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汽车后桥与悬挂的设计
中文摘要
车轴是通过悬挂系统与车身连接在一起。车轴的作用是承载车身通过悬挂传递而来的力。现在市场上，大多数的采用了后轮驱动车轴，也就是人们口中常说的后驱车辆。后轴驱动的车辆，是它的后桥提供的驱动力，前桥仅仅作为转向桥而已。 在本次的汽车后桥及其悬挂的设计中，就设计了前置后驱车辆的后驱动桥的部分，首先是根据使用特点选择了全浮式半轴、轴壳的结构形式，进而是根据具体参数对各部件进行结构设计和强度等等的校核计算。最后使得车桥在各种情况下均满足使用要求。
什么是悬挂系统？它就是作用在汽车车身和车轴的一种连接结构，悬挂装置主要是传递车身和车轮之间的力和力矩，出于乘车的舒适性，悬架采用弹性元件，能缓冲地面传来的震动以减弱给驾驶人及乘客带来的颠簸感，这样车辆就能平顺行驶。本次设计中，根据车型特点选择钢板弹簧作为悬挂形式，优良的性能和较低的成本使板簧成为应用最广泛的一种弹性元件，它就是由若干片儿等宽但是不等长的合金钢板弹簧片儿组合而成的一根弹性梁，一根近似等强度的弹性梁。根据所要求的性能参数，进行各片长度，曲率等数据计算，并最终设计出满足行驶要求的钢板弹簧总成。利用pro/E进行基本部件的三维建模，绘制关键部件的工程图。
关键词：驱动桥； 悬挂系统 ；舒适性；稳定性；全浮式半轴；钢板弹簧
The Design of Bridge Axle and Suspension
英文摘要
Abstract：Bridge connected with the frame through the suspension, both ends of it installation of automotive wheels. Its function is to transfer the direction of force between the frame (or the load type body) and the wheels. Most cars use rear-drive, so the front axle as steering axle, rear axle as the drive axle. So our work is the design of rear axle parts in the rear-drive vehicles, first, choice the modus of axle according to the characteristics of the car, then structural design of the components、specific parameters、the checking calculation was worked out in accordance with the order. Makes the bridge meet the request in all cases.
Suspension is the general of all components which transfer force between frame and axle or wheel, its function is to transfer the Force and moment between the wheel and the frame, when passed by the uneven road surface， The impact of the body frame Was buffered, and this resulting shock attenuation and ensure a smooth running car. In this design, we chosen leaf springs as the vehicle suspension form according to characteristics of the car , leaf springs is the most widely used in automobile suspension an elastic element, which formed by a number of plate with different Length. According to the required performance parameters, for the film length, curvature data, calculation, and ultimately designed to meet the driving requirements of the leaf spring assembly.
Keywords：drive axle; suspension system; stability Ride; full floating axle; leaf spring
据估计，我国工程用车的市场销量以每年超过11.2%的速度迅速增长，而这样的趋势就带来了零部件设计上的更新与变化.整体式桥壳就是在这种新趋势所催生的新车桥结构：其特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳就像是一个整体的空心梁，此种结构的另一特点就是桥壳与主减速器分为了两个部分。它具有强度和刚度大、主减速器拆装方便、调整简便的特点哦。根据不同的成型方式呢，整体式轴套的类型又可以分为铸造整体式的、钢管扩张成型式的、还有钢板冲焊式的，共计三种类别啊。整体式铸造桥壳的材料一般采用的有球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造，其好处是：可以加工成复杂而理想的形状，桥壳的壁厚也可以根据工艺的要求而变化，桥壳上的应力分布也能达到相对理想的要求，桥壳能达到的刚度和强度都很高，但是整体式桥壳的也有它的缺点，那就是：它的相对质量通常情况下非常大，需要加工的型面复杂而繁多，所以造成整体式桥壳的型面变化有许多困难、制造工艺也很复杂，况且需要的铸造设备也要有相应规模，铸造过程中不好控制桥壳的质量，所以，生产出的产品会出现次品，因此，主要应用于载荷大的重型汽车上，不过，货车、皮卡和马力较大的越野SUV车也有广泛应用。钢板冲焊式和扩张成型式桥壳也有自己独特的优势，产品质量轻、材料的可利用率较高，这就使得制造成品时需要花费的较少，基于这种有点，冲焊式轴套适合用于产品的大批量生产，因此，被广泛应用于市场上数量较多的轿车、轻型车、中型车、重型车等车型的的车轴构成。社会在发展、人类在进步、科学技术亦如此。如今，越来越多的客车采用空气悬挂产品，在这种趋势下，对悬挂支座的加工精度会有更加严格的要求，支座的型式相对卡车也变得复杂，支座强度也较高。轴壳的品种也告别过去的单一模式，变得数量多、品种多的发展态势。所以，整体式焊接桥壳代替整体式铸造桥壳的发展趋势会成为必然。
本次汽车后桥及其悬挂的设计主要指标如下:
表1.1 设计数据
1.1 半轴的设计
半轴也叫驱动轴。半轴其实是一根实心轴，用来传递扭矩，作用于变速器与驱动设备之间，半轴内端一般通过花键与半轴齿轮配合，此种配合大多数情况下采用过渡配合；外端与轮毂相配合，此配合大多数情况下是过盈配合。发动机高速运转时，经过机箱里的多种变速齿轮的作用，动力装置传递出来的扭矩，通过半桥的旋转运动然后传递给汽车的驱动装置，就在这种情况下，驱动装置带动驱动轮毂的旋转，最后通过对变速杆的操作控制汽车的前进与倒退运动。根据轮毂安装结构的不同，半轴的受力情况也不尽相同，所以，根据不同的半轴的支承形式，目前，半轴的主要形式也不多，主要可分为：全浮式半轴和半浮式半轴两种类型。
全浮式半桥的作用是只用来输出转矩的，它不用于传递任何的扭矩，不用于承载任何的反力或者弯矩，因此呢是被各类汽车广泛应用的汽车车桥。全浮式半轴的优点就是拆装方便，拆卸时，仅拧下半轴突缘上的固定螺栓就可以卸下汽车半轴，而剩下的车轮与桥壳继续保持车身的原型，基于这种有点，汽车修理和保养时就方便多了。
那么至于半浮式半桥呢。它既传递扭矩同时呢又可以承受全部反力和弯矩。它的承载方式就是简单、造价就是低啊，所以呢反力弯矩较小的各类轿车就被大量的应用上了呢。但是事实上呢，半浮式半桥在装卸这块儿还是比较的繁琐的啊，而且在汽车行驶过程中若出现半轴折断的情况下则易造成车轮飞脱的危险，基于以上的情况，应用此种半桥对技术的要求就比较严格、安装精度也就比较高了。
1.1.1 半轴的形式
就那些大型重车而言，如果想提高汽车车载大梁的抗载能力，使用全浮式半桥能降低对车桥系统的要求。对于使用不同类型轴的同类车辆的额定载荷通常会大相径庭啊。对于那些需要长途运输的大型重车，应用全浮式半轴的重车就会比应用半浮式车桥背负更多的重载力，因为此时的全浮式车桥仅仅用来搞定差速器通过传动轴传递过来的扭矩。
全浮式车轴还有更大的优势呢，那就是它还包括能够很方便的拆除断裂的半轴，而且同时呢仍然还可以使车辆出现故障的那个轮胎保证正常的转动啊。这就是对于汽车在维修以及行车的安全性较比之前就有了相应的提升啊。之所以能如此，是因为车轮实际上通过螺栓连接到轮毂，该轮毂再连接到半轴的外端的法兰盘上，进行链接运动。有的车轴具有手动锁定功能，也就是手刹功能。
故本次设计采用全浮式半轴
图1.1 全浮式半轴
在得到了半轴上的计算扭矩或着合成力矩之后,就可以对半轴做扭转剪切应力计算了。
当应用40Cr、40MnB等合金钢材料时，材料的扭转屈服极限可达440N/mm2。保证安全系数在1.4-1.7范围内，许用应力可取[
]=480-700N/mm2。
对于农用车辆及工作路况较好的车辆，就要求车辆是具有较大许用应力，但是对于经常在山路上、泥泞的道路上又或者是在工地工作的车辆，这个对于许用应力的要求就不再有那么的严格了，这时呢就会要求采用较大的安全系数了，用以保证车辆在复杂恶劣的环境下仍然能够正常的运行，就好了。
在本次设计中,车辆最大输出扭矩为3000N/m。半轴危险截面半径为34mm。
根据材料力学公式:
（1-1）
图1.2 半轴的建模
1.2 轴壳的设计
驱动轴壳是传力件又是承载件，所以，轴壳必须满足极限条件下的强度和刚度要求；合理的减轻轴壳质量是降低非簧载质量，提高平顺性的措施之一；轴壳的机构应该考虑制造工艺性、减少加工面、提高材料利用率、降低成本等；还要保证主减速器的调整、拆装、维护方便。
第2章 悬挂的设计
悬挂系统是什么,在绪论中也有简单的提到，这个章节就是要详细的说明一下，悬挂系统就是一种链接装置，用来连接汽车车桥和车身的一种过渡结构，变速器通过传动结构将扭矩传递给驱动装置，以此来产生汽车的运动，运动过程中车轮将地面的运动情况通过悬挂装置传递给汽车车身。悬挂装置是具有缓冲作用的，它能减弱地面传来的强烈震动，可以让汽车相对较为平稳的行驶。汽车工作时，悬挂系统不但能支撑着汽车的车身，而且由于本身具有弹簧的作用，同时也兼具有减震的效果，所以，能安装悬挂系统的汽车就能大大增加驾驶人和乘客的用车舒适感。所以，就伴随着人们对舒适感要求的逐步提高，越来越好且越优良的悬挂系统就必将成为汽车在舒适度上发展的必然趋势了。
我们从大体上来讲，汽车的悬挂系统可以分为两个，就是独立悬挂以及非独立悬挂的系统，那么他们分别的有什么相同或者不同之处呢？下面我就先简单的介绍一下：其实非独立悬挂的结构与独立悬挂相比，具有较简单的优点，简单来说，就是左右两个车轮安装在了同一根车轴的两端。但是，悬挂的结构存在着多多少少的差异、与车身的接触类型也大有不同，有的会采用包耳，也有的会使用橡胶垫圈、再有具体的连接方式要求也不尽相同，结合以上种种的差异就使得了非独立悬架结构的型式并不是唯一的。但是呢，就最常见的非独立悬架结构也有几种：有平行片状弹簧式的、扭力梁车轴的、扭力梁式的共计三种啊。
平行片状弹簧式：平行安装在车轴两端的片状弹簧，弹簧具有收张、吸震等作用，可以减弱地面传来的震动。同时，片状弹簧也具有定位车桥的作用。片状弹簧式的优点就是构造非常的简单，因需要加工的东西比较少，所以，工艺也比较的简单，成本也比较的低。而且片状弹簧的强度较高并且可靠性非常高，片状板簧的安装能较好的降低车身的底板，那么较低的车身底盘就能使得汽车的稳定性得以相应的提升，当车的载重较重时，不会因为车身的偏斜对车轮的角度产生巨大的影响，这样呢，就会给驾驶人较舒适的操纵感，不经意间的就减轻了驾驶人的疲劳感、颠簸感。就最近几年来看，越来越受欢迎的就是商务车了，比如奔驰商务、别克商务等，其后悬架多采用平行片状式。
扭力梁车轴式的：这种悬挂的结构通常用在前驱（Front—drive）车上。左右轮通过一根扭力梁连接起来，扭力梁能控制左右车轮的跳动，增强车辆的平衡感。在扭力梁的上方添加有连杆，它的作用就是实现横向的定位作用。当车身发生倾斜时，因扭力梁车轴的扭曲，会造成车轮的倾角也跟随产生变化。由于扭力梁车轴式的构造简单以及占用车底的空间较小，相对的来说车室的空间就可以大大的增加了，因此扭力梁车轴式的悬挂大多数还是使用在了小型汽车上，就例如使用在Toyota车型上的后悬挂系统。
就扭力梁式的悬挂来说：Toyota Wish的后轴悬挂，它就是采用了扭力梁式的非独立悬架结构。这种扭力梁式就是在左右拖曳臂的中间设置了扭力梁，所以使得悬挂的外形看起来类似H型，悬挂系统可是用以拖曳臂的前端与车身相连结的。因为左右拖曳臂的刚性比较的大，所以呢就不需要装设横向的连杆机构。当车身发生倾斜时，因扭力梁车轴的扭曲，会使得车轮的倾角发生变化，用以适应不同的环境。欧洲小型掀背车的后悬挂，多采用扭力梁式设计。而Toyota现行的ETA Beam系统中，加入了可控制方向的衬套(Toe-Control Bushing)，使悬挂在车身倾斜时有较佳的指向性。当前ETA Beam系统被多数用在了Toyota With等国产车型中。
结 论
经过上述的结构设计和相关计算，确定了轻型卡车后桥结构的主要零件和机构形式以及主要的尺寸数据。首先呢就确定了后轴的直径，在通过计算确定轴壳的基本尺寸。轴壳和半轴的尺寸确定后，就可以得到轮毂轴管的基本尺寸了，于是呢就可以基本确定轴的基本机构了。最后，通过计算可以得到钢板弹簧的片数、板簧的长、板宽、板高、板厚、弧高、曲率半径等参数，我们还要在通过对所得结果进行计算校核就行，验证所选取的参数，是否基本上满足了汽车在空载、满载等不同的条件下对经济性、舒服性以及安全性能方面的要求，因此悬架也确定了。在整个设计过程中，所使用的是有关汽车构造，车桥，悬挂方面的知识，所以，如果想要更好的了解它们的功能与结构，不看大量的相关教科书显然是不行的。通过查阅了很多和后桥与悬架的书籍后，我对汽车构造和汽车设计、驱动桥和悬挂的基本结构和原理都有了自己的体会与想法。同时也要学习使用三维软件工具pro/ENGINEER，它庞大的功能模块让我对建模的产生了新的认识，深感学无止境。
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车轴是通过悬挂系统与车身连接在一起。车轴的作用是承载车身通过悬挂传递而来的力。现在市场上，大多数的采用了后轮驱动车轴，也就是人们口中常说的后驱车辆。后轴驱动的车辆，是它的后桥提供的驱动力，前桥仅仅作为转向桥而已。 在本次的汽车后桥及其悬挂的设计中，就设计了前置后驱车辆的后驱动桥的部分，首先是根据使用特点选择了全浮式半轴、轴壳的结构形式，进而是根据具体参数对各部件进行结构设计和强度等等的校核计算。最后使得车桥在各种情况下均满足使用要求。
什么是悬挂系统？它就是作用在汽车车身和车轴的一种连接结构，悬挂装置主要是传递车身和车轮之间的力和力矩，出于乘车的舒适性，悬架采用弹性元件，能缓冲地面传来的震动以减弱给驾驶人及乘客带来的颠簸感，这样车辆就能平顺行驶。本次设计中，根据车型特点选择钢板弹簧作为悬挂形式，优良的性能和较低的成本使板簧成为应用最广泛的一种弹性元件，它就是由若干片儿等宽但是不等长的合金钢板弹簧片儿组合而成的一根弹性梁，一根近似等强度的弹性梁。根据所要求的性能参数，进行各片长度，曲率等数据计算，并最终设计出满足行驶要求的钢板弹簧总成。利用pro/E进行基本部件的三维建模，绘制关键部件的工程图。
关键词：驱动桥； 悬挂系统 ；舒适性；稳定性；全浮式半轴；钢板弹簧
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Keywords：drive axle; suspension system; stability Ride; full floating axle; leaf spring
前 言
近几年，我国的汽车行业的发展相当的有前景，同时呢，它的发展带来车桥及其配件的高速发展，它们也是汽车的主要零部件。大部分的零部件制造商为了能在激烈的市场竞争中能够占有一定的市场份额, 相应而生的就推出了承载能力较强、技术含量较高、质量较好的车桥总成 。汽车行业的快速发展也就相应的拉动了汽车零部件的生产制造及其相关产业的高速发展, 那么作为汽车主要的零部件之一的车桥系统自然也就得到了相应的发展, 而且各个生产商家基本上都形成了系列化的、专业化的、批量化生产的格局啊 。同时呢随着社会需求的多样化，人们对产品的需求日益苛刻，对企业的开发时间也提出了挑战，这就要求必须通过各种更先进快捷的设计开发手段，在最短的时间里开发满足客户要求的产品。此次课题是一个汽车泵车项目研发需要, 进行其汽车车桥和配套悬挂系统的设计与计算，并利用三维设计软件Pro/E进行零部件的二维设计、三维设计。在设计过程中就锻炼了同学们的所学知识的综合运用能力了,以及利用现代设计手段实现协同工作.为将来工作打下坚实的实践基础.
车桥，也可以称之为车轴。通过悬架和车架相连接，汽车车轮安装在车桥的两端，其主要作用是用来传递车架与车轮之间各方向作用力。不同的悬架机构将悬架分成两类了，车桥是呢就是分为整体式和断开式的，那么这两种不同的形势各有什么优缺点呢，下面我就分别的简单介绍一下了。首先呢，整体式车轴的外形就像一个硕大的杠铃，悬挂系统安装在杠铃的横梁两端，悬架系统支撑着整个车身，基于整体式车桥的这种结构特点，与之相配合的悬挂系统常为非独立式悬架；当然啦，车桥有时候是断开式的，断开式的车桥的悬挂系统也是自己独立的，它是通过各自的悬架系统来支撑着车身，所以就断开式车桥而言，与之相配的悬架系统常为独立式悬架。
车桥种类目前存在很多种，依据其驱动方式的不同，车桥的分类就有了规律可循，车轴通常可以分为有转向桥、有驱动桥、也有转向驱动桥与支撑桥四种方式支撑或者驱动。在这四种方式里又可以有细的分法啊，从名字上我们就可以看出来，有的车桥只是起到一个配合整体的作用，比如，转向桥和支撑桥，他们在工作时不起提供动力的作用，而是一个从动作用，是从动桥。有的车桥不仅仅起到支撑的作用，而且还同时兼具有提供动力的能力，就比如，驱动桥和转向驱动桥啊，我需要说明的是，转向驱动桥的功能更多，还兼具着有转向的任务。如今的市场上，后驱驱动的车辆也受到了广大消费者的喜爱，所谓后驱车辆，简单的来说就是后轴提供驱动力，前轴能转向，就是转向桥而已；当然了，市场上也具有一定比例的前驱车辆，它的后桥就不再提供驱动力，它与后驱车的前桥相比区别就在于，此时的后桥不是转向桥，它仅仅是个支撑桥而已。对于不同驱动桥汽车的选择，还是要看个人爱好。一个完整的汽车构成中，悬挂系统是必不可少的，而且起到举足轻重的作用。消费者对于汽车的舒适性和经济性的提高，这就使得汽车钢板弹簧成为了在悬挂系统中被广泛应用的一种弹性元件。板簧就像一片片的合金钢板，每一辆车的悬挂系统都需要很多片不同规格的板簧，用来提供支撑缓冲。在同一组使用中的钢板弹簧必须是等宽的，长度不同。由钢板弹簧的叠放方式可以看出，整体式的钢板弹簧的结构相当于一根弹性梁。最上面的板簧与车身相连，最下的板簧与车轴相接触。当钢板弹簧安装在汽车悬架中时，在车身及车载重物的重力下，以压力的形式作用在汽车板簧上，类似弹性梁的板簧就有被压平的趋势，所以，此时各弹簧片均受力变形，有向上反弹的趋势，不过，在整体巨大压力的作用下，车身和车轴还是有相互靠近的趋势，常年使用后的轿车就会发现车身会下降的很多，就是因为钢板弹簧弹力变弱的缘故所造成的。当卸载时，车身就会远离车轴，作用在板簧上的压力减小。在整个板簧组成的弹性结构中，主片卷耳也是最长的那片受力比较严重，是最薄弱处，如果长期处于高压下，主卷耳就很容易断裂，降低车辆钢后桥悬挂的使用寿命。为了改善这种情况呢，我们通常采用增加卷耳的数量来弥补其过使用的情况，所以，板簧的第二片板簧的末端也做成卷耳型式，包在主卷耳的外边。需要强调的是，两个卷耳并不是像焊接式那样紧紧靠在一起，而是彼此能独立动作，具有相对滑动的能力。实际生产中，并不是所有的都采用这种方式，有些悬架中的钢板弹簧采用其它的支撑连接方式，就比如橡胶支撑垫型的。但是这种支撑方式的缺点就是：减震的效果不是太理想。所以现在就大多适用于中大型的货卡车上了。
随着科学技术的进步与发展,以及产品设计结构的日益复杂化啊,设计人员现在越来越多的接触而且还使用到了计算机辅助设计AutoCAD (CAD-Computer Aided Design) 技术 ,其实对于三维实体建模Pro/ENGINEER，在工程造价和产品分析设计中，计算机的功能也还是很强大的，可以代替设计人员负担计算、信息存储、工程制图等数项复杂而笨重的脑力工作。每一次设计都会有好多种方案，就是涉及到方案的选择以及优化问题，而每一种方案也都存在着利与弊，那么怎么才能找到最适合的方案呢？要是人为的单一计算需要耗费大量的时间，如果此时交由计算机去完成这些工作，对设计方案进行计算、分析、仿真和比较，就能得到具体哪种方案是最优的。如今涉及到各种设计信息，比如文字的，存放在计算机的内存或外存里，并切计算机可以快速地检索；而设计人员通常只需要用草图进行设计就好，而后将草图转化为工作图的繁重而复杂的工作就交给计算机来完成，最后，由计算机自动生成设计结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员能及时对设计方案做出审断、校正。利用计算机呢，就可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等等相关的图形数据加工任务了，所以呢，CAD能减轻设计工作人员的劳动强度，新版本的CAD功能更加强大、全面，能大大缩短产品设计的周期。同时，也能提高设计质量 。
本次设计过程中呢,我就大量的使用了Pro/ENGINEER三维实体建模设计系统，它的来源呢，是美国参数技术公司的人员所做出来的（Parametric Technology Corporation，简称PTC公司）所做的工具。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征和完全关联的概念从根本上改变了机械CAD/CAE/CAM的传统概念，这种全新的设计理念已经成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。Pro/ENGINEER在三维实体模型、完全关联性、数据管理、操作简单性、尺寸参数化、基于特征的参数化建模等方面具有别的软件所不具有的优势。强大的曲面功能，所以就在汽车行业得到了广泛的应用，由绘制的零件图可以进行整体装配，有限元的应用，可以对产品很好的产前模拟、仿真。这就使得它可以帮助制造厂家完成产品的提前设计，并支持包括了从项目前阶段、具体的设计、再到模拟仿真、再到组装，以及维护在内的全部工业设计工序。
第1章 车桥的设计
这次的设计是针对汽车后轴，被作为驱动桥的后桥，其一作用是用来支撑汽车车轮，其二是就被用来连接驱动汽车的后车轮子。假如车辆的前轴是驱动桥的话，那么后轴就仅仅是转向轴支撑桥而已，只是起到了载重的功效。对于是驱动力由后桥提供的后驱车辆，那么后桥的功能就会增多了，其一是：支撑桥的作用。其二是：提供动力和变速的作用。除了前驱和后驱的车辆，越来越多的中高档轿车采用四轮驱动，一般四驱后桥前面安装有分动器。所以，有的路段车辆可以全时四驱行进，四驱车辆的后轴又分为整体式和断开式，整体式后轴与非独立悬架配合使用，断开式后轴与独立悬架配合使用，例如，麦弗逊式悬架。近几年，我国的汽车行业的发展相当的有前景，同时呢，它的发展带来车桥及其配件的高速发展，它们也是汽车的主要零部件。大部分的零部件制造商为了能在激烈的市场竞争中能够占有一定的市场份额, 相应而生的就推出了承载能力较强、技术含量较高、质量较好的车桥总成 。汽车行业的快速发展也就相应的拉动了汽车零部件的生产制造及其相关产业的高速发展, 那么作为汽车主要的零部件之一的车桥系统自然也就得到了相应的发展, 而且各个生产商家基本上都形成了系列化的、专业化的、批量化生产的格局啊 。同时呢随着社会需求的多样化，人们对产品的需求日益苛刻，对企业的开发时间也提出了挑战，这就要求必须通过各种更先进快捷的设计开发手段，在最短的时间里开发满足客户要求的产品。此次课题是一个汽车泵车项目研发需要, 进行其汽车车桥和配套悬挂系统的设计与计算，并利用三维设计软件Pro/E进行零部件的二维设计、三维设计。在设计过程中就锻炼了同学们的所学知识的综合运用能力了,以及利用现代设计手段实现协同工作.为将来工作打下坚实的实践基础.
车桥，也可以称之为车轴。通过悬架和车架相连接，汽车车轮安装在车桥的两端，其主要作用是用来传递车架与车轮之间各方向作用力。不同的悬架机构将悬架分成两类了，车桥是呢就是分为整体式和断开式的，那么这两种不同的形势各有什么优缺点呢，下面我就分别的简单介绍一下了。首先呢，整体式车轴的外形就像一个硕大的杠铃，悬挂系统安装在杠铃的横梁两端，悬架系统支撑着整个车身，基于整体式车桥的这种结构特点，与之相配合的悬挂系统常为非独立式悬架；当然啦，车桥有时候是断开式的，断开式的车桥的悬挂系统也是自己独立的，它是通过各自的悬架系统来支撑着车身，所以就断开式车桥而言，与之相配的悬架系统常为独立式悬架。
车桥种类目前存在很多种，依据其驱动方式的不同，车桥的分类就有了规律可循，车轴通常可以分为有转向桥、有驱动桥、也有转向驱动桥与支撑桥四种方式支撑或者驱动。在这四种方式里又可以有细的分法啊，从名字上我们就可以看出来，有的车桥只是起到一个配合整体的作用，比如，转向桥和支撑桥，他们在工作时不起提供动力的作用，而是一个从动作用，是从动桥。有的车桥不仅仅起到支撑的作用，而且还同时兼具有提供动力的能力，就比如，驱动桥和转向驱动桥啊，我需要说明的是，转向驱动桥的功能更多，还兼具着有转向的任务。如今的市场上，后驱驱动的车辆也受到了广大消费者的喜爱，所谓后驱车辆，简单的来说就是后轴提供驱动力，前轴能转向，就是转向桥而已；当然了，市场上也具有一定比例的前驱车辆，它的后桥就不再提供驱动力，它与后驱车的前桥相比区别就在于，此时的后桥不是转向桥，它仅仅是个支撑桥而已。对于不同驱动桥汽车的选择，还是要看个人爱好。一个完整的汽车构成中，悬挂系统是必不可少的，而且起到举足轻重的作用。消费者对于汽车的舒适性和经济性的提高，这就使得汽车钢板弹簧成为了在悬挂系统中被广泛应用的一种弹性元件。板簧就像一片片的合金钢板，每一辆车的悬挂系统都需要很多片不同规格的板簧，用来提供支撑缓冲。在同一组使用中的钢板弹簧必须是等宽的，长度不同。由钢板弹簧的叠放方式可以看出，整体式的钢板弹簧的结构相当于一根弹性梁。最上面的板簧与车身相连，最下的板簧与车轴相接触。当钢板弹簧安装在汽车悬架中时，在车身及车载重物的重力下，以压力的形式作用在汽车板簧上，类似弹性梁的板簧就有被压平的趋势，所以，此时各弹簧片均受力变形，有向上反弹的趋势，不过，在整体巨大压力的作用下，车身和车轴还是有相互靠近的趋势，常年使用后的轿车就会发现车身会下降的很多，就是因为钢板弹簧弹力变弱的缘故所造成的。当卸载时，车身就会远离车轴，作用在板簧上的压力减小。在整个板簧组成的弹性结构中，主片卷耳也是最长的那片受力比较严重，是最薄弱处，如果长期处于高压下，主卷耳就很容易断裂，降低车辆钢后桥悬挂的使用寿命。为了改善这种情况呢，我们通常采用增加卷耳的数量来弥补其过使用的情况，所以，板簧的第二片板簧的末端也做成卷耳型式，包在主卷耳的外边。需要强调的是，两个卷耳并不是像焊接式那样紧紧靠在一起，而是彼此能独立动作，具有相对滑动的能力。实际生产中，并不是所有的都采用这种方式，有些悬架中的钢板弹簧采用其它的支撑连接方式，就比如橡胶支撑垫型的。但是这种支撑方式的缺点就是：减震的效果不是太理想。所以现在就大多适用于中大型的货卡车上了。
随着科学技术的进步与发展,以及产品设计结构的日益复杂化啊,设计人员现在越来越多的接触而且还使用到了计算机辅助设计AutoCAD (CAD-Computer Aided Design) 技术 ,其实对于三维实体建模Pro/ENGINEER，在工程造价和产品分析设计中，计算机的功能也还是很强大的，可以代替设计人员负担计算、信息存储、工程制图等数项复杂而笨重的脑力工作。每一次设计都会有好多种方案，就是涉及到方案的选择以及优化问题，而每一种方案也都存在着利与弊，那么怎么才能找到最适合的方案呢？要是人为的单一计算需要耗费大量的时间，如果此时交由计算机去完成这些工作，对设计方案进行计算、分析、仿真和比较，就能得到具体哪种方案是最优的。如今涉及到各种设计信息，比如文字的，存放在计算机的内存或外存里，并切计算机可以快速地检索；而设计人员通常只需要用草图进行设计就好，而后将草图转化为工作图的繁重而复杂的工作就交给计算机来完成，最后，由计算机自动生成设计结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员能及时对设计方案做出审断、校正。利用计算机呢，就可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等等相关的图形数据加工任务了，所以呢，CAD能减轻设计工作人员的劳动强度，新版本的CAD功能更加强大、全面，能大大缩短产品设计的周期。同时，也能提高设计质量 。
本次设计过程中呢,我就大量的使用了Pro/ENGINEER三维实体建模设计系统，它的来源呢，是美国参数技术公司的人员所做出来的（Parametric Technology Corporation，简称PTC公司）所做的工具。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征和完全关联的概念从根本上改变了机械CAD/CAE/CAM的传统概念，这种全新的设计理念已经成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。Pro/ENGINEER在三维实体模型、完全关联性、数据管理、操作简单性、尺寸参数化、基于特征的参数化建模等方面具有别的软件所不具有的优势。强大的曲面功能，所以就在汽车行业得到了广泛的应用，由绘制的零件图可以进行整体装配，有限元的应用，可以对产品很好的产前模拟、仿真。这就使得它可以帮助制造厂家完成产品的提前设计，并支持包括了从项目前阶段、具体的设计、再到模拟仿真、再到组装，以及维护在内的全部工业设计工序。
第1章 车桥的设计
据估计，我国工程用车的市场销量以每年超过11.2%的速度迅速增长，而这样的趋势就带来了零部件设计上的更新与变化.整体式桥壳就是在这种新趋势所催生的新车桥结构：其特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳就像是一个整体的空心梁，此种结构的另一特点就是桥壳与主减速器分为了两个部分。它具有强度和刚度大、主减速器拆装方便、调整简便的特点哦。根据不同的成型方式呢，整体式轴套的类型又可以分为铸造整体式的、钢管扩张成型式的、还有钢板冲焊式的，共计三种类别啊。整体式铸造桥壳的材料一般采用的有球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造，其好处是：可以加工成复杂而理想的形状，桥壳的壁厚也可以根据工艺的要求而变化，桥壳上的应力分布也能达到相对理想的要求，桥壳能达到的刚度和强度都很高，但是整体式桥壳的也有它的缺点，那就是：它的相对质量通常情况下非常大，需要加工的型面复杂而繁多，所以造成整体式桥壳的型面变化有许多困难、制造工艺也很复杂，况且需要的铸造设备也要有相应规模，铸造过程中不好控制桥壳的质量，所以，生产出的产品会出现次品，因此，主要应用于载荷大的重型汽车上，不过，货车、皮卡和马力较大的越野SUV车也有广泛应用。钢板冲焊式和扩张成型式桥壳也有自己独特的优势，产品质量轻、材料的可利用率较高，这就使得制造成品时需要花费的较少，基于这种有点，冲焊式轴套适合用于产品的大批量生产，因此，被广泛应用于市场上数量较多的轿车、轻型车、中型车、重型车等车型的的车轴构成。社会在发展、人类在进步、科学技术亦如此。如今，越来越多的客车采用空气悬挂产品，在这种趋势下，对悬挂支座的加工精度会有更加严格的要求，支座的型式相对卡车也变得复杂，支座强度也较高。轴壳的品种也告别过去的单一模式，变得数量多、品种多的发展态势。所以，整体式焊接桥壳代替整体式铸造桥壳的发展趋势会成为必然。
本次汽车后桥及其悬挂的设计主要指标如下:
表1.1 设计数据
| 最大输出扭矩(N/m) | 3000 | 车轮转动半径（mm） | 354 |
| 后桥板簧距（mm） | 740 | 轮辋和轮胎总重(kg) | 27 |
| 后桥额定载荷（kg） | 3000 | 后桥质量（kg） | 185 |
1.1 半轴的设计
半轴也叫驱动轴。半轴其实是一根实心轴，用来传递扭矩，作用于变速器与驱动设备之间，半轴内端一般通过花键与半轴齿轮配合，此种配合大多数情况下采用过渡配合；外端与轮毂相配合，此配合大多数情况下是过盈配合。发动机高速运转时，经过机箱里的多种变速齿轮的作用，动力装置传递出来的扭矩，通过半桥的旋转运动然后传递给汽车的驱动装置，就在这种情况下，驱动装置带动驱动轮毂的旋转，最后通过对变速杆的操作控制汽车的前进与倒退运动。根据轮毂安装结构的不同，半轴的受力情况也不尽相同，所以，根据不同的半轴的支承形式，目前，半轴的主要形式也不多，主要可分为：全浮式半轴和半浮式半轴两种类型。
全浮式半桥的作用是只用来输出转矩的，它不用于传递任何的扭矩，不用于承载任何的反力或者弯矩，因此呢是被各类汽车广泛应用的汽车车桥。全浮式半轴的优点就是拆装方便，拆卸时，仅拧下半轴突缘上的固定螺栓就可以卸下汽车半轴，而剩下的车轮与桥壳继续保持车身的原型，基于这种有点，汽车修理和保养时就方便多了。
那么至于半浮式半桥呢。它既传递扭矩同时呢又可以承受全部反力和弯矩。它的承载方式就是简单、造价就是低啊，所以呢反力弯矩较小的各类轿车就被大量的应用上了呢。但是事实上呢，半浮式半桥在装卸这块儿还是比较的繁琐的啊，而且在汽车行驶过程中若出现半轴折断的情况下则易造成车轮飞脱的危险，基于以上的情况，应用此种半桥对技术的要求就比较严格、安装精度也就比较高了。
1.1.1 半轴的形式
就那些大型重车而言，如果想提高汽车车载大梁的抗载能力，使用全浮式半桥能降低对车桥系统的要求。对于使用不同类型轴的同类车辆的额定载荷通常会大相径庭啊。对于那些需要长途运输的大型重车，应用全浮式半轴的重车就会比应用半浮式车桥背负更多的重载力，因为此时的全浮式车桥仅仅用来搞定差速器通过传动轴传递过来的扭矩。
全浮式车轴还有更大的优势呢，那就是它还包括能够很方便的拆除断裂的半轴，而且同时呢仍然还可以使车辆出现故障的那个轮胎保证正常的转动啊。这就是对于汽车在维修以及行车的安全性较比之前就有了相应的提升啊。之所以能如此，是因为车轮实际上通过螺栓连接到轮毂，该轮毂再连接到半轴的外端的法兰盘上，进行链接运动。有的车轴具有手动锁定功能，也就是手刹功能。
故本次设计采用全浮式半轴
图1.1 全浮式半轴
1.1.2 半轴的设计计算
半轴的直径是半轴需要确定的主要尺寸，在确定半轴的直径时，我们可以先根据使用条件，还有载荷情况相似的同类汽车，以及它们同型式的半轴进行分析和比较就行，然后呢在确定用使用哪一个驱动桥的布局能得到比较适合的半轴直径，就能得出计算直径了，然后在对它进行相应的强度校核就行了。在得到了半轴上的计算扭矩或着合成力矩之后,就可以对半轴做扭转剪切应力计算了。
当应用40Cr、40MnB等合金钢材料时，材料的扭转屈服极限可达440N/mm2。保证安全系数在1.4-1.7范围内，许用应力可取[
]=480-700N/mm2。对于农用车辆及工作路况较好的车辆，就要求车辆是具有较大许用应力，但是对于经常在山路上、泥泞的道路上又或者是在工地工作的车辆，这个对于许用应力的要求就不再有那么的严格了，这时呢就会要求采用较大的安全系数了，用以保证车辆在复杂恶劣的环境下仍然能够正常的运行，就好了。
在本次设计中,车辆最大输出扭矩为3000N/m。半轴危险截面半径为34mm。
根据材料力学公式:
（1-1）图1.2 半轴的建模
1.2 轴壳的设计
驱动轴壳是传力件又是承载件，所以，轴壳必须满足极限条件下的强度和刚度要求；合理的减轻轴壳质量是降低非簧载质量，提高平顺性的措施之一；轴壳的机构应该考虑制造工艺性、减少加工面、提高材料利用率、降低成本等；还要保证主减速器的调整、拆装、维护方便。
第2章 悬挂的设计
悬挂系统是什么,在绪论中也有简单的提到，这个章节就是要详细的说明一下，悬挂系统就是一种链接装置，用来连接汽车车桥和车身的一种过渡结构，变速器通过传动结构将扭矩传递给驱动装置，以此来产生汽车的运动，运动过程中车轮将地面的运动情况通过悬挂装置传递给汽车车身。悬挂装置是具有缓冲作用的，它能减弱地面传来的强烈震动，可以让汽车相对较为平稳的行驶。汽车工作时，悬挂系统不但能支撑着汽车的车身，而且由于本身具有弹簧的作用，同时也兼具有减震的效果，所以，能安装悬挂系统的汽车就能大大增加驾驶人和乘客的用车舒适感。所以，就伴随着人们对舒适感要求的逐步提高，越来越好且越优良的悬挂系统就必将成为汽车在舒适度上发展的必然趋势了。
我们从大体上来讲，汽车的悬挂系统可以分为两个，就是独立悬挂以及非独立悬挂的系统，那么他们分别的有什么相同或者不同之处呢？下面我就先简单的介绍一下：其实非独立悬挂的结构与独立悬挂相比，具有较简单的优点，简单来说，就是左右两个车轮安装在了同一根车轴的两端。但是，悬挂的结构存在着多多少少的差异、与车身的接触类型也大有不同，有的会采用包耳，也有的会使用橡胶垫圈、再有具体的连接方式要求也不尽相同，结合以上种种的差异就使得了非独立悬架结构的型式并不是唯一的。但是呢，就最常见的非独立悬架结构也有几种：有平行片状弹簧式的、扭力梁车轴的、扭力梁式的共计三种啊。
平行片状弹簧式：平行安装在车轴两端的片状弹簧，弹簧具有收张、吸震等作用，可以减弱地面传来的震动。同时，片状弹簧也具有定位车桥的作用。片状弹簧式的优点就是构造非常的简单，因需要加工的东西比较少，所以，工艺也比较的简单，成本也比较的低。而且片状弹簧的强度较高并且可靠性非常高，片状板簧的安装能较好的降低车身的底板，那么较低的车身底盘就能使得汽车的稳定性得以相应的提升，当车的载重较重时，不会因为车身的偏斜对车轮的角度产生巨大的影响，这样呢，就会给驾驶人较舒适的操纵感，不经意间的就减轻了驾驶人的疲劳感、颠簸感。就最近几年来看，越来越受欢迎的就是商务车了，比如奔驰商务、别克商务等，其后悬架多采用平行片状式。
扭力梁车轴式的：这种悬挂的结构通常用在前驱（Front—drive）车上。左右轮通过一根扭力梁连接起来，扭力梁能控制左右车轮的跳动，增强车辆的平衡感。在扭力梁的上方添加有连杆，它的作用就是实现横向的定位作用。当车身发生倾斜时，因扭力梁车轴的扭曲，会造成车轮的倾角也跟随产生变化。由于扭力梁车轴式的构造简单以及占用车底的空间较小，相对的来说车室的空间就可以大大的增加了，因此扭力梁车轴式的悬挂大多数还是使用在了小型汽车上，就例如使用在Toyota车型上的后悬挂系统。
就扭力梁式的悬挂来说：Toyota Wish的后轴悬挂，它就是采用了扭力梁式的非独立悬架结构。这种扭力梁式就是在左右拖曳臂的中间设置了扭力梁，所以使得悬挂的外形看起来类似H型，悬挂系统可是用以拖曳臂的前端与车身相连结的。因为左右拖曳臂的刚性比较的大，所以呢就不需要装设横向的连杆机构。当车身发生倾斜时，因扭力梁车轴的扭曲，会使得车轮的倾角发生变化，用以适应不同的环境。欧洲小型掀背车的后悬挂，多采用扭力梁式设计。而Toyota现行的ETA Beam系统中，加入了可控制方向的衬套(Toe-Control Bushing)，使悬挂在车身倾斜时有较佳的指向性。当前ETA Beam系统被多数用在了Toyota With等国产车型中。
结 论
经过上述的结构设计和相关计算，确定了轻型卡车后桥结构的主要零件和机构形式以及主要的尺寸数据。首先呢就确定了后轴的直径，在通过计算确定轴壳的基本尺寸。轴壳和半轴的尺寸确定后，就可以得到轮毂轴管的基本尺寸了，于是呢就可以基本确定轴的基本机构了。最后，通过计算可以得到钢板弹簧的片数、板簧的长、板宽、板高、板厚、弧高、曲率半径等参数，我们还要在通过对所得结果进行计算校核就行，验证所选取的参数，是否基本上满足了汽车在空载、满载等不同的条件下对经济性、舒服性以及安全性能方面的要求，因此悬架也确定了。在整个设计过程中，所使用的是有关汽车构造，车桥，悬挂方面的知识，所以，如果想要更好的了解它们的功能与结构，不看大量的相关教科书显然是不行的。通过查阅了很多和后桥与悬架的书籍后，我对汽车构造和汽车设计、驱动桥和悬挂的基本结构和原理都有了自己的体会与想法。同时也要学习使用三维软件工具pro/ENGINEER，它庞大的功能模块让我对建模的产生了新的认识，深感学无止境。
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目录
中文摘要 I
英文摘要 II
Abstract II
前 言 III
第1章 车桥的设计 1
1.1 半轴的设计 2
1.1.1 半轴的形式 3
1.1.2 半轴的设计计算 4
1.2 轴壳的设计 5
1.2.1 轴壳的形式及选择 5
1.2.2 轴壳的设计计算 7
第2章 悬挂的设计 14
2.1 悬挂的形式选择 15
2.2 悬挂的设计与计算 17
2.2.1 与总布置相关的主要参数的选择 17
2.2.2 叶片断面尺寸和片数的确定 18
2.2.3 钢板弹簧各片儿长度的确定 19
2.2.4 钢板弹簧叶片在自由状态下的曲率半径及其钢板弹簧总成的弧高计算 20
2.3 钢板弹簧强度的验算 23
2.4 其他附件的设计 27
第3章 三维建模 28
第4章 工程图的输出 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 35
