某商用車雙速主減速器驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)【三維CATIA】【含5張CAD圖紙+PDF圖】

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Its basic function is increasing the torque and reducing speed and bearing the force between the road and the frame or body. Its performance will have a direct impact on automobile performance, and it is particularly important for the car. Drive axle should be designed to ensure the best dynamic and fuel economy on given condition Using double stage and high transmission efficiency of the drive axle has become the development direction of the future trucks. This article referred to the traditional driving axles design method to carry on the truck driving axles design. In this design, first part is the introduction of the characteristics of the drive axle, according to the given date to calculate the parameters of the automobile, then confirm the structure types and parameters of the Main reducer, differential mechanism, half shaft and axle housing, then check the strength and life of them. After confirming the parameters, use CATIA to establish 3 dimensional model and 2 dimensional model. Finally use ANSYS to finite element analysis for the axle housing. Key words: drive axle; CATIA; ANSYS; finite element analysis 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - III 目錄 摘要 . I Abstract . II 目錄 . III 第 1 章 緒論 . 1 1.1 本課題研究的目的和意義 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 . 2 1.3 主要研究?jī)?nèi)容 . 3 第 2 章 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) . 4 2.1 主減速器設(shè)計(jì) . 4 2.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 . 4 2.1.2 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì) . 6 2.1.3 主減速器斜齒圓柱齒設(shè)計(jì) . 15 2.2 差速器設(shè)計(jì) . 18 2.2.1 對(duì)稱錐齒輪式差速器的工作原理 . 18 2.2.2 對(duì)稱圓錐行星齒輪式差速器的結(jié)構(gòu) . 19 2.2.3 對(duì)稱圓錐行星齒輪式差速器的設(shè)計(jì) . 19 2.3 驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì) . 24 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式分析 . 24 2.3.2 全浮式半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 25 2.3.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 . 26 2.3.4 半軸的材料及熱處理 . 26 2.4 制動(dòng)器設(shè)計(jì) . 27 2.4.1 同步附著系數(shù)分析 . 27 2.4.2 制動(dòng)器的有關(guān)計(jì)算 . 27 2.4.3 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 32 2.5 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) . 34 2.5.1 整體式橋殼的結(jié)構(gòu) . 34 2.5.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 . 34 2.6 小結(jié) . 36 第 3 章 CATIA 三維建模 . 37 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - IV 3.1 CATIA 軟件介紹 . 37 3.2 主減速器建模 . 37 3.3 差速器建模 . 37 3.4 驅(qū)動(dòng)半軸建模 . 37 3.5 驅(qū)動(dòng)橋殼建模 . 40 3.6 驅(qū)動(dòng)橋整體三維建模 . 40 3.7 小結(jié) . 42 第 4 章 驅(qū)動(dòng)橋殼有限元分析 . 43 4.1 驅(qū)動(dòng)橋殼的約束及受力分析 . 43 4.2 計(jì)算方法的局限性 . 43 4.3 有限元模型的建立 . 43 4.4 材料屬性及網(wǎng)格劃分 . 44 4.5 驅(qū)動(dòng)橋殼的靜強(qiáng)度分析 . 45 4.5.1 引言 . 45 4.5.2 最大垂向力工況. 45 4.5.3 最大牽引力工況. 47 4.5.4 最大制動(dòng)力工況. 50 4.6 小結(jié) . 52 結(jié)論 . 53 致謝 . 54 參考文獻(xiàn) . 55 某商用車雙速主減速器驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) . I 摘 要 . I 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 1 第 1 章 緒論 1.1 本課題研究的目的和意義 驅(qū)動(dòng)橋位于汽車結(jié)構(gòu)傳動(dòng)系的末端，用來(lái)增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的鉛垂力、 縱向力和橫向力1。 在一般的汽車結(jié)構(gòu)中， 驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器(又稱主傳動(dòng)器） 、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件2。 驅(qū)動(dòng)橋的類型主要有斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋兩種。 驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；驅(qū)動(dòng)橋才贏非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)采用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。 由于本次設(shè)計(jì)是基于 CA141 型汽車進(jìn)行的設(shè)計(jì)，故需要對(duì)商用車的使用需求進(jìn)行一定說(shuō)明：對(duì)于商用車來(lái)說(shuō)，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車和客車都要大得多，以便能夠以較低的成本獲得更高的工作能力，所以選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用3。隨著目前國(guó)際上石油價(jià)格的上漲，貨車的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)貨車，對(duì)于汽車和其他工程機(jī)械，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各貨車生產(chǎn)商來(lái)提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過(guò)程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。 隨著 AutoCAD、CATIA、ANSYS 等計(jì)算機(jī)軟件的廣泛運(yùn)用，在驅(qū)動(dòng)橋的生產(chǎn)制造和工作過(guò)程中，廣泛的用到了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD 技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助工程 CAE 技術(shù)。把有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、疲勞累積損傷理論等應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)當(dāng)中后，不但節(jié)省了大量人力和時(shí)間，而且可以獲得技術(shù)、經(jīng)濟(jì)最佳的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)效率、縮短了設(shè)計(jì)周期4。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 汽車和汽車工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)代社會(huì)及人民生活中具有十分重要的作用。近年來(lái)汽車工業(yè)在中國(guó)機(jī)械工業(yè)各行業(yè)中，其增長(zhǎng)速度雖有所回落，但相對(duì)比其它行業(yè)仍處于較高水平。但中國(guó)汽車業(yè)的發(fā)展仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上需求。以驅(qū)動(dòng)橋?yàn)槔?，雖然驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)和制造工藝都在日益完善，但驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究方面距離仍然很大，這方面應(yīng)該為中國(guó)的許多部門和企業(yè)所認(rèn)識(shí)。目前，我國(guó)的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)，基本上尚處在類比設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，這樣的設(shè)計(jì)往往偏于保守而限制了驅(qū)動(dòng)橋性能的提高和產(chǎn)品成本的降低。在現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中，要使其做到盡可能的輕量化不但可以節(jié)省材料消耗和降低成本，而且可以合理的規(guī)劃汽車簧上簧下質(zhì)量、 降低動(dòng)載和提高汽車的平順性5-6。 汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的重要總成，它的性能好壞直接影響整車性能，而對(duì)于重型卡車尤為重要，當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前重型卡車的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。 對(duì)于中重型載貨汽車來(lái)說(shuō)，由于需要選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國(guó)際上石油價(jià)格的上漲，汽車的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅對(duì)乘用車，對(duì)于載貨汽車，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車生產(chǎn)商來(lái)提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶，因?yàn)橹兄匦洼d貨汽車所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是大功率，大轉(zhuǎn)矩的，百公里油耗都較高。以解放 CA141 型卡車為例，其百公里油耗高達(dá) 26.5L7。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過(guò)程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋卻是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一8。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋便成為新的課題。 目前國(guó)內(nèi)重型車橋生產(chǎn)企業(yè)也主要集中在中信車橋廠、東風(fēng)襄樊車橋公司、濟(jì)南橋箱廠、漢德車橋公司、重慶紅巖橋廠和安凱車橋廠幾家企業(yè)。這些企業(yè)幾乎占到國(guó)內(nèi)重卡車橋 90%以上的市場(chǎng)。 目前國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了一下一些變化： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 3 (1).主要部件和功能向驅(qū)動(dòng)橋的中部集中 有些廠家開(kāi)始把主減速器,制動(dòng)器和行星減速機(jī)構(gòu)等集合在橋的中部，但其優(yōu)點(diǎn)尚待考證 (2).橋殼采用球墨鑄鐵,以提高整橋外觀質(zhì)量 橋殼采用球墨鑄鐵,加工成本低,其鑄造及加工后的外觀質(zhì)量均比現(xiàn)在大多采用的鑄鋼橋有很大的提高 (3).適應(yīng)特種要求的多功能驅(qū)動(dòng)橋 為適應(yīng)主機(jī)產(chǎn)品的特殊要求,驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品供應(yīng)廠家設(shè)法在橋上增加引進(jìn)了一些特殊功能:自動(dòng)充氣功能、超載報(bào)警功能、增添轉(zhuǎn)向油缸功能等,增加了驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的適應(yīng)性9-11。 1.3 主要研究?jī)?nèi)容 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式雖然可以各不相同， 但在使用中對(duì)他們的基本要求卻是一致的，綜合上述，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的基本要求可以歸納為： (1).所選擇的主減速比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 (2).差速器在保證左右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷(無(wú)脈動(dòng))的傳遞給左右驅(qū)動(dòng)車輪。 (3).當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)不同時(shí)， 應(yīng)能充分的利用汽車的牽引力。 (4).能承受和傳遞路面和車架或車廂間的鉛垂力、縱向力和橫向力，以及驅(qū)動(dòng)時(shí)的反作用力矩和制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩。 (5).驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改善汽車的平順性。 (6).輪廓尺寸不大以便于汽車的總體布置與所要求的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙相適應(yīng)。 (7).齒輪與其他傳動(dòng)部件工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲。 (8).驅(qū)動(dòng)橋總成及其他零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能盡量滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化、 部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求。 (9).在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。 (10).結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便，機(jī)件工藝性好，制造容易。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 4 第 2 章 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功用首先是增扭,降速,改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向,即增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩,并將動(dòng)力合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，其次,驅(qū)動(dòng)橋還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力,遺跡制動(dòng)力矩和反作用力矩等。 驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成,轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋還有等速萬(wàn)向節(jié)。 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求： (1). 選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比， 以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性 和燃油經(jīng)濟(jì)性。 (2). 外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過(guò)性的要求。 (3). 齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 (4). 在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率。 (5). 具有足夠的強(qiáng)度和剛度， 以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的 各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。 (6). 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。 (7). 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。 此次設(shè)計(jì)車型(CA141)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析設(shè)計(jì)參數(shù)： a) 后輪距：1740mm b) 車輪滾動(dòng)半徑：462mm c) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩：372Nm，12001400 r/min d) 汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷 G2=24593.6N e) 變速比：i1=7.7 f) 主傳動(dòng)比：i0=7.6312 2.1 主減速器設(shè)計(jì) 2.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 主減速器的結(jié)構(gòu)型式， 主減速器可根據(jù)齒輪類型,減速形式以及主,從動(dòng)齒哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 5 輪的支承形式不同分類。 2.1.1.1 主減速器的齒輪類型 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪,雙曲面齒輪,圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。比較幾種齒輪的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選用弧齒錐齒輪傳動(dòng)。 弧齒錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主從動(dòng)齒輪的軸線垂直相交于一點(diǎn)。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合,因此螺旋錐齒輪能承受大的負(fù)荷,加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，面是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另端，使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲和振動(dòng)也是很小的,但弧齒錐齒輪對(duì)嚙合精度很敏感,齒輪副錐頂稍不吻合就會(huì)使工作條件急劇變壞,并加劇齒輪的磨損和使噪聲增大。 2.1.1.2 主減速器的減速形式 本設(shè)計(jì)采用雙級(jí)主減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 影響減速形式選擇的因素有汽車類型、實(shí)用條件、驅(qū)動(dòng)橋處的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋數(shù)和布置形式以及主傳動(dòng)比i0。其中，i0的大小影響汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 1. 中央主減速器 中央主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,質(zhì)量小,尺寸緊湊,制造成本低等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于主傳動(dòng)比i07 的汽車上。 中央主減速器多采用一對(duì)弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪傳動(dòng)。中央主減速器的結(jié)構(gòu)形式,尤其是其齒輪的支承形式和拆裝方法,與橋殼的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)。 2. 雙級(jí)主減速器 雙級(jí)主減速器的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由兩級(jí)齒輪減速組成的主減速器。與單級(jí)主減速器相比,雙級(jí)主減速器在保證離地間隙相同時(shí)可得到大的傳動(dòng)比，i0一般為 712； 但其尺寸,質(zhì)量均較大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本也顯著曾加,因此主要應(yīng)用在總質(zhì)量較大的商用車上。 3. 雙速主減速器 雙速主減速器內(nèi)由齒輪的不同組合可獲得兩種傳動(dòng)比。它與普通變速器相配合,可得到雙倍于變速器的檔位。雙速主減速器的高低檔傳動(dòng)比,是根據(jù)汽車的使用條件、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及變速器各檔傳動(dòng)比的大小來(lái)選定的。大的主傳動(dòng)比用于汽車滿載行駛或在困難道路上行駛,以克服較大的行駛阻力并減少變速器中間檔位的變換次數(shù)；小的傳動(dòng)比則用于汽車空載、半載行駛或在良好路面上行駛,以改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和提高平均車速。 4. 雙級(jí)貫通式主減速器 對(duì)于總質(zhì)量較大的多橋驅(qū)動(dòng)汽車，由于主傳動(dòng)比較大，多采用雙級(jí)貫通哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 6 式主減速器。根據(jù)齒輪的組合方式不同，可以分為錐齒輪-圓柱齒輪式和圓柱齒輪-錐齒輪式兩種形式。 2.1.1.3 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 圖 2-1 圖 2-2 圖 2-3 懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛度較跨置式差，用于傳遞較小轉(zhuǎn)矩的主減速器上?？缰檬街С械慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在錐齒輪兩端的軸上均有軸承，這樣可大大增加支撐剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)相對(duì)安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)齒輪軸的長(zhǎng)度，使布置更緊湊，并可減小傳動(dòng)軸夾角，有利于整車布置。但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承所需的軸承座，使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。另外，因主從動(dòng)齒輪之間的空隙很小，致使主動(dòng)齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制，有時(shí)布置不下或拆裝困難。 綜合比較兩種形式的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用懸臂式支撐方案。 2.1.2 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì) 2.1.2.1 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 1. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tce max10defceK Tkii iTn (2-1) 式中 Tce計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm Kd由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1 Temax發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Te max=372 Nm k液力變矩器變矩系數(shù)，k=1 i1變速器傳動(dòng)比，i1=7.7 i0主減速器傳動(dòng)比，i0=7.63 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 7 變速器傳動(dòng)效率，取 =0.9. 代入公式有1 372 1 7.7 7 1 7.63 0.91ceT =19669.83 Nm 2. 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tcs 22 rcsm mGm rTi (2-2) 式中 G2汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷 24593.6N 輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，此處取 0.85 m2汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，此處取 1.2 rr車輪的滾動(dòng)半徑，為 0.462 mm m主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率，取 0.9 im主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)比，取 1.0 22 rcsm mGm rTi=24593.6 0.85 1.2 0.36810257.20.9 1.0N 2.1.2.2 錐齒輪主要參數(shù)選擇 1. 主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù) Z1和 Z2 選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素： 1) 為了磨合均勻，Z1和 Z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)。 2) 為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于 40 3) 為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對(duì)于乘用車，Z1一般不少于 9；對(duì)于商用車，Z1一般不少于 6 4) 主傳動(dòng)比 i0較大時(shí)，Z1盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。 5) 對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，Z1和 Z2應(yīng)有適宜的搭配。 綜上所述，取 Z1=13 和 Z2 =25。 2. 從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑 D2和端面模數(shù) ms 對(duì)于單級(jí)主減速器，增加尺寸 D2會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼高度尺寸和離地間隙，減小 D2又影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支撐座得安裝空間和差速器的安裝。D2可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即 232DcDKT (2-3) 式中 D2從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑(mm); KD2直徑系數(shù)，一般取 13.015.3； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 8 Tc 從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， Tc =minTce , Tcs 故 D2=(13.015.3)10257.23(350.92413.00)mm。 初選 D2=350.92mm， 則 mt= D2/Z2=350.92/25=8.93mm 。參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取mt= 7mm 3. 主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬 b1、b2 對(duì)于從動(dòng)齒輪的齒面寬 b2，推薦不大于其節(jié)錐距A0的 0.3 倍，而且b2應(yīng)滿足b210m，一般也推薦b2=0.155D2。對(duì)于弧齒錐齒輪，b1一般比b2大 10%。 b2=0.155D2 =0.155322=49.91mm。 b2取 50mm，b1取 55mm。 4. 中點(diǎn)螺旋角 螺旋角沿齒寬是變化的，齒輪打斷的螺旋角最大，輪齒小段的螺旋角最小。弧齒錐齒輪副的重點(diǎn)螺旋角是相等的。 同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且齒輪的強(qiáng)度越高。汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為 35 40 ，而商用車選用較小的 值以防止軸向力過(guò)大，通常取 35 。 5. 螺旋方向 從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的螺旋方向影響其受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開(kāi)錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢(shì)，防止齒輪因卡死而損壞。 6. 法向壓力角 法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減小齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)。對(duì)于弧齒錐齒輪，乘用車的 一般選用 14.5或 16,商用車的 為 20或22.5,這里取 20。 2.1.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 主減速器圓弧錐齒輪各項(xiàng)重要參數(shù)的計(jì)算公式及其計(jì)算結(jié)果如表 2-1 所示。 表格 2-1 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 主動(dòng)齒輪齒數(shù) Z1 13 從動(dòng)齒輪齒數(shù) Z2 25 端面模數(shù) m 9 mm 齒面寬 b b1=44 mm,b2=40 mm 工作齒高 hg=2ha*m hg=14 mm 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 9 續(xù)表 2-1 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 全齒高 h=(2ha*+c*)m h=16.99 mm 法向壓力角 =20 軸交角 =90 =90 節(jié)圓直徑 d=mZ d1=99mm ，d2=225mm 節(jié)錐角 1=1(12) 1=27.47 節(jié)錐角 2=90-1 2=62.53 節(jié)錐距 A0=121=2122 取 A0=126.8 mm 周節(jié) t=3.1416m t=21.99 mm 齒頂高 ha=m ha=10.26 mm ，5.4 mm 齒根高 hf=(+c*)m hf=8.75 mm 徑向間隙 c=c*m c=1.75 mm 齒根角 f=10 f=3.09 面錐角 a1=1+f1 a1=11.79 面錐角 a2=2+f2 a2=84.39 根錐角 f1=1-f1 f1=5.61 根錐角 f2=2-f2 f2=78.21 齒頂圓直徑 da1=d1+2ha11 da1=135.21mm 齒頂圓直徑 da2=d2+2ha22 da2=229.5 mm 理論弧齒厚 s1=t-s2 , s2=Skm s1=15.88mm ,s2=6.10mm 齒側(cè)間隙 查表得 0.18mm 2.1.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 1. 單位齒長(zhǎng)圓周力 主減速器錐齒輪的表面耐磨性，可用齒輪上的單位齒長(zhǎng)圓周力估算，即 2FPb 式中 P作用在圓周上的齒輪力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大附著力矩兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算 F作用在齒輪上的圓周力 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 10 b2從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取 50mm 1) 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算： max312210deg fk Tki iPnD D (2-4) 式中：ig變速器傳動(dòng)比，7.7； D1主動(dòng)錐齒輪分度圓直徑：D1=Z1ms=99 mm； Te max發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取 372 Nm； 按式(2-4) max312210deg fk Tki iPnD D=925.6 N/mm P=925.6 N/mm P=1429 N/mm ，校核滿足要求。 2) 按最大附著力矩計(jì)算： 3222 22 10rmmG m rPD b i (2-5) 式中 G2后驅(qū)動(dòng)橋在滿載狀態(tài)下的靜載荷，在此取 18666.7 N； m2汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，在此取 1.2； 輪胎與路面之間的附著系數(shù)，在此取 0.85； rr車輪滾動(dòng)半徑，在此取 0.462 mm； im主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間的傳動(dòng)比，在此取 1； m主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間的傳動(dòng)效率，在此取 0.9； 將各參數(shù)代入上式得：P=1124.6 MPa P=1429 MPa 齒輪表面耐磨性合格。 2. 齒輪彎曲強(qiáng)度 錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力： 30210cmwvswTk k kk m bDJ (2-6) 式中 Tc齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，主動(dòng)齒輪取 T=933.3 Nm； k0過(guò)載系數(shù)，一般取 1； ks尺寸系數(shù)，0.697； km齒面載荷分配系數(shù)，取 1.1； kv質(zhì)量系數(shù)，取 1； b所計(jì)算的齒輪齒面寬，b1=44 mm , b2=40 mm ; D齒輪大端分度圓直徑，D1=99 mm ,D2=225 mm ; JW齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，小齒輪取 0.27，大齒輪取 0.25； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 11 將上述各系數(shù)代入后得： 30210cmwvswTk k kk m bDJ=465.25MPa w=700MPa 故齒輪彎曲強(qiáng)度滿足要求。 3. 齒輪接觸強(qiáng)度 錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為： 031210ZmfPJvJTk k k kCDk bJ (2-7) 式中 J錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力； CP綜合彈性系數(shù)，取 232.6 N1/2/mm; D1主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑，99 mm； b主從動(dòng)錐齒輪齒面寬較小值，40 mm； ks尺寸系數(shù)，此處取 1.0； TZ主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，5898.25 Nm； kf齒面品質(zhì)系數(shù)，此處取 1.0； JJ齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，查表可得此處應(yīng)取 0.229； 將各參數(shù)代入公式可計(jì)算得： 031210ZmfPJvJTk k k kCDk bJ=2245.09MPa JJ=2800MPa，故齒輪接觸強(qiáng)度滿足要求。 2.1.2.5 主減速器錐齒輪的載荷計(jì)算 錐齒輪在工作過(guò)程中，互相嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可以分解為沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力以及垂直于齒輪軸線的徑向力。 1) 錐齒輪齒面上的作用力 齒寬中點(diǎn)處的圓周力為 22mTFD (2-8) 式中 T作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩 Dm2該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑 將各參數(shù)代入公式可計(jì)算得： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 12 22mTFD=10.21kN 2) 錐齒輪的軸向力和徑向力 圖 2-4 主動(dòng)錐齒輪齒面受力圖 如圖 2-4 所示，主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮D(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，F(xiàn)T為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn) P 處的法向力，在 P 點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)T分解為兩個(gè)相互垂直的力 FN和 Ff。Ff又可以分解為沿切線方向的圓周力 F和沿節(jié)圓母線方向的力 FS。F 和 Ff之間的夾角為螺旋角 ，F(xiàn)T和 Ff之間的夾角為法向壓力角 。這樣有： coscosTFF (2-9) sinNTFF (2-10) cossinSTFF (2-11) 于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力 Faz和徑向力 FRz分別為： sincostansinsincoscosazNSFFFF (2-12) cossintancossinsincosRzNSFFFF (2-13) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 13 由上式可計(jì)算出： Faz=-6124.88N Faz= 5953.6N 作用在從動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力 Fac和徑向力 FRc分別為： sincostansinsincoscosacNSFFFF (2-14) cossintancossinsincosRcNSFFFF (2-15) 由上式可計(jì)算出： Faz=7995.08N，F(xiàn)az=3006.38N 3) 主減速器錐齒輪軸承載荷計(jì)算 對(duì)于主動(dòng)齒輪采用懸臂式支承，對(duì)于從動(dòng)齒輪采用傳統(tǒng)的騎馬式支承方式13。對(duì)于采用采用騎馬式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，軸承的徑向載荷分別為： 2210.5ARZaZmRF bFbFda (2-16) 2210.5BRZaZmRF cFcFda (2-17) 求得 FaZ=-6124.88N， FRZ=5953.6N， a=67mm， b=41mm， c=63mm， d=125mm。故 軸承的徑向力分別為： 22110300 415953.6 41 0.5 6124.88 41.6567AR =8396.2N 其軸向力為 0。 22110300 635953.6 63 0.5 6124.88 41.6567BR =12673.43N 其軸向力為 0。 a) 對(duì)于軸承 A 采用圓柱滾子軸承，采用 3020E，此軸承的額定動(dòng)載荷為 32.2KN，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XRA。取 X=1，則 Q= RA=8396.2N。 610frpf CLf Q (2-18) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 14 式中 ff溫度系數(shù)，取 1.0 fp載荷系數(shù)，取 1.2 10361 32.2 1000101.2 8396.2L=4.81108 對(duì)于無(wú)輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來(lái)說(shuō)，主減速器的從動(dòng)齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 n2為262.45r/min。則主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 n1=7.63262.45=2002.49 r/min 故軸承能正常工作的額定壽命為 81.55 10600 2002.49hL=5861.5h 若汽車大修里程定為 10000 公里，可計(jì)算出預(yù)期壽命為 100000=37haSLV均=2702.7h 由于 Lh Lh，故軸承符合使用要求。 b) 對(duì)于軸承 B 對(duì)于成對(duì)安裝的軸承組的計(jì)算當(dāng)量載荷時(shí)徑向動(dòng)載荷系數(shù) X 和軸向動(dòng)載荷系數(shù) Y 值按雙列軸承選用，e 值與單列軸承相同。在此選用 30205 型軸承，在此的額定動(dòng)載荷 Cr為 32.2kN。 派生軸向力： 9806.4922 1.6RSY=3064.53N 軸向載荷： A=A1-S1=19548.75-3960.44=15588.32N 15588.321.2312673.43ARe 故 X=0.4，Y=1.6 Q=fd(XR+YA) fd：沖擊載荷系數(shù)，取 1.2 Q=fd(XR+YA)=1.2(0.412673.43+1.6V15588.32)=30372.8N 3312673.4312673.43 32.2 10606030372.8rhCLnQn=5376.58h 由于 Lh Lh，故軸承符合使用要求。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 15 3)對(duì)于軸承 C、D 選用圓錐滾子軸承，選用 30211，軸承的額定動(dòng)載荷為 86.5KN，經(jīng)過(guò)校核，符合使用要求。 2.1.3 主減速器斜齒圓柱齒設(shè)計(jì) 2.1.3.1 斜齒圓柱齒輪主要參數(shù)的選擇 1.主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù) Z21和 Z22 二級(jí)齒輪副的傳動(dòng)比為 i02=2.985，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，初選主動(dòng)齒輪齒數(shù)為 Z21=14，Z22=43，則 i02=Z22/Z21=3.07。 i02/i01=1.597,在 1.42.0 之間，且 14 與 43 無(wú)公約數(shù)，故符合要求。 2.法向模數(shù) mn 選用推薦模數(shù) mn=6。 3.法向壓力角 n和螺旋角 取法向壓力角 n=20 ， 的推薦值一般為 15 20 ，故初選 =15 。 4.主、從動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑 d21和 d22 由表 2-1 中公式可得，d21=87mm，d22=265mm。 5.齒寬 b 齒寬的計(jì)算公式為 b1=dd21 式中，d為齒寬系數(shù)，取 0.85；d21為小齒輪分度圓直徑，87mm；則 b1=0.85 87=74.32，圓整為 75mm。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，b2=b1-5=75-5=70mm。 故 b1為 75mm，b2=70mm。 2.1.3.2 斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算 斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算見(jiàn)表 3-2。 2.1.3.1 圓柱齒輪的損壞形式 圓柱齒輪的損壞形式主要有：輪齒折斷、齒面疲勞剝落（點(diǎn)蝕） 、齒面膠合、齒面磨損等。 輪齒折斷發(fā)生在下述幾種情況下：輪齒受到足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒在重復(fù)載荷作用下，齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。 輪齒工作時(shí)，一對(duì)齒輪相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在于齒面細(xì)小裂縫哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 16 中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀剝落而形成小麻點(diǎn)，稱之為齒面點(diǎn)蝕。它使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，并可能導(dǎo)致輪齒折斷。 表 3-2 斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸 序號(hào) 名稱 代號(hào) 小齒輪 大齒輪 計(jì)算結(jié)果 1 齒數(shù)比 u u=z21/z22,按傳動(dòng)要求確定 3.07 2 分度圓直徑 de zmzmdcos=nt d21=87mm d22=265mm 3 齒數(shù) z 設(shè)計(jì)值 設(shè)計(jì)值 z21=14，z22=43 4 法向模數(shù) mn 推薦值 6 5 法向壓力角 推薦值 20 6 螺旋角 推薦值一般為 15 20 15 7 齒寬系數(shù) d 一般取 0.85 0.85 8 齒寬 b b1=dd21 b2=b1-5 b1=75mm b2=70mm 9 齒距 p p=mn 18.84mm 10 齒頂高 ha ha=han*mn han*=1 6mm 11 齒根高 hf hf=cn*mn 7.5mm 12 齒全高 h h=ha+hf 13.5mm 13 中心距 a a=1/2(d1+d2) 可圓整 176mm 14 齒頂圓直徑 da da=d+2ha da1=99mm，da2=277mm 15 齒根圓直徑 df df=d-2hf df1=72mm，df2=250mm 負(fù)荷大、齒面相對(duì)滑動(dòng)速度又高的齒輪，在接觸壓力大且接觸處產(chǎn)生高溫作用的情況下使齒面間的潤(rùn)滑油膜破壞， 導(dǎo)致齒面直接接觸， 在局部高溫、高壓作用下齒面互相熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡，稱為齒面膠合14。 2.1.3.1 輪齒強(qiáng)度計(jì)算 1.輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 17 斜齒圓柱齒輪的彎曲應(yīng)力為 32cosgwncTKZm yK K 式中，w為齒輪的彎曲應(yīng)力；Tg為計(jì)算載荷，取 Temax=450000Nmm； 為齒輪螺旋角，為 15 ，K為應(yīng)力集中系數(shù)，取 1.50；Z 為小齒輪齒數(shù)，為 14；mn為法向模數(shù)，為 6；y 為齒形系數(shù)，查得為 0.19；Kc為齒寬系數(shù)，取 8.0；K為重合度影響系數(shù)，取 2.0。許用應(yīng)力對(duì)貨車為 100250MPa。則 1517.45=0 . 20 . 819. 06145 . 115cos4500002=3w100MPa 故符合要求。 2.輪齒接觸強(qiáng)度計(jì)算 輪齒接觸應(yīng)力 j ()bzj1+1418. 0=bFE 式中，j為輪齒的接觸應(yīng)力，MPa；F 為齒面上的法向力，F(xiàn)=F1/（coscos） ；F1為圓周力， F1=2Tg/d； Tg為計(jì)算載荷， 為 450000Nmm； d 為節(jié)圓直徑， mm； 節(jié)點(diǎn)處壓力角， 為齒輪螺旋角；則 N83.5632=20cos146450000=cos=coscos2=1nmgzmTdTF E為齒輪材料的彈性模量， 為 2.1 105MPa； b 為齒輪接觸的實(shí)際寬度， 為 70mm；z、b為主、從動(dòng)輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑；rb、rz為主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑。則對(duì)斜齒輪 z=（rzsin）/cos2 =13.91，b=（rbsin）/cos2 =42.725。則 ()MPa456.512=725.421+91.13170101 . 283.5632418. 0=5j 查得其許用應(yīng)力范圍為 13001400MPa，故符合要求。 2.1.3.1 齒輪的材料選擇 二級(jí)圓柱斜齒輪多數(shù)采用滲碳合金鋼，其表層的高硬度與心部的高韌性相結(jié)合，能大大提高齒輪的耐磨性及抗彎曲疲勞和接觸疲勞的能力。在選用鋼材及熱處理時(shí)，對(duì)可加工性及成本也應(yīng)考慮。 國(guó)內(nèi)汽車齒輪材料主要采用 20CrMnTi、 20Mn2TiB、 15MnCr5、 20MnCr5、25MnCr5、 28MnCr5。 滲碳齒輪表面硬度為 5863HRC， 心部硬度為 3348HRC。 值得指出的是，采取噴丸處理、磨齒、加大齒根圓弧半徑和壓力角等措施，哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 18 能使齒輪得到強(qiáng)化。對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理以后，輪齒產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，齒輪彎曲疲勞壽命可成倍提高，接觸疲勞壽命也有明顯改善。在加大齒根圓弧半徑的同時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)力噴丸處理，不僅可使殘余壓應(yīng)力進(jìn)一步增加，還改善了應(yīng)力集中。齒輪在熱處理之后進(jìn)行磨齒，能消除齒輪熱處理的變形，經(jīng)過(guò)磨齒后，齒輪精度要高于熱處理前剃齒和擠齒齒輪精度，使得傳動(dòng)平穩(wěn)，效率提高， 并在同樣負(fù)荷條件下， 磨齒的彎曲疲勞壽命比剃齒的要高近一倍16。 2.2 差速器設(shè)計(jì) 根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際上的車輪、道路以及他們之間的相互關(guān)系表明：汽車在行駛過(guò)程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是有差別的。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車輪的行程總要比內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)。另外，即使汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等原因引起左右車輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求車輪行程不等17。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車輪軸將動(dòng)力傳給左右車輪，則會(huì)由于左右驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)速雖相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)是輪胎過(guò)早磨損、無(wú)益地消耗功率和燃料以及驅(qū)動(dòng)車輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不同時(shí)具有以不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。在此，選用對(duì)稱錐齒輪式差速器。 2.2.1 對(duì)稱錐齒輪式差速器的工作原理 其工作原理如圖圖 2-6 所示。 0為主減速器從動(dòng)齒輪或差速器殼的角速度；1、2分別為左右兩半軸的角速度；T0為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；Tr為差速器的內(nèi)摩擦力矩；T1、T2分別為左右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩。根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得 1+2=20 顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)半軸將以 2 倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 19 當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸將等速、反向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)力矩平衡可得 T1+ T2= T2 1= 圖 2-5 對(duì)稱錐齒輪式差速器的工作原理 普通錐齒輪差速器的鎖緊洗漱 k 一般為 0.05-0.15，兩半軸的轉(zhuǎn)矩比 kb為1.11-1.35， 這說(shuō)明左右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對(duì)于在良好路面上行駛的汽車來(lái)說(shuō)是很合適的。當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)很兇時(shí)，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無(wú)法發(fā)揮潛在的牽引力，以致汽車停駛。 2.2.2 對(duì)稱圓錐行星齒輪式差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖 2-7 所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。 2.2.3 對(duì)稱圓錐行星齒輪式差速器的設(shè)計(jì) 1. 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 1) 行星齒輪數(shù) n 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 20 CA141 為載荷較大的商用車輛，采用 4 個(gè)行星齒輪。 2) 行星齒輪球面半徑 RB 圖 2-6 對(duì)稱圓錐行星齒輪式差速器的結(jié)構(gòu) 1，12-軸承；2-螺母；3,14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5,13-螺栓；6-半軸齒輪墊片；7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片；11-差速器右殼 行星齒輪球面半徑 RB反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑 RB，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑 RB可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： RB=KB3 (2-19) 式中 KB行星齒輪球面半徑系數(shù)，取 2.53.0，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的載貨汽車取小值； T計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Tce和 Tcs的較小值。 根據(jù)上式，計(jì)算得 RB=56.5mm。 3) 行星齒輪與半軸齒輪的選擇 為了使齒輪有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會(huì)增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)盡量少。 但一般不少于 10。 半軸齒輪的齒數(shù)采用 1425，哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 21 大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 Z2/Z1在 1.52.0 的范圍內(nèi)。 在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù) Z2L，Z2R之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無(wú)法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： 22LRZZn=整數(shù) 式中：Z2L、Z2R左右半軸齒輪的齒數(shù)。 n行星齒輪數(shù)。 在此，Z1=10，Z2=18，滿足以上要求。 4) 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 1，2 1111210tantan29.05518ZZ 219060.945 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m 001212222 50sinsinsin29.0554.8611AAmZZmm 由于強(qiáng)度的要求，在此取 m=4 mm。故， d1=mZ1=410=40mm d2=mZ2=418=72mm 5) 壓力角 汽車差速器的齒輪大豆采用 22.5的壓力角，齒高系數(shù)為 0.8 的齒形。某些總質(zhì)量較大的商用車采用 25的壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。在此選擇 25的壓力角。 6) 行星齒輪安裝孔的直徑 及其深度 L 行星齒輪的安裝孔直徑 與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔直徑的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常取 L=1.1。 320101.1CTLnl (2-20) 30101.1cTnl (2-21) 式中 T0差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 22 n行星齒輪數(shù) l行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x 支承面的許用擠壓應(yīng)力 根據(jù)上式： 5694.59 10001.1 98 4 28.8 21.41mm L=1.121.41=28.07mm 2. 差速器齒輪的幾何計(jì)算 行星式差速器設(shè)計(jì)所需的各項(xiàng)重要參數(shù)計(jì)算公式及其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 2-2所示。 表格 2-2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 行星齒輪數(shù) Z110，取最小值 Z1=10 半軸齒輪齒數(shù) Z2=1425 Z2=18 模數(shù) m m=6 齒面寬 b=(0.250.30)A0 b=15mm 工作齒高 hg=1.6m hg=9.6mm 全齒高 h=1.788m+0.051 10.779 壓力角 25 軸交角 =90 =90 節(jié)圓直徑 d1=mz1，d2=mz2 d1=60mm，d2=108mm 節(jié)錐角 1=112，2=90-1 1=29.06，2=60.94 節(jié)錐距 A0=121=1222 A0= 61.77mm 周節(jié) t=3.1416m t=18.849mm 齒頂高 ha1=hg-ha2,ha2=0.43+0.37(21)2m ha1=6.33mm, ha2=3.27mm 齒根高 hf1=1.788m-ha1; hf2=1.788m-ha2 hf1=4.398mm; hf2=7.458mm 徑向間隙 c=h-hg=0.188m+0.051 c=1.179 齒根角 1=110; 1=4.072 2=6.884 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 23 續(xù)表 2-3 差速器齒輪的幾何計(jì)算 2=120 面錐角 01=1+2； 02=2+1 01=35.939 02=65.017 根錐角 R1=1-1 R2=2-2 R1=24.983 R2=54.061 外圓直徑 d01=d1+2ha11 d02=d2+2ha22 d01=71.067mm d02=111.176mm 節(jié)圓頂點(diǎn)至外緣距離 01=22 11 02=12 22 01=33.95mm 02=18.09mm 理論弧齒厚 s1=t-s2 s2=2 (1 2) s1=9.06mm s2=3.51mm 齒側(cè)間隙 B=0.1020.152m B=0.250mm 弦齒厚 S1=si-36122 S1=4.86mm S2=2.90mm 弦齒高 hi=hi+24 h1=1.92mm hi=1.78mm 3. 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大。它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度 w (MPa)為 3222 10SmwvK KK b md Jn MPa 式中 n差速器的行星齒輪數(shù)； J計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)； T差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩； 在此 T 為 854.19 Nm； Z2半軸齒輪齒數(shù)； 根據(jù)上式有 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - - 24 32 10854.19 0.697 1.01 30 4 72 0.225w =612.52MPa980MPa 所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、20CrMnMo和 20CrMo等。由于差速器齒輪要求精度低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用18。 2.3 驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置位于傳動(dòng)系的末端,其基本功用是接受從差速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪.對(duì)于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋,驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置;對(duì)于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋,驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸。半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式、3/4 浮式和全浮式三種形式。 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對(duì)車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所受載荷較大，用于乘用車和總質(zhì)量較小的商用車上。 3/4 浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支承著車輪輪轂，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用在乘用車和質(zhì)量較小的商用車上。 全浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相聯(lián)，而輪轂又借用兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在驅(qū)動(dòng)橋殼的半軸套管上。理論上來(lái)說(shuō)，半軸只承受轉(zhuǎn)矩，作用于驅(qū)動(dòng)輪上的其它反力和彎矩全由橋殼來(lái)承受。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同女、半軸法蘭平面相對(duì)其軸線不垂直等因素，會(huì)引起半軸的彎曲變形，由此引起的彎曲應(yīng)