柴油动力suv车设计后驱动桥、后悬架设计-说明书.doc
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1、车辆与动力工程学院毕业设计说明书河 南 科 技 大 学毕 业 设 计(论 文) 题目 柴油动力SUV车设计-后驱动桥、后悬架设计姓 名院 系 车辆与动力工程学院专 业 车辆工程指导教师柴油SUV后驱动桥与后悬架的设计摘 要车桥有两种基本形式:非断开式和断开式。非断开式车桥不转动,而车轮在车桥上转动。最常见的例子就是在马车上所见到的非断开式车桥。断开式车桥与车轮相连接,这样两者一起转动。断开式车桥根据其承载方式可分为:半浮式,四分之三浮式和全浮式。后桥与车轮相连,内端装有一个半轴齿轮。差速器壳支撑在左侧车桥上,而且能够在轴承上做独立转动。差速器壳支承在行星齿轮轴上,行星齿轮与两个半轴齿轮相啮合。
2、冠状齿轮与差速器壳相连接,这样当冠状齿轮由传动齿轮驱动转动时,差速器壳也转动。也就是说,驱动力是从传动轴末端的传动齿轮输送到差速器的。当汽车直线行驶时,两个行星齿轮不在齿轮轴上转动,但却向两个半轴齿轮传递动力,这样半轴齿轮与冠状齿轮的转速相等。从而使两个后轮也以同样的速度转动。当汽车转弯时,外侧车轮就必须比内侧车轮转的更快。为了达到这一目的,两个行星齿轮在齿轮轴上传动,给外侧的车轮提供比内侧的车轮更多的运动,这样外侧车轮轴上的半轴齿轮比内侧车轮轴上的半轴齿轮转动的更快。目前使用的悬挂系统基本上为两种,一种是整体桥与刚板弹簧组成的非独立悬架,另一种是使用长短摆臂的独立悬架。这些悬挂系统有各种不同
3、的搭配,但是均运用相同的工作原理。非独立悬挂使用整体式车桥,两侧用钢板弹簧连接。通过装在轮轴和车桥之间的驱动轴,两端的车轮可以转动。使用独立悬架,每个车轮都可以自由的上下运动,几乎不受另一车轮的影响。关键词:车桥,行星齿轮,半轴齿轮,非独立悬架,独立悬架,钢板弹簧DIESEL-POWERED SUV DESIGNREAR AXELS AND SUSPENSIONABSTRACTThere are two basic tyes of axle:dead axleds and live axle.The dead axle does not rotate:the wheel rotates on
4、it .A common example is the axle on a horse drawn wagon.Live axles are attached to the wheel so that both the wheel and the axle rotate together.Live axles are classified accorading to manner in which they are supported:semifloating,three-quarter-floaring,and full-floating.The rear axles are attache
5、d to the wheels and have bevel side gears on their inner ends.The differential case isassembled on the left axle but can rotate on a bearing independently of the axle.The differential case supports the differdntial-pinion gear on a shaft,and this gear meshs with the two bevel gears.The ring gear is
6、attched to the differential case so that the case rotates with the ring gear when the latter is driven by the drive pinpion.The driving power enters the diffential throuth the drive pinpion on the end of the ropeller shaft.When the car is on a straight road ,the two differential-pinion gears do not
7、rotate on the pinion shaft ,but they do exert pressure on the side gear,causing both rear wheels to turn at the same speed ,also.When the car rounds a curve ,the outer wheel must turn faster than the inner wheel.To permit this,the two pinion gears rotate on their pinion shaft,transmitting more turni
8、ng movement to the outer side gear than to the inner side gear.Thus the side gear on the outer-wheel axle turns more rapidly than the side gear on the inner-wheel axle .There are two basic suspension systems is use today.One is the solid axle,leaf spring type;the other is the independent suspension
9、using long and short swing arms.There are various sdaptations of these systenms,but all use the same basic principle.The solid axle suspension uses a solid steel dead axle with a leaf spring at each side.The wheels swivel on each end via a pivot arrangment between the axle and the wheel spindle.With
10、 independent suspension,each wheel is free to move up and down with minimum effect on the other wheel. Key word: Rear axles,differential-pinion gear,bevel side fears,solid axle,independent suspension,leaf spring.符号说明rr: 车轮的滚动发半径np: 最大功率时发动机的转速vamax: 最高车速igH: 变速器最高档传动比Temax: 发机最大转矩N: 驱动桥数目iTL: 由发动机至所
11、计算的主减速器从动齿轮之间的传系最档传动比T:上述传动部分传动效率K0:离合器产生冲击载荷时超载系数G2: 满载时一个驱动轮上的静载荷系数: 轮胎与路面间的附着系数rr: 车轮的滚动半径lB ilB : 分别为所计算的主减速器从动齿轮到驱动车轮之间的传动效率和传动比p:单位齿长上的圆周力 N/mm ig:变速器档传动比d1:主动齿轮节圆直径F:动齿轮的齿面宽: 半轴的扭转应力T :半轴的计算转矩d:半轴杆部直径 K :超载系数Ks:尺寸系数,反映材料性质的不均匀性,与齿轮尺寸及热处理等有关。Km:载荷分配系数Kv:质量系数,对于汽车驱动桥齿轮,当齿轮接触良好、周节及径向跳动精度高时目 录第一章
12、 前 言 1第二章 驱动桥的设计 22.1 驱动桥概述 22.2 驱动桥型式及选择3第三章 主减速器的设计 43.1 主减速器结构方案分析43.2 主减速比及计算载荷的确定 43.3 主减速器齿轮主要参数的计算63.4 主减速器齿轮强度计算 203.5 主减速器齿轮的材料及热处理 22第四章 差速器的设计 234.1 差速器机构方案分析 234.2 差速器齿轮参数的计算 244.3 差速器齿轮强度计算 26第五章 半轴及桥壳设计 285.1 半轴的设计计算 285.2 桥壳的设计 31第六章 后悬架 336.1 钢板弹簧的设计 336.2 筒式减振器 35第七章 结 论37参考文献 38致 谢
13、 39第一章 前 言近十年来我国汽车工业迅猛发展,车型越来越多,各种车型的用途与分类也越来越明显。SUV汽车最早起源在美国,其功用是山地越野和军事运用,后来发展为在各种条件下都可使用的车型,并且大受消费者喜爱。目前国内的SUV厂家甚多,但多数是中低档产品,追求的是价廉实用。城市SUV是目我国前发展的主流,可选择两驱和四驱类型,其功率不追求过高,动力也不必太强,所以排量比真正作为越野的SUV车小的多。因此其价格低,但空气污染小,相当实用。柴油动力是今后汽车动力的发展方向,目前很多国外的高端汽车厂家已经在开发柴油高级车,其动力爆发迅速,动力强劲,价格与汽油相比低廉。我国目前的柴油动力主要用在大客和
14、货车上,这些车型的发动机技术含量较低,有少量的SUV也用柴油动力,但其技术含量低,油耗大,噪音大,这些弊端都是以后发展的技术攻关项目。本次设计的就是柴油动力的SUV,设计方向是中档车型,讲究经济实用。本人设计的是后驱动桥和后悬架,在设计过程中参阅了大量文献资料,和专业老师进行探讨,与同学共同克服种种困难,从设计方向出发,目标就是使本车型经久耐用,最终完成了任务。此设计说明书,记述了所有设计相关的数据和信息来源,按照驱动桥和悬架的先后顺序进行了编排,力争使读者能够轻松的读懂。在次要非常感谢我的指导教师李水良及车动学院的各位老师,还有很多同学对我的热情帮助。由于水平所限,书中难免有错误和漏洞之处,
15、恳请各位老师和读者批评指正,在此表示感谢。 第二章 驱动桥的设计2.1 驱动桥概述驱动桥位于传动系统的末端,其基本功用是增大由传动轴传来的转矩,将转矩分配给左、右驱动车轮,并使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能;同时,驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。驱动桥主要有主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置和驱动桥壳等部件组成。对于各种不同类型的和用途的汽车,正确的确定上述机件的结构型式并成功地将它们组合成一个整体驱动桥,乃是设计者必须首先解决的问题。在汽车总体设计时,从整车性能出发确定了驱动桥的传动比,然而用什么型式的驱动桥,什么结构的主减速器和差速器等
16、在驱动桥设计时是要具体考虑的,绝大多数的发动机在汽车上是纵置的,为使扭矩传给车轮,驱动桥必须改变扭矩的方向,同时根据车辆的具体要求解决左右车轮的扭矩分配,如果是多桥驱动的汽车亦同时要考虑各桥间的扭矩分配问题。整体式驱动桥一方面需要承担汽车的重荷,另一方面车轮上的作用力以及传递扭矩所产生的反作用力矩皆由驱动桥承担,所以驱动桥的零件必须具有足够的刚度和强度,以保证机件可靠的工作。驱动桥还必须满足通过性及平顺性的要求。对驱动桥的基本要求可以归纳为:一、 所选择的主减速比应能满足汽车在给定使用条件下具有最佳的动力性和燃油经济性;二、 差速器在保证左、右驱动车轮能以汽车运动学所要求的差速滚动外并能将转矩
17、平稳而连续不断的传递给左右驱动车轮;三、 当左右驱动车轮与地面的附着系数不同时,应能充分利用汽车的牵引力;四、 能承受和传递路面和车架或车厢间的铅垂力、纵向力和横向力,以及驱动时的反作用力矩和制动时的制动力矩;五 、驱动桥各零部件在保证其刚度、强度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下质量,以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷,从而改善汽车的平顺性;六 、轮廓尺寸不大以便于汽车总体布置并与所要求的驱动桥离地间隙相适应;七 、齿轮与其它传动件工作平稳,无噪声;八 、驱动桥总成及零部件设计应尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求;九 、在各种载荷及转速工况有高的传动效率;十 、
18、结构简单、维修方便,机件工艺性好,制造容易。由于后桥结构基本已经固定,在后桥设计中需要改进的问题主要有:齿轮传动的噪声、振动;半轴的可靠性设计;后桥壳的应力分析;双曲面齿轮的设计方法等。 2.2 驱动桥型式及选择驱动桥形式与整车有非常密切的关系,驱动桥分两大类:断开式驱动桥和非断开式驱动桥。根据整车的通过性、平顺性以及操纵稳定性对悬架结构提出了要求,如悬架选择了合适的结构型式,而驱动桥的结构也必须与悬架相适应。因此,驱动桥的选型应从汽车的类型、使用条件和生产条件出发,并和其他各部件的结构型式与特性相适应,以保证汽车达到预期性能要求。由于本设计中所设计的车型为SUV,由行驶条件及成本出发,采用非
19、独立悬架及非断开式驱动桥。这种型式驱动桥在汽车,尤其是载重汽车上应用相当广泛。它主要优点是:结构简单、制造工艺性好、成本低、可靠性高、维修调整容易等。本次设计的是0.5吨柴油动力SUV乘用车的后桥,由经济性及低成本等因素考虑:故本次设计采用非断开式驱动桥,单级主减速器,双曲面齿轮传动,普通对称式圆锥行星齿轮差速器,半浮式半轴,整体式桥壳。第三章 主减速器的设计3.1 主减速器结构方案分析主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速,以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。主减速器的结构型式,主要是根据齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的支撑形式以及减速型式的不同而异。驱动桥的主减速器为适应
20、使用要求发展多种结构型式:如单级主减速器、双级主减速器和单级主减速器加轮边减速等。由于两驱SUV发动机的功率不大以及扭矩中等的因素,故采用单级主减速器。在现代汽车的驱动桥上,主减速器齿轮采用得最广泛的是“格里森”(Gleason)制或“奥利康”(Oerlikon)制的螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。由于双曲面齿轮的螺旋角较大,则不产生根切得最少齿数可减少,所以可选用较少的齿数,这又利于的传动比传动。同时双曲面齿轮传动平稳噪声小、负荷大、结构紧凑等优点,所以本次设计采用双曲面齿轮传动。3.2 主减速比及计算载荷的确定3.2.1 主减速器比i0的确定主减速比对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量大小以及当变
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