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1、目录 摘要摘要1 Abstract Abstract2 1 绪论 1 绪论3 1.1 论文的选题背景3 1.2 本文研究的内容3 2 驱动桥概述2 驱动桥概述4 2.1 驱动桥的结构型式的选择4 2.2 主减速器设计5 3 差速器设计3 差速器设计8 3.1 差速器的结构型式选择9 3.2 差速器齿轮设计10 4 驱动车轮的传动装置设计4 驱动车轮的传动装置设计10 4.1 半轴的型式10 4.2 半轴的设计与计算11 4.3 半轴的结构设计及材料与热处理12 5 驱动桥壳设计5 驱动桥壳设计13 5.1 桥壳的结构型式13 5.2 桥壳的受力分析及强度计算13 6 优化设计概述6 优化设计概
2、述14 6.1 什么是优化设计14 6.2 优化方法及框图15 7 结论与展望7 结论与展望17 7.1 结论17 7.2 展望17 致谢致谢18 参考文献 参考文献19 附录 附录20 武汉理工大学毕业论文（设计） 1摘要 驱动桥的功用是将传动轴或变速器传来的转矩增大并适当降低转速后分配给左、右驱动车轮。驱动桥组成包括主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳等。驱动桥是汽车传动系中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好坏驱动桥是汽车中的重要部件，它承受着来自路面和悬架之间的一切力和力矩，是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，如果设计不当会造成严重的后果。为保证驱动桥壳变型设计的可
3、行性和工作的可靠性，在变型设计过程中必须对其应力分布、变形、关键部位的动应力等进行计算和校核。 本文以轿车的传统设计方法为基础，详细研究了标致 206 的驱动桥的设计方法，提出了比较可行的设计思路： (1)驱动桥零部件选型及主要受力件的设计;（2）选择驱动桥结构型式，主要是断开式和非断开式驱动桥的选择;（3）选择主减速器结构型式，微型汽车驱动桥大多数采用单级主减速器;（4）选择主减速器锥齿轮的支承型式，主动锥齿轮主要是悬臂式和骑马式两种;（5）计算选择主减速器齿轮的主要参数;（6）计算主减速器齿轮的几何参数;（7）主减速器齿轮的强度校核;（8）差速器设计（9）选择差速器齿轮主要参数;（10）计
4、算差速器齿轮几何参数（11）差速器锥齿轮的强度校核（12）驱动车轮的传动装置设计（13）半轴的设计与计（14）驱动桥壳设计（15）桥壳的受力分析及强度计算。 根据以上的设计计算数据画出各零部件的视图。同时我也查找了现有的东风标致 206的驱动桥的结构原理，从样车对驱动桥的整体构造加深了解，结合最新有关驱动桥的信息和汽车设计书本上的知识来设计计算、绘制草图，然后运用 auto CAD 等软件绘制图样及辅助分析，从而提了设计工作效率。 关键词关键词: 汽车 驱动桥 半轴 差速器 主减速器 武汉理工大学毕业论文（设计） 2Abstract Drive axle is the function of
5、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
6、 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 seri
7、ous 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 met
8、hod 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 m
9、ain 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 ge
10、ometric 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) dr
11、iving 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 ov
12、erall 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 redu
13、cer 武汉理工大学毕业论文（设计） 31 绪论 1.1 论文的选题背景 本课题是研究东风标致 206 的驱动桥，在原有的设计参数基础上，对驱动桥内部结构进行分析计算， 提出自己的看法， 对原有的结构实施优化设计。 主要是由于东风标致 206是新出的车型，在某些方面还是存在不足的地方，所以选取了标致 206 的驱动桥。 驱动桥的功用是将传动轴或变速器传来的转矩增大，并将动力合理地分配给左、右驱动轮；承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。驱动桥组成包括主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳等。驱动桥是汽车传动系中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好坏驱动桥是
14、汽车中的重要部件，它承受着来自路面和悬架之间的一切力和力矩，是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，如果设计不当会造成严重的后果。为保证驱动桥壳变型设计的可行性和工作的可靠性，在变型设计过程中必须对其应力分布、变形、关键部位的动应力等进行计算和校核。变型设计是一个反复修改和调整的过程， 每次修改设计都需要重新建立分析模型， 而这是一个费时费力的工作。如果能够在对汽车驱动桥模型深人研究的基础上，建立汽车驱动桥有限元模型，并利用主模型技术建立几何模型与有限元分析模型的关联性，使有限元模型能够自动更新，就可以避免重复建模带来的麻烦。 中国车桥行业有比较明显的市场格局，主要车桥生产企业均为配套整车企业的关联
15、企业。上海汇众是最大的轿车桥（悬架）供应商，四川建安是最大的微型车车桥供应商，主要配套厂商是同为南方集团的长安汽车；东风车桥是最大的中重型商用车车桥企业，主要为东风汽车提供配套，也为大型客车生产企业提供客车车桥。曙光股份是独立的车桥供应商，也是最大的轻型车车桥制造企业，其主要产品为轻型车桥和重型车桥，为轻型卡车、SUV、MPV 等产品提供配套，重型车桥主要供大型客车。 中国汽车零部件工业是中国汽车工业中相对薄弱的环节，但也是最有希望成为具有世界影响的环节。就 2006 年的情况来看，我国车桥行业的发展还可以，但国内车桥厂其实并没有独立的研发技术，很多公司都采取与国外著名车桥公司合作的方式来共同
16、生产车桥。当今汽车制造业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代速度的日益加快。汽车产品开发的一个主要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持基本结构和功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品。受国际汽车行业竞争日益激烈的影响，国际汽车市场对中国低成本的零部件需求越来越大，我们也应抓住这一机遇，发挥自身在产品开发能力和质量控制方面的优势，拓展国际市场。 我国车桥行业的发展，按照市场发展的需求，在外资、国有资本、集体资本、民营资本，多种所有制为主体的竞争、分工、协作中，在为我国整车企业生产车型的配套供货中，不断完善、不断发展。由于我国汽
17、车工业充分地融入国际汽车产业体系，受世界各国汽车生产协作方式的影响，随着汽车市场的发展，我国汽车整车企业与零部件企业的协作体系也在不断地发展、完善。 1.2 本文研究的内容 本文主要是对东风标致 206 的驱动桥进行设计并对其进行优化，在设计方法上以传统设计方法为主，其设计步骤包括: (1)驱动桥零部件选型及主要受力件的设计; （2）选择驱动桥结构型式，主要是断开式和非断开式驱动桥的选择; （3）选择主减速器结构型式，微型汽车驱动桥大多数采用单级主减速器; 武汉理工大学毕业论文（设计） 4 （4）选择主减速器锥齿轮的支承型式，主动锥齿轮主要是悬臂式和骑马式两种; （5）计算选择主减速器齿轮的主
18、要参数; （6）计算主减速器齿轮的几何参数; （7）主减速器齿轮的强度校核; （8）差速器设计； （9）选择差速器齿轮主要参数; （10）计算差速器齿轮几何参数; （11）差速器锥齿轮的强度校核; （12）驱动车轮的传动装置设计 （13）半轴的设计与计算 （14）驱动桥壳设计 （15）桥壳的受力分析及强度计算 根据以上的设计计算画出各零部件的视图 我查找了现有的东风标致 206 的驱动桥的结构原理，从样车对驱动桥的整体构造加深了解，结合最新有关驱动桥的信息设计计算、绘制草图，然后运用 AUTOCAD 等绘制图样及辅助分析。 2 驱动桥概述 驱动桥处于动力传动系的末端。基本功能：增大由传动轴或变
19、速器传来的转矩，并将动力合理地分配给左、右驱动；承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。组成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。 驱动桥设计应当满足如下基本要求： （1）所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。 （2）外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。 （3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。 （4）在各种转速和载荷下具有高的传动效率。 （5）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。 （6）与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调。 （7）结构简单，加工工艺好，制造
20、容易，拆装、调整方便。 2.1 驱动桥的结构型式的选择 驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为两大类，即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。 独立悬架驱动桥结构叫复杂， 但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。 由于本次设计题目是标致 206 的驱动桥，它的驱动车轮采用独立悬架，则应该选用断开式驱动桥。 断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间
21、可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。 武汉理工大学毕业论文（设计） 5 断开式驱动桥结构复杂，成本较高，但它大大增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；由
22、于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增加了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增中汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。 2.2 主减速器设计 2.2.1 结构方案分析 a、选择主减速器的齿轮副结构型式： 因为标致 206 的发动机横置且采用前置前驱动的驱动桥故应使用圆柱齿轮传动，一般采用斜齿轮。 b、选择主减速器的减速形式： 标致 206 的总质量为 1.55 吨，并且主传动比i0 不是很大，应采用单级主减速器。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中，可由一对圆柱齿轮组成，具有结构
23、简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0 不能太大，一般i07，进一步提高i0 将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。 2.2.2 主减速器的基本参数选择与设计计算 主减速比 i0、驱动桥的离地间隙和计算载荷，是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。主减速比对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量大小以及当变速器处于最高档位时汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。经查阅资料得知主减速比 i0为49 驱动桥的离地间隙为 120mm，发动机的最大转矩 142 牛，一档传动比 35。 2.2.2.1 主减速齿轮计算载荷的确定 1max1142 3.54
24、97eTTi=NM （1） 2.2.2.2 斜齿圆柱齿轮参数计算 根据已知条件，该齿轮应选硬齿面，先按轮齿弯曲疲劳强度设计，在校核齿面接触强度。 选择齿轮材料，确定齿轮应力 根据资料，大小齿轮都选用 20CrMnTi 钢渗碳淬火（表 5-6）硬度 56-62HRC 由图 5-32c查得弯曲疲劳极限应力lim580F=Mpa，由图 5-33c 查得接触疲劳强度极限应力lim1500H=Mpa。按轮齿弯曲疲劳强度设计。 确定许用弯曲应力fp： 取2STY=，lim1.6FS=，寿命系数1NY = 则limlim580 217301.6FSTfpNFYYMpaS= = 选择载荷系数 K： 因是斜齿轮
25、传动且加工精度为 7 级，故 K 可选小些取 K=11 武汉理工大学毕业论文（设计） 6初步选定齿轮参数： 114z =，21 z4.92 1468.8zi= =取269z =，0.5d=15o=，u=69/14=489 确定复合齿型系数FsY： 因两轮所选材料核热处理相同，则fp相同故设计时按小齿轮的复合齿型系数FsY代入即可而3311/cos14/cos 1515ovzz=由图 5-38 查得14.01FSY=将上述参数代入并取0.5d=得： 321.1 497 4.0111.92.990.5 14730nm按照表 5-1 取标准模数nm=3mm （2） 则中心距12()3 (1469)1
26、28.472cos2 cos15nom zzamm+=取 a=128mm （3） 12()3 83coscos1622 128onm zzarcarca+= （4）2.2.2.3 计算几何尺寸 113 1443coscos16nom zdmm= （5） 223 69214coscos16nom zdmm= （6） 11243649anddmmm=+=+= （7） 1.251.25 33.75fnhmmm= = （8） 2.252.25 36.75nhmmm= = （9） 2222146220anddmmm=+=+= （10） 2120.5 4321.522dbdmmbmm=取 （11） 121
27、(510)2737,32bbmmmmbmm=+=取 （12） 校核齿面的接触强度 由式 5-47 可知 1211109HEHpKT uZbdu+= 若一对齿轮均为钢制，可取弹性系数189.8EZMpa=则 武汉理工大学毕业论文（设计） 721.1 4974.89 1104 189.8106822 434.89HMpaMpa+= （13） 齿 面 许 用 接 触 应 力hp按 上 式 计 算 ， 因 为 重 要 传 动 ， 取 最 小 安 全 系 数 limlimlim1.4,1,115001 110711.4HNWHHPNWHSZZZ ZMpaMpaS= =则 因为hHP，故接触疲劳强度也够。
28、 2.2.3 主减速器主、从齿轮的支承方案 选取悬臂式， 采用一对圆锥滚子轴承支承时， 为了减小悬臂长度和增大支承间的距离，应使两轴承圆锥滚子的小端相向朝内，而大端朝外，以缩短跨距，从而增强支承刚度。齿轮以其轮齿一侧的轴颈悬臂式地支承于一对轴承上。为了增强支承刚度，应使两轴承支承中心间的距离齿轮齿面宽中点的悬臂长度大两倍以上，同时比齿轮节圆直径的 70%还大，并使齿轮轴径大于等于悬臂长。 主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整 支承主减速器齿轮的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。预紧力的大小与安装形式、载荷大小、轴承刚度特性及使用转速有关。 主动齿轮轴承预紧
29、度的调整，可通过精选两轴承内圈间的套筒长度、调整垫圈厚度、轴承与轴肩之间的调整垫片等方法进行。近年来采用波形套筒调整轴承预紧度极为方便，波形套筒安装在两轴承内圈间或轴承与轴肩间。 2.2.4 齿轮的材料 汽车驱动桥主减速器的工作相当繁重，与传动系其他齿轮比较，它具有载荷大、作用时间长、载荷变化多、带冲击等特点。其损坏形式主要有齿板弯曲折断、齿面疲劳点蚀(剥落)、磨损和擦伤等。据此对驱动桥齿轮的材料及热处理应有以下要求 （1）具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。 （2）轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。 （3）锻造性能、切削加
30、工性能及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。 （4）选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。 汽车主减速器齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有 20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo 和 16SiMn2WmoV 等 2.2.5 主减速器的润滑 主减速器及差速器的齿轮、轴承以及其他摩擦表面均需润滑。通常是在从动齿轮的前端近主动齿轮处的主减速壳的内壁上设一专门的集油槽，将飞溅到壳体内壁上的部分润滑油收集起来再经过进油孔引至前轴承圆锥滚子的小端处，由于圆锥滚子在旋转时的泵油作用，使润滑油由圆锥浪子的小端通向大端，并
31、经前轴承前端的回油孔流回驱动桥壳中间的油盆中，使润滑油得到循环。这样不但可使轴承得到良好的润滑、散热和清洗，而且可以武汉理工大学毕业论文（设计） 8保护前端的油封不被损坏。为了保证有足够的润滑油能流进差速器，有的采用专门的导油匙。 为了防止因温度升高而使主减速器壳和桥壳内部压力增高所引起的谓油，应在主减速器壳上或桥壳上装置通气塞，后者应避开油溅所及之处。加油孔应设置在加油方便之处，抽孔位置也决定了油面位置低处，但也应考虑到汽车在通过障碍时放油塞不易被撞掉。 3 差速器设计 根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互关系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往
32、是有差别的。例如，转弯时外侧车轮的行程总要比内侧的长。另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮，则会由于左右驱动车轮的转速虽相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。这不仅会使轮胎过早磨损、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或
33、滑移，易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮间都装有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学要求。 同样情况也发生在多桥驱动中，前、后驱动桥之间，中、后驱动桥之间等会因车轮滚动半径不同而导致驱动桥间的功率循环，从而使传动系的载荷增大，损伤其零件，增加轮胎的磨损和燃料的消耗等，因此一些多桥驱动的汽车上也装了轴间差速器。 3.1 差速器的结构型式选择 差速器的结构型式选择，应从所设计汽车的类型及其使用条件出发，以满足该型汽车在给定的使用条件下的使用性能要求。 差速
34、器的结构型式有多种。大多数汽车都属于公路运输车辆，对于在公路上和市区行驶的汽车来说，由于路面较好，各驱动车轮与路面的附着系数变化很小，因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器，作为安装在左、右驱动轮间的所谓轮间差速器使用；标致 206 正属于这种情况，因此要采用对称式圆锥行星齿轮差速器。 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、 右壳， 2 个半轴齿轮， 4 个行星齿轮(少数汽车采用 3 个行星齿轮，小型、微型汽车多采用 2 个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装 4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构
35、简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置差速锁等。 由于整速器壳是装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速界从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器壳的轮廓尺寸也受到从动齿轮及主动齿轮导向轴承支座的限制。 武汉理工大学毕业论文（设计） 93.2 差速器齿轮设计 3.2.1 基本参数选择 3.2.1.1 行星齿轮数目的选择 轿车常用 2 个行星齿轮，鉴于此标致 206 也用 2 个行星齿轮
36、 3.2.1.2 行星齿轮球面半径 RB(mm)的确定 圆锥行星齿轮差速器的尺寸通常决定于行星齿轮背面的球面半径 RB，它就是行星齿轮的安装尺寸， 实际上代替了差速器圆锥齿轮的节锥距， 在一定程度上表征了差速器的强度。 球面半径可根据经验公式来确定： 332.9142 3.5 4.89 0.938BBjRKT= mm （14） 式中 KB行星齿轮球面半径系数，KB=2.522.99，对于有 4 个行星齿轮的轿车和公路载货汽车取小值；对于有 2 个行星齿轮的轿车以及越野汽车、矿用汽车取最大值； Tj计算转矩，Nm。 RB确定后，即可根据下式预选其节锥距： A0=(0.980.99)R=0.983
37、8=37mm （15） 3.2.1.3 行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择 为了得到较大的模数从而使齿轮有较高的强度，应使行星齿轮的齿数尽量少，但一般不应少于 10。半轴齿轮的齿数采用 1425。半轴齿轮与行星齿轮的齿数比多在 1.52 范围内。 在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左、右两半轴齿轮的齿数 z2L、z2R之和，必须能被行星齿轮的数目 n 所整除，否则将不能安装。 根据资料和上面的要求我选取齿数分别为 10，20 3.2.1.4 差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定 先初步求出行星齿轮和半轴齿轮的节锥角1、2： 11210arctan(/)arctan29.5220ozz= （16
38、） )/arctan(122zz=60.48 （17） 式中 z1、z2行星齿轮和半轴齿轮齿数。 再根据下式初步求出圆锥齿轮的大端模数： 001212222 37sinsinsin29.523.310AAmmmzz= 按标准取 m=3mm 算出模数后，节圆直径 d 即可由下式求得： 20.424ld=mm 223 2060dmz= =mm 3.2.1.5 压力角 过去汽车差速器齿轮都选用 20压力角，这时齿高系数为 l，而最少齿数是 13。目前汽车差速器齿轮大都选用 2230，的压力角，齿高系数为 0.8，最少齿数可减至 10，并且在小齿轮(行星齿轮)齿顶不变尖的条件下还可由切向修正加大半轴齿
39、轮齿厚，从而使行武汉理工大学毕业论文（设计） 10星齿轮与半轴齿轮趋于等强度。由于这种齿形的最少齿数比压力角为 20的少，故可用较大的模数以提高齿轮的强度。 3.2.1.6 行星齿轮安装孔直径及其深度 L 的确定 行星齿轮安装孔与行星齿轮轴名义直径相同，而行星齿轮安装孔的深度 L 就是行星齿轮在其轴上的支承长度。通常取 1.11.1 24.527Lmm= （18） 20.424ld=mm 330102187 1024.51.11.1 69 2 24cTmmn l= （19） 式中 T0差速器传递的转矩，Nm； n行星齿轮数； l为行星齿轮支承面中点到锥顶的距高，mm；24 . 0 dl ； c
40、支承面的许用挤压应力，取为 69MPa。 3.2.2 差逮器齿轮的强度计算 汽车差速器齿轮的弯曲应力为： 330222 102 10661.5 0.586 1 14501 0.29 2 9 33mwvTKKKMpaKFzmJ = （20） 式中 T差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩，Nm；nTTj/6 . 0=； Tj计算转矩，Nm； n差速器行星齿轮数目； z2半轴齿轮齿数； J计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，见书上图 9-77-图 9-79。 按日常行驶平均转矩计算所得的汽车差速器齿轮的弯曲应力，应不大于 210.9MPa；按计算转矩进行计算时，弯曲应力应不大于 980MPa
41、。 因此小于 980MPa 符合条件。 4 驱动车轮的传动装置设计 驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来。 4.1 半轴的型式 普通非断开式驱动桥的半轴， 根据其外端的支承型式或受力状况的不同而分为半浮式、3/4 浮式和全浮式三种。 武汉理工大学毕业论文（设计） 11半浮式半轴以靠近外端的轴颈直接支承在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有锥面的轴颈及键与车轮轮毂
42、相固定，或以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接)。因此，半浮式半轴除传递转矩外，还要承受车轮传来的弯矩。由此可见，半浮式半轴承受的载荷复杂，但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。用于质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。 基于以上的特点可以确定标致 206 应该采用半浮式半轴。 4.2 半轴的设计与计算 半轴的主要尺寸是它的直径，设计与计算时首先应合理地确定其计算载荷。 半轴的直径： 半轴的计算转矩：max1 00.6 142 3.5 4.891458.2egTTi i= （21） 取许用弯曲应力 500Mpa= 33230Tdmm 半轴的计算应考虑到以下三种
43、可能的载荷工况： 图 1 （1）纵向力Fx2最大，侧向力Fy2为 0， 附着系数取 0.8；m=1.2 此时的垂向力20.6 1550 9.87595G= N 纵向力应按最大附着力计算，即 224557 0.83645.6XzFF= = N 半轴弯曲应力和扭转切应力： 222222333232 0.066 45573645174.43.14 0.03Xza FFMpad+= （22） 武汉理工大学毕业论文（设计） 122331616 3645 0.3246.73.14 0.03xrF rMpad= （23） 合成应力为 224525nMpa=+= （24） （2）侧向力Fy2最大，纵向力Fx2
44、=0，此时意味着发生侧滑。 外轮上的垂直反力Fz2o和内轮上的垂直反力Fz2i z202120.65F(0.5)7595 (0.5)72371.435ghGNb=+=+= （25） z2i2z20FF75957237358GN= （26） 外轮上侧向力 Fy2o和内轮上侧向力 Fy2i : 外轮半轴的弯曲应力o和内轮半轴的弯曲应力i 2 02 003332()32 7237 (0.30.066)6393.14 0.03yrzFrFaMpad= （27） 223332()32 358 (0.30.066)49.53.14 0.03yi rziiF rF aMpad+= （28） 侧滑时轮胎与地面
45、的侧向附着系数1，在计算中取 1.0，没有纵向力作用； （3）汽车通过不平路面，垂向力Fz2最大，纵向力Fx2=0，侧向力为 0 此时垂直力最大值Fz2 为 2210.5 1.75 75956645.62zFkGN= （29） 半轴弯曲应力 2333232 6645.6 0.066165.63.14 0.03ZF aMpad= （30） 均没有超过半浮式半轴的许用合成应力 750MPa。 4.3 半轴的结构设计及材料与热处理 为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径，常常将加工花键的端部做得粗些，并适当地减小花键槽的深度， 因此花键齿数必须相应地增加， 通常取 10 齿(轿车半轴)至 18 齿(载
46、货汽车半轴)。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。重型车半轴的杆部较粗，外端突缘也很大，当无较大锻造设备时可采用两端均为花键联接的结构，且取相同花键参数以简化工艺。在现代汽车半轴上，渐开线花键用得较广，但也有采用矩形或梯形花键的。 半轴多采用含铬的中碳合金钢制造， 如 40Cr， 40CrMnMo， 40CrMnSi， 40CrMoA， 35CrMnSi，35CrMnTi 等。40MnB 是我国研制出的新钢种，作为半轴材料效果很好。半轴的热处理过去武汉理工大学毕业论文（设计） 13都采用调质处理的方法，调质后要求杆部硬度为 HB3884
47、44(突缘部分可降至 HB248)。近年来采用高频、中频感应淬火的口益增多。这种处理方法使半轴表面淬硬达 HRC5263，硬化层深约为其半径的 13，心部硬度可定为 HRC3035；不淬火区(突缘等)的硬度可定在 HB248277 范围内。由于硬化层本身的强度较高，加之在半轴表面形成大的残余压应力，以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺，使半轴的静强度和疲劳强度大为提高，尤其是疲劳强度提高得十分显著。由于这些先进工艺的采用，不用合金钢而采用中碳(40 号、45 号)钢的半轴也日益增多。 5 驱动桥壳设计 驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车荷重的作用，并
48、将载荷传给车轮作用在驱动车轮上的牵引力，制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此桥壳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。 在汽车行驶过程中，桥壳承受繁重的载荷，设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性，在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量桥壳还应结构简单、制造方便以利于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。在选择桥壳的结构型式时，还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。 5.1 桥壳的结构型式 桥壳的结构型式大致分
49、为可分式 （1）可分式桥壳 可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，每一部分均由一个铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维修都很不方便，桥壳的强度和刚度也比较低。过去这种所谓两段可分式桥壳见于轻型汽车，由于上述缺点现已很少采用。 （2）整体式桥壳 整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一整体的空心粱，其强度及刚度都比较好。且桥壳与主减速器壳分作两体，主减速器齿轮及差速器均装在独立的主减速
50、壳里，构成单独的总成，调整好以后再由桥壳中部前面装入桥壳内，并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都十分方便。 整体式桥壳按其制造工艺的不同又可分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张成形式三种。 (3)组合式桥壳 优点：从动齿轮轴承的支承刚度较好，主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便，然而要求有较高的加工精度，常用于轿车、轻型货车中。 考虑汽车的类型标致 206 乘用车、使用要求、制造条件、材料供应等。桥壳的结构型式应该选择组合式桥壳。 5.2 桥壳的受力分析及强度计算 我国通常推荐：计算时将桥壳复杂的受力状况简化成三种典型的计算工况（与前述半武汉理工大学毕业
51、论文（设计） 14轴强度计算的三种载荷工况相同） 。 （1） 当牵引力或制动力最大时， 桥壳钢板弹簧座处危险端面的弯曲应力和扭转应力为： 300.76240.6320.12.51.2vhvhMMMpaWW=+=+= （31） 1093.7227.94.8TTTMpaW= （32） 式中vM地面对车轮垂直反力在桥壳板簧座处危险端面引起的垂直平面内的弯矩，22111.2 7595 0.066300.7622vMm G b=； b桥壳板簧座到车轮面的距离； hM牵引力或制动力2xF（一侧车轮上的）在水平平面内引起的弯矩， 23645.6 0.066240.6hxMFb=。 TT牵引或制动时，上述危险
52、断面所受的转矩， 23645.6 0.31093.7TxrTFr=； vW、hW分别为桥壳危险断面垂直平面和水平面弯曲的抗弯截面系数； 分别为 2.5，1.2 TW危险断面的抗扭截面系数。经计算取 4.8 （2）当侧向力最大时，桥壳内、外板簧座处断面的弯曲应力i、o为： 221358 (0.0660.3)52.52.5z iz irivFbFrMpaW += （33） 2217237 (0.0660.3)667.32.5z oz orovFbFrMpaW = （34） （3）当汽车通过不平路面，弯曲应力为： 27595 1.75 0.066174.522 2.5vGk bW = Mpa （35
53、） 桥壳许用弯曲应力为 300500N/mm2，许用扭转应力为 150400N/mm2。可锻造桥壳取较小值，钢板冲压焊接桥壳取最大值。 因此符合条件 武汉理工大学毕业论文（设计） 15 6 优化设计概述 6.1 什么是优化设计 优化设计是一种寻找最优设计方案的技术。所谓“最优设计” ，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出(如重量、面积、体积、应力、费用等)最小。也就是说，最优设计方案就是一个最有效的设计方案 ，设计方案的任何方面都是可以优化的，比如尺寸(如厚度)、形状(如过度圆角的大小)、支撑位置、制造费用、自振频率、材料特性等。实际上，所有可以参数化的ANSYS变量都可以作优
54、化设计。ANSYS程序提供了两种优化设计的方法:零阶方法和一阶方法。这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效的处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合精确的优化设计对于这两种方法，ANSYS程序提供了一系列的分析一评估一修止的循环过程，就是对于初始一设计进行分析，对于分析结果按设计要求进行评估，然后修正设计。这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为比。 除了这两种优化方法，ANSYS程序还提供了一系列的优化，具以提高优化过程的效率。例如，随即优化分析的迭代次数是可以指定的。随即设计计算结果的初始位可以作为优化过程
55、的起点数值。 6.2 优化方法及框图 本优化问题设计变量仅有三个,属于小型设计问题,选用随机搜索法进行优化,在可行域选初始点A(1) 、A(2) 、A(3) 和初始步长ST ,计算初始点的目标函数值F。以初始点为原点,按初始步长取随机点,到预定的搜索次数后,缩短步长,并重复操作,直到步长缩小到规定值后,输出的随机点即为最优解。计算机计算框图如下图。 标识符号说明: M0 预选规定的随机方向搜索最大数目; Sr 原始给定步长 Ro 在某随机方向是否迭代成功过的标志。 U 搜索次数之累计值。 应用举例某直齿图锥齿轮差速器的优化设计 已知参数为差速器计算扭矩MJ = 2205. 2N. m ,半轴的
56、许用扭转应力,取 = 69Mpa 质量系数取K1 = 1载荷分布系数K4 = 1. 1预定搜索次数M0 = 20初始步长Sr = 2 ;初始点Zg = 10 ,Zh = 20 ,mt = 3 ,上机计算运行、输出优化解及其它参数 如下: 参 数 优化设计 原设计 行星齿轮安装距Rb (mm) :36. 5591837 37.75 齿轮大端模数Mt (mm) : 2.856 3 行星齿轮个数Ng : Ng = 2 2 行星齿轮齿数Zg : Zg =9. 016028 10 半轴齿轮齿数: Zn = 21 20 锥距R(mm): 35. 628 37 从差速器的体积可以看出,优化设计值仅是原设计值
57、的80. 26 % ,体积大大减小。所以,应用优化方法进行设计较用传统方法进行设计提高了设计水平、节省材料、降低成本,并且运用优化设计法也是对传统设计方法的一大改革和进步。 武汉理工大学毕业论文（设计） 16图 2 武汉理工大学毕业论文（设计） 177 结论与展望 7.1 结论 本文以轿车的传统设计方法为基础，详细研究了标致206的驱动桥的设计方法，提出了比较可行的设计思路： (1)驱动桥零部件选型及主要受力件的设计;（2）选择驱动桥结构型式，主要是断开式和非断开式驱动桥的选择;（3）选择主减速器结构型式，微型汽车驱动桥大多数采用单级主减速器;（4）选择主减速器锥齿轮的支承型式，主动锥齿轮主要
58、是悬臂式和骑马式两种;（5）计算选择主减速器齿轮的主要参数;（6）计算主减速器齿轮的几何参数;（7）主减速器齿轮的强度校核;（8）差速器设计（9）选择差速器齿轮主要参数;（10）计算差速器齿轮几何参数（11）差速器锥齿轮的强度校核（12）驱动车轮的传动装置设计（13）半轴的设计与计（14）驱动桥壳设计（15）桥壳的受力分析及强度计算。 根据以上的设计计算数据画出各零部件的视图。 同时我也查找了现有的东风标致 206 的驱动桥的结构原理，从样车对驱动桥的整体构造加深了解， 结合最新有关驱动桥的信息和汽车设计书本上的知识来设计计算、 绘制草图，然后运用 auto CAD 等软件绘制图样及辅助分析，
59、从而提了设计工作效率。在整个毕业设计过程中，通过自己亲自查找资料和分析计算，充分的锻炼了自己的能力，并且对以前所学的汽车知识有了进一步的巩固，特别是在驱动桥这部分有了更深入的理解，只要认真地做定会收获很多的，对毕业以后参加工作也有很大的帮助。 7.2 展望 随着有限元技术和优化分析软件的发展，它被广大的工程人员所接受，越来越多的软件和技术应用到传统的设计方法中，那样便能大大提高工作效率和开发成本。通过本次毕业设计可以知道，传统的设计方法很费时并且准确度不是很高，有些地方还无法精确的画出来，而应用设计软件就不同了，它有很多优点。同时优化设计成为任一件商品设计的要求，在汽车行业中由于近几年中国汽车
60、行业的飞速发展，CAD,CAE技术也得到长远的发展，未来的汽车设计更关心汽车安全性，经济性，优化设计需要兼顾的因素也越来越多，约束条件和优化目标越来越复杂。优化结果也尽可能满足高性能的汽车要求。将优化方法应用到实践中才会有实际意义。 武汉理工大学毕业论文（设计） 18致 谢 本论文是在尊敬的导师一一钟绍华老师的悉心指导下完成的，在此论文完成之际，谨向导师致以诚挚的谢意!对钟老师的辛勤付出，再次表示衷心的感谢! 钟老师对论文的顺利完成提供了不少帮助，在此也表示深深谢意！导师严谨的治学态度，渊博的学识，忘我的工作热情及平易近人的人格魅力等等的一切，对我来说置身其间，耳濡目染，这种潜移默化的影响，必
61、将使我终生受益。 衷心地感谢钟绍华老师在研究过程中给予的指导。 衷心地感谢的还有四年来教过我的汽车学院的众多优秀的老师们，正是他（她）们让我在本专业中学到了很多汽车知识，使我喜欢上了这个专业，让我在人生之路拼搏途中又多了一份筹码。同时在他们的身上学到了很多书本上没有的东西，开阔了眼界，使我有信心去面对社会的挑战。真心地祝各位老师工作顺利，和家欢乐。 此外，一起学习和生活的同学也给予了我无私的帮助，尤其同学商博、刘晶一起学习给了莫大的鼓励和帮助。 衷心地感谢我的家人长期以来所给予的关心和支持。 祝愿他们梦想成真，开拓出属于自己的一片天空。 再次表示衷心的感谢和诚挚的敬意。 武汉理工大学毕业论文（
62、设计） 19参考文献 1 刘惟信编著. 汽车车桥设计. 清华大学出版社, 2004.6 2 王望予主编. 汽车设计. 机械工业出版社, 2005.7 3 陈家瑞主编. 汽车构造. 人民交通出版社, 2004.5 4 席伟光,杨光,李波主编. 机械设计课程设计 高等教育出版社, 2003.2 5 余志生主编. 汽车理论(第3版). 北京:机械工业出版社,2000 6 彭文生,李志明,黄华梁主编. 机械设计 高等教育出版社, 2002.8 7 陈效华等. 基于参数化的自动机械外形设计策略. 兵工学报, 2006(2) 8 陈效华等. 驱动桥集成建模系统概要. 设计汽车工程, 2003(1) 9 陈
63、效华. 基于有限元方法的微型汽车驱动桥结构分析J. 中国制造业，2003 10刘万封,张维峰. 汽车驱动桥壳动态应变场的模态分析J. 西安公路交通大学学报，1998 11黄晓农. 驱动桥主锥预紧力分析与模糊控制实现D. 电子科技大学, 2001 12吴瑞明,周晓军,赵明岩. 汽车驱动桥的疲劳检测分析J. 汽车工程 2003 年第六期 13汪文津. CAD/CAM技术在汽车产业上的应用. 天津汽车, 2000 (3): 9-12 14Yujianfei.Intelligent design system for mini-cars driving axle D. Nanjing Universi
64、ty of Science, 2002 15Wang Liang.Drive Axle optimal design D.Hebei University of Technology, 2006 16Michael J.Youn. Mastering Visual C+6.Publishing House of Electronic Industry, 1999 武汉理工大学毕业论文（设计） 20附录 1主减速比i0的确定 #include stdio.h #include math.h main() int np=4200, vamax=182, T1,Temax=142,igh=1;i1=
65、3.5 float r=0.28; float i0=0.377*r*np*1.15/(vamax*igh); printf(“i0=%fn”,i0) T1=Temax*i1 运行结果：i0=4.9,T1=497 2 主减速器斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 #include stdio.h #include math.h main() int m ,K; float d2,z2; do bool fin; for(K=13; K=16; K+) 计算d2(Kaz)/步骤b if(0.3 *31T d2/Z20.4*31T )/l条件 m= d2/Z2; fin=true; break; 步骤a;
66、/重新选择齿数 while(! fin); #include stdio.h #include math.h main() int z1=28,z2=137,m=3; float u=4.89, 0.5d=,15o=,14.06FSY=; float a, d1, d2, ha, hf, h, da1, da2, b1, b2; float d1=m*z1/cos; float d2=m*z2/cos; 武汉理工大学毕业论文（设计） 21float da1=d1+2*m; float da2=d2+2*m; float hf=1.25*m; float h=2.25*m; float b2=
67、d*d1; float b1= b2+7; printf (“d1=%f, d2=%f, da1=%f, da2=%fn” , d1,d2,da1,da2); printf (“c =%f, h =%f, b2=%f, b1=%fn” , h, h, b2, b1); 运行结果：d1=87.5, d2=428.1, da1=93.5, da2=434.1 hf=3.75, h=6.75, b2=43, b1=50 3 主减速器斜齿圆柱齿轮的强度计算 #include stdio.h #include math.h main() float Mw1=1500, M1, Mh1; Float K=
68、1.3, T1=497, b=43, d1=87.5, u=4.89; float s=1.4, Zn=1, Zm=1; float Mh1=(Mw1/s)*ZnZm; float M1=109*189.9*sqrt(u+1)/u*K*T1/(b*d1*d1 printf (“Mh1 =%f, M1=%f n” , Mh1, M1); 运行结果：Mh1=1071，M1=1006 4差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算： #include stdio.h #include math.h #define pi 3.1416 main() int z1=10, z2=20, m=3; float H1=1
69、.6, H2=1.788,a=22.5; float d1=m*z1; float d2=m*z2; float F=0.27*d2; float hg=H1*m; float h=H2*m+0.051; float r1=arctan(z1/z2); float r2=90-r1; float A0=d1/(2*(sin(r1); float t=3.1416*m; 武汉理工大学毕业论文（设计） 22float h2=(0.43+0.37/(z2/z1)*(z2/z1)*m; float h1=hg-h2; float c=h-hg; float L1=arctan(h1”/A0); flo
70、at L2=arctan(h2”/A0); float r01=r1+L2; float r02=r2+L1; float Rr1=r1-L1; float Rr2=r2-L2; float d01=d1+2h1*cos(r1); float d02=d2+2h2*cos(r2); printf (“d1 =%f, d2 =%f, F=%f, hg=%fn” , d1, d2, F, hg); printf (“h =%f, r1 =%f, r2=%f, A0=%fn” , h, r1, r2,A0); printf (“t =%f, h1 =%f, h2=%f,c=%fn” ,t, h1,
71、h2, c); printf (“L1=%f, L2 =%f, r01=%f, r02=%fn” L1, L2, r01, r02); printf (“Rr1 =%f, Rr2 =%f, d01=%f, A0=%fn” , Rr1, Rr2, d01, d02); 运行结果：d1=30, d2=60, F=15.1, hg=8.00, h=8.99 r1=25.92, r2=60.48, A0=37, t=13.6, h2=2.71 h1=3.56, h1”=3.56, h2”=6.12, c=0.98, L1=3.69, L2=5.99 r01=36.85, r02=62.64, Rr1=
72、27.34, Rr2=54.06, d01=67.87, d02=102.8 5差速器的弯曲应力计算 #include stdio.h #include math.h main() int n=2; float Tj=2187 float T=0.6*Tj/n; printf (“T=%fn”,T) 运行结果：T=661.5 #include stdio.h #include math.h main() int Ks=1, Km=1, Kv=1,m=3,z2=20; float T=661.5, K0=0.586, j=0.29,F=15.1; float Mw=2*1000*T* K0* Ks* Km/( Kv*F*z2*m*m*j); printf (“Mw=%fn”, Mw); 运行结果：Mw=450
