辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
表4-1太阳轮、行星齿轮与齿圈的参数（单位：mm）
Tab.4-1 Parameters of the sun wheel, planet gear and ring gear
参 数 符 号 太阳轮 行星齿轮 齿圈 齿数 z 20 40 100 分度圆直径 d 100 200 500 齿顶圆直径 da 110 210 490 齿根圆直径 df 87.5 187.5 512.5 齿宽 b
85
80
75
压力角 200 齿顶高 ha?h?am
5 5 5 齿根高 h???f?ha?c?m 6.25
6.25 6.25 齿全高
h?ha?hf
11.25
11.25
11.25
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王顺昊：矿用车驱动系统设计及轮边减速器系统设计
5 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，其功用是接受从差速器传来的转矩并将其传动给驱动轮。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。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。
5.1 半轴的型式
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浮式和全浮式三种。
半浮式半轴以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，而端部则以具有锥面的轴颈及键与车轮轮毂相固定，或以突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，半浮式半轴承受的载荷复杂，但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。用于质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。
3/4浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部与轮毂相固定。由于一个轴承的支承刚度较差，因此这种半轴除承受全部转矩外，弯矩得由半轴及半轴套管共同承受，即3/4浮式半轴还得承受部分弯矩，后者的比例大小依轴承的结构型式及其支承刚度、半轴的刚度等因素决定。侧向力引起的弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命。可用于轿车和轻型载货汽车，但未得到推广。
全浮式半轴的外端与轮毂相联，而轮毂又由一对轴承支承于桥壳的半轴套管上。多采用一对圆锥滚子轴承支承轮毂，且两轴承的圆锥滚子小端应相向安装并有一定的预紧，调好后由锁紧螺母予以锁紧，很少采用球轴承的结构方案。由于车轮所承受的垂向力、纵向力和侧向力以及由它们引起的弯矩都经过轮毂、轮毂轴承传给桥壳，故全浮式半轴在理论上只承受转矩而不承受弯矩。但在实际工作中由于加工和装配精度的影响及桥壳与轴承支承刚度的不足等原因，仍可能使全浮式半轴在实际使用条件下承受一定的弯矩，弯曲应力约为5～70MPa。具有全浮式半轴的驱动桥的外端结构较复杂，需采用形状复杂且质量及尺寸都较大的轮毂，制造成本较高，故轿车及其他小型汽车不采用这种结构。但由于其工作可靠，故广泛用于轻型以上的各类汽车上[1][2]。
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5.2 半轴的设计与计算
半轴的主要尺寸是它的直径，设计与计算时首先应合理地确定其计算载荷。 半轴的计算应考虑到以下三种可能的载荷工况：
1）纵向力X2最大时(X2?Z2??)，附着系数?取0.8，没有侧向力作用；
2）侧向力Y2最大时，其最大值发生于侧滑时，为Z2??1中，侧滑时轮胎与地面侧向 附着系数?1，在计算中取1.0，没有纵向力作用；
kd 3）垂向力最大时，这发生在汽车以可能的高速通过不平路面时，其值为(Z2-gw)kd，
是动载荷系数，这时没有纵向力和侧向力的作用。
由于车轮承受的纵向力、侧向力值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即:
2 Z2?=X2+Y22 (5-1)
故纵向力X2最大时不会有侧向力作用，而侧向力Y2最大时也不会有纵向力作用。
5.2.1 全浮式半轴的设计计算
本课题采用带有轮边减速器的全浮式半轴，其详细的计算校核如下：
1)全浮式半轴计算载荷的确定
全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩按下式进行：
T?X2L?rr?X2R?rr (5-2)
式中：
X2L、X2R—左右车轮的纵向力；
rr—车轮的滚动半径。 纵向力按最大附着力计算，得 X2L?X2Rm'G2???243009N (5-3)
2 ?—轮胎与地面的的附着系数，取?=0.8。
对于驱动车轮来说，当发动机最大转矩Temax及传动系最低档传动比iTL计算所得的纵向力小于按最大的附着力所决定的纵向力时，则应按下式计算，即
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X2L或X2R??TemaxiTL?T/rr?10004N<243009N (5-4) 所以 X2L?X2R?10004N 上述参数已在上书说明。
所以，代人 (5-2)式 T=8743.4N.M 在设计时，全浮式半轴杆部直径的初步选取可按下式进行：
d?3T?1030.196?[?]?(2.05~2.18)?3T 式中：d—半轴杆部直径，mm；
T—半轴的计算转矩，N?M；
[?]—半轴扭转许用应力，MPa。
根据式 (5-5)，得
42.23mm≤d≤43.73mm 取 d=43mm 给定一个安全系数 k=1.3～1.5
所以 d=k×d=60mm 三种半轴的扭转应力由下式计算：
??16?T??d3?103 式中：
?—半轴的扭转应力，MPa；
T—半轴的计算转矩，T=8743.4Nm； d—半轴杆部直径，d=60mm。 将数据代入式 (4-6)，得
??560MPa
半轴花键的剪切应力为
?T?103b?z?L?j?(D p?bB?dA)/4 半轴花键的挤压应力为
?T?103 c?z?Ld p???[(DB?A)/4]?(DB?dA)/2(5-5)
(5-6) (5 -7)
(5-8)
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式中：T—半轴承受的最大转矩，T=12215Nm；
DB—半轴花键(轴)外径，DB=68mm； dA—相配的花键孔内径，dA=62mm； z—花键齿数，z=18；
Lp—花键工作长度，Lp=55mm； B—花键齿宽，B=9mm；
?—载荷分布的不均匀系数，取0.75。 将数据代入式（5-7）、（5-8）得：
M7Pa ?s?41.8 M2Pa ?c?150.7
半轴的最大扭转角为
??Tl1803??10 (5-9) GJ? 式中：T—半轴承受的最大转矩，T=8743.4N?M； l—半轴长度，l=1655mm；
G—材料的剪切弹性模量，MPa，取G=80GPa； J—半轴横截面的极惯性矩，J? 将数据代入式（5-9）得：
??7.5401/m
半轴计算时的许用应力与所选用的材料、加工方法、热处理工艺及汽车的使用条件有关。当采用40Cr，40MnB，40MnVB，40CrMnMo，40号及45号钢等作为全浮式半轴的材料时，其扭转屈服极限达到784MPa左右。在保证安全系数在1.3～1.6范围时，半轴扭转许用应力可取为[?]＝490～588MPa。
对于越野汽车、矿用汽车等使用条件差的汽车，应该取较大的安全系数，这时许用应力应取小值；对于使用条件较好的公路汽车则可取较大的许用应力。
当传递最大转矩时，半轴花键的剪切应力不应超过71.05MPa；挤压应力不应该超过196MPa，半轴单位长度的最大转角不应大于8°/m。
?32d4，mm。
5.3 半轴的结构设计及材料与热处理
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