1、毕业设计CA1095K2 型载货汽车驱动桥的设计摘 要随着汽车工业的发展及汽车技术的提高，驱动桥的设计、制造工艺都在日益完善。驱动桥也和其他汽车总成一样，除了广泛采用新技术外，在机构设计中日益朝着“零件标准化、部件通用化、产品系列化”的方向发展及生产组织的专业化目标前进。本文是对 CA1095K2 型载货汽车的驱动桥进行设计，研究目的在于通过对汽车整体的匹配性设计完成驱动桥的主减速器、差速器、半轴及桥壳等部件型号的设计与计算，并完成校核。其中，主减速器由一对圆锥齿轮组成，两齿轮轴线在空间上呈九十度角，其功用是当在变速器的最高档时，能使汽车具有足够大的牵引力、适当的最高车速和良好的燃油经济性；差
2、速器的功用是使俩驱动轮能适应在不同工况下要求的不同角速度旋转；半轴属于汽车传动系统，处于末端，其功用是将半轴齿轮传来的转矩传给驱动轮；桥壳是汽车上的主要零件之一，既能承载又能传力，同时还是主减速器、差速器和驱动轮传动装置的外壳。关键词：驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳。The design of Drive axle in truckCA1095K2 AbstractWith the development of the automotive industry and automotive technology, design, manufacturing processes of Dri
3、ve axle are both increasingly improve. Like other automotive assemblies, Drive axle , in addition to the widespread adoption of new technologies, Increasingly develop in the direction of “parts standardization, universal ,product serialization ”,and toward the goal of production specialization in Me
4、chanism Design.This paper is talking about the design of Drive axle in truck CA1095K2 , the purposes of research is , by matching design on the overall vehicle, to complete the design and calculation of main reducer, differential, axle ,axle housing and other components, and then , complete the chec
5、k. And the main reducer is composed by a pair of bevel gears, their axis is at right angles in space, its function is that ,when the transmission on the most upscale, to make sure the car has a sufficiently large traction, proper maximum speed and good fuel economy; The function of differential is t
6、o enable two wheels are adapted to the different requirements of the different angular velocity conditions; Axle is in end of automotive transmission, and belongs to it, the function of axle is to pass the torque coming from the side gear to the wheels; Axle housing is a main part of a car, can achi
7、eve both carrying and force transmission, and it is the shell of the main reducer, differential and axle.Keywords: drive axle; the main reducer; differential; axle; axle housing.目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 前言 .11.1 课题提出的意义 .11.2 驱动桥的发展状况 .21.3 课题研究的内容 .31.4 研究思路和方法 .5第 2 章 驱动桥的总体设计 .72.1 驱动桥的设计要求 .72
8、.2 驱动桥的结构型式 .82.3 驱动桥的总体结构设计 .9第 3 章 主减速器的设计 .323.1 主减速器的结构型式 .323.2 主减速器的减速型式 .333.3 主减速器主、从动锥齿轮支承方案 .343.3.1 主动锥齿轮的支承 .343.3.2 从动锥齿轮的支承 .353.4 主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整 .393.5 主减速器的设计和计算 .413.5.1 主减速比的确定 .423.5.2 主减速器齿轮计算载荷的确定 .423.5.3 主减速器齿轮基本参数的计算 .423.5.4 主减速器双曲面齿轮的强度计算及校核 .423.5.5 主减速器齿轮的材料和加工 .423.5.6
9、 主减速器的润华 .423.5.7 轴承选择 .42第 4 章 差速器的设计 .424.1 差速器的结构型式的选择 .424.2 4.2 差速器的设计计算 .434.2.1 差速器基本参数的选择 .474.2.3 差速器齿轮的强度校核 .494.3 差速器齿轮的材料和加工 .49第 5 章 半轴的设计 .495.1 半轴的型式 .495.2 半轴的设计与校核 .495.2.1 半轴参数的计算 .495.2.2 半轴的校核 .495.3 半轴花键的校核 .495.4 半轴的材料及热处理 .49第 6 章 驱动桥壳的设计 .496.1 驱动桥的结构形式 .496.2 驱动桥壳的强度校核 .496.
10、2.1 静弯曲应力计算 .496.2.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算 .506.2.3 汽车以最大牵引力行驶时桥壳强度计算 .506.2.4 汽车紧急制动时桥壳的强度计算 .506.2.5 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .504.5 本章小结 .50结 论 .51致 谢 .52参考文献 .53第一章 前言1.1 课题的
11、提出及意义汽车的驱动桥是汽车传动系的主要部分，位于传动系末端，它的性能好坏将直接影响汽车的行驶，驱动桥在整车中十分重要，设计出结构简单、工作可靠的、造价低廉的驱动桥，能大大降低总车生产的总成本，推动汽车经济的发展。驱动桥的作用是将传动轴传来的转矩增大并分配到俩驱动轮上，且由差速器实现左右驱动轮在行驶运动学上所需要的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用与路面和车架或承载式车身之间的铅垂力，纵向力和横向力及其力矩。驱动桥的结构形式主要分为两种，当驱动车轮采用的是非独立悬架时，驱动桥采用非断开式驱动桥，当驱动桥采用独立悬架时，则选用断开式驱动桥。整体式驱动桥不仅须承担汽车车身的重荷，而且还必须承担车轮
12、上的作用力以及传递扭矩等产生的反作用力矩，所以为了保证驱动桥的可靠工作，驱动桥及它的零件都必须具有足够的刚度和强度以承受这些载荷。除此之外，驱动桥还必须满足设计所要求的通过性和行驶平顺性。对不同用途的车，其驱动桥的设计要求大体相同 14 。根据设计任务书的要求，对 CA1095K2 型载货汽车的驱动桥进行设计。1.2 驱动桥的发展现状在汽车出现之前，马车是人类最好的交通工具，1886 年 1 月 29 日，德国工程师卡尔本茨发明了世界上第一辆装有内燃机的三轮式汽车，并获得了德意志专利局颁发的注册号码为 No.37435 的汽车专利证书，这一天被公认为汽车的生日，标志着汽车工业的开始，之后汽车行
13、业不断进步，汽车性能不断改善，从而形成了现在汽车行业的繁荣市场，到现在，在欧美等西方发达国家，汽车行业已发展的相当成熟。对车桥的设计制造水平也得到了长足的发展。在新中国成立之前，汽车工业还没有进入中国，自 1953 年在长春兴建第一汽车制造厂，1956 年生产出中国第一辆“解放” 汽车，宣告了中国不能制造汽车的历史结束了。到现在，中国的汽车工业已经成为世界汽车工业的重要组成部分，现在我国的汽车行业正在迅猛发展，后轮驱动的汽车的平顺性和操纵稳定性将得到很大的提高，当后轮驱动的汽车加速时，由于不是前轮驱动，驱动力不由前轮输出，在加速并转弯的时候，司机能感受到较大的横向握持力，说明操作性能好。虽然不
14、同车型会有所不同，但总体来说后轮驱动的汽车还有一个优点就是维修费用较低。例如当变速器出现故障时，后轮驱动的车就不需要对驱动桥进行拆装维修，但是对前轮驱动的汽车，由于结构关系，就必须对驱动桥进行维修。可见后轮驱动的方式是比较经济的。目前国产驱动桥在国内汽车市场上占了大部分的市场份额，但是由于国产车桥和国际车桥生产水平还有一定差距，还是有一部分车桥依赖进口。国内车桥和国际的差距主要在设计和研发能力上，目前国内具有研发能力的厂商很少，很多厂商还仅仅具有组装能力。研发设备也有着不小的差距，这也制约了国内的自主研发。在具体的加工工艺上，也有着一定的差距，说道底后驱动桥的功用就是承载和驱动，所以需要更先进
15、的加工生产工艺。近来，驱动桥有两个大的发展趋势，一是结构上，单级主减速器的使用比例越来越高；二是技术上，对轻量化的要求也更高。总之，以后的汽车有着向节能，舒适和环保的发展趋势，所以相应的对车桥也有了更高的要求，要求车桥有轻量化，承载能力强，寿命长，低噪音和低成本等特点。现在，国内生产车桥的厂商众多，品种和规格也算齐全，产品的质量和性能也基本能满足国内市场的需求，形成了一定的产业发展特点：由几乎完全进口向国内自主生产发展，由小厂房向大规模正规生产发展，由低端产品向高端高质量产品发展，由依靠国外技术向国内自主研发转化。技术也在不断提高，不断学习国外的各种先进研发制造技术以使自身水平与国际接轨，学习
16、提升国内各类加工工艺水平以提高生产产品的质量，以满足各种使用需求，推进工业的发展。目前我国国内生产驱动桥的厂商基本可分为几种。一是通过引进国外先进的技术，依托本土的环境优势建立的民族企业，占据着国内市场的大部份额。如引进意大利菲亚特技术、依托于中国一拖旗下的一拖（洛阳）开创装备科技有限公司就是典型的代表。其农机驱动桥产品已从 16 马力覆盖至 200 马力，所生产的 80160 马力驱动桥在市场上占据着主导地位，有“中 国第一桥”的美誉。此外，山东的前进桥厂、烟台捷林达桥厂以及新昌齿轮箱厂也在不断借鉴国内外先进的技术，推动国产驱动桥的发展。二是与国际知名品牌厂家合作，利用国内本土资源优势及国外
17、先进的技术支持生产。如 1995 年柳工与德国采埃孚公司在柳州建立的合资公司，除生产采埃孚高技术水平双变外，还生产采埃孚高技术水平驱动桥，供中国高技术及出口装载 机、平地机等配套，为中国高技术水平驱动桥技术的发展起到了促进作用。成功引进了卡特三节式湿式桥的样机，成功开发了成工的三节式系列湿式桥，已批量推向了市场。2005 年，东风车桥通过与美国德纳公司合资合作，双方斥巨资已经建成国内规模最大、效益最佳、管理最好的商用车桥公司，逐步融入全球汽车零部件大循环之中。三是一些主机厂家根据自身需要，利用自身资源自产自用，也是国产驱动桥 的一种发展模式。比如常发集团生产的中小马力拖拉机上用的驱动桥就是典型
18、的生产自用型。此外，龙工、徐工等工程机械厂家也生产自己整机上所用的驱动桥，但这种模式仅为自给自足，很难满足外部市场需求 5。随着现代公路条件的改进，汽车行驶路况越来越好，对汽车的通过性也没必要像以前那样要求高，汽车也没有必要采用各种复杂机构来提升汽车的通过性，单级主减速器由于结构较简单传动效率较高，可靠性高，磨损少，且制造工艺简单，成本低，也能基本满足现代汽车行驶的要求，所以单级减速驱动桥有着很好的发展前景。从设计角度来看，主减速比不是很大的情况下，尽可能选用单级主减速器。1.3 课题研究的内容 根据设计任务书的要求，对 CA1095K2 型载货汽车的驱动桥进行设计。(1) CA1095K2
19、型载货汽车后驱动桥主减速器的设计；(2) CA1095K2 型载货汽车后驱动桥差速器的设计；(3) CA1095K2 型载货汽车后驱动桥半轴和桥壳的设计。设计参数如下：(1) 装载质量 5000kg，总质量 9410kg；(2) 最高车速 90km/h；(3) 车轮滚动半径 490mm；(4) 发动机最大扭矩 560Nm；(5) 采用 6 挡变速器，各挡传动比为ig1=6.515，i g2=3.916，i g3=2.345，i g4=1.428，i g5=1.000，i g6=0.813，i gR=6.060。第 2 章 驱动桥的总体设计2.1 驱动桥的设计要求（1） 所选取的主减速比应该要能
20、满足汽车在给定的使用条件下有最佳的动力性和燃油经济性；（2） 当两个驱动轮以不同的角速度转动时，应能将转矩平稳且连续不断（无脉动）地传递到两个驱动车轮上；（3） 当左、右两驱动车轮与地面的附着系数不同时，要能充分利用汽车的牵引力；（4） 要能承受并传递路面与车架（车厢）间的纵向力、横向力和铅垂力，以及驱动时的反作用力矩和制动时的制动力矩；（5） 驱动桥各零部件在保证其刚度、强度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下质量，以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷，从而改善汽车的平顺性；（6） 轮廓尺寸不大以便于汽车总体布置并与所要求的驱动桥离地间隙相适应；（7） 齿轮与其它传动件工作平稳，无噪声；（8）
21、驱动桥总成及零部件设计应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；（9) 在各种载荷及转速工况有高的传动效率；（10）结构简单、维修方便，机件工艺性好，制造容易。2.2 驱动桥的结构型式在设计驱动桥的结构型式时，应从需要设计的汽车的类型、使用和生产条件着手，且要和该汽车的其它零部件（主要是悬架）的结构和特性相适应，以保证整个汽车能达到预期的使用性能。驱动桥的结构形式可分为两大类，断开式驱动桥和非断开式驱动桥。两种结构形式的选择与悬架的总成结构形式有着非常密切的关系，当驱动轮采用的是非独立悬架时，结构形式选用非断开式驱动桥，所以又称这种驱动桥为非独立悬架驱动桥；反过来，针
22、对独立悬架应该选用断开式驱动桥，亦可称为独立悬架驱动桥。对于本设计中的 CA1095K2 型货车，由其类型和使用的条件看，选用非断开式驱动桥，该种结构形式被广泛的应用在各种类型的载货汽车及公共汽车上，有着结构简单、工作可靠和造价低廉等特点。2.3 驱动桥的总体结构设计CA1095K2型货车的驱动桥总体构造为非断开式驱动桥。其结构主要由驱动桥桥壳、主减速器、差速器和半轴组成，如图1所示。驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，既是承载件又是传力件，同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置（如半轴）的外壳。主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。差速器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。半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心轴。图 1 驱动桥结构简图
