載貨汽車驅動橋設計【5噸級的后驅動橋】【雙級主減速器】

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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（畢業(yè)論文） I 摘 要 驅 動 橋 作 為 汽 車 的 重 要 組 成 部 分 ， 它 的 性 能 的 好 壞 直 接 影 響 整 車 性 能 。 其一般由主減速器、差速器、半軸及橋殼四部分組成，基本功用是增大由傳動 軸或直接由變速器傳來的轉矩，將轉矩分配給左、右車輪，并使左、右驅動車 輪具有汽車行駛運動學所要求的差速功能；此外，還要承受作用于路面和車架 或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。此次設計先論述了驅動橋的總體結構， 在分析驅動橋各部分結構型式、發(fā)展過程及其以往形式的優(yōu)缺點的基礎上，確 定了總體設計方案：采用整體式驅動橋，主減速器的減速型式采用雙級減速器， 主減速器齒輪采用螺旋錐齒輪，差速器采用圓錐行星齒輪差速器，半軸采用全 浮式型式，橋殼采用鑄造整體式橋殼。此次設計中，主要完成了雙級減速器、 圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸的設計和橋殼的校核及材料選取等工作。 關 鍵 字 ： 驅 動 橋 、 雙 級 主 減 速 器 、 弧 齒 錐 齒 輪 、 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（畢業(yè)論文） II ABSTRACT Driving axle assembly is one of the important vehicle carrying pieces and can directly impact on the whole vehicle's performance and its effective life. Driving Axle is consisted of Main Decelerator, Differential Mechanism, Half Shaft and Axle Housing. The basic function of Driving Axle is to increase the torque transmitted by Drive Shaft or directly transmitted by Gearbox, then distributes it to left and right wheel, and make these two wheels have the differential function which is required in Automobile Driving Kinematics; besides, the Driving Axle must also stand the lead hangs down strength, the longitudinal force and the transverse force acted on the road surface, the frame or the compartment lead.The configuration of the Driving Axle is introduced in the thesis at first. On the basis of the analysis of the structure and the developing process of Driving Axle, the design adopted the Integral Driving Axle, Double Reduction Gear for Main Decelerator’s deceleration form, Spiral Bevel Gear for Main Decelerator’s gear, Full Floating for Axle and Casting Integral Axle Housing for Axle Housing. In the design, we accomplished the design for Double Reduction Gear, tapered Planetary Gear Differential Mechanism, Full Floating Axle, the checking of Axle Housing and the election of the material and so on. Key words: Driving Axle；Double Main Decelerator；S ingle Reduction Final Drive 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（畢業(yè)論文） III 目 錄 摘 要 ...........................................................I ABSTRACT..........................................................II 目 錄 ..........................................................III 第 1 章 緒 論 ........................................................1 1.1 選題的目的和意義 ..............................................1 1.2 研究現(xiàn)狀 ......................................................1 1.2.1 國內現(xiàn)狀 ..................................................1 1.2.2 國外現(xiàn)狀 ..................................................2 第 2 章 驅 動 橋 結 構 方 案 分 析 .........................................4 第 3 章 主 減 速 器 設 計 ..............................................5 3.1 主 減 速 器 的 結 構 形 式 .........................................5 3.1.1 主 減 速 器 的 齒 輪 類 型 ......................................5 3.1.2 主 減 速 器 的 減 速 形 式 ......................................5 3.1.3 主 減 速 器 主 ， 從 動 錐 齒 輪 的 支 承 形 式 .......................5 3.2 主 減 速 器 的 基 本 參 數(shù) 選 擇 與 設 計 計 算 ...........................6 3.2.1 主 減 速 器 計 算 載 荷 的 確 定 .................................6 3.2.2 主 減 速 器 基 本 參 數(shù) 的 選 擇 .................................8 3.2.3 主 減 速 器 圓 弧 錐 齒 輪 的 幾 何 尺 寸 計 算 ........................10 3.2.4 主 減 速 器 圓 弧 錐 齒 輪 的 強 度 計 算 ..........................10 3.2.5 主 減 速 器 齒 輪 的 材 料 及 熱 處 理 .............................14 3.2.6 主 減 速 器 軸 承 的 計 算 .....................................15 第 4 章 差 速 器 設 計 .................................................22 4.1 對 稱 式 圓 錐 行 星 齒 輪 差 速 器 的 差 速 原 理 ........................22 4.2 對 稱 式 圓 錐 行 星 齒 輪 差 速 器 的 結 構 ............................23 4.3 對 稱 式 圓 錐 行 星 齒 輪 差 速 器 的 設 計 ............................24 4.3.1 差 速 器 齒 輪 的 基 本 參 數(shù) 的 選 擇 ............................24 4.3.2 差 速 器 齒 輪 的 幾 何 計 算 ...................................26 4.3.3 差 速 器 齒 輪 的 強 度 計 算 ...................................26 第 5 章 驅 動 半 軸 的 設 計 ...........................................28 5.1 全 浮 式 半 軸 計 算 載 荷 的 確 定 ..................................28 5.2 全 浮 式 半 軸 的 桿 部 直 徑 的 初 選 ................................29 5.3 全 浮 式 半 軸 的 強 度 計 算 .......................................29 5.4 半 軸 花 鍵 的 強 度 計 算 .........................................30 第 6 章 驅 動 橋 殼 的 設 計 ...........................................31 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（畢業(yè)論文） IV 6.1 鑄 造 整 體 式 橋 殼 的 結 構 .......................................31 6.2 橋 殼 的 受 力 分 析 與 強 度 計 算 ...................................32 6.2.1 橋 殼 的 靜 彎 曲 應 力 計 算 ..................................32 6.2.2 在 不 平 路 面 沖 擊 載 荷 作 用 下 的 橋 殼 強 度 計 算 ................35 6.2.3 汽 車 以 最 大 牽 引 力 行 駛 時 的 橋 殼 強 度 計 算 ..................35 結 論 ............................................................38 致 謝 ............................................................39 參 考 文 獻 ..........................................................40 附 錄 ............................................................41 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 緒 論 1.1 選題的目的和意義 驅動橋作為汽車傳動系統(tǒng)中的主要部件,實現(xiàn)著減速增扭,改變傳動方向, 實現(xiàn)差速的作用；驅動橋設計的知識比較廣，有利于鍛煉學生的能力。隨著 汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車型的多樣化、個性化已經成為發(fā)展趨勢。驅動橋性 能直接影響整車的性能和有效使用壽命。一般由橋殼、主減速器、差速器和 半殼等元件組成，結構更復雜，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經車輪、車 架及承載式車身經懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊 載荷；驅動橋還傳遞著傳動系中的最大轉矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽 車驅動橋結構型式和設計參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也 對汽車的行駛性能如動力性、經濟性、平順性、通過性、機動性和操動穩(wěn)定 性等有直接影響。通過重型貨車驅動橋的設計,鍛煉學生獨立的思考問題和解 決問題的能力,同時鍛煉學生掌握驅動橋設計的步驟和過程,鍛煉學生查閱工 具書的能力和自學能力.培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和工作能力.隨著汽車工業(yè) 的發(fā)展及汽車技術的提高，驅動橋的設計，制造工藝都在日益完善。驅動橋 也和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術外，在結構設計中日益朝著 “零件標準化、部件通用化、產品系列化”的方向發(fā)展及生產方式達到驅動 橋產品的系列化或變型的目的，通過對驅動橋的設計可以更好的學習并掌握 現(xiàn)代汽車與機械設計的全面知識和技能。因此，此題目的設計尤為重要。 1.2 研究現(xiàn)狀 1.2.1 國內現(xiàn)狀 我國驅動橋制造企業(yè)的開發(fā)模式主要由測繪、引進、自主開發(fā)三種組成。 主要存在技術含量低，開發(fā)模式落后，技術創(chuàng)新力不夠，計算機輔助設計應 用少等問題。國內的大多數(shù)中小企業(yè)中，測繪市場銷路較好的產品是它們的 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 2 主要開發(fā)模式。特別是一些小型企業(yè)或民營企業(yè)由于自身的技術含量低，開 發(fā)資金的不足，專門測繪、仿制市場上銷售較旺的汽車的車橋售往我國不健 全的配件市場。這種開發(fā)模式是無法從根本上提高我國驅動橋產品開發(fā)水平 的。中國驅動橋產業(yè)發(fā)展過程中存在許多問題，許多情況不容樂觀，如產業(yè) 結構不合理、產業(yè)集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后于發(fā) 達工業(yè)國家；生產要素決定性作用正在削弱；產業(yè)能源消耗大、產出率低、 環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄 弱、管理水平落后等。我國汽車驅動橋的研究設計與世界先進驅動橋設計技 術還有一定的差距，我國車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進國外技 術、仿制、再加上自己改進的基礎上了取得的。個別比較有實力的企業(yè)，雖 有自己獨立的研發(fā)機構但都處于發(fā)展的初期。我國驅動橋產業(yè)正處在發(fā)展階 段，在科技迅速發(fā)展的推動下，高新技術在汽車領域的應用和推廣，各種國 外汽車新技術的引進，研究團隊自身研發(fā)能力的提高，我國的驅動橋設計和 制造會逐漸發(fā)展起來，并跟上世界先進的汽車零部件設計制造技術水平。 1.2.2 國外現(xiàn)狀 國外驅動橋主要采用模塊化技術和模態(tài)分析進行驅動橋的設計分析，模塊化 設計是對在一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機械產 品進行功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列功能模塊,然后通過模塊的選 擇和組合構成不同產品的一種設計方法. 以 DANA 為代表的意大利企業(yè)多已采 用了該類設計方法, 模態(tài)分析是對工程結構進行振動分析研究的最先進的現(xiàn) 代方法與手段之一。它可以定義為對結構動態(tài)特性的解析分析(有限元分析) 和實驗分析(實驗模態(tài)分析)，其結構動態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。模態(tài)分析 技術的特點與優(yōu)點是在對系統(tǒng)做動力學分析時，用模態(tài)坐標代替物理學坐標， 從而可大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目，分析精度較高。 優(yōu)點是減少設計及工裝制造的投入, 減少了零件種類, 提高規(guī)模生產程度, 降低制造費用, 提高市場響應速度等。國外企業(yè)位減少驅動橋的振動特性， 對驅動橋進行模態(tài)分析，調整驅動橋的強度，改善整車的舒適性和平順性。 20 世紀 60 年代以來，由于電子計算機的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 3 了廣泛應用。有限元法不需要對所分析的結構進行嚴格的簡化，既可以考慮 各種計算要求和條件，也可以計算各種工況，而且計算精度高。有限元法將 具有無限個自由度的連續(xù)體離散為有限個自由度的單元集合體，使問題簡化 為適合于數(shù)值解法的問題。只要確定了單元的力學特性，就可以按照結構分 析的方法求解，使分析過程大為簡化，配以計算機就可以解決許多解析法無 法解決的復雜工程問題。目前，有限元法己經成為求解數(shù)學、物理、力學以 及工程問題的一種有效的數(shù)值方法，也為驅動橋殼設計提供了強有力的工具。 驅動橋的參數(shù)化設計，參數(shù)化設計是指設計對象模型的尺寸用變量及其關系 表示，而不需要確定具體數(shù)值，是 CAD 技術在實際應用中提出的課題，它不 僅可使 CAD 系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。目前它是 CAD 技術應用領域內的一個重要的、且待進一步研究的課題。利用參數(shù)化設 計手段開發(fā)的專用產品設計系統(tǒng)，可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工 作中解脫出來，可以大大提高設計速度，并減少信息的存儲量。未來的驅動 橋智能化控制系統(tǒng)已經在汽車業(yè)得到了快速發(fā)展，現(xiàn)代汽車上使用的制動防 抱死控制、電子穩(wěn)定控制裝置、驅動力控制系統(tǒng)等系統(tǒng)。驅動力控制系統(tǒng)通 過控制發(fā)動機轉矩和汽車的制動系統(tǒng)等手段來控制驅動力，即在汽車起步， 加速時減少驅動力,防止驅動力超過輪胎與路面的附著力而導致車輪空轉打滑， 保持最佳的驅動力,改善汽車的方向穩(wěn)定性和操縱性。另外，汽車電子控制系 統(tǒng)和總線驅動系統(tǒng)的迅速發(fā)展，如線控換擋、線控轉向、線控制動等的研究 開發(fā)。概念車底盤—滑板結構就是總線控制、燃料電池驅動的，加上不同形 狀車身的轎車，現(xiàn)在已經開始啟動，通用公司宣傳，這種車有可能在未來 10 年上市。當線控這一目標實現(xiàn)時，汽車將是一種完全的高新技術產品，發(fā)動 機、變速器、傳動軸、驅動橋、轉向機全都不見了，當然四個輪子還是要的。 到那時，汽車就可以說是一臺裝在輪子上的計算機了。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 4 第 2 章 驅 動 橋 結 構 方 案 分 析 由 于 要 求 設 計 的 是 5 噸 級 的 后 驅 動 橋 ， 要 設 計 這 樣 一 個 級 別 的 驅 動 橋 ， 一 般 選 用 非 斷 開 式 結 構 以 與 非 獨 立 懸 架 相 適 應 ， 該 種 形 式 的 驅 動 橋 的 橋 殼 是 一 根 支 撐 在 左 右 驅 動 車 輪 的 剛 性 空 心 梁 ， 一 般 是 鑄 造 或 鋼 板 沖 壓 而 成 ， 主 減 速 器 ， 差 速 器 和 半 軸 等 所 有 傳 動 件 都 裝 在 其 中 ， 此 時 驅 動 橋 ， 驅 動 車 輪 都 屬 于 簧 下 質 量 。 中 央 雙 級 驅 動 橋 。 在 國 內 目 前 的 市 場 上 ， 中 央 雙 級 驅 動 橋 主 要 有 2 種 類 型 ： 一 類 如 伊 頓 系 列 產 品 ， 事 先 就 在 單 級 減 速 器 中 預 留 好 空 間 ， 當 要 求 增 大 牽 引 力 與 速 比 時 ， 可 裝 入 圓 柱 行 星 齒 輪 減 速 機 構 ， 將 原 中 央 單 級 改 成 中 央 雙 級 驅 動 橋 ， 這 種 改 制 程 度 高 ， 橋 殼 、 主 減 速 器 等 均 可 通 用 ， 錐 齒 輪 直 徑 不 變 ； 另 一 類 如 洛 克 威 爾 系 列 產 品 ， 當 要 增 大 牽 引 力 與 速 比 時 ， 需 要 改 制 第 一 級 傘 齒 輪 后 ， 再 裝 入 第 二 級 圓 柱 直 齒 輪 或 斜 齒 輪 ， 變 成 要 求 的 中 央 雙 級 驅 動 橋 ， 這 時 橋 殼 可 通 用 ， 主 減 速 器 不 通 用 ， 錐 齒 輪 有 2 個 規(guī) 格 。 由 于 上 述 中 央 雙 級 減 速 橋 均 是 在 中 央 單 級 橋 的 速 比 超 出 一 定 數(shù) 值 或 牽 引 總 質 量 較 大 時 ， 作 為 系 列 產 品 而 派 生 出 來 的 一 種 型 號 ， 它 們 很 難 變 型 為 前 驅 動 橋 ， 使 用 受 一 定 限 制 ； 因 此 ， 綜 合 來 說 ， 雙 級 減 速 橋 一 般 均 不 作 為 一 種 基 本 型 驅 動 橋 來 發(fā) 展 ， 而 是 作 為 某 一 特 殊 考 慮 而 派 生 出 來 的 驅 動 橋 存 在 。 如 圖 2-1 解 放 驅 動 橋 為 中 國 最 早 的 雙 級 主 減 速 器 驅 動 橋 。]4[ 圖 2-1 解放 CA1091 型驅動橋 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 5 第 3 章 主 減 速 器 設 計 3.1 主 減 速 器 的 結 構 形 式 主 減 速 器 的 結 構 形 式 主 要 是 根 據(jù) 其 齒 輪 的 類 型 ， 主 動 齒 輪 和 從 動 齒 輪 的 安 置 方 法 以 及 減 速 形 式 的 不 同 而 異 。 3.1.1 主 減 速 器 的 齒 輪 類 型 主 減 速 器 的 齒 輪 有 弧 齒 錐 齒 輪 ， 雙 曲 面 齒 輪 ， 圓 柱 齒 輪 和 蝸 輪 蝸 桿 等 形 式 。 在 此 選 用 弧 齒 錐 齒 輪 傳 動 ， 其 特 點 是 主 、 從 動 齒 輪 的 軸 線 垂 直 交 于 一 點 。 由 于 輪 齒 端 面 重 疊 的 影 響 ， 至 少 有 兩 個 以 上 的 輪 齒 同 時 嚙 合 ， 因 此 可 以 承 受 較 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 有 齒 的 一 端 連 續(xù) 而 平 穩(wěn) 的 地 轉 向 另 一 端 ， 所 以 工 作 平 穩(wěn) ， 噪 聲 和 振 動 小 。 而 弧 齒 錐 齒 輪 還 存 在 一 些 缺 點 ， 比 如 對 嚙 合 精 度 比 較 敏 感 ， 齒 輪 副 的 錐 頂 稍 有 不 吻 合 就 會 使 工 作 條 件 急 劇 變 壞 ， 并 加 劇 齒 輪 的 磨 損 和 使 噪 聲 增 大 ； 但 是 當 主 傳 動 比 一 定 時 ， 主 動 齒 輪 尺 寸 相 同 時 ， 雙 曲 面 齒 輪 比 相 應 的 弧 齒 錐 齒 輪 小 ， 從 而 可 以 得 到 更 大 的 離 地 間 隙 ， 有 利 于 實 現(xiàn) 汽 車 的 總 體 布 置 。 另 外 ， 弧 齒 錐 齒 輪 與 雙 曲 面 錐 齒 輪 相 比 ， 具 有 較 高 的 傳 動 效 率 ， 可 達 99%。 3.1.2 主 減 速 器 的 減 速 形 式 目 前 重 型 汽 車 發(fā) 動 機 向 低 速 大 扭 矩 發(fā) 展 的 趨 勢 使 得 驅 動 橋 的 傳 動 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 重 型 汽 車 使 用 條 件 對 汽 車 通 過 性 的 要 求 降 低 ， 因 此 ， 重 型 汽 車 產 品 不 必 像 過 去 一 樣 ， 采 用 復 雜 的 結 構 提 高 其 的 通 過 性 ； 與 帶 輪 邊 減 速 器 的 驅 動 橋 相 比 ， 由 于 產 品 結 構 簡 化 ， 雙 級 減 速 驅 動 橋 機 械 傳 動 效 率 提 高 ， 易 損 件 減 少 ， 可 靠 性 增 加 。 3.1.3 主 減 速 器 主 ， 從 動 錐 齒 輪 的 支 承 形 式 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 6 作 為 一 個 5 噸 級 的 驅 動 橋 ， 傳 動 的 轉 矩 不 是 很 大 ， 所 以 主 動 錐 齒 輪 采 用 懸 臂 式 支 承 。 齒 輪 以 其 齒 輪 大 端 一 側 的 軸 頸 懸 臂 式 地 支 持 與 一 對 軸 承 的 外 側 。 主 減 速 器 從 動 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 即 載 荷 離 兩 端 軸 承 支 承 中 心 間 的 距 離 之 比 例 而 定 。 為 了 使 從 動 錐 齒 輪 背 面 的 支 承 凸 緣 有 足 夠 的 位 置 設 置 加 強 筋 及 增 強 支 承 的 穩(wěn) 定 性 ， 距 離 應 不 小 于 從 動 錐 齒 輪 節(jié) 圓 直 徑 的 70%。 兩 端 支 承 多 采 用 圓 錐 滾 子 軸 承 ， 安 裝 時 應 使 他 們 的 圓 錐 滾 子 大 端 朝 內 相 向 ， 小 端 朝 外 相 背 。 3.2 主 減 速 器 的 基 本 參 數(shù) 選 擇 與 設 計 計 算 3.2.1 主 減 速 器 計 算 載 荷 的 確 定 3.2.1.1 按 發(fā) 動 機 最 大 轉 矩 和 最 低 擋 傳 動 比 確 定 從 動 錐 齒 輪 的 計 算 轉 矩 （ 3-1）nKiTToLec /max????mN? 式 中 ——發(fā) 動 機 至 所 計 算 的 主 減 速 器 從 動 錐 齒 輪 之 間 的 傳 動 系 的 最 低TLi 擋 傳 動 比 ， 在 此 取 6.24， 此 數(shù) 據(jù) 此 參 解 放 CA141 車 型 ； ——發(fā) 動 機 的 輸 出 的 最 大 轉 矩 ， 此 數(shù) 據(jù) 參 考 解 放 CA141 車 型 在maxe 此 取 380 ；mN? ——傳 動 系 上 傳 動 部 分 的 傳 動 效 率 ， 在 此 取 0.9；T? ——該 汽 車 的 驅 動 橋 數(shù) 目 在 此 取 1；n ——由 于 猛 結 合 離 合 器 而 產 生 沖 擊 載 荷 時 的 超 載 系 數(shù) ， 對 于 一 般oK 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 =1.0， 當 性 能 系 數(shù) >0 時 可 取 =2.0；oKpfoK 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 7 （ 3-??? ????? ????????? 16Tgm0.95 0. Tgm.195-6eaxeaeax當當pf 2） ——汽 車 滿 載 時 的 總 質 量 在 此 取 20000 ；a gK 所 以 0.195 =25.66>16 ， 即 =1.0。 由 以 上 各 參 數(shù) 可 求380?o Tce = =2134.08Tce9.46mN? 3.2.1.2 按 驅 動 輪 打 滑 轉 矩 確 定 從 動 錐 齒 輪 的 計 算 轉 矩 （ 3-3）LBriGTcs????/2 ? 式 中 ——汽 車 滿 載 時 一 個 驅 動 橋 給 水 平 地 面 的 最 大 負 荷 ， 預 設 后 橋 所2 承 載 5474N 的 負 荷 ; ——輪 胎 對 地 面 的 附 著 系 數(shù) ， 對 于 安 裝 一 般 輪 胎 的 公 路 用 車 ， 取 =0.85； 對 于 越 野 汽 車 取 1.0； 對 于 安 裝 有 專 門 的 防 滑 寬 輪 胎? 的 高 級 轎 車 ， 計 算 時 可 取 1.25; ——車 輪 的 滾 動 半 徑 ， 在 此 選 用 輪 胎 型 號 為 8.25-20， 滾 動 半 徑 為 r 0.46m； ， ——分 別 為 所 計 算 的 主 減 速 器 從 動 錐 齒 輪 到 驅 動 車 輪 之 間 的LB?i 傳 動 效 率 和 傳 動 比 ， 取 0.95， 由 于 沒 有 輪 邊 減 速 器LB? 取 1.0LBi 所 以 = =3493.4rcsGT????/2 .95684?mN? 3.2.1.3 按 汽 車 日 常 行 駛 平 均 轉 矩 確 定 從 動 錐 齒 輪 的 計 算 轉 矩 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 矩 根 據(jù) 所 謂 的 平 均 牽 引 力 的 值 來 確 定 ： 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 8 （ 3-4）??mN )( ??????PHRLBrTacf ffniG? 式 中 ——汽 車 滿 載 時 的 總 重 量 ， 參 考 解 放 CA141 車 型 在 此 取a 9310N； ——所 牽 引 的 掛 車 滿 載 時 總 重 量 ， N， 但 僅 用 于 牽 引 車 的 計 算 ；TG ——道 路 滾 動 阻 力 系 數(shù) ， 對 于 載 貨 汽 車 可 取 0.015~0.020； 在 此 取Rf 0.015 ——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Hf 0.05~0.09 在 此 取 0.05 —— 汽 車 的 性 能 系 數(shù) 在 此 取 0；pf ， ， n——見 式 （ 3-1） ， （ 3-3） 下 的 說 明 。LB?i 所 以 ?? )(PHRLBrTacf ffiG????? = =2807.895.01..1960483?mN? 式 （ 3-1） ～ 式 （ 3-4） 參 考 《 汽 車 車 橋 設 計 》 式 （ 3-10） ～ 式 （ 3-12） 。 3.2.2 主 減 速 器 基 本 參 數(shù) 的 選 擇 主 減 速 器 錐 齒 輪 的 主 要 參 數(shù) 有 主 、 從 動 齒 輪 的 齒 數(shù) 、 從 動 錐 齒 輪 大 端 分 度 圓 直 徑 、 端 面 模 數(shù) 、 主 從 動 齒 輪 齒 面 寬 、 中 點 螺 旋 角 、 法 向2Dtm? 壓 力 角 等 。? 3.2.2.1 主 減 速 器 主 、 從 動 錐 齒 輪 及 圓 柱 齒 輪 齒 數(shù) 選 擇 主 、 從 動 錐 齒 輪 齒 數(shù) 時 應 考 慮 如 下 因 素 ： 1） 為 了 磨 合 均 勻 ， ， 之 間 應 避 免 有 公 約 數(shù) 。1z2 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 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 9 數(shù) 和 應 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 貨 車 一 般 不 小 于1z 6。 4） 主 傳 動 比 較 大 時 ， 盡 量 取 得 小 一 些 ， 以 便 得 到 滿 意 的 離 地 間 隙 。0i1z 5） 對 于 不 同 的 主 傳 動 比 ， 和 應 有 適 宜 的 搭 配 ， 而 對 于 普 通 雙 級 主1z2 減 速 器 來 說 ， 由 于 第 一 級 的 減 速 比 比 第 二 級 小 些 ， 這 時 ， 第 一 級 主 動0i02i 錐 齒 輪 的 齒 數(shù) 可 選 得 交 大 ， 約 在 9～ 15 范 圍 內 。 第 二 級 圓 柱 齒 輪 傳 動 的1z 齒 數(shù) 和 可 選 在 68 10 的 范 圍 內 。? 根 據(jù) 以 上 要 求 參 考 《 汽 車 車 橋 設 計 》 中 表 3-12 表 3-13 取 =11 z =25 =13 =49 zzz 3.2.2.2 從 動 錐 齒 輪 大 端 分 度 圓 直 徑 和 端 面 模 數(shù) 可 根 據(jù) 經 驗 公 式 初 選 ， 即D （ 3-5）322cDTK? ——直 徑 系 數(shù) ， 一 般 取 13.0～ 16.02DK ——從 動 錐 齒 輪 的 計 算 轉 矩 ， ， 為 Tce 和 Tcs 中 的 較 小 者Tc mN? 所 以 =（ 13.0～ 16.0） =（ 167～ 205）2324 初 選 =180 則 = / =180/25=7.2 ， 參 考 《 機 械 設 計mt2Dz 手 冊 》 表 23.4-3 中 選 取 8 則 =184t m 根 據(jù) = 來 校 核 =8 選 取 的 是 否 合 適 ， 其 中 =（ 0.3～ 0.4） 。tcmTKs mK 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 10 此 處 ， =（ 0.3～ 0.4） =（ 7.7～ 10.2） ， 因 此 滿 足 校 核 。tm321 3.2.2.3 主 ， 從 動 錐 齒 輪 齒 面 寬 對 于 從 動 錐 齒 輪 齒 面 寬 ， 推 薦 不 大 于 節(jié) 錐 的 0.3 倍 ， 即2b2A ， 而 且 應 滿 足 ， 對 于 汽 車 主 減 速 器 圓 弧 齒 輪 推 薦 采 用 ：22.0Ab?2btm10? =0.155 184=28.5 在 此 取 2922.D??mm 一 般 習 慣 使 錐 齒 輪 的 小 齒 輪 齒 面 寬 比 大 齒 輪 稍 大 ， 使 其 在 大 齒 輪 齒 面 兩 端 都 超 出 一 些 ， 通 常 小 齒 輪 的 齒 面 加 大 10%較 為 合 適 ， 在 此 取 =32 。1bm 3.2.2.4 中 點 螺 旋 角 螺 旋 角 沿 齒 寬 是 變 化 的 ， 輪 齒 大 端 的 螺 旋 角 最 大 ， 輪 齒 小 端 螺 旋 角 最 小 ， 弧 齒 錐 齒 輪 副 的 中 點 螺 旋 角 是 相 等 的 ， 選 時 應 考 慮 它 對 齒 面 重 合 度? ， 輪 齒 強 度 和 軸 向 力 大 小 的 影 響 ， 越 大 ， 則 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 ， 應 不 小 于 1.25， 在 1.5～ 2.0 時 效 果 最 好 ， 但 過 大 ， 會 導 致 軸 向 力 增 大 。? 小 的 值 以 防 止 軸 向 力 過 大 ， 通 常 取 37.4°。? 3.2.2.5 螺 旋 方 向 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 方 向 影 響 其 所 受 的 軸 向 力 的 方 向 ， 當 變 速 器 掛 前 進 擋 時 ， 應 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 動 汽 車 前 進 。 3.2.2.6 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 生 根 切 的 最 小 齒 數(shù) ， 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 11 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 ， 中 型 載 貨 汽 車 可 選 用 20°的 壓 力 角 。 3.2.2.7 主 減 速 器 主 、 從 動 圓 柱 齒 輪 基 本 參 數(shù) 的 選 擇 中 心 距 mm （ 3-6）3)9.1~5.0(TcsA? 式 中 ——見 式 （ 3-3） 下 的 說 明 ， 式 （ 3-6） 參 考 《 驅 動 橋 橋 設 計 》 式Tcs （ 3-25） 所 以 ， 初 選 A=183mm)82.14~.59(4.)92.1~.0(3?? 齒 寬 ， 取 ， 因 為 與 嚙 合7.6.8..3?b 653?b3b4 所 以 = =65。 =4.57 《 機 械 設 計 手 冊 》 表 23.4-3 中 取43zAm? 5? 3.2.3 主 減 速 器 圓 弧 錐 齒 輪 的 幾 何 尺 寸 計 算 詳 見 附 錄 表 -1 及 附 錄 表 -2 3.2.4 主 減 速 器 圓 弧 錐 齒 輪 的 強 度 計 算 在 完 成 主 減 速 器 齒 輪 的 幾 何 計 算 之 后 ， 應 對 其 強 度 進 行 計 算 ， 以 保 證 其 有 足 夠 的 強 度 和 壽 命 以 及 安 全 可 靠 性 地 工 作 。 汽 車 驅 動 橋 齒 輪 的 許 用 應 力 (Nmm )見 附 錄 -32 3.2.4.2 主 減 速 器 圓 弧 齒 螺 旋 錐 齒 輪 的 強 度 計 算 （ 1） 單 位 齒 長 上 的 圓 周 力 在 汽 車 主 減 速 器 齒 輪 的 表 面 耐 磨 性 ， 常 常 用 其 在 輪 齒 上 的 假 定 單 位 壓 力 即 單 位 齒 長 圓 周 力 來 估 算 ， 即 N／ mm (3-7) 2bPp? 式 中 P——作 用 在 齒 輪 上 的 圓 周 力 ， 按 發(fā) 動 機 最 大 轉 矩 Temax 和 最 大 附 著 力 矩 兩 種 載 荷 工 況 進 行 計 算 ， N； rG?2 ——從 動 齒 輪 的 齒 面 寬 ， 在 此 取 32mm. 2b 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 12 按 發(fā) 動 機 最 大 轉 矩 計 算 時 ： N／ mm （ 3-21 3max0bdiTpge?? 8） 式 中 ——發(fā) 動 機 輸 出 的 最 大 轉 矩 ， 在 此 取 380 ；maxeT mN? ——變 速 器 的 傳 動 比 ；gi ——主 動 齒 輪 節(jié) 圓 直 徑 ， 在 此 取 88mm.1d 按 上 式 N／ mm09.1684327??p 按 最 大 附 著 力 矩 計 算 時 ： N／ mm （ 3-2 310bdrGp?? 9） 式 中 ——汽 車 滿 載 時 一 個 驅 動 橋 給 水 平 地 面 的 最 大 負 荷 ， 在 此 取2 5474N； ——輪 胎 與 地 面 的 附 著 系 數(shù) ， 在 此 取 0.85：? ——輪 胎 的 滾 動 半 徑 ， 在 此 取 0.46mr 按 上 式 =727 N／ mm329146.08547 3??p 在 現(xiàn) 代 汽 車 的 設 計 中 ， 由 于 材 質 及 加 工 工 藝 等 制 造 質 量 的 提 高 ， 單 位 齒 長 上 的 圓 周 力 有 時 提 高 許 用 數(shù) 據(jù) 的 20%～ 25%。 經 驗 算 以 上 兩 數(shù) 據(jù) 都 在 許 用 范 圍 內 。 其 中 上 述 兩 種 方 法 計 算 用 的 許 用 單 位 齒 長 上 的 圓 周 力 [p]都 為 1400N/mm2 （ 2） 輪 齒 的 彎 曲 強 度 計 算 汽 車 主 減 速 器 錐 齒 輪 的 齒 根 彎 曲 應 力 為 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 13 N/ （ 3-JmzbKTvs????20312?2m 10） 式 中 ——該 齒 輪 的 計 算 轉 矩 ， N·m;T ——超 載 系 數(shù) ； 在 此 取 1.00K ——尺 寸 系 數(shù) ， 反 映 材 料 的 不 均 勻 性 ， 與 齒 輪 尺 寸 和 熱 處 理 有 關 ，s 當 ｍ 時 ， ， 在 此 ＝ 0.776.1?4.25Ks?4259?sK ——載 荷 分 配 系 數(shù) ， 當 兩 個 齒 輪 均 用 懸 臂 式 支 承 型 式 時 ，mK ＝ 1.00～ 1.10 式 式 支 承 時 取 1.10～ 1.25。 支 承 剛 度 大 時 取 最 小 值 。 ——質 量 系 數(shù) ， 對 于 汽 車 驅 動 橋 齒 輪 ， 當 齒 輪 接 觸 良 好 ， 周 節(jié) 及v 徑 向 跳 動 精 度 高 時 ， 可 取 1.0; ——計 算 齒 輪 的 齒 面 寬 ， mm;b ——計 算 齒 輪 的 齒 數(shù) ；z ——端 面 模 數(shù) ， mm;m ——計 算 彎 曲 應 力 的 綜 合 系 數(shù) （ 或 幾 何 系 數(shù) ） ， 它 綜 合 考 慮 了 齒 形J 系 數(shù) 。 載 荷 作 用 點 的 位 置 、 載 荷 在 齒 間 的 分 布 、 有 效 齒 面 寬 、 應 力 集 中 系 數(shù) 及 慣 性 系 數(shù) 等 對 彎 曲 應 力 計 算 的 影 響 。 計 算 彎 曲 應 力 時 本 應 采 用 輪 齒 中 點 圓 周 力 與 中 點 端 面 模 數(shù) ， 今 用 大 端 模 數(shù) ， 而 在 綜 合 系 數(shù) 中 進 行 修 正 。 按 圖 2-1 選 取 大 齒 輪 ＝ 0.182。J 按 上 式 =34 N/ ， 故 軸 承 符 合 使 用 要 求 。 hL'5.21LhL' （ 2） 對 于 軸 承 B， 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 量 載 荷 時 徑 向 動 載 荷 系 數(shù) X 和 軸 向 動 載 荷 系 數(shù) Y 值 按 雙 列 軸 承 選 用 ， e 值 與 單 列 軸 承 相 同 。 在 此 選 用 7514E 型 軸 承 。 在 此 徑 向 力 R=13364N 軸 向 力 A=20202N， 所 以 =1.513076.9 h=hL ???????n60105.68720???????L' 所 以 軸 承 符 合 使 用 要 求 。 對 于 從 動 齒 輪 的 軸 承 C， D 的 徑 向 力 計 算 公 式 見 式 （ 3-19） 和 式 （ 3- 20） 已 知 F=25450N， =14000N， =6000N， a=410mm， b=160mm.c=250mmaZRZF 所 以 ， 軸 承 C 的 徑 向 力 ： = =1040.3NcR????22 8.95.25????? 軸 承 D 的 徑 向 力 ： = =2310.5N2 .46.00410? 軸 承 C， D 均 采 用 7315E， 其 額 定 動 載 荷 Cr 為 134097N （ 3） 對 于 軸 承 C， 軸 向 力 A=9662N， 徑 向 力 R=10401.3N， 并 且 =0.93〉 e， 在 此 e 值 為 1.5tana 約 為 0.402， 由 《 機 械 設 計 》 中 表 18.7RA 可 查 得 X=0.4， Y=0.4cota=1.6。 所 以 Q= =1.2(0.4×9662＋ 1.6×10401.3)=24608.256N 。??fd? 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 23 = = =2896 3 h>hL ????????QCrn16703105.246789.1370???????L' 所 以 軸 承 C 滿 足 使 用 要 求 。 （ 4） 對 于 軸 承 D， 軸 向 力 A=0N， 徑 向 力 R=2310.5N， 并 且 =.4187〉 eRA 由 《 機 械 設 計 》 中 表 18.7 可 查 得 X=0.4， Y=0.4cota=1.6。 所 以 Q= =1.2×(1.6×23100.5)=44352.96N??YRXAfd? = = =4064.8 h >hL ????????QCrn701.789.???????L' 所 以 軸 承 D 滿 足 使 用 要 求 。 此 節(jié) 計 算 內 容 參 考 了 《 汽 車 車 橋 設 計 》 和 《 汽 車 設 計 》 關 于 主 減 速 器 的 有 關 計 算 。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 24 第 4 章 差 速 器 設 計 4.1 對 稱 式 圓 錐 行 星 齒 輪 差 速 器 的 差 速 原 理 圖 4-1 差 速 器 差 速 原 理 如 圖 4-1 所 示 ， 對 稱 式 錐 齒 輪 差 速 器 是 一 種 行 星 齒 輪 機 構 。 差 速 器 殼 3 與 行 星 齒 輪 軸 5 連 成 一 體 ， 形 成 行 星 架 。 因 為 它 又 與 主 減 速 器 從 動 齒 輪 6 固 連 在 一 起 ， 固 為 主 動 件 ， 設 其 角 速 度 為 ； 半 軸 齒 輪 1 和 2 為 從 動 件 其 角 速 度 為 和 。 A、 B 兩 點 分 別 為 行 星 齒 輪 4 與 半 軸 齒 輪 1 和 2 的 嚙 合 點 。 行 星 齒 輪 的 中 心 點 為 C， A、 B、 C 三 點 到 差 速 器 旋 轉 軸 線 的 距 離 均 為 。r 當 行 星 齒 輪 只 是 隨 同 行 星 架 繞 差 速 器 旋 轉 軸 線 公 轉 時 ， 顯 然 ， 處 在 同 一 半 徑 上 的 A、 B、 C 三 點 的 圓 周 速 度 都 相 等 （ 圖 4-1） ， 其 值 為 。 于 是 ， 即 差 速 器 不 起 差 速 作 用 ， 而 半 軸 角 速 度 等 于 差 速 器 殼 3 的 角 速 度 。 當 行 星 齒 輪 4 除 公 轉 外 ， 還 繞 本 身 的 軸 5 以 角 速 度 自 轉 時 （ 圖 ） ， 嚙 合 點 A 的 圓 周 速 度 為 。 嚙 合 點 B 的 圓 周 速 度 為 。 于 是 + =（ + ） +( - )1?r20r4?0r42?1 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 25 即 + =2 （ 4-1?0 1） 若 角 速 度 以 每 分 鐘 轉 數(shù) 表 示 ， 則n （ 4-2）021?? 式 （ 4-2） 為 兩 半 軸 齒 輪 直 徑 相 等 的 對 稱 式 圓 錐 齒 輪 差 速 器 的 運 動 特 征 方 程 式 ， 它 表 明 左 右 兩 側 半 軸 齒 輪 的 轉 速 之 和 等 于 差 速 器 殼 轉 速 的 兩 倍 ， 而 與 行 星 齒 輪 轉 速 無 關 。 因 此 在 汽 車 轉 彎 行 駛 或 其 它 行 駛 情 況 下 ， 都 可 以 借 行 星 齒 輪 以 相 應 轉 速 自 轉 ， 使 兩 側 驅 動 車 輪 以 不 同 轉 速 在 地 面 上 滾 動 而 無 滑 動 。 有 式 （ 4-2） 還 可 以 得 知 ： ① 當 任 何 一 側 半 軸 齒 輪 的 轉 速 為 零 時 ， 另 一 側 半 軸 齒 輪 的 轉 速 為 差 速 器 殼 轉 速 的 兩 倍 ； ② 當 差 速 器 殼 的 轉 速 為 零 （ 例 如 中 央 制 動 器 制 動 傳 動 軸 時 ） ， 若 一 側 半 軸 齒 輪 受 其 它 外 來 力 矩 而 轉 動 ， 則 另 一 側 半 軸 齒 輪 即 以 相 同 的 轉 速 反 向 轉 動 。 4.2 對 稱 式 圓 錐 行 星 齒 輪 差 速 器 的 結 構 普 通 的 對 稱 式 圓 錐 齒 輪 差 速 器 由 差 速 器 左 右 殼 ， 兩 個 半 軸 齒 輪 ， 四 個 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 構 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 ， 故 廣 泛 用 于 各 類 車 輛 上 。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 26 圖 4-2 普 通 的 對 稱 式 圓 錐 行 星 齒 輪 差 速 器 1， 12-軸 承 ； 2-螺 母 ； 3， 14-鎖 止 墊 片 ； 4-差 速 器 左 殼 ； 5， 13-螺 栓 ； 6-半 軸 齒 輪 片 ； 7-半 軸 齒 輪 ； 8-行 星 齒 輪 軸 ； 9-行 星 齒 輪 ； 10-行 星 齒 輪 墊 片 ； 11-差 速 器 右 殼 4.3 對 稱 式 圓 錐 行 星 齒 輪 差