汽車主減速器設(shè)計
汽車主減速器設(shè)計,汽車,減速器,設(shè)計
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
驅(qū)動橋設(shè)計
隨著汽車對安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車后橋作為整車的一個關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的質(zhì)量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車后橋進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計計算是非常必要的。
驅(qū)動橋處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩,并將動力合理地分配給左、右驅(qū)動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼等組成。
驅(qū)動橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。驅(qū)動橋設(shè)計應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
1、符合現(xiàn)代汽車設(shè)計的一般理論。
2、外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。
3、合適的主減速比，以保證汽車的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
4、在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。
5、在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，力求質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
6、與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)，對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)。
智能電子技術(shù)在汽車上得以推廣使得汽車在安全行駛和其它功能更上一層樓。通過各種傳感器實(shí)現(xiàn)自動駕駛。除些之外智能汽車裝備有多種傳感器能充分感知交通設(shè)施及環(huán)境的信息并能隨時判斷車輛及駕駛員是否處于危險之中，具備自主尋路、導(dǎo)航、避撞、不停車收費(fèi)等功能。有效提高運(yùn)輸過程中的安全，減少駕駛員的操縱疲勞度，提高乘客的舒適度。當(dāng)然蓄電池是電動汽車的關(guān)鍵，電動汽車用的蓄電池主要有：鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鈉硫蓄電池、鈉硫蓄電池、鋰電池、鋅—空氣電池、飛輪電池、燃料電池和太陽能電池等。在諸多種電池中，燃料電池是迄今為止最有希望解決汽車能源短缺問題的動力源。燃料電池具有高效無污染的特性，不同于其他蓄電池，其不需要充電，只要外部不斷地供給燃料，就能連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電。燃料電池汽車(FCEV)具有可與內(nèi)燃機(jī)汽車媲美的動力性能，在排放、燃油經(jīng)濟(jì)性方面明顯優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)車輛。
另外，設(shè)計必須得考慮所選擇材料的可加工性能。一種材料的可機(jī)加工性通常以四種因素的方式定義：
1分的表面光潔性和表面完整性。
2刀具的壽命。
3切削力和功率的需求。
4切屑控制。
以這種方式，好的可機(jī)加工性指的是好的表面光潔性和完整性，長的刀具壽命，低的切削力和功率需求。關(guān)于切屑控制，細(xì)長的卷曲切屑，如果沒有被切割成小片，以在切屑區(qū)變的混亂，纏在一起的方式能夠嚴(yán)重的介入剪切工序。
因?yàn)榧羟泄ば虻膹?fù)雜屬性，所以很難建立定量地釋義材料的可機(jī)加工性的關(guān)系。在制造廠里，刀具壽命和表面粗糙度通常被認(rèn)為是可機(jī)加工性中最重要的因素。盡管已不再大量的被使用，近乎準(zhǔn)確的機(jī)加工率在以下的例子中能夠被看到。
通常，零件的可機(jī)加工性能是根據(jù)以下因素來定義的：表面粗糙度，刀具的壽命，切削力和功率的需求以及切屑的控制。材料的可機(jī)加工性能不僅取決于起內(nèi)在特性和微觀結(jié)構(gòu)，而且也依賴于工藝參數(shù)的適當(dāng)選擇與控制。
拖臂懸架
結(jié)合起來的一種行為,semi-trailing-arm落后表現(xiàn)出軸。它是用來驅(qū)動的汽車前面。如果軸經(jīng)驗(yàn),它就像一卷懸垂態(tài)的手臂。扭轉(zhuǎn)剛度的摩天大樓,這活象一個stabiliser酒吧。如果兩個輪子的旅行經(jīng)歷相同的懸架(例如在球場的汽車)軸表現(xiàn)得像個拖臂懸架。
梁式軸(Four-Link-Style)
前面的一輛汽車后軸,不必有相同的高度為他們的卷中心。輥軸軸線上,這是經(jīng)過輥?zhàn)拥闹行摹秃筝S,看到前面的圖。
輥軸
如果一個橫向力的重心,導(dǎo)致層(fom)上面的重心軸的卷必須補(bǔ)償片刻所致。由于一些彈簧懸輥。這一刻之間分配方面和后橋有賴于相對彈簧剛度的前面,與后軸,整體側(cè)傾角(這是一樣的,和后軸)取決于總和的懸架剛度(前加上后方)。傳送到地面的瞬間,沒有任何卷的整體車輛通過應(yīng)用側(cè)向力軸向前滾動的位置(在CG)。(注:如果滾動的軸,剩下的扭矩,CG必須補(bǔ)償汽懸泉會像一輛摩托車內(nèi)傾斜。這一幕的分布與后軸會,計算了
分別計算各軸的位置,by-using相應(yīng)的axle-using卷中心的一部分的事實(shí),輪軸橫向力所承受的一部分,與正常負(fù)荷、輪軸必須隨身攜帶
不同的例子
一個有限的特點(diǎn),防滑差速器有點(diǎn)不同,不同的風(fēng)格，一個自鎖裝置。
這個Torsen?風(fēng)格差異;(從扭矩遙感)行為非?？?并可能嚴(yán)厲的)。在較低的輸入扭矩的差動齒輪只是輕輕負(fù)載和移動，自由敞開的裝置。隨著力矩和速度起落架網(wǎng)格，大米和兩個輸出軸鎖在一起。扭矩比(high-torque-wheel除以low-torque-wheel)不等,2.5:1 max。7:1,Torsen II的風(fēng)格，從3:1來1.8:1(根據(jù)齒輪,齒輪表面處理的角度,類型的滾子軸承(平原,…)
達(dá)納Trac-Loc?limited-slip差的(見圖)包含一些預(yù)緊
通過彈簧離合器片、貝爾維爾)提供了一定的靜態(tài)啟動扭矩已經(jīng)在零輸入扭矩。蜘蛛齒輪,齒輪嚙合側(cè)設(shè)計那樣(楔形齒),增加輸入扭矩將增加的負(fù)擔(dān),提高離合器盤的鎖軸。
獨(dú)立的粘性微分鎖的扭矩,但反應(yīng)速度與輸出軸之間的差異。包括離合器片沒有機(jī)械接觸,但是很緊的間隙,使粘滯摩擦提供扭矩的轉(zhuǎn)讓。注意,粘稠的差距在很光滑,有一定的時間延遲,作為粘度增加與所產(chǎn)生的熱量(指的是特殊的液體是合宜的齒厚)。這使得操作容易使用汽車(雖然可以街是太慢了有些應(yīng)用)。
Design of driving axle
As the car to safety, energy saving, the constant attention to environmental protection, vehicle after vehicle bridge as a key component, the quality of their products on the safe use of cars and car performance of a very large, so the car after Bridge Effectively optimize the design and calculation is very necessary.
Drive Bridge at the end of powertrain, its basic function is to increase came from the drive shaft or transmission of torque and power reasonably allocated to the left and right driving wheel and also bear in the role of the road and trailers or Body of power between the vertical and horizontal force. Drive from the main bridge general reducer, differential and the wheels, transmission and drive axle components, such as Shell.
Bridge drive a vehicle with one of the four trains, its performance will have a direct impact on vehicle performance, and it is particularly important for the truck. Drive bridge should be designed to meet the following basic requirements:
a) a suitable main slowdown than to ensure that the car from the best power and fuel economy.
b) small form factor to ensure that the necessary ground clearance.
c) transmission gears and other parts of a smooth, noise.
d) in various load and speed of transmission with high efficiency.
e) to ensure adequate strength, stiffness conditions, should strive for the quality of small, in particular the quality of the spring as possible, to improve the car ride.
f) suspension and body-oriented movement coordination, the drive to the bridge, should also be coordinated with the campaign steering mechanism.
g) simple structure, processing technology and good, easy to manufacture, enables easy adjustment..
Intelligent electronic technology in the bus to promote safe driving and that the other functions. The realization of automatic driving through various sensors. Except some smart cars equipped with multiple outside sensors can fully perception of information and traffic facilities and to judge whether the vehicles and drivers in danger, has the independent pathfinding, navigation, avoid bump, no parking fees etc. Function. Effectively improve the safe transport of manipulation, reduce the pilot fatigue, improve passenger comfort. Of course battery electric vehicle is the key, the electric car battery mainly has: the use of lead-acid batteries, nickel cadmium battery, the battery, sodium sulfide sodium sulfide lithium battery, the battery, the battery, the flywheel zinc - air fuel cell and solar battery, the battery. In many kind of cells, the fuel cell is by far the most want to solve the problem of energy shortage car. Fuel cells have high pollution characteristics, different from other battery, the battery, need not only external constantly supply of fuel and electricity can continuously steadily. Fuel cell vehicles (FCEV) can be matched with the car engine performance and fuel economy and emission in the aspects of superior internal-combustion vehicles.
Keyword: drive axle differential bridge reducer Bridge shell
This is an ANSYS optimum design for driving axle housing of a off-road vehicle.
Firstly, the author established a three-dimensional model of the driving axle. States of stress in different working conditions were analyzed. Furthermore, the maximum pressure of driving axle was achieved.
And then, the three-dimensional model was imported into ANSYS, with some other manipulations, such as meshing, adding degree of freedom, applying surface loads, etc.
States of stress of driving axle were calculated with the results exported.
Finally, this paper carried out the optimum design according to the target of minimizing the qualitative properties and homogenizing the distribution of stresses. The
Confirmatory analysis showed that this design measured up to the engineering requirement.
MACHINABILITY
The machinability of a material usually defined in terms of four factors:
1、 Surface finish and integrity of the machined part;
2、 Tool life obtained;
3、 Force and power requirements;
4、 Chip control.
Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.
Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.
SUMMARY
Machinability is usually defined in terms of surface finish, tool life, force and power requirements, and chip control. Machinability of materials depends not only on their intrinsic properties and microstructure, but also on proper selection and control of process variables.
A combination of trailing- and semi-trailing-arm behaviour shows the following axis. It is used for front driven cars only. If the axle experiences roll, it behaves like a semi-trailing arm. The torsional stiffness counteracts the roll, by this acting like a stabiliser bar. If both wheels experience the same suspension travel (e.g. during pitch of the car) the axle behaves like a trailing arm suspension.
Beam Type Axle (Four-Link-Style)
Front- and rear-axle of a car needn't have the same hight for their roll center. The roll
axis is that axis, that goes through the roll center of front- and rear-axle, see following
drawing:
Roll Axis
If a lateral force is applied at the center of gravity, the moment resulting fom the hight of
the center of gravity above the roll axis has to be compensated by a moment caused by
the suspension springs due to some roll. The distribution of this moment between front-
and rear axle depends on the relative spring stiffness of front- and rear-axle, the overall
roll angle (which is the same for front- and rear-axle) depends on the sum of the suspension stiffness (front plus rear).
The moment transmitted to the ground without any roll for the overall vehicle is given by
the applied lateral force times the roll axis hight (at the position of CG). (Remark: If the
roll axis is above the CG, the remaining torque that has to be compensated by the
suspension springs would make the car lean inside like a motorcycle!).
The distribution of this moment between front- and rear-axle can be calculated by
calculating each axle seperately, by-using the position of the roll center of the corresponding axle-using the fact that the part of lateral force, that the axle has to carry, corresponds to the part of the normal load, the axle has to carry
Differential Examples
The characteristics of a limited slip differential are a little bit different for different styles
of a self-locking device.
The Torsen? style differentials (from TORque SENsing) act very fast (and possibly
harsh). Under low input torque the differential gears are only lightly loaded and move
freely like an open device. With increasing torque (and speed) the gear meshes are
loaded up and the two output shafts are locked together. The torque ratio (high-torque-wheel divided by low-torque-wheel) varies from max. 7:1 to 2.5:1, for the Torsen II style
from 3:1 to 1.8:1 (depending on gear angles, gear surface treatment, type of
bearing(plain, roller...)
The Dana Trac-Loc? limited-slip differential (see picture below) contains some preloaded
(by Belleville springs) clutch plates, which provide a certain static breakout torque
already at zero input torque. The spider gear and side gear mesh are designed in that way (with wedge-shaped gear teeth), that increasing input torque will increase the load
on the clutch plates, by this increasing the locking of the axle.
Dana Trac-Loc? limited-slip differential
The viscous differential locks independent of of torques, but reacts to the speed
differences between the output shafts. The contained clutch plates have no mechanical
contact, but very tight clearances, so that the viscous friction provides the torque
transfer. Note that viscous differentials set in very smooth, and with a certain time delay, as the
viscosity increases with the generated heat (means the special fluid is becoming
'thicker'). This makes the handling easier for street use cars (while may be too slow for
some racing applications).
9
畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘 要
汽車主減速器是汽車傳動中的最重要的部件之一。它能夠?qū)⑷f向傳動裝置產(chǎn)來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動車輪，以實(shí)現(xiàn)降速增扭。
本次設(shè)計的是有關(guān)?十米高一級客車后橋主減速器設(shè)計總成。并要使其具有通過性。本次設(shè)計的內(nèi)容包括有：方案選擇，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進(jìn)。齒輪與齒輪軸的設(shè)計與校核，以及軸承的選用與校核。并且在設(shè)計過程中，描述了主減速器的組成和差速器的差速原理和差速過程。
方案確定主要依據(jù)原始設(shè)計參數(shù)，對比同類型的減速器及差速器，確定此輪的傳動比，并對其中重要的齒輪進(jìn)行齒面接觸和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的校核。而對軸的設(shè)計過程中著重齒輪的布置，并對其受最大載荷的危險截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸承的選用力求結(jié)構(gòu)簡單且滿足要求。
主減速器及差速器對提高汽車行駛平穩(wěn)性和其通過性有著獨(dú)特的作用，是汽車設(shè)計的重點(diǎn)之一。
關(guān)鍵詞：主減速器；差速器；轉(zhuǎn)速；行星齒輪；傳動比
Abstract
Automobil reduction final drive is one of the best impossible parts in automobile gearing. It can chang speed and driving tuist within a big scope .
The problem of this design is ten meters passager car reduction final unit ,it’ s properly in common use . The design of scheme, the better design and improvement of structure ,the design and calibration of gear and gear shiftes , and the select of bearings , and also the design explain the construction of differential action .
The ting of the scheme desierment main deside. The drive ratio of gear , according to orginal design parameter and constrasting the same type reduction final drive ang differential assay . It realize planet gear in the design of structure . It put to use alteration better gears transmission in the design of gear , and compare the root contact tired strength of some important gears and the face twirl tired strength . It eraphaize pay attention to the place of gears. Compare the strength of the biggest load dangraes section. It require structure simple and accord with demand in select of bearings .
Key words : Reduction final ; Differential ; Rotational speed ;Plantet gear ;Drive ratio
IV
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
目 錄
第1章 緒論 1
第2章 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 2
2.1 主減速器的齒輪類型 2
2.2 主減速器的減速形式 2
2.3 主減速器主、從動錐齒輪的支承方案 2
2.3.1主動錐齒輪的支承 2
2.3.2從動錐齒輪的支承 3
2.3.3主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整 4
第3章 主減速器基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定 4
3.1主減速器齒輪計算載荷的確定 4
3.1.1按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大抵擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tce 5
3.1.2 按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 5
3.1.3按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 6
3.2錐齒輪主要參數(shù)的選擇 6
3.2.1主、從動錐齒輪齒數(shù)Z1和Z2 6
3.2.2從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms 7
3.2.3主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2 7
3.2.4雙曲面齒輪副偏移距E 8
3.2.5中點(diǎn)螺旋角 8
3.2.6螺旋方向 9
3.2.7法向壓力角α 10
第4章 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計算 10
4.1錐齒輪輪齒形狀的選擇 10
4.2錐齒輪的幾何尺寸計算 11
第5章 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計算 13
5.1單位齒長圓周力 14
5.2輪齒彎曲強(qiáng)度 14
5.3輪齒接觸強(qiáng)度 16
第6章 主減速器錐齒輪軸承的載荷計算 18
6.1錐齒輪齒面上的作用力 18
6.1.1齒寬中點(diǎn)處的圓周力 18
6.1.2錐齒輪的軸向力和徑向力 18
6.2錐齒輪軸承的載荷計算 19
6.3錐齒輪軸承的壽命計算 20
6.3.1 A軸承的壽命計算 20
6.3.2 B軸承的壽命計算 20
6.3.3 C、D軸承的壽命計算 21
第7章 齒輪材料 22
第8章 對稱式圓錐行星齒輪差速器設(shè)計 23
8.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇 23
8.1.1行星齒輪數(shù)n 23
8.1.2行星齒輪球面半徑Rb 23
8.1.3行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)Z1和Z2 23
8.1.4行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 23
8.1.5壓力角α 24
8.1.6行星齒輪軸直徑d及支承長度L 24
8.2差速器輪齒的幾何計算 25
8.3差速器齒輪強(qiáng)度計算 26
第9章 驅(qū)動橋半軸設(shè)計 27
9.1全浮式半軸計算 27
9.2半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 27
9.2.1全浮式半軸桿部直徑設(shè)計 27
9.2.2半軸桿部設(shè)計其他要求 27
9.3半軸的強(qiáng)度校核 28
9.3.1半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 28
9.3.2半軸花鍵的剪切應(yīng)力 28
9.3.3半軸花鍵的擠壓應(yīng)力 29
結(jié) 論 30
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
摘 要
汽車主減速器是汽車傳動中的最重要的部件之一。它能夠?qū)⑷f向傳動裝置產(chǎn)來的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動車輪，以實(shí)現(xiàn)降速增扭。
本次設(shè)計的是有關(guān)?十米高一級客車后橋主減速器設(shè)計總成。并要使其具有通過性。本次設(shè)計的內(nèi)容包括有：方案選擇，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進(jìn)。齒輪與齒輪軸的設(shè)計與校核，以及軸承的選用與校核。并且在設(shè)計過程中，描述了主減速器的組成和差速器的差速原理和差速過程。
方案確定主要依據(jù)原始設(shè)計參數(shù)，對比同類型的減速器及差速器，確定此輪的傳動比，并對其中重要的齒輪進(jìn)行齒面接觸和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的校核。而對軸的設(shè)計過程中著重齒輪的布置，并對其受最大載荷的危險截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸承的選用力求結(jié)構(gòu)簡單且滿足要求。
主減速器及差速器對提高汽車行駛平穩(wěn)性和其通過性有著獨(dú)特的作用，是汽車設(shè)計的重點(diǎn)之一。
關(guān)鍵詞：主減速器；差速器；轉(zhuǎn)速；行星齒輪；傳動比
Abstract
Automobil reduction final drive is one of the best impossible parts in automobile gearing. It can chang speed and driving tuist within a big scope .
The problem of this design is ten meters passager car reduction final unit ,it’ s properly in common use . The design of scheme, the better design and improvement of structure ,the design and calibration of gear and gear shiftes , and the select of bearings , and also the design explain the construction of differential action .
The ting of the scheme desierment main deside. The drive ratio of gear , according to orginal design parameter and constrasting the same type reduction final drive ang differential assay . It realize planet gear in the design of structure . It put to use alteration better gears transmission in the design of gear , and compare the root contact tired strength of some important gears and the face twirl tired strength . It eraphaize pay attention to the place of gears. Compare the strength of the biggest load dangraes section. It require structure simple and accord with demand in select of bearings .
Key words : Reduction final , Differential , Rotational speed ,Plantet gear , Drive ratio
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
第2章 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 2
2.1主減速器的齒輪類型 2
2.2主減速器的減速形式 2
2.3主減速器主、從動錐齒輪的支承方案 2
2.3.1主動錐齒輪的支承 2
2.3.2從動錐齒輪的支承 3
2.3.3主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整 4
第3章 主減速器基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定 5
3.1主減速器齒輪計算載荷的確定 5
3.1.1按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大抵擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tce 5
3.1.2 按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 6
3.1.3按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 6
3.2錐齒輪主要參數(shù)的選擇 6
3.2.1主、從動錐齒輪齒數(shù)Z1和Z2 7
3.2.2從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms 7
3.2.3主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2 8
3.2.4雙曲面齒輪副偏移距E 8
3.2.5中點(diǎn)螺旋角 9
3.2.6螺旋方向 9
3.2.7法向壓力角α 10
第4章 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計算 11
4.1錐齒輪輪齒形狀的選擇 11
4.2錐齒輪的幾何尺寸計算 11
第5章 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計算 14
5.1單位齒長圓周力 14
5.2輪齒彎曲強(qiáng)度 15
5.3輪齒接觸強(qiáng)度 16
第6章 主減速器錐齒輪軸承的載荷計算 18
6.1錐齒輪齒面上的作用力 18
6.1.1齒寬中點(diǎn)處的圓周力 18
6.1.2錐齒輪的軸向力和徑向力 18
6.2錐齒輪軸承的載荷計算 19
6.3錐齒輪軸承的壽命計算 20
6.3.1 A軸承的壽命計算 20
6.3.2 B軸承的壽命計算 21
6.3.3 C、D軸承的壽命計算 21
第7章 齒輪材料 22
第8章 對稱式圓錐行星齒輪差速器設(shè)計 23
8.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇 23
8.1.1行星齒輪數(shù)n 23
8.1.2行星齒輪球面半徑Rb 23
8.1.3行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)Z1和Z2 23
8.1.4行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 24
8.1.5壓力角α 24
8.1.6行星齒輪軸直徑d及支承長度L 24
8.2差速器輪齒的幾何計算 25
8.3差速器齒輪強(qiáng)度計算 26
第9章 驅(qū)動橋半軸設(shè)計 27
9.1全浮式半軸計算 27
9.2半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 27
9.2.1全浮式半軸桿部直徑設(shè)計 27
9.2.2半軸桿部設(shè)計其他要求 28
9.3半軸的強(qiáng)度校核 28
9.3.1半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 28
9.3.2半軸花鍵的剪切應(yīng)力 28
9.3.3半軸花鍵的擠壓應(yīng)力 29
結(jié) 論 30
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
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第1章 緒論
驅(qū)動橋處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動力合理的分配給左、右驅(qū)動輪，另外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。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼。
汽車的主減速器是汽車傳動系是汽車傳動戲中的重要部件之一，它能夠?qū)鲃友b置的扭矩傳給驅(qū)動車輪，事先降速以增大扭矩。
本次設(shè)計的是主減速器總成。并要使其有一定的通過性。本次設(shè)計的內(nèi)容包括有：方案選擇，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與改進(jìn)，齒輪與齒輪州的設(shè)計與校核，而且在設(shè)計過程中，描繪了主減速器與差速器的組成以及差速器的原理和差速過程。
方案的確定主要依據(jù)的是原始設(shè)計數(shù)據(jù)如齒輪的傳動比，對比同類型的減速器及差速器做設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用行星齒輪和移位錐齒輪傳動，并對其中的重要齒輪進(jìn)行齒面接觸和疲勞強(qiáng)度的校核；而軸的設(shè)計中著重與齒輪的布置。并對其中最大載荷的危險截面進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。軸承的選用力求結(jié)構(gòu)簡單且滿足要求。
驅(qū)動橋是汽車最重要的系統(tǒng)之一，是為汽車傳輸和分配動力所設(shè)計的。通過本課題設(shè)計，使我們對所學(xué)過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識進(jìn)行一次全面的，系統(tǒng)的回顧和總結(jié)，提高我們獨(dú)立思考能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。
為減小驅(qū)動輪的外廓尺寸,目前主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪。實(shí)踐和理論分析證明，螺旋錐齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒齒輪的最小齒數(shù)少。顯然采用螺旋錐齒輪在同樣傳動比下，主減速器的結(jié)構(gòu)就比較緊湊。此外，它還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲較小等優(yōu)點(diǎn)。因而在汽車上曾獲得廣泛的應(yīng)用。近年來，雙曲面齒輪在廣泛應(yīng)用到轎車的基礎(chǔ)上，愈來愈多的在輕、中型、重型貨車上得到采用。
汽車在行駛過程中的使用條件是千變?nèi)f化的。為了擴(kuò)大汽車對這些不同使用條件的適應(yīng)范圍，在某些中型車輛上有時將主減速器做成雙速的，它既可以得到大的主減速比又可得到所謂多檔高速，以提高汽車在不同使用條件下的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
第2章 主減速器的結(jié)構(gòu)形式
2.1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。根據(jù)設(shè)計要求采用準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動。
2.2主減速器的減速形式
主減根據(jù)減速形式特點(diǎn)不同，主減速器分類為單級主減速器、雙級主減速器、雙速主減速器、貫通式主減速器和單、雙級減速配輪邊減速器。
由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于主傳動比i0≤7的汽車上。本設(shè)計要求的主減速器的傳動比為5.571:1小于7，故采用單級主減速器。
2.3主減速器主、從動錐齒輪的支承方案
主減速器必須保證主、從齒輪有良好的嚙合狀況，才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、齒輪的裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度有關(guān)。
2.3.1主動錐齒輪的支承
主動錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。本設(shè)計中的客車最大質(zhì)量為14500Kg>2噸，應(yīng)該采用跨置式支承。因?yàn)樵谒鶄鬟f較大的轉(zhuǎn)矩的情況下懸臂式支承難以滿足剛度的要求。
（a）懸臂式支承 （b）跨置式支承
圖1 主減速器錐齒輪的支承形式
跨置式支承中的導(dǎo)向軸承都采用圓柱滾子軸承，并且其內(nèi)外圈可以分離，以利于拆裝。圓錐滾子軸承采用背對背反裝，并且盡可能減小良軸承間的距離，增大支承軸徑，適當(dāng)提高軸承的配合緊度。
2.3.2從動錐齒輪的支承
從動錐齒輪的支承剛度與軸承的形式、支承間的距離及載荷在軸承之間的分布比例有關(guān)。從動錐齒輪多用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動錐齒輪背面的差速器殼處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)筋，以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使尺寸c等于或大于尺寸d。
圖2 從動錐齒輪的支承方式
在具有大主動傳動比和徑向尺寸較大的從動錐齒輪的主減速器中，為了限制從動錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移，在從動錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支承。輔助支承與從動錐齒輪背面之間的間隙，應(yīng)保證當(dāng)偏移量達(dá)到允許極限，即與從動錐齒輪背面接觸時，能夠制止從動錐齒輪繼續(xù)偏移。主、從動齒輪在載荷作用下的偏移量許用極限值，如下圖所示。支撐面與從動錐齒輪背面間的安裝間隙應(yīng)不大于0.25mm。
圖3 在載荷作用下主減速器齒輪的容許極限便移量
中型和重型汽車主減速器從動錐齒輪多采用有幅式結(jié)構(gòu)并有螺栓或者鉚釘與差速器殼突緣連結(jié)。
2.3.3主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整
通常汽車以高檔行駛時，發(fā)動機(jī)的平均使用轉(zhuǎn)矩大約不超過其最大轉(zhuǎn)矩的70%。因此主減速器軸承的預(yù)緊值可取為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時換算所得軸向力的30%。軸承預(yù)緊力的大小可以用軸承的摩擦力矩來檢驗(yàn)，其值通常為1至4N.m。大型、重型車取大值。在此取3N.m。主動錐齒輪預(yù)緊度的調(diào)整，可通過精選兩軸承內(nèi)圈內(nèi)的套筒長度、調(diào)整墊圈厚度、軸承與軸肩之間的調(diào)整墊片等方法進(jìn)行。因主動錐齒輪采用跨置式支承，故調(diào)整墊圈厚度較合適。在調(diào)整軸承預(yù)緊度之后，還應(yīng)進(jìn)行主減速器齒輪的嚙合調(diào)整。因齒面接觸區(qū)和齒側(cè)間隙的正確調(diào)整是保證齒輪正確嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、延長齒輪壽命的重要條件。
第3章 主減速器基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定
3.1主減速器齒輪計算載荷的確定
在設(shè)計中采用格里森制齒輪計算載荷的三種確定方法。
3.1.1按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大抵擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tce
(3.1)
式中：fi-----性能系數(shù)，當(dāng)<16時，
當(dāng)≥16時，取=0
其中為汽車滿載質(zhì)量，=14500Kg Temax =890N.m
=31.13>16 取=0；
-----猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)，性能系數(shù)=0的汽車，Kd=1；
i-----變速器一檔傳動比為6.333；
-----主減速器傳動比為5.571；
-----發(fā)動機(jī)到萬向傳動軸之間的傳動效率為0.9；
k-----液力變矩器系數(shù)，本設(shè)計中為手動變速器，故k=1；
n-----計算驅(qū)動橋數(shù)， n=1；
計算得：=28260.20N.m
3.1.2 按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩
（3.2）
式中：-----汽車在滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷，本設(shè)計中后橋?yàn)轵?qū)動橋，=9500×9.8=93100N ；
-----汽車最大加速度時的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，取1.1；
-----輪胎與路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或?yàn)r青路上，取0.85；
-----車輪滾動半徑，輪胎規(guī)格為11R22.5，=0.493m；
計算得：=41573.59N.m
3.1.3按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩
（3.3）
當(dāng)計算錐齒輪最大應(yīng)力時，計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)取前兩種的較小值，
即=min[,]=Tce=28260.20N.m
當(dāng)計算錐齒輪疲勞壽命時，取
主動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩為=5636.37N.m
為主、從動錐齒輪間的傳動效率，計算時對于雙曲面齒輪副，當(dāng)<6時，取90%；
3.2錐齒輪主要參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動錐齒輪齒數(shù)Z1和Z2、從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms、主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2、雙曲面齒輪副的偏移距E、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。
3.2.1主、從動錐齒輪齒數(shù)Z1和Z2
選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(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、從動齒輪和應(yīng)不少于40 。
3） 為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度，對于商用車，Z1一般不小于6 。
4） 主傳動比i0較大時，Z1盡量取得少些，以便得到滿意的離地間隙。
5） 對于不同的主傳動比，Z1和Z2應(yīng)有適宜的搭配。
6） 對于雙曲齒輪單級貫通式主減速器來說，通常主動齒輪的最小齒數(shù)為8。
根據(jù)上述，取Z1=8，Z2=iZ1=44.568，Z2取45。
3.2.2從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms
對于單級主減速器，增大尺寸D2會影響驅(qū)動驅(qū)動橋殼高度尺寸和離地間隙，減小D2影響到跨置式主動齒輪的前支承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
D2= （3.4）
式中：D2-----從動齒輪大端分度圓直徑（mm）；
-----直徑系數(shù)，一般為13.0～15.3 ；
-----從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩（N.m）,=min[,] 。
計算得D2=426.44mm。
ms由下式計算，即 =11 （3.5）
同時，ms還應(yīng)滿足 （3.6）
式中ms-----模數(shù)系數(shù)，取0.3～0.4
計算得ms取值范圍為9.14～12.18，ms=9.48符合要求。
3.2.3主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2
錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面寬過窄及刀尖圓角過小。這樣，不但減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時載荷集中于輪齒小端，會引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會引起裝配空間減小。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會降低。
對于從動錐齒輪齒面寬b2，推薦不大于其節(jié)錐距A2的0.3倍，即b2<0.3 A2=65.40mm，而且b2應(yīng)滿足b2<10ms=94.8mm，一般也推薦b2=0.155 D2。
因此b2=0.155 D2=0.155×426.44≈66mm b1=1.1b2=72.06mm
3.2.4雙曲面齒輪副偏移距E
E值過大將使齒面縱向滑動過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；E值過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動的特點(diǎn)。一般對于總質(zhì)量較大的商用車，E≦(0.10～0.12) D2≦42.644～51.728mm,且E≦20% A2=43.60mm。另外，主傳動比越大，則E也應(yīng)越大，但應(yīng)保證齒輪不發(fā)生根切。在本設(shè)計中E=45mm 。
雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和小偏移兩種。由從動齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動齒輪處于右側(cè)，如果主動齒輪在從動齒輪中心線的上方，則為上偏移；在從動齒輪中心線下方，則為下偏移。如果主動齒輪處于左側(cè)，則情況相反。本設(shè)計中采用如圖所示的方案，主動錐齒輪相對從動錐齒輪呈下偏移布置。
圖4 雙曲面齒輪的偏移
3.2.5中點(diǎn)螺旋角β
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小。且雙曲面齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是不相等的。
選擇β時，應(yīng)考慮它對齒面重合度εF、輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響。β越大，則εF也越大，同時嚙合的齒數(shù)越多，傳動就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。一般εF應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時效果最好。但是β過大，會導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為35°～40°。商用車選用較小的β值以防止軸向力過大，通常取35°。
“格里森”制齒輪推薦用下式預(yù)選主動齒輪螺旋角的名義值：
（3.7）
式中：-----主動齒輪名義（中點(diǎn)）螺旋角的預(yù)選值；
、-----主、從動齒輪齒數(shù)；
-----從動齒輪的分度圓直徑；
E-----雙曲面齒輪副的偏移距。
對于雙曲面齒輪，所得螺旋角名義值還需按照選用的標(biāo)準(zhǔn)刀號進(jìn)行反算，最終得到的螺旋角名義值與預(yù)選值之差不超過5°。
3.2.6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)方向影響其所受軸向力的方向，判斷軸向力方向時，可以用手勢法則，左旋齒輪的軸向力的方向用左手法則判斷，右旋齒輪用右手法則判斷；判斷時四指握起的旋向與齒輪旋轉(zhuǎn)方向相同，其拇指所指方向則為軸向力的方向如圖7所示。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時，應(yīng)使主動齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離趨勢，防止輪齒卡死而損壞。
考慮到汽車發(fā)動機(jī)為順時針旋轉(zhuǎn)，采用圖a中的布置：主動齒輪左旋，從動齒輪右旋。主動錐齒輪從背面看為順時針旋轉(zhuǎn)，從動錐齒輪從背面看為逆時針旋轉(zhuǎn)。
圖5 雙曲面齒輪的偏移和螺旋方向
圖6 螺旋方向與軸向力
3.2.7法向壓力角α
法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對于小負(fù)荷工作的齒輪，一般采用小壓力角，可使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對于雙曲面齒輪，從動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相同的，但主動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的。選取平均壓力角時，商用車為20°或22°30′，在此取α=22°30′。
第4章 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計算
4.1錐齒輪輪齒形狀的選擇
這里提出三種輪齒形狀，即雙重收縮齒、標(biāo)準(zhǔn)收縮齒和傾根錐母線收縮齒。根據(jù)《汽車設(shè)計》中表9-12中公式（89）知：θ2=34.945138′ ,δ2=233.786407′,△TR=0.189821為正數(shù)，采用傾根錐母線收縮齒。
（a）標(biāo)準(zhǔn)收縮齒 （b）雙重收縮齒
圖6 標(biāo)準(zhǔn)收縮齒與雙重收縮齒
4.2錐齒輪的幾何尺寸計算
根據(jù)《汽車設(shè)計》中表9-12給出的圓弧齒雙曲面齒輪的幾何尺寸計算步驟。
計算得錐齒輪的幾何尺寸如下：
小齒輪齒數(shù)Z1=8；大齒輪齒數(shù) Z2=45 ；
大齒輪齒面寬d=20.155D2=66mm ；
小齒輪軸線偏移距E=（0.10～0.12）D2=45mm ；
大齒輪大端分度圓直徑D2=426.44mm ；
刀盤名義半徑rd=266.700(根據(jù)表9-4選擇) ；
大齒輪在齒面寬中點(diǎn)處的分度圓半徑Rm2=180.9461mm ；
小齒輪在吃面寬中點(diǎn)處的分度圓半徑Rm1=39.4109mm ；
小齒輪節(jié)錐角γ1=11°40′59″ ；
小齒輪中點(diǎn)螺旋角β1=46°21 ′19″；
大齒輪中點(diǎn)螺旋角β2=32°18′28″；
大齒輪節(jié)錐角γ2=77°58′52″；
大齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)到小齒輪軸線的距離=-0.8252mm ；
在節(jié)面內(nèi)大齒輪齒面寬中點(diǎn)錐距Am=184.9975mm ；
大齒輪節(jié)錐距A0=217.9941mm ；
大齒輪在齒面寬中點(diǎn)處得齒頂高h(yuǎn)′m2=1.8862mm ,齒根高h(yuǎn)″m2=12.6247mm ；
傾根錐母線收縮齒的大齒輪齒頂角θ2T=0.82°；
傾根錐母線收縮齒的大齒輪齒根角δ2T=4.66°；
大齒輪的齒頂高h(yuǎn)2′=2.3597mm ；
大齒輪齒根高h(yuǎn)2″=15.3073mm ；
徑向間隙C=1.9362mm ；
大齒輪的齒全高h(yuǎn)=17.667mm ；
大齒輪齒工作高h(yuǎn)g=15.7308mm ；
大齒輪的面錐角γ02=78°48′13″；
大齒輪的根錐角γR2=73°20′12″；
大齒輪外圓直徑d02=427.4226mm ；
大齒輪外緣至小齒輪軸線的距離X02=43.9105mm ；
大齒輪面錐頂點(diǎn)至小齒輪軸線的距離Z0=-1.6086mm,（負(fù)號表示該面錐頂點(diǎn)在大齒輪輪體與小齒輪軸線之間）；
大齒輪根錐頂點(diǎn)至小齒輪軸線的距離ZR=1.6963mm ,（正號表示該根錐頂點(diǎn)越過小齒輪軸線）；
小齒輪的面錐角γ01=16°11′16″ ；
小齒輪面錐頂點(diǎn)至大齒輪軸線的距離G0=-1.9683mm ，（負(fù)號表示該面錐頂點(diǎn)在小齒輪輪體與大齒輪軸線之間） ；
小齒輪外緣至大齒輪軸線的距離BR=208.6932mm ；
小齒輪輪齒前緣至大齒輪軸線的距離B1=138.4683mm ；
小齒輪的外圓直徑d01=120.7249mm ；
小齒輪根錐頂點(diǎn)至小齒輪軸線的距離=9.1434mm ,（正號表示該根錐頂點(diǎn)越過小齒輪軸線）；
小齒輪根錐角γR1=10°52′34″ ；
在節(jié)平面內(nèi)大齒輪內(nèi)錐距Ai=151.9941mm。
第5章 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計算
在選好主減速錐齒輪的主要參數(shù)后，可根據(jù)所選擇的齒形計算錐齒輪的幾何尺寸，而后根據(jù)所確定的計算載荷進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，以保證錐齒輪有足夠的強(qiáng)度和壽命。
輪齒損壞形式主要有彎曲疲勞折斷、過載折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。
5.1單位齒長圓周力
主減速器錐齒輪的表面耐磨性，常用輪齒上的單位齒長圓周力來估算，即
(5.1)
式中，p為輪齒上的單位齒長圓周力（N/mm）；F為作用在輪齒上的圓周力（N）；b2為從動齒輪的齒面寬（mm），b2=81.03mm 。
按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計算
（5.2）
式中：Temax -----發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m），Temax=890N.m ；
ig-----變速器傳動比，常取一檔進(jìn)行計算，分別為6.333；
D1-----主動錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑，D1=39.4109mm ；
計算得：一檔時p=1164.35N.m <[1.2p]=1178.4N.m
在現(xiàn)代汽車設(shè)計中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，[p]有時高出表中數(shù)值的20%～25%。
5.2輪齒彎曲強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為
（5.3）
式中：σw ----- 錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力（MPa） ；
Tc----- 所計算齒輪的計算轉(zhuǎn)矩（N.m）,對于從動齒輪：=min[,] =28260.20N.m ,對于主動齒輪，=TZ=5636.37N.m
K0-----過載系數(shù)，一般取1,即k0=1 ；
Ks -----尺寸系數(shù)，它反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素有關(guān),當(dāng)ms≥1.6mm時，ks=(ms/25.4)0.25 。本設(shè)計中ms=9.48>1.6mm , ks=(ms/25.4)0.25=0.7816 ；
Km-----齒面載荷分配系數(shù)，跨置式結(jié)構(gòu) ：km=1.0～1.1 , km取1；
Kv-----質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好，齒距及徑向跳動精度高時,kv=1.0 ；
b-----所計算齒輪的齒面寬（mm），b1=72.6mm , b2=66mm ；
D-----所討論齒輪的大端分度圓直徑（mm）, D1=120.02mm ,D2=426.44mm ；
Jw-----所計算齒輪的輪齒彎曲,根據(jù)圖7， Jw1=0.28 ，Jw2=0.24
計算得：σw1=689.87MPa<[σw1] =700MPa
σw2=380.94MPa< [σw2] =700MPa
得出結(jié)論：主、從動錐齒輪的輪齒彎曲強(qiáng)度均符合強(qiáng)度要求。
圖7彎曲計算用綜合系數(shù)，用于平均壓力角為22°30′，E/d2=0.10的雙曲面齒輪
5.3輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為
? (5.4)
式中: -----錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力(MPa)；
D1-----主動錐齒輪大端分度圓直徑（mm）, D1=120.0245mm ；
b----- b1和b2中的較小值（mm）,b=66mm ；
ks-----尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對淬透性的影響，通常取1.0 ；
-----齒面品質(zhì)系數(shù)，它取決于齒面的表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)(如鍍銅、磷化處理等)，對于制造精確的齒輪，取1.0 ；
Cp-----綜合彈性系數(shù)，鋼對鋼齒輪：cp取232.6N／mm ；
ko,km,kv與式(5-14)的相同 ；
Jj-----齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，Jj=0.1825根據(jù)圖8取值 。
計算得：=1657.46MPa<[σJ]=2800MPa
由于主、從動齒輪的齒面接觸應(yīng)力是相同的。所以主、從動齒輪均符合彎曲強(qiáng)度要求。
圖8 接觸強(qiáng)度計算用綜合系數(shù)J
第6章 主減速器錐齒輪軸承的載荷計算
6.1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線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
6.1.1齒寬中點(diǎn)處的圓周力
齒寬中點(diǎn)處的圓周力F為
（6.1）
式中：T-----作用在從動齒輪上的轉(zhuǎn)矩 ,根據(jù)公式計算得1172.38N.m ；
Dm2-----從動齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，Dm2=361.89mm由式（5-17）確定，即：
Dm2=D2-b2sinγ2 (6.2)
式中：D2-----從動齒輪大端分度圓直徑 ；
b2-----從動齒輪輪齒寬 ；
γ2 -----從動齒輪節(jié)錐角 。
計算得：從動齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力F1=29.76KN
由式 =可知，F(xiàn)2=36.44KN
6.1.2錐齒輪的軸向力和徑向力
主動錐齒輪的螺旋方向?yàn)橛倚?從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r針。
主動齒輪的軸向力Faz：
Faz=(tanαsinγ+sinβcosγ)=29.64KN
式中：γ為主動錐齒輪的面錐角，γ=16°11′16″ ；
α為輪齒驅(qū)動齒廓的法向壓力角，α=22°30′；
軸向力為正值表明力的方向離開錐頂 。
主動齒輪的徑向力FRZ：
FRZ=（tanαcosγ-sinβsinγ）=10.58KN
徑向力是正值表明力使該齒輪離開相嚙合齒輪 。
從動齒輪的軸向力Fac:
Fac=(tanαsinγ-sinβcosγ)=10.33KN
式中：γ從動齒輪的根錐角，γ=73°20′12″ 。
從動齒輪的徑向力FRC:
FRC=(tanαcosγ+sinβsinγ)=29.72KN
徑向力是正值表明力使該齒輪離開相嚙合齒輪 。
6.2錐齒輪軸承的載荷計算
圖9 主減速器軸承的布置尺寸
在圖a中a=132mm, b=78mm, c=54mm ,
在圖b中a=322mm, b=172mm, c=150mm 。
A軸承：Fr1= =21.96KN
B軸承：Fr2==15.58KN
C軸承：Fr3==21.92KN
D軸承：Fr4==18.78KN
6.3錐齒輪軸承的壽命計算
6.3.1 A軸承的壽命計算
A軸承為圓柱滾子軸承采用NU型23系列，代號為NU2309E，尺寸為45×100×36。A軸承只承受徑向載荷，額定動載荷Cr為102.85KN，所承受的當(dāng)量動載荷P1=XFr1=21.96KN。
對于無輪邊減速器的驅(qū)動橋來說，從動輪（差速器）軸承的計算轉(zhuǎn)速n2為
n2=
式中：r輪胎滾動半徑，r=0.493mm ；
Vam汽車的平均行駛速度（KM/h）,對于公共汽車取30～40KM/h 。
計算得n2=188.84KM/h ,n1=n2×i0=1052.03KM/h 。
在實(shí)際計算中，常以工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命
Lh=()ε 106 （6.3）
式中：ft為溫度系數(shù)，取1.0 ；
fp為載荷系數(shù)，取1.2 。
計算得Lh=4018.75h 。
若大修里程定位100000公里，可計算出預(yù)期壽命即Lh′==2857h 。
Lh=4018.75h > Lh′=2857h,故A軸承滿足壽命要求。
6.3.2 B軸承的壽命計算
對于B軸承，在此并不是一個軸承，而是一對軸承，對于成對安裝的軸承組的計算當(dāng)量載荷時徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y值按雙列軸承選用，e值與單列軸承相同。B軸承為圓錐滾子軸承采用3000型13系列，代號為31314，尺寸為70×150×38×25。31314軸承的基本額定動載荷Cr=193KN，由于采用成對軸承∑Cr=1.7Cr=330.03KN 。
=1.90>e=0.4 則X=0.4，Y=1.6
P2=XFr2+YFaz=0.4×15.58+1.6×29.64=53.66KN
根據(jù)公式（9-53）計算得Lh=3677.53h> Lh′=2857h ，故B軸承滿足壽命要求。
6.3.3 C、D軸承的壽命計算
C、D軸承為32218U，尺寸為90×160×42.6×40×34 ，額定動載荷Cr=262KN 。
Fd3==7.66KN Fd4==6.57KN ，
Fd3+ Fac=17.99KN> Fd4=6.57KN 軸有向右移動的趨勢；
C、D軸承面對面正裝，軸承D受壓，軸承C放松；
C、D的派生軸向力分別Fa3=Fd3=7.66KN Fa4=Fd3+Fac=17.99KN ； Fa3 Fr3
==0.3495e=0.42 p4=0.4Fr4+1.43Fa4=33.24KN
根據(jù)公式（9-53）計算的C軸承Lh3=187640.34h> Lh′=2857h
D軸承Lh4=468402.22h> Lh′=2857h
故C、D軸承都滿足壽命要求。
第7章 齒輪材料
驅(qū)動橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動系其他齒輪相比，具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點(diǎn)，是傳動系中的薄弱環(huán)節(jié)。錐齒輪材料應(yīng)滿足如下要求：
1)具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。
2）輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。
3）鍛造性能、可加工性及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。
4）選擇合金材料時，盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而是選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。
汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20Mn2TiB、20CrMnMo、22CrNiMo和l6SiMn2WMoV等，經(jīng)過滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到58～64HRC，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)＞8時為29～45HRC，當(dāng)端面模數(shù)≤8時為32～45HRC。對滲碳層有如下規(guī)定：
當(dāng)端面模數(shù)≤5時，厚度為0.9～1.3mm
??????????=5～8時，厚度為1.0～1.4mm
??????????＞8時，厚度為1.2～1.6mm
為改善新齒輪的磨合，防止其在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25％的齒輪壽命。對于滑動速度高的齒輪可進(jìn)行滲硫處理，以提高耐磨性。滲硫后摩擦因數(shù)可顯著降低，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦傷、咬死和膠合。
第8章 對稱式圓錐行星齒輪差速器設(shè)計
8.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇
8.1.1行星齒輪數(shù)n
行星齒輪數(shù)n需根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下n可取兩個，反之應(yīng)取n=4。在本設(shè)計中n取4。.
8.1.2行星齒輪球面半徑Rb
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)公式來確定 Rb=kb (8.1)
式中：kb-----行星齒輪球面半徑系數(shù)，kb=2.5～3.0，對于有四個行星齒輪的乘用車和商用車取小值，kb=2.65 ；
Td-----差速器計算轉(zhuǎn)矩，Td= min[,]= 28260.20N.m ；
計算得： Rb=kb=2.65=80.72mm 。
行星齒輪節(jié)錐距A0為
A0=（0.98～0.99）Rb=79.50mm (8.2)
8.1.3行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)Z1和Z2
為了使輪齒有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會增大，于是又要求行星齒輪的齒輪Z1應(yīng)取少些，但Z1一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)Z2在14～25之間選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比Z1/ Z2在1.5～2.0范圍內(nèi)。同時為使四個行星齒輪能同時與兩個半軸齒輪嚙合，兩半軸齒輪的齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除，否則差速齒輪不能裝配。
根據(jù)上述要求： Z1取11，取Z2取22。
8.1.4行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定
行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1和γ2分別為
γ1=arctan(z1/z2) γ2=arctan(z2/z1) (8.3)
計算得：γ1=26°33′54″ γ2=63°26′5″ 。
錐齒輪大端的端面模數(shù)m為
m=sinγ1=sinγ2 (8.4)
計算得：m=6.46 。
算出模數(shù)后，齒輪大端節(jié)圓直徑即可由下式求得：
行星齒輪大端節(jié)圓直徑：d1=mZ1=11×6.46=71.06mm
半軸齒輪大端節(jié)圓直徑：d2=mZ2=22×6.46=142.12mm
8.1.5壓力角α
汽車差速齒輪都采用壓力角為22°30′、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°壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。在本設(shè)計中質(zhì)量較大，故采用25°的壓力角。
8.1.6行星齒輪軸直徑d及支承長度L
行星齒輪軸直徑d(mm)為
d= (8.5)
式中：T0-----差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.m），T0=28260.20N.m ；
n-----行星齒輪數(shù)，n=4 ；
rd-----行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x（mm）,約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑的一半，即rd≈0.5Dd2,=57mm （其中d2,為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，d2,=115.29mm） ；
[σc] -----支承面允許擠壓應(yīng)力取98MPa 。
計算得：d=31.28N.m 。 (行星齒輪軸直徑d與行星齒輪安裝孔ψ相等)
行星齒輪在軸上的支承長度L
L=1.1d=34.41mm (8.6)
圖10 差速器行星齒輪安裝孔直徑及其深度
8.2差速器輪齒的幾何計算
行星齒輪齒數(shù)Z1=11 ，半軸齒輪齒數(shù)Z2=22 ，模數(shù)m=6.46
齒面寬b2=(0.25～0.30)A0=30mm ；
齒工作高h(yuǎn)g=1.6m=10.34mm ；
壓力角α=25° ， 軸交角Σ=90°；
節(jié)圓直徑d1=mZ1=71.06mm ,d2=mZ2=142.12mm ；
節(jié)錐角γ1=26°33′54″ γ2=63°26′5″ ；
節(jié)錐距A0=79.50mm ,周節(jié)t=3.1416m=20.29mm ；
齒頂高h(yuǎn)1,=hg-h2,=4.59mm ,h2，=｛0.430+｝m=3.38mm ；
齒根高h(yuǎn)1″=1.788m- h1,=4.59mm , h2″=1.788m- h2，=8.17mm ；
徑向間隙c=h- hg=0.188m+0.051=1.27mm ；
齒根角δ1=arctan=3°18′16″ ， δ2= arctan=5°52′3″ ；
面錐角γ01=γ1+δ2=32°25′57″ ，γ02=γ2+δ1=66°44′21″ ；
根錐角γR1=γ1-δ1=23°15′58″ , γR2=γ2-δ2=57°34′2″ ；
外圓直徑d01= d2+2 h1,cosγ1=83.51mm ；d02= d2+2 h2,cosγ2=145.14mm ；
節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離X01= - h1,sinγ1=67.95mm
X02= — h2,sinγ2=32.51mm ；
齒側(cè)間隙B=0.25 。
8.3差速器齒輪強(qiáng)度計算
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)常處于嚙合傳動狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運(yùn)動。因此，對于差速器齒輪，主要應(yīng)進(jìn)彎曲強(qiáng)度計算。
(8.7)
式中：n為行星齒輪數(shù)，n=4 ；
J為綜合系數(shù)，
計算得：σw=824.71MPa<﹝σw﹞=980MPa
當(dāng)T0=min﹝Tce，Tcs﹞時﹝σw﹞=980MPa
第9章 驅(qū)動橋半軸設(shè)計
9.1全浮式半軸計算
全浮式半軸計算載荷可按車輪附著力距Mψ計算，即
Mψ=m2′G2rrφ (9.1)
式中：G2-----驅(qū)動橋的最大靜載荷，G2=9500×9.8=93100N ；
rr-----車輪滾動半徑，rr=0.493m ；
m2′-----負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，m2′=1.1 ；
φ-----附著系數(shù)，φ=0.8 ；
計算得：Mψ=20195.25×103 。
9.2半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
9.2.1全浮式半軸桿部直徑設(shè)計
全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取
(9.2)
式中：d-----半軸干部直徑（mm） ；
Mψ-----半軸計算轉(zhuǎn)矩（N.mm）, Mψ=20195.25×103 ；
k-----直徑系數(shù)，取0.205～0.218 。
計算得：d=55.83～59.37mm ，取58mm 。
9.2.2半軸桿部設(shè)計其他要求
1）半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的低徑，以便使半軸各部分基本達(dá)到等強(qiáng)度。
2）半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡部分，以減小應(yīng)力集中。
3）當(dāng)桿部較粗而且外端凸緣也較大時，可采用兩端用花鍵連接的結(jié)構(gòu)。
4）設(shè)計全浮式桿部的強(qiáng)度儲備應(yīng)低于驅(qū)動橋其他傳力零件的強(qiáng)度儲備，使半軸起一個“熔絲”的作用。
9.3半軸的強(qiáng)度校核
9.3.1半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
(9.3)
式中：M-----車輪附著力距，取20195.25×103 ；
d-----半軸直徑，取58mm 。
計算得：τ=527MPa<[τ]=490MPa～588MPa 符合強(qiáng)度要求 。
9.3.2半軸花鍵的剪切應(yīng)力
對于驅(qū)動車輪來說，當(dāng)按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax及傳動系最低檔傳動比iT1計算所得的縱向力小于按最大附著力計算所決定的縱向力時，應(yīng)按下式計算，即
式中：ξ-----差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù),取0.6 ；
Temax-----發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（N.m）,取890N.m ；
iTL-----傳動系最低檔傳動比，即變速器一檔的傳動比與主減速器的傳動比的乘積，iTL=6.333×5.571=35.2811 ；
η-----汽車傳動系效率，取0.9 ；
rr-----輪胎的滾動半徑，取0.493m 。
計算得X2L=X2R=34393.75N 。
(9.4)
式中：T-----半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩（N.m）,T=X2Lrr=X2Rrr=16956.12N.m ；
Z-----花鍵齒數(shù)，取24 ；
LP-----花鍵工作長度（mm）,取120mm ；
b-----花鍵齒寬（mm）,取3.925mm ；
DB-----半軸花鍵（軸）外徑（mm）,取62.5mm ；
dA -----相配花鍵孔內(nèi)徑（mm）,取57.74mm ；
-----載荷分布的不均勻系數(shù)，可取為0.75 。
計算得：τs=66.53MPa<[τs]=71.05MPa ，符合強(qiáng)度要求。
9.3.3半軸花鍵的擠壓應(yīng)力
(9.5)
計算得：σc=102.87MPa<[σc]=196MPa ，符合強(qiáng)度要求。
結(jié) 論
隨著石油資源的日益匱乏，人們對汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高。主減速器作為汽車傳動系統(tǒng)的一個重要部分，其傳動比的選擇對汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性的影響很大。要選擇適合的主減速器傳動比以便在滿足汽車動力性的前提下同時具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。同時采用雙曲面錐齒輪的主減速器可以使主動錐齒輪相對從動錐齒輪產(chǎn)生一定的偏移距，提高汽車的最小離地間隙和幾何通過性。
在這次畢業(yè)設(shè)計中，我系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了機(jī)械制圖、機(jī)械原理、汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計及生產(chǎn)制造等方面的基本理論和專業(yè)知識，從理論上到實(shí)踐上了解各種驅(qū)動系統(tǒng)，同時也體現(xiàn)了我對所學(xué)的專業(yè)知識的程度。在這次設(shè)計中，首先的收獲是查閱資料的能力。到圖書館借書、到網(wǎng)上搜索資料、到閱覽室查閱期刊雜志，在大量的文字中找到我們需要的，并加以分析很整理，再把它融入到自己的設(shè)計中去。其次就是動手能力了。在設(shè)計主動錐齒輪軸時遇到不少困難。特別是選擇軸的軸承時，我根據(jù)通過比較相同裝配質(zhì)量的汽車的后橋主動錐齒輪前內(nèi)軸承和后橋主錐齒輪導(dǎo)向先初選軸承，在利用理論力學(xué)的知識求出軸在軸承處得支反力，再運(yùn)用機(jī)械設(shè)計中軸承壽命計算的方法校核出初選軸承的是否符合壽命要求。
這次的設(shè)計是對四年所學(xué)過的知識的一個復(fù)習(xí)，包括汽車構(gòu)造、機(jī)械設(shè)計
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