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1、大学学士学位论文 I 摘 要 驱动桥是构成汽车的四大总成之一，一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和 驱动桥壳等组成，它位于传动系末端，其基本作用是增矩、降速，承受作用于路面和 车架或车身之间的力。它的性能好坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重 要，采用传动效率高的单级减速驱动桥已经成为未来载重汽车的发展方向。 本文参照传统驱动桥的设计方法进行了载重汽车驱动桥的设计本次设计首先对驱 动桥的特点进行了说明，根据给定的数据确定汽车总体参数，再确定主减速器、差速 器、半轴和桥壳的结构类型及参数，并对其强度进行校核。数据确定后，利用 AUTOCAD 建立二维图，再用 CATIA 软件建立三维模
2、型，最后用 CAITA 中的分析模 块对驱动桥壳进行有限元分析。 关键词：驱动桥；CAD；CATIA；有限元分析 大学学士学位论文 II Abstract Drivie axle is one of the four parts of a car, it is generally constituted by the main gear box, the differential device, the wheel transmission device and the driving axle shell and so on it is at the end of the powertrai
3、n.Its basic function is increasing the torque and reducing speed and bearing the force between the road and the frame or body.Its performance will have a direct impact on automobile performance,and it is particularly important for the truck. Using single stage and high transmission efficiency of the
4、 drive axle has become the development direction of the future trucks. This article referred to the traditional driving axles design method to carry on the truck driving axles design.In this design,first part is the introduction of the characteristics of the drive axle,according to the given date to
5、 calculate the parameters of the automobile,then confirm the structure types and parameters of the Main reducer, differential mechanism,half shaft and axle housing,then check the strength and life of them.After confirming the parameters, using AUTOCAD to establish 2 dimensional model,then using CATI
6、A establish 3 dimensional model. Finally using the analysis module in CATIA to finite element analysis for the axle housing. Key words: drive axle;CAD;CATIA;finite element analysis 大学学士学位论文 目 录 1 绪论 .1 1.1 驱动桥简介 1 1.2 国内外研究现状 2 1.3 驱动桥设计要求 2 2 驱动桥设计 .4 2.1 主减速器设计 5 2.1.1 主减速器的结构形式.5 2.1.2 主减速器基本参数选择
7、与计算载荷的确定.7 2.1.3 小结17 2.2 差速器设计 .17 2.2.1 对称锥齿轮式差速器工作原理17 2.2.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构18 2.2.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计19 2.2.4 小结23 2.3 驱动半轴的设计 .23 2.3.1 结构形式分析24 2.3.2 全浮式半轴的结构设计25 2.3.3 全浮式半轴的强度计算25 2.3.4 半轴的结构设计及材料与热处理26 2.3.5 半轴花键的强度计算26 2.4 驱动桥壳的设计 .27 2.4.1 整体式桥壳的结构27 2.4.2 桥壳的受力分析与强度计算28 2.4.3 小结29 3 CATIA
8、三维建模.30 3.1 CATIA 软件介绍30 大学学士学位论文 I 3.2 主减速器建模 .31 3.2.1 主动锥齿轮三维建模31 3.2.2 主减速器壳三维建模34 3.2.3 轴承三维建模34 3.3 差速器建模 .35 3.3.1 齿轮的三维建模35 3.3.2 半轴齿轮的建模36 3.3.3 从动齿轮建模36 3.4 半轴三维建模 .38 3.5 驱动桥壳三维建模 .38 3.6 轮胎三维建模 .39 3.7 主减速器及行星齿轮建模 .40 3.8 驱动桥三维建模 .40 4 驱动桥壳的有限元分析 41 4.1 驱动桥壳的约束及受力分析 .41 4.2 计算方法的局限性 .41
9、4.3 驱动桥壳的静强度分析 .41 4.3.1 静强度分析41 4.3.2 结果分析43 4.4 小结 .44 结 论 .45 致 谢 .46 参考文献 .47 附录 A48 附录 B55 大学学士学位论文 0 1 绪论 1.1 驱动桥简介 汽车驱动桥处于汽车传动系的末端，主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳 组成。其基本功用是将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴 等传到驱动车轮，实现降低转速、增大转矩；通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传 递方向；通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向。 驱动桥的类型有断开式驱动桥和非断开式驱动桥两种。驱动车轮采
10、用独立悬架时， 应选用断开式驱动桥；驱动车轮采用非独立悬架时，则应选用非断开式驱动桥。 汽车传动系的总任务是传递发动机的动力，使之适应于汽车行驶的需要。在一般 汽车的机械式传动中，有了变速器(有时还有副变速器和分动器)还不能完全解决发动机 特性和行驶要求间的矛盾和结构布置上的问题。首先因为绝大多数的发动机在汽车上 是纵向安置的，为使其转矩能传给左右驱动车轮，必须由驱动桥的主减速器来改变转 矩的传递方向，同时还得由驱动桥的差速器来解决左右驱动车轮间的转矩分配问题和 差速问题。其次是因为变速器的主要任务仅在于通过选择适当的档位数及各档传动比， 以使内燃机的转速一转矩特性能适应汽车在各种行驶阻力下对
11、动力性与经济性的要求， 而驱动桥主减速器(有时还有轮边减速器)的功用则在于当变速器处于最高档位(通常为 直接档，有时还有超速档)时，使汽车有足够的牵引力、适当的最高车速和良好的燃油 经济性。为此，则要将经过变速器、传动轴传来的动力，经过驱动桥的主减速器进行 进一步增大转矩，降低转速的变化。因此，要想使汽车传动系设计的合理，首先必须 恰当选择好汽车的总传动比，并恰当的将它分配给变速器和驱动桥。后者的减速比称 为主减速比。当变速器处于最高档位时，汽车的动力性和燃油经济性主要取决于主减 速比。在汽车的总体布置设计时应根据该车的工作条件及发动机、传动系、轮胎等有 关参数，选择合适的主减速比来保证汽车具
12、有良好的动力性和燃油经济性。采用优化 设计方法可得到发动机与传动系数的最佳匹配。由于发动机功率的提高，汽车整车质 量的减小和路面状况的改善，主减速比有往小发展的趋势。选择主减速比时要考虑到 使汽车即能满足高速行驶的要求，又能在常用车速范围内降低发动机转速、减小嫌料 消耗量，提高发动机寿命并改善振动及嗓声的特性等。 大学学士学位论文 1 1.2 国内外研究现状 汽车和汽车工业在国民经济、现代社会及人民生活中具有十分重要的作用。在当 前中国的经济建设事业中，汽车处于十分突出和优先的地位。近年来汽车工业中国机 械工业各行业中，其增长速度相对比其它行业都要高得多。但是中国汽车业的发展仍 然远远赶不上需
13、求，每年都要进口大量的各种汽车及其零部件。由于种种原因，中国 汽车工业距国际水平还有相当的差距，特别在驱动桥产品设计和研究方面距离更大一 些，这方面应该为中国的许多部门和企业所认识。目前，我国的驱动桥设计，基本上 尚处在类比设计和经验设计阶段，这样的设计往往偏于保守而限制了驱动桥性能的提 高和产品成本的降低。因此，我国驱动桥产品设计与国外的主要差距之一是所设计的 驱动桥过于笨重。在现代驱动桥设计中，要使其做到尽可能的轻量化不但可以节省材 料消耗和降低成本，而且可以合理的规划汽车簧上簧下质量、降低动载和提高汽车的 平顺性。 但是驱动桥作为各种车辆的组成部分，要求应该具有高度的可靠性和安全性，这
14、与轻量化常常是矛盾的，所以轻量化设计要保证同时具有足够的可靠性和绝对的安全 性，即在满足上述基本要求的情况下减轻重量。 驱动桥设计与分析理论对于我国的驱动桥设计具有十分重要的现实意义。 1.3 驱动桥设计要求 驱动桥的结构形式虽然可以各不相同，但在使用中对他们的基本要求却是一致的， 综合上述，对驱动桥的基本要求可以归纳为： (1)所选择的主减速比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃料经 济性。 (2)差速器在保证左右驱动车轮能以汽车运动学所要求的差速滚动外并能将转矩平 稳而连续不断(无脉动)的传递给左右驱动车轮。 (3)当左右驱动车轮与地面的附着系数不同时，应能充分的利用汽车的牵引
15、力。 (4)能承受和传递路面和车架或车厢间的铅垂力、纵向力和横向力，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强度、刚度、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。 大学学士学位论文 2 (6)轮廓尺寸不大以便于汽车的总体布置与所要求的驱动桥离地间隙相适应。 (7)齿轮与其他传动部件工作平稳，无噪声。 (8)驱动桥总成及其他零部件的设计应能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)在各种载荷和转速工况下有高的传动效率。 (10)结构简单、维修方便，机件工艺性好，制造容易。
16、大学学士学位论文 3 2 驱动桥设计 驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功用首先是增扭,降速,改变转矩的传递方向, 即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩,并将动力合理的分配给左、右驱动轮，其 次,驱动桥还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直立、纵向力和横向力,遗迹制动力 矩和反作用力矩等。 驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成,转向驱动桥还 有等速万向节。 设计驱动桥时应当满足如下基本要求： 1选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经 济性。 2外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。 3齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。 4在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。 5具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和 力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷， 提高汽车的平顺性。 6与悬架导向机构运动协调。 7结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便 8某中型载货车驱动桥设计及强度分析设计参数： (1) 后轮距：1500mm (2) 车
