重型汽车后桥总成设计.docx
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重型汽车后桥总成设计.docx
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重型汽车后桥总成设计
前言
汽车后桥(驱动桥)位于传动系的末端。
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,并将转矩合理的分配给左右驱动车轮;其次,驱动桥还要承受作用于路面或车身之间的垂直力,纵向力和横向力,以及制动力矩和反作用力矩等。
驱动桥一般由主减速器,差速器,车轮传动装置和桥壳组成。
对于重型载货汽车来说,要传递的转矩较乘用车和客车,以及轻型商用车都要大得多,以便能够以较低的成本运输较多的货物,所以要选择功率较大的发动机,这就对传动系统有较高的要求,而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。
随着目前国际上金融危机的影响,汽车的经济性日益成为人们关心的话题,这不仅仅只对乘用车,对于载货汽车,提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝,因为重型载货汽车所采用的发动机都是大功率,大转矩的,装载质量在十吨以上的载货汽车的发动机,最大功率在140KW以上,最大转矩也在700N•m以上,百公里油耗是一般都在34升左右。
为了降低油耗,不仅要在发动机的环节上节油,而且也需要从传动系中减少能量的损失。
这就必须在发动机的动力输出之后,在从发动机——传动轴——驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。
在这一环节中,发动机是动力的输出者,也是整个系统的心脏,而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。
因此,在发动机相同的情况下,采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效的节油的措施之一。
所以设计新型的驱动桥成为新的课题。
为了适应未来的发展需要,提高运输效率,有关人士呼吁我国重卡企业必须转变传统的公路运输概念,生产出适应快速、长途、重载的高效率、高效益型重卡。
我国现有的斯太尔驱动桥产品主要满足中高档重型汽车的需求,属于典型的欧洲重型汽车产品的零部件结构,这决定了存在诸多缺点:
传动效率相对较低,油耗高长途运输容易导致汽车轮载发热,散热效果差,为了防止过热发生爆胎,不得不增加喷淋装置,结构相对复杂,导致产品价格高等。
随着公路网络的不断完善,特别是高速公路的迅猛发展,上述缺点在公路运输重型汽车中日显突出,据统计,欧美重型汽车采用该结构的车桥产品呈下降趋势,日本采用该结构的产品更少。
有关专家预测我国采用斯太尔驱动桥产品的合理比例是占整个重型汽车驱动桥的25%,驱动桥的主流产品是单级减速驱动桥产品。
未来重卡车桥将由典型的斯太尔双级减速驱动桥向单级桥方向发展。
以后的几年内,10t及以上公路运输重型汽车所需后桥总成将会向使用单级减速驱动桥方向发展。
单级减速驱动桥产品的优势在于(l)单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种,制造工艺简单,成本较低,是驱动桥的基本类型,在重型汽车上占有重要地位;
(2)重型汽车发动机向低速大转矩发展的趋势,使得驱动桥的传动比向小速比发展;(3)随着公路状况的改善,特别是高速公路的迅猛发展,重型汽车使用条件对汽车通过性的要求降低,因此,重型汽车不必像过去一样,采用复杂的结构提高通过性;(4)与带轮边减速器的驱动桥相比,由于产品结构简化,单级减速驱动桥机械传动效率提高,易损件减少,可靠性提高。
本设计将运用现代汽车设计方法,综合运用汽车设计及相关学科的理论知识,以降低成本,节约能源为目标,设计一款适合重型载货汽车的单级减速驱动桥。
前言1
ABSTRACT6
第1章绪论1
1.1设计的主要内容1
1.1.1国内外的研究现状1
1.1.2目前研究工作中存在的问题2
1.2后桥结构概述2
1.2.1驱动桥2
1.2.2主减速器4
1.2.3差速器6
1.2.4半轴7
1.2.5桥壳9
第2章主减速器设计11
2.1主减速器结构形式11
2.1.1主减速器齿轮类型11
2.1.2主减速器的减速形式12
2.1.3主减速器主、从动齿轮支承方案12
2.2主减速器的基本参数选择与设计计算12
2.2.1主减速齿轮计算载荷的确定12
2.2.2主减速器齿轮参数选择13
2.3主减速器锥齿轮强度计算15
2.3.1单位齿长圆周力15
2.3.2齿轮弯曲强度16
2.3.3齿轮接触强度17
2.4锥齿轮材料选择18
2.5主减速器双曲面齿轮轴承载荷计算19
2.5.1双曲面齿轮齿面上的作用力19
2.5.2主减速器轴承载荷计算22
2.6主减速器的润滑24
第3章差速器设计25
3.1差速器结构形式选择25
3.2差速器齿轮主要参数选择25
3.2.1行星齿轮数n25
3.2.2行星齿轮球面半径25
3.2.3行星齿轮锥距A025
3.2.4行星齿轮和半轴齿轮齿数z1和z225
3.2.5行星齿轮和半轴齿轮锥角及模数25
3.2.6压力角α26
3.2.7行星齿轮轴直径d及支承长度L26
3.3差速器齿轮几何尺寸计算与强度计算26
3.3.1齿轮几何尺寸计算26
3.3.2强度计算27
第4章车轮传动装置设计29
4.1半轴结构形式选择29
4.2半轴计算29
4.2.1半轴附着力矩29
4.2.2强度计算29
第5章驱动桥壳设计31
5.1驱动桥壳选择31
5.2驱动桥壳静曲面计算32
5.3驱动桥壳强度计算32
5.3.1以最大牵引力行驶时桥壳强度计算33
5.3.2紧急制动时桥壳强度计算35
5.3.3受最大侧向力时的桥壳强度计算37
第6章试验40
6.1驱动桥总成台架试验40
6.1.1驱动桥总成磨合试验40
6.1.2驱动桥总成综合性试验40
6.1.3驱动桥总成疲劳寿命试验40
6.1.4驱动桥总成刚度试验41
6.1.5驱动桥总成整体静扭试验41
6.2驱动桥主要零、部件的台架试验42
6.2.1驱动桥壳的刚度试验与静强度试验42
6.2.2驱动桥壳的弯曲疲劳寿命试验42
6.2.3半轴的静扭试验42
6.2.4半轴的扭转疲劳寿命试验43
第7章总结与展望44
致谢45
参考文献46
附录147
附录248
摘要
本设计在参照传统驱动桥的设计方法的基础上,查阅了大量的相关资料,然后进行了重载汽车后桥(驱动桥)的设计。
本设计首先确定总体设计方案,然后分析后桥总成结构型式,并根据相应的适用条件选择其结构形式,接着参考类似的驱动桥的结构,选取主要的设计参数,最后对主减速器齿轮、差速器的行星齿轮和半轴齿轮、半轴的强度与刚度进行校核。
本设计的优点在于使得整个后桥的结构简单,制造工艺简单,从而大大的降低了制造成本,提高了传动的可靠性。
关键词:
重载汽车,后桥,主减速器,差速器
ABSTRACT
Thisdesignwhichisreferencetothedrivingaxle,searchingalotofrelevantinformationisalayoutofHeavy-dutyrearaxlevehicle.
Thisarticledeterminesthegeneraldesignschemeatfirst,andthenanalysesthestructureofrearaxleassembly,andchoosesitaccordingtothecorrespondingapplicableconditions,thenreferstoasimilarstructureofdrivingbridge,selectsthemaindesignparameters;Finallyitchecksthestrengthandstiffnessofthefinaldrive’sgear,planetarygearandhalfaxlegearofthedifferential,halfaxle.
Thisdesignhasadvantagesthatmakethewholestructuresimpleandthemanufacturingprocesssimple.Thusitgreatlyreducesthemanufacturingcostsandimprovesthereliabilityoftransmission.
Keyword:
Heavy-dutyvehicle,Rearaxle,Finaldrive,Differential
第1章绪论
1.1设计的主要内容
1.1.1国内外的研究现状
在过去20年的重卡发展中,卡车后桥从大速比、低承载力向小速比、高承载发展。
随着发动机功率的进一步加大、变速箱档位逐步增多,后桥需要以更小的速比适应车速的提高以及油耗的降低。
今后,单级减速小速比后桥将是市场上的主导产品[1]。
此次重型汽车后桥总成的设计将符合上述要求,成为适应现在的重型汽车的需要。
近几年重型车企业的产销数据显示,重卡市场的集中度正在进一步提高。
随着缺陷汽车召回制度及欧E、欧E排放标准的实施,加上原材料涨价等因素,重型车的研发、制造、销售等环节的成本将有一定幅度的上升,因此,未来几年内,重型车市场的盈利水平将会越来越低,重型车市场价格将会全面调整和适度下降。
重卡未来几年盈利水平的降低,在客观上为重卡的重组创造了条件。
随着整个重型汽车市场的发展变化,作为4大总成之一的车桥也会随之发生变化,面临市场集中度的问题。
与重卡企业相似,目前国内重型车桥生产企业也主要集中在山汽改、东风襄樊车桥公司、济南桥箱厂、汉德车桥公司、重庆红岩桥厂和安凯车桥厂几家企业。
这些企业几乎占到国内重卡车桥90%以上的市场。
我国现有的斯太尔驱动桥产品主要满足中高档重型汽车的需求,属于典型的欧洲重型汽车产品的零部件结构,这决定了存在诸多缺点:
传动效率相对较低,油耗高长途运输容易导致汽车轮载发热,散热效果差,为了防止过热发生爆胎,不得不增加喷淋装置结构相对复杂,导致产品价格高等。
随着公路网络的不断完善,特别是高速公路的迅猛发展,上述缺点在公路运输重型汽车中日显突出,据统计,欧美重型汽车采用该结构的车桥产品呈下降趋势,日本采用该结构的产品更少。
有关专家预测我国采用斯太尔驱动桥产品的合理比例是占整个重型汽车驱动桥的25%,驱动桥的主流产品是单级减速驱动桥产品。
未来重卡车桥将由典型的斯太尔双级减速驱动桥向单级桥方向发展。
专家预测,在未来l0年内重型汽车所需桥总成将会形成以下产品格局:
公路运输以10t及以上单级减速驱动桥、港口等用车以10t级以上双级减速驱动桥为主。
1.1.2目前研究工作中存在的问题
我国现有的斯太尔驱动桥产品主要满足中高档重型汽车的需求,属于典型的欧洲重型汽车产品的零部件结构,这决定了存在诸多缺点:
传动效率相对较低,油耗高长途运输容易导致汽车轮载发热,散热效果差,为了防止过热发生爆胎,不得不增加喷淋装置g结构相对复杂,导致产品价格高等。
随着公路网络的不断完善,特别是高速公路的迅猛发展,上述缺点在公路运输重型汽车中日显突出,据统计,欧美重型汽车采用该结构的车桥产品呈下降趋势,日本采用该结构的产品更少。
1.2后桥结构概述
1.2.1驱动桥
驱动桥由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。
其功用足:
①将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速胎、差速器、
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