14吨商用车桥壳与半轴设计(附件)
在汽车行业中，中型车的广泛应用大力的推动了生产力的发展。驱动桥作为汽车动力传动的重要组成部分有着十分重要的意义，而驱动桥壳作为承载件支撑汽车重量，半轴作为传力件传递动力，这两个零件设计的好坏影响着整个车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面特性，所以此次设计必须要满足设计要求。在此次设计中，在调研了相应车型，查阅了大量资料后，选择全浮式半轴对半轴进行了设计计算；驱动桥壳选用冲压焊接式整体桥壳并且对桥壳在多种工况下进行了校核，最终确定了零件的参数。在确定参数之后又使用cad软件绘制了半轴、桥壳的零件图和装配图。通过对半轴和驱动桥壳的设计为中型汽车设计的领域提供了理论依据。
关键词 驱动桥，半轴，驱动桥壳，强度校核
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 设计内容及需要解决的问题 2
2 驱动桥的总体方案确定 3
2.1 设计车型主要参数 3
2.2 驱动桥形式的确定 3
2.3 半轴形式的确定 4
3 驱动半轴的设计 8
3.1 驱动半轴的设计与计算 8
3.2 全浮式半轴计算载荷的确定 8
3.3 半轴强度的计算 8
3.4 全浮式半轴杆部直径的初选 9
3.5 半轴花键的强度计算 9
3.6 半轴的热处理 11
4 驱动桥壳设计 11
4.1 驱动桥壳的功用和设计要求 11
4.2 驱动桥壳结构方案分析 12
4.3 汽车驱动桥壳在各种工况下强度计算14
4.3.1 驱 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
动桥壳的静弯曲应力计算14
4.3.2 在不平的路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算15
4.3.3 汽车以最大牵引力行驶时桥壳的强度计算15
4.3.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算17
4.3.5 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算19
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 选题背景目的及意义
在新中国成立后，在社会发展大潮中，汽车行业的发展尤为瞩目。从2009年到2014年，我国汽车的产销量连续五年都是世界第一。在占据着巨大的市场份额面前，也有需要注意的地方。虽然制造业的高速发展给整个汽车工业注入了大量的活力，但是国内的汽车制造工艺仍然大部分依靠国外的跨国公司，国内蓬勃发展的合资公司就是这一现状的缩影。所以中国要进一步发展汽车的行业，应该在自主设计和创新方面做出更大努力。中重型车这一领域作为汽车行业的一个焦点，自从20世纪90年代以后，我国才通过学习和引进外国先进的技术，才慢慢摆脱落后的局面，从而能够基本满足国内的需求。所以设计出优秀性能的中重型商用车将会推动我国在这一领域的发展水平。
1.2 国内外研究状况
在驱动桥中，桥壳起着承载整个驱动桥的作用，差速器和主减速器等部件都需要安装在其中，半轴则需要传递转矩，起传动作用。车辆运行时,桥壳需要承受载荷，所以在设计时要保证零件有足够的刚度及去强度。汽车的簧下质量越小，则汽车的载荷也相应减小，车辆在行驶时它的平顺性也越好，从而舒适程度也越高。在以往的比较传统的设计方法中，桥壳的强度计算时都是推断算出一个危险断面来进行校核。所以这种方法只是对桥壳整体的强度有验算，但是对桥壳上某个点的真实应力值却无法计算，所以这种方法越发不够可靠。
除了上述方法外，有限单元法在机械设计的领域的应用越发广泛，有限单元法是一种依托于计算机的结构分析的数值计算方法。在机械设计中的零件的应力和应变都可以使用这种软件来进行计算。并且这种方法真实的模拟了零件的各种特性，所以它的计算结果更为可靠和精确。与此同时，在比较各种设计方案的时候，在使用有限单元法后来比较，也可以有利于产品的优化改进。正是由于有限单元法的这种可以精确计算的优点使得它逐渐改变了以往传统的设计方法，正成为设计工具中的主流软件。在国外，有限单元法已经广泛应用于设计分析汽车结构的攻读和强度，并且它还在车身的结构的摸态分析、操纵稳定性分析、整车振动分析、传热分析（如汽缸、汽缸盖在气室燃烧时的温度分布）、空气动力学分析等各方面发挥着重要的作用。
目前在国外，早在20世纪70年代美国的外国汽车公司就已经使用有限元法来对汽车桥壳的强度分析。相较于国外，有限元法在我国工程设计中尽管起步比较晚，但发展十分迅速，特别是近十年来,有限元分析方法在工程中特别是在汽车领域的应用也变得越来越广泛，获得了一些重要的收获。举例如东南大学的羊扮，孙庆鸿等在使用ANSYS对桥壳进行强度分析后，相应的对其设计来进行优化发现成功的将优化后的桥壳本体厚度由8mm降至7mm，其质量也减轻了4.2千克。还有东风汽车公司技术中心的唐述斌，谷莉，在使用有限元软件分析后，大胆的将后桥壳厚度减小，在通过校核后成功减重8kg[6]。其中在我国通过将桥壳做台架试验，也有时将应变片贴在桥壳表面上来使用电测的办法来测量桥壳的应力，但是诸如此类的办法都需要比较大的投入，而且结果也不是很理想。正是这些方法缺点使得有限元法变得越发重要。
综合国内外的发展研究现状，发现在有限元分析桥壳方面国内的研究水平与国外仍然有着较大差距，但是只要坚定的以这种方法来进行研究分析，就可以慢慢缩小差距以获得更多成果。
1.3 设计内容及需要解决的问题
作为这次毕业设计的两个重要零件，驱动桥壳是安装的基础件，差速器、半轴、主减速器都需要安装在其中，并且它又和轮毂、悬架相连接，它的作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等；半轴是用来连接差速器和驱动轮的部件，它处于减速器和驱动轮之间，并且传递扭矩。半轴的内外端分别与差速器以及轮毂相连接来保证传递动力。
综合以上内容，根据相应要求，所以此次设计的目的如下：
（1）根据相关数据进行调研和查阅资料，了解相应车型结构
（2）比较各种形式驱动桥布置方案优缺点后确定驱动桥型式
（3）对半轴进行零件设计
（4）对驱动桥壳进行零件设计
（5）使用Auto CAD软件绘制驱动桥壳和半轴的零件图以及装配图
2 驱动桥总体方案确定
2.1 设计车型主要参数
发动机型号：EQB210直列六缸柴油机
最大功率：155KW/2500r/min
最大扭矩：658Nm
变速器最大传动比:=6.938
轮胎滚动半径:=508mm
根据设计要求取后轮距B为1860mm，选择钢板弹簧中心距为1100mm。
1-半轴；2-半轴套管；3-轮毂；4-轴承；5-锁紧螺母
由于此次设计的14吨商用车属于中型货车，考虑之后选择全浮式半轴作为此次设计的半轴类型。
齿距（mm）
9.42
半轴杆部直径（mm）
58
在计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其剪切应力和挤压应力
图3-1 半轴绘制简图
4 驱动桥壳设计
4.1 桥壳的设计要求和功用
桥壳主要是用来支撑和保护主减速器、半轴和差速器等，还要能够储存轮滑油，而且在车辆运行时它还能承受力矩和车轮传来的地面反作用力并且通过汽车悬架来传递给车架。驱动桥壳的设计应满足如下要求：
1 绪论 1
1.1 选题背景目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 设计内容及需要解决的问题 2
2 驱动桥的总体方案确定 3
2.1 设计车型主要参数 3
2.2 驱动桥形式的确定 3
2.3 半轴形式的确定 4
3 驱动半轴的设计 8
3.1 驱动半轴的设计与计算 8
3.2 全浮式半轴计算载荷的确定 8
3.3 半轴强度的计算 8
3.4 全浮式半轴杆部直径的初选 9
3.5 半轴花键的强度计算 9
3.6 半轴的热处理 11
4 驱动桥壳设计 11
4.1 驱动桥壳的功用和设计要求 11
4.2 驱动桥壳结构方案分析 12
4.3 汽车驱动桥壳在各种工况下强度计算14
4.3.1 驱 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
动桥壳的静弯曲应力计算14
4.3.2 在不平的路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算15
4.3.3 汽车以最大牵引力行驶时桥壳的强度计算15
4.3.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算17
4.3.5 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算19
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 选题背景目的及意义
在新中国成立后，在社会发展大潮中，汽车行业的发展尤为瞩目。从2009年到2014年，我国汽车的产销量连续五年都是世界第一。在占据着巨大的市场份额面前，也有需要注意的地方。虽然制造业的高速发展给整个汽车工业注入了大量的活力，但是国内的汽车制造工艺仍然大部分依靠国外的跨国公司，国内蓬勃发展的合资公司就是这一现状的缩影。所以中国要进一步发展汽车的行业，应该在自主设计和创新方面做出更大努力。中重型车这一领域作为汽车行业的一个焦点，自从20世纪90年代以后，我国才通过学习和引进外国先进的技术，才慢慢摆脱落后的局面，从而能够基本满足国内的需求。所以设计出优秀性能的中重型商用车将会推动我国在这一领域的发展水平。
1.2 国内外研究状况
在驱动桥中，桥壳起着承载整个驱动桥的作用，差速器和主减速器等部件都需要安装在其中，半轴则需要传递转矩，起传动作用。车辆运行时,桥壳需要承受载荷，所以在设计时要保证零件有足够的刚度及去强度。汽车的簧下质量越小，则汽车的载荷也相应减小，车辆在行驶时它的平顺性也越好，从而舒适程度也越高。在以往的比较传统的设计方法中，桥壳的强度计算时都是推断算出一个危险断面来进行校核。所以这种方法只是对桥壳整体的强度有验算，但是对桥壳上某个点的真实应力值却无法计算，所以这种方法越发不够可靠。
除了上述方法外，有限单元法在机械设计的领域的应用越发广泛，有限单元法是一种依托于计算机的结构分析的数值计算方法。在机械设计中的零件的应力和应变都可以使用这种软件来进行计算。并且这种方法真实的模拟了零件的各种特性，所以它的计算结果更为可靠和精确。与此同时，在比较各种设计方案的时候，在使用有限单元法后来比较，也可以有利于产品的优化改进。正是由于有限单元法的这种可以精确计算的优点使得它逐渐改变了以往传统的设计方法，正成为设计工具中的主流软件。在国外，有限单元法已经广泛应用于设计分析汽车结构的攻读和强度，并且它还在车身的结构的摸态分析、操纵稳定性分析、整车振动分析、传热分析（如汽缸、汽缸盖在气室燃烧时的温度分布）、空气动力学分析等各方面发挥着重要的作用。
目前在国外，早在20世纪70年代美国的外国汽车公司就已经使用有限元法来对汽车桥壳的强度分析。相较于国外，有限元法在我国工程设计中尽管起步比较晚，但发展十分迅速，特别是近十年来,有限元分析方法在工程中特别是在汽车领域的应用也变得越来越广泛，获得了一些重要的收获。举例如东南大学的羊扮，孙庆鸿等在使用ANSYS对桥壳进行强度分析后，相应的对其设计来进行优化发现成功的将优化后的桥壳本体厚度由8mm降至7mm，其质量也减轻了4.2千克。还有东风汽车公司技术中心的唐述斌，谷莉，在使用有限元软件分析后，大胆的将后桥壳厚度减小，在通过校核后成功减重8kg[6]。其中在我国通过将桥壳做台架试验，也有时将应变片贴在桥壳表面上来使用电测的办法来测量桥壳的应力，但是诸如此类的办法都需要比较大的投入，而且结果也不是很理想。正是这些方法缺点使得有限元法变得越发重要。
综合国内外的发展研究现状，发现在有限元分析桥壳方面国内的研究水平与国外仍然有着较大差距，但是只要坚定的以这种方法来进行研究分析，就可以慢慢缩小差距以获得更多成果。
1.3 设计内容及需要解决的问题
作为这次毕业设计的两个重要零件，驱动桥壳是安装的基础件，差速器、半轴、主减速器都需要安装在其中，并且它又和轮毂、悬架相连接，它的作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等；半轴是用来连接差速器和驱动轮的部件，它处于减速器和驱动轮之间，并且传递扭矩。半轴的内外端分别与差速器以及轮毂相连接来保证传递动力。
综合以上内容，根据相应要求，所以此次设计的目的如下：
（1）根据相关数据进行调研和查阅资料，了解相应车型结构
（2）比较各种形式驱动桥布置方案优缺点后确定驱动桥型式
（3）对半轴进行零件设计
（4）对驱动桥壳进行零件设计
（5）使用Auto CAD软件绘制驱动桥壳和半轴的零件图以及装配图
2 驱动桥总体方案确定
2.1 设计车型主要参数
发动机型号：EQB210直列六缸柴油机
最大功率：155KW/2500r/min
最大扭矩：658Nm
变速器最大传动比:=6.938
轮胎滚动半径:=508mm
根据设计要求取后轮距B为1860mm，选择钢板弹簧中心距为1100mm。
1-半轴；2-半轴套管；3-轮毂；4-轴承；5-锁紧螺母
由于此次设计的14吨商用车属于中型货车，考虑之后选择全浮式半轴作为此次设计的半轴类型。
齿距（mm）
9.42
半轴杆部直径（mm）
58
在计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其剪切应力和挤压应力
图3-1 半轴绘制简图
4 驱动桥壳设计
4.1 桥壳的设计要求和功用
桥壳主要是用来支撑和保护主减速器、半轴和差速器等，还要能够储存轮滑油，而且在车辆运行时它还能承受力矩和车轮传来的地面反作用力并且通过汽车悬架来传递给车架。驱动桥壳的设计应满足如下要求：
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