載重汽車支持橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析

摘要Nowadays,China'seconomicstrengthhasbeenverystrong.WiththeincreaseofGDP,China'seconomyhasmadegreatachievementsinvariousfields.Amongthem,China'sautomobileindustry,astheworld'slargestautomobileeconomicsalesmarket,hasgraduallybecomeaverykeyguidingtargetofChina'seconomy.WiththerapiddevelopmentofChina'seconomicmarketandtherapiddevelopmentofe-commerceinrecentyears,thelogisticstransportationisexpanding.Thelogisticstransportationmodesmainlyincluderoadtransportation,airtransportationandrailwaytransportation.Theroadtransportationmodeoccupiesalargepartofthelogisticstransportationmarketwiththecharacteristicsoffast,flexibleandconvenient,andtheroadtransportationAsthemaintypeoftransportation-lightandheavytrucks.Inordertooccupytheroadtransportationmarkettoalargeextent,thedomesticautomobilemanufacturersareconstantlyincreasingtheresearchoftruckswithadvancedstructureandexcellentperformance.Therearaxleisaveryimportantpartofthecar,whichbearsthefullloadandtheweightofthecaritself.Moreover,therearaxlealsobearstheplumbforcefromthegroundthroughthewheel,frameandbody,aswellastheimpactloadcausedbytheunevenroadsurfaceunderdifferentcomplexroadconditions.Whenthedriveaxletransmitsthemaximumtorqueinthetransmissionsystem,itisoftenbecauseofthefunctionofthemaximumtorquethattheaxlehousingalsobearsthereactiontorquecausedbythetorque.Theconfigurationanddesignparametersofthedriveaxlejunctionhaveanimportantimpactonthereliabilityanddurabilityofthevehicle,andalsoonthedrivingpower,economy,smoothness,trafficabilityandmaneuverabilityofthevehicle.Therefore,therearaxleisoneoftheimportantpartsoftheautomobile.Thispapermainlydesignsthemainreducer,differential,transmissiondeviceandaxlehousingoftherearaxle,andthencalculatesitsstrength.Keywords:rearbridge,structuraldesign,strengthcalculation

目錄摘要 2第一章緒論 51.1引言 51．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 51.3研究的意義和目的 71．4支持橋橋殼設(shè)計(jì)要求 錯(cuò)誤!未定義書簽。第二章主減速器的設(shè)計(jì) 72.1主減速器的結(jié)構(gòu)型式 72.3主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 102.4主減速器的型式 102.5主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 11第三章差速器的設(shè)計(jì) 133.1差速器的結(jié)構(gòu)型式 133.2差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 15第四章半軸的設(shè)計(jì) 164.1半軸的結(jié)構(gòu)型式 164.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 16第五章后橋橋殼設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析 195.1橋殼的結(jié)構(gòu)型式 195.2橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 205.3汽車于四種載荷工況下的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 21第六章支持橋強(qiáng)度的模態(tài)分析 246.1析前處理 246.2各工況分析處理 24

第一章緒論1.1引言支持橋作為汽車非常重要的承載部件之一，它的結(jié)構(gòu)形式，剛度以及強(qiáng)度都對(duì)汽車的傳動(dòng)效率和橋殼的強(qiáng)度有著至關(guān)重要的作用。所以對(duì)它的設(shè)計(jì)有著非常苛刻的要求。另外載重汽車在崎嶇不平的路面行駛的時(shí)候橋殼會(huì)受到路面?zhèn)鱽淼碾S機(jī)動(dòng)態(tài)載荷，所以在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度時(shí)必須要考慮到的必須滿足汽車在各種道路中行駛的條件。因?yàn)檩d重汽車在不同的路面行駛時(shí)，其車橋會(huì)受到各種各樣的隨機(jī)載荷的作用，為了能夠提高汽車的行駛穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理的選擇，并且在此基礎(chǔ)上要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)出最合理的車橋。如今國內(nèi)的很多企業(yè)主要還是以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，如果要是在實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)缺陷，在對(duì)它進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行修正，這種方法極復(fù)雜效率又低而且還浪費(fèi)時(shí)間。這種設(shè)計(jì)過度的依賴于設(shè)計(jì)師，對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)極為不利。1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀汽車的支持橋作為一個(gè)及其重要的組成零部件，它的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度是否合理關(guān)乎到整個(gè)汽車的性能，所以對(duì)它的研究非常重要?，F(xiàn)在國內(nèi)對(duì)車橋的研究還不是很成熟，主要還是用實(shí)驗(yàn)法這個(gè)方法非常的浪費(fèi)時(shí)間并且還是造成人力和財(cái)力的浪費(fèi)，研發(fā)的周期也非常的長。這幾年有很多科學(xué)家利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化和強(qiáng)度計(jì)算等對(duì)其進(jìn)行研究。比如重慶大學(xué)的李慧等人利用有限元的方法對(duì)汽車其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行了三種非常典型的行駛工況進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，根據(jù)計(jì)算的分析的結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行整改。青島大學(xué)的楊教授一行人對(duì)汽車通過崎嶇不平的路面時(shí)會(huì)產(chǎn)生的四種不同的極限工況對(duì)其車橋進(jìn)行了強(qiáng)度發(fā)研究分析，從研究中計(jì)算出滿足行駛條件的結(jié)構(gòu)。合肥工業(yè)大學(xué)的姜武老師對(duì)重型的卡車的驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行了三種非常典型的工況進(jìn)行了分析研究得出除了最大的鉛錘工況以外其他的三種工況居然都可以滿足強(qiáng)度和剛度的要求，所以就對(duì)汽車的鋼板彈簧座的結(jié)構(gòu)提出看修改方案。清華大學(xué)的凌波老師首先對(duì)汽車焊接周圍的殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行檢測(cè)得出焊接不合格其會(huì)車橋的強(qiáng)度和壽命，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明最大的殘余應(yīng)力在焊接的附近，周圍會(huì)以此的減少，然后在對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行分析，和之前實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，絕大多數(shù)的應(yīng)力誤差會(huì)在35%左右，最后就是在對(duì)其進(jìn)行有限元分析研究它的疲勞壽命，與之前的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，證明看焊接處對(duì)車橋的強(qiáng)度有著很重要影響。應(yīng)對(duì)的方法就是提高焊接的工藝，調(diào)整車橋的結(jié)構(gòu)來降低對(duì)其的影響。后來清華大學(xué)的李教授和宋教授利用焊接的疲勞壽命分析方法，用了有限元對(duì)車橋橋殼的焊接進(jìn)行了一系列的分析，得出了最為脆弱的部位在三角板的焊接處，這個(gè)和疲勞實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)是一樣的。因?yàn)轵?qū)動(dòng)橋有著固有的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的激勵(lì)頻率，所以清華大學(xué)的高教授等人應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)壽命分析法對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行了分析研究。用了計(jì)算發(fā)和模態(tài)分析法建立動(dòng)態(tài)的模型，讓汽車在不同的路面上行駛進(jìn)行一系列的研究分析，得出鋼板彈簧上隨機(jī)的載荷曲線，然后應(yīng)用專業(yè)的技術(shù)疲勞分析法得到了與之前的研究結(jié)構(gòu)一致的結(jié)構(gòu)。以前我們對(duì)車橋的分析主要是應(yīng)用高應(yīng)變的方法，這個(gè)方法過度的依賴靜態(tài)的分析方法，實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)和公式，但其實(shí)疲勞分析是動(dòng)態(tài)的，實(shí)驗(yàn)靜態(tài)的方法是不可以取代動(dòng)態(tài)的。西安大學(xué)的劉教授一行人應(yīng)用實(shí)驗(yàn)分析方法作為疲勞分析的輸入?yún)?shù)，基于動(dòng)態(tài)的分析結(jié)構(gòu)建立其模型。這個(gè)方法可以準(zhǔn)確的得出查看到疲勞區(qū)域，然后在對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算。因?yàn)榘沈?qū)動(dòng)橋完成動(dòng)力傳動(dòng)很關(guān)鍵的一點(diǎn)是利用齒輪傳動(dòng)，所以它的壽命會(huì)直接影響到汽車的整體的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性。北京工業(yè)大學(xué)的李教授他用了齒輪傳動(dòng)的一系列軟件建立了組成后橋的部件保持加速器，差速器等齒輪傳動(dòng)的動(dòng)力模型，經(jīng)過復(fù)雜的分析計(jì)算研究得出了齒輪的變形情況，接著就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析計(jì)算結(jié)果表明了車橋的組成零部件包括行星架，錐齒輪和減速器等都符合了設(shè)計(jì)的要求，其軸承的強(qiáng)度也滿足疲勞壽命的要求。然后他又對(duì)傳動(dòng)的系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的模態(tài)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在激勵(lì)的范圍驅(qū)動(dòng)橋的齒輪共振不會(huì)受到影響。最后就是在激勵(lì)載荷下基于齒輪進(jìn)行了嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)相應(yīng)分析，研究表明符合設(shè)計(jì)的要求。美國一些相關(guān)的公司也進(jìn)行了一些研究他們的研究是對(duì)車橋建立的虛擬的模型，考慮了車橋的剛度和強(qiáng)度對(duì)汽車動(dòng)力性的影響進(jìn)行分析，這種實(shí)驗(yàn)可以測(cè)到齒輪嚙合有沒有誤差，還可以用齒輪振動(dòng)的水平來進(jìn)行評(píng)價(jià)它的傳動(dòng)系統(tǒng)。1.3支持橋橋殼設(shè)計(jì)要求支持橋是汽車的主要的承載的部件，汽車的整個(gè)的重量都會(huì)施加在車橋上，而且載貨的這種汽車它的重量是普通小汽車的很多倍。而且它的行駛工況特別復(fù)雜經(jīng)常會(huì)在一些道路崎嶇的路面行駛所以會(huì)受到多種載荷的沖擊，一點(diǎn)的設(shè)計(jì)缺陷都會(huì)影響到整體車橋的行駛穩(wěn)定性。所以車橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算必須要滿足日常的行駛條件。汽車的橋殼應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度，能偶承受的了載貨汽車車廂和車架基于路面?zhèn)鬟f的沖擊載荷，以至于其不會(huì)變形斷裂。汽車在行駛時(shí)候應(yīng)該具有一點(diǎn)行駛穩(wěn)定性和平順性，它的總重量不應(yīng)該超過其負(fù)荷，同時(shí)還可以降低車橋的成本給公司增加利潤。汽車車橋的結(jié)構(gòu)還應(yīng)該具有良好的工藝性，然后要容易制造。車橋的尺寸的輪廓要方便于汽車的整體的布局還要有一定的離地空間，方便進(jìn)行拆卸和維修。1.4預(yù)期的成果此次設(shè)計(jì)的載重汽車的支持橋有很多部件組成主要包括：減速器，差速器，半軸等，要求設(shè)計(jì)車的車橋它的結(jié)構(gòu)合理強(qiáng)度滿足要求。能夠提高汽車的整體的技術(shù)的水平而且要求環(huán)保滿足現(xiàn)在社會(huì)整體安全環(huán)保，駕駛時(shí)候能夠有更好舒適性動(dòng)力性和方便性。并且能夠改善汽車生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，能夠減少企業(yè)生產(chǎn)的成本幫助企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。第二章主減速器的設(shè)計(jì)2..1主減速器的結(jié)構(gòu)型式本章節(jié)設(shè)計(jì)車橋的組成部件之一減速器，減速器的安裝形式有很多種，但是它安裝的方法主要還是根據(jù)齒輪類型不同安裝也是不一樣的。在今天的汽車制造中絕大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)橋上面安裝的減速器很多都是用了“格里森”或“奧利康”公司做的螺旋錐齒輪和雙面錐齒輪。圖2-1螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng)(a)螺旋錐齒輪傳動(dòng)；(b)雙曲面齒輪傳動(dòng)如果應(yīng)用雙曲面齒輪的話，其主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪是不會(huì)相交的但是會(huì)表現(xiàn)出交叉的現(xiàn)象。它們的夾角是垂直的。還有就是因?yàn)辇X輪的端面會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的疊交會(huì)因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)生一定的影響，所以最少會(huì)有四個(gè)齒輪也就是兩對(duì)會(huì)一起嚙合，這樣工作的時(shí)候就會(huì)平穩(wěn)很多噪聲也會(huì)小一點(diǎn)而且還可以承受更多的載荷這樣對(duì)于制造也會(huì)容易很多。但是錐齒輪對(duì)于嚙合的精度非常敏感，有一點(diǎn)點(diǎn)的不合適都會(huì)使其不吻合導(dǎo)致工作的條件惡化。隨之而來的是磨損和噪聲都會(huì)比之前大很多。所以為了保證齒輪的正常嚙合，必須要把支撐的軸進(jìn)行預(yù)緊，以便提高軸承的剛度。另外因?yàn)橛衅凭嚯x的存在所以雙曲面齒輪在工作的時(shí)候不僅僅會(huì)產(chǎn)生沿著齒高側(cè)滑，而且還會(huì)縱方向產(chǎn)生滑移，縱向的滑移可以有助于改善齒輪磨合的工程，讓齒輪具有更好的平穩(wěn)性。因?yàn)橛衅凭嗟拇嬖谒噪p曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)的齒輪的直徑還有螺旋角比較大，他的當(dāng)量曲率的半徑也比較大。綜上所述選擇比較少的齒數(shù)，他的傳動(dòng)比會(huì)有所增加，因?yàn)樗闹鲃?dòng)齒輪比較大一點(diǎn)所以在加工的時(shí)候需要刀頂距比較大的刀，這樣的效果是其切屑的壽命會(huì)久一點(diǎn)。在汽車的整體布局上這種齒輪也會(huì)比較好。如果這個(gè)時(shí)候用上偏移雙曲面齒輪的話，主動(dòng)齒輪的軸會(huì)布置在從動(dòng)齒輪的中心上面，可以實(shí)現(xiàn)很多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫通，優(yōu)點(diǎn)是可以降低車身的高度，還可以降低傳動(dòng)軸的高度。不過有他的優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，缺點(diǎn)如下：磨損會(huì)增加而且傳動(dòng)的效率也會(huì)減小，會(huì)導(dǎo)致齒輪副的傳動(dòng)的效率減小約百分之四，弧齒錐齒輪約百分之一。一般的情況如果傳動(dòng)比大于4的話但是齒輪齒廓的尺寸又非常有限那么就會(huì)采用雙曲面齒輪傳動(dòng)，如果傳動(dòng)比小于2的話兩種齒輪都可以。總之雙曲面齒輪比弧齒錐齒輪使用的更廣泛。2.2主減速器主動(dòng)錐齒輪支承型式及安裝方法圖2-2主動(dòng)錐齒輪齒面受力圖如果軸承還有殼體的類型已經(jīng)定下來的情況，主減速器的安裝的方法和他的支撐的類型對(duì)剛度有很大的影響，這就是為什么齒輪的壽命能夠比較高的原因其中之一。圖2-3騎馬式支承1-調(diào)整墊圈；2-調(diào)整墊片此次設(shè)計(jì)應(yīng)用的是騎馬式的，因?yàn)檫@種類型的可以讓支撐的剛度大大的增加，還可以讓其在受到載荷的作用下變形量大大的縮小，減小量約懸臂類型的1/30以下。但是主動(dòng)錐齒輪的后面的軸承的徑向的負(fù)荷要比懸臂類型的小很多。承載的能力還可以增加10%。另外，因?yàn)辇X輪的兩邊的距離很小，可以減小主動(dòng)齒輪軸的長度，讓這個(gè)布局更為的緊湊，這種方法還有利于縮小傳動(dòng)軸夾角和整體車的布局。騎馬式的都應(yīng)用圓柱滾子式的，所以他的內(nèi)圈和外圈都可以分開，便于拆卸和裝。在增加剛度這個(gè)問題上應(yīng)該減小小齒輪大端一側(cè)的軸承的距離，增加它的軸徑，還可以提高軸承配合的預(yù)緊度。2.3主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法圖2-4主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置辦法主減速器從動(dòng)錐齒輪它的支撐的剛度會(huì)因?yàn)檩S承的類型和支承之間的距離的分布的形式而定。大多在兩端的支撐都是采用圓錐滾子軸承，在他們安裝的時(shí)候讓他們的滾子的大的一端向里面而小的就要向外面。以防萬一從動(dòng)齒輪會(huì)在載荷的作用下發(fā)生偏移，所以圓錐滾子軸承預(yù)緊也是很必要的。因?yàn)樵诓钏倨魃习惭b著錐齒輪，它的尺寸比較大，完全可以保證其剛度。球面的滾子軸承有自動(dòng)調(diào)位的性能，所以它的敏感性就比較小其敏感性是對(duì)于軸的傾斜，所以主減速器齒輪在它的尺寸大的時(shí)候非常的重要。2.4主減速器的型式圖2-5采用組合式橋殼的單級(jí)主減速器調(diào)整墊片（用于調(diào)整軸承的預(yù)緊度）調(diào)整墊片（用于調(diào)整齒面嚙合區(qū)位置）汽車的類型和它的使用的條件對(duì)于減速器的選擇很重要，但是它很大一部分都會(huì)因?yàn)槠嚨膭?dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有關(guān)，以及汽車主減速比i0大小和驅(qū)動(dòng)橋距離地面的距離還有驅(qū)動(dòng)橋的個(gè)數(shù)和布置的形式有很大的關(guān)系。這次設(shè)計(jì)我應(yīng)用的是組合式橋殼的單極的減速器。這個(gè)減速器的結(jié)構(gòu)非常的簡單，而且重量也不大，它的尺寸還非常的緊湊成本也不高。在橋殼上有著主動(dòng)和從動(dòng)錐齒輪它們都鑄成在一體，這樣它們的結(jié)構(gòu)就非常簡單而且支承的剛度也大，質(zhì)量小，成本低。2.5主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算（1）主減速比i0的確定主減速比對(duì)汽車的主減速器有很多的影響比如其結(jié)構(gòu)類型，輪廓的尺寸和質(zhì)量，如果變速器這個(gè)時(shí)候處在最高檔的時(shí)候?qū)ζ嚨膭?dòng)力和燃油經(jīng)濟(jì)性有很多的影響。i0的選擇應(yīng)該要和汽車整體設(shè)計(jì)時(shí)候的it一起來確定。還可以利用i0在不同功率的時(shí)候的圖來研究其對(duì)汽車動(dòng)力性的影響。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和從動(dòng)的參數(shù)做為了能過獲得足夠多的功率儲(chǔ)備從而能過讓最高的車速能過下降，i0按下式計(jì)算：式中：—車輪的滾動(dòng)半徑，m；—變速器最高檔的傳動(dòng)比；—汽車的最高車速；—發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速根據(jù)計(jì)算出的主減速比的數(shù)值，確定了主減速器的型式是單極的。查表能夠知道汽車驅(qū)動(dòng)橋距離地面的距離是200mm。（2）主減速齒輪計(jì)算載荷的計(jì)算一般情況是把發(fā)動(dòng)機(jī)能夠運(yùn)行的最大的轉(zhuǎn)矩和汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的最低檔的傳動(dòng)比然后再和汽車驅(qū)動(dòng)橋車輪會(huì)產(chǎn)生打滑的時(shí)候的這兩種情況下發(fā)生作用的主減速器傳動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（、）的小的代入，載貨汽車在強(qiáng)度計(jì)算中實(shí)驗(yàn)主減速器從動(dòng)齒輪的最大的應(yīng)力作為計(jì)算載荷。既：式中：—發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，取300；—由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比取4.062；—傳動(dòng)部分的效率，取；—超載系數(shù)，對(duì)于載貨汽車；—驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目，取1；代入計(jì)算得：—汽車在滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)載，N；對(duì)后橋來說還要考慮到汽車加速時(shí)的負(fù)荷增大量；—輪胎對(duì)路面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，?。弧囕喌臐L動(dòng)半徑為0.44m；，—分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比，分別為0.9和1.0（例如輪邊減速器等）。代人計(jì)算得：公式中（2-2）和（2-3）求得的計(jì)算載荷是汽車在最大轉(zhuǎn)矩下的并不是汽車正常駛下的持續(xù)轉(zhuǎn)矩。對(duì)于一般的公路汽車來說它的正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩是基于平均的牽引力來確定的，所以主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nm）為：式中：—汽車裝載，參考廂式貨車

BM-4010PD在此取107800N；—所牽引的掛車滿載總重，N，但僅用于牽引車；—道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.015；—汽車正常使用下的平均爬坡能力系數(shù)，取0.06；—汽車的性能系數(shù)，取0。當(dāng)時(shí)?。?）主減速齒輪基本參數(shù)的選擇a.齒數(shù)的選擇如果使用的是主減速器，這個(gè)時(shí)候如果i0比較大的話，要盡可能的要讓小齒輪Z1小一點(diǎn)來滿足驅(qū)動(dòng)橋離地的間隙。如果i0大于6的話，小齒輪的最小值可以取到5，但是為了提高嚙合的平穩(wěn)和提高汽車的疲勞強(qiáng)度，小齒輪的齒數(shù)最好還是取大于5。取Z1為6，Z2取34。b.節(jié)圓半徑的選擇通常都是根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩來確定的在公式2-4和2-5中選擇比較小的值來作為計(jì)算依據(jù)然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得：式中：kd2—13.0—16.0Tc=min[Tje,Tjψ];d2—汽車從動(dòng)輪的分度圓直徑；代入數(shù)據(jù)得c.齒輪端面模數(shù)的選擇選定后可以根據(jù)式算出從動(dòng)齒輪大端的端面模數(shù)，用下式校核：式中—模數(shù)系數(shù)。d.齒面寬的選擇汽車主減速器雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒面寬為：第三章差速器的設(shè)計(jì)3.1差速器的結(jié)構(gòu)型式本次我設(shè)計(jì)選擇采用的差速器是是對(duì)稱式的圓錐行星齒輪差速器。它的結(jié)構(gòu)如下圖（3-1）。通常我們經(jīng)常用的對(duì)稱式的圓錐形星齒輪差速器它的左邊和右邊的殼體，有兩個(gè)半軸的齒輪和四個(gè)行星齒輪，由行星齒輪和半軸齒輪組成。所以他的工作原理如下圖。主減速器從動(dòng)齒輪或者差速器殼角速度；、分別是左右驅(qū)動(dòng)車輪或者差速器半軸齒輪的角速度；為行星齒輪繞軸的自轉(zhuǎn)角速度。圖3-1普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡圖如果汽車在道路平坦的路面上行駛的話，差速器的每個(gè)零件不會(huì)有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，那么就有在這種情況的時(shí)候差速器的殼體會(huì)經(jīng)過十字軸用力P然后帶著行星齒輪繞著半軸齒輪的中心此時(shí)并沒有自傳還是有公轉(zhuǎn)。所以行星齒輪就會(huì)有的反作用力。但是對(duì)于對(duì)稱形式的，兩個(gè)半軸齒輪的節(jié)圓半徑是一樣的，這個(gè)時(shí)候在傳遞給左邊和右邊的半軸的時(shí)候它們的力矩就會(huì)等于Pr/2，這樣的話汽車在開始轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，如果我們假設(shè)左邊和右邊的車輪之間沒有差速器，那根據(jù)動(dòng)力學(xué)，行駛遠(yuǎn)的車輪會(huì)發(fā)生滑移，但是行駛距離近的不會(huì)發(fā)生滑移。由這個(gè)原理我們可以知道會(huì)導(dǎo)致左右輪胎的切線方向產(chǎn)生一個(gè)阻力，而且它們的阻力方向是相反的。如果有差速器，阻力形成的力矩會(huì)讓差速器起到作用，防止萬一外面的車輪會(huì)在地面上打滑，要保證它們不同的轉(zhuǎn)速和正常轉(zhuǎn)動(dòng)。但是如果差速器在工作的時(shí)候會(huì)阻止這里面的每個(gè)零件相對(duì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的摩擦力，那么它進(jìn)行扭動(dòng)的力矩就會(huì)很大，可是在普通的差速器里面這個(gè)摩擦力就會(huì)很小，所以只要左邊和右邊的車輪走的行程稍微有一點(diǎn)點(diǎn)的差異，這個(gè)時(shí)候差速器就會(huì)開始工作。這個(gè)時(shí)候如果差速器開始工作的話，齒輪不僅僅會(huì)有繞著半軸齒輪中心的公轉(zhuǎn)還是有自傳。所以這個(gè)時(shí)候外側(cè)的車輪和他的半軸齒輪的轉(zhuǎn)速會(huì)增高很多，綜上外側(cè)齒輪的角速度是：3在相同的時(shí)間里面，里面的車輪和它的半軸的齒數(shù)的轉(zhuǎn)速會(huì)降低，而且減小的量是為，因?yàn)樵趯?duì)稱的圓錐齒輪的減速器里面它們的半軸是一樣的，所以內(nèi)測(cè)的半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為：可以根據(jù)上面的K歌公式得出差速器在工作的時(shí)候的轉(zhuǎn)速的關(guān)系是所以兩個(gè)半軸的齒輪它們的轉(zhuǎn)速的和就是差速器殼體轉(zhuǎn)速的兩倍。由式（3-1）知：當(dāng)時(shí)，，或當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，在最后的一種情況里面，會(huì)偶爾發(fā)生中央制動(dòng)的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候就很容易導(dǎo)致所行駛的車輛會(huì)失去控制，這樣就會(huì)使汽車發(fā)生急速的轉(zhuǎn)彎或者會(huì)發(fā)生甩尾。3.2差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算因?yàn)椴钏倨鞯臍んw是安裝在主減速器的從動(dòng)車輪上面的，所以我們一般在確定主減速器從動(dòng)齒輪的尺寸的時(shí)候，就必須要考慮到對(duì)于差速器的安裝；差速器殼體的輪廓的尺寸會(huì)受到從動(dòng)的齒輪和主動(dòng)的齒輪它們的導(dǎo)向軸承支座的限制。1．差速器齒輪參數(shù)的選擇A．行星齒輪參數(shù)的選擇此次課題的載貨汽車選用4個(gè)行星齒輪。B．行星齒輪球面半徑RB的確定圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸在通常的情況下都是由行星齒輪的側(cè)面的球面半徑RB來確定的，這個(gè)就是行星齒輪的安裝尺寸，他實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，所以他在一定的程度上是表示著差速器的強(qiáng)度的。根據(jù)公式可以來確定球面的半徑：公式中：—行星齒的輪球面半徑系數(shù)；—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，。在確定之后，就可以根據(jù)下面的公式來預(yù)先選擇節(jié)錐矩：C．行星齒輪和半軸齒輪的齒數(shù)選擇選用的行星齒輪齒數(shù)是10，半軸的齒輪齒數(shù)是16。D．差速器圓錐齒輪的模數(shù)與半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定首先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角，：；式中：，為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)之后就可以根據(jù)公式來求出圓錐齒輪的大端的模數(shù)；節(jié)圓的半徑d根據(jù)下面的公式求得：第四章半軸的設(shè)計(jì)4.1半軸的結(jié)構(gòu)型式如果用的是半浮樣式的半軸的話在靠近外端的軸頸直接支承安裝在橋殼外面的內(nèi)孔里面的軸承上，然而端面是用具有錐面的軸頸和建然后再和車輪的輪轂進(jìn)行固定。半浮式的半軸會(huì)承受的載荷非常的復(fù)雜，但是它結(jié)構(gòu)非常簡單、質(zhì)量也不大、而且制造方面的價(jià)格不高等優(yōu)點(diǎn)。圖4-1半浮式半軸的結(jié)構(gòu)型式與安裝4.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算半軸的最重要的尺寸是其直徑，在我們進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算的時(shí)候要合理的確定它的計(jì)算載荷。在半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算中一般要考慮以下三種有可能的載荷工況：A．縱向力在最大的時(shí)候（），附著系數(shù)一般賦值0.8，要是沒有側(cè)向力作用的話；B．側(cè)向力最大時(shí)，它的最大的值最可能發(fā)生在側(cè)滑的時(shí)候?yàn)椋谄嚢l(fā)生側(cè)滑的時(shí)候輪胎和地面會(huì)發(fā)生側(cè)滑他的側(cè)向的附著系數(shù)在計(jì)算一般取1.0，沒有縱向力的作用；C．如果發(fā)生在垂向力最大的時(shí)候，這種一般都發(fā)生在汽車在最高的車速行駛在不平的路面的時(shí)候，其值為，是動(dòng)載荷系數(shù)，這個(gè)時(shí)候通常是沒有縱向力和側(cè)向力的。半浮式的半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算要根據(jù)上說的三種載荷工況進(jìn)行。圖4-2半浮式半軸及受力簡圖半浮式半軸經(jīng)常都是發(fā)生在上面說的第一種情況半軸可以同時(shí)承受著垂直方向的力、和縱方向的力一起引起的彎矩和由引起的轉(zhuǎn)矩。對(duì)左、右半軸來說，垂向力，為式中：—汽車在滿載的時(shí)候并且靜止?fàn)顟B(tài)下驅(qū)動(dòng)橋?qū)τ诘孛娴妮d荷，N；—汽車在加速或者在減速的時(shí)候它自身質(zhì)量的轉(zhuǎn)移系數(shù)汽；—一側(cè)向的車輪自身對(duì)于地面做出的載荷，N。縱向力按最大附著力計(jì)算，即式中：—輪胎與地面的附著系數(shù)。左、右半軸所承受的合成彎矩為轉(zhuǎn)矩為汽車零部件半浮式半軸在上面陳述的第二個(gè)載荷的工況下此時(shí)這個(gè)半軸只會(huì)受到彎矩。在側(cè)向力的作用下，汽車左邊和右邊的車輪只會(huì)承受垂直的力、和側(cè)向力、它們是不等的，所以半軸承受的力是：式中：—汽車驅(qū)動(dòng)輪的輪胎距離，取1650mm；—汽車質(zhì)心高度，取600mm；—輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù)；取1.0左、右半軸所受的彎矩分別為：c．半浮式半軸在上述第三種載荷工況下半軸只受垂向彎矩：式中：—?jiǎng)虞d系數(shù)。第五章 后橋橋殼設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析5.1橋殼的結(jié)構(gòu)型式5.2橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算5.2.1這個(gè)時(shí)候的橋殼會(huì)和空心的梁差不多，G2/2g6-1所示。圖5-1橋殼靜彎曲應(yīng)力計(jì)算簡圖這個(gè)時(shí)候，靜力載荷會(huì)發(fā)生在橋殼上面，那么就可以知道兩個(gè)鋼板彈簧這間的彎矩M可以得到計(jì)算的公式：（5-1）公式里面的B代表的是驅(qū)動(dòng)輪的距離，s代表彈簧座的中心距離，gw代表的是車輪的重力這里取65.9g代入到公式中：那么其靜彎曲的應(yīng)力是：（5-2）在這個(gè)公式中:Wv：公式里面的D代表的是圓孔的外徑取80mm；把它代入到公式里面可以算出：????=36799.07mm3，此時(shí)的靜彎曲應(yīng)力是??????=30.51MPa；但是對(duì)于鋼板的沖壓件的橋殼來說其[????]為500MPa，許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[τ]為a，??????=30.51MPa＜[????]=500MPa，所以這個(gè)方案滿載強(qiáng)度的要求。5.3汽車于四種載荷工況下的橋殼強(qiáng)度計(jì)算5.3.1在道路不平上行駛時(shí)受到的沖擊載荷此時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算。在崎嶇不平的路時(shí)，此時(shí)的橋殼本身除了受到靜載荷外，還會(huì)受到額外的載荷沖擊，這個(gè)時(shí)候的橋殼產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是：??????????MPa 式中：kd3.0；代入數(shù)據(jù)得：??????=91.53MPa＜[????]=500MPa，滿足要求。5.3.2汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算：把他代帶數(shù)據(jù)可得：這個(gè)時(shí)候，汽車后橋的彈簧座之間的垂向的彎矩Mv是：代入數(shù)據(jù)得：MV=4390N，而水平彎矩：Mh=Pmaxх/2B-s/2N?m代入數(shù)據(jù)得：??h=974.63N?m并且，汽車驅(qū)動(dòng)橋因?yàn)闀?huì)傳遞轉(zhuǎn)矩而導(dǎo)致車橋橋殼會(huì)承受著額外的反作用力，這個(gè)時(shí)候的彈簧座會(huì)承受的轉(zhuǎn)矩T為：代入計(jì)算得：T=300х4.062х0.9/2=548.37N?m這個(gè)橋殼會(huì)在彈簧座的附近有危險(xiǎn)截面當(dāng)這個(gè)截面是圓管的時(shí)候當(dāng)，這個(gè)時(shí)候的彎矩合力MΣ為：該危險(xiǎn)斷面處的合成應(yīng)力σΣ為：代入數(shù)據(jù)得：????=48.54MPa＜[????]=500MPa，滿足要求。5.3.3汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算在這個(gè)時(shí)候，側(cè)向的力發(fā)生的作用是不會(huì)考慮到的。所以汽車左右的車輪是除了有垂向的反力G2m`2/2的存在外，還會(huì)有切向的反力，我們通常會(huì)稱它為地面對(duì)于車輪的制動(dòng)力G2m`2/2，所以緊急制動(dòng)的時(shí)候在彈簧座之間的汽車的橋殼垂向彎矩Mv和水平彎矩Mh分別為：式中：m2—汽車在行駛中發(fā)生制動(dòng)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，取0.78；φ—汽車驅(qū)動(dòng)車輪和路面間的附著系數(shù)，取0.8。代入數(shù)據(jù)得：Mv=849.69N?m，Mh=774.56N?m。另外它還會(huì)承受著汽車承受制動(dòng)力引起來的轉(zhuǎn)矩T：代入數(shù)據(jù)得：T=1822.65N·m。則合成應(yīng)力σΣ參照公式6-9和6-10，代入數(shù)據(jù)得：????=58