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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 選題背景目的及意義
從目前我國載貨車銷售的結(jié)構(gòu)上看，由于國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及市政建設(shè)的投入日益加大，重型自卸車的銷量猛增；又由于貨物運(yùn)輸向?qū)Ｓ没⒋笮突l(fā)展，傳統(tǒng)意義的重型載貨車較之上年有不同程度的下挫。
對(duì)于國內(nèi)卡車市場而言，雖然最近群雄并起，各種資本紛紛進(jìn)入，競爭異常殘酷激烈，但目前大的格局基本已定：解放、東風(fēng)、重汽、陜汽、歐曼將躋身第一集團(tuán)；上汽依維柯紅巖、江淮、北奔、華菱做為第二集團(tuán)，將向第一集團(tuán)的地位不斷發(fā)起沖擊；而廣汽、集瑞、長安、大運(yùn)等后起之秀或許會(huì)后來居上、有所作為，有待市場考驗(yàn)。
自卸車市場，占據(jù)較大數(shù)量的是東風(fēng)EQ3208系列，占市場的70％多。該系列采用康 明斯180至210馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，超大的車廂以及經(jīng)濟(jì)型的配置使得該車在自卸車市場具有絕對(duì)的優(yōu)勢。
牽引車市場受追捧的是陜汽、重汽的S35和S29，良好的性價(jià)比以及大馬力、大噸位的特點(diǎn)使得該系列產(chǎn)品擁有極佳的口碑。260至360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)、富勒變速箱、斯太爾加強(qiáng)橋使該車的配置光彩奪目。
貨運(yùn)車（包括倉柵車）競爭極為激烈，可用群雄紛爭來形容，一汽的CA1200系列、東風(fēng)的EQ1208系列、紅巖的CQ19系列等都是暢銷產(chǎn)品。重型專用車批量小、難度高，一直不為國內(nèi)企業(yè)所重視，高檔專用車為進(jìn)口品牌所壟斷，沃爾沃、曼等品牌參與國內(nèi)競爭主要以專用車為主。
國外卡車的發(fā)展趨勢
各國商用車制造廠家目前正采用令人驚嘆的高新技術(shù)來最大限度地保障安全，提高效率。重型車的發(fā)展趨勢對(duì)安全、可靠、舒適的人性化設(shè)計(jì)等方面提出更高的要求。
在安全性方面，國際潮流是安裝制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、翻車警告系統(tǒng)、電子控制制動(dòng)系統(tǒng)（EBS）、紅外線夜視系統(tǒng)以及其它的駕駛室安全性措施。在歐洲，多數(shù)重型車駕駛室都要經(jīng)受嚴(yán)格的加載、撞擊與扭振試驗(yàn)，完全合格后方可投入批量生產(chǎn)。其目的是在發(fā)生翻車事故后，駕駛室不會(huì)被壓扁，保證駕駛員的生存空間，車門不會(huì)自行打開，人員不會(huì)拋出車外。
在舒適性方面，現(xiàn)在的商用車乘坐舒適性已接近轎車的水平。主要表現(xiàn)為駕駛室空間比轎車還要寬敞許多，各種設(shè)施一應(yīng)俱全。特別是長途行駛的牽引車，不僅有音響、冷暖空調(diào)和通訊設(shè)備，而且還有衛(wèi)星導(dǎo)航、冷熱飲柜、電視、衣柜等裝備；駕駛室的支點(diǎn)裝有彈性緩沖裝置，駕駛員座椅下方有空氣彈簧緩沖支承，保證了駕駛員乘坐舒適平穩(wěn)。
在環(huán)保性方面，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的提高，為實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)降低廢氣排放提供了基本保證。同時(shí)新技術(shù)的應(yīng)用又可以幫助清潔柴油，減少廢氣排放。如催化微粒過濾器，它可以清除排氣中90％至95％的煙塵等。
在可靠性和耐久性方面，國外先進(jìn)企業(yè)中重型載貨汽車的保修期大多在60萬公里，實(shí)際上都能保證80萬至100萬公里無大修，而國內(nèi)保修期大多在10萬公里左右。國外重型載貨汽車只要在正常情況下使用就基本不會(huì)出現(xiàn)故障，而國內(nèi)的車初期故障率則一直較高。我國的維修保養(yǎng)費(fèi)用在汽車運(yùn)輸成本中的比重遠(yuǎn)高于國外水平。
福田2006年3月推出的重卡新產(chǎn)品——?dú)W系頂級(jí)歐曼ETX，采用全鋼結(jié)構(gòu)一次性沖壓成型的高頂寬體車身，其中牽引車、載貨車等車身采用四點(diǎn)全浮式減震裝置，多向可調(diào)節(jié)減震座椅?？蛇x裝GPS定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、車載冰箱、車載電話、DVD以及電動(dòng)天窗等配置。車身的迎風(fēng)面積為6..98m2（一般重卡為7.48m2），風(fēng)阻系數(shù)較低，可節(jié)油12%～18%。
歐曼ETX秉承了歐曼重卡一貫的高大威猛車身造型，彰顯了歐洲重卡的陽剛之氣。駕駛室符合歐洲EEC法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的防正面、側(cè)面碰撞、頂壓以及前端鉆進(jìn)的全面安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，碰撞安全性大大提高。在實(shí)現(xiàn)安全駕駛的同時(shí)，也充分考慮到了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于環(huán)保的要求。
歐曼ETX共分兩個(gè)系列產(chǎn)品：洲際版和豪華版。洲際版采用歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的美國康明斯ISM發(fā)動(dòng)機(jī)（Mil）。該機(jī)在低轉(zhuǎn)速800x/min時(shí)可提供880～1250N·m的起步扭矩，而且可提供28%～45%的扭矩儲(chǔ)備。豪華版主要配裝濰柴動(dòng)力的06款發(fā)動(dòng)機(jī)。ETX配裝美國伊頓S9全同步器變速器，485單級(jí)減速?zèng)_焊驅(qū)動(dòng)橋——與13t雙級(jí)減速橋相比，該橋具有傳動(dòng)效率高、節(jié)油、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。ETX的離合器為430大摩片螺旋彈簧式。該車所用的WEVB發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)，可使制動(dòng)器的使用壽命提高45%～55%。
駕駛室內(nèi)部的轎車化內(nèi)飾，豪華優(yōu)雅、高檔氣派，符合了現(xiàn)代人的審美情趣。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的轎車化儀表臺(tái)、采用了集成化控制。采用奔馳技術(shù)的單桿變速操縱系統(tǒng)，使駕駛員長途駕駛操縱更輕便、更靈活。四點(diǎn)全浮懸置、氣囊減震的座椅，整體式側(cè)裙板、后輪罩等設(shè)置都大幅度提高了整車的舒適性能。
重卡輕量化作為目前市場的主流，不僅是企業(yè)技術(shù)與研發(fā)的核心，更是消費(fèi)者購買的主選。一批掌握了輕量化技術(shù)的重卡企業(yè)，已經(jīng)在2010年的市場競爭中突出重圍、脫穎而出，成為了用戶的寵兒。
歐曼憑借在輕量化方面的領(lǐng)先技術(shù)和豐富的產(chǎn)品線，其輕量化牽引車集輕量化、安全可靠、燃油經(jīng)濟(jì)性于一身，成為了大家關(guān)注的焦點(diǎn)。為滿足不同類型用戶的需求，歐曼將產(chǎn)品細(xì)分為高速型、標(biāo)準(zhǔn)型和重載型。豐富的產(chǎn)品線，為歐曼6系牽引車的輕量化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)，憑借著穩(wěn)定而卓越的技術(shù)，歐曼6系輕量化牽引車為用戶帶來了更多的額外收益，贏得了越來越多的消費(fèi)者信任。
2010年11月13日，由國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織主辦的第十二屆中國專利獎(jiǎng)評(píng)選活動(dòng)中，福田歐曼ETX重型卡車的外觀設(shè)計(jì)專利榮獲中國交通類外觀設(shè)計(jì)唯一金獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)為中國專利獎(jiǎng)評(píng)選活動(dòng)中首次設(shè)立的獎(jiǎng)項(xiàng)，也是目前國內(nèi)外觀設(shè)計(jì)專利領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。
福田歐曼ETX的上市，不但代表了我國重卡不斷進(jìn)步的技術(shù)水平，而且正在引領(lǐng)著我國卡車技術(shù)的發(fā)展趨勢。
1.2設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、設(shè)計(jì)車型歐曼3系主要參數(shù)如表1.1
表1.1 歐曼3系主要參數(shù)
輪胎
9.00R20
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
118/2600
Pemax kW/np （r/min）
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
255/2000
Temax N·m/nr （r/min）
裝載質(zhì)量
6000
kg
汽車滿載總質(zhì)量
12000
kg
滿載時(shí)軸荷分布
前軸3820 后軸8280
kg
最大車速
90
km/h
輪距（雙胎中心線）
1900
mm
2、基本內(nèi)容
(1) 研究驅(qū)動(dòng)橋組成、結(jié)構(gòu)、原理；
(2) 主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基本參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算；
(3) 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇、尺寸及強(qiáng)度計(jì)算；
(4) 驅(qū)動(dòng)半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算；
(5) 驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析與強(qiáng)度計(jì)算。
3、擬解決的主要問題
(1)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式及布置方案的確定。
(2)驅(qū)動(dòng)橋零部件尺寸參數(shù)確定及校核。
(3)完成驅(qū)動(dòng)橋裝配圖和主要部分零件圖。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定
2.1 總體方案論證
2.1.1 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)汽車和超重型載貨汽車上，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。
2.1.2 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。
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。
2.2 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成
在多數(shù)汽車中，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（半軸）及橋殼等部件如圖2.1所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.半軸 2.圓錐滾子軸承 3.支承螺栓 4.主減速器從動(dòng)錐齒輪 5.油封
6.主減速器主動(dòng)錐齒輪 7.彈簧座 8.墊圈 9.輪轂 10.調(diào)整螺母
圖2.1 驅(qū)動(dòng)橋
2.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)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。
2.4 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定
2.4.1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)量大小影響很大。當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)對(duì)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。
對(duì)于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車、長途公共汽車尤其是競賽車來說，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時(shí)值應(yīng)按下式來確定[5]：
=0.377 （2.1）——車輪的滾動(dòng)半徑，=0.414 m
——變速器最高檔傳動(dòng)比1.0（為直接檔）。
——最大功率轉(zhuǎn)速2600r/min
——最大車速90km/h
對(duì)于與其他汽車來說，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：
=（0.377~0.472） （2.2）
經(jīng)計(jì)算初步確定=5.14按上式求得的應(yīng)與同類汽車的主減速比相比較，并考慮到主、從動(dòng)主減速齒輪可能的齒數(shù)對(duì)予以校正并最后確定。
2.4.2主減速器的齒輪類型
按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。
在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。
在現(xiàn)代貨車車驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。
螺旋錐齒輪主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點(diǎn)到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。
雙曲面齒輪主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點(diǎn)有：
1、尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
2、傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
3、當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。
4、工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，又有沿齒長方向的縱向滑動(dòng)，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
雙曲面齒輪傳動(dòng)有如下缺點(diǎn)：
1、長方向的縱向滑動(dòng)使摩擦損失增加，降低了傳動(dòng)效率。
2、齒面間有大的壓力和摩擦功，使齒輪抗嚙合能力降低。
3、雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。
4、雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤滑油。
螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，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)捏合，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。本次設(shè)計(jì)采用螺旋錐齒輪。如圖2.2。
圖2.2 螺旋錐齒輪傳動(dòng)
2.4.3主減速器的減速形式
主減速器的減速形式分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，有時(shí)也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關(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io的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比io≤7.6的各種中小型汽車上
（a） 單級(jí)主減速器 （b） 雙級(jí)主減速器
圖2.2主減速器
如圖2.2（a）所示，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，在貨車車上占有重要地位。目前貨車車發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大扭矩發(fā)展的趨勢使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比向小速比發(fā)展；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，許多貨車使用條件對(duì)汽車通過性的要求降低，因此，產(chǎn)品不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過性；與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性增加。
如圖2..2（b）所示，與單級(jí)主減速器相比，由于雙級(jí)主減速器由兩級(jí)齒輪減速組成，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大；主減速器的齒輪及軸承數(shù)量的增多和材料消耗及加工的工時(shí)增加，制造成本也顯著增加，只有在主減速比較大（7.6<）且采用單級(jí)主減速器不能滿足既定的主減速比和離地間隙等要求時(shí)才采用。通常僅用在裝在質(zhì)量10t以上的重型汽車上
本次設(shè)計(jì)貨車主減速比=5.14，所以采用單級(jí)主減速器。
2.4.4主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方法
1.現(xiàn)在汽車主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式有如下兩種：
①懸臂式
懸臂式支承結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸徑，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長度a和增加兩端的距離b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子向外。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，多用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖2.3 主動(dòng)錐齒輪懸臂式支承
圖2.4 主動(dòng)錐齒輪騎馬式支承
②騎馬式
騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖2.4所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用騎馬式支承。
2、主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇
從動(dòng)錐齒輪只有跨置式一種支撐形式如圖2.5所示，兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使它們的圓錐滾子大端相向朝內(nèi)，而小端相向朝外。為了防止從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)用兩端的調(diào)整螺母調(diào)整。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上，從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑較大時(shí)采用螺栓和差速器殼固定在一起[6]。
本次設(shè)計(jì)主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支撐（圓錐滾子軸承），從動(dòng)錐齒輪采用騎馬式支撐（圓錐滾子軸承）。
2.5 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定
根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長。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因素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。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)由于左右車輪的轉(zhuǎn)速雖然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)是輪胎過早磨、無益地消耗功率和燃料及使驅(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)車輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車的類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運(yùn)輸車輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此幾乎都采用了結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車輪間的所謂輪間差速器使用；對(duì)于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的[7]。
本次設(shè)計(jì)選用：普通錐齒輪式差速器，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)可靠，適用于本次設(shè)計(jì)的汽車驅(qū)動(dòng)橋。
2.6 半軸形式的確定
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。其結(jié)夠型式與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)，在斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬向節(jié)。在一般非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪連接起來。根據(jù)半軸外端支撐形式分為半浮式，3/4浮式，全浮式。
半浮式半軸以其靠近外端的軸頸直接支撐在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有圓錐面的軸頸及鍵與輪轂相固定。具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。
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，直接支撐著輪轂，而半軸則以其端部與輪轂想固定，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢，這將急劇降低軸承的壽命，所以未得到推廣。
全浮式半軸的外端和以兩個(gè)軸承支撐于橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，由于其工作可靠，廣泛應(yīng)用于輕型及以上的各類汽車上。
根據(jù)相關(guān)車型及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用全浮半軸。
2.7 橋殼形式的確定
整體式橋殼的特點(diǎn)是將整個(gè)橋殼制成一個(gè)整體，橋殼猶如一個(gè)整體的空心梁，其強(qiáng)度及剛度都比較好。且橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨(dú)立的主減速殼里，構(gòu)成單獨(dú)的總成，調(diào)整好后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi)，并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調(diào)整、維修、保養(yǎng)等都十分方便。其主要缺點(diǎn)是橋殼不能做成復(fù)雜而理想的斷面，壁厚一定，故難于調(diào)整應(yīng)力分布。
鋼板沖壓焊接整體式橋殼是由鋼板沖壓焊接成的橋殼主體、兩端再焊上帶凸緣的半軸套管及鋼板彈簧座組成。其制造工藝簡單、材料利用率高、廢品率低生產(chǎn)率高極、及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)外，還有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是其質(zhì)量小，但是比有些鑄造橋殼可靠，由于鋼板沖壓焊接整體式橋殼有一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來不但應(yīng)用于轎車，輕型貨車、中型載貨車上得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼就選用鋼板沖壓焊接式整體橋殼。
2.8 本章小結(jié)
本章首先確定了主減速比，用以確定其它參數(shù)。對(duì)主減速器型式確定中主要從主減速器齒輪的類型、主減速器的減速形式、主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇、從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇，從而確定逐步給出驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)總成的基本結(jié)構(gòu)，分析了驅(qū)動(dòng)橋各總成結(jié)構(gòu)組成?；敬_定了驅(qū)動(dòng)橋四個(gè)組成部分主減速器、差速器、半軸、橋殼的結(jié)構(gòu)。
第3章 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 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()的較小者，作為載貨汽車計(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。即
=7907.93 () (3.1) =29744.39() (3.2)
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩255；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主加速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比；
==5.14×6.45=33.153
根據(jù)同類型車型的變速器傳動(dòng)比選取=6.45
——上述傳動(dòng)部分的效率，取=0.9；
——超載系數(shù)，取=1.0；
n——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目1；
——汽車滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；但后橋來說還應(yīng)考慮到汽車加速時(shí)負(fù)荷增大量，可初取：
=×9.8=81144N
——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)效率和減速比,分別取0.96和1;
由式(3.1)，式(3.2)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，不能用它作為疲勞損壞依據(jù)。對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路用車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均牽引力的值來確定的，即主減速器的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
==3702.2 () (3.3)
式中：——汽車滿載總重117600N；
——所牽引的掛車滿載總重,N, 僅用于牽引車取=0；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，貨車通常取0.015～0.020，可初取 =0.013；
——汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)。貨車通常取0.05～0.09，可初取=0.06；
——汽車性能系數(shù)
(3.4)
當(dāng) =40.95>16時(shí)，取=0
3.2主減速器齒輪參數(shù)的選擇
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：為了磨合均勻，，之間應(yīng)避免有公約數(shù)；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；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；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。對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)=14，從動(dòng)齒輪齒數(shù)=29。
齒輪端面模數(shù),由GB/T12368-1990，取6mm。主減速器齒輪的具體參數(shù)如表3.1。
表3.1 主減速器齒輪的幾何尺寸計(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)
14
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
29
3
模數(shù)
6
4
齒面寬
=28mm
=44mm
5
工作齒高
6.05mm
6
全齒高
=6mm
7
法向壓力角
=20°
8
軸交角
=90°
9
節(jié)圓直徑
=
84mm
=174mm
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=27°
=63°
11
節(jié)錐距
A=
A=97.64mm
12
周節(jié)
t=3.1416
t=18.85mm
13
齒頂高
=2.56mm
=3.62mm
14
齒根高
=
=3.49mm
=6.29mm
15
徑向間隙
c=
c=1.56mm
16
齒根角
=29°
=63°
17
面錐角
；
=27°
=66°
18
根錐角
=
=
=29°
=58°
19
外圓直徑
=
=87mm
=177mm
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=84.162mm
=37.295mm
21
理論弧齒厚
=20.91mm
=7.36mm
22
齒側(cè)間隙
B=0.254~0.330
0.3mm
23
螺旋角
=35°
螺旋錐齒輪螺旋方向
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，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)。
旋角的選擇
螺旋角是在節(jié)錐表面的展開圖上定義的，齒面寬中點(diǎn)處為該齒輪的名義螺旋角。螺旋角應(yīng)足夠大以使1.25。因越大傳動(dòng)就越干穩(wěn)，噪聲就越低。在一般機(jī)械制造用的標(biāo)準(zhǔn)制中，螺旋角推薦用35°。
法向壓力角a的選擇
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)，也可以使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。對(duì)于貨車弧齒錐齒輪，α一般選用20°。
3.3 螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
1、損壞形式及壽命
在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點(diǎn)及影響因素分述如下：
（1）輪齒折斷
主要分為疲勞折斷及由于彎曲強(qiáng)度不足而引起的過載折斷。折斷多數(shù)從齒根開始，因?yàn)辇X根處齒輪的彎曲應(yīng)力最大。
①疲勞折斷：在長時(shí)間較大的交變載荷作用下，齒輪根部經(jīng)受交變的彎曲應(yīng)力。如果最高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致輪齒部分地或整個(gè)地?cái)嗟簟Ｔ陂_始出現(xiàn)裂紋處和突然斷掉前存在裂紋處，在載荷作用下由于裂紋斷面間的相互摩擦，形成了一個(gè)光亮的端面區(qū)域，這是疲勞折斷的特征，其余斷面由于是突然形成的故為粗糙的新斷面。
②過載折斷：由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或齒輪的材料及熱處理不符合要求，或由于偶然性的峰值載荷的沖擊，使載荷超過了齒輪彎曲強(qiáng)度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。
為了防止輪齒折斷，應(yīng)使其具有足夠的彎曲強(qiáng)度，并選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)、壓力角、齒高及切向修正量、良好的齒輪材料及保證熱處理質(zhì)量等。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。
（2）齒面的點(diǎn)蝕及剝落
齒面的疲勞點(diǎn)蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報(bào)廢齒輪的70%以上。它主要由于表面接觸強(qiáng)度不足而引起的。
1.點(diǎn)蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。由于接觸區(qū)產(chǎn)生很大的表面接觸應(yīng)力，常常在節(jié)點(diǎn)附近，特別在小齒輪節(jié)圓以下的齒根區(qū)域內(nèi)開始，形成極小的齒面裂紋進(jìn)而發(fā)展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點(diǎn)的現(xiàn)象就稱為點(diǎn)蝕。一般首先產(chǎn)生在幾個(gè)齒上。在齒輪繼續(xù)工作時(shí)，則擴(kuò)大凹坑的尺寸及數(shù)目，甚至?xí)饾u使齒面成塊剝落，引起噪音和較大的動(dòng)載荷。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤滑效果是提高抗點(diǎn)蝕的有效方法，為此可增大節(jié)圓直徑及增大螺旋角，使齒面的曲率半徑增大，減小其接觸應(yīng)力。在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)加大齒面寬也是一種辦法。
2.齒面剝落：發(fā)生在滲碳等表面淬硬的齒面上，形成沿齒面寬方向分布的較點(diǎn)蝕更深的凹坑。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。造成齒面剝落的主要原因是表面層強(qiáng)度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會(huì)引起齒面剝落。當(dāng)滲碳齒輪熱處理不當(dāng)使?jié)B碳層中含碳濃度的梯度太陡時(shí)，則一部分滲碳層齒面形成的硬皮也將從齒輪心部剝落下來。
（3）齒面膠合
在高壓和高速滑摩引起的局部高溫的共同作用下，或潤滑冷卻不良、油膜破壞形成金屬齒表面的直接摩擦?xí)r，因高溫、高壓而將金屬粘結(jié)在一起后又撕下來所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。它多出現(xiàn)在齒頂附近，在與節(jié)錐齒線的垂直方向產(chǎn)生撕裂或擦傷痕跡。輪齒的膠合強(qiáng)度是按齒面接觸點(diǎn)的臨界溫度而定，減小膠合現(xiàn)象的方法是改善潤滑條件等。
（4）齒面磨損
這是輪齒齒面間相互滑動(dòng)、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。研磨磨損是由于齒輪傳動(dòng)中的剝落顆粒、裝配中帶入的雜物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不潔物所造成的不正常磨損，應(yīng)予避免。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長期使用中按規(guī)定里程更換規(guī)定的潤滑油并進(jìn)行清洗是防止不正常磨損的有效方法。
汽車驅(qū)動(dòng)橋的齒輪，承受的是交變負(fù)荷，其主要損壞形式是疲勞。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點(diǎn)蝕引起的剝落。在要求使用壽命為20萬千米或以上時(shí)，其循環(huán)次數(shù)均以超過材料的耐久疲勞次數(shù)。因此，驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用彎曲應(yīng)力不超過210.9N／mm。
主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算：
(1)主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
①單位齒長上的圓周力
(3.5)
式中：——單位齒長上的圓周力，N/mm;
P——作用在齒輪上的圓周力，N，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；
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
=883.1 (3.6)
按最大附著力矩計(jì)算時(shí):
=1545 (3.7)
雖然附著力矩產(chǎn)生的p很大，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制p最大只有883.1
可知，校核成功。
②輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算。汽車主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力
(3.8)
式中：——超載系數(shù)1.0；
——尺寸系數(shù)==0.772
——載荷分配系數(shù)1.1~1.25；
——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，檔齒輪接觸良好、節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，取1；
J——計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，見圖3.1。
圖3.1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力=455.37MPa<700MPa；
作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力=125.36MPa<210.9MPa；
當(dāng)計(jì)算主動(dòng)齒輪時(shí)，/Z與從動(dòng)相當(dāng)，而，故<,<
綜上所述，故所計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。
汽車主減速器齒輪的損壞形式主要時(shí)疲勞損壞，而疲勞壽命主要與日常行駛轉(zhuǎn)矩即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩有關(guān)，只能用來檢驗(yàn)最大應(yīng)力，不能作為疲勞壽命的計(jì)算依據(jù)。
(2)輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算 螺旋錐齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力(MPa)為：
(3.9)
——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6；
注：=1, =1, =1.11, =1
——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取1；
J—— 計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù)，=0.1875，見圖3.2所示；
=666.7MPa<=1750MPa
=2373.45MPa<=2800MPa，故符合要求、校核合理。
圖3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J
3.4主減速器錐齒輪軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算
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以及垂直于齒輪軸線的徑向力。
齒寬中點(diǎn)處的圓周力F
F= (3.10)
式中：
T—作用在從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩；
Dm2—從動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，由式（3-13）確定， 即 Dm2=D2-b2sinγ2 (3.11)
式中：
D2—從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑；D2=174mm
b2—從動(dòng)齒輪齒面寬；b2=44mm
γ2—從動(dòng)齒輪節(jié)錐角；γ2=63°
將各參數(shù)代入式(3-11)，有：
Dm2=134mm
將各參數(shù)代入式(3-10)，有：
F=8323N
對(duì)于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的。
錐齒輪的軸向力Faz和徑向力Frz（主動(dòng)錐齒輪）
作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Faz和徑向力分別為
Faz= (3.12)
Frz= (3.13)
將各參數(shù)分別代入式(3-12) 與式(3-13)中，有：
Faz= 5527N，F(xiàn)rz=2368N
螺旋錐齒輪的軸向力與徑向力
主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽螅恍D(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針：
=18904.6（N） （3.14）
=4285.32（N） （3.15）
從動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)橛遥?
=5613.67（N） （3.16）
=16038.3(N) （3.17）
式中：A——總的軸向力；
R——總的徑向力；
——齒廓表面的法向壓力角22.5；
——主、從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角27，63。
主動(dòng)錐齒輪選圓錐滾子軸承(GB/T297-1994)： 滾動(dòng)軸承30207 GB/T297-1994
滾動(dòng)軸承30208 GB/T297-1994
從動(dòng)齒輪選圓錐滾子軸承(GB/T297-1994)：滾動(dòng)軸承 30209 GB/T297-1994
主減速器軸承載荷的計(jì)算
軸承的軸向載荷，就是上述的齒輪軸向力。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪徑向力、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。當(dāng)主減速器的齒輪尺寸、支承型試和軸承位置已確定，并算出齒輪的徑向力、軸向力及圓周力以后，則可計(jì)算出軸承的徑向載荷。
懸臂式支承主動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，軸承A、B的徑向載荷為
=13652.1（N） （3.18）
=18368.21（N） （3.19）
式中：，——軸承A、B的徑向載荷
——齒面寬中點(diǎn)處的圓周力；
——主動(dòng)齒輪的軸向力；
——主動(dòng)齒輪的徑向力；
——主動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑。
3.5主減速器齒輪材料及熱處理
驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系的其它齒輪相比，具有載荷大，作用時(shí)間長，載荷變化多，帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求：
1、具有較高的疲勞彎曲強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度；
2、輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷；
3、鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率；
4、選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國的情況。
汽車主減速器用的螺旋錐齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi
用滲碳合金鋼制造的齒輪，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(shí)為29～45HRC。
對(duì)于滲碳深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù)m≤5時(shí)， 為0.9～1.3mm
當(dāng)端面模數(shù)m>5～8時(shí)，為1.0～1.4mm
由于新齒輪接觸和潤滑不良，為了防止在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動(dòng)副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對(duì)研磨）后均予與厚度0.005～0.010mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。
對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá)25％。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會(huì)防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。
3.6主減速器的潤滑
主加速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，其中尤其應(yīng)注意主減速器主動(dòng)錐齒輪的前軸承的潤滑，因?yàn)槠錆櫥荒芸繚櫥偷娘w濺來實(shí)現(xiàn)。為此，通常是在從動(dòng)齒輪的前端靠近主動(dòng)齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，將飛濺到殼體內(nèi)壁上的部分潤滑油收集起來再經(jīng)過近油孔引至前軸承圓錐滾子的小端處，由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐滾子的下端通向大端，并經(jīng)前軸承前端的回油孔流回驅(qū)動(dòng)橋殼中間的油盆中，使?jié)櫥偷玫窖h(huán)。這樣不但可使軸承得到良好的潤滑、散熱和清洗，而且可以保護(hù)前端的油封不被損壞。為了保證有足夠的潤滑油流進(jìn)差速器，有的采用專門的倒油匙。
為了防止因溫度升高而使主減速器殼和橋殼內(nèi)部壓力增高所引起的漏油，應(yīng)在主減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應(yīng)避開油濺所及之處。
加油孔應(yīng)設(shè)置在加油方便之處，油孔位置也決定了油面位置。放油孔應(yīng)設(shè)在橋殼最低處，但也應(yīng)考慮到汽車在通過障礙時(shí)放油塞不易被撞掉。
3.7 本章小結(jié)
本章根據(jù)所給參數(shù)確定了主減速器的參數(shù)，對(duì)主減速器齒輪計(jì)算載荷的計(jì)算、齒輪參數(shù)的選擇，螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算并對(duì)主減速器齒輪的材料及熱處理，軸承的預(yù)緊，主減速器的潤滑等做了必要的交待。選擇了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。
第4章 差速器設(shè)計(jì)
4.1 概述
汽車在行使過程中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(dòng)半徑不相等；這樣，如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會(huì)加劇輪胎磨損，另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。
差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，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)，用來保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理
對(duì)稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。如圖4.1所示，差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為和。A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。
圖4.1 差速器差速原理
當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖3-1），其值為。于是==，即差速器不起作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。
當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合點(diǎn)A的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為=-。于是
+=（+）+(-)
即 +=2 （4.1）
若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則
（4.2）
式（4.2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。
由式（4.2）還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零，（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)）若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則有另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)
汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器。本設(shè)計(jì)即使用普通錐齒輪差速器。
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4.2所示）。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、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)，故廣泛用于各類公路車輛上。
圖4.2 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器
4.4 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)
4.4.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇
a) 行星齒輪數(shù)n
通常情況下，貨車的行星齒輪數(shù)n=4。
b) 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)錐矩的大小和承載能力。
Rb=Kb （4.3）
式中：
Kb—行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb=2.5～3.0，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的轎車取最大值；
Td—差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；
將各參數(shù)代入式（4.3），有：
Rb=38 mm
行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇
為了得到較大的模數(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，但一般不應(yīng)少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25。半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比多在1.5～2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)之和，必須能被行星齒輪的數(shù)目n所整除，否則將不能安裝，即應(yīng)滿足：
= I （4.4）
式中： ，——左，右半軸齒數(shù)，=；
n——行星齒輪數(shù)，n=4；
I——任意整數(shù)。
取行星齒輪齒數(shù)=10，半軸齒輪齒數(shù)=20，滿足條件。
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和半軸齒輪的節(jié)錐角：
（4.5）
式中：——行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。
再根據(jù)下式初步求出圓錐齒輪的大端模數(shù)：
=3.4 （4.6）
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：GB/T12368-1990，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=4mm
確定模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得：
壓力角
目前汽車差速器齒輪大都選用的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減至10，并且再小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的情況下還可由切相修正加大半軸齒輪齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。
表4.1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表（長度單位mm）
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
=10
2
半軸齒輪齒數(shù)
=14～25，且需滿足式（4.5）
=20
3
模數(shù)
=4
4
齒面寬
F=(0.25～0.30)A;
b≤10m
11.94mm
5
工作齒高
=6.4mm
6
全齒高
7.212
7
壓力角
20°
8
軸交角
90°
9
節(jié)圓直徑
；
10
節(jié)錐角
，
=27°
11
節(jié)錐距
=37.65mm
12
周節(jié)
=3.1416
=12.706mm
13
齒頂高
;
=6.12mm
=2.87mm
14
齒根高
=1.788-;=1.788-
=2.82mm
=6.07mm
15
徑向間隙
=-=0.188+0.051
=0.991mm
16
齒根角
=;
=61 °=60°
17
面錐角
；
=87=88
18
根錐角
；
=2
=33
19
外圓直徑
；
mm
mm
20
節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離
mm