车辆工程毕业设计论文-基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计(编辑修改稿)内容摘要：

（ b） 3/4 浮式 （ c） 全浮式 图 半轴支撑形式 半浮式半轴 以其靠近外端的轴颈直接支撑在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有圆锥面的轴颈及键与轮毂相固定。 具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。 主要用于质量较小，使用条件好，承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。 3/4 浮式半轴 的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支 撑着轮毂，而半轴则以其端部与轮毂想固定 ，因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命， 所以 未得到推广。 全浮式半轴 的外端和以两个轴承支撑于桥壳的半轴套管上的轮毂相联接，由于其工作可靠， 广泛应用于轻型 及 以上的各类汽车上。 [1] 根据相关车型及设计要求，本设计采用全浮 式 半轴。 以上 和 相关 图形和资料来自于《汽车车桥设计》 9 驱动桥设计要求 选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。 外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。 齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。 在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。 具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和 力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。 与悬架导向机构运动协调。 结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。 本章小结 本章首先 对各种驱动桥的结构形式做了简单的介绍，综合考虑，此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。 之后又对半轴的各种支撑形式做了对比分析， 根据相关车型及 设计要求， 决定 本设计采用全浮 式 半轴。 最后对选择车型的各项参数作了简要列举。 10 第 3 章 驱动半轴的设计 驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器的半轴齿轮传给驱动车轮。 在一般的非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，半轴将差速器的半轴齿轮与车轮的轮毂联接起来，半轴的形式主要取决半轴的支承形式：普通非断开式驱动桥的半轴，根据其外端支承的形式或受力状况不同可分为半浮式，3/4 浮式和全浮式，在此由于是 中 型载货 汽车，采用全浮式结构。 [2] 设计半轴的主要尺寸是其直径，在设计时首先可根据对使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同形式半轴的分析比较，大致选定从整个驱动桥的布局来看比较合适的半轴半径，然后对它进行强度校核。 全浮式半轴计算载荷的确定 计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑到以下三种可能的载荷工况： 2X （驱动力或制动力）最大时，其最大值为 2Z ， 附着系数  在计算时取，没有侧向力作用； 2Y 最大时，其最大值为 2Z 1 （发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数 1 在计算时取 ，没有纵向力作用； （发生在汽车以可能的高速通过不平路面时），其值为   dw kgZ 2 ，车 轮对地面的垂直载荷， dk 为动载荷系数，这时不考虑纵向力和侧向力的作用。 由于车轮承受的纵向力 2X ，侧向力 2Y 值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即有 22222 YXZ  （ ） 全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩可有 rRrL rXrXT   22 求得，其中 LX2 ， RX2的计算，可根据以下方法计算，并取两者中的较小者。 若按最大附着力计算，即 2 239。 22 GmXX RL  （ ） 式中 ：  —— 轮胎与地面的附着系数取 ； 2G —— 汽车满载时驱动桥给水 平地面的最大负荷， N；但后桥来说还应考虑 11 到汽车加速时负腷增大量，可初取： 2G = 满G =7395=72471N； 39。 m —— 汽车加速或减速时的质量转移系数，可取 ～ 在此取 ； LX2 —— 左侧半轴所受 纵向力 ； RX2 —— 右侧半轴所受 纵向力。 根据上式 2 4 7 22  RL XX =37685 N 若按发动机最大转矩计算，即 rTLeRL riTXX /m a x22  （ ） 式中：  —— 差速器的转矩分配系数，对于普通圆锥行星齿轮差速器取 ； maxeT —— 发动机最大转矩， 450N m； —— 汽 车传动效率，计算时可取 1 或取 ； TLi —— 由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比 TLi = 0i 1i == 变速器传动比 1i =； r —— 轮胎的滚动半径，。 根据上式 7 6 4 5  RL XX = N 在此  RL XX 22 rRrL rXrXT   22 = r = m 全浮式半轴的杆部直径的初选 全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行   33 )~(1 9 103 TTd  （ ） 式中： d —— 半轴杆部的直径， mm。 根据上式  3 5 9 ~d =（ ～ ） mm 根据强度要求在此 d 取。 全浮式半轴的强度计 算 首先是验算其扭转应力  ： 316dT MPa （ ） 式中： T —— 半轴的计算转矩， N m在此取 m； 12 根据上式  ＝＝ 481 MPa  =(490～ 588) MPa ][ —— 半轴的扭转许用应力，取 ][ =490~588MPa。 所以满足强度要求。 半轴的最大扭转角为 310180   GJTl （ ） 式中： T—— 半轴承受的最大转矩， mN ； l—— 半轴长度 800mm； G—— 材料的剪切弹性模量 104 N/mm2 ； J—— 半轴横截面的极惯性矩， 432dJ  =。 经计算最大扭转角  =176。 ， 扭转角宜选为 6176。 ~15176。 满足条件。 半轴花键的强度计算 为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径，常常将加工花键的端部做得粗些，并适当地减小花键槽的深度， 在现代汽车半轴上，渐开线花键用得较广，但也有采用矩形或梯形花键的。 本次设计采用带有凸缘 的全浮式半轴，采用渐开线花键。 根据杆部直径为 45mm，选择的渐开线的花键具体参数为：花键齿数为 19，模数， 分度圆直径 30176。 在计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其花键的剪切应力和挤压应力。 半轴花键的剪切应力 s 为 bzLdDTpABs  410 3 MPa () 半轴花键的挤压应力 c 为 pABABc zLdDdDT  2410 3 MPa （ ） 式中： T —— 半轴承受的最大转矩， N m ，在此取 m。 BD —— 半轴花键的外径， mm，在此取 50mm。 Ad —— 相配花键孔内径， mm，在此取 45mm。 13 z —— 花键齿数；在此取 19 pL —— 花键工作长度， 95mm， b —— 花键齿宽， mm， m21=。  —— 载荷分布的不均匀系数，计算时取。 根据上式可计算得 s = 2 4550 5 9 6 3 = MPa c = 45504 4550 3  = MPa 根据要求当传递的转矩最大时，半轴花键的切应力 [s ]不应超过 MPa，挤压应力 [ c ]不应超过 196 MPa，以上计算均满足要求。 以上有关花键内容查 《 机械设计实用手册 》 北京 机械工业出版社； 789 页 半轴材料与热处理 半轴多采用含铬的中碳合金钢制造，如 40Cr， 40CrMnMo， 40CrMnSi， 40CrMoA，35CrMnSi， 35CrMnTi等。 40MnB是我国研制出的新钢种，作为半轴材料效果很好。 半轴的热处理过去都采用调质处理的方法，调质后要求杆部硬度为 HB388— 444(突缘部分可降至 HB248)。 近年来采用高频、中频感应淬火的口益增多。 这种处理方法使半轴表面淬硬达 HRC52～ 63，硬化层深约为其半径的 1／ 3，心部硬度可定为 HRC30— 35；花键部分表面硬度 50～ 55HRC；不淬火区 (突缘等 )的硬度可定在 HB248～ 277范围内。 由于硬化层本身的强度较高，加之在 半轴表面形成大的残余压应力，以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺，使半轴的静强度和疲劳强度大为提高，尤其是疲劳强度提高得十分显著。 由于这些先进工艺的采用，不用合金钢而采用中碳 (40号、45号 )钢的半轴也日益增多。 [2] 本次设计 考虑到半轴对传动系需要有一定的保护作用，故采用 45 号钢作为半轴的材料进行加工。 本章小结 首先本章对半轴的功用进行了说明，并且在纵向力最大时确定了半轴的计算载荷。 对半轴进行了具体的设计计 算，确定了半轴的各部分尺寸，并进行了校核。 最后对材料和热处理做 了 说明。 14 第 4 章 驱动桥 壳的设计 驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量，并承受有车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车身，它同时又是主减速器，差速器和半轴的装配体。 驱动桥壳应满足如下设计要求： ，以保证主减速器齿轮啮合正常，并不使半轴产生附加弯曲应力； 2. 在保证强度和刚度的情况下，尽量减小质量以提高行驶的平顺性； 3. 保证足够的离地间隙； ，成本低； 5. 保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入； ，调整，维修方便。 考虑的设计的是载货汽车， 驱动桥壳的结构形式采用铸造整体式桥壳。 铸造整体式桥壳的结构 通常可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。 在球铁中加入 %的镍，解决了球铁低温（ 41176。 C）冲击值急剧降低的问题，得到了与常温相同的冲击值。 为了进一步提高其强度和刚度，铸造整体式桥壳的两端压入较长的无缝钢管作为半轴套筒，并用销钉固定。 如图 41 所示，每边半轴套管与桥壳的压配表面共四处，由里向外逐渐加大配合面的直径，以得到较好的压配效果。 钢板弹簧座与桥壳铸成一体，故在钢板弹簧座附近桥壳的截面可根据强度要求铸成适当的形状，通常多为矩形。 安 装制动底板的凸缘与桥壳住在一起。 桥壳中部前端的平面及孔用于安装主减速器及差速器总成，后端平面及孔可装上后盖，打开后盖可作检视孔用。 另外，由于汽车的轮毂轴承是装在半轴套管上，其中轮毂内轴承与桥壳铸件的外端面相靠，而外轴承则与拧在半轴套管外端的螺母相抵，故半轴套管有被拉出的倾向，所以必须将桥壳与半轴套管用销钉固定在一起。 15 图 铸造整体式驱动桥结构 铸造整体式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理想的形状，壁厚能够变化，可得到理想的应力分布，其强度及刚 度均较好，工作可靠，故要求桥壳承载负荷较大的中、重型汽车，适于采用这种结构。 尤其是重型汽车，其驱动桥壳承载很重，在此采用球铁整体式桥壳。 除了优点之外，铸造整体式桥壳还有一些不足之处，主要缺点是质量大、加工面多，制造工艺复杂，且需要相当规模的铸造设备，在铸造时质量不宜控制，也容易出现废品，故仅用于载荷大的 中 重型汽车。 桥壳的受力分析与强度计算 选定桥壳的结构形式以后，应对其进行受力分析，选择其端面尺寸，进行强度计算。 汽车驱动桥的桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其形状复杂，而汽车的行驶条件如道路状 况、气候条件及车辆的运动状态又是千变万化的，因此要精确地计算出汽车。