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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 本課題的目的和意義
本課題是對(duì)江淮帥鈴貨車驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)際工作能力。掌握汽車零部件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)是開發(fā)我國自主品牌汽車產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)，汽車驅(qū)動(dòng)橋時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件。設(shè)計(jì)汽車驅(qū)動(dòng)橋，需要綜合考慮多方面的因素。設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，熟悉實(shí)際設(shè)計(jì)過程，提高設(shè)計(jì)能力。驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，由驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成、功用、工作特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求講起，詳細(xì)地分析了驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)形式及布置方法；全面介紹了驅(qū)動(dòng)橋車輪的傳動(dòng)裝置和橋殼的各種結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
汽車驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(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的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪；其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動(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)裝置和橋殼組成。
對(duì)于重型載貨汽車來說，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車和客車，以及輕型商用車都要大得多，以便能夠以較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，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。汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的重大總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)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)商來提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶，因?yàn)橹匦洼d貨汽車所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是大功率，大轉(zhuǎn)矩的，裝載質(zhì)量在四噸以上的載貨汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率在99KW,最大轉(zhuǎn)矩也在350N·m以上，百公里油耗是一般都在30升左右。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
程中的損失。驅(qū)動(dòng)橋是將動(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。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為新的課題。
目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè),采用后輪驅(qū)動(dòng)汽車的平衡性和操作性都將會(huì)有很大的提高。后輪驅(qū)動(dòng)的汽車加速時(shí)，牽引力將不會(huì)由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，司機(jī)就會(huì)感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費(fèi)用低也是后輪驅(qū)動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費(fèi)用將會(huì)有很大的差別。
1.2 驅(qū)動(dòng)橋的分類
1.2.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種家庭乘用車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型家庭乘用車上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車的總體布置很方便。
1.2.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。
1.2.3 多橋驅(qū)動(dòng)的布置
為了提高裝載量和通過性，有些重型汽車及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅(qū)動(dòng)，常采用的有4×4、6×6、8×8等驅(qū)動(dòng)型式。在多橋驅(qū)動(dòng)的情況下，動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動(dòng)力傳遞方式，多橋驅(qū)動(dòng)汽車各驅(qū)動(dòng)橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋，需分別由分動(dòng)器經(jīng)各驅(qū)動(dòng)橋自己專用的傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力，這樣不僅使傳動(dòng)軸的數(shù)量增多，且造成各驅(qū)動(dòng)橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對(duì)8×8汽車來說，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難于布置了。
為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車都是采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置型式。
在貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置中，各橋的傳動(dòng)軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且各驅(qū)動(dòng)橋不是分別用自己的傳動(dòng)軸與分動(dòng)器直接聯(lián)接，而是位于分動(dòng)器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動(dòng)軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力，是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是，不僅減少了傳動(dòng)軸的數(shù)量，而且提高了各驅(qū)動(dòng)橋零件的相互通用性，并且簡化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對(duì)于汽車的設(shè)計(jì)(如汽車的變型)、制造和維修，都帶來方便。
1.3 主要內(nèi)容
（1）驅(qū)動(dòng)橋和主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇
（2）主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
（3）差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（4）半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（5）驅(qū)動(dòng)橋橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算
（6）用CAD畫裝配圖、零件圖。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析
2.1 主減速器的類型
由于要求設(shè)計(jì)的是江淮帥鈴的驅(qū)動(dòng)橋，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車輪都屬于簧下質(zhì)量。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下：
(1)中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。此是驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)中最為簡單的一種，是驅(qū)動(dòng)橋的基本形式， 在載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動(dòng)比小于6的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。目前的中央單級(jí)減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動(dòng)小齒輪采用騎馬式支承， 有差速鎖裝置供選用。
(2)中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋。由于中央雙級(jí)減速橋均是在中央單級(jí)橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)，作為系列產(chǎn)品而派生出來的一種型號(hào)，它們很難變型為前驅(qū)動(dòng)橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動(dòng)橋存在。
(3)中央單級(jí)、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當(dāng)前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。
綜上所述，設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比小于6。況且由于隨著我國公路條件的改善和物流業(yè)對(duì)車輛性能要求的變化，重型汽車驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化發(fā)展的趨勢(shì)。
單級(jí)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為單級(jí)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度看， 重型車產(chǎn)品在主減速比小于6的情況下，應(yīng)盡量選用單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。
2.2 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋的基本要求
(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，以滿足通過性的要求。
(3)齒輪及其他傳動(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)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。
2.3 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上。在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的形式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)別結(jié)構(gòu)，在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方：公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方：有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)得大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)采用渦輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車的總體布置很方便。
2.4 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋成為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫梁或車廂地板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野車上，且后者多屬于輕型一下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。
由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱資料，參照國內(nèi)相關(guān)貨車的設(shè)計(jì)，最后本課題選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
2.5 本章小結(jié)
本章主要針對(duì)給定的汽車進(jìn)行分析和布置方案的確定以及主減速器的結(jié)構(gòu)的確定，為下面的設(shè)計(jì)過程做鋪墊。
第3章 主減速器設(shè)計(jì)
3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。
3.1.1 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。在此選用弧齒錐齒輪傳動(dòng)，其特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線垂直交于一點(diǎn)。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩個(gè)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此可以承受較大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時(shí)嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小。
3.1.2 主減速器的減速形式
由上段分析設(shè)定采用i＜6小傳動(dòng)比，采用單級(jí)主減速器，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝較簡單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本型，在重型汽車上占有重要地位；
3.1.3 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式
作為一個(gè)4噸級(jí)的驅(qū)動(dòng)橋，傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩很大，所以主動(dòng)錐齒輪采用騎馬式支承。裝于輪齒大端一側(cè)軸頸上的軸承，多采用兩個(gè)可以預(yù)緊以增加支承剛度的圓錐滾子軸承，其中位于驅(qū)動(dòng)橋前部的通常稱為主動(dòng)錐齒輪前軸承，其后部緊靠齒輪背面的那個(gè)齒輪稱為主動(dòng)錐齒輪后軸承；當(dāng)采用騎馬式支承時(shí)，裝于齒輪小端一側(cè)軸頸上的軸承稱為導(dǎo)向軸承。導(dǎo)向軸承都采用圓柱滾子式，并且內(nèi)外圈可以分離（有時(shí)不帶內(nèi)圈），以利于拆裝。
3.2 主減速比的計(jì)算
主減速比對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)形式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定?？衫迷诓煌南碌墓β势胶鈭D來計(jì)算對(duì)汽車動(dòng)力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇值，可是汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
為了得到足夠的功率而使最高車速稍有下降，一般選得比最小值大10%～25%，即按下式選擇：
=0.377=4.444
式中：
—車輪的滾動(dòng)半徑=0.5（m）
—最大功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min；
—汽車的最高車速85km/h；
—變速器最高擋傳動(dòng)比1；
—分動(dòng)器傳動(dòng)比1.223。
3.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定
1.按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Ｔce
（3.1）
式中：
—傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比，在此取9.01；
—發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩350；
—傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取0.9；
—該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取1；
—1.0
由以上各參數(shù)可求
==13612.7 （3.2）
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
（3.3）
式中：
—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， 取40000N
—輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用車，取=0.85；
—車輪的滾動(dòng)半徑，輪胎型號(hào)為12.00R20，滾動(dòng)半徑為 0.527m；
，—分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取0.9， 取1.0
所以==19908.9
3.按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定：
（3.4）
式中：
—汽車滿載時(shí)的總重量，此取802000N；
—所牽引的掛車滿載時(shí)總重量，0N，但僅用于牽引車的計(jì)算；
—道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取0.015~0.020；在此取0.018
—汽車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取0.05~0.09在此取0.07
—汽車的性能系數(shù)，取0；
，，n—見式（3.1），（3.3）下的說明。
所以
==41326.2
式（3.1）～式（3.4）參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》[1]式（3.10）～式（3.12）。
3.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇
1.主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和
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，，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)于商用車一般不小于6。
（4）主傳動(dòng)比較大時(shí)，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，和應(yīng)有適宜的搭配。
根據(jù)以上要求參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》[1]中表3-12 表3-13取=9 =40
2.從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。
可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即
（3.5）
—直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0
—從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為Tce和Tcs中的較小者，所以在此取=13612.7
=（13.0～16.0）=（310.4～382）
初選=370 則=/=370/40=9.25
有參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]表23.4-3中選取9 ， 則=360
根據(jù)=來校核=9選取的是否合適，其中=（0.3～0.4）
此處，=（0.3～0.4）=（7.16～9.55），因此滿足校核。
3.主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬和
對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對(duì)于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用：
=0.155428=55.9 在此取60
一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大20%較為合適，在此取=80
4.中點(diǎn)螺旋角
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端螺旋角最小，弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。
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大，通常取35°。
5.螺旋方向
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旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢(shì)，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。
6.法向壓力角
加大壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來說，規(guī)定重型載貨汽車可選用22.5°的壓力角。
3.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算
表3.1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
序 號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
1
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
9
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
40
3
端面模數(shù)
9㎜
4
齒面寬
=80㎜ =62㎜
5
工作齒高
80.4㎜
6
全齒高
=99.75㎜
7
法向壓力角
=22.5°
8
軸交角
=90°
9
分度圓直徑
=
86㎜
=380㎜
序 號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=12.68°
=77.32°
11
節(jié)錐距
A==
A=245.97㎜
12
周節(jié)
t=3.1416
t=37.69㎜
13
齒頂高
=10.2㎜
14
齒根高
=
=12.46 ㎜
15
徑向間隙
c=
c=2.256㎜
16
齒根角
=2.899 °
17
面錐角
=15.581°
=80.217°
18
根錐角
=
=
=9.783°
=74.419°
19
齒頂圓直徑
=
=127.902㎜
=484.479㎜
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=237.76㎜
=44.05㎜
21
理論弧齒厚
=27.38mm
=10.32mm
22
齒側(cè)間隙
B=0.305～0.406
0.4mm
23
螺旋角
=35°
3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
1 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
（1）單位齒長上的圓周力
在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長圓周力來估算，即
（3.6）
式中：
P—作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，N；
—從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取80mm.
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
（3.7）
式中：
—發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取350；
—變速器的傳動(dòng)比；
—主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取108mm.
按上式 =730N／mm （3.8） （2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為
N/ （3.9）
式中：
—該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m;
—超載系數(shù)；在此取1.0
—尺寸系數(shù)
當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.829
—載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，＝1.00～1.1；
—質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向
跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0;
—計(jì)算齒輪的齒面寬，mm;
—計(jì)算齒輪的齒數(shù)；
—端面模數(shù)，mm;
—計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，它綜合考慮了齒形系數(shù)?！ ?
載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。按圖2-1選取小齒輪的＝0.225，大齒輪＝0.195.
按上式＝173 N/< 210.3 N/
=199.6 N/<210.3 N/
所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
圖3.1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
(3)輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算
錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為
N/ (3.10)
式中：
—主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；
—材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.5/mm;
，，—見式(3-9)下的說明；
—尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取1.0；
—表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒，磨齒等），即表面粗糙 度及表面覆蓋層的性質(zhì)（如鍍銅，磷化處理等）。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取1.0
—計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)）。它綜合考慮了嚙合齒面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)的因素的影響，按圖2-2選取=0.115
按上式=1444 〈1750 N/
主、從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力相等。所以均滿足要求。
以上公式（3.6）～（3.10）以及圖3.2，圖3.3均參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》［１］
圖3.2 接觸計(jì)算用綜合系數(shù)
3.2.5 主減速器軸承的計(jì)算
1錐齒輪齒面上的作用力
錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
為計(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算：
(3.11)
式中：
—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取350N·m；
，…—變速器在各擋的使用率，可參考表3.2選??；
，…—變速器各擋的傳動(dòng)比；
，…—變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率，可參考表3.2選?。?
表3.2 及的參考值
經(jīng)計(jì)算為1164.8Ｎ·ｍ
對(duì)于圓錐齒輪的齒面中點(diǎn)的分度圓直徑
經(jīng)計(jì)算＝91.54mm =406.82mm
式（2.11）參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》［１］。
(1)齒寬中點(diǎn)處的圓周力
齒寬中點(diǎn)處的圓周力為
＝ (3.12)
式中：
—作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩見
式(3.11);
—該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑.
按上式圓周力 ==25.44KN
（2）錐齒輪的軸向力和徑向力
圖3.3 主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖
如圖3.3，主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮瑥腻F頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，F(xiàn) 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，在A點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)分解成兩個(gè)相互垂直的力F和，F(xiàn)垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)圓母線方向的力。F與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn)與之間的夾角為法向壓力角，這樣就有：
（3.13）
（3.14）
（3.15）
于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力A和徑向力R分別為
（3.16）
（3.17）
有式（3-16）可計(jì)算20201N
有式（3-17）可計(jì)算=9661N
式（3-12）～式（3-17）參考《汽車設(shè)計(jì)》[3]。
2.主減速器軸承載荷的計(jì)算
軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時(shí)，還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力，圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。
對(duì)于采用騎馬式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，如圖3.4所示
圖3.4 主減速器軸承的布置尺寸
軸承A，B的徑向載荷分別為
R= （3.18）
（3.19）
根據(jù)上式已知=20201N，=9661N，a=134mm ，b=84mm，c=50mm
所以軸承A的徑向力=
=15975N
其軸向力為0
軸承B的徑向力R=
=13364N
（1）對(duì)于軸承A，只承受徑向載荷所以采用圓柱滾子軸承N307E，此軸承的額定動(dòng)載荷Cr為102.85KN，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷Q=X·R=1×15976=15976N。
所以有公式 s (3.20)
式中:
—為溫度系數(shù)，在此取1.0;
—為載荷系數(shù)，在此取1.2。
所以==2.703×10s
此外對(duì)于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說，主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
r/min (3.21)
式中：
—輪胎的滾動(dòng)半徑，m
—汽車的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車和公共汽車可取30～35 km/h，在此取32.5 km/h。
所以有上式可得==163.89 r/min
而主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速=163.89×4.444=728 r/min
所以軸承能工作的額定軸承壽命：
h (3.22)
式中:
—軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min。
有上式可得軸承A的使用壽命=6188 h
若大修里程S定為100000公里，可計(jì)算出預(yù)期壽命即
= (3.23)
所以==3076.9 h
和比較，〉，故軸承符合使用要求。
（2）對(duì)于軸承B，選用圓錐滾子軸承33217。
在此徑向力R=13369N 軸向力A=20202N，所以=1.51〈e 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]中
表18.7可查得X=1.0，Y=0.45cota=1.6×=1.8
當(dāng)量動(dòng)載荷 Q= （3.24）
式中：
—沖擊載荷系數(shù)在此取1.2
有上式可得Q=1.2（1×13369+1.8×20202）=61618.5N
由于采用的是成對(duì)軸承=1.71Cr
所以軸承的使用壽命由式（3.20）和式（3.22）可得
===3876.6 h>3076.9 h=
所以軸承符合使用要求。
對(duì)于從動(dòng)齒輪的軸承C，D的徑向力計(jì)算公式見式（2.18）和式（2.19）已知F=25450N，=9662N，=20202N，a=410mm，b=160mm.c=250mm
所以，軸承C的徑向力：
==10401.3N
軸承D的徑向力：
==23100.5N
軸承C，D均采用圓錐滾子軸承32218，其額定動(dòng)載荷Cr為134097N
（3）對(duì)于軸承C，軸向力A=9662N，徑向力R=10401.3N，并且=0.93〉e，在此e值為1.5tana約為0.402，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]中表18.7可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6
所以Q==1.2(0.4×9662＋1.6×10401.3)=24608.256N
===28963 h>
所以軸承C滿足使用要求。
（4）對(duì)于軸承D，軸向力A=0N，徑向力R=23100.5N，并且=.4187〉e
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]中表18.7可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6
所以Q==1.2×(1.6×23100.5)=44352.96N
===4064.8 h >
所以軸承D滿足使用要求。
此節(jié)計(jì)算內(nèi)容參考了《汽車車橋設(shè)計(jì)》[1]和《汽車設(shè)計(jì)》[3]關(guān)于主減速器的有關(guān)計(jì)
算。
3.3 本章小結(jié)
本章首先根據(jù)所學(xué)的汽車?yán)碚摰闹R(shí)計(jì)算出主減速器的傳動(dòng)比，確定齒輪的參數(shù)，介紹了齒輪變?yōu)橄禂?shù)的選擇原則，并根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算齒輪的參數(shù)，簡單介紹了齒輪材料的選擇原則，對(duì)齒輪進(jìn)行了校核。
第4章 差速器設(shè)計(jì)
差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。
4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(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3-2所示。其廣泛用于各類車輛上。
圖3-2 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器
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
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)
由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。
4.2.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇
1.行星齒輪數(shù)目的選擇
載貨汽車采用4個(gè)行星齒輪。
2.行星齒輪球面半徑的確定
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，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。
球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定：
mm (4.1)
式中：
—行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52～2.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的載貨汽車 取小值；
T—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，T =13612.7N·m.
根據(jù)上式=2.6=62mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距A=62mm
3.行星齒輪與半軸齒輪的選擇
為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.5～2.0的范圍內(nèi)。
差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，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)，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，差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為：
（4.2）
式中：
，—左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來說，=
—行星齒輪數(shù)目；
—任意整數(shù)。
在此=18，=12 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
首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角，
==29.05° =90°-=60.95°
再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m
m====6.78
由于強(qiáng)度的要求在此取m=8mm
得=80mm =8×18=144mm
5.壓力角α
目前，汽車差速器的齒輪大都采用22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選22.5°的壓力角。
6.行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L
行星齒輪的安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。?
（4.3）
式中：
—差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取13612.7N·m
—行星齒輪的數(shù)目；在此為4
—行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm， ≈0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d≈0.8；
—支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 MPa
根據(jù)上式 =144mm =0.5×144=72mm
≈25mm ≈28mm
4.2.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算
表4.1汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
序號(hào)
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
1
行星齒輪齒數(shù)
≥10，應(yīng)盡量取最小值
=12
2
半軸齒輪齒數(shù)
=14～25，且需滿足式（4-1）
=18
3
模數(shù)
=5mm
4
齒面寬
b=(0.25～0.30)A;b≤10m
15mm
續(xù)表
序號(hào)
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
5
工作齒高
=16mm
6
全齒高
17.931
7
壓力角
22.5°
8
軸交角
=90°
9
分度圓直徑
；
10
節(jié)錐角
，
=29.05°，
11
節(jié)錐距
=102.97mm
12
周節(jié)
=3.1416
=31.42mm
13
齒頂高
;
=12.3mm
=5.6mm
14
齒根高
=1.788-;=1.788-
=7.32mm;
=12.44mm
15
徑向間隙
=-=0.188+0.051
=1.931mm
16
齒根角
=;
=1.067°; =6.868°
17
面錐角
；
=35.94°=65.02°
18
根錐角
；
=24.98°=54.06°
19
外圓直徑
；
mm
mm
20
節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離
mm
mm
續(xù)表
序號(hào)
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
21
理論弧齒厚
=17.38 mm
=14.05 mm
22
齒側(cè)間隙
=0.245～0.330 mm
=0.250mm
23
弦齒厚
=17.13mm
=13.88mm
24
弦齒高
=11.22mm
=5.58mm
4.2.3 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)度為
= MPa (4.4)
式中：
—差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式
在此為1547.25 N·m；
—差速器的行星齒輪數(shù)；
—半軸齒輪齒數(shù)；
、、、—見式（2.9）下的說明；
—計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖3.1可查得=0.225
圖4.2 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)
根據(jù)上式==201.7 MPa〈210.9 MPa
所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
此節(jié)內(nèi)容圖表參考了《汽車車橋設(shè)計(jì)》[1]中差速器設(shè)計(jì)一節(jié)。
4.3 本章小結(jié)
本章主要針對(duì)差速器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核，確定其結(jié)構(gòu)、尺寸。對(duì)差速器中的齒輪進(jìn)行了計(jì)算和校核。
第5章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器的半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。在一般的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車輪的輪轂聯(lián)接起來，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是載重汽車，采用全浮式結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)半軸的主要尺寸是其直徑，在設(shè)計(jì)時(shí)首先可根據(jù)對(duì)使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核。
計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：
（1）縱向力（驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)，其最大值為，附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取0.8，沒有側(cè)向力作用；
（2）側(cè)向力最大時(shí)，其最大值為（發(fā)生于汽車側(cè)滑時(shí)），側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取1.0，沒有縱向力作用；
（3）垂向力最大時(shí)（發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時(shí)），其值為，其中為車輪對(duì)地面的垂直載荷，為動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)不考慮縱向力和側(cè)向力的作用。
由于車輪承受的縱向力，側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即有
故縱向力最大時(shí)不會(huì)有側(cè)向力作用，而側(cè)向力最大時(shí)也不會(huì)有縱向力作用。
5.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定
全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算轉(zhuǎn)矩可有求得，其中，的計(jì)算，可根據(jù)以下方法計(jì)算，并取兩者中的較小者。
若按最大附著力計(jì)算，即
（5.1）
式中：
—輪胎與地面的附著系數(shù)取0.8；
—汽車加速或減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，可取1.2～1.4在此取1.3。
根據(jù)上式=260000 N
若按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算，即
（5.2）
式中：
—差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)于普通圓錐行星齒輪差速器取0.6；
—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m；
—汽車傳動(dòng)效率，計(jì)算時(shí)可取1或取0.9；
—傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比；
—輪胎的滾動(dòng)半徑，m。
上參數(shù)見式（3.1）下的說明。
根據(jù)上式=14359.9 N
在此14359.9 N =14359.9 N·m
5.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選
全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進(jìn)行
（5.3）
根據(jù)上式=（40.83～52.99）mm
根據(jù)強(qiáng)度要求在此取43mm。
5.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算
首先是驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
（5.4）
式中：
—半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m在此取14359.9N·m；
—半軸桿部的直徑，mm。
根據(jù)上式＝＝384.9 MPa< =(490～588) MPa
所以滿足強(qiáng)度要求。
5.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算
在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。
半軸花鍵的剪切應(yīng)力為
(5.5)
半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為
（5.6）
式中：
—半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，N·m ，在此取14359.9N·m;
—半軸花鍵的外徑，mm，在此取51mm;
—相配花鍵孔內(nèi)徑，mm，在此取42.6mm;
—花鍵齒數(shù)；在此取16
—花鍵工作長度，mm，在此取130mm;
—花鍵齒寬，mm，在此取3.925mm;
—載荷分布的不均勻系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.75。
根據(jù)上式可計(jì)算得==56.3 MPa
==47.3 MPa
根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力[]不應(yīng)超過71.05 MPa，擠壓應(yīng)力[]不應(yīng)超過196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。
此節(jié)的有關(guān)計(jì)算參考了《汽車車橋設(shè)計(jì)》［１］中關(guān)于半軸的計(jì)算的內(nèi)容。
5.5 本章小結(jié)
本章主要針對(duì)驅(qū)動(dòng)橋上的半軸進(jìn)行了計(jì)算和校核，并對(duì)半軸的形式進(jìn)行了確定以及校核的半軸是否滿足使用要求。
第6章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)橋殼的主要功用是支承汽車質(zhì)量，并承受有車輪傳來的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車身，它同時(shí)又是主減速器，差速器和半軸的裝配體。
驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求：
（1）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常，并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力；
（2）在保證強(qiáng)度和剛度的情況下，盡量減小質(zhì)量以提高行駛的平順性；
（3）保證足夠的離地間隙；
（4）結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低；
（5）保護(hù)裝于其中的傳動(dòng)系統(tǒng)部件和防止泥水浸入；
（6）拆裝，調(diào)整，維修方便。
考慮的設(shè)計(jì)的是載貨汽車，驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式采用鑄造整體式橋殼。
6.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu)
通?？刹捎们蚰T鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。在球鐵中加入1.7%的鎳，解決了球鐵低溫（-41°C）沖擊值急劇降低的問題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長的無縫鋼管作為半軸套筒，并用銷釘固定。如圖5.1所示，每邊半軸套管與橋殼的壓配表面共四處，由里向外逐漸加大配合面的直徑，以得到較好的壓配效果。鋼板彈簧座與橋殼鑄成一體，故在鋼板彈簧座附近橋殼的截面可根據(jù)強(qiáng)度要求鑄成適當(dāng)?shù)男螤?，通常多為矩形。安裝制動(dòng)底板的凸緣與橋殼住在一起。橋殼中部前端的平面及孔用于安裝主減速器及差速器總成，后端平面及孔可裝上后蓋，打開后蓋可作檢視孔用。
另外，由于汽車的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內(nèi)軸承與橋殼鑄件的外端面相靠，而外軸承則與擰在半軸套管外端的螺母相抵，故半軸套管有被拉出的傾向，所以必須將橋殼與半軸套管用銷釘固定在一起。
圖6.1 鑄造整體式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)
鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點(diǎn)在于可制成復(fù)雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應(yīng)力分布，其強(qiáng)度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負(fù)荷較大的中、重型汽車，適于采用這種結(jié)構(gòu)。尤其是重型汽車，其驅(qū)動(dòng)橋殼承載很重，在此采用球鐵整體式橋殼。
除了優(yōu)點(diǎn)之外，鑄造整體式橋殼還有一些不足之處，主要缺點(diǎn)是質(zhì)量大、加工面多，制造工藝復(fù)雜，且需要相當(dāng)規(guī)模的鑄造設(shè)備，在鑄造時(shí)質(zhì)量不宜控制，也容易出現(xiàn)廢品，故僅用于載荷大的重型汽車。
6.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算
選定橋殼的結(jié)構(gòu)形式以后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行受力分析，選擇其端面尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
汽車驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其形狀復(fù)雜，而汽車的行駛條件如道路狀況、氣候條件及車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又是千變?nèi)f化的，因此要精確地計(jì)算出汽車行駛時(shí)作