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论文案例大全-卡罗拉轿车驱动桥设计

2021-06-07 15:32:27
作者:杭州千明

  驱动桥作为汽车当中一个非常重要的部件,其最重要的作用就是,驱动桥能够提高传动轴以及变速器上传递到其他部件上的扭矩,然后再合理的划分到两侧的驱动轮上面,致使汽车的两侧的驱动轮能够以各自不同的角速度进行转动;来自地面的垂直力、纵向力等多种力也会作用在汽车的驱动桥上面。另外还有,影响汽车的安全、舒适与性价比水平的因素之一就是驱动桥的质量。

  随着汽车行业的不断发展,现如今的汽车的发动机功率是越来越大,不过总质量却越来越小。为了提高汽车高速行驶的性能,汽车中的智能控制系统,例如ASR(驱动力控制系统)、ABS(制动防抱死控制)以及其它系统都在不断的发展升级,再加上路面状况的进步,主减速比变得越来越小了。

  本设计中,根据给定的参数,首先对主减速器进行设计,主要是针对于主减速器的组成部分和设计其几何尺寸,主减速器的形式选用的是单级主减速器,采用的齿轮形式是渐开式斜齿圆柱齿轮。其次,设计过程中的差速器的设计选择的是普通对称式圆锥行星齿轮。最后,对半轴的结构、支承形式,以及桥壳的形式和特点进行了分析设计,分别采用半浮式半轴和断开式驱动桥壳。做完基本的设计任务以后,计算与验证设计当中零件的强度,进行校核,之后在SolidWorks软件中将三维建模建立起来,最终使用AUTOCAD软件制作出相应的二维图纸。

  国内的汽车工业在近几年中不断快速的发展着,与汽车工业有关的产业与零部件产业的发展也随之上升。汽车当中的重要组成部分——汽车驱动桥也得到了相应的发展。生产驱动桥的企业也拥有了一套完备专业的系统来大量的生产驱动桥。

  汽车组成部分当中的驱动轴也是关键。驱动桥壳、差速器、车轮传动装置以及主减速器共同组成了驱动桥。驱动桥能够提高变速器或传动轴上的扭矩,再使得左右驱动轮获取扭矩,同时承受地面作用于车架和车身上给它带来的垂直力、纵向力等。驱动桥是影响汽车安全水平与使用寿命的关键因素,汽车的性能也取决于驱动桥的设计参数与结构布局。因此,对驱动桥设计方法的研究非常重要。

  本次文章选用的是卡罗拉轿车的驱动桥作为设计的基础,确定了驱动桥中每个组件的形式和尺寸,并校核了强度。在这个过程中,能够掌握传动轴的结构和工作原理,加深专业基础课程的知识,与现实联系并进行综合运用。

  1.1课题的提出及背景

  随着我国汽车行业的快速发展,传统以内燃机为动力源的汽车正面临着节能减排、绿色环保等严峻考验,然而以电机来驱动新能源汽车发展面貌日新月异。为应对上述考验,我国汽车行业现已大力研究开发新能源汽车,也由此诞生了很多造车新势力,这就对传统汽车提出了更高的要求,要想在节能减排,低碳出行这一块能够达标,无疑是要汽车传动系进行更为合理的设计。因此,汽车需要提高自身竞争力就必须积极提升各个总成的设计开发水平,其中在驱动桥这块应把如何提高工作可靠性、如何保证其使用寿命、如何其他组件配合以及如何适应现在发动机的高转速大扭矩等等,已逐渐成为驱动桥的未来发展趋势。

  汽车组成部分当中的驱动桥就是关键。驱动桥壳、差速器、车轮传动装置以及主减速器共同组成了驱动桥。从上世纪八九十年代开始,汽车逐渐走入寻常百姓家,1992年我国汽车的年产量达到新高度,第一次超过年产百万这道大门开始,至今汽车保有量接近饱和,汽车的类型、性能等早已丰富多彩,特别是乘用车领域,随着汽车技术的不断成熟,电动化、智能化等词语在汽车界已越来越普遍;在传统燃油车领域,人们对汽车乘坐舒适性的追求从未减弱的同时因能源消耗、生态环保等因素,相关文件指出传统燃油车必须向节能减排、低碳出行方向发展,这就给汽车的各个总成的设计开发提出了新要求,其中汽车驱动桥作为一个直接关系到汽车性能的总成,对它的设计开发必须放在第一位。

  1.2驱动桥的现状及发展

  国内的生产驱动桥的厂家一般都以引进、测绘以及自主发展的形式进行发展。最主要的难题是较低的技术水平,开发模式落后,技术创新不足,计算机辅助设计的应用少。

  就国内的大部分中小型企业来说,测绘是他们在市场中主要发展的一种模数,并且具有较好的竞争力。但是测绘所需要的技术水平并不是很高,再加上能够提供的资金无法进行深入的研发,开发资金不足,一些小企业或民营企业专门从事市场上比较流行的汽车车桥的测绘,制图和仿制,并将其出售给我国不完善的零件市场。这种发展方式不能从根本上提高中国驱动桥产品的发展水平。

  从1960年开始,因为电子计算机技术的不断升级使得有限元方法大范围的运用在工程当中。有限元方法不需要严格简化所分析的结构。它不仅可以考虑各种计算要求和条件,还能够准确的对多种工作的情况进行计算。有限元方法的原理是把拥有无限自由度的连续体通过离散的方式转换成有限数量的元素单位,通过这样的过程简单化问题,变为适合数值解的问题。

  随着汽车行业当中智能控制系统的不断发展与升级,现如今的汽车当中以及具备了许多的智能控制系统,其中的驱动力控制系统、制动防抱死控制系统以及电子稳定控制系统都是在现代汽车中经常能够使用到的。并且汽车当中的总线驱动系统以及电子控制系统也在不断的快速发展与升级,包括有线控变速、线控转向、线控制动等的研究与开发。

  国内汽车驱动桥的设计研究水平还是低于世界先进技术水平较多的。就算是一小部分的有实力的公司创建了属于自己的研发团队与机构,可是这些研发的团队或机构都才刚刚起步,还未开发出什么比较亮眼实用的装置。在如今这个科技快速发展的时代,汽车当中的先进技术不断拓展,大量引进汽车新技术,研究团队质量的不断上升,这些都会帮助我国在设计生产驱动桥取得有效的进步,在汽车零部件的设计与生产技术也不会落后于世界先进水平。

  2研究内容及参数

  1.本论文的主要研究内容如下:

  (1)在设计驱动桥的参数、分布方式以及结构样式的时候,需要满足变速器以及发动机在功率与参数上的条件,还需要对满载情况下的驱动力进行检验。

  (2)在对差速器进行设计的时候,选取合理的参数以及结构,并对关键零件的强度进行检验。

  (3)在对传动半轴进行设计的时候,选取合理的参数以及结构,最后还要对半轴的强度进行检验。

  (4)在对主减速器进行设计的时候,需要确认主减速器的基本参数,对载荷进行计算,采用合适的结构形式,最后还要对关键零件的强度进行检验。

  (5)主动桥壳体设计:选择主动桥壳体结构形式,进行强度计算并校核强度。

  2.本论文的主要参数(设计指标)如下表所示:

  表2.1目标车型参数

  驱动桥最大负荷:840kg发动机最大扭矩:154N?m变速器一档传动比:3.61

  前后轮距:1535/1535mm轮胎规格:195/65 R15主减速器传动比:4.74

  轴距:2700mm最小离地间隙:120mm侧车轮质量:35kg

  最大功率:90kw最大转速:6000r/min

  3驱动桥的总体设计

  3.1驱动桥的设计要求

  驱动桥壳、差速器、车轮传动装置以及主减速器共同组成了驱动桥。驱动桥能够提高变速器或传动轴上的扭矩,再使得左右驱动轮获取扭矩,同时承受地面作用于车架和车身上给它带来的垂直力、纵向力等。

  接下来将列举出一些在设计驱动桥时所需要到的标准:

  1)驱动桥的构造不能太过于复杂,要有优良的加工技术,在生产维修方面要做到简便。

  2)为了在一定的环境状况中,汽车要有较好的动力以及经济性,所以需要合理的设置主减速比。

  3)与悬架导向机构共同完成协调运动的任务,在转向驱动桥方面,要和转向机构具有一定的配合度。

  4)为了汽车和地面之间的间隙达到标准,需要对外形尺寸进行合理的设计。

  5)齿轮及其他传动部件运转平稳,噪音低。

  6)在各种负载和速度条件下的传动效率高。

  7)为了应对各种力以及力矩对于车架或车身的作用,需要使汽车的刚度与强度达到一定的标准;主要注意的是要降低汽车的质量,主要是要降低簧下重量,增强汽车的平稳性与通过性。

  3.2驱动桥的结构设计形式

  断开式驱动桥以及非断开式驱动桥都是驱动桥的不同结构形式。

  驱动桥的类型跟汽车悬架的结构之间存在着非常紧密的联系。断开式驱动桥中没有整体式的壳体,也不是采用梁的方式连接驱动轮。驱动桥大部分的部件都在车架上或是车身上。因为连接驱动轮与车架车身之间的是独立悬架,导致左右驱动轮是各自独立的。

  使用断开式驱动桥的汽车的簧下质量是明显小于使用非断开式驱动桥的,这样也就让汽车能够更加舒适,跑得更快,车桥、车轮基本上不会感受到动载,离地间隙大了可供使用的时间也更长了;因为驱动轮能够更加好的适应路面或者是其它各种形式的路段,让车轮的防滑性能更上一层;如果拥有一个良好的独立悬架导向机构,那么不足转向效应就会增大,使得能够更加稳定的对汽车进行操控。然而这种形式的选择也不是没有缺点,断开式驱动桥的结构比较的麻烦且需要较高的成本,相反非断开式驱动桥的结构就不是那么的复杂并且不需要高额的成本花费。不过,在非断开式驱动桥的情况下,汽车的簧下质量问题会使得汽车的舒适度以及动载荷能力都下降。

  由于断开式驱动桥的运行可靠和良好的稳定性,再和与轿车有关的设计进行结合,本次设计最终还是采取断开式类型的驱动桥来完成。

  图3.1断开式驱动桥

  4主减速器的设计

  主减速器能够使输入的转矩加大,降低旋转的速度,发动机如果是纵向安装的话,也会改变转矩的旋转方向。传动方面利用的是用齿轮齿数少的带动齿轮齿数多的。如果汽车的发动机是通过横向的方式来完成安置的,那么主减速器能够通过直齿轮来完成传动任务,动力方向不会因此而发生变换;就通过纵向方式安置发动机的汽车来说,主减速器还能通过锥齿轮传动系统来完成对动力方向的变换。

  汽车的驱动轮在满足驱动力矩与转速的要求后才能够实现在多种状况下的路段上进行行驶。动力通过差速器被合理的分配到两侧的驱动轮上,通过这样的方式能够降低安装在主减速器之前的装置的扭矩,其中就包括有万向传动装置以及变速器装置等,在能够完成降低扭矩的任务以后,部件的质量与尺寸也能进行适当并合理的降低,同时在操控汽车的时候不再需要之前那么多的力气。

  4.1主减速器的结构形式

  主减速器的类型多种多样,不同的种类的结构等形式都存在差异。所以,我们在选择的时候要根据所需要的侧重点的不同,综合考量再三之后,进行确定。

  4.1.1主减速器的齿轮类型

  主减速器的结构主要根据齿轮类型和减速类型而有所不同。其中单速式与双速式主减速器的不同就是其传动比挡数上会存在差异,单速式的传动比是恒定的,而另外一种具有两个传动比,可供驾驶员选择以适应不同的驾驶条件。

  如下的四种类型的主减速器之间的差别就是它们的齿轮副的结构不同。

  (1)弧齿锥齿轮传动

  如图4.1a)所示即为弧齿锥齿轮传动形式图,可以发现主、从动齿轮的轴线之间呈90度夹角并交于一点。相同时间内可能出现多对齿轮一起啮合的现象,承受负载的水平较高,又因为齿轮的齿的整体上未发生相同时间的啮合,先是从齿的一端开始啮合然后缓慢的转到齿的另一端,这样就使得在工作的过程中比较的安静平稳,然而弧齿锥齿轮对于啮合精度的要求非常地高,如果齿轮副锥顶出现了细微的差错,都会导致齿轮出现磨损并发出噪声。

  (2)双曲面齿轮传动

  如图4.1b)所示即为双曲面齿轮传动形式图,可以发现主、从动齿轮的轴线之间呈90度夹角,同时也有一定的偏移。通过将弧齿锥齿轮传动与双曲面齿轮传动进行对比发现,齿轮尺寸一样的时候后者的传动比的值更大;将主动齿轮都设置成相同的数值与传动比不变动的时候,双曲面齿轮传动中的从动齿轮尺寸小导致其离地间隙更大;将从动齿轮都设置成相同的数值与传动比不变动的时候,这种传动的主动齿轮的半径以及刚度还有齿轮的强度都是更加优秀的。

  (3)圆柱齿轮传动

  如图4.1c)所示即为圆柱齿轮传动形式图,发动机前置前驱的汽车的驱动桥中就会使用到圆柱齿轮传动的方式。

  (4)蜗杆传动

  如图4.1d)所示即为蜗杆传动形式图,通过对前面三种传动方式进行分析发现,蜗杆传动不但尺寸小质量轻,除此以外,还有着良好的传动比,运转过程中平稳且安静,这就使得在布置贯穿式多桥驱动与汽车整体的时候更加简便,能够加大传输的载荷从而延迟使用的寿命。因为其结构比较简便不复杂,所以在进行调整与拆装的时候也更加快速简单。然而生产涡轮齿圈所采用的材料需要花费大量的资金,并且不具备较好的传输效率。这种蜗杆传动适用于总体质量较大的商用车与具有大功率发动机的汽车。

  图4.1主减速器齿轮传动形式图

  因为发动机在通过横向方式放置的情况下,一般使用的是斜齿圆柱齿轮来进行传动;斜圆柱齿轮在工作的时候能够的安静稳定,广泛地使用在汽车当中。所以,本设计选择使用斜齿圆柱齿轮的传动方式。

  斜齿圆柱齿轮传动的主动齿轮轴线与从动齿轮轴线是呈平行关系的,并没有交点,而且齿轮未存在全长上啮合的现象,是慢慢地完成啮合。所以在运转的过程中更加地稳定并且具有较高的承受负荷能力。通过预紧支承轴承,加大支承与壳体的刚度来确保齿轮副能够进行正常的啮合。

  图4.2斜齿圆柱齿轮传动

  4.1.2主减速器的减速形式

  驱动桥的布置形式与数量、离地间隙、车辆类型以及主传动比i0,这些都是在选择过程所需要考虑的,主传动比i0还会改变汽车的动力性与经济性。下面就是对几种不同主减速器的说明。

  (1)单级主减速器

  如图4.3所示即为单级主减速器的结构图,可以发现它是属于小尺寸轻质量的,结构相对不是那么地繁杂,成本较小等原因使得其经常在主传动比小于7的汽车当中使用。

  (2)双级主减速器

  双级主减速器是通过两级齿轮减速构成的。将双级主减速器与单级主减速器的离地间隙设置到一样的情况,发现前者所具有更大的传动比。然而它的结构非常之复杂,还显得非常地笨重,需要更大的成本去生产,所以一般在那些总质量高的商用车当中才会使用到。若是在第二级减速器内存在着两对齿轮的话,并且它们都靠近两侧车轮放置,则它们实际上是独立的零部件,这就被称为轮边减速器。

  综上所述,本次设计将选择单级主减速器来完成对主减速器的设计。

  图4.3单级主减速器

  4.1.3主减速器主、从动斜齿圆柱齿轮的支承方案

  为了保证主减速器能够进行良好地运转,要使得主、从动齿轮完成正常啮合。齿轮在进行啮合的时候,会受到许多方面因素的干扰,如齿轮的质量、主减速器壳体的刚度等等。

  (1)主动斜齿圆柱齿轮的支承

  主动斜齿圆柱齿轮包括有跨置式支承以及悬臂式支承这两种支承类型。如图4.3所示就是跨置式支承的结构示意图。加大支承的刚度的同时也能较少作用于轴承的负荷,齿轮能够进行更好的啮合,承载的水平也就更强了。齿轮的大端侧的轴颈上有两个圆锥滚子轴承,使得主动齿轮轴变得还要短,整体结构紧凑,传动轴的夹角变得更小也使得整车布置更方便。跨置式支承不但增强了支承的刚度,还降低了在负载情况下齿轮的变形程度。两者对比发现跨置式支承的齿轮承载能力是更加优秀一些的。

  图4.3主动齿轮跨置式

  (2)从动斜齿圆柱齿轮的支承

  如图4.4所示就是从动斜齿圆柱齿轮的支承形式图。可以发现为了增强其支承的刚度,圆锥滚子向里面的方向的尺寸减小了c+d。c+d要超过从动斜齿圆柱齿轮大端分度圆直径的70%,如此才能留足一定的空间来提高从动斜齿轮后部差速器壳体的支撑稳定性。c在大于或等于d的时候载荷才能平均的分配到两个轴承上面。

  图4.4从动齿轮支撑形式

  综上所述,分别选取跨置式支承结构与圆锥滚子轴承支承结构来完成对主、从动斜齿圆柱齿轮的设计。

  4.2主减速器的基本参数选择与设计计算

  4.2.1主减速器计算载荷的确定

  确认主减速比的步骤是非常关键的,这会直接影响到主减速器的质量水平、外形尺寸、结构形式还有在变速器是最高档位情况下汽车的燃料经济性以及动力性。要同时完成对汽车总体设计、总传动比以及的选取,也就是要根据整车动力计算来完成。根据下的功率平衡的差异来完成对于汽车动力性影响的研究。在对值进行确定的时候,可以采用发动机与传动比系数选最好匹配的方式,这样让汽车能够具备较好的燃料经济性与动力性。

  如果已知了发动机的最大功率和转速的时候,对值的确定要满足汽车能够达到尽可能大的最高车速。能够通过下面的公式来得到值:

  ……………………………………………………………(4.1)

  此处题目中已给定的值,令=4.74

  (1)第一步要按照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

  ……………………………………………………………(4.2)

  式中:

  ——计算转矩,;

  ——发动机的输出的最大转矩,在此取154;

  ——因为猛结合离合器时所带来的冲击载荷情况下的超载系数,选择=1.0,如果性能系数大于零,那么就选择=2.0;

  ——在此选择的是=1,表示的是液力变矩器变矩系数;

  ——在此选择的是=0.9,表示的是发动机到万向传动轴之间的传动效率;

  ——变速器一挡传动比,在此取3.61;

  ——主减速器传动比,在此取4.74;

  ——分动器传动比,在此取1;

  ——该汽车的驱动桥数目,在此取1;

  由以上各参数可求得

  (2)其次再利用驱动轮打滑转矩来得到从动齿轮的计算转矩

  …………………………………………………………………(4.3)

  式中:

  ——在汽车最大加速度情况下负荷转移系数,选取=1.3;

  ——车轮的滚动半径,选取195/65R15型号的轮胎,有;

  ——在汽车满载情况下一个驱动桥给予水平路面的最大负荷,选取;

  ——第一个表示主减速器从动齿轮到驱动轮之间的转动效率,第二个表示的是传动比,取0.9,取1.0;

  ——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;

  将上面的参数代入到式子当中有:

  4.2.2主减速器基本参数的选择

  (1)主、从动斜齿圆柱齿轮齿数和

  要和下面的内容相结合的选取主、从动斜齿圆柱齿轮的齿数。

  1)与在各种传动比情况下的配合都应具有一定的合理性。

  2)公约数尽可能的选择在和的范围以外,这样才能磨合均匀。

  3)如果是轿车的话,最好要超过9,这样才能拥有较强的疲劳强度,啮合过程更加稳定且安静。

  4)为了获取较好的齿轮弯曲强度与齿面重合度,要求其主从动齿轮齿数的代数和要在40个以上。

  5)当主传动比较大时,应使尽量取得小一些,以便获得满意的离地间隙。

  根据以上要求,并参考《汽车车桥设计》取=11,=52,这样的话就有+=6340。

  (2)从动斜齿圆柱齿轮大端分度圆直径和端面模数

  如果使用的是单级主减速器,当增大,驱动桥的离地间隙会减小,相反,当的尺寸减小的时候,在安装主动齿轮的前支承座与差速器的时候会发生变化。接着,参考经验公式能够对完成初选。

  …………………………………………………………………(4.4)

  式中,

  ——从动齿轮的计算转矩,单位是,选取和中较小的那一个。

  ——直径系数,大多数情况下选取13.0至15.3的范围内;

  所以(13.0~15.3))

  初选,则齿轮端面模数;

  参考《机械设计手册》选取,则

  根据来校核选取的是否合适,其中为模数系数,且。此处,),因此满足校核。

  (3)中点螺旋角

  斜齿圆柱齿轮的中间部位的螺旋角是一样的,螺旋角会随着齿宽的变化而发生改变,齿宽越大螺旋角也就越大。要和重合度相结合地对进行选取,随着增大,也会跟着上升,如果啮合的齿数更多,那么在传动的过程中就更加稳定与安静,轮齿的强度也会有所增大。需要超过1.25,然而不能大到超过一定的限度,不然的话轴向力会上升。

  此处取。

  (4)螺旋方向

  在顶部来观察斜齿圆柱齿轮能够发现,螺旋的方向等于齿形上半部分倾斜的方向。轴向力的方向取决于螺旋线的方向以及斜齿圆柱齿轮旋转的方向。主从动齿轮的旋转方向呈反向。在变速器位于前进挡的情况下,为了让主、从动齿轮之间存在分离的趋势,避免齿轮因为卡住受到损失,主动齿轮的轴向力就要和斜齿圆柱顶的距离越远越好。

  (5)法向压力角

  齿轮的强度会随着压力角的增加而上升,还能降低齿轮未出现根切的最小齿数。如果把齿轮的尺寸设置得小而压力角却大,那么就会使得齿轮的齿顶太尖,齿轮端面的重合度就会非常的小。所以,负荷不是很大的那些齿轮,一般会使用较小的压力角以使齿轮平稳运行且噪音小。

  因此,在这里取法向压力角

  4.2.3主减速器斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算

  表4.1汽车主减速器斜齿圆柱齿轮的几何尺寸

  名称计算公式和说明计算结果

  主动齿轮齿数

  从动齿轮齿数

  端面模数

  法面模数

  螺旋角

  分度圆直径

  齿顶高

  齿根高

  齿全高

  法向压力角

  齿顶圆直径

  齿根圆直径

  中心距

  齿宽

  4.2.4主减速器斜齿圆柱齿轮的强度计算

  实现几何计算主减速器斜齿圆柱齿轮任务以后,接下来就是要通过计算得到的载荷来计算强度,通过这样的方式来让其强度与寿命得到保障,在运转的过程中也更加的安全。

  (1)齿轮的破坏形式

  经常能够看到的齿轮破坏形式包括有四种,接下来就会对它们进行依次地说明与介绍。下面将这四种形式分别进行描述:

  1)轮齿折断

  这种现象又可以划分成疲劳折断以及弯曲强度为满足要求导致过载折断这两种情况。一般断裂的起点都是齿根。利用较好的齿轮材料,合适的压力角、模数以及齿高等方式,同时给予一定程度的弯曲能力来降低齿轮发生断裂的概率。齿根的圆角越大越好,并且需保证齿根和齿面的光滑度。

  2)齿面的点蚀及剥落

  这种形式的损坏是齿轮中最常见也是最严重的,大多数的齿轮都是因为这个而无法使用。导致出现这种现象的主要原因是表面接触强度太低。

  3)齿面胶合

  如果齿轮处于高压与高速滑摩情况下导致局部的温度过高,或者是润滑冷却能力弱等原因导致的直接摩擦金属表面,都会让金属粘合紧密使得表面受到破坏与擦伤,这也就是齿面胶合的情况。

  4)齿面磨损

  齿面磨损是指由于齿轮齿面的滑动,刮擦或者是打磨而导致的破坏。不过它是存在着一定范围内的允许磨损程度的。当齿轮在传动的时候出现颗粒剥落,以及在装配的时候出现碎屑和油中的杂质就会导致出现不正常的磨损。

  (2)主减速器斜齿圆柱齿轮的强度计算

  1)单位齿长圆周力

  一般都是通过轮齿的单位齿长圆周力来估算主减速器齿轮的表面耐磨性:

  …………………………………………………………………………(4.5)

  式中:

  ——齿轮上所承受的圆周力,单位是,根据发动机最大转矩和最大附着力矩两种载荷工况来完成计算;

  ——作用在轮齿上的圆周力,;

  ——从动齿轮的齿面宽,在此取。

  按发动机最大转矩计算时:

  ………………………………………………………(4.6)

  式中:

  ——主动齿轮中点分度圆直径,选取。

  ——发动机输出的最大转矩,在此取;

  ——变速器的传动比,取3.61;

  按上式,

  按驱动轮打滑的转矩计算时:

  …………………………………………………………(4.7)

  式中:

  ——车轮的滚动半径,选取。

  ——在此选择的是,表示的是满载时驱动桥作用在地面的负荷的最大值;

  ——在此选择的是1.3,表示的是加速度最大的时候所具有的负荷转移系数;

  ——在此选择的是,表示的是轮胎对地面的附着系数;

  按上式,

  如今对于汽车的设计,因为材质与加工等生产技术的上升,根据观察表4.2能够发现,实际的单位齿长圆周力许用值[P]在个别情况下是会更高一些的。根据图4.5验算数据的分析,以上两数值都在许用范围内,故满足条件。

  表4.2单位齿长圆周力许用值

  汽车类别按发动机最大转矩计算时的按驱动轮打滑计算

  一档二档直接挡893

  轿车893 536 321 1429

  货车1429—250

  大客车982—214

  牵引车536—250

  2)轮齿的弯曲强度计算

  如下是计算斜齿圆柱齿轮轮齿的齿根弯曲应力的式子:

  ……………………………………………………………(4.8)

  式中:

  ——表示的是轮齿的齿根弯曲应力,单位是;

  ——表示齿轮的计算转矩,单位是,如果是主动齿轮,那么,计算得到;如果是从动齿轮,那么就等于和里面小的那一个;

  ——超载系数;在此取1.0;

  ——表示的是尺寸系数,如果,那么就有,计算得到;

  ——在此选择的是,表示的是质量系数,;

  ——表示的是齿面载荷分配系数,悬臂式结构,选取;

  ——所计算齿轮的齿面宽,;

  ——所讨论齿轮分度圆直径,,;

  ——端面模数,;

  ——用于计算弯曲应力的综合系数,对于能够影响弯曲应力计算的各种因素都应该考虑到。根据图4.6的观察,小齿轮中,大齿轮的。

  图4.5弯曲计算用综合系数

  按上式有:

  主动斜齿圆柱齿轮轮齿的齿根弯曲应力为:

  从动斜齿圆柱齿轮轮齿的齿根弯曲应力为:

  因为主从动斜齿圆柱齿轮的,使得主减速器齿轮能够到达弯曲强度目标标准。

  3)轮齿接触强度

  斜齿圆柱齿轮轮齿的齿面接触应力为

  ……………………………………………………(4.9)

  式中:

  ——表示的是齿面品质系数,如果是对精度要求较高的齿轮,那么选取=1.0;

  ——表示的是齿面接触应力,其单位是;

  ——表示的是齿面载荷分配系数,悬臂式结构,在此取;

  ——表示的是综合弹性系数,如果是钢制的齿轮,那么选取;

  ——表示的是尺寸系数,因为齿轮的尺寸会让淬透性发生变化,所以一般选取1.0;

  ——表示的是齿轮的计算转矩,单位是,选取;

  ——超载系数;在此取1.0;

  ——表示的是齿面接触强度综合系数。对于能够影响齿面接触强度计算的各种因素都有考虑到。根据观察图4.7,选取。

  图4.6接触计算用综合系数

  按上式有:

  主从动齿轮的齿面接触应力的大小是相等的,通过计算能够得知疲劳接触应力要小于或等于,因为,所以都是达到了标准的。

  交变负荷会作用于驱动桥的齿轮之上,一般出现的都是疲劳破坏。如果使用寿命超过了20万千米,那么其循环次数也将超过耐久疲劳次数。

  主减速器齿轮的疲劳寿命基本是和其最大持续载荷挂钩的。汽车驱动桥中的最大附着转矩以及最大输出转矩亦非使用过程中的持续载荷,在计算强度的过程中也只是拿来对最大应力进行验证,无法当作疲劳破坏的支撑性理由。

  4.3主减速器斜齿圆柱齿轮材料

  驱动桥斜齿圆柱齿轮所处的运转环境并不是很好的甚至是比较差的,和传动系的其它齿轮放在一起比较能够发现,它的变化更多元、作用时间长、大载荷等优势。所以传动系里面的主减速器齿轮是最难处理的部分。

  渗碳合金钢是现在主减速器斜齿圆柱齿轮制造的主要材料。

  本次设计选取的是20CrMnTi,其表面的硬化层强度大,比较的耐磨与抗压,使得其承受冲击、表面接触强度以及抗弯曲能力都非常之优秀。因为碳含量不高,所以能够有更多加工的选择。但是这种材料需要高昂的资金花费在热处理方面上,表面硬化层下面的基底硬度不够,容易出现塑性变形的情况,在渗透层与芯部碳含量相差很多的时候,硬化层同样会发生剥落。

  对齿面进行精加工、热处理后,就需要对斜齿圆柱齿轮进行处理,其方式多种多样,让新齿轮能够更好的进行磨合同时也能避免在前期发生咬死、损坏等情况。并且利用喷丸处理的方式对齿面进行处理能够延迟齿轮的使用寿命。如果是有高滑动速度的齿轮的话,能够通过渗硫这样的方式对其进行处理来加强耐磨性。

  5差速器的设计

  在进行转向或是路面比较崎岖的情况下,两侧的驱动轮在差速器的作用下,能够分别采用不同的角速度进行滚动,通过这样的方式实现两侧的驱动轮和地面之间是在进行一种纯滚动运动。

  当汽车行驶的时候,任何情况下下两侧驱动轮的滚动路程都一定是会存在着差距的。因为两侧车轮轮胎的气压是有区别的,导致胎面无法均匀的磨损,所具有的负荷也就出现了差异;并且两侧驱动轮滚动的路况也是存在着一些差异的,所受到的阻力也就不一样。如果刚性方式连接驱动轮,那么在行驶的过程中驱动轮就容易出现滑移,导致其中一侧的车轮的磨损程度更大,并且在转向的时候也更加困难,不能具有良好的操纵与通过性能。将左右驱动轮之间的驱动轴分割开来,利用差速器来使得两侧驱动轮旋转的速度保持不相同的水平。

  5.1差速器结构形式选择

  接下来将对几种不同的差速器结构进行介绍:

  (1)普通锥齿轮式差速器

  这种结构的差速器被广泛的运用到各种驱动桥当中,因为它在运转的时候具有较高的可靠性与稳定性,并且结构比较的简单。

  紧锁系数要大于0.05而小于0.15,两个半轴的转矩比只比1大一些,所以这两半轴的转矩是可以近似一样的,在一般的路况上行驶的时候,转矩就可以通过这样的方式来进行分配。

  图5.1普通锥齿轮式差速器示意图

  (2)摩擦片式差速器

  为加大差速器中的摩擦力矩,在差速器壳体和半轴齿轮间安装摩擦片。在传递转矩的过程中,差速器的壳体能够向行星齿轮轴线的方向形成轴向力,从而让行星齿轮压紧摩擦片。如果两侧半轴的转速不一样,那么主、从动摩擦片中间就会出现相对滑移,导致形成摩擦力矩。

  摩擦片式差速器在运转的时候具有较好的稳定性,结构简易使得汽车具有良好的通过性。

  (3)强制锁止式差速器

  在汽车行驶在附着系数较小的路段的时候,内部与外部的接合器能够在液压或者是气动控制机构的作用下实现啮合,差速器壳再和半轴紧密连接,导致差速器不能运转,所以能够通过地面具有的附着系数来让牵引力的值达到最大。

  综上所述,因为普通锥齿轮式差速器在运转的时候具有较好的稳定性,结构简易在生产的时候更加简便,故而本设计选择这种差速器。

  5.2对称式锥齿轮差速器的工作原理

  对称式锥齿轮差速器是行星齿轮机构的一种类型。行星齿轮存在着自转、公转或者是公转的同时也进行自转这三种运动形式。行星齿轮机构中的行星架连接于主减速器的从动齿轮,就是其主动件的角速度;半轴齿轮1以及半轴齿轮2都属于从动件,和就是其相应的角速度。行星齿轮啮合于A点,半轴齿轮啮合于B点。行星齿轮的中心点是C点,各个部分的旋转轴线之间都隔着r的距离。

  在行星齿轮机构进行公转的时候,相同半径r的A、B、C具有的圆周速度也是一样的,大小都是。所以得到,差速器没有了差速的能力,两半轴同差速器壳上的角速度是一样的。

  图5.2对称式锥齿轮差速器工作原理

  行星齿轮进行自转运动且角速度为的时候,可以得出A点的圆周速度,并且B点的圆周速度为。

  故有

  即

  设置n代表每一分钟所旋转的圈数,得:

  这个式子能够用来代表两个半径一样的半轴齿轮的对称锥齿轮差速器的运动情况,n1、n2分别表示的是两个半轴齿轮的旋转速度,而n0表示的是差速器壳的旋转速度。

  同时还发现,在差速器壳的不旋转的情况下,其中一侧的半轴齿轮会以一定的速度进行旋转,另外一侧的半轴齿轮的转速也是这么多但是方向是相反的;在其中一侧半轴齿轮不发生转动的情况下,还有一个半轴齿轮的旋转速度和两倍的差速器壳的旋转速度是一样的。

  5.3普通锥齿轮差速器齿轮设计

  因为主减速器的从动齿轮是安置在差速器壳上面的,所以在选择尺寸大小的时候要考虑到是否有利于装配。

  5.3.1差速器齿轮主要参数选择

  (1)行星齿轮数n的选择

  在对行星齿轮数n进行选取的时候需要考虑到其承载的状况,如果承载较小的时候可以选取n=2的行星齿轮数。并且,大多数的乘用车的行星齿轮数量都是2。

  (2)行星齿轮球面半径的确定

  差速器锥齿轮节锥距的大小和承载水平都能够通过行星齿轮球面半径Rb体现出来。利用经验公式来决定这个数值

  …………………………………………………………………(5.1)

  式中:

  ——球面半径,;

  ——差速器计算扭矩,在此为2371.64。

  ——表示的是行星齿轮球面半径系数,一般情况下大于2.5而小于3.0,如果是拥有两个行星齿轮的轿车、越野车等,则;如果是拥有4个行星齿轮的商用货车或是轿车,则。但是此次选择的是

  计算得:

  取

  (3)预选行星齿轮节锥距

  ……………………………………………………(5.2)

  计算得:

  (4)行星齿轮和半轴齿轮齿数的选择

  为了使齿轮具有较高的强度,应采取较大的模数,然而这样会使得尺寸变得很大,所以要尽可能的降低行星齿轮的齿数,同时又要保证齿数至少要超过10。半轴齿轮的齿数要大于14而不超过25;半轴齿轮和行星齿轮的齿数比要小于2而超过1.5;要求左右半轴齿轮的齿数除以行星齿轮数量的结果是整数,这样才能让两行星齿轮可以在相同的时间内和两个半轴齿轮进行啮合,这也是安装的一个前提条件。综上所述,本次选择的是=16,=10。

  (5)行星齿轮和半轴齿轮节锥角、及模数的初步确定

  通过下面的方程组来确定:

  …………………………………………………………(5.3)

  计算得:

  锥齿轮大端的端面模数为

  ……………………………………………………(5.4)

  计算得:

  取

  (6)分度圆直径d

  (7)压力角

  大部分的差速器齿轮的压力角等于,0.8的齿高系数。所以压力角然而个别质量较大的汽车为了获取较大强度的齿轮,其差速器齿轮的压力角等于。

  (8)行星齿轮轴直径及支承长度

  行星齿轮轴直径为

  …………………………………………………………………(5.5)

  式中:

  ——差速器壳传递的转矩,取;

  ——行星齿轮数,;

  ——表示的是支承面的许用挤压应力,选择。

  ——表示的是行星齿轮支撑面中点与锥顶之间存在的距离,单位是,大概等于半轴齿轮齿宽中点处平均直径的二分之一,通过计算获取到;

  计算得:

  行星齿轮在轴上的支承长度为

  5.3.2差速器齿轮的几何计算

  表5.1汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸

  项目计算公式计算结果

  行星齿轮齿数,应尽量取小值

  半轴齿轮齿数

  模数

  节锥角

  压力角

  齿面宽

  齿顶高

  齿根高

  齿全高

  锥距

  齿顶角

  齿根角

  5.3.3差速器齿轮的强度计算

  差速器齿轮的尺寸无法随意的进行修改与调整,承受载荷的能力也要求较高,只有在汽车进转弯或者是两侧驱动轮的滚动路程,又或者是其中一侧的车轮出现滑移的情况下,差速器齿轮才会啮合并进行相对运动。检验差速器齿轮弯曲强度的步骤是非常重要的。如下是计算轮齿弯曲应力的式子:

  …………………………………………………………(5.6)

  式中:

  ——表示的是齿面载荷分配系数,其中悬臂式结构中的取值范围是1.00至1.25,本次选择的是;

  ——表示在对汽车差速器齿轮弯曲应力进行计算时候所使用的综合系数。

  ——选择的是,表示的是差速器的行星齿轮数;

  ——选取的是,表示的是半轴齿轮计算转矩;

  ——选取的是,表示的是半轴齿轮大端分度圆直径;

  ——表示的是尺寸系数,能够体现出材料的不均匀性,和齿轮尺寸以及热处理之间存在着一定的联系,在的情况下,得出的,计算可知;

  ——选择的是,表示的是半轴齿轮齿宽;

  ——表示的是质量系数,如果是汽车驱动桥齿轮,在齿轮接触状况较好的情况下,周节与径向跳动具有较大的精度,选取的就是1.0;

  由图5.3查得

  图5.3综合系数

  按上式有:

  不满足要求,所以将增大至,再次计算得

  符合要求。

  5.4差速器齿轮材料的选择

  在制造差速器齿轮的过程中会使用到渗碳合金钢作为材料,本设计采用20CrMo。它的表面的硬化层具有较大的含碳量,所以抗压耐磨的能力就非常的强,使得其承受冲击、表面接触强度以及抗弯曲能力都非常的优秀。

  6半轴的设计

  汽车传动系统的尾部安装有驱动车轮的传动装置,将转矩分配到驱动轮上。断开式驱动桥以及转向驱动桥当中的传动装置由万向节装置以及半轴构成,其中的万向节装置一般选用的是等速万向节。而非断开式驱动桥中的传动装置采用的就是半轴,利用半轴连接差速器半轴齿轮和轮毂。

  6.1半轴的结构形式

  因为车轮端的支承方式不止一种,包括了全浮动式半轴、半浮动式半轴以及3/4浮动式半轴。就非浮动式半轴来说,因为轮毂的结构问题,使得扭矩与车轮上的作用力都会作用在半轴上。

  如图6.1中的(a)图就是半浮式半轴的结构图,外边的轴颈支承于内孔的轴承,通过安装固定在轮毂上,也可以利用凸缘将轮盘与制动鼓连接起来。这种类型的半轴能够承受较大的载荷且结构不复杂。只有在轻质量的汽车中才会使用到这种半轴。

  如图6.1中的(b)图就是3/4浮式半轴的结构图,可以发现此半轴的外端仅存在一个轴承,位于桥壳半轴套筒的末端,轴套支承轮毂,采用螺钉对半轴进行固定。它和上面一种的半轴能够承受的载荷能力水平差不多,但是负载小。

  如图6.1中的(c)图就是全浮式半轴的结构图,半轴外部的凸缘能够利用螺钉来和轮毂进行连接,在桥壳的半轴套筒上安装两个圆锥滚子轴承,然后用来支撑轮毂。由于垂直力和其他各种力以及它们产生的力矩是通过轮毂等传递到桥壳上的,这样一来,从理论上来说,全浮式半轴它仅承受转矩,这样的话,就得让桥壳来承担作用在驱动轮上的所有其他反作用力和弯矩了。在实际状况中可能会出现差速器半轴齿轮的非同心等多种现象,都会让半轴发生弯曲变形而形成5~70MPa的弯曲应力。一般在大质量的商用货车中才会使用到这种类型的半轴。

  (a)半浮式(b)3/4浮式(c)全浮式

  图6.1半轴结构形式简图及受力形况

  本课题设计的是断开式驱动桥,即其中一根半轴为断开的,通过万向节连接,汽车的前驱基本上都是使用的球笼式万向节。在此利用半浮式类型的半轴来帮助完成对半轴的设计。

  6.2半轴的设计与计算

  半轴的直径是在尺寸确定中比较重要的一环,当进行设计的情况下,把一样类型的半轴放到差不多的环境下进行对比,通过这样的方式来完成对半轴直径的初步确定,再检验这种半轴的轻度水平。

  计算之前要考虑到半轴所需要承受的载荷大小,然后再分析一些可能会出现的情况:

  (1)在汽车快速地行驶过崎岖路段的时候,垂向力可能为最大值的情况下等于,其中的表示的就是动载荷系数,侧向力与纵向力的作用可以忽略不管,只用考虑对地面产生的垂直力。

  (2)在纵向力等于最大值的情况下,无侧向力,附着系数=0.8。

  (3)在侧向力等于最大值的情况下,无纵向力,附着系数=1.0。

  因为车轮和地面的最大附着力是存在上限的,导致作用在车轮上的纵向力以及侧向力值也是存在一定范围的,可以表示为。

  初步确定半轴直径在。

  (1)纵向力最大,侧向力为0

  这种情况下的垂向力,其中纵向力的最大值,选择=7500N。表示的是附着系数,在计算的过程中选择=0.8;表示的是负荷转移系数,进行计算的过程中选择=1.2。通过计算可知,。

  半轴弯曲应力,和扭转切应力为

  ………………………………………………………………(6.1)

  轮毂支承轴承与车轮中心平面间的距离用a来表示,a=0.06m。

  合成应力为

  (2)侧向力最大,纵向力为0

  这种情况下说明汽车极有可能出现了侧滑现象。内外轮上的垂直反力与分别表示为:

  ………………………………………………………(6.2)

  式中,

  ——选择的是=1.0,表示的是侧滑附着系数;

  ——在汽车满载的情况下,单个驱动桥作用在路面上的最大负荷,在计算的过程中选择;

  ——轮距,取;

  ——选择=738.56mm,表示的是汽车质心高度。

  计算得:

  外轮上的侧向力和内轮上的侧向力分别为

  ………………………………………………………………(6.3)

  计算得:

  内、外车轮上的总侧向力为,即

  内外轮半轴的弯曲应力与分别表示为:

  …………………………………………………………(6.4)

  计算得:

  (3)汽车通过不平路面,垂向力最大,纵向力为0,侧向力为0

  此时垂直力最大值为

  ……………………………………………………………………(6.5)

  其中的k表示的是动载系数,计算的过程中选择k=1.75。

  计算得:

  半轴弯曲应力为

  ……………………………………………………………(6.6)

  计算得:

  半浮式半轴的许用合成应力为,由于,故校核半径取满足许用应力。

  6.3半轴的结构设计

  (1)设计全浮式半轴杆部,要求其强度储备不能超过驱动桥与其它传力部件。半浮式半轴是直径安置于车轮上面的,作为安全部件。

  (2)杆部与外端凸缘都比较大的时候采用花键进行连接。

  (3)半轴杆部的半径在设计的时候不能超过半轴花键的底部半径,这样才能让各个地方的强度差不多。

  (4)各个过渡位置的圆角半径在一定限度内越大越好,特别是位于凸缘和杆部间距的过渡位置还有花键和杆部之间的过渡位置,这样能够在一定程度上缓解应力集中的现象。

  6.4半轴的材料选择与热处理

  含铬的中碳合金钢是生产汽车驱动桥的半轴所使用的材料中最为关键的,具体包括了35CrMnTi、40CrMnMo、40CrMoA以及40CrMnSi等。

  国内所新研发的钢种中就包括了40MnB,一般运用于制造半轴的过程中,能够很好地利用其特性。在过去,半轴零件的热处理都采用调质处理的方法,淬火和回火这一过程,达到杆部的硬度要求为HB388-444。而近些年来,越来越多的人开始使用高频和中频感应淬火,主要原因是它可以让半轴表面具有一定程度的硬化层。硬化层的强度本身就大,在半轴表面形成有残余应力,然后根据过渡圆角等等的一些工艺技术来加强半轴的静强度与疲劳强度。因为许多先进技术的引入,越来越多的制造商在制造半轴时不再使用合金钢,而是用中碳(40号、45号)钢代替。

  7桥壳的设计

  由于本设计中不要求设计驱动桥壳的部分,因此本章节内容属于介绍性阐述。

  该组件主要的作用就是用来承受汽车具有的重量,同时也要承受来自车轮对于路面形成的反力以及反力矩,然后再通过悬架转移到车架上。桥壳还具有其他功能,如下:桥壳的里面储备有润滑油,起到润滑轴承、齿轮等部件的作用;桥壳也可以固定左右驱动轮在轴向方向上的距离;差速器、主减速器以及半轴等多种部件都位于桥壳内,对于这些部件也起到了一定的支承作用;密闭性较强的壳体能够将杂质阻隔在外,能够有效的保护内部的部件。

  驱动桥壳应满足以下的设计要求:

  1)在进行调整、拆装以及维修的时候比较简单。

  2)为了主减速器完成正确的啮合并且半轴表面无残余应力,就需要较高的强度与刚度。

  3)避免水泥等进入到桥壳内部,能够对桥壳上的传动系部件进行保护。

  4)在一定的刚度与强度的基础上,想要提高行驶的舒适性,要减小其质量。

  5)对于结构加工的工艺水平要优秀,制造的成本不能太高。

  6)保证具有一定程度的离地间隙。

  7.1驱动桥壳结构方案选择

  驱动桥壳可以区分成下面几种形式。

  (1)可分式桥壳

  如图7.1所示就是可分式桥壳的结构图,可以发现这种桥壳由两部分组合而成,再利用螺栓固定起来。利用一个铸壳对应一个压入其他端的半轴套来形成各个部分,同样是利用铆钉将壳体与轴管连接在一起。

  这种桥壳的制造工艺是十分优秀的,所制造出来的结构不但十分简洁,而且主减速器还有着过硬的支承刚度。然而在维护、调整与拆装的时候显得比较的麻烦。桥壳的结构会让其强度与刚度具有一定的限制,一般在比较轻的汽车当作才会使用到可分式的桥壳。

  图7.1可分式桥壳

  (2)整体式桥壳

  如图7.2所示就是整体式桥壳的结构图,可发现这种桥壳中间有一个空心的梁,主减速器壳与桥壳并不是连接在一起的。这种桥壳具有较高的强度与刚度,在拆装调整主减速器的时候非常的简单。

  铸造式桥壳的刚度与强度都比较的强,但是这个工艺制造处理的桥壳的质量太大,在进行加工制造的过程中步骤繁杂。而整体式桥壳中存在的板冲压焊接式和扩张成形式桥壳这两种制造的工艺生产的桥壳的质量就比较的轻,并且花费的资金也少,能够进行大批量的制造,广泛用于乘用车以及总质量小的商用车。

  图7.2整体式桥壳

  (3)组合式桥壳

  如图7.3所示就是组合式桥壳的结构图,可以发现这种结构的桥壳中主减速器壳与桥壳进行了结合,在桥壳的两端处使用的是无缝式的钢管来进行压入,销钉或焊接的办法固定。这种桥壳被使用的话,从动齿轮轴承的轴承刚度会更好,有利于调节与装配主减速器。然而需要较高程度的精度,一般在乘用车或者是小质量的商用车当中才会使用到。

  图7.3组合式桥壳

  上述三种桥壳各有利弊,但在轿车前驱桥壳中一般选用组合式桥壳。从动齿轮齿壳的支承刚度能力较强,在安置与调整主减速器的过程中是几种结构中最简单的一种。组合式桥壳的精度要求也非常的高,在调整、安装以及维修的时候又没有整体式桥壳那么方便。

  由于本设计中采用的是断开式驱动桥,因此在桥壳的选择上也有所限制,也要选择断开式的桥壳才能够配合灵活使用。

  7.2驱动桥壳强度计算步骤

  在对桥壳进行设计的过程中,要对汽车的使用条件、类型以及材料等进行分析。大多数的时候,需要在一些可能出现的状况的基础上对驱动桥的强度进行计算:

  (1)当汽车受最大侧向力时

  汽车满载或突然转向的话,汽车质心位置会出现极大的离心力。许多状况下都会使得汽车承受一定的侧向力。侧滑的临界值就是汽车上的侧向力与地面对车轮的侧向力反作用力相等的时候,只要比侧向反作用力的最大值多出一点,马上就会出现侧滑的现象。

  (2)当汽车通过不平路面时

  在汽车行驶于崎岖路段的情况下,除了在静止状态下汽车满载静载荷对后桥壳的作用之外,还有汽车及车上物品加起来的总质量的加速度惯性形成的附加载荷对于后桥壳的作用。

  (3)当汽车传递最大牵引力时

  一般能够在钢板弹簧座周围出现驱动桥壳的最大应力。装配物品的质量形成的垂直载荷、牵引力与其反作用力矩都会导致驱动桥壳出现弯矩。另外汽车在进行转向的过程中,轮胎上所形成的侧向力还有外力作用于桥壳上面的状况也十分的繁杂。

  (4)当汽车紧急制动时

  因为汽车在进行制动的情况下,制动器能够让车轮接触地面发生滚动,垂直的反作用力、切向制动作用力还有制动力矩都会作用于两侧的驱动轮上。

  虽然这几种情况计算桥壳的方式相差不大,然而实际存在的情况还要更加的复杂。

  7.3驱动桥壳材料的选择

  对卡罗拉轿车在实际状况中的表现进行分析,在本次设计选用断开式桥壳的基础上,对材料的焊接与延展性能要充分思考。本次设计使用HT400来完成设计。桥壳的类型选用冲压焊接式,主减速器和桥壳是个自独立的,通过螺栓进行连接到一起,使得能够简单地完成安装;选择无缝钢管的轴管,先是利用过盈配合的办法再完成焊接的操作。因为冲压焊接式桥壳在冲压时使用的是品质优异的钢,所以出现驱动桥突然断裂的现象的概率非常的小,并且,还可以提高生产效率。

  8驱动桥主要零件建模

  8.1概述

  利用SolidWorks软件来完成对于本次参数的设计。这个软件是全球首个在Windows环境的基础上研发的三维CAD系统,具有强大且丰富的功能,而且非常容易上手,这些优势也是它被广泛应用的重要原因之一。SolidWorks可以给予多种多样的设计方案、降低设计时出现错误的次数与增加产品的质量。

  SolidWorks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

  8.2驱动桥各零部件的建模

  在斜齿锥齿轮的建模分析中,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)单独的建立出齿顶圆、齿根圆等多个独立结构的模型

  (3)分别对基准轴、基准点以及渐开线等进行建造,同时生成镜像渐开线

  (4)创建第一个轮齿

  (5)扫描混合

  (6)阵列轮齿

  1)主减速器主、从动轮建模

  图8.1主减速器主动齿轮

  图8.2主减速器从动齿轮

  2)差速器行星齿轮和半轴齿轮的建模

  差速器齿轮的建模过程同主减速器齿轮相仿,由行星齿轮和半轴齿轮组成。