转向驱动桥设计[1]

轿车转向驱动桥设计

摘要

驱动桥的基本功用是将传动轴或变速器传来的转矩增大并适当降低转速后分配给左、右驱动车轮，其次驱动桥要承受路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力和反作用力矩等。转向驱动桥在驱动桥的基础上增添了转向的功能，使汽车按照驾驶员的要求行驶。转向驱动桥组成包括主减速器、差速器、半轴、万向节、驱动桥桥壳等。驱动桥是汽车传动系中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好坏，驱动桥是汽车中的重要部件，它承受着来自路面和悬架之间的一切力和力矩，是汽车中工作条件最恶劣的总成之一，如果设计不当会造成严重的后果。

本文以驱动桥的传统设计方法为基础，详细研究了迈腾1.8T轿车的转向驱动桥的设计方法，提出了比较可行的设计思路。根据这一思路设计计算出数据并画出转向驱动桥的各零件图。同时我也查找了现有的迈腾1.8T轿车的驱动桥的结构原理，从样车对驱动桥的整体构造加深了解，结合最新有关驱动桥的信息和汽车设计书本上的知识来设计计算、绘制草图，然后运用AUTOCAD软件绘制总装配图，从而提了设计工作效率。

关键词：汽车驱动桥主减速器差速器半轴

Automobile Steering Drive Axle design

ABSTRACT

The basic function of the Drive Axle is increasing torque which is from drive shaft or transmission and reducing the speed ,then drive it to the left and right driving wheel; secondly drive axle still withstand the vertical force ,longitudinal force and transverse force between the road and bridge or the body frame ,and braking force , reaction torque ,etc. Steering Drive Axle adds the function of shift under the basic of the Drive Axle, so that the car can run according to the driver. Steering Drive Axle include the main drive component, Differential, half axel, universal, Drive Axle Housing, etc. Driving Axle is one of the main assemble of the automotive power train. Whether the design of the Driving Axle is reasonable or not, affect the use of the cars. Driving Axle is the important part of the cars, it withstands the all force and torque between the road and the suspension and its working condition is the worst in cars. If the design is not right it will cause serious consequences.

On the base of the Driving Axle traditional design methods, study the Steering Drive Axle design methods of the Magoton 1.8T carefully and give the practical design methods in this paper. According to this idea and the design data I draw out the parts diagram of the Steering Drive Axle. At the same time I also find the existing Magoton 1.8T sedan Driving Axle structure principle, and better understand the overall structure from the sample car. Combined with the latest information of the Driving Axle and the book of Vehicle Design to design and calculation, draw sketches, and them draw the general assembly drawing with auto CAD software, which raised the rate of the design.

Keywords:Automobile Driving Axle The Main Drive Component Differential Half Axel

目录

前言 (4)

第一章绪论 (6)

第二章驱动桥结构方案的选定 (7)

第三章主减速器设计 (8)

3.1 主减速器的结构形式 (8)

3.2 主减速器的类型........................................... 错误！未定义书签。第四章差速器的设计 (8)

4.1 差速器结构形式选择 (22)

4.2普通锥齿轮式差速器齿轮设计...................... . (23)

第五章驱动车轮的传动装置设计 (28)

5.1 半轴的型式 (10)

5.2 半轴的设计计算 (10)

5.3 半轴的强度较核.......................................... 错误！未定义书签。

5.4 半轴的结构设计及材料与热处理.............. 错误！未定义书签。第六章万向节设计.. (11)

6.1 万向节结构选择 (11)

6.2 万向节的材料及热处理.............................. 错误！未定义书签。第七章驱动桥壳设计. (12)

第八章转向节设计 (13)

结论 (13)

致谢 (40)

参考文献 (41)

前言

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

与我国经济的发展一样，改革开放30年以来，我国汽车工业的发展速度惊人。随着汽车工业的迅猛发展，轿车工业也得到了长足的进步，汽车产业逐渐成为我国的支柱产业。轿车质量不断提升，轿车产品日渐丰富，轿车消费环境越来越宽松，私人购车已形成了中国轿车市场滚滚洪流中的一支主流，轿车进入家庭的节奏越来越快，中国老百姓魂牵梦绕了一百多年的轿车梦也开始变为现实。在众多车型中，经济型轿车成为了人们购车的最爱。尤其是在下调车辆购置税之后，中国汽车的销量甚至超过了美国，成为世界第一。

作为汽车几大关键总成之一的汽车驱动桥，直接影响着整车的安全性、承载性、平顺性和舒适性,其主要零件的设计就会备受关注。汽车采用前置发动机前轮驱动的布置形式，其前桥既是转向桥又是驱动桥，我们称这种驱动桥为转向驱动桥，转向驱动桥在汽车上得到了广泛的应用。它承受着汽车的承载弹簧上荷重及地面经车轮、车架或承载式车身经悬架给予的垂直力、纵向力、横向力及其力矩。汽车车桥的结构形式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性，平顺性、通过性、机动性和操纵性等有直接影响。因此，车桥的结构型式选择、设计参数选取及设计计算对汽车的整车设计极其重要。

另外，汽车车桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。驱动桥包含主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置、桥壳；各种齿轮，各种万向节，各种轴承，各种油封、垫圈，各种螺栓、螺母、垫圈，轮毂及多种壳体等，转向桥和支持桥则包含汽车最大的模锻件：前梁或横梁。转向桥还包含转向节、转向臂、转向梯形臂等模锻件及转向主销、主销上下轴承或衬套、推力轴承球形铰接等。故汽车驱动桥设计的对汽车的品质影响重大。

目前轿车普遍都采用发动机前置前轮驱动的布置形式，加上前轮转向，转向驱动桥就在轿车上就得到了广泛的应用。它可以降低轿车的制造成本，

提高越过障碍的能力，动力总成结构更紧凑且减少了一根传动轴，提高了乘员的乘坐舒适性，提高了轿车的机动性，增大了汽车后部的行李箱空间，简化了汽车的操纵机构，减少了汽车消耗的材料，降低了制造难度。同时它也有自身的缺点。前轮驱动并转向需要采用等速万向节，其结构和制造工艺均复杂；前桥负荷较后轴重，并且前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；上坡行驶时驱动轮的附着力减小，汽车爬坡能力降低；总体布置工作困难，维修与保养时的接近性变差；一旦发生正面碰撞事故，发动机及其附件损失较大，维修费用高。

2、基本内容和技术方案

基本内容：

设计过程中要分析驱动桥的设计要求，也要分析常见转向驱动桥的结构、性能及特点，然后设计迈腾1.8T轿车的转向驱动桥，作出转向驱动桥装配总图；完成主减速器、差速器、半轴、转向节、桥壳等的位置布置及其结构选择；最后还要对机构的运动及强度进行校核。

技术方案：

首先了解汽车驱动桥总成的结构型式和布置情况，从所设计汽车的类型及使用、生产条件出发，并和所设计汽车的其它部件，尤其是与悬架的结构型式与特性相适应，保证整个汽车预期使用性能的实现为目的，考虑到迈腾 1.8T轿车使用的前悬架为麦弗逊式独立悬架，故选择断开式驱动桥。

其次对驱动桥的主减速器进行设计，包括主减速器的结构型式，主减速比的确定，主减速器齿轮计算载荷的确定，主减速器齿轮基本参数的选择，主减速器齿轮的材料及热处理，主减速器轴承的计算，主减速器的润滑。

然后确定差速器的结构型式及驱动车轮的传动装置，计算出差速器的传动效率及差速器的锁紧系数与转矩分配系数，选择汽车半轴的型式，完成对汽车半轴的设计计算，并适当考虑驱动车轮传动装置的万向节的形式。

最后选择合理的转向系统，使之与所设计的驱动桥相适应，终合考虑转向系统与驱动桥的之间的位置关系，避免发生运动冲突。

第一章绪论

汽车驱动桥位于传动系的末端。其基本功用是增扭、降速和改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理的分配给左右驱动车轮；其次，驱动桥还要承受作用于路面或车身之间的垂直力，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组成。

设计驱动桥时应当满足如下基本要求：

(1)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。

(2)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。

(3)齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。

(4)在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。

(5)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。

(6)与悬架导向机构运动协调。

(7)结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。

驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为非断开式驱动桥和断开式驱动桥两大类。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥，称为非独立悬架驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥，称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构较复杂，但大大提高了汽车在不平路面上的行驶平顺性。

第二章驱动桥结构方案的选定

本次设计的课题为轿车转向驱动桥的设计。

现在轿车多采用发动机前置前轮驱动的布置型式，只有高级轿车出于动力性和舒适性方面的考虑才采用后轮驱动的型式。由于汽车都把前轮作为转向轮，故轿车的驱动桥大多数为转向驱动桥。

首先转向驱动桥在轿车中是指具有转向功能的驱动桥。其主要功能有：一是把变速器传出的功率经其减速后传递给车轮使车轮转动；二是通过转向器把方向盘所受的转矩传递给转向杆从而使车轮转向。由于要求设计的是家用汽车的前驱动桥，要设计这样一个级别的驱动桥，一般选用断开式驱动桥以与独立悬架相适应。该种形式的驱动桥没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬架驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为弹簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬架则可以彼此独立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。

综上所述，本设计选择断开式驱动桥的形式。断开式驱动桥结构复杂，成本较高，但它大大增加了离地间隙；减小了弹簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增加了车轮的抗侧滑能力；如果与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可减轻汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。

第三章 主减速器设计

3.1 主减速器的结构形式

主减速器的结构型式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异。

影响主减速型式选择的因素有汽车类型、使用条件、驱动桥处的离地间隙、驱动桥数和布置形式以及主减速比0i ,其中0i 的大小影响汽车的动力性和经济性。

驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求：

(1) 所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。

(2) 外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，

噪音小。

(3) 在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。

第四章 差速器的设计

汽车在行使过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行使阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行使或直线行使，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。

差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、

凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。

4.1 差速器结构形式选择

汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。它可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器。普通锥齿轮式差速器的传动机构为锥齿轮。齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。

第五章驱动车轮的传动装置设计

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半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来。

5.1 半轴的型式

半轴的型式主要取决于半轴的支承型式。普通非断开式驱动桥的半轴，根据其外端的支承型式或受力状况的不同而分为半浮式、3/4浮式和全浮式。半浮式半轴以其靠近外端的轴颈直接支承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车轮轮毂相固定，或以凸缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接。因此，半浮式半轴除传递转矩外，还要承受车轮传来的弯矩。由此可见，半浮式半轴所承受的载荷较复杂，但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点，故被质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车和微型客、货汽车所采用。

基于上述特点，迈腾1.8T轿车选用半浮式半轴的结构。

5.2 半轴的设计计算

第6 章万向节设计

6.1 万向节结构选择

对于转向驱动桥，在其驱动车轮的传动装置中必须采用万向节传动，以便使转向车轮能够转向。在转向驱动桥上，常常在通往左右转向车轮的传动装置中和靠近车轮处，各安装一个等速万向节。固定型球笼式万向节（RF节图6-1）和伸缩型球笼式万向节（VL节图6-2）广泛应用于采用独立悬架的轿车转向驱动桥，如红旗、桑塔纳、捷达、宝来、奥迪等轿车的前桥。其中RF节用于靠近车轮处，VL节用于靠近驱动桥处（如图6-3）。因此在本设计中也采用这两种万向节。

图6-1 固定型球笼式万向节

图6-2 伸缩型球笼式万向节

图6-3 RF节与VL节在转向驱动桥中的布置

第7 章驱动桥壳设计

驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车荷重的作用，并将载荷传给车轮．作用在驱动车轮上的牵引力，制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬架及车架或车厢上。因此桥壳既是承载件又是传力件，同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置(如半轴)的外壳。

在汽车行驶过程中，桥壳承受繁重的载荷，设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性，在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质

量．桥壳还应结构简单、制造方便以利于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。在选择桥壳的结构型式时，还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。

桥壳的结构型式大致分为可分式桥壳、整体式桥壳和组合式桥壳：

(1)可分式桥壳

可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，每一部分均由一个铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维修都很不方便，桥壳的强度和刚度也比较低。过去这种所谓两段可分式桥壳见于轻型汽车，由于上述

第 8 章转向节设计

转向节在汽车中承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动面使汽车转向。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，需要有很高的强度。参考富康轿车的转向节，本设计中选用如下图所示的万向节。

图8-1

结论

经过几个月时间的设计，在同学、老师和车间工艺员的帮助下，终于

完成了轿车转向驱动桥的设计工作。本文按照刘惟信编著的《汽车车桥设计》一书详细研究了转向驱动桥的设计方案，提出了比较可行的设计思路，并按照这一思路进行详细地计算，最终根据计算数据绘制出转向驱动桥的总装配图及其零部件图。

在设计过程中，查阅了很多汽车相关的资料，对大学期间学到的汽车知识有了更高层次的认识。通过亲自查找资料和分析计算，充分锻炼了自己设计的能力；通过发现问题、提出问题、解决问题，体验到了设计的乐趣；在绘图的过程中，我熟悉并掌握了CAD制图的一些标准和技巧，当然也会存在一些问题，期待批评指正。用CAD绘过图之后，我更深刻地体会到CAD制图的效率，也认识到其成为主流的深层原因。手绘零件图后，我进一步熟悉了手绘图纸的各个细节，同时进一步感受到了手绘图纸的到实践中才会更有实际意义。

致谢

本毕业设计是在尊敬的指导老师万玉琼老师的悉心指导下完成的，在

参考文献

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