第一章第二章：總體方案的確定2.1驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)選型驅(qū)動(dòng)橋是汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的終端，，它的基本功能是增加來(lái)自傳動(dòng)軸或傳動(dòng)裝置的扭矩，使得左、右兩個(gè)主動(dòng)輪都具有車輛行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的差速動(dòng)作;驅(qū)動(dòng)橋同時(shí)也承受了車輛受到的鉛垂力、垂直力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性可以分為兩大類，即非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋、斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架的時(shí)候，應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架的時(shí)候，則應(yīng)該選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。所以，前懸掛系統(tǒng)也被稱為非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但在不平整的地面上能夠顯著地改善車輛的乘坐舒適性。非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋承載力高、造價(jià)低廉、維修方便，但通行性能一般，而斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋承載力比較小、造價(jià)高、維修難度大，但是通行性能好。東風(fēng)現(xiàn)有車型中90%采用的是非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，而斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋主要應(yīng)用于特種車型。綜合考慮東風(fēng)EQ1040輕型貨車3.5噸載重與城鄉(xiāng)混合路況的特點(diǎn)，非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋更為合適其采用剛性橋殼集成主減速器與差速器，橋殼由高強(qiáng)度鋼板沖壓焊接而成，其優(yōu)點(diǎn)是載重量大，維修費(fèi)用低。盡管斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接兩側(cè)半軸，適用于獨(dú)立懸架的高通過(guò)性車型，但生產(chǎn)成本明顯提高。因此，最終選擇非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋方案。2.2驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成2.2.1主減速器主主減速器以較少的齒數(shù)錐齒輪驅(qū)動(dòng)較多的齒數(shù)錐齒輪，是實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速和增加轉(zhuǎn)矩的重要元件。對(duì)于具有縱向引擎的車輛，它的最終減速器也采用傘齒輪來(lái)改變功率的方向。因?yàn)檐囕v在不同的路面上行駛，對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩和速度都有一定的要求，在將功率分配給左、右主動(dòng)輪的差速器前，設(shè)置一個(gè)最終減速器之后，可以減少由變速器、萬(wàn)向變速器等在主減速器前方傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩，因此，可以減小減速器的大小和質(zhì)量，并且可以節(jié)省大量的操作成本。主減速器的傳動(dòng)級(jí)數(shù)選擇遵循速比匹配原則。根據(jù)車輛動(dòng)力性方程:（2-1）式中，r=0.36m為輪胎滾動(dòng)半徑，n=2800r/min為發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，i=0.79為變速器最高擋傳動(dòng)比，Vamax=90km/h為設(shè)計(jì)最高車速。反推主減速比:最終，該速比處于單級(jí)減速器的適用范圍內(nèi)(i0<7)，采用單級(jí)減速器，單級(jí)螺旋錐齒輪，2.2.2差速器從車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度出發(fā)結(jié)合車輛的實(shí)際狀況，得出了車輛在相同時(shí)刻左右車輪滾動(dòng)的沖程不同的結(jié)論。比如，在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，外輪的行程總是大于內(nèi)輪的行程。另外，即使車輛是直線行駛，其左、右車輪同時(shí)滾動(dòng)時(shí)所經(jīng)過(guò)的道路垂直波形存在差異，或者是因?yàn)樽?、右輪胎氣壓、輪胎載荷、胎面磨損程度和制造誤差等原因?qū)е铝藘蓚€(gè)車輪的外徑差異或者是滾動(dòng)半徑的差異，從而導(dǎo)致了兩個(gè)車輪的行程是不一樣的當(dāng)左右輪行程不相等時(shí)，若用一條單一的驅(qū)動(dòng)車輪軸向左、右輪傳遞動(dòng)力，就會(huì)因左右車輪的速度雖相同，但行程卻不盡相同，從而導(dǎo)致某個(gè)主動(dòng)輪出現(xiàn)打滑或打滑。這樣不但會(huì)過(guò)早地讓輪胎過(guò)早地消耗動(dòng)力與燃油，而且會(huì)造成驅(qū)動(dòng)機(jī)軸過(guò)載等，而且也會(huì)由于無(wú)法達(dá)到所需的瞬間重心而影響操縱性能。另外，在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，車輛在行駛過(guò)程中會(huì)發(fā)生較大的打滑和打滑現(xiàn)象，從而導(dǎo)致車輛在行駛過(guò)程中喪失了防側(cè)滑的能力，從而降低了車輛的穩(wěn)定性。為解決因左右兩個(gè)車輪運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)引起的問(wèn)題，車輛左、右兩個(gè)主動(dòng)輪之間均設(shè)有差速，以確保兩個(gè)車輪在不等行程情況下，均能以下列不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，以滿足車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)需求。經(jīng)方案論證，最終選擇差速器的結(jié)構(gòu)形式選擇是：對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。2.2.3半軸對(duì)比全浮式和半浮式半軸，全浮式半軸僅傳遞扭矩，彎矩由橋殼承擔(dān)，維護(hù)成本高，但故障模式下斷裂風(fēng)險(xiǎn)低。半浮式半軸同時(shí)承受扭矩與彎矩，維護(hù)成本低，但易彎曲變形。行業(yè)應(yīng)用中，90%輕型貨車采用全浮式半軸，而乘用車和微型貨車多采用半浮式半軸。因此，本設(shè)計(jì)中采用全浮式半軸，直徑35mm(材料40Cr)，扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)1.322.2.4橋殼驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是車輛中最重要的零部件，驅(qū)動(dòng)橋的橋殼對(duì)車輛的荷載和傳遞荷載具剎車，橫向力，垂直力同樣通過(guò)車橋外殼傳遞到懸架系統(tǒng)和有重要的意義。牽引框架或駕駛室。所以橋殼不僅起到承重和傳遞作用的作用，而且也是最終減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)輪(例如半軸)的殼體。在車輛運(yùn)行時(shí)，橋殼受到較大的荷載作用，因此，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)荷載作用下，橋殼應(yīng)具有一定的強(qiáng)度與剛度。為降低轎車的非承載質(zhì)量降低整車的動(dòng)載，提高整車的乘坐舒適性，在滿足整車的強(qiáng)度、剛度要求的同時(shí)，要盡可能地降低整車的重量。同時(shí)，橋殼的結(jié)構(gòu)也要簡(jiǎn)單便于制造，以減少成本。同時(shí)，它的結(jié)構(gòu)也要確保主減速器的拆卸、調(diào)整、維護(hù)和維護(hù)工作的簡(jiǎn)便。橋殼結(jié)構(gòu)類型的確定，也要綜合考慮車輛的型號(hào)，使用要求制造條件，材料等。因此采用沖壓焊接式2.3主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目數(shù)據(jù)單位1驅(qū)動(dòng)形式4×2-2車身長(zhǎng)度5995mm3車身寬度1990mm4車身高度2150mm5總質(zhì)量4495kg6裝載質(zhì)量3500kg7軸距3308mm8前輪距1586mm9后輪距1586mm10前胎規(guī)格6.50R16LT-11最小離地間隙220mm12發(fā)動(dòng)機(jī)排量2.7L13最大功率/轉(zhuǎn)速96/2800Kw/rpm14最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速280/1600-2000Nm/rpm15最高車速90Km/h16最高檔傳動(dòng)比0.79-17最低檔傳動(dòng)比5.61-18主減速器傳動(dòng)比5.34-動(dòng)力輸入:發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為280Nm，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速區(qū)間1600-2000r/min;載荷要求:額定載重3500kg，滿載總質(zhì)量4495kg;變速器比:最高檔0.79，最低檔5.61;輪胎規(guī)格:6.50R16LT，滾動(dòng)半徑r=0.36m。2.4總體設(shè)計(jì)方案驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)是由四個(gè)主要零件組成，分別是主減速器、差速器、半軸及橋殼構(gòu)成。主減速器采用單級(jí)螺旋錐齒輪傳動(dòng)，最終的主減速器比為i02.4.1動(dòng)力傳遞路徑分析發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)變速器輸出后，傳遞路徑為:主減速器差速器左/右半軸驅(qū)動(dòng)輪主減速器將輸入扭矩放大5.34倍，差速器實(shí)現(xiàn)左右車輪轉(zhuǎn)速解耦，半軸將動(dòng)力傳遞至車輪。第三章主減速器設(shè)計(jì)3.1齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)3.1.1主減速器比確定（3-1）其中rrnp=28Vamax該速比處于單級(jí)減速器的適用范圍內(nèi)(小于7)，因此采用單級(jí)螺旋錐齒輪傳動(dòng)，這樣可以降低系統(tǒng)復(fù)雜性與制造成本，同時(shí)保證傳動(dòng)效率。主動(dòng)齒輪支撐方案采用跨置式支撐，即兩圓錐滾子軸承與圓柱滾子軸承組合。前軸承型號(hào)為30210，后軸承型號(hào)為30212，跨距=85mm，這種設(shè)計(jì)可以提高齒輪合穩(wěn)定性。從動(dòng)齒輪采用整體式橋殼搭配8個(gè)M12高強(qiáng)度螺栓，采用對(duì)稱式圓錐滾子軸承支承。3.2計(jì)算載荷3.2.1最大轉(zhuǎn)矩工況按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算：（3-2）Temax=280Nm，=95%(螺旋錐齒輪效率)取kd=0.6，k=1.1，3.2.2驅(qū)動(dòng)輪在良好路面打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算（3-3）最終計(jì)算轉(zhuǎn)矩：3.2.3日常行駛平均轉(zhuǎn)矩（3-4）主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：3.3錐齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)3.3.1齒數(shù)匹配主動(dòng)齒輪齒數(shù)=9，從動(dòng)齒輪齒數(shù)=45，總齒數(shù)(>40)滿足嚙合平穩(wěn)性要求;主減速比驗(yàn)證:=Z2/Z1=5.0，修正后通過(guò)模數(shù)調(diào)整實(shí)現(xiàn)=5.343.3.2幾何參數(shù)端面模數(shù)：（3-5）分度圓直徑:（3-6）（3-7）通常商用車螺旋角β=35°，壓力角α=203.4主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算彎曲應(yīng)力公式:（3-8）Tce=5356.17k0ms=6kskmkvb=41mm(齒面寬)D=180mm(從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑)Jw結(jié)論:380MPa<700MPa，彎曲強(qiáng)度合格。接觸應(yīng)力公式:(3-9)cpD1b=41mmk0=1.0，ks=1.0，k=1.1，k=1.0JjTz結(jié)論:1357.3733MPa<1750MPa，接觸強(qiáng)度合格。3.5材料與熱處理3.5.1材料選擇主動(dòng)齒輪:20CrMnTi滲碳合金鋼，表面硬度HRC58-62，芯部硬度HRC33-38從動(dòng)齒輪:22CrMoH，等溫正火處理，芯部韌性優(yōu)化。3.5.2表面處理磷化處理:齒面磷化層厚度0.005-0.020mm，改善磨合性能噴丸強(qiáng)化:提高疲勞壽命25%滲硫處理:降低摩擦系數(shù)，防止高速滑動(dòng)時(shí)的擦傷與膠合3.3軸承選型前軸承:圓錐滾子軸承30210(額定動(dòng)載荷C-92.3kN)后軸承:圓錐滾子軸承30212(額定動(dòng)載荷C=110kN)ISO壽命公式:(3-10)3.7本章小結(jié)主減速比=5.34，采用單級(jí)螺旋錐齒輪傳動(dòng)齒輪接觸應(yīng)力2100MPa，彎曲應(yīng)力380MPa，均滿足強(qiáng)度要求材料20CrMnTi與22CrMoH配合滲碳工藝，提升耐磨性與抗沖擊性軸承壽命1.82萬(wàn)小時(shí)，保障長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。第四章差速器設(shè)計(jì)4.1差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1.1差速器類型選擇差速器需平衡扭矩分配與差速功能，根據(jù)東風(fēng)EQ1040輕型貨車的使用場(chǎng)景選擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。其優(yōu)點(diǎn)包括:扭矩對(duì)稱分配:左右半軸扭矩分配比恒為1:1，滿足輕型貨車直線行駛穩(wěn)定性需求結(jié)構(gòu)緊湊:行星齒輪組集成于差速器殼體內(nèi)，軸向尺寸較開(kāi)式差速器減少15%。維護(hù)成本低:無(wú)摩擦片或液壓控制單元，適合城鄉(xiāng)物流高頻使用場(chǎng)景。4.1.2行星齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)1.根據(jù)載荷均衡原則，行星齒輪數(shù)n取4，確保單齒載荷≤400MPa行星齒輪球面半徑計(jì)算(4-1)齒數(shù)匹配：行星齒輪齒數(shù)z1=10，半軸齒輪齒數(shù)z2=18A0=（0.98~0.99）Rb=50.96~51.48mm（A0取51）（4-2）節(jié)錐角：（4-3）（4-4）4.1.3幾何尺寸的計(jì)算1.分度圓直徑：2.壓力角α汽車差速齒輪大都采用壓力角α=22°30’，齒高系數(shù)為0.8的齒形3.行星齒輪直徑d與支撐長(zhǎng)度Ln=44.1.4行星齒輪接觸強(qiáng)度輪齒彎曲應(yīng)力：Tc=(n=4J取0.014.1.5差速器齒輪的材料差速器齒輪與主減速器齒輪相同，也是用滲碳合金鋼制成，現(xiàn)在主要用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度不高，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。第五章半軸設(shè)計(jì)5.1全浮式半軸結(jié)構(gòu)選型選用全浮式半軸，其特點(diǎn)為:僅傳遞扭矩，彎矩由橋殼承擔(dān)維修時(shí)無(wú)需拆卸車輪，可靠性高;適用于載重3.5噸級(jí)車輛。5.2半軸載荷(驅(qū)動(dòng)橋最大靜載荷):根據(jù)滿載總質(zhì)量4495kg，后橋載荷分配系數(shù)取0.6，得G2=4495x9.8x0.6=26.43kN;(車輪滾動(dòng)半徑):輪胎規(guī)格6.50R16LT對(duì)應(yīng)r=0.36m;負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)):城鄉(xiāng)混合路況取1.2;φ(附著系數(shù)):瀝青路面取0.85.3桿部直徑設(shè)計(jì)K取0.21圓整后取d=35mm5.4花鍵設(shè)計(jì)選擇標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線花鍵參數(shù):模數(shù)m=3mm;齒數(shù)z=28分度圓直徑花鍵底徑:5.5材料與熱處理工藝5.5.1材料選擇選用40Cr合金鋼，其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，成本可控，適用于高頻載荷工況。5.5.2熱處理工藝1.調(diào)質(zhì)處理加熱至850°C油淬，550°C回火。芯部硬度388~444HBW，保證韌性。2.高頻感應(yīng)淬火花鍵表面硬度HRC52-56;硬化層深度1.5~2.0mm，提升抗疲勞性能。3.輔助工藝噴丸處理:表面形成壓應(yīng)力層，疲勞強(qiáng)度提升30%;過(guò)渡圓角滾壓:進(jìn)一步降低應(yīng)力集中系數(shù)。5.6強(qiáng)度校核半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：花鍵擠壓應(yīng)力公式:L(花鍵有效長(zhǎng)度):取50mmψ(載荷不均勻系數(shù)):取0.755.7過(guò)度圓角設(shè)計(jì)過(guò)渡圓角設(shè)計(jì)凸緣與桿部過(guò)渡圓角:取R=5mm(不小于桿徑的10%)花鍵與桿部過(guò)渡圓角:取R=4mm5.7本章小結(jié)桿部直徑:d=41mm，安全系數(shù)1.51花鍵參數(shù):模數(shù)3mm，齒數(shù)28，底徑76.5mm，擠壓應(yīng)力92.4MPa過(guò)渡圓角:凸緣處R=5mm，花鍵處R=4mm;材料與熱處理:40Cr配合高頻淬火第六章驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)6.1橋殼的結(jié)構(gòu)選型驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是車輛中最重要的零部件，驅(qū)動(dòng)橋的橋殼對(duì)車輛的荷載和傳遞荷載具剎車，橫向力，垂直力同樣通過(guò)車橋外殼傳遞到懸架系統(tǒng)和有重要的意義。牽引框架或駕駛室。所以橋殼不僅起到承重和傳遞作用的作用，而且也是最終減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)輪(例如半軸)的殼體。在車輛運(yùn)行時(shí)，橋殼受到較大的荷載作用，因此，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)荷載作用下，橋殼應(yīng)具有一定的強(qiáng)度與剛度。為降低轎車的非承載質(zhì)量降低整車的動(dòng)載，提高整車的乘坐舒適性，在滿足整車的強(qiáng)度、剛度要求的同時(shí)，要盡可能地降低整車的重量。同時(shí)，橋殼的結(jié)構(gòu)也要簡(jiǎn)單便于制造，以減少成本。同時(shí)，它的結(jié)構(gòu)也要確保主減速器的拆卸、調(diào)整、維護(hù)和維護(hù)工作的簡(jiǎn)便。橋殼結(jié)構(gòu)類型的確定，也要綜合考慮車輛的型號(hào)，使用要求制造條件，材料等。根據(jù)東風(fēng)輕型貨車載重特性與成本控制需求，選擇沖壓焊接式整體橋殼，其優(yōu)勢(shì)包括:輕量化:采用高強(qiáng)度鋼板沖壓焊接，質(zhì)量較鑄造橋殼降低18%以上高剛度:箱型截面設(shè)計(jì)提升抗彎與抗扭性能工藝成熟:適合批量生產(chǎn)，制造成本低。6.2材料選擇與力學(xué)性能6.2.1材料牌號(hào)與參數(shù)選用B550L高強(qiáng)度鋼板(GB/T1591-2018)，關(guān)鍵參數(shù)屈服強(qiáng)度=550MPa抗拉強(qiáng)度=750MPa彈性模量E=210GPa泊松比v=0.3.6.2.2材料用量估算橋殼展開(kāi)尺寸:長(zhǎng)=3970mm，寬B=200mm，板厚t=6mm單件質(zhì)量:6.3強(qiáng)度校核6.3.1彎曲工況分析橋殼危險(xiǎn)斷面位于鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)，需校核彎曲應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力1垂直平面彎矩：(b=200mm為輪胎中心至彈簧座距離)2水平面彎矩：3彎曲應(yīng)力：4扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：復(fù)合應(yīng)力：6.3.2最大側(cè)向力工況內(nèi)測(cè)斷面彎曲應(yīng)力：6.3.3不平路面沖擊工況彎曲應(yīng)力計(jì)算：(沖擊系數(shù)k=2.5）6.4制造工藝與優(yōu)化沖壓成型:采用高強(qiáng)度鋼板冷沖壓，確保截面尺寸精度焊接工藝:激光焊接關(guān)鍵焊縫，減少熱變形，提升疲勞強(qiáng)度表面處理:噴砂除銹后涂覆環(huán)氧底漆，耐腐蝕性提升50%6.5本章小結(jié)沖壓焊接橋殼質(zhì)量37.6kg，復(fù)合應(yīng)力123.5MPa，安全系數(shù)4.45;材料B550L高強(qiáng)度鋼板滿足輕量化