精品设计
中南⼤学
驱动桥
课程设计说明书
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⽬录
⼀、课程设计题⽬分析----------------------------------3
⼆、主减速器设计--------------------------------------4（⼀）减速器的结构形式---------------------------------------------4 （⼆）主减速器的基本参数选择与设计计算---------------------------- -5 （三）主减速器锥齿轮的主要参数选择----------------------------- ----7（四）主减速器锥齿轮的材料------------------------------------ ----10（五）主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算--------------------- -----11（六）主减速器轴承计算及选择------------------------- -------------13 三、差速器的设计-------------------------------------18（⼀）差速器结构形式选择----------------------------- -------------19（⼆）差速器参数确定--------------------------------- -------------20 （三）差速器直齿锥齿轮的⼏何尺⼨计算------------------ ------------22（四）差速器直齿锥齿轮的强度计算---------------------- ------------23四、半轴的设计---------------------------------------24 （⼀）半轴型式-----------------------------------------------------24 （⼆）半轴参数设计及计算-------------------------------------------25
（三）半轴花键的强度计算-------------------------------------------28 （四）半轴其他主要参数的选择---------------------------------------28（五）半轴的结构设计及材料与热处理---------------------------------29五、桥壳及桥壳附件设计-------------------------------29（⼀）驱动桥壳结构⽅案选择-------------------- ---------------------30 （⼆）驱动桥壳强度计算--------------------------------------------------------------------32（三）材料的选择---------------------------- -----------------------34参考⽂献- -------------------------------------------35 ⼀、课程设计题⽬分析：
本次设计题⽬为轿车驱动器，车型为Focus 1.8 TD Sedan。
具体参数如下：
发动机转速： 4000r/min
最⼤扭矩： 200N.m
汽车总重量： 1620kg
主传动⽐： 3.56。
设计开始之前，需准备《汽车设计课程设计指导书》、《汽车⼯程⼿册》等书籍，由于以前做过减速器设计，所以《机械设计》、《机械设计课程设计指导书》也会在此次设计中⽤到。
设计要求：
驱动桥处于动⼒传动系的末端，其基本功能是增⼤由传动轴或变速器传来的转矩，并将动⼒合理的分配给左、右驱动轮，另外还承受作⽤于路⾯和车架或车⾝之间的垂直⽴、纵向⼒和横向⼒。驱动桥⼀般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳。
设计驱动桥时应满⾜如下基本要求：
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）齿轮及其他传动件⼯作平稳，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。
驱动桥分为断开式和⾮断开式。在选择的时候，应当从所设计的汽车类型及使⽤、⽣产条件出发，还得和所设计的其他部件结合，尤其是悬架，⼀次保证整车的预期性能和使⽤要求。
驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采⽤⾮独⽴悬架时，驱动桥应为⾮断开式；当采⽤独⽴悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。具有桥壳的⾮断开式驱动桥结构简单、制造⼯艺⾏好、成本低、⼯作可靠、维修调整容易，⼴泛应⽤于各种载货汽车、客车及多数的越野汽车和⼩轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对于汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构复杂，成本较⾼，但它⼤⼤地增加了离地间隙；减⼩了簧下质量，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，⼤⼤增强了车轮的抗侧滑能⼒；与之相配合的独⽴悬架导向机构设计得合理，可增加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车上应⽤相当⼴泛。
本课题要求设计福特1.8家⽤乘⽤车的驱动桥，根据结构、成本和⼯艺等特点，所以我们采⽤⾮断开式驱动桥，这样，成本低，制造加⼯简单，便于维修。
三、主减速器设计
（⼀）、减速器的结构形式
主减速器的结构形式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置
⽅法以及减速形式的不同⽽异。
1，主减速器的齿轮类型
主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲⾯齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。
现代汽车驱动桥的主减速器齿轮⼴泛采⽤螺旋锥齿轮。螺旋锥齿轮传动在承受较
⾼载荷时，⼯作平稳，噪⾳⼩，滑动速度低，作⽤在齿⾯上的接触负荷也⼩。所
以本题采⽤单级锥齿轮。
2，主减速器主，从动锥齿轮的⽀承形式
本题为设计轻型轿车，所以采⽤悬臂式安装。采⽤悬臂式安装时，为保证齿
轮的刚度，主动齿轴颈应尽可能加⼤，并使⼆轴承间距离⽐悬臂距离⼤2.5倍以
上。
（⼆）主减速器的基本参数选择与设计计算
1，主减速器计算载荷的确定
发动机选择
福特1.8 轻型轿车⼤多采⽤CAF488Q1发动机，所以此处也采⽤此发
动机。其参数最⼤扭矩为：180N.m/4000rpm 。
主减速⽐i 0的确定
对于具有很⼤功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给
定发动机最⼤功率amax P 及其转速p n 的情况下，所选择的i 0值应能保证这些汽车
有尽可能⾼的最⾼车速amax v 。这时i 0值应按下式来确定： r p 0amax gh r n i =0.377v i 式中 r r ---------车轮的滚动半径，此处给定轮胎型号为185/65R14，所以
汽车桥壳滚动半径为185×65%+14×25.4/2=298.05mm 。
i gh ---------变速器量⾼档传动⽐。i gh =0.67
把n n =4000r/n , amax v =184km/h 代⼊上式
计算得i 0=3.64
1）、按发动机最⼤转矩和最低挡传动⽐确定从动锥齿轮的计算转矩Ｔce Tce=
d emax 1f 0k T ki i i ηn
式中：
Tce---------计算转矩，Nm ；
T emax ---------发动机最⼤转矩；T emax =180N.m
n---------计算驱动桥数， n= 1；
i f ---------分动器传动⽐， i f = 1；
i 0---------主减速器传动⽐， i 0=3.64；
η---------变速器传动效率，η=0.90；
k---------液⼒变矩器变矩系数， K=1；
K d ---------由于猛接离合器⽽产⽣的动载系数，K d =1；
i 1---------变速器最低挡传动⽐，i 1=3.66；
将数据代⼊上式可得：
Tce=2158.23N.m
2）、按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cs T m N i r m G m r ?=,122CS T η式中：2G --------每个驱动轴上的重量，为60%G=60%×16200=9720N
2m --------加速时重量转移系数，此处为1.1；
----------轮胎与路⾯的附着系数，对于⼀般轮胎的公路⽤汽车在良好
的混凝⼟或沥青路上可取0.85；
r r ---------车轮滚动半径，0.298m ；
m i ---------车轮到从动锥齿轮间的传动⽐，取1；
η----------车轮到从动锥齿轮间的传动效率，⼀般为0.9；
将数据代⼊公式可得到T cs =3009.2 N.m
3）、按汽车⽇常⾏驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cf T
m N f f f i r G j a d
m r a ?++=),(T cf η式中：Ga ----------汽车总重量，16200N ；
r r -----------车轮滚动半径，0.298m ；
m i ------------从动锥齿轮到轮边减速⽐，取1；
d η-----------驱动轴传动效率，圆弧锥齿轮取0.90；
a f -----------公路坡度系数，它代表汽车在设计时要求
能够持续爬坡的能⼒，⽽不是公路的坡度
系数，取0.06；
j f -----------性能系数，代表汽车在坡度上的加速能
⼒，取0.017；
代⼊公式可得：cf T =413.03m N ?
所以，126.08n
i T T cf zf ==。N.m 最⼤计算扭矩取1，2计算的较⼩值，所以
=T c 2158.23N.m 计算转矩： 658.8n i T T c z
==。N.m （三）、主减速器锥齿轮的主要参数选择
1)主、从动锥齿轮齿数z 1和z 2
选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素；
为了啮合平稳、噪⾳⼩和具有⾼的疲劳强度，⼤⼩齿轮的齿数和不少于40
在轿车主减速器中，⼩齿轮齿数不⼩于9。
查阅《汽车课程设计指导书》资料表6-4，主减速器的传动⽐为3.64，初定
主动齿轮齿数z 1=11，从动齿轮齿数z 2=40。
所以计算得i 0=3.64，=T c 2158.23N.m ，658.8T z =N.m 。
2）从动锥齿轮⼤端分度圆直径2D 和端⾯模数t m
对于单级主减速器，增⼤尺⼨2D 会影响驱动桥壳的离地间隙，减⼩2D ⼜
会影响跨置式主动齿轮的前⽀承座的安装空间和差速器的安装。
2D 可根据经验公式初选，即
322c D T K D =
2D K ——直径系数，⼀般取13.0～16.0
Tc ——从动锥齿轮的计算转矩，m N ?，为Tce 和Tcs 中的较⼩者
所以 2D =（13.0～16.0）32158.23=（167.99～206.77）mm
初选2D =200mm 则t m =2D /2
z =200/40=5mm 初选t m =5mm ，则2D =200mm
根据t m =3c m T K 来校核s m =5选取的是否合适，其中m K =（0.3～0.4）
此处，t m =（0.3～0.4）32158.23=（3.88～5.17），因此满⾜校核。
主动锥齿轮⼤端模数m z
m z =（0.598～0.692）3z T =5.20～6.02
取m z =6mm ，所以1D =66mm
3）主，从动锥齿轮齿⾯宽1b 和2b
锥齿轮齿⾯过宽并不能增⼤齿轮的强度和寿命，反⽽会导致因锥齿轮轮齿⼩
端齿沟变窄引起的切削⼑头顶⾯过窄及⼑尖圆⾓过⼩，这样不但会减⼩了齿根圆⾓半径，加⼤了集中应⼒，还降低了⼑具的使⽤寿命。此外，安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因使齿轮⼯作时载荷集中于轮齿⼩端，会引起轮齿
⼩端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿⾯过宽也会引起装配空间减⼩。但齿⾯过窄，
轮齿表⾯的耐磨性和轮齿的强度会降低。
对于从动锥齿轮齿⾯宽2b ，推荐不⼤于节锥2A 的0.3倍，即223.0A b ≤，⽽
且2b 应满⾜t m b 102≤，对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采⽤：
22155.0D b ==0.155?200=31mm
⼀般习惯使锥齿轮的⼩齿轮齿⾯宽⽐⼤齿轮稍⼤，使其在⼤齿轮齿⾯两端都
超出⼀些，通常⼩齿轮的齿⾯加⼤10%较为合适，在此取1b =1.12b =34mm
4）中点螺旋⾓β
齿锥齿轮副的中点螺旋⾓是相等的，选β时应考虑它对齿⾯重合度ε，轮齿
强度和轴向⼒⼤⼩的影响，β越⼤，则ε也越⼤，同时啮合的齿越多，传动
越平稳，噪声越低，⽽且轮齿的强度越⾼，ε应不⼩于1.25，在1.5～2.0
时效果最好，但β过⼤，会导致轴向⼒增⼤。
汽车主减速器弧齿锥齿轮的平均螺旋⾓为35°～40°，⽽商⽤车选⽤较⼩的
β值以防⽌轴向⼒过⼤，通常取35°。
5）螺旋⽅向
主、从动锥齿轮的螺旋⽅向是相反的。螺旋⽅向与锥齿轮的旋转⽅向影响其
所受的轴向⼒的⽅向，当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向⼒离开锥顶
⽅向，这样可使主、从动齿轮有分离的趋势，防⽌轮齿因卡死⽽损坏。所以主动
锥齿轮选择为左旋，从锥顶看为逆时针运动，这样从动锥齿轮为右旋，从锥顶看
为顺时针，驱动汽车前进。
6）法向压⼒⾓
加⼤压⼒⾓可以提⾼齿轮的强度，减少齿轮不产⽣根切的最⼩齿数，但
对于尺⼨⼩的齿轮，⼤压⼒⾓易使齿顶变尖及⼑尖宽度过⼩，并使齿轮的端⾯重
叠系数下降，⼀般对于“格⾥森”制主减速器螺旋锥齿轮来说，在此轻型轿车选α
择压⼒⾓?
=20
7）具体参数如下表
参数及其计算确定
（四）主减速器锥齿轮的材料
驱动桥锥齿轮的⼯作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相⽐，具有载荷⼤、作⽤时间长、变化多、有冲击等特点。因此，传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。主减速器锥齿轮的材料应满⾜如下的要求：
a）具有⾼的弯曲疲劳强度和表⾯接触疲劳强度，齿⾯⾼的硬度以保证有⾼的耐磨性。
b）齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。
c）锻造性能、切削加⼯性能以及热处理性能良好，热处理后变形⼩或变形规律易控制。
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