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第五节 车轮传动装置设计 车轮传动装置位于传动系的末端，其基本功用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车 轮。对于非断开式驱动桥，车轮传动装置的主要零件为半轴；对于断开式驱动桥和转向驱动 桥(图5—27)，车轮传动装置为万向传动装置。万向传动装置的设计见第四章，以下仅讲 述半轴的设计。 一、结构形式分析 半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为半浮式、3／4浮式和全浮式三种形式。 半浮式半轴(图5—28a)的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔， 车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全 部力和力矩。半浮式半轴结构简单，所受载荷较大，只用于轿车和轻型货车及轻型客车上。 3／4浮式半轴(图5—28b)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，而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受 载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般仅用在轿车和轻型货车上。 二、半轴计算 1.全浮式半轴 全浮式半轴的计算载荷可按车轮附着力矩计算 (5-43) 式中，为驱动桥的最大静载荷；为车轮滚动半径；为负荷转移系数；为附着系数，计算时取0.8。 半轴的扭转切应力为 (5-44) 式中，为半轴扭转切应力；d为半轴直径。 半轴的扭转角为 (5-45) 式中，为扭转角；为半轴长度；G为材料剪切弹性模量；为半轴断面极惯性矩，。 半轴的扭转切应力宜为500～700MPa，转角宜为每米长度6°～15°。 2。.半浮式半轴 半浮式半轴设计应考虑如下三种载荷工况： (1)纵向力最大，侧向力为0：此时垂向力，纵向力最大值 /2，计算时可取1.2，取0.8。 半轴弯曲应力和扭转切应力为 (5-46) 式中，为轮毂支承轴承到车轮中心平面之间的距离，如图5-28所示。 合成应力 (5-47) (2)侧向力最大，纵向力=0，此时意味着发生侧滑：外轮上的垂直反力和 内轮上的垂直反力分别为 (5-48) 式中，为汽车质心高度；为轮距；为侧滑附着系数，计算时可取1.0。 外轮上侧向力和内轮上侧向力分别为 （5-49） 内、外车轮上的总侧向力为。 这样，外轮半轴的弯曲应力和内轮半轴的弯曲应力分别为 (5-50) (3)汽车通过不平路面，垂向力最大，纵向力，侧向力：此时垂直 力最大值为： (5-51) 式中，为动载系数，轿车：=1.75，货车：=2.0，越野车：=2.5。 半轴弯曲应力为 (5-51) 半浮式半轴的许用合成应力为600～750MPa o 3.3/4浮式半轴 3／4浮式半轴计算与半浮式类似，只是半轴的危险断面不同，危险断面位于半轴与轮毂相配表面的内端。 半轴和半轴齿轮一般采用渐开线花键连接，对花键应进行挤压应力和键齿切应力验算。 挤压应力不大于200MPa，切应力不大于73MPa。 三、半轴可靠性设计 在汽车设计中，可靠性已成为比较重要的技术指标之一。对于产品设计，须考虑各参量 的统计分散性，进行随机不确定分析，真实正确地反映产品的强度与受载等情况。 1.可靠度计算 对于全浮式半轴来说，所受的扭转切应力按下式计算 (5-53) 式中，T为半轴所传递的转矩；d为半轴的直径。 根据二阶矩技术，以应力极限状态表示的状态方程为 (5-54) 式中，为半轴材料的扭转强度；X为基本随机变量矢量，X=。 设基本随机变量矢量x的均值E(x)=，方差D(x)=。且认为这些随机变量是服从正态分布的相互独立的随机变量。g(x)是反映半轴状态和性能的状态函数，可表示半轴的两种状态： ≤0 失败状态 ＞0 安全状态 将g(X)在均值E(X)=X处展开成二阶泰勒级数，可得到g(X)的二阶近似均值 和一阶近似方差 (5-55) 不论g(X)服从什么分布，可靠性指标定义为 (5-56) 可靠度的一阶估计量为