其他系列數據3。表5.1 Birfield等角速萬向節的參數名義尺寸125mm與星形套連接的軸頸直徑ds38.1mm鋼球直徑28.575mm星最大直徑46.1045.97mm形最小直徑41.2841.15mm套槽距10.521mm花鍵齒數18球形殼外徑137mm5.7萬向節的材料及熱處理在傳遞轉矩時，鋼球與滾道間產生較大的接觸應力，因此對材料要求較高。球形 殼和星形套采用1

22、5NiMo低碳合金鋼制造，并經滲碳、淬火、回火處理；鋼球則選用軸 承用鋼球，材料為15Cr。5.8本章總結首先本章主要介紹了半軸的型式有半浮式、34浮式和全浮式三種，而本次設計中采用的是全浮式設計，然后根據半軸的載荷要求，我們確定了半軸的尺寸并且進行了 半軸的強度校核，證明選擇的半軸尺寸是滿足強度要求的，最后介紹了半軸的結構設 計以及材料和熱處理方式，選擇半軸的材料為 40Cr，熱處理方式為調質處理。最后介紹了固定型球籠式萬向節和伸縮型球籠式萬向節結構及其原理，計算了萬 向節的許用直徑，確定了角減速器的參數。根據汽車運轉中萬向節的需要選擇了萬向 節的熱處理方式及材料。第6章驅動橋殼設計6.1驅

23、動橋殼的選擇整體式橋殼是把整個橋殼制成一個整體， 橋殼猶如一整體的空心梁，其剛度和強 度都比較好。橋殼將車體上的重力傳到車輪并將作用在車輪上的牽引力，制動力，側 向力傳給懸架和車架。其內部用來安裝主減速器、差速器和半軸等。橋殼的作用就是 直接承受汽車后部的負荷。當汽車直線行駛時，橋殼承受垂直和水平負荷，當汽車制 動時，橋殼承受垂直和水平負荷及由制動力產生的扭轉力矩，而汽車側向滑移時，后 橋殼承受垂直和側向負荷。由此可知，后橋殼在實際使用中的工況是比較復雜的。因 此在設計驅動橋殼時，應使其具有足夠的強度，疲勞壽命及剛度，以確保減速器總成 的正常運轉3。驅動橋殼應滿足以下要求：保護裝于其上的傳動系

24、部件和防止泥水侵入，具有足夠的強度和使用壽命，質量 小；具有高的剛度，以保證主減速器齒輪的嚙合的正常工作和不使半軸產生附加彎曲 應力；保證足夠的離地間隙；結構工藝性好，成本底，拆裝、保養、維修方便。整體式橋殼因制造方法不同，可分為整體鑄造式、中段鑄造壓入鋼管式和鋼板沖 壓焊接式等。本設計選用整體鑄造式橋殼，它具有如下優點：可制造成復雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應力分布，其剛度和 強度都比較好，工作可靠。6.2本章小結本章主要介紹了驅動橋殼的的作用和設計中需要足夠的強度，疲勞壽命及剛度， 并且選出了本驅動橋橋殼的制造方法為整體鑄造式。隨著現代車型的多樣化、個性化的需求與發展，越野車

25、以其優越的克服惡劣環境 的能力吸引著大眾的視線。而車橋設計是汽車設計中重要的環節之一，本次課程設計 就是根據已知的汽車參數計算設計汽車的前轉向驅動橋。本次設計主要是查閱近幾年來有關國內外前驅動橋設計的文獻資料，通過綜合運 用汽車構造、汽車理論、汽車設計、機械設計、汽車制造工藝學等課程 的知識，并查閱相關標準、手冊資料，掌握汽車前驅動橋結構及工作原理，設計比較 了不同方案，選取了最佳方案進行設計，基于給定的汽車參數確定主要零部件的主要 設計參數，完成轉向器、萬向節和自由輪轂、主減速器、差速器、半軸及橋殼的結構 和尺寸設計計算，并進行相應校核。并且根據所計算選取的參數畫出了前轉向驅動橋 的總裝配圖、差速器的裝配圖、以及相應半軸、齒輪等的零件圖，完成了設計任務書 所規定的圖紙量。這次設計是對四年所學過的知識的一個復習，包括汽車構造、機械設計、機械制 圖等等。對汽車驅動橋結構與設計有了深刻的認識， 能夠合理選擇各總成的結構類型， 制定設計方案，正確地分析、計算、校核，并考慮制造工藝、經濟、使用、維修等問 題，培養未來工作的綜合能力，但是在設計過程仍有許多不足，在設計結構尺寸時， 有些設計參數是按照以往經驗值得出，這樣就帶來了一定的誤差