汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)目錄一、課程設(shè)計(jì)目的············································1二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容············································1三、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)基本要求······································1四、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)步驟··········································1五、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)方案分析······································1（一）驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案的選定······························1（二）主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇····························2差速器形式選擇····································2車輪傳動裝置形式選擇······························3（五）驅(qū)動橋殼設(shè)計(jì)······································3六、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析································3（一）主減速器的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算··························3（二）差速器的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算····························9（三）車輪傳動裝置分析及計(jì)算···························12七、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)校核·····································15（一）校核主減速器校核齒面的接觸強(qiáng)度···················15（二）差速器齒輪彎曲應(yīng)力校核···························16八、總結(jié)及心得體會·········································16九、主要參考書·············································17一、課程設(shè)計(jì)目的《汽車設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是車輛工程專業(yè)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是使學(xué)生在對汽車性能和基本結(jié)構(gòu)知識有較系統(tǒng)了解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)運(yùn)用現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)方法，掌握先進(jìn)汽車設(shè)計(jì)技術(shù)，從而達(dá)到基本具備分析和解決該領(lǐng)域問題的能力，并能系統(tǒng)的掌握汽車零部件設(shè)計(jì)的方法和步驟。通過本次課程設(shè)計(jì)（驅(qū)動橋的設(shè)計(jì)）了解驅(qū)動橋的組成，熟練掌握驅(qū)動橋設(shè)計(jì)過程中各種方案的選擇標(biāo)準(zhǔn)，將理論與實(shí)際相結(jié)合，在實(shí)踐中檢驗(yàn)理論，并理解驅(qū)動橋的設(shè)計(jì)方法。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容驅(qū)動橋位于傳動系末端，其基本功用首先是增扭、降速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理地分配給左、右驅(qū)動車輪；其次，驅(qū)動橋還要承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等，驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和橋殼等組成，轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋還有等速萬向節(jié)。驅(qū)動橋設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案的選定、主減速器、差速器、傳動裝置、驅(qū)動橋殼分析及計(jì)算、萬向節(jié)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向結(jié)設(shè)計(jì)。三、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)基本要求（一）選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。（二）輪廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性要求。（三）齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。（四）在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動效率。（五）具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，以減小不平路面的沖擊載荷，提高汽車行駛平順性。（六）與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)；對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)。（七）結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。四、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)步驟（一）初步確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，如驅(qū)動橋的類型、主減速器形式、差速器形式、車輪傳動裝置形式等的選擇；（二）主減速器的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算；（三）差速器的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算；（四）車輪傳動裝置分析及計(jì)算；五、驅(qū)動橋設(shè)計(jì)方案分析（一）驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案的選定根據(jù)已知數(shù)據(jù)分析，該驅(qū)動橋?yàn)槌擞密囼?qū)動橋。根據(jù)發(fā)動機(jī)位置和驅(qū)動形式，該驅(qū)動橋?yàn)檗D(zhuǎn)向驅(qū)動橋。首先轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋在轎車中是指具有轉(zhuǎn)向功能的驅(qū)動橋。其主要功能有：一是把變速器n——該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目；——汽車滿載時(shí)一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷（對于驅(qū)動橋來說，應(yīng)考慮到汽車最大加速時(shí)的負(fù)荷增大量），N；——輪胎對地面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，??；對于越野汽車，取；對于安裝專門的防滑寬輪胎的高級轎車，計(jì)算時(shí)可??；——車輪的滾動半徑，m；——分別為由所計(jì)算的主減速器從動齒輪到驅(qū)動橋之間的傳動效率和傳動比（例如輪邊減速等）查資料得：N·m由后面式（3-5）計(jì)算得，故：由于該轎車只有一個驅(qū)動橋則：由后面計(jì)算得：汽車滿載有總重量為，查參考文獻(xiàn)[1]汽車軸荷分配中乘用車發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)滿載時(shí)前軸分配為。本設(shè)計(jì)中取58%，由于該轎車是安裝一般輪胎的公路用汽車，則：由上面計(jì)算可得：m由經(jīng)驗(yàn)得：由于該轎車無輪邊減速器，則：將上述參數(shù)值代入公式（6—2）、（6—3）中計(jì)算得：N·mN·mN·m汽車的類型很多，行駛工況又非常復(fù)雜，轎車一般在高速輕載條件下工作，而礦用汽車和越野汽車則在高負(fù)荷低車速條件下工作，沒有簡單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉(zhuǎn)矩。但對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂平均比牽引力的值來確定，即主減速器從動齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為N·m（6—4）式中：——汽車滿載總重量，N；——所牽引的掛車的滿載總重量，N，但僅用于牽引車的計(jì)算；——車輪的滾動半徑，m；——道路滾動阻力系數(shù)，計(jì)算時(shí)對于轎車可取=0.010～0.015；對于載貨汽車可取0.015～0.020；對城越野汽車可取0.020～0.035；——汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，通常對轎車取0.08；對載貨汽車和城市公共汽車取0.05～0.09；對長途公共汽車取0.06～0.10；對越野汽車取0.09～0.30；——汽車或汽車列車的性能系數(shù)：(6—5)當(dāng)時(shí)，取由參考文獻(xiàn)[1]得查得汽車總質(zhì)量的計(jì)算方法：乘用車的總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時(shí)的整車質(zhì)量。乘用車的總質(zhì)量由整備質(zhì)量、乘員和駕駛員質(zhì)量以及乘員的行李質(zhì)量三部分組成。其中，乘員和駕駛員每人質(zhì)量按每人質(zhì)量按65kg計(jì)，于是：該式中，n為包括駕駛員在內(nèi)的載客數(shù)；a為行李系數(shù)，可按參考文獻(xiàn)[1]表1-5提供的數(shù)據(jù)取用。已知數(shù)據(jù)：整車整備質(zhì)量為1020Kg；故；即；由于是轎車，所以；由上得：；轎車選用，取；汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，通常對轎車取；經(jīng)計(jì)算則按計(jì)算得：把各參數(shù)代入式（3-4）中得到：N·m3.主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇對一單級主減速器，首先根據(jù)的大小選擇主減速器主、從動齒輪的齒數(shù)。為了使磨合均勻，之間應(yīng)避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，其齒數(shù)之和對于載貨汽車應(yīng)不小于40，對于轎車應(yīng)不小于50。（1）斜齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算由于齒輪轉(zhuǎn)速比較高，選用硬齒面。先按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再較核齒面接觸強(qiáng)度，其設(shè)計(jì)步驟如下：先選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力：均選用20CrMnTi鋼滲碳淬火，硬度56～62HRC。由參考文獻(xiàn)[4]圖5-32C查得彎曲疲勞極限應(yīng)力；由參考文獻(xiàn)[4]圖5-33C查得接觸疲勞極限應(yīng)力；（2）按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式參考文獻(xiàn)[4]中式（5-45b）知:（6—6）1）確定輪齒的許用彎曲應(yīng)力按參考文獻(xiàn)[4]（5-26）計(jì)算兩齒輪的許用彎曲應(yīng)力，（）分別按下式確定（6—7）式中：——試驗(yàn)齒輪齒根的彎曲疲勞極限，查參考文獻(xiàn)[4]圖5-32；——試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，本書采用國家標(biāo)準(zhǔn)給定的值計(jì)算時(shí)，；——彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，一般取。當(dāng)考慮齒輪工作在有限壽命時(shí)，彎曲疲勞許用應(yīng)力可以提高的系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[4]圖5-34；——彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)。一般傳動取=1.3～1.5；重要傳動取=1.6～3.0；由上得：取，，把各參數(shù)代入式（3-7）中得：2)計(jì)算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩N·m3）選取載荷系數(shù)K因?yàn)槭切饼X輪傳動，且加工精度為了7級，故K可選小些，取K=1.44）初步選定齒輪參數(shù)取,.取，5）齒寬系數(shù)的選擇：選大值時(shí)，可減小直徑，從而減小傳動的中心距，并在一定程度上減輕包括箱體在內(nèi)的整個傳動裝置的重量，但是卻增大了齒寬和軸向尺寸，增加了載荷分布的不均勻性。的推薦值為：當(dāng)為軟齒面時(shí)，齒輪相對于軸承對稱布置時(shí)，=0.8～1.4；非對稱布置時(shí)，=0.6～1.2；懸臂布置或開式傳動時(shí)，=0.3～0.4。當(dāng)為硬齒面時(shí)，上述值相應(yīng)減小50%。取=0.5，并??；得到u=84/23=3.652。6）確定復(fù)合系數(shù)因兩輪所選材料及熱處理相同，則相同，故設(shè)計(jì)時(shí)按小齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)代入即可。而由參考文獻(xiàn)[4]圖5-38查得=4.18將上述參數(shù)代入式（3-6），得按參考文獻(xiàn)[4]表5-1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，取mm則中心距為了便于加工和校驗(yàn)，取中心距a=166.1618mm故得到7）計(jì)算其它幾何尺寸取取mm（二）差速器的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算1.差速器齒輪的基本參數(shù)的計(jì)算（1）行星齒輪球面半徑的確定圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上也代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定：（6—8）式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.52~2.99，對于有4個行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；對于有2個行星齒輪的轎車以及所有的越野汽車和礦用汽車取大值；取=2.52；——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取式（3-2），式（3-3）計(jì)算值的較小值，N·m；取N·m；；差速器行星齒輪球面半徑確定以后，可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)距：取為36.4mm（2）行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應(yīng)少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.5～2的范圍內(nèi)。差速器的各個行星齒輪與2個半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此在確定這兩種齒輪的齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系。在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左、右兩半軸齒輪的齒數(shù)之和，必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則差速器將無法安裝。即應(yīng)滿足的安裝條件為（6—9）式（6—9）中：——左、右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對稱式圓錐行星齒輪差速器來說，；——行星齒輪的數(shù)目；I——任意整數(shù)；由于本設(shè)計(jì)選用的差速器為對稱式圓錐行星齒輪差速器，選定半軸齒輪齒數(shù)為，行星齒輪數(shù)目，行星齒輪齒數(shù)為10。（3）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角：；式中：，——分別為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m:考慮到差速齒輪彎曲應(yīng)力的校核，取求出模數(shù)m后，節(jié)圓直徑d即可根據(jù)齒數(shù)z及模數(shù)m由下式求得：（4）壓力角汽車差速器齒輪過去都選用20°壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為1，而最少齒數(shù)為13。目前大都選用22°30′的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減少到10，并且小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最少齒數(shù)比壓力角為20°的少，故可用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。某些重型汽車和礦用汽車的差速器也可采用20°壓力角。本設(shè)計(jì)中選用壓力角為22°30′。（5）行星齒輪安裝孔直徑及其深度L行星齒輪安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度L就是行星齒輪在其軸上的支承長度。通常?。?—10）（6—11）（6—12）式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；——行星齒輪數(shù)目；——如圖4-6所示，為行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm;,為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而（如參考文獻(xiàn)[3]圖4-6）；；——支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為98MPa。差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩為N·m；取。差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為：（6—14）式中：T——差速器一個行星齒輪給予一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，N·m；其計(jì)算式為：（6—15）式中：——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按、（見式（6-2）、式（6-3））兩者中的較小者和（式（6-4））計(jì)算，N·m；——差速器行星齒輪數(shù)目；——半軸齒輪齒數(shù)；——計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)。，，，，F(xiàn)，m——見參考文獻(xiàn)[3]式（3-44）下說明；按上式并以計(jì)算所得的汽車差速器齒輪輪齒的彎曲應(yīng)力，不應(yīng)大于210.9MPa；按，兩種計(jì)算轉(zhuǎn)矩中的較小值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于980MPa。查參考文獻(xiàn)[3]：——超載系數(shù)，見參考文獻(xiàn)[3]式（3-11）下的說明；——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當(dāng)輪齒接觸良好、調(diào)節(jié)及徑向跳動精度高時(shí)，可取=1；——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸與熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)時(shí)，；——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承式時(shí)，=1.00～1.10；當(dāng)一個齒輪用騎馬式支承時(shí)，=1.10～1.25.支承剛度大時(shí)取小值?！?jì)算齒輪的齒面寬,mm；；——端面模數(shù)，mm；參數(shù)的選取與計(jì)算：N·mN·m（三）車輪傳動裝置分析及計(jì)算1.半軸設(shè)計(jì)計(jì)算半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。已知數(shù)據(jù)驅(qū)動型式為，查參考文獻(xiàn)[3]表5-1可得：半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：（6—16）式中：——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；——差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于圓錐行星齒輪差速器可?。?；——變速器I擋傳動比；——主減速比；N·m由參考文獻(xiàn)[3]式（5-16）得（6—17）取許用應(yīng)力代入計(jì)算得：出于對安全系數(shù)以及半軸強(qiáng)度的較核的考慮，取d=36mm。2.三種可能工況計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：（1)縱向力（驅(qū)動力或制動力）最大時(shí)，附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取0.8，沒有側(cè)向力作用；（2)側(cè)向力最大時(shí)即汽車發(fā)生側(cè)滑時(shí)，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取站1.0，沒有縱向力作用；（3)垂向力最大時(shí)（發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時(shí)）這時(shí)不考慮縱向力和側(cè)向力的作用。故縱向力最大時(shí)不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力最大時(shí)也不會有縱向力作用。3.半浮式半軸計(jì)算載荷的確定（1）縱向力最大和側(cè)向力為0：此時(shí)垂向力，縱向力最大值，計(jì)算時(shí)可取1.2，取為0.8。半軸彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：（6—18)（6—19）式(6—19),(6—20)中，a為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離，合成應(yīng)力為：（6—20）計(jì)算得：，（2）側(cè)向力最大和縱向力=0,此時(shí)意味著汽車發(fā)生側(cè)滑。外輪上的垂直反力和內(nèi)輪上的垂直反力分別為:（6—21）（6—22）式中，為汽車質(zhì)心高度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為0.35；為輪距，查資料得；為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取為1.0；外輪上的側(cè)向力和內(nèi)輪上的側(cè)向力分別為（6—23）（6—24）內(nèi)外車輪上的總側(cè)向力為。這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力為和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力分別為：（6—25）（6—26）計(jì)算得：（3）汽車通過不平路面，垂向力最大，縱向力=0，側(cè)向力=0此時(shí)垂直力最大值為(6—27)式中，k為運(yùn)載系數(shù)。乘用車：k=1.75;貨車：k=2.0;越野車：k=2.5.半軸彎曲應(yīng)力為(6—28)由于已知數(shù)據(jù)為乘用車，故K=1.75，綜上述計(jì)算得，均未超過半軸的許用應(yīng)力500MPa，故半軸強(qiáng)度校核滿足要求。驅(qū)動橋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)校核（一）校核主減速器校核齒面的接觸強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)[4]式（5-47）可知為彈性系數(shù)，