目錄 摘要 1 Abstract 2 1 緒論 3 1.1 論文的選題背景 3 1.2 本文研究的內容 3 2 驅動橋概述 4 2.1 驅動橋的結構型式的選擇4 2.2 主減速器設計 5 3 差速器設計 8 3.1 差速器的結構型式選擇 9 3.2 差速器齒輪設計 10 4 驅動車輪的傳動裝置設計 10 4.1 半軸的型式 10 4.2 半軸的設計與計算 11 4.3 半軸的結構設計及材料與熱處理 12 5 驅動橋殼設計 13 5.1 橋殼的結構型式 13 5.2 橋殼的受力分析及強度計算 13 6 優化設計概述 14 6.1 什么是優化設計 14 6.2 優化方法及框圖 15 7 結論與展望 17 7.1 結論 17 7.2 展望 17 致謝 18 參考文獻 19 附錄 20 武漢理工大學畢業論文（設計） 1摘要 驅動橋的功用是將傳動軸或變速器傳來的轉矩增大并適當降低轉速后分配給左、右驅動車輪。驅動橋組成包括主減速器、差速器、 半軸、驅動橋橋殼等。驅動橋是汽車傳動系中主要總成之一。驅動橋的設計是否合理直接關系到汽車使用性能的好壞驅動橋是汽車中的重要部件，它承受著來自路面和懸架之間的一切力和力矩，是汽車中工作條件最惡劣的總成之一，如果設計不當會造成嚴重的后果。為保證驅動橋殼變型設計的可行性和工作的可靠性，在變型設計過程中必須對其應力分布、變形、關鍵部位的動應力等進行計算和校核。 本文以轎車的傳統設計方法為基礎，詳細研究了標致206的驅動橋的設計方法，提出了比較可行的設計思路： (1)驅動橋零部件選型及主要受力件的設計； （2）選擇驅動橋結構型式，主要是斷開式和非斷開式驅動橋的選擇；（3）選擇主減速器結構型式，微型汽車驅動橋大多數采用單級主減速器；（4）選擇主減速器錐齒輪的支承型式，主動錐齒輪主要是懸臂式和騎馬式兩種；（5）計算選擇主減速器齒輪的主要參數；（6） 計算主減速器齒輪的幾何參數；（7）主減速器齒輪的強度校核；（8）差速器設計（9） 選擇差速器齒輪主要參數；（10）計算差速器齒輪幾何參數（11）差速器錐齒輪的強度校核（12） 驅動車輪的傳動裝置設計（13）半軸的設計與計（14）驅動橋殼設計（15）橋殼的受力分析及強度計算。 根據以上的設計計算數據畫出各零部件的視圖。同時我也 查找了現有的東風標致 206的驅動橋的結構原理，從樣車對驅動橋的整體構造加深了解，結合最新有關驅動橋的信息和汽車設計書本上的知識來設計計算、繪制草圖，然后運用 auto CAD 等軟件繪制圖樣及輔助分析，從而提了設計工作效率。 關鍵詞 : 汽車 驅動橋 半軸 差速器 主減速器 武漢理工大學畢業論文（設計） 2Abstract Drive axle is the function of transmission or transmission torque transmitted from increased speed and lower after appropriate allocation to the left, Right-driven wheels. Drivers bridge consists of the main reducer, differential, half-shaft, the drive Bridge shells. Bridge Driver Vehicle Powertrain is the main plus. Driving the design of the bridge is reasonable directly related to the use of vehicle performance has driven the bridge is an important vehicle components, It suffered from the road and suspension of all power and torque, the car is working in the worst conditions, plus, If poorly designed that will cause serious consequences. To ensure the drive axle shell variant of the feasibility and design work of the reliability of the change in the design process must be stress distribution Deformation of the key parts of the dynamic stress, such as calculating and checking. Based on the traditional car design method based on a detailed study of Peugeot 206 driven by the design of the bridge, come up with possible design ideas : (1) Selection of drive axle parts and major pieces of the design； (2) Choose driven bridge structure types, is disconnected and non-driving axle - disconnect option； (3) Choose the main reducer structure types, mini-cars drive axle single-most main reducer； (4) the main choice of bevel gear reducer bearing type, Bevel Gear initiative is cantilevered and horse-two； (5) calculation of the main choice of gear reducer the main parameters； (6) Calculation of the main gear reducer geometric parameters； (7) the main gear reducer Strength Check； (8) differential design (9) differential gear selection parameters； (10) calculated differential gear geometric parameters (11) Differential Bevel Gear Strength Check (12) wheel-drive Device design (13) Half Shaft Design and Total (14) driving axle shell design (15) Axle and Strength Analysis calculated. According to the above data painted design of the components of View. I also find the existing Dongfeng Peugeot 206 driven by the bridge structure principle from the kind of cars driven to the bridge a better understanding of the overall structure, with the latest information drive axle and automotive design books on the knowledge to design, sketch maps, Then use auto CAD software such as graphic and supporting analysis, which can provide design efficiency. Keywords : Automobile driving axle Partial differential main axis reducer 武漢理工大學畢業論文（設計） 31 緒論 1.1 論文的選題背景 本課題是研究東風標致 206 的驅動橋，在原有的設計參數基礎上，對驅動橋內部結構進行分析計算， 提出自己的看法， 對原有的結構實施優化設計。 主要是由于東風標致206是新出的車型，在某些方面還是存在不足的地方，所以選取了標致206的驅動橋。 驅動橋的功用是將傳動軸或變速器傳來的轉矩 增大，并將動力合理地分配給左、右驅動輪；承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力。驅動橋組成包括主減速器、差速器、半軸、 驅動橋橋殼等。驅動橋是汽車傳動系中主要總成之一。驅動橋的設計是否合理直接關系到汽車使用性能的好壞驅動橋是汽車中的重要部件，它承受著來自路面和懸架之間的一切力和力矩，是汽車中工作條件最惡劣的總成之一，如果設計不當會造成嚴重的后果。為保證驅動橋殼變型設計的可行性和工作的可靠性，在變型設計過程中必須對其應力分布、變形、關鍵部位的動應力等進行計算和校核。變型設計是一個反復修改和調整的過程， 每次修改設計都需要重新建立分析模型， 而這是一個費時費力的工作。如果能夠在對汽車驅動橋模型深人研究的基礎上，建立汽車驅動橋有限元模型，并利用主模型技術建立幾何模型與有限元分析模型的關聯性，使有限元模型能夠自動更新，就可以避免重復建模帶來的麻煩。 中國車橋行業有比較明顯的市場格局，主要車橋生產企業均為配套整車企業的關聯企業。上海匯眾是最大的轎車橋（懸架） 供應商，四川建安是最大的微型車車橋供應商，主要配套廠商是同為南方集團的長安汽車；東風車橋是最大的中重型商用車車橋企業，主要為東風汽車提供配套，也為大型客車生產企業提供客車車橋。曙光股份是獨立的車橋供應商，也是最大的輕型車車橋制造企業，其主要產品為輕型車橋和重型車橋，為輕型卡車、SUV、MPV 等產品提供配套，重型車橋主要供大型客車。 中國汽車零部件工業是中國汽車工業中相對薄弱的環節，但也是最有希望成為具有世界影響的環節。就 2006 年的情況來看，我國車橋行業的發展還可以，但國內車橋廠其實并沒有獨立的研發技術，很多公司都采取與國 外著名車橋公司合作的方式來共同生產車橋。當今汽車制造業面臨的主要挑戰是買方市場的形成和產品更新換代速度的日益加快。汽車產品開發的一個主要手段就是變型設計，即以現有產品為基礎，保持基本結構和功能不變，對其局部結構、尺寸或配置進行一定范圍內的變動和調整，以此快速形成適應市場需求的新產品。受國際汽車行業競爭日益激烈的影響，國際汽車市場對中國低成本的零部件需求越來越大，我們也應抓住這一機遇，發揮自身在產品開發能力和質量控制方面的優勢，拓展國際市場。 我國車橋行業的發展，按照市場發展的需求，在外資、 國有資本、集體資本、民營資本，多種所有制為主體的競爭、分工、協作中，在為我國整車企業生產車型的配套供貨中，不斷完善、不斷發展。由于我國汽車工業充分地融入國際汽車產業體系，受世界各國汽車生產協作方式的影響，隨著汽車市場的發展，我國汽車整車企業與零部件企業的協作體系也在不斷地發展、完善。 1.2 本文研究的內容 本文主要是對東風標致 206 的驅動橋進行設計并對其進行優化，在設計方法上以傳統設計方法為主，其設計步驟包括: (1)驅動橋零部件選型及主要受力件的設計； （2）選擇驅動橋結構型式，主要是斷開式和非斷開式驅動橋的選擇； （3）選擇主減速器結構型式，微型汽車驅動橋大多數采用單級主減速器； 武漢理工大學畢業論文（設計） 4（4）選擇主減速器錐齒輪的支承型式，主動錐齒輪主要是懸臂式和騎馬式兩種； （5）計算選擇主減速器齒輪的主要參數； （6）計算主減速器齒輪的幾何參數； （7）主減速器齒輪的強度校核； （8）差速器設計； （9）選擇差速器齒輪主要參數； （10）計算差速器齒輪幾何參數； （11）差速器錐齒輪的強度校核； （12）驅動車輪的傳動裝置設計 （13）半軸的設計與計算 （14）驅動橋殼設計 （15）橋殼的受力分析及強度計算 根據以上的設計計算畫出各零部件的視圖 我查找了現有的東風標致 206 的驅動橋的結構原理，從樣車對驅動橋的整體構造加深了解，結合最新有關驅動橋的信息設計計算、繪制草圖，然后運用AUTOCAD等繪制圖樣及輔助分析。 2 驅動橋概述 驅動橋處于動力傳動系的末端。基本功能：增大由傳動軸或變速器傳來的轉矩，并將動力合理地分配給左、右驅動；承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力。組成驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼等組成。 驅動橋設計應當滿足如下基本要求 ： （1）所選擇的主減速比應能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經濟性。 （2）外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。 （3）齒輪及其它傳動件工作平穩，噪聲小。 （4）在各種轉速和載荷下具有高的傳動效率。 （5） 在保證足夠的強度、剛度條件下，應力求質量小，尤其是簧下質量應盡量小，以改善汽車平順性。 （6）與懸架導向機構運動協調，對于轉向驅動橋，還應與轉向機構運動相協調。 （7）結構簡單，加工工藝好，制造容易，拆裝、調整方便。 2.1 驅動橋的結構型式的選擇 驅動橋的結構型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅動橋和斷開式驅動橋。當驅動車輪采用非獨立懸架時，應該選用非斷開式驅動橋；當驅動車輪采用獨立懸架時，則應該選用斷開式驅動橋。因此，前者又稱為非獨立懸架驅動橋；后者稱為獨立懸架驅動橋。 獨立懸架驅動橋結構叫復雜， 但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。 由于本次設計題目是標致 206 的驅動橋，它的驅動車輪采用獨立懸架，則應該選用斷開式驅動橋。 斷開式驅動橋區別于非斷開式驅動橋的明 顯特點在于前者沒有一個連接左右驅動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸掛相匹配，故又稱為獨立懸掛驅動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅動車輪傳動裝置的質量均為簧上質量。兩側的驅動車輪由于采用獨立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應地就要求驅動車輪的傳動裝置及其外殼或套管作相應擺動。 武漢理工大學畢業論文（設計） 5斷開式驅動橋結構復雜，成本較高，但它大大增加了離地間隙；減小了簧下質量，從而改善了行駛平順性，提高了汽車的平均車速；減小了汽車在行駛時作用于車輪和車橋上的動載荷，提高了零部件的使用壽命；由于驅動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應性較好，大大增加了車輪的抗側滑能力；與之相配合的獨立懸架導向機構設計得合理，可增中汽車的不足轉向效應，提高汽車的操縱穩定性。這種驅動橋在轎車和高通過性的越野汽車上應用相當廣泛。 2.2 主減速器設計 2.2.1 結構方案分析 a、選擇主減速器的齒輪副結構型式： 因為標致206的發動機橫置且采用前置前驅動的驅動橋故應使用圓柱齒輪傳動，一般采用斜齒輪。 b、選擇主減速器的減速形式： 標致206的總質量為1.55噸，并且主傳動比 i0不是很大，應采用單級主減速器。單級主減速器廣泛應用于轎車和輕、中型貨車的驅動橋中，可由一對圓柱齒輪組成，具有結構簡單、質量小、成本低、使用簡單等優點。但是其主傳動比 i0不能太大，一般 i07，進一步提高 i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。 2.2.2 主減速器的基本參數選擇與設計計算 主減速比 i0、驅動橋的離地間隙和計算載荷，是主減速器設計的原始數據，應在汽車總體設計時就確定。主減速比對主減速器的結構型式、輪廓尺寸、質量大小以及當變速器處于最高檔位時汽車的動力性和燃料經濟性都有直接影響。經查閱資料得知主減速比i0為49驅動橋的離地間隙為120mm，發動機的最大轉矩142牛，一檔傳動比35。 主減速齒輪計算載荷的確定 1max1142 3.5 497eTT i=NM （1） 斜齒圓柱齒輪參數計算 根據已知條件，該齒輪應選硬齒面，先按輪齒彎曲疲勞強度設計，在校核齒面接觸強度。 選擇齒輪材料，確定齒輪應力 根據資料，大小齒輪都選用 20CrMnTi 鋼滲碳淬火（表 5-6）硬度 56-62HRC 由圖 5-32c查得彎曲疲勞極限應力lim580F = Mpa，由圖 5-33c 查得接觸疲勞強度極限應力lim1500H = Mpa。按輪齒彎曲疲勞強度設計。 確定許用彎曲應力fp ： 取 2STY = ，lim1.6FS = ，壽命系數 1NY = 則limlim580 21 7301.6FSTfp NFYYMpaS= 選擇載荷系數K： 因是斜齒輪傳動且加工精度為7級，故K可選小些取K=11 武漢理工大學畢業論文（設計） 6初步選定齒輪參數： 114z = ，21z 4.92 14 68.8zi= = = 取269z = ， 0.5d = 15o = ，u=69/14=489 確定復合齒型系數FsY ： 因兩輪所選材料核熱處理相同，則fp 相同故設計時按小齒輪的復合齒型系數FsY 代入即可而3311/ cos 14 / cos 15 15ovzz = =由圖 5-38 查得14.01FSY = 將上述參數代入并取0.5d = 得： 321.1 497 4.0111.9 2.990.5 14 730nm按照表5-1取標準模數nm =3mm （2） 則中心距12()3 (14 69)128.472cos 2 cos15nomz zam+ += =取a=128mm （3） 12() 383cos cos 162 2 128onmz zarc arca+ =（4） 計算幾何尺寸 1131443cos cos16nomzdmm= = （5） 22369214cos cos16nomzdmm= = （6） 11243649anddm m=+ =+= （7） 1.25 1.25 3 3.75fnhm m= （8） 2.25 2.25 3 6.75nhm m= （9） 222 214 6 220anddm m=+ = += （10） 21 20.5 43 21.5 22dbd mbm= =取 （11） 12 1(5 10) 27 37 , 32bb mm mmb mm=+ = =取 （12） 校核齒面的接觸強度 由式5-47可知 1211109H EHpKT uZbd u += 若一對齒輪均為鋼制，可取彈性系數 189.8EZ Mpa= 則 武漢理工大學畢業論文（設計） 721.1 497 4.89 1104 189.8 106822 43 4.89HMpa Mpa+= =（13） 齒面許用接觸應力hp 按上式計算，因為重要傳動， 取最小安全系數 limlimlim1.4, 1, 115001 1 10711.4HNWHHP N WHSZZZ ZMpaMpaS=則因為hHP ，故接觸疲勞強度也夠。 2.2.3 主減速器主、從齒輪的支承方案 選取懸臂式， 采用一對圓錐滾子軸承支承時， 為了減小懸臂長度和增大支承間的距離，應使兩軸承圓錐滾子的小端相向朝內，而大端朝外，以縮短跨距，從而增強支承剛度。齒輪以其輪齒一側的軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。為了增強支承剛度，應使兩軸承支承中心間的距離齒輪齒面寬中點的懸臂長度大兩倍以上，同時比齒輪節圓直徑的 70%還大，并使齒輪軸徑大于等于懸臂長。 主減速器的軸承預緊及齒輪嚙合調整 支承主減速器齒輪的圓錐滾子軸承需預緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強支承剛度。預緊力的大小與安裝形式、載荷大小、軸承剛度特性及使用轉速有關。 主動齒輪軸承預緊度的調整，可通過精選兩軸承內圈間的套筒長度、調整墊圈厚度、軸承與軸肩之間的調整墊片等方法進行。近年來采用波形套筒調整軸承預緊度極為方便，波形套筒安裝在兩軸承內圈間或軸承與軸肩間。 2.2.4 齒輪的材料 汽車驅動橋主減速器的工作相當繁重，與傳動系其他齒輪比較，它具有載荷大、作用時間長、載荷變化多、帶沖擊等特點。其損壞形式主要有齒板彎曲折斷、齒面疲勞點蝕(剝落)、磨損和擦傷等。據此對驅動橋齒輪的材料及熱處理應有以下要求 （1）具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞 強度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。 （2）輪齒芯部應有適當的韌性以適應沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。 （3）鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規律易控制。 （4）選擇合金材料時，盡量少用含鎳、鉻元 素的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 汽車主減速器齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WmoV等 2.2.5 主減速器的潤滑 主減速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦 表面均需潤滑。通常是在從動齒輪的前端近主動齒輪處的主減速殼的內壁上設一專門的集油槽，將飛濺到殼體內壁上的部分潤滑油收集起來再經過進油孔引至前軸承圓錐滾子的小端處，由于圓錐滾子在旋轉時的泵油作用，使潤滑油由圓錐浪子的小端通向大端，并經前軸承前端的回油孔流回驅動橋殼中間的油盆中，使潤滑油得到循環。這樣不但可使軸承得到良好的潤滑、散熱和清洗，而且可以武漢理工大學畢業論文（設計） 8保護前端的油封不被損壞。為了保證有足夠的潤滑油能流進差速器，有的采用專門的導油匙。 為了防止因溫度升高而使主減速器殼和橋殼內 部壓力增高所引起的謂油，應在主減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應避開油濺所及之處。加油孔應設置在加油方便之處，抽孔位置也決定了油面位置低處，但也應考慮到汽車在通過障礙時放油塞不易被撞掉。 3 差速器設計 根據汽車行駛運動學的要求和實際的車輪、道路以及它們之間的相互關系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時間內所滾過的行程往往是有差別的。例如，轉彎時外側車輪的行程總要比內側的長。另外，即使汽車作直線行駛，也會由于左右車輪在同一時間內所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅動車輪軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右驅動車輪的轉速雖相等而行程卻又不同的這一運動學上的矛盾，引起某一驅動車輪產生滑轉或滑移。這不僅會使輪胎過早磨損、無益地消耗功率和燃料及使驅動車輪軸超載等，還會因為不能按所要求的瞬時中心轉向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉彎時有大的滑轉或滑移，易使汽車在轉向時失去抗側滑能力而使穩定性變壞。為了消除由于左右車輪在運動學上的不協調而產生的這些弊病，汽車左右驅動輪間都裝有差速器，后者保證了汽車驅動橋兩側車輪在行程不等時具有以不同速度旋轉的特性，從而滿足了汽車行駛運動學要求。 同樣情況也發生在多橋驅動中，前、后驅動橋 之間，中、后驅動橋之間等會因車輪滾動半徑不同而導致驅動橋間的功率循環，從而使傳動系的載荷增大，損傷其零件，增加輪胎的磨損和燃料的消耗等，因此一些多橋驅動的汽車上也裝了軸間差速器。 3.1 差速器的結構型式選擇 差速器的結構型式選擇，應從所設計汽車的類型及其使用條件出發，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。 差速器的結構型式有多種。大多數汽車都屬于公路運輸車輛，對于在公路上和市區行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅動車輪與路面的附著系數變化很小，因此幾乎都采用了結構簡單、工作平穩、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅動輪間的所謂輪間差速器使用；標致 206 正屬于這種情況，因此要采用對稱式圓錐行星齒輪差速器。 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、 右殼， 2 個半軸齒輪， 4 個行星齒輪(少數汽車采用 3 個行星齒輪，小型、微型汽車多采用 2 個行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝 4個行星齒輪的差逮器采用十字軸結構)，半 軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結構簡單、工作平穩、制造方便、 用在公路汽車上也很可靠等優點，最廣泛地用在轎車、客車和各種公路用載貨汽車上有些越野汽車也采用了這種結構，但用到越野汽車上需要采取防滑措施。例如加進摩擦元件以增大其內摩擦，提高其鎖緊系數；或加裝可操縱的、能強制鎖住差速器的裝置差速鎖等。 由于整速器殼是裝在主減速器從動齒輪上，故 在確定主減速界從動齒輪尺寸時，應考慮差速器的安裝。差速器殼的輪廓尺寸也受到從動齒輪及主動齒輪導向軸承支座的限制。 武漢理工大學畢業論文（設計） 93.2 差速器齒輪設計 3.2.1 基本參數選擇 行星齒輪數目的選擇 轎車常用2 個行星齒輪，鑒于此標致206 也用2 個行星齒輪 行星齒輪球面半徑 RB(mm)的確定 圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑RB，它就是行星齒輪的安裝尺寸， 實際上代替了差速器圓錐齒輪的節錐距， 在一定程度上表征了差速器的強度。 球面半徑可根據經驗公式來確定： 332.9 142 3.5 4.89 0.9 38BBjRKT= mm （14） 式中 KB行星齒輪球面半徑系數，KB=2.522.99，對于有 4 個行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；對于有2 個行星齒輪的轎車以及越野汽車、礦用汽車取最大值； Tj計算轉矩，Nm。 RB確定后，即可根據下式預選其節錐距： A0=(0.980.99)R=0.98 38=37mm （15） 行星齒輪與半軸齒輪齒數的選擇 為了得到較大的模數從而使齒輪有較高的強度，應使行星齒輪的齒數盡量少，但一般不應少于10。半軸齒輪的齒數采用1425。半軸齒輪與行星齒輪的齒數比多在1.52范圍內。 在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左、右兩半軸齒輪的齒數z2L、z2R之和，必須能被行星齒輪的數目n 所整除，否則將不能安裝。 根據資料和上面的要求我選取齒數分別為10， 差速器圓錐齒輪模數及半軸齒輪節圓直徑的初步確定 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節錐角1 、2 ： 11210arctan( / ) arctan 29.5220ozz = （16） )/arctan(122zz= =60.48 （17） 式中z1、z2行星齒輪和半軸齒輪齒數。 再根據下式初步求出圓錐齒輪的大端模數： 00121222237sin sin sin 29.52 3.310AAmmmzz= = 按標準取m=3mm 算出模數后，節圓直徑d 即可由下式求得： 20.4 24ld=mm 22320 60dmz=mm 壓力角 過去汽車差速器齒輪都選用 20壓力角，這時齒高系數為 l，而最少齒數是 13。目前汽車差速器齒輪大都選用 2230，的壓力角，齒高系數為 0.8，最少齒數可減至 10，并且在小齒輪(行星齒輪)齒頂不變尖的條件下還可由切向修正加大半軸齒輪齒厚，從而使行武漢理工大學畢業論文（設計） 10星齒輪與半軸齒輪趨于等強度。由于這種齒形的最少齒數比壓力角為 20的少，故可用較大的模數以提高齒輪的強度。 行星齒輪安裝孔直徑及其深度 L 的確定 行星齒輪安裝孔 與行星齒輪軸名義直徑相同，而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 1.1 1.1 24.5 27Lmm= （18） 20.4 24ld=mm 3 3010 2187 1024.5 1.1 1.1 69 2 24cTmmnl = = （19） 式中T0差速器傳遞的轉矩，Nm； n行星齒輪數； l為行星齒輪支承面中點到錐頂的距高，mm；24.0 dl ； c 支承面的許用擠壓應力，取為69MPa。 3.2.2 差逮器齒輪的強度計算 汽車差速器齒輪的彎曲應力為： 3 3022210 2 10 661.5 0.586 1 145010.292933mwvTK KKMpaKFzmJ = = （20） 式中T差速器一個行星齒輪給予一個半軸齒輪的轉矩，Nm； nTTj/6.0= ； Tj計算轉矩，Nm； n差速器行星齒輪數目； z2半軸齒輪齒數； J計算汽車差速器齒輪彎曲應力用的綜合系數，見書上圖9-77-圖9-79。 按日常行駛平均轉矩計算所得的汽車差速器齒輪的彎曲應力，應不大于210.9MPa；按計算轉矩進行計算時，彎曲應力應不大于980MPa。 因此小于980MPa符合條件。 4 驅動車輪的傳動裝置設計 驅動車輪的傳動裝置位于汽車傳動系的末端， 其功用是將轉矩由差速器半軸齒輪傳給驅動車輪。在斷開式驅動橋和轉向驅動橋中，驅動車輪的傳動裝置包括半軸和萬向節傳動裝置且多采用等速萬向節。在一般非斷開式驅動橋上，驅動車輪的傳動裝置就是半軸，這時半軸將差速器半軸齒輪與輪轂連接起來。 4.1 半軸的型式 普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、3/4 浮式和全浮式三種。 武漢理工大學畢業論文（設計） 11半浮式半軸以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼外端內孔中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車輪輪轂相固定，或以 突緣直接與車輪輪盤及制動鼓相聯接)。因此，半浮式半軸除傳遞轉矩外，還要承受車輪傳來的彎矩。由此可見，半浮式半軸承受的載荷復雜，但它具有結構簡單、質量小、尺寸緊湊、 造價低廉等優點。用于質量較小、使用條件較好、承載負荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。 基于以上的特點可以確定標致206 應該采用半浮式半軸。 4.2 半軸的設計與計算 半軸的主要尺寸是它的直徑，設計與計算時首先應合理地確定其計算載荷。 半軸的直徑： 半軸的計算轉矩：max 1 00.6 142 3.5 4.89 1458.2egTTii= （21） 取許用彎曲應力 500Mpa = 33230Tdmm 半軸的計算應考慮到以下三種可能的載荷工況 ： 圖1 （1）縱向力 Fx2最大，側向力 Fy2為0， 附著系數 取0.8；m=1.2 此時的垂向力20.6 1550 9.8 7595G = = N 縱向力應按最大附著力計算，即 224557 0.8 3645.6XzFF= = N 半軸彎曲應力和扭轉切應力： 2222333232 0.066 4557 3645174.43.14 0.03XzaF FMpad+= =（22） 武漢理工大學畢業論文（設計） 1223316 16 3645 0.3246.73.14 0.03xrFrMpad= =（23） 合成應力為 224525nMpa=+= （24） （2）側向力 Fy2最大，縱向力 Fx2=0，此時意味著發生側滑。 外輪上的垂直反力 Fz2o和內輪上的垂直反力 Fz2iz20 2 120.65F (0.5 ) 7595 (0.5 ) 72371.435ghGNb=+=+= （25） z2i 2 z20F F 7595 7237 358= = = （26） 外輪上側向力Fy2o和內輪上側向力Fy2i: 外輪半軸的彎曲應力 o和內輪半軸的彎曲應力 i20 200 3332( )32 7237 (0.3 0.066)6393.14 0.03yr zFr FaMpad= =（27） 223332( )32 358 (0.3 0.066)49.53.14 0.03yi r ziiFr FaMpad+= =（28） 側滑時輪胎與地面的側向附著系數1 ，在計算中取1.0，沒有縱向力作用； （3）汽車通過不平路面，垂向力 Fz2最大，縱向力 Fx2=0，側向力為0 此時垂直力最大值 Fz2為 2210.5 1.75 7595 6645.62zFkG N= （29） 半軸彎曲應力 23332 32 6645.6 0.066165.63.14 0.03ZFaMpad= =（30） 均沒有超過半浮式半軸的許用合成應力750MPa。 4.3 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，但也有采用矩形或梯形花鍵的。 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造， 如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。半軸的熱處理過去武漢理工大學畢業論文（設計） 13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HRC3035；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。 5 驅動橋殼設計 驅動橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開 式驅動橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪作用在驅動車輪上的牽引力，制動力、側向力和垂向力也是經過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又是傳力件，同時它又是主減速器、差速器及驅動車輪傳動裝置(如半軸)的外殼。 在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設 計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。為了減小汽車的簧下質量以利于降低動載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強度和剛度的前提下應力求減小橋殼的質量橋殼還應結構簡單、制造方便以利于降低成本。其結構還應保證主減速器的拆裝、調整、維修和保養方便。在選擇橋殼的結構型式時，還應考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應等。 5.1 橋殼的結構型式 橋殼的結構型式大致分為可分式 （1）可分式橋殼 可分式橋殼的整個橋殼由一個垂直接合面分為左右兩部分，每一部分均由一個鑄件殼體和一個壓入其外端的半軸套管組成。半軸套管與殼體用鉚釘聯接。在裝配主減速器及差速器后左右兩半橋殼是通過在中央接合面處的一圈螺栓聯成一個整體。其特點是橋殼制造工藝簡單、主減速器軸承支承剛度好。但對主減速器的裝配、調整及維修都很不方便，橋殼的強度和剛度也比較低。過去這種所謂兩段可分式橋殼見于輕型汽車，由于上述缺點現已很少采用。 （2）整體式橋殼 整體式橋殼的特點是將整個橋殼制成一個整體 ，橋殼猶如一整體的空心粱，其強度及剛度都比較好。且橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨立的主減速殼里，構成單獨的總成，調整好以后再由橋殼中部前面裝入橋殼內，并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調整、維修、保養等都十分方便。 整體式橋殼按其制造工藝的不同又可分為鑄造 整體式、鋼板沖壓焊接式和鋼管擴張成形式三種。 (3)組合式橋殼 優點：從動齒輪軸承的支承剛度較好，主減速器的裝配、調整比可分式橋殼方便，然而要求有較高的加工精度，常用于轎車、輕型貨車中。 考慮汽車的類型標致 206 乘用車、使用要求、制造條件、材料供應等。橋殼的結構型式應該選擇組合式橋殼。 5.2 橋殼的受力分析及強度計算 我國通常推薦：計算時將橋殼復雜的受力狀況簡化成三種典型的計算工況（與前述半武漢理工大學畢業論文（設計） 14軸強度計算的三種載荷工況相同） 。 （1） 當牽引力或制動力最大時， 橋殼鋼板彈簧座處危險端面的彎曲應力 和扭轉應力 為： 300.76 240.6320.12.5 1.2vhvhMMMpaWW =+= + = （31） 1093.7227.94.8TTTMpaW = = （32） 式中vM 地面對車輪垂直反力在橋殼板簧座處 危險端面引起的垂直平面內的彎矩，22111.2 7595 0.066 300.76vM mGb=； b橋殼板簧座到車輪面的距離； hM 牽引力或制動力2xF （一側車輪上的）在水平平面內引起的彎矩， 23645.6 0.066 240.6hxMFb= = 。 TT 牽引或制動時，上述危險斷面所受的轉矩， 23645.6 0.3 1093.7TxrTF= = = ； vW 、hW 分別為橋殼危險斷面垂直平面和水平面彎曲的抗彎截面系數； 分別為2.5，1.2 TW 危險斷面的抗扭截面系數。經計算取4.8 （2）當側向力最大時，橋殼內、外板簧座處斷面的彎曲應力i 、o 為： 221358 (0.066 0.3)52.52.5zi zi rivFbFMpaW+ += （33） 2217237 (0.066 0.3)667.32.5zo zo rovFbFMpaW = （34） （3）當汽車通過不平路面，彎曲應力為： 27595 1.75 0.066174.5222.5vGkbW = =Mpa （35） 橋殼許用彎曲應力為 300500N/mm2，許用扭轉應力為 150400N/mm2?？慑懺鞓驓と≥^小值，鋼板沖壓焊接橋殼取最大值。 因此符合條件 武漢理工大學畢業論文（設計） 156 優化設計概述 6.1 什么是優化設計 優化設計是一種尋找最優設計方案的技術。所謂“最優設計” ，指的是一種方案可以滿足所有的設計要求，而且所需的支出 (如重量、面積、體積、應力、費用等 )最小。也就是說，最優設計方案就是一個最有效的設計方案 ，設計方案的任何方面都是可以優化的，比如尺寸 (如厚度 )、形狀 (如過度圓角的大小 )、支撐位置、制造費用、自振頻率、材料特性等。實際上，所有可以參數化的 ANSYS 變量都可以作優化設計。 ANSYS 程序提供了兩種優化設計的方法 :零階方法和一階方法。這兩種方法可以處理絕大多數的優化問題。零階方法是一個很完善的處理方法，可以很有效的處理大多數的工程問題。一階方法基于目標函數對設計變量的敏感程度，因此更加適合精確的優化設計 對于這兩種方法， ANSYS 程序提供了一系列的分析一評估一修止的循環過程，就是對于初始一設計進行分析，對于分析結果按設計要求進行評估，然后修正設計。這一循環過程重復進行直到所有的設計要求都滿足為比。 除了這兩種優化方法， ANSYS 程序還提供了一系列的優化，具以提高優化過程的效率。例如，隨即優化分析的迭代次數是可以指定的。隨即設計計算結果的初始位可以作為優化過程的起點數值。 6.2 優化方法及框圖 本優化問題設計變量僅有三個,屬于小型設計問題,選用隨機搜索法進行優化,在可行域選初始點A(1) 、A(2) 、A(3) 和初始步長ST ,計算初始點的目標函數值F。以初始點為原點,按初始步長取隨機點,到預定的搜索次數后,縮短步長,并重復操作,直到步長縮小到規定值后,輸出的隨機點即為最優解。計算機計算框圖如下圖。 標識符號說明: M0 預選規定的隨機方向搜索最大數目； Sr 原始給定步長 Ro 在某隨機方向是否迭代成功過的標志。 U 搜索次數之累計值。 應用舉例某直齒圖錐齒輪差速器的優化設計 已知參數為差速器計算扭矩MJ = 2205. 2N. m ,半軸的許用扭轉應力,取 = 69Mpa 質量系數取K1 = 1載荷分布系數K4 = 1. 1預定搜索次數M0 = 20初始步長Sr = 2 ；初始點Zg = 10 ,Zh = 20 ,mt = 3 ,上機計算運行、輸出優化解及其它參數 如下: 參 數 優化設計 原設計 行星齒輪安裝距Rb (mm) :36. 5591837 37.75 齒輪大端模數Mt (mm) : 2.856 3 行星齒輪個數Ng : Ng = 2 2 行星齒輪齒數Zg : Zg =9. 016028 10 半軸齒輪齒數: Zn = 21 20 錐距R(mm): 35. 628 37 從差速器的體積可以看出,優化設計值僅是原設計值的80. 26 % ,體積大大減小。所以,應用優化方法進行設計較用傳統方法進行設計提高了設計水平、節省材料、降低成本,并且運用優化設計法也是對傳統設計方法的一大改革和進步。 武漢理工大學畢業論文（設計） 16圖 2 武漢理工大學畢業論文（設計） 177 結論與展望 7.1 結論 本文以轎車的傳統設計方法為基礎，詳細研究了標致 206 的驅動橋的設計方法，提出了比較可行的設計思路： (1)驅動橋零部件選型及主要受力件的設計；（ 2）選擇驅動橋結構型式，主要是斷開式和非斷開式驅動橋的選擇；（3）選擇主減速器結構型式，微型汽車驅動橋大多數采用單級主減速器；（4）選擇主減速器錐齒輪的支承型式，主動錐齒輪主要是懸臂式和騎馬式兩種；（5）計算選擇主減速器齒輪的主要參數；（6 ）計算主減速器齒輪的幾何參數；（7）主減速器齒輪的強度校核；（8）差速器設計（9 ）選擇差速器齒輪主要參數；（10）計算差速器齒輪幾何參數（11）差速器錐齒輪的強度校核（ 12）驅動車輪的傳動裝置設計（13）半軸的設計與計（14）驅動橋殼設計（15）橋殼的受力分析及強度計算。 根據以上的設計計算數據畫出各零部件的視圖。 同時我也查找了現有的東風標致 206 的驅動橋的結構原理，從樣車對驅動橋的整體構造加深了解， 結合最新有關驅動橋的信息和汽車設計書本上的知識來設計計算、 繪制草圖，然后運用 auto CAD 等軟件繪制圖樣及輔助分析，從而提了設計工作效率。在整個畢業設計過程中，通過自己親自查找資料和分析計算，充分的鍛煉了自己的能力，并且對以前所學的汽車知識有了進一步的鞏固，特別是在驅動橋這部分有了更深入的理解，只要認真地做定會收獲很多的，對畢業以后參加工作也有很大的幫助。 7.2 展望 隨著有限元技術和優化分析軟件的發展，它被廣大的工程人員所接受，越來越多的軟件和技術應用到傳統的設計方法中，那樣便能大大提高工作效率和開發成本。通過本次畢業設計可以知道，傳統的設計方法很費時并且準確度不是很高，有些地方還無法精確的畫出來，而應用設計軟件就不同了，它有很多優點。同時優化設計成為任一件商品設計的要求，在汽車行業中由于近幾年中國汽車行業的飛速發展， CAD,CAE 技術也得到長遠的發展，未來的汽車設計更關心汽車安全性，經濟性，優化設計需要兼顧的因素也越來越多，約束條件和優化目標越來越復雜。優化結果也盡可能滿足高性能的汽車要求。將優化方法應用到實踐中才會有實際意義。 武漢理工大學畢業論文（設計） 18致 謝 本論文是在尊敬的導師一一鐘紹華老師的悉心指導下完成的，在此論文完成之際，謹向導師致以誠摯的謝意!對鐘老師的辛勤付出 ，再次表示衷心的感謝! 鐘老師對論文的順利完成提供了不少幫助，在此也表示深深謝意！導師嚴謹的治學態度，淵博的學識，忘我的工作熱情及平易近人的人格魅力等等的一切，對我來說置身其間，耳濡目染，這種潛移默化的影響，必將使我終生受益。 衷心地感謝鐘紹華老師在研究過程中給予的指導。 衷心地感謝的還有四年來教過我的汽車學院的眾多優秀的老師們，正是他（她）們讓我在本專業中學到了很多汽車知識，使我喜歡上了這個專業，讓我在人生之路拼搏途中又多了一份籌碼。同時在他們的身上學到了很多書本上沒有的東西，開闊了眼界，使我有信心去面對社會的挑戰。真心地祝各位老師工作順利，和家歡樂。 此外，一起學習和生活的同學也給予了我無私的幫助，尤其同學商博、劉晶一起學習給了莫大的鼓勵和幫助。 衷心地感謝我的家人長期以來所給予的關心和支持。 祝愿他們夢想成真，開拓出屬于自己的一片天空。 再次表示衷心的感謝和誠摯的敬意。 武漢理工大學畢業論文（設計） 19參考文獻 1 劉惟信編著. 汽車車橋設計. 清華大學出版社, 2004.6 2 王望予主編. 汽車設計. 機械工業出版社, 2005.7 3 陳家瑞主編. 汽車構造. 人民交通出版社, 2004.5 4 席偉光,楊光,李波主編. 機械設計課程設計 高等教育出版社, 2003.2 5 余志生主編. 汽車理論(第 3 版 ). 北京 :機械工業出版社, 2000 6 彭文生,李志明,黃華梁主編. 機械設計 高等教育出版社, 2002.8 7 陳效華等. 基于參數化的自動機械外形設計策略. 兵工學報, 2006(2) 8 陳效華等. 驅動橋集成建模系統概要. 設計汽車工程, 2003(1) 9 陳效華. 基于有限元方法的微型汽車驅動橋結構分析J. 中國制造業，2003 10劉萬封,張維峰. 汽車驅動橋殼動態應變場的模態分析J. 西安公路交通大學學報，1998 11黃曉農. 驅動橋主錐預緊力分析與模糊控制實現D. 電子科技大學, 2001 12吳瑞明,周曉軍,趙明巖. 汽車驅動橋的疲勞檢測分析J. 汽車工程2003年第六期 13汪文津. 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