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（优秀毕业全套设计）基于有限元中型货车半轴与桥壳设计（整套下载）

经计算最大扭转角.，扭转角宜选为满足条件。.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，选择的渐开线的花键具体参数为花键齿数为，模数.，分度圆直径.分度圆上压力角为。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为.半轴花键的挤压应力为.式中半轴承受的最大转矩，•，在此取.•半轴花键的外径在此取相配花键孔内径在此取花键齿数在此取花键工作长度花键齿宽.载荷分布的不均匀系数，计算时取.。根据上式可计算得根据要求当传递的转矩最大时，半轴花键的切应力不应超过.，挤压应力不应超过，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，等。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突缘部分可降至。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，硬化层深约为其半径的，心部硬度可定为花键部分表面硬度不淬火区突缘等的硬度可定在范围内。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号号钢的半轴也日益增多。本次设计考虑到半轴对传动系需要有定的保护作用，故采用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。第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.应具有足够的强度和刚度，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.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.保证足够的离地间隙.结构工艺性好，成本低.保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入.拆装，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起。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，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行驶时作用于桥壳各处的应力大小是相当困难的。在通常的情况下，在设计桥壳时多采用常规设计方法，这时将桥壳看成简支梁并校核些特定断面的最大应力值。我国通常推荐计算时将桥壳复杂的受力状况简化成四种典型的计算工况，即当车轮承受最大的铅锤力当汽车满载并行驶与不平路面，受冲击载荷时当车轮承受最大切应力当汽车满载并以最大牵引力行驶时当车轮承受最大切应力当汽车满载紧急制动时最大侧向力时。只要在这四种载荷计算工况下桥壳的强度特征得到保证，就认为该桥壳在汽车各种行驶条件下是可靠的。在进行上述四种载荷工况下桥壳的受力分析之前，应先分析下汽车满载静止于水平路面时桥壳最简单的受力情况，即进行桥壳的静弯曲应力计算。桥壳的静弯曲应力计算桥壳犹如空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷，而左右轮胎的中心线，地面给轮胎的反力双轮胎时则沿双胎中心，桥壳则承受此力与车轮重力之差值，即，计算简图如.所示。图.桥壳静弯曲应力计算简图桥壳按静载荷计算时，在其两钢板弹簧座之间的弯矩为•.式中汽车满载时静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，在此为车轮包括轮毂制动器等重力，驱动车轮轮距，在此为驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，在此为.桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。通常由于远小于，且设计时不易准确预计，当无数据时可以忽略不计所以.•而静弯曲应力则为.式中危险断面处钢板弹簧座附近桥壳的垂向弯曲截面系数，具体如下关于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面的形状，主要由桥壳的结构形式和制造工艺来确定，钢板冲压焊接整体式桥壳在弹簧座附近多为圆管端面，截面图如图.所示，其中，图.钢板弹簧座附近桥壳的截面图垂向弯曲截面系数.水平弯曲截面系数.扭转截面系数.垂向弯曲截面系数,水平弯曲截面系数,扭转截面系数的计算参考材料力学。关于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面的形状，主要由桥壳的结构形式和制造工艺来确定，从桥壳的使用强度来看，圆形管状的比矩形管状高度方向为长边的要好。所以在此采用圆形管状。根据上式桥壳的静弯曲应力.在不平路面冲击载荷作用下的桥壳强度计算当汽车在不平路面上高速行驶时，桥壳除承受静止状态下那部分载荷外，还承受附加的冲击载荷。在这两种载荷总的作用下，桥壳所产生的弯曲应力为.式中动载荷系数，对于载货汽车取.桥壳在静载荷下的弯曲应力，。根据上式汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算为了使计算简化，不考虑侧向力，仅按汽车作直线行驶的情况进行计算，另从安全系数方面作适当考虑。如图.所示为汽车以最大牵引力行驶的受力简图。图.汽车以最大牵引力行驶的受力简图作用在左右驱动车轮的转矩所引起的地面对于左右驱动车轮的最大切向反作用力共为发动机的最大转矩传动系档传动比.主减速比.传动系的传动效率.轮胎的滚动半径.。.根据上式可计算得.由于设计时些参数未定而无法计算出汽车加速行驶时的质量转移系数值，而对于载货汽车的后驱动桥可在范围内选取，在此取.。此时后驱动桥桥壳在左右钢板弹簧座之间的垂向弯矩为•.根据上式•由于驱动车轮所承受的地面对其作用的最大切向反作用力，使驱动桥壳也承受着水平方向的弯矩，对于装有普通圆锥齿轮差速器的驱动桥，由于其左右驱动车轮的驱动转矩相等，故有•.所以根据上式•图.汽车紧急制动时后驱动桥的受力简图桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩，这时在两钢板弹簧座间桥壳承受的转矩为•.式中发动机最大转矩，在此为•传动系档传动比.主减速比.传动系的传动效率，在此取.。根据上式可计算得.•由于桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面处为圆管断面，所以在该断面处的合成弯矩为.该危险断面处的合成应力为.桥壳需用弯曲应力为，需用扭转应力为。汽车紧急制动时的桥壳强度计算这时不考虑侧向力，图.为汽车在紧急制动时的受力简图。图.汽车在紧急制动时的受力简图由于设计时些参数是未知的，所以后驱动桥计算用的汽车紧急制动时的质量转移系数不可计算，般对于载货汽车后驱动桥取。图.为汽车紧急制动时后驱动桥壳的受力分析简图，此时作用在左右驱动车轮上除了有垂向反作用力外，尚有切向反力，即地面对驱动轮的制动力，因此可求得紧急制动时桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩及水平方向的弯矩分别为式中汽车制动时的质量转移系数，计算后驱动桥时.驱动车轮与路面的附着系数，计算时可取，在此取.根据上式可以计算得.•.•图.汽车紧急制动时后驱动桥的受力简图桥壳在两钢板弹簧座的外侧部分处同时还承受制动力所引起的转矩，对于后驱动桥•.根据上式•所以可根据式.，.计算出在钢板弹簧座附近危险断面的弯曲应力和扭转应力分别为汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算当汽车满载高速急转弯时，则会产生相当大的且作用于汽车质心处离心力。汽车也会由于其他原因而承受侧向力。当汽车所承受的侧向力达到地面给轮胎的侧向反作用力的最大值即侧向附着力时，则汽车处于侧滑的临界状态，此时没有纵向力作用。侧向力旦超过侧向附着力，汽车则侧滑如图.所示。因此汽车驱动桥的侧滑条件是.式中驱动桥所受的侧向力地面给左右驱动车轮的侧向反作用力汽车满载静止于水平面时驱动桥给地面的载荷轮胎与地面的侧向附着系数取.。由于汽车产生纯粹的侧滑，因此计算时可以认为地面给轮胎的切向反作用力为零。汽车向右侧滑时，驱动桥侧滑时左右驱动车轮的支承反力为式中左右驱动车轮的支承反力，汽车满载时的质心高度，.驱动车轮的轮距.。图.汽车向右侧滑时受力简图对于半轴为全浮式的驱动桥，在桥壳两端的半轴套管上，各装着对轮毂轴承，它们布置在车轮垂向反作用力的作用线的两侧，通常比外轴承离车轮中心线更近。侧滑时内外轮毂轴承对轮毂的径向支承力，如图.所示，可根据个车轮的受力平衡求出。轮毂轴承的受力分析用图桥壳的受力分析用图图.汽车向右侧滑时轮毂轴承对轮毂的径向支承力分析用图汽车向右侧滑时左右车轮轮毂内外轴承的径向支承力分别为式中轮胎的滚动半径取。其中地面给左右驱动车轮的侧向反作用力可由下式求得轮毂内外轴承支承中心之间的距离愈大，则由侧滑引起的轴承