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鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 目錄 1 前言 1 1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求 1 1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路 1 1.3 預(yù)期的成果 2 2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹 3 3 總體方案論證 4 4 具體設(shè)計(jì)說明 7 4.1 主減速器的設(shè)計(jì) 7 4.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 7 4.1.2 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 10 4.1.3 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 11 4.1.4 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 11 4.2 差速器的設(shè)計(jì) 14 4.2.1 差速器的結(jié)構(gòu)型式 .14 4.2.2 差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 .16 4.3 半軸的設(shè)計(jì) 17 4.3.1 半軸的結(jié)構(gòu)型式 .17 4.3.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .17 4.4 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇 .20 5 結(jié)論 22 參 考 文 獻(xiàn) 23 1 1 前言 本課題是進(jìn)行民意汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出小型民意汽車后驅(qū)動(dòng)橋， 包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)車輛的 全局。 1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求 a.本課題的來源：輕型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有大的比重。驅(qū)動(dòng)橋在整 車中十分重要，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低 整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 b.要完成本課題的基本前提條件是：在主要參數(shù)確定的情況下，設(shè)計(jì)選用 驅(qū)動(dòng)橋的各個(gè)部件，選出最佳的方案。 c.技術(shù)要求：設(shè)計(jì)出的驅(qū)動(dòng)橋符合國家各項(xiàng)輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn) [1]，運(yùn)行穩(wěn)定可 靠，成本降低，適合本國路面的行駛狀況和國情。 1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路 a. 本課題解決的主要問題：設(shè)計(jì)出適合本課題的驅(qū)動(dòng)橋。汽車傳動(dòng)系的總 任務(wù)是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。在一般汽車的機(jī)械式 傳動(dòng)中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動(dòng)機(jī)特性與汽車行駛要求間的矛盾和結(jié) 構(gòu)布置上的問題。首先是因?yàn)榻^大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上的縱向安置的，為使 其轉(zhuǎn)矩能傳給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，必須由驅(qū)動(dòng)橋的主減速器來改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方 向，同時(shí)還得由驅(qū)動(dòng)橋的差速器來解決左、右驅(qū)動(dòng)車輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差 速要求。其次，需將經(jīng)過變速器、傳動(dòng)軸傳來的動(dòng)力，通過驅(qū)動(dòng)橋的主減速器， 進(jìn)行進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速的變化。因此，要想使汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)合理， 首先必須選好傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比，并恰當(dāng)?shù)貙⑺峙浣o變速器和驅(qū)動(dòng)橋。 b. 本課題的設(shè)計(jì)總體思路：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼，相當(dāng)于受力復(fù)雜的空 心梁，它要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還要盡量的減輕其重量。所選擇的減 速器比應(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。對載 貨汽車，由于它們有時(shí)會(huì)遇到坎坷不平的壞路面，要求它們的驅(qū)動(dòng)橋有足夠的 離地間隙，以滿足汽車在通過性方面的要求。驅(qū)動(dòng)橋的噪聲主要來自齒輪及其 他傳動(dòng)機(jī)件。提高它們的加工精度、裝配精度，增強(qiáng)齒輪的支承剛度，是降低 驅(qū)動(dòng)橋工作噪聲的有效措施。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，以減小不平路面對驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從 而改善汽車行駛的平順性。 1.3 預(yù)期的成果 設(shè)計(jì)出小型民意汽車的驅(qū)動(dòng)橋，包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝 置及橋殼等部件，配合其他同組同學(xué)，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)車輛的全局。使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品 使用方便，材料使用最少，經(jīng)濟(jì)性能最高。 a. 提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)， 2 更舒適，更機(jī)動(dòng)，更方便，動(dòng)力性更好，污染更少。 b. 改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場 競爭地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益 3 2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹 為適應(yīng)不斷完善社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制的要求以及加入世貿(mào)組織后國內(nèi)外 汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形勢，推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，全面提高汽車產(chǎn)業(yè)國 際競爭力，滿足消費(fèi)者對汽車產(chǎn)品日益增長的需求，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展， 特制定汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。通過該政策的實(shí)施，使我國汽車產(chǎn)業(yè)在 2010 年前發(fā) 展成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)做出更大的貢獻(xiàn)。 政府職能部門依據(jù)行政法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的強(qiáng)制性要求，對汽車、農(nóng)用運(yùn)輸車(民 意車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品實(shí)施管理，規(guī)范各 類經(jīng)濟(jì)主體在汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的市場行為。民意汽車，在汽車發(fā)展趨勢中，有著 很好的發(fā)展前途。生產(chǎn)出質(zhì)量好，操作簡便，價(jià)格便宜的民意汽車將適合大多 數(shù)消費(fèi)者的要求。在國家積極投入和支持發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，能研制出適合 中國國情，包括道路條件和經(jīng)濟(jì)條件的車輛，將大大推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社 會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高。 在新政策《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》中，在 2010 年前，我國就要成為世界主要 汽車制造國，汽車產(chǎn)品滿足國內(nèi)市場大部分需求并批量進(jìn)入國際市場；2010 年， 汽車生產(chǎn)企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產(chǎn)品品牌；通過市場競 爭形成幾家具有國際競爭力的大型汽車企業(yè)集團(tuán)，力爭到 2010 年跨入世界 500 強(qiáng)企業(yè)之列，等等。同時(shí)，在這個(gè)新的汽車產(chǎn)業(yè)政策描繪的藍(lán)圖中，還包含許 多涉及產(chǎn)業(yè)素質(zhì)提高和市場環(huán)境改善的綜合目標(biāo)，著實(shí)令人鼓舞。然而，不可 否認(rèn)的是，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀離產(chǎn)業(yè)政策的目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)木嚯x。自 1994 年 《汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策》頒布并執(zhí)行以來，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了顯著變化，企 業(yè)規(guī)模效益有了明顯改善，產(chǎn)業(yè)集中度有了一定程度提高。但是，長期以來困 擾中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復(fù)建設(shè)問題，還沒有從根本上得到解 決。多數(shù)企業(yè)家預(yù)計(jì)，在新的汽車產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵(lì)下，將會(huì)有越來越多的汽車 生產(chǎn)企業(yè)按照市場規(guī)律組成企業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)和資源共享。 4 3 總體方案論證 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按齊總體布置來說共有三種，即普通的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋， 帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 圖 3-1 驅(qū)動(dòng)橋的總體布置型式簡圖 (a)普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋； (b)帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；(c)斷開式驅(qū)動(dòng)橋 方案（一）：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 圖 3-2 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 [2]，如圖 3-2，由于其結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可 靠，最廣泛地用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的的越野汽車和 部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。它的具體結(jié)構(gòu)是橋殼是一根支承在左、右驅(qū)動(dòng)車 輪上的剛性空心梁，而齒輪及半軸等所有的傳動(dòng)機(jī)件都裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū) 動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬簧下質(zhì)量，使汽車的簧下質(zhì)量較大，這是它 的一個(gè)缺點(diǎn)。采用單級主減速器代替雙級主減速器可大大減小驅(qū)動(dòng)橋質(zhì)量。采 5 用鋼板沖壓-焊接的整體式橋殼及鋼管擴(kuò)制的整體式橋殼，均可顯著地減輕驅(qū)動(dòng) 橋的質(zhì)量。 驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要決定于主減速器的型式。在汽車的輪胎尺寸和驅(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。在給定主減速器速比的條件下，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要 求，則可改用雙級結(jié)構(gòu)。后者僅推薦用于主減速比大于 7.6 且載貨在 6t 以上的 大型汽車上。在雙級主減速器中，通常是把兩級減速齒輪放在一個(gè)主減速器殼 內(nèi)，也可以將第二級減速齒輪移向驅(qū)動(dòng)車輪并靠近輪轂，作為輪邊減速器。在 后一種情況下又有五種布置方案可供選擇。 方案（二）：斷開式驅(qū)動(dòng)橋 圖 3-3 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 [2]。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)立懸架 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)立懸掛則可以彼此獨(dú)立地相對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)。所以斷開式驅(qū)動(dòng)橋也稱為“帶 有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋” 。 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，因汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對其平順性也有顯著的影響。 6 斷開式驅(qū)動(dòng)的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸架相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接 觸情況及對各種地形的適應(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)主要見于對行駛平順性 要求較高的一部分及一些越野汽車上，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。 方案（三）：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 4×4、6×6、8×8 等驅(qū)動(dòng)型式 [2]。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 8×8 汽車來說，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難與布 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（第一、 第四橋）的動(dòng)力，是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋（分別穿過第二、第三橋）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。這對于汽車的設(shè)計(jì)（如汽車的變 形） 、制造和維修，都帶來方便。四橋驅(qū)動(dòng)的越野汽車也可采用側(cè)邊式及混合式 的布置。 經(jīng)上述分析，考慮到所設(shè)計(jì)的輕型載貨汽車的載重和各種要求，其價(jià)格要 求要盡量低，故其生產(chǎn)成本應(yīng)盡可能降低。另由于輕型載重汽車對驅(qū)動(dòng)橋并無 特殊要求，和路面要求并不高，故本設(shè)計(jì)采用普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 7 4 具體設(shè)計(jì)說明 4.1 主減速器的設(shè)計(jì) 4.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 主減速器的結(jié)構(gòu)型式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安 置方法以及減速型式的不同而異。 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器采用得最廣泛的是“格里森” （ Gleason） 制或“奧利康” （Oerlikon ）制的螺旋錐齒輪和雙面錐齒輪。 圖 4-1 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng) (a)螺旋錐齒輪傳動(dòng)；(b)雙曲面齒輪傳動(dòng) 采用雙曲面齒輪。他的主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交 叉角（即將一軸線平移，使之與另一軸線相交的交角）也都是采用 90°。主動(dòng) 齒輪軸相對于從動(dòng)齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個(gè)偏 移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當(dāng)偏移距大到一定程度，可使一個(gè)齒輪軸從另 一個(gè)齒輪軸旁通過。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。這對于 增強(qiáng)支承剛度、保證齒輪正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。和螺旋錐齒輪 由于齒輪的軸線相交而使得主、從動(dòng)齒輪的螺旋角相等的情況不同，雙曲面齒 輪的偏移距使得主動(dòng)齒輪的螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃?dòng) 齒輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。主動(dòng) 齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)是大于從動(dòng)齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳 動(dòng)的主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)度 和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒 輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒 輪當(dāng)量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。隨偏移距的不同，雙曲 面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高至 175%。雙曲面主動(dòng)齒 8 輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)， 這有力于大傳動(dòng)比傳動(dòng)。當(dāng)要求傳動(dòng)比大而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒 輪更為合理。因?yàn)槿绻３謨煞N傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑一樣，則雙曲面從動(dòng)齒輪 的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比 的傳動(dòng)有其優(yōu)越性。對中5.40?i 等傳動(dòng)比，兩種齒輪都能很好適應(yīng)。由于雙曲面主動(dòng)齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo) 致其進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動(dòng) 比螺旋錐齒輪沖動(dòng)工作更加平穩(wěn)、無噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還 給汽車的總布置帶來方便。 2134526789 301235不 34 圖 4-5 采用組合式橋殼的單級主減速器 減速型式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、 經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比 的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)0i 橋的數(shù)目及布置型式等。 本設(shè)計(jì)采用組合式橋殼的單級主減速器（圖） 。單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、 質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。其主、從動(dòng)錐齒輪軸承都直接支承在 與橋殼鑄成一體的主減速器殼上，結(jié)構(gòu)簡單、支承剛度大、質(zhì)量小、造價(jià)低。 9 4.1.2 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 圖 4-2 主動(dòng)錐齒輪齒面受力圖 在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下，主減速器主動(dòng)齒輪的支承型式及安 置方法，對其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確捏合并具有較高使用壽命 的因素之一。 圖 4-3 騎馬式支承 1-調(diào)整墊圈；2-調(diào)整墊片 本設(shè)計(jì)采用騎馬式支承（圖 4-3） 。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承。 騎馬式支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減 小到懸臂式 1/30 以下。而主動(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至 1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高 10%左右。此外，由于齒輪大端一側(cè) 前軸承及后軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)錐齒輪軸的長度，使布置更緊 湊，這有利于減小傳動(dòng)軸夾角及整車布置。騎馬式支承的導(dǎo)向軸承（即齒輪小 端一側(cè)的軸承）都采用圓柱滾子式的，并且其內(nèi)外圈可以分離，以利于拆裝。 為了進(jìn)一步增強(qiáng)剛度，應(yīng)盡可能地減小齒輪大端一側(cè)兩軸承間的距離，增大支 10 承軸徑，適當(dāng)提高軸承的配合的配合緊度。 4.1.3 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法 圖 4-4 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置辦法 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在軸 承之間的分布而定。兩端支承多采用圓錐錐子軸承，安裝時(shí)使它們的圓錐滾子 大端相向朝內(nèi)，而小端相背朝外。 為了防止從動(dòng)齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承也應(yīng)預(yù)緊。由 于從動(dòng)錐齒輪軸承是裝在差速器殼上，尺寸較大，足以保證剛度。球面圓錐滾 子軸承（圖 4-4（b） ）具有自動(dòng)調(diào)位的性能，對軸的歪斜的敏感性較小，這在 主減速器從動(dòng)齒輪軸承的尺寸大時(shí)極其重要。 4.1.4 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 主減速比 ,驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)。0i A. 主減速比 的確定 主減速比對主減速器的結(jié)構(gòu)型式、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0i 設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比 一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定?？衫迷诓煌?下Ti oi 的功率平衡圖來研究 對汽車動(dòng)力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，對發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)0i 11 系參數(shù)作最價(jià)匹配的方法來選擇 值，可使汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)0i 性。 為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車速稍有下降， 按下式計(jì)算 [3]：0i ghaprini mx0)472.3.(?～? ??14? 式中： —車輪滾動(dòng)半徑，m；r —變速器最高檔傳動(dòng)比；ghi —汽車最高車速；ax? —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速pn??ghaprini mx0)472.3.(?～ 67.95.461230.4.0?? 根據(jù)所選定的主減速比 值，確定主減速器的減速型式為單級。查表得汽oi 車驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙為 200mm. B．主減速齒輪計(jì)算載荷的計(jì)算 通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪打滑時(shí)這 兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（ 、 ）的較下者，作為載jeT?j 貨汽車和越野汽車在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載 荷。既 [3]： nKiTTLej /0max???? ??24? LBrjiG??2 3 式中： —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， ；maxeTN? —由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比；Li —上述傳動(dòng)部分的效率，取 ；T?9.0?T? —超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)0K 的各類汽車取 ；10K —該車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目；n —汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)載，N；對后橋來說還2G 要考慮到汽車加速時(shí)的負(fù)荷增大量； —輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取? ；85.0? —車輪的滾動(dòng)半徑，m；r ， —分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效LB?i 率和減速比（例如輪邊減速器等） 。 由式（4-2） 、式（4-3）求得的計(jì)算載荷，是最大轉(zhuǎn)矩而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩 12 不能用它作為疲勞損壞的依據(jù)。對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn) 定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均牽引力來確定的，即主減速器從動(dòng)齒輪的 平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （Nm）為 [4]jmT )()(PHRLBrTaj ffniG???????4? 式中： —汽車裝載總重，N；aG —所牽引的掛車滿載總重，N，但僅用于牽引車；T —道路滾動(dòng)阻力系數(shù)；Rf —汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)；H —汽車或汽車列車的性能系數(shù)。Pf ?????????max)(195.06eTAPGf ??54? 當(dāng) 時(shí) 取??16195.0max??eTG0?Pf ????06.15.9.674)()( ?????PHRLBrTjmffni? =22??N C．主減速齒輪基本參數(shù)的選擇 a.齒數(shù)的選擇 對于單級主減速器，當(dāng) 較大時(shí)，則應(yīng)盡量使主動(dòng)齒輪的齒數(shù) 取得小些，0i 1z 以得到滿意的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙。當(dāng) 6 時(shí)， 的最小值可取為 5，但為了嚙合?i1z 平穩(wěn)及提高疲勞強(qiáng)度， 最好大于 5。取 ， [5]。1z?342 b.節(jié)圓半徑的選擇 可根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（見式 4-4、式 4-5 并取兩者中較小的一個(gè) 為計(jì)算依據(jù)）按經(jīng)驗(yàn)公式選出： 322jdTK?? ??64? 式中 —從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓半徑，mm；d —直徑系數(shù)，取 ；2K162～d —計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 。jTmN? mTjd4253322 ??? c.齒輪端面模數(shù)的選擇 選定后可按式 算出從動(dòng)齒輪大端端面模數(shù)，并用下式校核：2d2/z 13 3jmTK?? ??74? 式中 —模數(shù)系數(shù)。mK2.14//2?zd.033???jmT d.齒面寬的選擇 汽車主減速器雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒面寬 為：??mF 215.0dF??84?d.6415.02??? 4.2 差速器的設(shè)計(jì) 4.2.1 差速器的結(jié)構(gòu)型式 差速器選用對稱式圓錐行星齒輪差速器。其結(jié)構(gòu)原理如圖（4-6）所示 [6]。 普通對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2 個(gè)半軸齒輪，4 個(gè)行星齒 輪，行星齒輪軸，半軸齒輪等組成。其工作原理如圖所示。 為主減速器從動(dòng)0? 齒輪或差速器殼的角速度； 、 分別為左右驅(qū)動(dòng)車輪或差速器半軸齒輪的角1?2 速度； 為行星齒輪繞其軸的自轉(zhuǎn)角速度。3? 圖 4-6 普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡圖 當(dāng)汽車在平坦路面上直線行駛時(shí)，差速器各零件之間無相對運(yùn)動(dòng)，則有 021?? 14 03?? 這時(shí)，差速器殼經(jīng)十字軸以力 帶動(dòng)行星齒輪繞半軸齒輪中心作“公轉(zhuǎn)”P 而無自轉(zhuǎn)（ ） 。行星齒輪的輪齒以 的反作用力。對于對稱式差速器來03??2/ 說，兩半軸齒輪的節(jié)圓半徑 相同，故傳給左、右半軸的轉(zhuǎn)矩均等于 ，故r 2Pr/ 汽車在平坦路面上直線行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)左、右車輪的轉(zhuǎn)矩相等。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，假如左右輪之間無差速器，則按運(yùn)動(dòng)學(xué)要求，行程長的外 側(cè)車輪將產(chǎn)生滑移，而行程短的內(nèi)側(cè)車輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。由此導(dǎo)致在左、右輪胎 切線方向上各產(chǎn)生一附加阻力，且它們的方向相反，如圖所示。當(dāng)裝有差速器 時(shí)，附加阻力所形成的力矩使差速器起差速作用，以免內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪在地面 上的滑轉(zhuǎn)和滑移，保證它們以不同的轉(zhuǎn)速 和 正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，若差速器工1?2 作時(shí)阻抗其中各零件相對運(yùn)動(dòng)的摩擦大，則扭動(dòng)它的力矩就大。在普通的齒輪 差速器中這種摩擦力很小，故只要左、右車輪所走路程稍有差異，差速器開始 工作。 當(dāng)差速器工作時(shí)，行星齒輪不僅有繞半軸齒輪中心的“公轉(zhuǎn)” ，而且還有繞 行星齒輪以角速度為 的自轉(zhuǎn)。這時(shí)外側(cè)車輪及其半軸齒輪的轉(zhuǎn)速將增高，且3? 增高量為 （ 為行星齒輪齒數(shù)， 為該側(cè)半軸齒輪齒數(shù)） ，這樣，外側(cè)半13z1z 軸齒輪的角速度為： 1301z??? 在同一時(shí)間內(nèi)，內(nèi)側(cè)車輪及其半軸齒輪（齒數(shù)為 ）的轉(zhuǎn)速將減低，且減2 低量為 ，由于對稱式圓錐齒輪差速器的兩半軸齒數(shù)相等，于是內(nèi)側(cè)半軸齒23z? 輪的轉(zhuǎn)速為： 1302z??? 由以上兩式得差速器工作時(shí)的轉(zhuǎn)速關(guān)系為 021???94? 即兩半軸齒輪的轉(zhuǎn)速和為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍。 由式（4-9 ）知： 當(dāng) 時(shí)， ，或02??012? 當(dāng) 時(shí)，1 當(dāng) 時(shí)，02? 15 最后一種情況 ，有時(shí)發(fā)生在使用中央制動(dòng)時(shí)，這時(shí)很容易導(dǎo)致汽車0?? 失去控制，使汽車急轉(zhuǎn)和甩尾。 4.2.2 差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算 由于差速器亮是裝在主減速器從動(dòng)齒輪上，故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；差速器殼的輪廓尺寸也受到從動(dòng)齒輪及主動(dòng)齒輪 導(dǎo)向軸承支座的限制。 1．差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 A．行星齒輪的基本參數(shù)選擇 本載貨汽車選用 4 個(gè)行星齒輪 [7]。 B．行星齒輪球面半徑 的確定)(mRB 圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑 ，BR 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)錐矩，在一定 程度上表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定： 3jBTKR? ??104? 式中： —行星齒輪球面半徑系數(shù)；BK —計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 。jTmN? mjB725.33?? 確定后，即可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐矩：BR ??BRA9.080～? ??14?86～ C．行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 選用行星齒輪齒數(shù)為 10，半軸齒輪齒數(shù)為 16。 D．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和半軸齒輪的節(jié)錐角 ， ：1?2 ； 211arctnz?? 12arctnz???124? 式中： ， 為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)1z2 ???10346arctnarct211z?8rtrt12 再求出圓錐齒輪的大端模數(shù)： 2010sinsi??zAzm???134? 16 4.01sin68.2sinsi22010 ???????zAzm 節(jié)圓半徑 右下式求得：d md ??14?z4.2061???132 4.3 半軸的設(shè)計(jì) 4.3.1 半軸的結(jié)構(gòu)型式 采用半浮式半軸。半浮式以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼外端內(nèi)孔 中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車輪輪轂相固定。半浮式半軸 承受的載荷復(fù)雜，但它結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。 圖 4-7 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)型式與安裝 4.3.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理的確定其計(jì)算載荷。 半軸的計(jì)算要考慮以下三種可能的載荷工況： A．縱向力 （驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)（ ） ，附著系數(shù) 取2X?2ZX?? 0.8，沒有側(cè)向力作用； B．側(cè)向力 最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為 ，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面Y 1 的側(cè)向附著系數(shù) 在計(jì)算中取 1.0，沒有縱向力作用；1? C．垂向力最大時(shí)，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時(shí)，其值為 ， 是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒有縱向力和側(cè)向力作用。dkgZ)(2?? 17 半浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)根據(jù)上述三種載荷工況進(jìn)行 圖 4-8 半浮式半軸及受力簡圖 a． 半浮式半軸在上述第一種工況下 半軸同時(shí)承受垂向力 、縱向力 所引起的彎矩以及由 引起的轉(zhuǎn)矩2Z2X2X 。rX2 對左、右半軸來說，垂向力 ， 為L?R? wwRL gGmg????? 222 ??154? 式中： —滿載靜止汽車的驅(qū)動(dòng)橋?qū)λ降孛娴妮d荷，N ；2G —汽車加速和減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)；m? —一側(cè)車輪（包括輪轂、制動(dòng)器等）本身對水平地面的載荷，wg N。 NgGmgZwwRL 1372098230.1222 ???????? 縱向力按最大附著力計(jì)算，即 ?22XRL????164? 式中： —輪胎與地面的附著系數(shù)。? NGmRL 186.0239.122 ????? 左、右半軸所承受的合成彎矩 為??NM?? 18 ????2222 BLXZbXZbM??????? ??174??? ??22 1863701.????? BLb mN?39 轉(zhuǎn)矩為 rRrLXT22???184? 4.0186? mN?04.879 b．半浮式半軸在上述第二種載荷工況下 半軸只受彎矩。在側(cè)向力 的作用下，左、右車輪承受的垂向力 、2Y LZ2 和側(cè)向力 、 各不相等，而半軸所受的力為RZ2LY2R wwL gBhGgZ???????????? 2122???194? wwR???????? 2122 20 1221??????????BhgGYL ??14? 122????????R 2 式中： —驅(qū)動(dòng)車輪的輪矩，mm；2B —汽車質(zhì)心高度，mm；gh —輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù)；1? 980165.02392112 ?????????????????????? wwL gBhGZ? N48980165.02392112 ????????????????????? wwRghgZ4508 19 ??????????????????1650.23902112?BhgGYL N8??????????????????1650.23901212hgYR 5 左、右半軸所受的彎矩分別為： bZYMLL2???? ??234? RR??mNbZYMLL ???????? 2.31497.0248392RR ????5 c．半浮式半軸在上述第三種載荷工況下半軸只受垂向彎矩： bgGkMwdV??????????2??254? 式中： —?jiǎng)虞d系數(shù)。dk mNbgGkwdV ????????????????????? 24501.980235.2 4.4 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇 驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽 車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。作用在驅(qū)動(dòng)車輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè) 向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又 是傳動(dòng)件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置（半軸）的外殼。 在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋 殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽 車的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還 應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào) 整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車的類型、使用 20 要求、制造條件、材料供應(yīng)等。 選用可分式橋殼。它的結(jié)構(gòu)如圖所示，整個(gè)橋殼由一個(gè)垂直結(jié)合面分為左右 兩部分，每一部分均由一個(gè)鑄件殼提和一個(gè)壓入其外端的半軸套管組成。半軸 套管與殼體用鉚釘聯(lián)接。 圖 4-9 可分式橋殼 21 5 結(jié)論 此次設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)橋及其各個(gè)部件，包括驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)、主減速器的設(shè)計(jì)、 差速器的設(shè)計(jì)、半軸的設(shè)計(jì)和橋殼的設(shè)計(jì)。 所選擇的主減速比在滿足汽車在給定使用的條件下，具有最佳的動(dòng)力性和 燃料經(jīng)濟(jì)性。差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車動(dòng)力學(xué)所要求的差速滾動(dòng) 外并能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保 證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及使用壽命的前提下，減小簧下質(zhì)量。初步改善了汽 車的平順性。選用的結(jié)構(gòu)簡單，維修也比較方便，制造容易。但同時(shí)，在驅(qū)動(dòng) 橋的設(shè)計(jì)上還存在著不足，有待解決。 22 參 考 文 獻(xiàn) [1] GB18320-2001，農(nóng)用運(yùn)輸車 安全技術(shù)條件 [S]． [2] 王望予．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005． [3] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001. [4] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，1. [5] 周開勤.機(jī)械零件手冊[M].北京：高等教育出版社，2001. [6] 溫芳,黃華梁.基于模糊可靠度約束的差速器行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 2004.6. [7] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（1~4 冊）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1993． 23 致 謝 為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過程，我深有感受。在設(shè)計(jì) 工作開始之前，李老師帶領(lǐng)我們參觀了很多汽車企業(yè)，老師和一些技術(shù)人員認(rèn) 真地給我們講解了其工作原理，分析了各部件的功能特性和構(gòu)造，避免了我在 畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的盲目性。在設(shè)計(jì)過程中，我翻閱了大量的相關(guān)資料，同時(shí)將 大一至大四上學(xué)期所學(xué)的相關(guān)專業(yè)課本認(rèn)真的溫習(xí)了一邊，增加了很多理論知 識(shí)。以前我對汽車的工作原理、工廠的工作環(huán)境和汽車的構(gòu)造，沒什么認(rèn)識(shí)， 但通過這次設(shè)計(jì)，我了解了，也感受到了?？傊@次設(shè)計(jì)，使我將四年中所 學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)得到了一次綜合應(yīng)用，使學(xué)過的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到科學(xué)組合，同時(shí) 也從理論到實(shí)踐發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，可以說這次設(shè)計(jì)是理論知識(shí)與實(shí)踐運(yùn)用 之間互相過渡的橋梁。 知識(shí)的鞏固固然重要，但能力的培養(yǎng)同樣不可忽略。我覺得這次設(shè)計(jì)的完 成,不僅鍛煉了我搞設(shè)計(jì)的工作能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，解決困難的方 法，并且也培養(yǎng)了我獨(dú)立﹑創(chuàng)新﹑力求先進(jìn)的思想。同時(shí)我認(rèn)識(shí)到：無論做什 么事，只要你深入的去做，難事不難，但如果你不去用心的做，易事不易。機(jī) 不可失，我在這次的設(shè)計(jì)中傾注了大量的心血，盡一切力量爭取將設(shè)計(jì)做到在 最好。我認(rèn)為我在這段時(shí)間內(nèi)所有的收獲，對我今后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)是一筆難 得的財(cái)富。 由于本人以前對汽車結(jié)構(gòu)和制造過程了解不多，實(shí)踐知識(shí)更是不足，但李 老師總是耐心地給我講解有關(guān)方面的知識(shí)，及時(shí)了解我設(shè)計(jì)中遇到的難題，使 我得以在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作，同時(shí)教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí) 中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，李老師以及其他指導(dǎo)老師 付出了辛勤的勞動(dòng)，在此向他們表示衷心的感謝。此次設(shè)計(jì)的圓滿完成與同組 其他人員的通力合作也是分不開的，他們給了我許多幫助和指點(diǎn)，在此一并表 示感謝！ 由于自己能力所限，時(shí)間倉促,設(shè)計(jì)中還存在許多不足之處，懇請各位老師 同學(xué)給予批評指正。 24