GD1091型商用车（货车）驱动桥、后悬架设计.doc

1、机电工程学院毕业设计说明书 设计题目: GD1091型商用车驱动桥、后悬架设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 20xx年 5 月 15 日1目次1 前言12 主减速器设计22.1 概述22.2 主减速器结构形式的选择22.3 主减速器锥齿轮结构的选择32.4 主减速器锥齿轮支承形式的选择42.5 主减速器锥齿轮材料的选择52.6 主减速器基本参数选择和计算62.7 主减速器锥齿轮强度计算123 差速器设计153.1 概述153.2 差速器结构形式的选择153.3 普通锥齿轮差速器锥齿轮设计173.4 差速器锥齿轮材料的选择203.5 差速器锥齿轮强度计算204 车轮传动装置设计2

2、14.1 半轴形式的选择214.2 半轴的结构设计224.3 半轴材料的选择224.4 半轴强度计算235 驱动桥壳设计245.1 驱动桥壳结构形式的选择245.2 驱动桥壳强度计算256 后悬架设计266.1 悬架结构形式的选择266.2 悬架主要参数的确定266.3 弹性元件计算28设计总结34参考资料35致谢361 前言驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是：将传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮，并实现减速和增大转矩；通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮的差速作用，保证内外侧车轮以不同的转速转向；通过桥壳和车轮实现承载及传力作用。其

3、次，驱动桥还要承受作用于路面和车架之间的垂直力、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等组成。设计驱动桥时应当满足的基本要求如下：（1）具有适当的主传动比，以保证汽车有最优的动力性和经济性；（2）工作平稳，噪声和振动小；（3）传动效率高；（4）具有必要的最小离地间隙；（5）与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应该与转向机构运动协调；（6）具有足够的强度和刚度，并且其质量应尽可能小；（7）调整、拆装方便；（8）成本低。悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或承载式车身）和车桥（或车轮）弹性的连接起来。其功用是：把路面作用于车轮上的垂

4、直反力、纵向力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架（或承载式车身）上，缓和路面传给车架（或承载式车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在不平路面和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车具有高速稳定行驶的能力。汽车悬架设计应该满足如下要求。（1）保证汽车具有良好的行驶平顺性。使悬架具有合适的刚度，保证汽车具有合适的偏频；具有合适的减振性能（有合适的阻尼特性），与悬架的弹性特性匹配，减少车身和车轮在共振区的振幅，快速衰减振动；悬下质量小。（2）保证汽车具有良好的操纵稳定性。使汽车具有一定的不足转向特性；转向时，车身的侧倾角比较小

5、（侧向加速度为0.4g时，轿车的侧倾角一般要求为，货车为）。在车轮跳动时，使车轮定位参数具有合适的变化规律。在前轴，这个任务一般需要悬架和转向杆系来共同完成。（3）汽车制动和加速时保证车身具有较小的俯仰角位移。（4）结构紧凑，占据空间小。（5）能够可靠地传递车架（车身）与车轮之间的所有力和力矩。零部件具有足够的强度、刚度和使用寿命，并且质量要尽可能的轻。（6）制造、维护成本低，轮胎磨损小。2 主减速器设计主减速器的功用是将输入的转矩增大并且相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩传递方向的作用。2.1 概述驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架结构息息相关。当驱动车轮采用非独立悬架时，采用非断

6、开式驱动桥。而当驱动车轮采用独立悬架时，则采用断开式驱动桥。具有完整桥壳的非断开式驱动桥的桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，主减速器、差速器和半轴等所有传动件都装在其中。其结构简单，制造工艺性好，成本低，可靠性好，维修调整容易，广泛用于货车和部分轿车上。但是，其悬挂质量较大，对降低动载荷和提高平顺性不利。断开式驱动桥结构比较复杂，成本也较高。但是它们与独立悬架结合起来，对改善汽车的平顺性、操纵稳定性和通过性较有利，所以在轿车和要求高通过性的越野汽车上应用相当广泛。本次设计车型GD1091型商用货车，要求具有较大的承载能力。依据本次设计任务书要求和发动机的选用，驱动桥结构形式采用非断开

7、式驱动桥。2.2 主减速器结构形式的选择为适应不同的车型和使用要求，主减速器有多种结构形式，如图1所示。图1 主减速器结构形式单级主减速器常由一对圆锥齿轮副组成。这种主减速器结构较简单，质量小，成本低，使用方便。但是主传动比不能太大，一般不大于7.0。如果进一步提高主减速器传动比将会增大从动齿轮直径，使驱动桥壳尺寸增大，从而减小最小离地间隙，降低通过性，并且会使从动齿轮热处理复杂化。所以，单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车上。双级主减速器有两对齿轮副传动。与单级主减速器相比，采用双级主减速器可以在保证离地间隙相同的情况下能得到更大的传动比，传动比一般在7-12；但是其尺寸和质量较大，成本

8、高，传动效率较低。双级主减速器主要用于中、重型货车、越野车和大客车上。本次设计的GD1091轻商用货车，其总质量有9吨。故采用双 级主减速器。2.3 主减速器锥齿轮结构的选择主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮、双曲面锥齿轮、圆柱齿轮和涡轮蜗杆等形式。（1）弧齿锥齿轮弧齿锥齿轮传动的特点是主、从动齿轮的轴线垂直相交于一点。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷，另外轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐由齿的一端连续而平稳地转向另一端，所以工作平稳，噪声和振动小，但弧齿锥齿轮对啮合精度要求很高，齿轮副锥顶稍不吻合就会使工作条件急剧变坏，加剧齿轮的磨损并使噪声增大。（

9、2）双曲面锥齿轮双曲面锥齿轮传动的特点是主、从动锥齿轮的轴线相互垂直但不相交，且主动齿轮轴线相对于从动齿轮轴线向上或向下偏移一距离E，称为偏移距。与弧齿锥齿轮相比较，双曲面锥齿轮的优点有：当双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动具有更大的传动比；当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的弧齿锥齿轮有更大的直径和较高的轮齿强度及较大的主动齿轮轴和轴承刚度；当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮比相应的弧齿锥齿轮的尺寸小，从而可以获得更大的离地间隙；此外，由于偏移距的存在，使双曲面齿轮在工作过程中不仅存在与弧齿锥齿轮相同的沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的

10、纵向滑动，从而可以改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性；双曲面传动的主动齿轮的螺旋角较大，同时啮合的齿数较多，重合度更大，既可提高传动的平稳性，又可以使齿轮的弯曲强度提高约30%。一般情况下，当主减速器比大于4.5而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮传动更为合理；而当传动比小于2.0时，选用弧齿锥齿轮更合理，因为后者具有较大的差速器可利用空间；对于中等传动比，两种齿轮传动均可采用。（3）圆柱齿轮圆柱齿轮传动广泛用于发动机橫置的前置前驱动乘用车驱动桥和双级主减速器驱动桥以及轮边减速器。此时，圆柱齿轮皆应采用斜齿轮。（4）蜗轮蜗杆与其他齿轮传动形式相比，蜗杆蜗轮传动具有以下优点：轮廓尺寸及质

11、量小，并可获得较大的传动比；工作非常平稳，无噪声；便于汽车的总体布置及贯通式多桥驱动布置；可以传递较大的载荷，使用寿命较长；结构简单，拆装方便，调整容易。其主要缺点是蜗轮齿圈要求使用昂贵的有色金属合金制造，材料成本高；此外，传动效率较低。因此主要用于生产批量不大的个别总质量较大的多桥驱动汽车和具有高转速发动机的客车上。本次设计的GD1091轻商用货车采用双曲面锥齿轮。2.4 主减速器锥齿轮支承形式的选择主减速器必须保证主、从动轮有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除了齿轮的加工质量、齿轮的装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度有关。（1）主动锥齿轮的

12、支承主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。悬臂式支承的结构特点是，在锥齿轮大端一侧有较长的轴，并在其上安装一对圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度和增加两支承间的距离，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。悬臂式支承结构简单，但支承刚度较差，用于传递转矩较小的主减速器上。跨置式支承的结构特点是在锥齿轮两端的轴上均有轴承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，因此齿轮的承载能力高于悬臂式。但是跨置式支承必须在主减速器壳体上有支承导向轴承所需要的轴承座，使主减速器壳体结构复杂，

13、加工成本提高。另外，因主、从动齿轮之间的空间很小，致使主动齿轮的导向轴承尺寸受到限制，有时甚至布置不下或根本不带内圈，它仅承受径向力，尺寸根据布置位置而定，是易损坏的一个轴承。（2）从动锥齿轮的支承从动锥齿轮的支承刚度与轴承的形式、支承间的距离和载荷在轴承之间的分布比例有关。从动主齿轮多用圆锥滚子轴承支承。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内。本次设计的GD1091轻商用货车的主减速器主动锥齿轮采用悬臂式支承。2.5 主减速器锥齿轮材料的选择与传动系其他齿轮比较，主减速器锥齿轮的载荷大且作用时间长、变化多、冲击较大。它们的工作条件更加严酷。其损坏形式主要有轮齿根部弯曲折断、齿面疲劳点蚀

14、、磨损和擦伤等。根据这些情况，对主减速器锥齿轮的材料及热处理有一下要求：（1）具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，以及较好的齿面耐磨性，故轮齿表面应具有较高的强度；（2）轮齿芯部应具有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下轮齿根部折断；（3）钢材的锻造、切削与热处理等加工性能良好，热处理变形小或变形规律易控制，以提高产品质量、缩短制造时间、减少生产成本并降低废品率；（4）选择齿轮材料的合金元素时要适应我国的发展情况。例如为了节约镍、铬等元素，我国发展了以锰、钒、钼、硅为主的合金结构钢系统。汽车主减速器用的螺旋锥齿轮与双曲面齿轮以及差速器用的直齿锥齿轮，目前都是用渗碳合金钢制造。其钢号主

15、要有：、。最常用的是。用渗碳合金钢制造齿轮时，经渗碳、淬火、回火后，轮齿表面硬度较高，可以达到，而芯部硬度却较低，当端面模数时，为；当时，为。由于新齿轮润滑不良，为了防止齿轮在运行初期产生胶合、咬死或擦伤，防止早期磨损，圆锥齿轮与双曲面齿轮的传动副（或仅仅大齿轮）在热处理及精加工（如磨齿或配对研磨）后均予以厚度为的磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面镀层不可以用于补偿零件的尺寸公差，也不能代替润滑。对齿面进行喷丸处理有可能提高寿命的，对于滑动速度高的齿轮，为了提高其耐磨性，可以进行渗硫处理。渗硫处理的温度低，故不会引起齿轮的变形。渗硫后摩擦系数可明显降低，故即使润滑条件较差，也会防止齿轮咬死、胶合和擦伤等现象产生。2.6 主减速器基本参数选择和计算2.6.1 主减速器传动比的确定在给定发动机最高功率及最高功率时的转速时，主减速比应能满足汽车行驶时的最高车速的要求。 =0.377