微型轎車驅(qū)動橋設(shè)計總結(jié)

目 錄 1. 緒 論 ··········································· 1 1.1 研究本課題的目的和意義 ································· 1 1.2 主減速器的定義種類功用 ································· 1 1.3 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 ··································· 2 2. 主減速器的設(shè)計 ········································ 3 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇 · ······························· 3 2.1.1 主減速器的減速型式 ······························· 3 2.1.2 主減速器齒輪的類型的選擇 ···························· 4 2.1.3 主減速器主動錐齒輪的支承形式 ·························· 6 2.1.4 主減速器從動錐齒輪的支承形式及安置方法 ····················· 7 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 · ··························· 7 2.2.1 主減速器計算載荷的確定 ····························· 7 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 ····························· 9 2.2.3 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計算 ······················· 12 2.2.4 主減速器雙曲面齒輪的強度計算 ························· 19 2.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 ·························· 23 2.3 主減速器軸承的選擇 ·································· 24 2.3.1 計算轉(zhuǎn)矩的確定 ································ 24 2.3.2 齒寬中點處的圓周力 ······························ 24 2.3.3 雙曲面齒輪所受的軸向力和徑向力 ························ 24 2.3.4 主減速器軸承載荷的計算及軸承的選擇 ······················ 25 2.4 本章小結(jié) · ······································ 30 3. 差速器設(shè)計 ········································ 30 3.1 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 · ································ 30 3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 ·························· 32 3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) ···························· 33 3.4 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計 ···························· 33 3.4.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 ·························· 33 3.4.2 差速器齒輪的幾何計算 ····························· 35 3.4.3 差速器齒輪的強度計算 ····························· 37 3.5 本章小結(jié) · ······································ 37 結(jié) 論 ··········································· 39 參考文獻 ··········································· 40 致 謝 ··········································· 41 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 1.緒 論 1.1 研究本課題的目的和意義 主減速器是驅(qū)動橋的重要組成部分， 其性能的好壞直接影響到車輛的動力性、 經(jīng)濟性。目前 , 國內(nèi)減速器行業(yè)重點骨干企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格及參數(shù)覆蓋范圍近幾年都在不斷擴 展，產(chǎn)品質(zhì)量已達到國外先進工業(yè)國家同類產(chǎn)品水平， 完全可承擔(dān)起為我國汽車行業(yè)提供傳動裝置配套的重任， 部分產(chǎn)品還出口至歐美及東南亞地區(qū)。 由于計算機技術(shù)、 信息技術(shù)和自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 主減速器將有更進一步的發(fā)展。 對主減速器的研究能極大地促進我國的汽車工業(yè)的發(fā)展。 1.2 主減速器的定義種類功用 主減速器是傳動系的一部分， 與差速器，車輪傳動裝置和橋殼共同組成驅(qū)動橋。 主減速器的功用是增扭， 降速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向， 即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩傳遞給差速器。 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動橋上，主減速器種類很多，包括單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。 其中應(yīng)用得最廣泛的是采用螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪的單級主減速器。 在雙級主減速器中， 通常還要加一對圓柱齒輪 （多采用斜齒圓柱齒輪），或一組行星齒輪。在輪邊減速器中則常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳 動或行星齒輪傳動。 在某些公共汽車、 無軌電車和超重型汽車的主減速器上， 有時也采用蝸輪傳動。 單級螺旋錐齒輪減速器其主、 從動齒輪軸線相交于一點。 交角可以是任意的， 但在絕大多數(shù)的汽車驅(qū)動橋上， 主減速齒輪副都是采用 90o交角的布置。 由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合， 因此，螺旋錐齒輪能承受大的負荷。 加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合， 面是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另—端， 使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運轉(zhuǎn)時，噪聲和振動也是很小的。 單級雙曲面齒輪其主、 從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。 其空間交叉角也都是采用90o。主動齒輪軸相對于從動齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個偏 移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。 當(dāng)偏移距大到一定程度時， 可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。 這對于增強支承剛度、 保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。 雙曲面齒輪的偏移距使得其主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。 因此，雙曲面?zhèn)鲃育X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。 主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的。 這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更 好的強度和剛度。 其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。 另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X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 1 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 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，負荷可提高至 175％。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，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)， 這有利于大傳動比傳動。 當(dāng)要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪更為合理。 因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小， 這對于主減速比大于 4.5 的傳動有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動比小于 2 時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大， 這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。 由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大， 還導(dǎo)致其進入嚙合的平均齒數(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比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、 無噪聲，強度也高。 雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。 例如，在乘用車上當(dāng)主減速器采用下偏 置 ( 這時主動齒輪為左旋 ) 的雙曲面齒輪時， 可降低傳動軸的高度， 從而降低了車廂地板高度或減小了因設(shè)置傳動軸通道而引起的地板凸起高度，進而可使車輛的外形高度減小。 單級圓柱齒輪主減速器只在節(jié)點處一對齒廓表面為純滾動接觸而在其他嚙合點還伴 隨著沿齒廓的滑動一樣， 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動都有這種沿齒廓方向的滑動。 此外，雙曲面齒輪傳動還具有沿齒長方向的縱向滑動。 這種滑動有利于唐合， 促使齒輪副沿整個齒面都能較好地嚙合， 因而更促使其工作平穩(wěn)和無噪聲。 但雙曲面齒輪的縱向滑動產(chǎn)生較多的熱量，使接觸點的溫度升高， 因而需要用專門的雙曲面齒乾油來潤滑， 且其傳動效率比螺旋錐齒輪略低，達 96％。其傳動效率與倔移距有關(guān)，特別是與所傳遞的負荷大小及 傳動比有關(guān)。負荷大時效率高。螺旋錐齒輪也是一樣，其效率可達 99％。兩種齒輪在載荷作用下對安裝誤差的敏感性本質(zhì)上是相同的。 如果螺旋錐齒輪的螺旋角與相應(yīng)的雙曲面主、從動齒輪螺旋角的平均值相同， 則雙曲面主動齒輪的螺旋角比螺旋錐齒輪的大， 而其從動齒輪的螺旋角則比螺旋錐齒輪的小，因而雙曲面主動齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的 大，而從動齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的小。 兩種齒輪都在同樣的機床上加工， 加工成本基本相同。然而雙曲面?zhèn)鲃拥男↓X輪較大， 所以刀盤刀頂距較大，因而刀刃壽命較長。 單級蝸桿 - 蝸輪主減速器在汽車驅(qū)動橋上也得到了一定應(yīng)用。在超重型汽車上，當(dāng)高速發(fā)動 機與相對較低車速和較大輪胎之間的配合要求有大的主減速比 ( 通常 8～ 14) 時，主減速器 采用一級蝸輪傳動最為方便， 而采用其他齒輪時就需要結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、 輪廓尺寸及質(zhì)量均較大、效率較低的雙級減速。與其他齒輪傳動相比，它具有體積及質(zhì)量小、傳動比大、運轉(zhuǎn) 非常平穩(wěn)、最為靜寂無噪聲、 便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動的布置、 能傳遞大載荷、使用壽命長、傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、調(diào)整容易等一系列的優(yōu)點。其惟一 的缺點是耍用昂貴的有色金屬的合金 ( 青銅 ) 制造，材料成本高，因此未能在大批量生產(chǎn)的汽車上推廣。 1.3 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計的目標(biāo)是設(shè)計一種滿載質(zhì)量為 5t 的輕型載貨汽車的主減速器，本設(shè)計主要研究的內(nèi)容有： 主減速器的齒輪類型、 主減速器的減速形式、 主減速器主動齒輪和從動錐齒輪的支承形式、 主減速器計算載荷的確定、 主減速器基本參數(shù)的選擇、 主減速器齒輪的材 2 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 料及熱處理、 主減速器軸承的計算、 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理、 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)、對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計。 2. 主減速器的設(shè)計 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇 主減速器的結(jié)構(gòu)型式， 主要是根據(jù)其齒輪類型、 主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速型式的不同而異。 2.1.1 主減速器的減速型式 主減速器的減速型式分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。 (1) 單級主減速器 如圖 2.1 所示為單級主減速器。 由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、 質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點， 廣泛用在主減速比 i<7.6 的各種中、小型汽車上。 單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動的。 圖 2.1 單極主減速器 圖 2.2 雙級主減速器 (2) 雙級減速 如圖 2.2 所示為雙級主減速器。由兩級齒輪減速器組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 質(zhì)量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大 (7.6<i ≤12) 且采用單級減速不能滿足既定的主減速比和離地間隙要求的重型汽車上，本車不采用。 (3) 雙速主減速器 3 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 雙速主減速器 用于載荷及道路狀況變化大、使用條件非常復(fù)雜的重型載貨汽車。會加大驅(qū)動橋的質(zhì)量，提高制造成本，并要增設(shè)較復(fù)雜的操縱裝置所以本車不采用。 (4) 單級貫通式主減速器、雙級貫通式主減速器 單級貫通式主減速器、雙級貫通式主減速器用于多橋驅(qū)動汽車上, 本車為單橋驅(qū)動 , 所以不采用。 (5) 主減速器附輪邊減速器 主減速器附輪邊減速器應(yīng)用于礦山、水利及其他大型工程等所用的重型汽車，工程 和軍事上用的重型牽引越野汽車及大型公共汽車等，本車不采用。 綜上所述，本車采用單級主減速器。 2.1.2 主減速器齒輪的類型的選擇 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動橋上， 主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。 圓柱齒輪傳動應(yīng)用于發(fā)動機橫置的前置前驅(qū)動乘用車和雙級主減速器驅(qū)動橋。在某些公共汽車、無軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時也采用蝸輪傳動。 螺旋錐齒輪 雙曲面齒輪 圓柱齒輪傳動 蝸桿傳動 圖 2.3 主減速器的幾種齒輪類型 （1）螺旋錐齒輪 其主、從動齒輪軸線相交于一點。 交角可以是任意的， 但在絕大多數(shù)的汽車驅(qū)動橋上，主減速齒輪副都是采用 90o交角的布置。由于輪齒端面重疊的影響， 至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，因此，螺旋錐齒輪能承受大的負荷。 加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另—端，使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運轉(zhuǎn)時，噪聲和振動也是很小的 [2] 。 （2）雙曲面齒輪 其主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角也都是采用 90o。主動齒輪軸相對于從動齒輪軸有向上或向下的偏移， 稱為上偏置或下偏置。 這個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時， 可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。 這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。 這對于增強支承剛度、 保證輪齒正確嚙合從 4 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 而提高齒輪壽命大有好處。 雙曲面齒輪的偏移距使得其主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X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。主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的。 這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。 另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X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，負荷可提高至 175％。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，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)，這有利于大傳動比傳動。當(dāng)要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時， 采用雙曲面齒輪更為合理。 因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣， 則雙曲面從動齒 輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比 i ≥4.5 的傳動有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動比小 于 2 時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大， 這時選用螺旋錐齒輪更 合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。 由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大， 還導(dǎo)致其進入嚙合的平均齒數(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比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、 無噪聲，強度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。 （3）圓柱齒輪傳動 一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋，在此不采用。 (4) 蝸桿傳動 與錐齒傳動相比，蝸桿傳動有如下優(yōu)點 ①在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動比（可大于 7）；②在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無噪聲；③便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動的布置；④能傳遞大的載荷，使用壽命長。 但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動效率較低。 在此不采用。 像圓柱齒輪傳動只在節(jié)點處一對齒廓表面為純滾動接觸而在其他嚙合點還伴隨著沿 齒廓的滑動一樣， 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動都有這種沿齒廓方向的滑動。 此外，雙曲面齒輪傳動還具有沿齒長方向的縱向滑動。 這種滑動促使齒輪副沿整個齒面都能較好地嚙合，因而更促使其工作平穩(wěn)和無噪聲。 但雙曲面齒輪的縱向滑動產(chǎn)生較多的熱量， 使接觸點的溫度升高，因而需要用專門的雙曲面齒乾油來潤滑， 且其傳動效率比螺旋錐齒輪略低， 達 96％。其傳動效率與倔移距有關(guān)，特別是與所傳遞的負荷大小及傳動比有關(guān)。負荷大時效率高。螺旋錐齒輪也是一樣，其效率可達 99％。兩種齒輪在載荷作用下對安裝誤差的敏感性本質(zhì)上是相同的。 如果螺旋錐齒輪的螺旋角與相應(yīng)的雙曲面主、 從動齒輪螺旋角的平均值相同，則雙曲面主動齒輪的螺旋角比螺旋錐齒輪的大， 而其從動齒輪的螺旋角則比螺旋錐齒輪的小， 因而雙曲面主動齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的大， 而從動齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的小。 兩種齒輪都在同樣的機床上加工， 加工成本基本相同。 然而雙曲面?zhèn)鲃拥男↓X輪較大，所以刀盤刀頂距較大，因而刀刃壽命較長。 5 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 由于本車的主減速器傳動比大于 5，且采用雙曲面齒輪可以增大離地間隙，所以不采用螺旋錐齒。綜上所述各種齒輪類型的優(yōu)缺點 , 本文設(shè)計的 CA1050輕型車主減速器采用雙曲面齒輪。 2.1.3 主減速器主動錐齒輪的支承形式 在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下， 主減速器主動齒輪的支承型式及安置方法， 對 其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確嚙合并具有較高使用壽命的重要因素之一 , 現(xiàn)在汽車主減速器主動錐齒輪的支承型式有以下兩種： （1）懸臂式 圖 2.4 懸臂式支承 如圖 2.4 所示，齒輪以其輪齒大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。 支承距離 b 應(yīng)大于 2.5 倍的懸臂長度 a，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的 70%還大，另外靠近齒輪的軸徑應(yīng)不小于尺寸 a。支承剛度除了與軸承開式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長度有關(guān)以外， 還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關(guān)。 當(dāng)采用一對圓錐滾子軸承支承時， 為了減小懸臂長度和增大支承間的距離，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端相向朝內(nèi)，而大端朝外，以縮短跨距，從而增強支承剛度。 其特點是結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小 的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器中。 （2）跨置式 如圖 2.5 所示，齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承，故又稱兩端支承式。 跨置式支 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， 約減小到懸臂式支承的 1 ／ 30 以下．而主動錐齒輪后軸承的徑向負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。 6 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 圖 2.5 跨置式支承 裝載質(zhì)量較大的汽車主減速器主動齒輪都是采用跨置式支承。但是跨置式支承增 加了導(dǎo)向軸承支座， 使主減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 成本提高。乘用車和裝載質(zhì)量小的商用車，常采用結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小、成本較低的懸臂式結(jié)構(gòu)。 CA1050作為輕型貨汽車 , 采用結(jié)構(gòu)較為簡單的懸臂式支承，以降低其成本。 2.1.4 主減速器從動錐齒輪的支承形式及安置方法 圖 2.6 從動雙曲面齒輪的支承 主減速器從動雙曲面齒輪的支承剛度依軸承的形式、 支承間的距離和載荷在支承之間的分布而定。 為了增加支承剛度， 支承間的距離應(yīng)盡可能縮小。 兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時應(yīng)使他們的圓錐滾子的大端相向朝內(nèi)， 小端相背朝外。 為了防止從動齒輪在 軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承也應(yīng)預(yù)緊。但為了增加支承剛度，應(yīng)當(dāng)減小尺寸 c ＋ d；為了使載荷均勻分配，應(yīng)盡量使尺寸 c 等于或大于尺寸 d。球面圓錐滾子軸承具有自動調(diào)位的性能， 對軸的歪斜的敏感性較小， 這一點當(dāng)主減速器從動齒輪軸承的尺寸大時極為重要。向心推力軸承不需要調(diào)整， 但僅見于某些小排量轎車的主減速器中。 只有當(dāng)采用直齒或人字齒圓柱齒輪時， 由于無軸向力， 雙級主減速器的從動齒輪才可以安裝在向心球軸承上。 綜上所述，由于本車為輕型載貨汽車， 主減速器從動齒輪不宜采向心球軸承， 應(yīng)采用圓錐滾子軸承支承，并用螺栓與差速器殼突緣連結(jié)。 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 2.2.1 主減速器計算載荷的確定 （1）按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 Tce T ce T e max i1 i 0 k 0 T / n N m （ 2.1） 式中 : i 1 —— 變速器一擋傳動比，在此取 4.3 ，此數(shù)據(jù)此參考解放 CA1051輕型載貨汽 7 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 車； i0 —— 主減速器傳動比在此取 5.3 ，此數(shù)據(jù)此參考解放 CA1051輕型載貨汽車 Te max —— 發(fā)動機的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 300 N m ，此數(shù)據(jù)此參考解放 CA1050型載貨汽車； k0 —— 由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時的超載系數(shù)，對于一般的載貨汽車， 礦用汽車和越野汽車以及液力傳動及自動變速器的各類汽車取 k0 =1.0 ， 當(dāng)性能系數(shù) fp >0 時可取 k0 =2.0 ； 1 16 - 0.195 mag 當(dāng)0.195 mag 16 100 T emax Temax （2.2） fp 當(dāng)0.195 mag 0 16 Temax ma ——汽車滿載時的總質(zhì)量在此取 5455 Kg ，此數(shù)據(jù)此參考解放 CA1050輕型 載貨汽車； 5455 10 =35>16 所以由式（ 2.2 ） 得： 0.195 即 fp <0 所以 k0 =1.0 300 n ——該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目在此取 1； T ——傳動系上傳動部分的傳動效率，在此取 0.9 。 根據(jù)以上參數(shù)可以由 (2.1 ）得： Tce = 300 4.3 5.3 1.0 0.9 =6211 N m 1 Tcs （2）按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 Tcs G 2 rr / LB i LB （2.3） 式中： G2 ——汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷，在此取 32550N，此數(shù)據(jù)此參考解放 CA1051輕型載貨汽車； ——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 =0.85 ； 對越野汽車取 =1.0 ；對于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級轎車取 =1.25 ；在此取 =0.85 ； rr ——車輪的滾動半徑，在此選用輪胎型號為 7.50-16 ，滾動半徑為 0.394m ； LB ， i LB ——分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率 和傳動比， LB 取 0.9 ，由于沒有輪邊減速器 i LB 取 1.0 。 所以由公式（ 2.3 ）得 : T cs G 2 r r / LB i LB = 32550 0.85 0.394 =12112N m 0.9 1.0 （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 Tcf 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)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定： 8 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 (Ga GT )rr N m （2.4） Tcf fR fH fP i LB LB n 式中： Ga ——汽車滿載時的總重量，在此取 54550N; GT ——所牽引的掛車滿載時總重量， N，但僅用于牽引車的計算； fR ——道路滾動阻力系數(shù)，對于載貨汽車可取 0.015~0.020 ；在此取 0.018 ； fH ——汽車正常行駛時的平均爬坡能力系數(shù)，對于載貨汽車可取 0.05~0.09 在 此取 0.07 ； fp ——汽車的性能系數(shù)在此取 0； LB ，iLB ——分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和 傳動比， LB 取 0.9 ，由于沒有輪邊減速器 i LB 取 1.0 ； n ——該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目在此取 1； r r — — 車輪的滾動半徑 ，在 此選 用輪胎型號 為 7.50-16 ，滾 動半 徑為 0.394m。 所以由式（ 2.4 ）得： (Ga G T )r r fP Tcf fR fH i LB LB n = 54550 0.394 0.018 0.07 0 =2101.5 N m 0.9 1.0 1 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 （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 ， 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度，主、從動齒輪齒數(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 盡量取得小一些，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。 （2）從動錐齒輪大端分度圓直徑 D2 和端面模數(shù) m 對于單級主減速器， 增大尺寸 D 2 會影響驅(qū)動橋殼的離地間隙， 減小 D 2 又會影響跨置式主動齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。 D 2 可根據(jù)經(jīng)驗公式初選，即 D 2 K D 2 3 T c （ 2.5） KD 2 ——直徑系數(shù)，一般取 13.0 ～16.0 ； Tc ——從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩， N m ，為 Tce 和 Tcs 中的較小者取其值為 6221 N m ； 9 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 由式（ 2.5 ）得： D 2 =（ 13.0 ～ 16.0 ） 3 6221 =（239.09 ～ 294.27 ） mm ； 初選 D 2 =260mm 則齒輪端面模數(shù) m =D 2 / z2 =260/35=7.43 mm D 2 = m z2 =35 7.43=260.05 mm （3）主，從動齒輪齒面寬 F 的選擇。 齒面過寬并不能增大齒輪的強度和壽命， 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過窄及刀尖圓角過小， 這樣不但會減小了齒根圓角半徑， 加大了集中應(yīng)力，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。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強度會降低。 另外 , 由于雙曲面齒輪的幾何特性 , 雙曲面小齒輪齒面寬比大齒輪齒面寬要大。 一般取 大 齒 輪 齒 面 寬 Fc =0.155 d2 =0.155 260.05=38.09mm ， 小 齒 輪 齒 面 寬 Fz =1.1 Fc =1.1 38.09=41.90mm （4）小齒輪偏移距及偏移方向的選擇 載貨汽車主減速器的 E 值，不應(yīng)超過從從動齒輪節(jié)錐距的 20%（或取 E 值為 d 的10%~12%，且一般不超過 12%）。傳動比愈大則 E 值也應(yīng)愈大，大傳動比的雙曲面齒輪傳動，偏移距 E 可達從動齒輪節(jié)圓直徑 d2 的 20％～ 30％。但當(dāng) E 大干 d2 的 20％時，應(yīng)檢查是否存在根切。 E=(0.1 0.12) d2 =(0.1 0.12) 260.05=26.01 31.20mm 初選 E=30mm a b c d 圖 2.7 雙曲面齒輪的偏移方式 雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種， 如圖 2.7 所示：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)， 這時如果主動齒輪在從動齒輪中心線上方時， 則為上 10 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 偏移，在下方時則為下偏移。其中 a、b 是下偏移， c、d 是上偏移。雙曲面齒輪的偏移方向與其輪齒的螺旋方向間有一定的關(guān)系： 下偏移時主動齒輪的螺旋方向為左旋， 從動齒輪為右旋；上偏移時主動齒輪為右旋，從動齒輪為左旋。本減速器采用下偏移。 （5）螺旋角 的選擇 雙曲面齒輪螺旋角是沿節(jié)錐齒線變化的，輪齒大端的螺旋角 0 最大，輪齒小端螺旋 角 i 最小，齒面寬中點處的螺旋角 m 稱為齒輪中點螺旋角。 螺旋錐齒輪中點處的 螺旋角是 相等的。二對于雙曲面齒輪傳動，由于主動齒輪相對于從動齒輪有了偏移距，使主動齒輪和從動齒輪 中點處的螺旋角不相等。且主動齒輪的螺旋角大，從動齒輪的螺旋角小。 選時應(yīng)考慮它對齒面重合度 mf ，輪齒強度和軸向力大小的影響， 越大，則 mf 也越 大，同時嚙合的齒越多， 傳動越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強度越高， mf 應(yīng)不小于 1.25 ， 在 1.5 ～2.0 時效果最好，但 過大，會導(dǎo)致軸向力增大。 汽車主減速器雙曲面齒輪大小齒輪中點處的平均螺旋角 多為 35°～ 40°。 主動齒輪中點處的螺旋角可按下式初選 : z = 25 +5 z2 + 90 E （ 2.6） z1 d2 z -- 主動輪中點處的螺旋角， mm； z1 ， z2 ——主、從動輪齒數(shù)；分別為 8，35； E ——雙曲面齒輪偏移距 , 30mm； d2 ——從動輪節(jié)圓直徑， 260.05mm； 由式（ 2.6 ）得 : z = 25 +5 35 +90 30 =45.84 8 260.05 從動齒輪中點螺旋角 c 可按下式初選 : sin E 30 0.20 F 260.05 38.09 d2 2 2 2 2 ——雙曲面齒輪傳動偏移角的近似值； F ——雙曲面從動齒輪齒面寬為 38.09mm； 11.61 c = z - =45.84 °- 11.61 =34.23 ° c 、 z 從動齒輪和主動齒輪中點處的螺旋角。 平均螺旋角 = z + c = 45.84 +34.32 =40.04 °。 2 2 （6）螺旋方向的選擇。 11 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 圖 2.8 雙曲面齒輪的螺旋方向及軸向推力 主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。 如圖 2.8 所示，螺旋方向與雙曲面齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向， 當(dāng)變速器掛前進擋時， 應(yīng)使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、 從動齒輪有分離的趨勢， 防止輪齒因卡死而損壞。 所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運動， 這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時針，驅(qū)動汽車前進。 （7）法向壓力角 加大壓力角可以提高齒輪的強度， 減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)， 但對于尺寸小的齒輪，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， 對于雙曲面齒輪，由于其主動齒輪輪齒兩側(cè)的法向壓力角不等， 因此應(yīng)按平均壓力角考慮， 載貨汽車選用 22°30′或 20°的平均壓力角，在此選用 20°的平均壓力角。 2.2.3 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計算 （1）大齒輪齒頂角 2 與齒根角 2 圖 2.9（ a）標(biāo)準(zhǔn)收縮齒和 （ b）雙重收縮齒 12 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 標(biāo)準(zhǔn)收縮齒和雙重收縮齒各有其優(yōu)缺點，采用哪種收縮齒應(yīng)按具體情況而定。雙重收 縮齒的優(yōu)點在于能提高小齒輪粗切工序的效率。 雙重收縮齒的輪齒參數(shù)， 其大、小齒輪根錐角的選定是考慮到用一把使用上最大的刀頂距的粗切刀， 切出沿齒面寬方向正確的齒厚收縮來。當(dāng)大齒輪直徑大于刀盤半徑時采用這種方法是最好的， 不是這種情況而要采用雙重收縮齒，齒高的急劇收縮將使小端的齒輪又短又粗。標(biāo)準(zhǔn)收縮齒在齒高方向的收縮好， 但可能使齒厚收縮過多， 結(jié)果造成小齒輪粗切刀的刀頂距太小。 這種情況可用傾錐根母線收縮齒的方法或仔細選用刀盤半徑加以改善， 即當(dāng)雙重收縮齒會使齒高方向收縮過多， 而標(biāo)準(zhǔn)收縮齒會使齒厚收縮過多時，可采用傾錐根母線收縮齒作為兩者之間的這種。 大齒輪齒頂角 2 和齒根角 2 為了得到良好的收縮齒 , 應(yīng)按下述計算選擇應(yīng)采用采用 雙重收縮齒還是傾錐根母線收縮齒。 ①用標(biāo)準(zhǔn)收縮齒公式來計算 2 及 2 3843h 'm2 2 Am 3438h''m2 2 Am h 'm2 hgm K a h ''m2 1.150hgm 0.15 KRm2 cos 2 hgm z2 d2 Fc sin 2i Rm2 2.0 2i arc cot1.2 z1 z2 Rm2 Am sin 2 2 arctan z2 z1 由（ 2.6）與（ 2.14）聯(lián)立可得 :  （ 2.6） （ 2.7） （ 2.8） （ 2.9） （ 2.10） （ 2.11） （ 2.12） （ 2.13） （ 2.14） d2 Fc sin arccot1.2 z1 Rm2 z2 （2.15） 2.0 13 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 K ( d2 Fc sinarccot1.2 z1 )cos 2 hgm z2 2.0z2 K a K (d2 Fc sinarccot1.2 z1 )cos 2 h 'm 2 z2 2.0z2 h ''m2 (1.15 K a )hgm 2 3438 K cos 2 K a sin arctan z2 z2 z1 式中： z1 , z2 ——小齒輪和大齒輪的齒數(shù)； d2 ——大齒輪的最大分度圓直徑 , 已算出為 260.05mm； Rm2 ——大齒輪在齒面寬中點處的分度圓半徑； Am ——在節(jié)錐平面內(nèi)大齒輪齒面寬中點錐距 mm； hgm ——大齒輪齒面寬中點處的齒工作高； K a ——大齒輪齒頂高系數(shù)取 0.15 ； h ' h ''m2 ——大齒輪齒寬中點處的齒跟高； 2 ——大齒輪齒面寬中點處的螺旋角； 2 ——大齒輪的節(jié)錐角； K ——齒深系數(shù)取 3.7 ； Fc ——從動齒輪齒面寬。 所以： 260.05 38.09sin arccot(1.2 8 ) Rm2 2.0 35 111.66 3.7 260.05 38.09 sin arccot(1.2 8 ) cos34.23 hgm 35 9.76 2.0 35 0.15 3.7 260.05 38.09 sin arccot(1.2 8 ) cos34.23 h 'm 2 35 2.0 35 h ''m2 9.76 (1.15 0.15) 9.76 260.05 38.09sinarccot(1.2 8 ) Am sin 77.12 2.0 35 114.54  （ 2.16 ） （ 2.17） （ 2.18） （ 2.19） 1.46 14 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 2 3438 3.7 cos34.23 0.15sin arctan 35 43.82 ' 0.73 ° 35 8 K cos d2 Fc sin arccot1.2 z1 2 0.15 z2 2 3438 1.150 2.0sin z2 2 K cos d2 Fc sinarccot1.2 z1 2 0.15 z2 2 3438 1.150 2.0sin 2 z2 3.7 cos34.23 260.05 38.09sinarccot1.2 8 0.15 35 3438 1.150 35 35 2.0sin arctan 8 292.95' 4.88 ②計算標(biāo)準(zhǔn)收縮齒齒頂角與齒根角之和。 s 2 2 43.82 292.95 336.77 D TR （2.20） ③ TR s sin 2 Rm2 tan 2 10560 cos 2 rd D tan （2.21） z2 sin 2 （ 2.22） Rm2 cos 2 TR 0.02 z1 1.06 （2.23）由 式（ 2.19 ）與（ 2.23 ）聯(lián)立可得 : sin 2 sin 2 tan 2 TR 10560 cos 2 cos 2rd (0.02z1 1.06) （ 2.24） s z2 tan rd ——刀盤名義半徑 , 按表選取為 114.30mm TR ——輪齒收縮系數(shù) 15 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 sin77.12 sin77.12 tan34.23 cos34.23 cos34.23 114.30 T 10560 (0.02 8 1.06) R 337.77 35 tan20 0.05 0 ④當(dāng) TR 為正數(shù)時 , s 為傾根錐母線收縮齒， 應(yīng)按傾根錐母線收縮齒重新計算 2及 2。 ⑤按傾根錐母線收縮齒重新計算大齒輪齒頂角 2 及齒跟角 2。 2TR 2 （2.25） 2 K a TR （2.26） TRTR S （2.27） TR 0.02 z1 1.06 （2.28） 由式（ 2.25 ）與（ 2.25 ）聯(lián)立可得 : 2 K aS (0.02 z1 1.06) （2.29） 2 (0.02 z1 1.06) S2 （2.30） K a ——大齒輪齒頂高系數(shù)取 0.15 TR ——傾根錐母線收縮齒齒根角齒頂角之和 2 0.15 336.77 (0.02 8 1.06) 67.12' 1.12 2 (0.02 8 1.06) 336.77 67.12 380.34' 6.34 （2）大齒輪齒頂高 h2 ' h2 ' h 'm2 ( A0 Am )sin 2 （2.30） A0 0.5d2 （ 2.31） sin 2 A0 ——大齒輪節(jié)錐距 . 由式（ 2.30），（2.31）得： 0.5 260.05 A0 133.38 sin 77.12 h2 ' 1.46 (133.38 114.54) sin1.12 1.77 （ 3）大齒輪齒跟高 h ''2 . h ''2 h ''m2 ( A0 Am )sin 2 （2.32） 16 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 h ''m2 ——大齒輪齒寬中點處齒跟高 由式（ 2.32 ）得： h ''2 9.76 (133.38 114.54) sin 6.34 11.84 （4）徑向間隙 C 0.15 hgm 0.05 0.15 9.76 0.05 1.51 （5）大齒輪齒全高 h2 h '2 h ''2 1.17 11.84 13.01 （6）大齒輪齒工作高 h2 g h2 C 13.01 1.51 11.5 （7）大齒輪的面錐角 02 2 2 77.12 1.12 （8）大齒輪的根錐角 R 2 2 2 77.12 6.34 70.78 （9）大齒輪外圓直徑 h '2 cos 2 d2 1.77 cos77.12 260.84 d02 0.5 260.05 0.5 （10）小齒輪面錐角 sin 01 cos R2 cos cos70.78 cos11.61 0.32 1 18.81 （11）小齒輪的根錐角 sin R1 cos 02 cos cos78.24 cos11.61 0.20 R1 11.52 （12）小齒輪的齒頂高和齒根高 齒頂高 : h '1 hg 11.5 5.75 mm C 1.51 2 2 齒根高； h''1 h h '1 13.01 7.26 5.75mm 17 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 [5] 表 2.2 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸參數(shù)表 序 號 項 目 1 主動齒輪齒數(shù) 2 從動齒輪齒數(shù) 3 端面模數(shù) 4 主動齒輪齒面寬 5 從動齒輪齒面寬 6 主動齒輪節(jié)圓直徑 7 從動齒輪節(jié)圓直徑 8 主動齒輪節(jié)錐角 9 從動齒輪節(jié)錐角 10 節(jié)錐距 11 偏移距 12 主動齒輪中點螺旋角 13 從動齒輪中點螺旋角 14 平均螺旋角 15 刀盤名義半徑 16 從動齒輪齒頂角 17 從動齒輪齒根角 18 主動齒輪齒頂高 19 從動齒輪齒頂高 20 主動齒輪齒根高  符號 z1 z2 m FZ FC d1 d2 1 2 A0 E 1 2 rd 2 2