王顺昊：矿用车驱动系统设计及轮边减速器系统设计
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，因此花键齿数必须相应地增加，通常取10齿(轿车半轴)至18齿(载货汽车半轴)。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。重型车半轴的杆部较粗，外端突缘也很大，当无较大锻造设备时可采用两端均为花键联接的结构，且取相同花键参数以简化工艺。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。
半轴多采用含铬的中碳合金钢制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB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HB388～444(突缘部分可降至HB248)。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HRC52～63，硬化层深约为其半径的1／3，心部硬度可定为HRC30～35；不淬火区(突缘等)的硬度可定在HB248～277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(40号、45号)钢的半轴也日益增多。
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
6 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挂及车架或车厢上。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。
驱动桥应满足如下的设计要求：应有足够强度和刚度，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前提下，尽量减小质量以提高行驶平顺性；保证足够的离地间隙；结构工艺性好，成本高；保护装于其上的传动系部件和防止泥水浸入。
6.1 桥壳的结构型式
桥壳的结构型式大致分为可分式桥壳和整体式桥壳。 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，由于上述缺点现已很少采用。 2)整体式桥壳
整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一整体的空心粱，其强度及刚度都比较好。且桥壳与主减速器壳分作两体，主减速器齿轮及差速器均装在独立的主减速壳里，构成单独的总成，调整好以后再由桥壳中部前面装入桥壳内，并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都十分方便。
整体式桥壳按其制造工艺的不同又可分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张成形式三种。
6.2 桥壳的受力分析及强度计算
我国通常推荐：计算时将桥壳复杂的受力状况简化成三种典型的计算工况（与前述半轴强度计算三种载荷工况相同）。只要这三种载荷情况下桥壳的强度得到保证，就认为该桥壳在汽车各种行驶条件下是可靠的。
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在进行上述三种载荷工况下桥壳的受力分析前，先分析一下汽车在满载静止于水平路段时桥壳的最简单的受力情况。
6.2.1 桥壳的静弯曲应力计算
计算简图如6-1所示。桥壳犹如一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受簧上载荷，而沿两侧轮胎中心线，地面给轮胎以反力G2/2(双轮胎时则沿双轮胎之中线)，桥壳则承受此力与轮胎重力g2w之差值，即（
G2?gw）
。
图6-1 桥壳静弯曲应力计算简图
Fig.6-1Static bending stress calculation diagram of the drive box
因此桥壳按静载荷计算时，在其两钢板弹簧座之间的弯矩为： M?(G2B?s2?gw)2 式中：G2—汽车满载静止与水平路面时驱动桥给地面的载荷，N； gw—车轮（包括轮毂、制动器等）的重力，7840N； B—驱动车轮轮距，2638mm；
s—驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，1335mm。
将上述参数代入（6-1），得 M=60651N?M
桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近，静弯曲应力?wj（MPa）则为 ?Mwj?103W v式中：
(6-1) (6-2) 38
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d4??1?4? Wv—危险断面处（钢板弹簧座附近）桥壳的垂向弯曲截面系数,?。 32?D???D3? 具体见下：
弹簧座处截面图如图6-2所示，其中B=170mm，H=180mm，?=25mm，?1=30mm.
图6-2 钢板弹簧座附近桥壳的截面图
Fig.6-2 The sections of Leaf spring seat shell near the bridge
垂向弯曲截面系数:
Wv?11?17?01830?12?0123?0?7260030m m (6-3) ?BH3?bh3??6?1806H11?18?01730?12?0123?0?6637036m m (6-4) ?HB3?hb3??6?1706B 水平弯曲截面系数:
Wh? 扭转截面系数:
Wt?2?1(B??)(H??1)?1305000mm3 6-5) 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》[9]。驱动桥的制造工艺及桥壳的结构决定着桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面的形状，从桥壳的使用强度来看，矩形管状（高度方向为长边）的比圆形管状的要好。所以在此采用矩形管状。
根据式 (6-2)的静弯曲应力，得 ?wj?60651?103?83MP a7260006.2.2 在不平路面上冲击载荷作用下桥壳的强度计算
当汽车高速行驶于不平路面上时，桥壳除了承受在静载状态下的那部分载荷外，还承受附加的冲击载荷。这时桥壳在动载荷下的弯曲应力为
?wd?kd?wj (6-6)
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kd—动载荷系数，对载货汽车取2.5。
代入(6-6)式 ?wd?207.5MPa
6.2.3 汽车以最大牵引力行驶时桥壳的强度计算
这是不考虑侧向力。此时作用在左右驱动车轮上除有垂向反力外，尚有切向反力。地面对左右驱动轮的最大切向反力共为
Pmax?TemaxiTL?T/rr (6-7) 式中参数上述已给定，代入式(6-7)，得 Pmax?16673N
后驱动桥壳在两钢板弹簧座之间的垂向弯矩Mv?N?M?为
?G?B?s Mv??2m2?gw? (6-8)
?2?2 式中：G2、gw、B、s—已说明；
m2—汽车加速行驶时的质量转移系数，对轿车后驱动桥取1.2～1.4；对载货汽车 后驱动桥取1.1～1.3，取m2=1.1。 代入式(6-8)，得 Mv?66927N?M
由于驱动车轮的最大切向力Pmax桥壳也承受水平方向的弯矩，对于装用普通圆锥齿轮差速器的驱动桥，在两簧座之间桥壳所受的水平方向的弯矩Mh为 Mh?将各参数代入式(6-9)，得
.4N?M Mh?2238PmaxB?s (6-9) ?22 桥壳还承受因驱动桥传递驱动转矩而引起的反作用力矩。这时在两板簧座间桥壳承受的转矩T为
T?TemaxiTL?T?7286N?M (6-10) 2当桥壳在钢板弹簧座附近的危险断面为矩形断面时，在钢板弹簧座附近的危险断面处的弯曲应力?w和扭转应力?分别为
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