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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，可分为牛浮式、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。
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全浮式半轴(图5—28c)的结构特点是半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相联，而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮
不同女、半轴法兰平面相对其轴线不垂直等因素，会引起半轴的弯曲变形，由此引起的弯曲应力一般为5～70MPa。全浮式半轴主要用于中、重型货车上。
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M?，计算
M ??1m'2G2rr?(5 - 43) 2'式中，G2为驱动桥的最大静载荷；rr为车轮滚动半径；m2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
式中，?为半轴扭转切应力；d为半轴直径。
半轴的扭转角为
??M?l180GIp?(5 - 45)
式中，?为扭转角；l为半轴长度；G为材料剪切弹性模量；Ip为半轴断面极惯性矩，
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Ip??d4/32。
半轴的扭转切应力宜为500～700MPa，转角宜为每米长度
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Fx2最大，侧向力Fy2为0：此时垂向力Fz2?m2G2/2，纵向力最大值
''Fx2?Fx2??m2G2?/2，计算时m2可取1．2，?取0．8。
6?～15?。
'半轴弯曲应力，和扭转切应力?为
?32aFx22?Fz22???3??d(5 - 46) ?16Fx2rr?????d3?式中，d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
(2)侧向力Fy2最大，纵向力Fx2=0，此时意味着发生侧滑：外轮上的垂直反力Fz2o。和轮上的垂直反力Fz2i分别为
{Fz2i?G2-Fz2oFz20?G2(0.5?hgB2?1)(5 - 48)
?1为侧滑附着系数，式中，hg为汽车质心高度；B2为轮距；计算时叭可取1．0。
外轮上侧向力Fy2o和轮上侧向力Fy2i分别为
{Fz20?Fz2o?1Fz2i?Fz2i?1(5 - 49)
、外车轮上的总侧向力Fy2为G2?1。
这样，外轮半轴的弯曲应力?0和轮半轴的弯曲应力?i分别为
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32(Fy2orr?Fz2oa)?????0?d3(5 - 50) ????32(Fy2irr?Fz2ia)i??d3?
(3)汽车通过不平路面，垂向力Fz2最大，纵向力Fx2?0，侧向力Fy2?0：此时垂直力最大值Fz2为：
式中，是为动载系数，轿车：k?1.75，货车：k?2.0，越野车：k?2.5。 半轴弯曲应力，为
??
32Fz2a16kG2a?(5 - 52) 33?d?d半浮式半轴的许用合成应力为600—750MPa。 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手相配表面的端。
半轴和牛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
式中，丁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
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车轮传动装置设计
