轻型货车驱动桥的设计

本科毕业设计（论文）

题 目 学 院 年 级 专 业

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轻型货车驱动桥的设计

摘要

在汽车制造业之中，轻型载货汽车占据了很大的比例，其中驱动桥的优劣更是影响到整车的经济性、安全性和舒适性。为了适应当前货车速度快，效率高的需求，驱动桥必须是一个结构简单、可靠性强、成本低的机构。一款优秀的驱动桥，不仅能够提高整车的性能，而且能够减少车辆的生产成本，提高品牌竞争力。

在此次设计之中，首先分析了驱动桥各个部件的主要原理及其结构类型，然后再根据现有的驱动桥的优点加以学习，设计出满足需要的驱动桥结构：采用单级主减速器、行星齿轮差速器、全浮式半轴和整体式驱动桥桥壳。采用传统的方法设计驱动桥的主减速器、差速器、半轴和驱动桥桥壳，然后进行参数计算并完成校核。最后，用AutoCAD软件完成设计图纸。

关键词：轻型货车 驱动桥 主减速器 差速器 半轴

Design of light truck drive axle

ABSTRACT

In the automobile manufacturing industry, the light truck occupies a large proportion,the advantages and disadvantages of the drive bridge is the impact to the vehicle economy, safety and comfort.In order to adapt to the current truck speed, high efficiency demand, the drive bridge must be a simple structure, strong reliability, low cost of the body.A good drive bridge, able to reduce the cost of production of the car, light truck drive axle has a certain practical significance.

In the design, first to analyze the driving bridge in various parts of the main principles and structure types, then according to the existing drive bridge of the advantages to be learning design suitable for the needs of the driving bridge structure: using a single-stage main reducer, differential planetary gear, full floating axle and Integral drive axle housing.The traditional method is used to design the main reducer, differential, half axle and drive axle housing, and then the parameters are calculated and checked.Finally, use AutoCAD software to complete the design drawings.

Key words: Light truck; Drive axle; Main reducer; Differential mechanism; Half shaft

目 录

1.绪论 ........................................................................................................................................... 1

2.驱动桥的结构分类及设计参数 ........................................................................................ 3

2.1驱动桥的种类 ...................................................................................................................... 3

2.2驱动桥结构组成 .................................................................................................................. 3

3.主减速器的设计 .................................................................................................................... 5

3.1减速器的结构形式 .............................................................................................................. 5

3.2 主减速器的载荷计算 ......................................................................................................... 5

3.2.1主减速比i0 ........................................................ 5

3.2.2齿轮在不同情况下的转矩 .......................................................................................... 5

3.3主减速器齿轮的主要参数 .................................................................................................. 7

3.3.1主减速器参数计算 ...................................................................................................... 7

3.3.2主减速器锥齿轮参数表格 .......................................................................................... 8

3.4 主减速器锥齿轮的材料 ................................................................................................... 10

3.5主减速器齿轮的强度校核 ................................................................................................ 11

3.5.1齿轮的耐磨性 ..................................................... 11

3.5.2锥轮齿弯曲强度 ................................................... 11

3.5.3锥齿轮的接触强度 .................................................................................................... 12

3.6主减速器齿轮的轴承设计 ................................................................................................ 13

3.6.1主减速器主动齿轮上的作用力 ................................................................................ 13

3.6.2锥齿轮轴承的定向载荷 ............................................................................................ 14

3.6.3轴承的使用寿命 ........................................................................................................ 15

4.差速器的设计 ...................................................................................................................... 16

4.1差速器的结构及形式 ........................................................................................................ 16

4.2差速器齿轮基本参数 ........................................................................................................ 16

4.2.1差速器齿轮参数的选择 ............................................................................................ 16

4.2.2半轴齿轮与行星齿轮参数表格 ................................................................................ 17

4.3差速器的材料 .................................................................................................................... 18

4.4差速器齿轮的强度计算 .................................................................................................... 18

5.半轴的设计 ........................................................................................................................... 20

5.1半轴型式 ............................................................................................................................ 20

5.2半轴的设计 ........................................................................................................................ 20

5.3半轴花键强度的计算 ........................................................................................................ 21

5.4半轴的材料 ........................................................................................................................ 22

6.桥壳的设计 ........................................................................................................................... 23

6.1 驱动桥壳结构型式的选择 ............................................................................................... 23

6.2 桥壳的强度校核 ............................................................................................................... 24 结论 .............................................................................................................................................. 27 参考文献 .................................................................................................................................... 28 致 谢 ........................................................................................................................................... 29

1. 绪论

本次设计是关于轻型货车驱动桥的设计，文中将着重介绍轻型货车驱动桥设计的以下内容：驱动桥的基本组成结构，主要零部件的工作原理，各个组成部件的类型及选择原因，主要部件的设计计算和校核。

驱动桥包括主减速器、差速器、半轴和驱动桥桥壳。它是车辆整个动力传递路线的重要组成部分。它的功能是：通过主减速器、差速器和半轴等，将万向传动装置的转矩传递给驱动轮，从而降低转速，增加转矩。

驱动桥设计的时候，使用不恰当的结构类型和尺寸参数，不仅会影响到车辆的使用寿命，而且会大大降低车辆的行驶性能，例如操作性、稳定性、动力性、通过性以及燃油经济性等性能。驱动桥也是汽车各大总成之中包含零部件、分总成最多的一个总成，在进行驱动桥设计的时候会接触到大量不同类型的零部件，这些零部件有的是我们在大学里老师课堂上所讲到的，也有之前没有接触到的。它们的设计制造几乎涉及到目前大多的机械制造工艺，借此设计的机会，我可以熟悉车辆零部件设计的主要过程。

现在国家正在大力支持汽车产业的发展，就我上学所在的常熟，这几年也有许多汽车生产基地建成。就轻型货车而言，目前市面上轻型货车的驱动形式大多是后轮驱动，因为后轮驱动的货车提速时，其驱动力直接从后轮传出，司机在车辆横向操作及过弯的时候，能够感受到更加强烈的操纵感，所以后轮驱动的货车比之前轮驱动，其操纵性和稳定性得到了大大的提升，而这对体积比普通家用汽车更大的货车来说尤为重要。当然较低的维修费用也是它的优势之一，当货车需要进行维修的时候，例如差速器出现故障，前轮驱动的货车需要将差速器以及变速器一起拆卸下来，非常麻烦，而如果货车是后轮驱动，因为其差速器和变数器是分开安装的，所以就只需要单独修理差速器。

在具体的制造工艺上面，我国与世界先进水平还有一些距离，目前我国在轻型货车驱动桥设计制造上也进行了一些研究：研究新型桥壳材料，增加桥壳整体强度，优化桥壳生产过程，降低成本；在齿轮制造方面，将驱动桥内的主动齿轮、从动齿轮、半轴齿轮以及行星齿轮等齿轮进行精细化加工,来提高齿轮的使用寿命，降低货车行驶时发出的噪音；在主减速器方面，已经不是局限在单级主减速器上面，而是寻求更多的减速器形式，来提高动力传输的效率。总之现在的轻型货车驱动桥正向着舒适、耐用、低成本、高燃油利用率的方向发展。

查阅文献[4]、[5]可知轻型货车驱动桥设计要点：

1) 正确的主减速比，能够降低油耗。

2) 减小的外形大小来确保必要的地面间隙。

3) 提高齿轮表面硬度和整体韧性。

4) 保证适当的质量，提高汽车乘坐舒适性

5) 与悬架导向机构运动协调。

6) 生产成本低、构造简单、生产简易、拆装便捷、维修简单。

7) 提高机械传递效率，减少额外损耗。

2.驱动桥的结构分类及设计参数

2.1驱动桥的种类

1）非断开式驱动桥

非断开式驱动桥又被称为整体式驱动桥，其采用非独立悬架，半轴套管和主减速器壳分别与桥壳连接，轴与驱动轮通过弹性元件和车架连接。

2）断开式驱动桥

断开式驱动桥为独立悬架，主减速器壳体与车架连接，驱动轮与半轴侧边可以在横向平面上进行相对运动。

断开式驱动桥采用独立悬架来提高汽车的乘坐舒适性，但其结构较为复杂，成本相对较高，大多用于轿车和越野车。整体式驱动桥采用的是非独立悬架，它的结构比较简单、制造难度较小、生产成本比较低、拆装比较方便。故本设计使用整体式驱动桥。

2.2驱动桥结构组成

驱动桥布局见图2.1：

图2.1 轻型货车驱动桥（整体式）

设计任务书给定的原始参数如表2.2及表2.3所示：

表2.2 轻型货车整车设计参数:

表2.3变速器传动比

3.主减速器的设计

3.1减速器的结构形式

主减速器按齿轮类型可分为圆柱齿轮、圆锥齿轮和准双曲面齿轮等不同的形式。 考虑到驱动桥的设计要求，选择的单级主减速器一定要结构简单、体积小、重量轻、制造成本低。查阅文献[1]、[3]可知，螺旋锥齿轮具有工作稳定、承载力大、易制造等优点，故主减速器选用螺旋锥齿轮的传动形式。

3.2 主减速器的载荷计算

3.2.1主减速比i0

主减速比i0的设计与车辆的整体性能有关,一般来说主减速比越大，车辆的加速性能越好，但是其燃料利用率却越差；反之主减速比越小，则相反。考虑到车辆的使用成本，要使车辆加速性能和燃油利用率都很好，就要选择一个恰当的主减速比。详细的主减速比计算可以参考以往的计算公式,如（3—1）所示：

i0=0.377

rrnpvamaxigh

=7.403 (3 1)

错误！未找到引用源。 主减速器主减速比 错误！未找到引用源。 车轮的滚动半径（m）

np 最大功率的转速（r/min）

vamax 纯发动机驱动要求汽车所达到的最高车速（km/h）

igh 汽车变速器最高挡的传动比 3.2.2齿轮在不同情况下的转矩 1) 从动齿轮：

① 按最大输出转矩Tce

Tce=

Temaxi1i0kdηT175*7.403*5.03*1*0.9

==5865Nm (3-2) n1

② 按驱动轮打滑时的输出转矩Tcs

G2m，1235*9.8*1.2*0.85*0.452ϕrr

Tcs===5555.277nm (3-3)

iLηL1*1G2取65%的满载质量，负载系数m2取值为1.2，轮间附着系数ϕ取值为0.85。

③ 按从动轮的平均转矩TcF

TcF=

G*(fR+fH+fP)*rr1900*9.8*0.45*(0.015+0.05+0)

==544.635nm (3-4)

iL*ηL*n1*1*1

滚动阻力系数fR=0.015，爬坡能力系数fH=0.05。 2) 主动齿轮：

Tz=

Tci0ηG

（3-5）

① 由发动机最大扭矩和最低传动比确定的主动锥齿轮的转矩TZe

TZe=

Tce5865==825nm i0ηG7.403*0.96

② 当驱动轮打滑时主动锥齿轮的计算转矩TZs

TZs=

Tcs5555.277

==782nm i0ηG7.403*0.96

③ 根据汽车行驶时的平均转矩来确定主动锥齿轮的转矩TZF

TZF=

TcF544.635

==77nm i0ηG7.403*0.96

Tc=min[Tce,Tcs]=5555.277nm

3.3主减速器齿轮的主要参数

3.3.1主减速器参数计算

1）主动锥齿轮齿数的确定 选取要求：

① Z1+Z2不小于４０； ② Z1Z2避免有公约数； ③ Z1不小于６；

所以选Z1=7,Z2=41符合这些要求。

2）从动锥齿轮节圆直径d2以及端面模数mt的选择

（3-6） d2=kdc=14*5555.277=247mm

kd：直径系数，取为１４

ms=kmc=（0.3~0.4）*5555.277=5.31~7.08mm （3-7）取m=6mm 3）齿面宽度的确定 经验公式估算:

大齿宽b2=0.155d2=0.155*247=38.29mm 小齿宽b1=1.1b2=1.1*38.29=42.12mm 4)双曲面齿轮的偏移量的确定

E=(0.1~0.15)d2=24.7~29.64mm，取E=28mm 5）中点螺旋角β

货车选用的是弧齿锥齿轮，其的中点螺旋角是一样的。都在35°～40°左右。因为货车运转平稳、噪音低的需求，其采用较小的β值，即：β=35 。

6）法向压力角α

法向压力角影响到齿轮的整体性能，正确的法向压力角可以增强齿轮的硬度、降低齿轮噪音、提高齿轮工作稳定性，轻型载货汽车齿轮法向压力角一般为α=20 。 7) 螺旋方向

从锥齿轮外形上看，中心线往上半截左偏为左旋，右偏为右旋。主动、从动齿轮方向相反。当车辆向前行驶时，齿轮的轴力与锥顶位置分离。这样能够分开的主动齿轮和从动齿轮，防止轮齿卡死。 3.3.2主减速器锥齿轮参数表格

查阅文献[11]，设计计算锥齿轮基本参数，如表3.1所示：

表3.1 主减速器锥齿轮基本参数

表3.2 轻型货车螺旋锥齿轮的H1、H2和Ka

3.4 主减速器锥齿轮的材料

传动轴锥齿轮的工作条件极其恶劣，其长时间承受巨大的工作压力，齿轮磨损速度非常的快，选择的齿轮材料必须要：

1）具备极强的抗疲劳能力，提高齿轮使用寿命。

2）齿轮中心具有恰当的韧性，避免齿轮在冲击载荷下断裂。 3）受热后不容易发生形变，防止因形变产生的齿轮报废。

4）尽量少使用含有镍、铬元素的合金钢材，尽量少使用昂贵的进口材料。

主减速器齿轮大多利用合金渗碳钢制造，例如20CrMnTi、20MnTiB、20MnVB及22CrNiMo等，其表面具有一层高含碳量（碳的质量分数为0.8% ~ 1.2%）的硬化层，这使它不易磨损，而且能承受巨大压力。主减速器齿轮不仅需要不易磨损的外表，而且要具备一定的韧性，所以大都是内软外硬的设计，这种设计给予了齿轮较强的耐磨性，让它能承受巨大的压力，也使其容易加工。但是由于内部材质较软，齿轮在经过长时间的工作之后，容易发生形变。所以需要对整个齿轮进行热处理加工，这样的话会提高齿轮生产费用。

为了提高齿轮的使用寿命，阻止它在工作时出现早期磨损、胶合、擦伤或卡死，生产时我们要做出一些对应的措施，来避免这些现象的发生。首先，锥齿轮采用热处理和精细加工，然后再进行磷化处理或电镀铜（厚度0.005 ~ 0.020mm）。最后在齿面上进行应力喷

丸处理。经过这些处理后大概可以提高齿轮25%的使用寿命。

3.5主减速器齿轮的强度校核

3.5.1齿轮的耐磨性

齿轮的耐磨性可用单位齿长圆周力来表示：

p=

P

（3-8）

b2

Temaxi1*1032*175*5.03*103

p===1095Nmm

d142*38.29b22Temax为发动机输出的最大转矩，取175N⋅m； ig为变速器一挡传动比，即：ig=5.03 ；

d1为主动齿轮节圆的直径，取42mm；

3.5.2锥轮齿弯曲强度

2⋅103⋅T⋅K0⋅KS⋅Km

(3-9) σw=

Kv⋅D⋅b⋅ms⋅Jw

KS—尺寸系数Ks=m

； 25.4

T—主动锥齿轮计算转矩取T=782Nm，从动锥齿轮计算转矩取T=5555.277Nm； K0—取K0=1； Km—取Km=1.25；

KV—质量系数，取1；

b—齿轮齿面宽；据表3.1得b=38.29mm

D—从动齿轮分度圆直径，取247mm；

Jw—齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取0.25见图3.3；

将上面所示参数代入式（3-9），有： 从动锥齿轮：σw =685 MPa； 主动锥齿轮：σw =516 MPa；

主动锥齿轮及从动锥齿轮的齿根弯曲应力σw≤[σw]=700MPa，据校核，齿根弯曲强度满足条件。

图3.3 轮齿弯曲应力综合系数J

3.5.3锥齿轮的接触强度

2TK0KSKmKf*103

KvbJ

σj=

Cpd1

（3-10）

1)转矩输出最大

232.62*825*1*1*1.1*0.7*103

σj==2798

421*38.29*0.132)正常行驶时

232.62*77*1*1*1.1*0.7*103

σj==855

421*38.29*0.13经过校核，设计的主减速器齿轮的接触强度满足规定。

3.6主减速器齿轮的轴承设计

3.6.1主减速器主动齿轮上的作用力

因为汽车在行驶的过程中不断换挡的缘故，主减速器接受到的发动机扭矩也在不停地变化之中，这样就需要确定一个固定不变的计算转矩。计算所需的转矩Td可以照下列公式求得

⎧⎪1⎡⎛fT1⎫⎛fT2⎫⎛fT3⎫⎛fTR⎫

T=Temax⎨+fi2ig2+fi3ig3+ +fiR⎢fi1 ig1⎪ ⎪ ⎪ igR⎪

[**************]⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎪⎣⎩

3

3

3

3

⎤⎫⎪

（3-11）⎥⎬⎥⎦⎪⎭

1

3

式中：Temax——Temax=175Nm

fi1，fi2…fiR——分别取1、3、11、85；

ig1，ig2…fiR——分别为5.03、3.09、1.79、1；

fT1,fT2…fTR——分别取50、60、70、60。

其中fiR为变速器R挡使用率，fiR为变速器R挡传动比，fTR为变速器R挡发动机利用率

经计算T=159 N·m

1）主减速器主动锥齿轮齿宽中心的圆周力P。 P=

2T

（3-12） d1m

d1m=d1-b1sinr1=42-42.12sin9.69︒=35mm

d2m=d1m

P=

z141

=35*=205mm z27

2⨯159

=9.086KN=9086N 35

2)作用在主动锥齿轮上的力的计算

齿轮的轴向、径向力为

Ptanα

sinr1+Ptanβcosr1=6951Ncosβ PtanαR1=cosr1-ptanβsinr1=3423N

cosβ A1=

根据表3.1得：α=20︒，β=35︒，r1=9.69︒

3.6.2锥齿轮轴承的定向载荷

本设计采用的是圆锥滚子轴承，除了要考虑轴承的轴向载荷外(轴承轴向载荷等于锥齿轮轴向作用力)，还要考虑轴承的径向载荷。

锥齿轮轴承结构图如图3.4所示：

图3.4锥齿轮轴承结构简图

径向载荷的计算:

RA=1a1RB=

a

P⋅b2+R1⋅b-0.5A1⋅d1m2

P⋅c2+R1⋅c-0.5A1⋅d1m2 （3-13）

b=26mm，c=69mm。P=9086N， R1=3423N，A1=6951N , d1m=35mm, a=43mm，

带入公式得：

RA=5546.07N

RB=14821.21N

3.6.3轴承的使用寿命

轴承的使用寿命计算

⎛ftCr⎫6

L= fpQ⎪⎪⨯10 s （3-14）

⎝⎭

ft 取1.0；fp取1.2；

ε

轴承A：

Q=fd(XRB+YA)=16008N

Lh=

10⎛Cr∑⎫10⎛54200⨯2⎫

⎪= ⎪=7458 h>3333.4 h ⎪60n⎝Q⎭60*1312.80⎝16008⎭

6

ε

6

10

3

轴承B：

Q=fd(XRB+YA)=20460N

Lh=

10⎛Cr∑⎫10⎛54200⨯2⎫

⎪= ⎪=3397 h>3333.4 h ⎪60n Q60*1312.8020460⎝⎭⎝⎭

6

ε

6

10

3

故轴承使用寿命符合校核。

4.差速器的设计

4.1差速器的结构及形式

在汽车行驶过程中，汽车左右两车轮需要滚动的距离往往是不相等的。就比如汽车转弯的时候，因为两侧车轮的气压不同、磨损程度不同、负荷程度不同以及接触路面路况不同，从而导致外侧车轮比内侧车轮行程长。所以需要在两侧车轮上都装有轮间差速器，来减少轮胎的磨损和油料的损耗，增强汽车操作性和通过性。

差速器的功用是调节两输出轴之间的转矩，确保每个输出轴在其各自需要的角速度下转动。对称式锥齿轮差速器机构的内部结构包括左、右差速器壳、行星齿轮、半轴齿轮、等一系列零部件。其具有成本低廉、安装方便及零件市场保有量大等多种优点，在各类车辆中得到广泛的应用，故本设计采用普通对称式锥齿轮差速器。如图4.1所示：

图4.1 差速器结构示意图

4.2差速器齿轮基本参数

4.2.1差速器齿轮参数的选择

1）行星齿轮数目n

n 4，即采用四个行星齿轮

2）球面半径RB

RB=KB mm （4-1） 一般选值范围在2.52~2.99，此设计差速器的行星齿轮有4个，KB——球面半径系数，

球面半径系数取值尽量往小取，故取2.6；

T——计算转矩，取[Tce Tcs]min，T取5555.277N⋅m；

根据公式（4-1）得：RB=2.6*5555.277=46mm 故预先选定的节锥距A0=46mm 3）行星齿轮齿数Z1及半轴齿轮参数Z2的确定

Z为了确保齿轮有足够的强度，需要满足下面条件：Z1≥10；Z2=14~252=1.5~2.0；

Z1

行星齿轮齿数除以半轴齿轮齿数之和为整数。

根据上述要求，并参考资料，初步选定齿数为z1=10。

4.2.2半轴齿轮与行星齿轮参数表格

查阅文献[11]，设计计算半轴齿轮与行星齿轮的基本参数，如表4.2所示：

表4.2 半轴齿轮与行星齿轮基本数据计算

Z2

=1.8，半轴齿轮齿数为z2=18，行星齿轮的Z1

4.3差速器的材料

当前市面上的汽车差速器锥齿轮大多使用渗碳合金钢生产而成，例如20CrMoTi、20CrMnTi、20CrMo及22CrMnMo等。由于差速器齿轮的制造精度要求低，因此差速器齿轮的精锻技术得到了普遍的应用。

4.4差速器齿轮的强度计算

差速器齿轮的强度校核

2*103TK0KsKm

σw=MPa （4-2）

Kvmbd2J

T：为所计算齿轮的计算转矩

K0：过载系数 Ks：尺寸系数

Km：齿面载荷分配系数 J综合系数，取0.225

Kv：质量系数

1）按发动机最大转矩校核

2*103*833.3*1*0.7*1.12*103TcK0KsKm

==905.3

1*5*14*90*0.225KvmFd2JZ2n此处Tc=

5555.277*0.6

=833.3nm

4

2）用汽车日常运行中平均转矩确定的计算转矩校核

2*103TcFK0KsKm2*103*81.7*1*0.7*1.1

==88.8

1*5*14*90*0.225KvmFd2JZ2n（TcF=

544.635*0.6

=81.7nm）

4

根据校核，轮齿强度合格

5.半轴的设计

半轴的基本作用是使差速器半轴齿轮将扭矩传递给车轮。断开式驱动桥及转向驱动桥里的车轮传动装置包含一个半轴和一个万向节，它们一般使用等速万向节。整体式驱动桥的车轮传动装置为半轴，具有连接半轴齿轮和轮毂的功能。而在轮边减速器的驱动桥中，驱动桥的作用把半轴齿轮和轮边减速器的传动齿轮相连接。

5.1半轴的型式

驱动桥内的半轴一般可分为半浮式轴、四分之三浮式半轴和全浮式轴。查阅文献[16]综合所述，轻型载货汽车驱动桥的设计，采用全浮式半轴。如图5.1所示：

图5.1全浮式半轴的结构示意图

5.2半轴的设计

1)全浮式半轴负荷的计算 作用在半轴上的负荷T

T=ξTemaxig1i0=0.6⨯175⨯5.03⨯7.403=3910nm (5-1) （转矩分配系数ξ=0.6）

2)全浮式半轴杆部直径d初选

d==(2.05~2.18) (5-2) d——半轴杆部直径，mm；

T——半轴的计算转矩，nm；

[τ]——半轴扭转许用应力，MPa。 根据上式带入T＝3910nm，得： 32.30mm≤d≤34.34mm 取：d=33mm 查阅文献[12]得，安全系数 k=1.5

d=k⨯d=1.5×33=50mm

3)全浮式半轴的计算转矩是：

T=X2L⨯rr=X2R⨯rr 半轴扭转应力的计算方式：

τ=

16⨯Tπ⨯d

3

⨯103

τ——半轴的扭转应力，MPa；

T—一半轴的计算转矩，T=3910Nm；

d——半轴的直径，即d=50mm。 代入公式得：τ=159MPa

5.3半轴花键强度的计算

1) 剪切应力τb的计算：

(5-3)

(5-4)

T⨯103

(5-5) τb=

DB+dA()zLpBφ

4

2) 挤压应力σc的确定：

T⨯103

(5-6) σc=

z⋅Lp⋅ϕ⋅[(DB+dA)/4]⋅(DB-dA)/2

T=3910Nm，dA=42mm，Z=10，LP=60mm，B=8mm，ϕ=0.75

将数据带入（5-5）和（5-6）两式得：

τb=48Mpa σc=128.72MPa

3）最大扭转角θ θ=

Tl1803

⋅⋅10=8︒ (5-7) GJπ

T=3910Nm;

l=900mm;

5.4半轴的材料

市面上的半轴大多是使用合金中碳钢制成的，用合金刚作为半轴材料，不仅可以提高半轴的强度，而且能够降低制作成本。我国最近发现一种非常优秀的半轴材料40MnB。过去使用淬火和回火的方法来对半轴进行热处理，近年来随着高频、中频感应淬火的广泛运用，半轴利润大大增加。由于其表面高强度的硬化层，连同半轴上形成的表面残余应力，喷丸处理等一系列的生产过程，可以减少由金属疲劳引起的半轴损耗。因为最近一段时间，由于生产技术的突飞猛进，很多半轴厂商都增加了成本更加便宜的中碳（40，45）钢的使用，减少了成本稍高的合金钢的使用。

6.桥壳的设计

驱动桥壳是汽车的主要支撑部件之一，它在汽车的过程中要承受沉重的负荷，设计时必须要考虑桥壳的承载力，必须具有足够的强度和刚度去支撑汽车的载荷。在保证强度和刚度的前提下，应寻求方法减少桥壳质量。减少汽车弹簧受到的质量，可以减少汽车的动载荷，提高车辆乘坐舒适性。驱动桥壳应该结构简单，制造容易，成本低，该结构还应确保主减速器保养、拆装、维修、调整的方便性。在确定桥壳结构类型时，还应考虑到汽车种类、使用用途、材料选择、制造工艺等。

6.1 驱动桥壳结构型式的选择

现有的桥壳结构可以分为可分式桥壳、组合式桥壳以及整体式桥壳，以下分别介绍每款桥壳的优缺点：

可分式桥壳被一个垂直接合面分为左右两部分，这两段由用螺栓连接起来。每一部分由一个外壳和一个半轴套管组成，并通过铆钉连接套管和外壳。该驱动桥壳构造简便，制造容易，主减速器支撑强度良好。但当拆卸和维护时，主减速器必须从汽车上拆下，其拆卸、组装和修理非常不方便。桥壳也不是整体锻造而成，而是用螺栓连接的，故它的承受能力不是很高，轻型货车很少使用。

组合式桥壳的主减速器壳和桥壳制造成一个整体，并压进驱动桥壳的两端，中间拿销钉固定住。其优点是从动齿轮轴支撑刚度良好，主减速器总拆装、调整和维修十分方便，但其制造有一定的难度，需要非常高的制造精度。

整体式桥壳是一个整体框架，驱动桥壳与主减速器壳分离。其强度和刚度正好适合。这种设计使的主减速器和差速器的维修、拆卸和调整都非常方便，只要主减速器和差速器齿轮，均安装在主减速器壳装置上，然后用螺栓连接主减速器壳和驱动桥壳，就可以轻松完成。

由于可分式桥壳承受强度和整体硬度偏低，并且在主减速器的安装和修理时非常麻烦，而组合式桥壳要求具有颇高的加工精度。故我选择整体式桥壳作为轻型货车驱动桥的桥壳。

6.2 桥壳的强度校核

图6.1 桥壳分析受力图

1)以静载荷为计算依据，桥壳钢板弹簧座的弯矩M

M=⎛ G2⎝2-g⎫B-s

w⎪

⎭2 N·m 式中：

G2为当汽车满载时，地面受到的驱动桥负载； gw为车轮的整体重量； gw一般可以被忽略。

M=

1900*9.8⨯(1.500-1.225)2⨯2

=1280.125Nm

2)静弯曲应力σwj

σwj=

M

W⨯103 v

如图6.2所示：

(6-1)6-2）

（

图6.2 桥壳在弹簧座附近的结构剖面图

Wv为垂向截面系数:

Wv=11(160⨯1933-104⨯1273)=809341.35mm3 BH3-bh3=6⨯1936H()

Wh为水平截面系数:

Wh=11(193⨯1603-127⨯1043)=674656.53mm3 HB3-hb3=6⨯1606B()

Wt为扭转截面系数:

33×132×160=1393920mm3 Wt=2δ1(B-δ)(H-δ1)=2×

查阅文献[10]可知，矩形管状（长边为高）在日常使用时比的圆管更加的优秀。

（6-2）由公式得σwj=1280.125⨯103=1.58MPa 809341.35

驱动轮的最大切向反作用力

Pmax=Temax⋅ig1⋅i0ηT

rr=175*5.03*7.403*0.9=13032.98N （6-3） 0.45

驱动桥壳左、右钢板弹簧座出的垂直弯矩Mv计算

1.5-1.225⎛G⎫B-s1900*9.8 =1536.15 N·m Mv= 2m2-gw⎪=*1.2*2222⎝⎭

Mh=PmaxB-s13032.981.5-1.225⋅=* =896 N·m 2222

该桥壳还承担由驱动桥传送驱动力矩所引起的反应力矩，而该桥壳在弹簧座处受到的转矩T为

T=Temax⋅i⋅i0⋅η175*5.03*7.403*0.9 =2932.42 N·m =22

断面处的弯曲应力σw和扭转应力τ分别为

σw=MvMh+=3.23 MPa WvWh

τ=T=2.1 MPa Wt

查阅文献[12]可知，驱动桥桥壳的可承受弯曲应力[σ]为500MPa，可承受扭转应力[τ]为400MPa，根据计算桥壳满足强度校核。

结论

本课题是轻型货车驱动桥的设计，设计出的驱动桥生产成本低、构造简单、维修方便、工作可靠，能够普遍运用到各类轻型货车之中。

本设计介绍了轻型货车驱动桥的基本结构及工作原理，着重介绍了差速器、主减速器、半轴和桥壳的原理和构造尺寸，并对相关数据进行了计算，然后进行了强度校核，最后完成的CAD设计图纸。

本文所设计的驱动桥都是以日常化、便利化、稳定化和低成本化为设计基准，可以用于普通轻型货车的使用，且维修保养方便，工艺技术良好，易于制造。

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致 谢

此次毕业设计从选题、开题报告、外文翻译，到绘制零件图、装配图，最后完成说明书，全程近四个月。通过毕业设计我又重新温过了汽车方面的有关知识，并将理论和实践相结合。使我对汽车的机械零部件设计有了一定的了解，为以后的工作和学习都做了很好的铺垫。

设计全程获得了吕正兵导师的悉心指导，解决了我很多的难题，导师严谨的学术态度和渊博知识令我的印象深刻。他不仅教给了我丰富的专业知识，还教导我面对困难，要勇于战胜的积极态度，在此，我对吕老师表示最真诚的谢意。

因为这是我第一次独自进行汽车总成的设计，难免有许多的缺陷，一些个人观念和设计参数可能存在着误差，恳请各位老师给予批评指正。