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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
學(xué)生姓名
陳健兵
系部
汽車與交通工程院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-1
指導(dǎo)教師姓名
孫遠(yuǎn)濤
職稱
實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
基于Pro/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
一、設(shè)計(jì)(論文)目的、意義
汽車的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端,其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩。將轉(zhuǎn)矩分配給左、右車輪,并使左、右車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能;同時(shí),驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及其力矩。在這一過程中主減速器起著重要作用。
在現(xiàn)代汽車的驅(qū)動(dòng)橋上,應(yīng)用最廣泛的主減速齒輪型式是“格里森”制或“奧利康”制螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。雙曲面齒輪的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線不相交而呈空間交叉90°夾角。這對(duì)于增強(qiáng)支承剛度,保證齒輪正確嚙合,從而提高齒輪壽命大有益處。另外,由于雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大,所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑大。其結(jié)果是齒面間的接觸應(yīng)力降低。
二、設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容、技術(shù)要求(研究方法)
設(shè)計(jì)內(nèi)容:在查閱國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)后,深入了解國(guó)內(nèi)外載貨汽車主減速器的發(fā)展現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有:載貨汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式和主要參數(shù)的選擇,主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的強(qiáng)度校核;主減速器Pro/E模型的建立;應(yīng)用ANSYS進(jìn)行主減速器齒輪有限元分析。
技術(shù)要求:在充分了解并掌握國(guó)內(nèi)外載貨汽車主減速器的結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全穩(wěn)定的載貨汽車主減速器,并進(jìn)行有限元分析,檢查主減速器受力狀況是否滿足設(shè)計(jì)工作要求。主要技術(shù)指標(biāo):主減速比,驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷。
要求:設(shè)計(jì)說明書要內(nèi)容充實(shí),結(jié)構(gòu)合理、書寫規(guī)范。
三、設(shè)計(jì)(論文)完成后應(yīng)提交的成果
1. 主減速器總成圖(A0一張);
2. 主減速器零部件圖(折合A0圖1張),主動(dòng)錐齒輪A2一張)、從動(dòng)錐齒輪(A2一張)等;
3. 撰寫設(shè)計(jì)說明書一份(1.5萬字以上),包含主減速器的Pro/E模型圖和有限元仿真曲線等。
四、設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度安排
1. 調(diào)研,收集資料,撰寫開題報(bào)告,進(jìn)行開題答辯 第1~2周(2月28日-3月13日)
2. 主減速器的方案設(shè)計(jì),熟悉Pro/E、ANSYS軟件 第3~4 周(3月14日-3月27日)
3. 繪制主減速器總成圖及零部件圖,完成設(shè)計(jì)計(jì)算,建立Pro/E模型圖,進(jìn)行中期檢查
第5~8 周(3月28日-4月24日)
4. 運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行主減速器有限元分析 第9~11 周(4月25日-5月15日)
5. 撰寫設(shè)計(jì)說明書并完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 第12周(5月16日-5月22日)
6. 完善設(shè)計(jì),提交指導(dǎo)老師審核并修改 第13~14周(5月23日-6月5日)
7. 提交系里評(píng)閱并修改,準(zhǔn)備答辯 第15~16周(6月6日-6月19日)
8. 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周(6月20日-6月26日)
五、主要參考資料
[1] 胡磊. 汽車主減速器螺旋錐齒輪參數(shù)化建模與有限元分析[D].武漢理工大學(xué)論文,2008.4.
[2] 陳黎卿,李超,何欽章,陳睿. 汽車主減速器軸承受力分析及選型系統(tǒng)開發(fā)[J].軸承,2007.11.
[3]?吉建平. 汽車主減速器齒輪早期磨損分析及預(yù)防措施[J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2008.4.
[4] 李紅淵,李萍鋒.載重汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2009(10).
[5] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.
[6] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京.清華大學(xué)出版社.2001.
[7] 唐金松.簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2000.
[8] 仝令勝,石博強(qiáng),申焱華,郭朋彥.45t鉸接式自卸車貫通式驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械.2008.2.
[9] 陳言東,王解生.驅(qū)動(dòng)橋主減速器殼體的有限元分析[J].制造業(yè)信息化.2009(10).
六、備注
指導(dǎo)教師簽字:
年 月 日
教研室主任簽字:
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
設(shè)計(jì)(論文)題目:基于Pro/E及ANSYS的載貨汽車
主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程07-1
學(xué) 生 姓 名: 陳健兵
導(dǎo) 師 姓 名: 孫遠(yuǎn)濤
開 題 時(shí) 間: 2011年3月16日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見:
簽字: 年 月 日
開題報(bào)告撰寫要求
一、“開題報(bào)告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義;
2. 文獻(xiàn)綜述(課題研究現(xiàn)狀及分析);
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題;
4. 技術(shù)路線或研究方法;
5. 進(jìn)度安排;
6. 主要參考文獻(xiàn)。
二、“開題報(bào)告”撰寫規(guī)范
請(qǐng)參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上,文字要精練通順,條理分明,文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
陳健兵
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛07-1
指導(dǎo)教師姓名
孫遠(yuǎn)濤
職稱
實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
基于Pro/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
汽車的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端,其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩。將轉(zhuǎn)矩分配給左、右車輪,并使左、右車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能;同時(shí),驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及其力矩。在這一過程中主減速器起著重要作用。主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速,以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩選轉(zhuǎn)方向的作用。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按其總體布置來說共有三種,即普通的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋,帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。
(1)螺旋錐齒輪傳動(dòng)
螺旋錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主、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(zhǎng)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)嚙合,所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造也簡(jiǎn)單。但是在工作中噪聲大,對(duì)嚙合精度很敏感,齒輪副錐頂稍有不吻合便會(huì)使工作條件急劇變壞,并伴隨磨損增大和噪聲增大。為保證齒輪副的正確嚙合,必須將支承軸承預(yù)緊,提高支承剛度,增大殼體剛度。
(2) 雙曲面齒輪傳動(dòng)
雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相交,主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一距離E,此距離稱為偏移距。由于偏移距正的存在,使主動(dòng)齒輪螺旋角 大于從動(dòng)齒輪螺旋角。根據(jù)嚙合面上法向力相等,可求出主、從動(dòng)齒輪圓周力之比F1/F2=cosβ1/cosβ2式中,F(xiàn)1、F2 分別為主、從動(dòng)齒輪的圓周力;β1、β2 分別為主、從動(dòng)齒輪的螺旋角。雙曲面齒輪傳動(dòng)比為i0s=F2r2/F1r1=r2cosβ2/ r1cosβ1式中,i0s 為雙曲面齒輪傳動(dòng)比;r1 、r2 分別為主、從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑。令K= cosβ2/ cosβ1,則i0s=K r2/ r1。由于β1>β2,因此K>1,一般為1.25~1.50。螺旋錐齒輪傳動(dòng)比i01為i01=r2/r1。這說明:
①當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時(shí),雙曲面齒輪傳動(dòng)有更大的傳動(dòng)比。
? ②當(dāng)傳動(dòng)比一定,從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí),雙曲面主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑,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)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小,因而有較大的離地間隙。
? 另外,雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)還具有如下優(yōu)點(diǎn):?
①在工作過程中,雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng),而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)。縱向滑動(dòng)可改善齒輪的磨合過程,使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
②曲面齒輪副使其主動(dòng)齒輪的 大于從動(dòng)齒輪的 ,這樣同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多,重合度較大,不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性,而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30%。
③雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑及螺旋角都較大,所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪為大,其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高。
④雙曲綿主動(dòng)齒輪的變大,則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少,故可選用較少的齒數(shù),有利于增加傳動(dòng)比。
⑤雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪較大,加工時(shí)所需刀盤刀頂距較大,因而切削刃壽命較長(zhǎng)。
⑥雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置在從動(dòng)齒輪中心上方,便于實(shí)現(xiàn)多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫通,增大傳動(dòng)軸的離地高度。布置在從動(dòng)齒輪中心下方可降低萬向傳動(dòng)軸的高度,有利于降低轎車車身高度,并可減小車身地板中部凸起通道的高度。
但是,雙曲面齒輪傳動(dòng)也存在如下缺點(diǎn):
①沿齒長(zhǎng)的縱向滑動(dòng)會(huì)使摩擦損失增加,降低傳動(dòng)效率。雙曲面齒輪副傳動(dòng)效率約為96%,螺旋錐齒輪副的傳動(dòng)效率約為99%。
②齒面間大的壓力和摩擦功,可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死,即抗膠合能力較低。
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雙曲面齒輪傳動(dòng)必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤(rùn)滑油,螺旋錐齒輪傳動(dòng)用普通潤(rùn)滑油即可。
由于雙曲面齒輪具有一系列的優(yōu)點(diǎn),因而它比螺旋錐齒輪應(yīng)用更廣泛。
(3) 圓柱齒輪傳動(dòng)
圓柱齒輪傳動(dòng)一般采用斜齒輪,廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋和雙級(jí)主減速器貫通式驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速器。
(4) 蝸桿傳動(dòng)
與其他齒輪傳動(dòng)形式相比,蝸桿傳動(dòng)具有下述優(yōu)點(diǎn):輪廓尺寸及質(zhì)量小,并可獲得較大的傳動(dòng)比;工作非常平穩(wěn),無噪聲;便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)布置;可以傳遞大的載荷,使用壽命長(zhǎng);結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單拆裝方便,調(diào)整容易。其主要缺點(diǎn)是蝸輪齒圈要求使用昂貴的有色金屬合金(青銅)制造,材料成本高;此外,傳動(dòng)效率低。
主減速器的減速形式可分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單雙級(jí)貫通、單雙級(jí)減速配以輪邊減速等。
改革開放以來,中國(guó)汽車行業(yè)的好了長(zhǎng)足的發(fā)展,尤其加入WTO以后,我國(guó)汽車市場(chǎng)對(duì)外開放,汽車工業(yè)逐漸成為世界汽車整體市場(chǎng)的重要主成部分。同樣,車用主減速器也隨著整車的發(fā)展不斷的成長(zhǎng)和成熟起來。
與國(guó)外相比,我國(guó)車用減速器的開發(fā)設(shè)計(jì)不論在技術(shù)上,制造工藝上,還是成本控制上都純?cè)诓恍〉牟罹?。尤其齒輪制造技術(shù)缺乏獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力,技術(shù)手段落后(國(guó)外以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程化,電算化)。目前比較突出的問題是,行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱,工藝創(chuàng)新及管理水平低,企業(yè)管理方式比較粗放,相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔,缺乏國(guó)際影響力的產(chǎn)品品牌。行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。
總體來說,車用主減速器發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)是向著六高,二低,二化方向發(fā)展。即高承載能力,高齒面硬度,高精度,高速度,高可靠性,高傳動(dòng)效率,低噪聲,低成本,標(biāo)準(zhǔn)化,多樣化,計(jì)算機(jī)技術(shù),信息技術(shù),自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用。從發(fā)動(dòng)機(jī)的大馬力,低轉(zhuǎn)速的發(fā)展趨勢(shì)以及商用車的最高車速的提升來看,公路用車橋減速器應(yīng)該向小速比方向發(fā)展,在最大輸出扭矩相同時(shí)齒輪的使用壽命要求更高(齒輪疲勞壽命平均可達(dá)50 萬次以上);在額定軸荷相同時(shí),車橋的超載能力更強(qiáng),主減速器齒輪使用壽命更長(zhǎng),噪音更低,強(qiáng)度更大,潤(rùn)滑密封能更好,整體剛性好,速比范圍寬。
2.研究的目的、意義
在現(xiàn)代汽車的驅(qū)動(dòng)橋上,應(yīng)用廣泛的主減速齒輪型式是“格里森”制或“奧利康”制螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。雙曲面齒輪的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線不相交而呈空間交叉90°夾角。這對(duì)于增強(qiáng)支承剛度,保證齒輪正確嚙合,從而提高齒輪壽命大有益處。另外,由于雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大,所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑大。其結(jié)果是齒面間的接觸應(yīng)力降低。
本文對(duì)汽車的主減速器設(shè)計(jì)主要是為了使汽車獲得最佳的動(dòng)力性能,能充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過來的轉(zhuǎn)矩,實(shí)現(xiàn)減速增扭,提高汽車動(dòng)力性;此外,由于石油資源的緊缺,所以對(duì)減速器進(jìn)行設(shè)計(jì),使汽車獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性對(duì)于提高汽車在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力有很大幫助,對(duì)于不同的汽車選用不同的主減速器和主減速形式,可以提高和改善汽車的性能。
通過對(duì)汽車主減速器的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐,可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能,還可以學(xué)習(xí)和運(yùn)用多種設(shè)計(jì)軟件。所以本題基于Pro/E及ANSYS對(duì)載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析具有一定的實(shí)際意義。
二、設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1.設(shè)計(jì)內(nèi)容
(1) 載貨汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式和主要參數(shù)的選擇;
(2) 主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算;
(3) 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的強(qiáng)度校核;
(4) 主減速器Pro/E模型的建立;
(5) 應(yīng)用ANSYS進(jìn)行主減速器齒輪有限元分析。
2. 擬解決的主要問題
(1)主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案的選擇;
(2)進(jìn)行有限元分析,保證主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的強(qiáng)度;
(3)在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。
三、技術(shù)路線(研究方法)
主減速器設(shè)計(jì)方案的確定
主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇
主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
其他零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
主動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
從動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
主減速器強(qiáng)度的校核
分
析
主減速器的建模
問
題
原
因
主減速器的有限元分析
合 不合理
理
主減速器設(shè)計(jì)完成
四、進(jìn)度安排
1. 調(diào)研,收集資料,撰寫開題報(bào)告,進(jìn)行開題答辯 第1~2周(2月28日-3月13日)
2. 主減速器的方案設(shè)計(jì),熟悉Pro/E、ANSYS軟件 第3~4 周(3月14日-3月27日)
3. 繪制主減速器總成圖及零部件圖,完成設(shè)計(jì)計(jì)算,建立Pro/E模型圖,進(jìn)行中期檢查
第5~8 周(3月28日-4月24日)
4. 運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行主減速器有限元分析 第9~11 周(4月25日-5月15日)
5. 撰寫設(shè)計(jì)說明書并完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 第12周(5月16日-5月22日)
6. 完善設(shè)計(jì),提交指導(dǎo)老師審核并修改 第13~14周(5月23日-6月5日)
7. 提交系里評(píng)閱并修改,準(zhǔn)備答辯 第15~16周(6月6日-6月19日)
8. 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周(6月20日-6月26日)
五、參考文獻(xiàn)
[1] 胡磊. 汽車主減速器螺旋錐齒輪參數(shù)化建模與有限元分析[D].武漢理工大學(xué)論文,2008.4.
[2] 陳黎卿,李超,何欽章,陳睿. 汽車主減速器軸承受力分析及選型系統(tǒng)開發(fā)[J].軸承,2007.11.
[3]?吉建平. 汽車主減速器齒輪早期磨損分析及預(yù)防措施[J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2008.4.
[4] 李紅淵,李萍鋒.載重汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2009(10).
[5] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
[6] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.
[7] 唐金松.簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2000.
[8] 仝令勝,石博強(qiáng),申焱華,郭朋彥.45t鉸接式自卸車貫通式驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2008.2.
[9] 陳言東,王解生.驅(qū)動(dòng)橋主減速器殼體的有限元分析[J].制造業(yè)信息化,2009(10).
[10] 龔曙光,等.ANSYS工程應(yīng)用實(shí)例分析[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.
[11] 高耀東,郭喜平.ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用25例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.1.
[12] 馬雪潔,謝剛,王小林等. 基于ANSYS的準(zhǔn)雙曲面齒輪建模及有限元分析 [J]. 重型機(jī)械科技, 2004, (3) _4 .
[13] 萬尚國(guó). 微車主減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪靜力學(xué)有限元分析 [D]. 2010.
[14] 張朝暉,李樹奎.ANSYSll.0有限元分析理論與工程應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.12.
[15] 王霄,劉會(huì)霞.Pro/Engineer Wi ldfire3.0典型零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.
[16] Grama.R.Bhashyam.ANSYS Mechanical-A Powerful Nonlinear Simulation T001.ANSYS.Inc.275 Technology Drive Canonsburg,2002(9).
[17] Wang.Xiu-Shan,Yang.Jian-Guo,Wu.Hao.Building research on virtual prototypc of gear speed reducer based On Pro/E,ADAMS and ANSYS[J].Journalof Shanghai Jiaotong University,2007.
六、備注
指導(dǎo)教師意見:
簽字: 年 月 日
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)記錄
日期
2011.2.28
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
老師針對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行詳細(xì)的講解,對(duì)所收集的材料進(jìn)行檢查。指出材料準(zhǔn)備不夠充分,設(shè)計(jì)思路需要進(jìn)一步明確,并重新幫助調(diào)整設(shè)計(jì)思路,要求準(zhǔn)備開題報(bào)告。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.3.7
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
對(duì)開題報(bào)告進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)開題報(bào)告中的格式存在問題,技術(shù)路線不夠完善。老師針對(duì)技術(shù)路線進(jìn)行了詳細(xì)的分析與講解。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.3.14
地點(diǎn)
土木樓
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面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢查,并對(duì)主減速器結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了提問。發(fā)現(xiàn)對(duì)主減速器結(jié)構(gòu)不十分明確,要求查找相關(guān)書籍重新學(xué)習(xí)。對(duì)設(shè)計(jì)方案提出了一些改進(jìn)的意見。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
SY-025-BY-4
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)記錄
日期
2011.3.21
地點(diǎn)
土木樓
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面談
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(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
檢查主減速器設(shè)計(jì)計(jì)算,對(duì)計(jì)算中不明確的地方進(jìn)行指導(dǎo)。要求學(xué)習(xí)PRO/E及ANSYS軟件,做好后續(xù)準(zhǔn)備。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.3.28
地點(diǎn)
土木樓
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面談
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(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
檢查完成的主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算和初步繪制的主減速器裝配圖。指出了主減速器裝配圖中存在的錯(cuò)誤,并要求查找相關(guān)資料改正錯(cuò)誤,盡快完成裝配圖及零件圖。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.4.4
地點(diǎn)
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面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
檢查主減速器裝配圖及零件圖。指出了裝配圖及零件圖中的錯(cuò)誤,要求進(jìn)一步修改;同時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙合計(jì)總數(shù)不足,要求增添零件圖數(shù)量。對(duì)PRO/E及ANSYS軟件的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了檢查,要求加強(qiáng)學(xué)習(xí)。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
SY-025-BY-4
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)記錄
日期
2011.4.11
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(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
對(duì)主減速器的裝配圖及零件圖進(jìn)行了檢查,并指出其中的錯(cuò)誤;對(duì)主減速器的主要零部件的PRO/E模型進(jìn)行檢查,要求盡快完成所需建模的零件,做好中期檢查準(zhǔn)備。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.4.18
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(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
檢查了主減速器的裝配圖、零件圖及PRO/E建模零件。發(fā)現(xiàn)裝配圖及零件圖中的標(biāo)注存在錯(cuò)誤,要求仔細(xì)查找相關(guān)書籍改正錯(cuò)誤。指出了中期檢查中需要注意的事項(xiàng),要求做好中期檢查準(zhǔn)備。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.4.25
地點(diǎn)
土木樓
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(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
對(duì)中期檢查中檢查老師指出的錯(cuò)誤及建議作出分析,并給出修改意見,要求盡快修改完善。要求按照任務(wù)書中的進(jìn)度進(jìn)行主減速器主要零部件的ANSYS有限元分析。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
SY-025-BY-4
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)記錄
日期
2011.5.2
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
對(duì)中期檢查中問題的修改情況進(jìn)行檢查。對(duì)主減速器主要零部件的ANSYS有限元分析存在的問題給予建議,并幫助查閱相關(guān)資料,要求盡快完成有限元分析。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.5.9
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
檢查了主減速器裝配圖、零件圖及主要零部件的ANSYS有限元分析。指出了裝配圖及零件圖的不足,要求盡快完善。要求著手撰寫說明書。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.5.16
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
檢查了圖紙的完善程度及說明書的撰寫情況,指出了說明書中存在的格式問題,要求按照撰寫規(guī)范編寫,加快說明書的編寫。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
SY-025-BY-4
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)記錄
日期
2011.5.23
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
檢查了完成的主減速器裝配圖及零件圖,對(duì)存在的細(xì)節(jié)問題予以指出。仔細(xì)檢查了說明書,指出了存在的問題,要求盡快修改。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.5.30
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
進(jìn)一步對(duì)主減速器的裝配圖、零件圖及說明書進(jìn)行檢查,指出存在的問題,要求盡快修改,完善設(shè)計(jì)。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
日期
2011.6.6
地點(diǎn)
土木樓
指導(dǎo)方式
面談
指導(dǎo)記錄
(指導(dǎo)內(nèi)容、存在問題及解決思路)
對(duì)主減速器的裝配圖、零件圖及說明書進(jìn)行檢查,并指出了答辯中需要注意的事項(xiàng),要求做好答辯準(zhǔn)備。
學(xué)生(記錄人)簽名: 指導(dǎo)教師簽名:
畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)分表
學(xué)生姓名
陳健兵
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-1班
指導(dǎo)教師姓名
孫遠(yuǎn)濤
職稱
實(shí)驗(yàn)師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
基于PRO/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
序號(hào)
評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度,綜合訓(xùn)練情況;題目難易度
10
2
題目工作量;題目與工程實(shí)踐、社會(huì)實(shí)際、科研與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識(shí)能力(設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍,內(nèi)容深廣度及問題難易度);應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))能力;計(jì)算能力(數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力);外文應(yīng)用能力
20
5
計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力;對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力(或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力)
10
6
插圖(圖紙)質(zhì)量;設(shè)計(jì)說明書撰寫水平;設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性;創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計(jì)規(guī)范化程度(設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等)
5
8
科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)態(tài)度、紀(jì)律表現(xiàn);畢業(yè)論文進(jìn)度
10
得 分
X=
評(píng) 語:(參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語,注意反映該論文的特點(diǎn))
工作態(tài)度: 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
研究能力或設(shè)計(jì)能力:強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量: 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說明書規(guī)范性: 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性: 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量(設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性)
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他:
指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱人評(píng)分表
學(xué)生
姓名
陳健兵
專業(yè)
班級(jí)
車輛工程07-1班
指導(dǎo)教
師姓名
孫遠(yuǎn)濤
職稱
實(shí)驗(yàn)師
題目
基于PRO/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
評(píng)閱組或預(yù)答辯組成員姓名
出席
人數(shù)
序號(hào)
評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度,綜合訓(xùn)練情況;題目難易度
10
2
題目工作量;題目與工程實(shí)踐、社會(huì)實(shí)際、科研與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識(shí)能力(設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍,內(nèi)容深廣度及問題難易度);應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))能力;計(jì)算能力(數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力);外文應(yīng)用能力
25
5
計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力;對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力(或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力)
15
6
插圖(圖紙)質(zhì)量;設(shè)計(jì)說明書撰寫水平;設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性;創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計(jì)規(guī)范化程度(設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等)
5
得 分
Y=
評(píng) 語:(參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語,注意反映該論文的特點(diǎn))
回答問題: 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力:強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量: 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說明書規(guī)范性: 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性: 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量(設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性)
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他:
評(píng)閱人或預(yù)答辯組長(zhǎng)簽字: 年 月 日
注:畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)閱可以采用2名評(píng)閱教師評(píng)閱或集體評(píng)閱或預(yù)答辯等形式。
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯評(píng)分表
學(xué)生
姓名
陳健兵
專業(yè)
班級(jí)
車輛工程07-1班
指導(dǎo)
教師
孫遠(yuǎn)濤
職 稱
實(shí)驗(yàn)師
題目
基于PRO/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
答辯
時(shí)間
月 日 時(shí)
答辯組
成員姓名
出席
人數(shù)
序號(hào)
評(píng) 審 指 標(biāo)
滿
分
得
分
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度,綜合訓(xùn)練情況,題目難易度、工作量、與實(shí)際的結(jié)合程度
10
2
設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))能力、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力、計(jì)算能力、綜合運(yùn)用知識(shí)能力
10
3
應(yīng)用文獻(xiàn)資料、計(jì)算機(jī)、外文的能力
10
4
設(shè)計(jì)說明書撰寫水平、圖紙質(zhì)量,設(shè)計(jì)的規(guī)范化程度(設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等)、實(shí)用性、科學(xué)性和創(chuàng)新性
15
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備情況
5
6
畢業(yè)設(shè)計(jì)自述情況
20
7
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯回答問題情況
30
總 分
Z=
答辯過程記錄、評(píng)語:
自述思路與表達(dá)能力:好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
回答問題: 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力:強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量: 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說明書規(guī)范性: 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性: 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量(設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性)
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他:
答辯組長(zhǎng)簽字: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表
學(xué)生姓名
陳健兵
性別
男
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)
車輛工程
班級(jí)
07-1班
設(shè)計(jì)題目
基于PRO/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)分(開題、中檢、出勤)
指導(dǎo)教師姓名
職稱
指導(dǎo)教師
評(píng)分(X)
評(píng)閱教師姓名
職稱
評(píng)閱教師
評(píng)分(Y)
答辯組組長(zhǎng)
職稱
答辯組
評(píng)分(Z)
畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)
百分制
五級(jí)分制
答辯委員會(huì)評(píng)語:
答辯委員會(huì)主任簽字(蓋章): 院系公章: 年 月 日
注:1、平時(shí)成績(jī)(開題、中檢、出勤)評(píng)分按十分制填寫,指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師、答辯組評(píng)分按百分制填寫,畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績(jī)百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z
2、評(píng)語中應(yīng)當(dāng)包括學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題質(zhì)量、能力水平、設(shè)計(jì)(論文)水平、設(shè)計(jì)(論文)撰寫質(zhì)量、學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)實(shí)施或?qū)懽鬟^程中的學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)生答辯情況等內(nèi)容的評(píng)價(jià)。
優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)推薦表
題 目
基于PRO/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析
類別
畢業(yè)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
陳健兵
院(系)、專業(yè)、班級(jí)
汽車與交通工程學(xué)院車輛工程07-1班
指導(dǎo)教師
孫遠(yuǎn)濤
職 稱
實(shí)驗(yàn)師
設(shè)計(jì)成果明細(xì):
答辯委員會(huì)評(píng)語:
答辯委員會(huì)主任簽字(蓋章): 院、系公章: 年 月 日
備 注:
注:“類別”欄填寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)、其它
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研究目的和意義
輕型貨車在汽車行業(yè)中占有較大的比重,而主減速器是輕型貨車的一個(gè)重要部件,其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車輛的動(dòng)力性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性等多方面的設(shè)計(jì)要求。這就對(duì)主減速器設(shè)計(jì)人員提出較高的要求。在我國(guó)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式中以手工繪圖或采用AutoCAD 繪制二維平面圖,做出成品進(jìn)行試驗(yàn)為主,無法滿足快速設(shè)計(jì)的需求,造成產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)成本高。利用PRO/E及ANSYS軟件對(duì)主減速器的主要零件進(jìn)行建模和分析校核,能夠大大提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量,為輕型貨車的研發(fā)縮短了寶貴的時(shí)間。同時(shí),選擇輕型貨車減速器設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目,可以對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程進(jìn)行一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí),更最重要的是培養(yǎng)了我們綜合分析問題、理論聯(lián)系實(shí)際的能力,培養(yǎng)我們調(diào)查研究,正確熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等資料、工具的能力, 鍛煉自己的設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料、繪圖等獨(dú)立工作能力,為以后的工作打下基礎(chǔ)。
1.2 國(guó)內(nèi)外主減速器研究現(xiàn)狀
改革開放以來,中國(guó)的汽車工業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展,尤其是加入WTO以后,我國(guó)的汽車市場(chǎng)對(duì)外開發(fā),汽車工業(yè)逐漸成為世界汽車整體市場(chǎng)的一個(gè)重要組成部分。同樣,車用減速器也隨著整車的發(fā)展不斷成長(zhǎng)和成熟起來。
隨著高速公路網(wǎng)狀況的改善和國(guó)家環(huán)保法規(guī)的完善,環(huán)保、舒適、快捷成為客車和貨車市場(chǎng)的主旋律。對(duì)整車主要總成之一的驅(qū)動(dòng)橋而言,小速比、大扭矩、傳動(dòng)效率高、成本低逐漸成為客車和貨車主減速器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
產(chǎn)品上,國(guó)內(nèi)卡車市場(chǎng)用戶主要以承載能力強(qiáng)、齒輪疲勞壽命高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、易維護(hù)等特點(diǎn)的產(chǎn)品為首選。目前己開發(fā)的產(chǎn)品,如陜西漢德引進(jìn)德國(guó)公司技術(shù)的485單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋,一汽集團(tuán)和東風(fēng)公司的13噸級(jí)系列車橋?yàn)榇淼闹鳒p速器技術(shù),都是在有效吸收國(guó)外同類產(chǎn)品新技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求開發(fā)出來的高性能、高可靠性、高品質(zhì)的車橋產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本代表了國(guó)內(nèi)車用減速器發(fā)展的方向。通過整合和平臺(tái)化開發(fā),目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)形成了457、460、480、500等眾多成型穩(wěn)定產(chǎn)品,并被用戶廣泛認(rèn)可和使用。設(shè)計(jì)開發(fā)上,設(shè)計(jì)軟件先后應(yīng)用于主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和齒輪加工中,有限元分析、數(shù)模建立、虛擬試驗(yàn)分析等也被采用;齒輪設(shè)計(jì)也初步實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程的電算化。新一代減速器設(shè)計(jì)開發(fā)的突出特點(diǎn)是:不僅在產(chǎn)品性能參數(shù)上進(jìn)一步進(jìn)設(shè)計(jì)上完全遵從模塊化設(shè)計(jì)原則,產(chǎn)品配套實(shí)現(xiàn)車型的平臺(tái)化,造型和結(jié)構(gòu)更加合理,更宜于組織批量生產(chǎn),更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展,更能應(yīng)對(duì)頻繁的車型換代和產(chǎn)品系列化的特點(diǎn),這些都對(duì)基礎(chǔ)件產(chǎn)品提出愈來愈高的配套要求,需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上不斷地進(jìn)行二次開發(fā)和持續(xù)改進(jìn),以滿足快速多變的市場(chǎng)需求。
與國(guó)外相比,我國(guó)的車用減速器開發(fā)設(shè)計(jì)不論在技術(shù)上、制造工藝上,還是在成本控制上都存在不小的差距,尤其是齒輪制造技術(shù)缺乏獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力,技術(shù)手段落后。目前比較突出的問題是,行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱、工藝創(chuàng)新及管理水平低,企業(yè)管理方式較為粗放,相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔次,缺乏有國(guó)際影響力的產(chǎn)品品牌,行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步的步伐,提高管理水平,加快與國(guó)際先進(jìn)水平接軌,開發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)中國(guó)國(guó)情的高檔車用減速器總成,由仿制到創(chuàng)新,早日縮小并消除與世界先進(jìn)水平的差距。近幾年來,國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家,如重汽集團(tuán)、福田汽車、江淮汽車等通過與國(guó)外卡車巨頭,如沃爾沃、通用、五十鈴、現(xiàn)代、奔馳、雷諾等進(jìn)行合資合作,在車橋減速器的開發(fā)上取得了顯著的進(jìn)步。目前,上汽集團(tuán)、東風(fēng)、一汽、北汽等各大汽車集團(tuán)也正在開展合作項(xiàng)目,希望早日實(shí)與世界先進(jìn)技術(shù)的接軌,爭(zhēng)取設(shè)計(jì)開發(fā)的新突破[3]。
總體來說,車用減速器發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)是向著六高、二低、二化方向發(fā)展,即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高傳動(dòng)效率,低噪聲、低成本,標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化,計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用。從發(fā)動(dòng)機(jī)的大馬力、低轉(zhuǎn)速的發(fā)展趨勢(shì)以及商用車的最高車速的提升來看,公路用車橋減速器應(yīng)該向小速比方向發(fā)展:在最大輸出扭矩相同時(shí)齒輪的使用壽命要求更高;在額定軸荷相同時(shí),車橋的超載能力更強(qiáng);主減速器齒輪使用壽命更長(zhǎng)、噪音更低、強(qiáng)度更大,潤(rùn)滑密封性能更好;整體剛性好,速比范圍寬。
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)出小型低速載貨汽車主減速器、差速器、等傳動(dòng)裝置及橋殼等部件。使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品使用方便,材料使用最少,經(jīng)濟(jì)性能最高。
a. 提高汽車的技術(shù)水平,使其使用性能更好,更安全,更可靠,更經(jīng)濟(jì),更舒適,更機(jī)動(dòng),更方便,動(dòng)力性更好,污染更少。
b. 改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果,調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次,以便改善其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益
了解輕型商用車主減速器的基本結(jié)構(gòu),基本形狀,工作原理和設(shè)計(jì)方法,再依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的主減速器作為設(shè)計(jì)原型,在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下,獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的主減速器。首先確定主減速器的結(jié)構(gòu)形式;其次,據(jù)所給汽車參數(shù)合理的分配主減速器主、從動(dòng)齒輪模數(shù),齒數(shù),計(jì)算出主減速器的相關(guān)數(shù)據(jù),并對(duì)主減速器齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核;然后選擇合適該汽車使用的差速器類型,并對(duì)行星齒輪和半軸齒輪模數(shù),齒數(shù)進(jìn)行合理的分配并計(jì)算校核, 最后,利用Pro/E建模ANSYS軟件對(duì)主減速器的主要零件進(jìn)行分析校核,設(shè)計(jì)出符合該汽車使用的主減速器,并繪制出裝配圖和零件圖。
第2章 主減速器結(jié)構(gòu)方案確定
2.1 輕型貨車參數(shù)
車型:東風(fēng)EQ1060F
驅(qū)動(dòng)形式:4×2
裝載質(zhì)量:3噸
總質(zhì)量:6噸
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率:71kw 轉(zhuǎn)速:3200轉(zhuǎn)/分
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩:245 轉(zhuǎn)速:2200轉(zhuǎn)/分
輪胎型號(hào):7.50—16
主減速器比:i0=6.73
變速器傳動(dòng)比ig 低檔— 4.71 ;高檔 V擋—0.78
最高車速:90 km/h
2.2 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案
主減速器中必須保證主、從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況,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、裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外,與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。
2.2.1 主動(dòng)錐齒輪的支承
主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。
懸臂式支承結(jié)構(gòu)(圖2.1 a)的特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長(zhǎng)的軸頸,其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長(zhǎng)度倪和增加兩支承間的距離b,以改善支承剛度,應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外,使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承承受,而反向軸向力則由另一軸承承受。為了盡可能地增加支承剛度,支承距離b應(yīng)大于2.5倍的懸臂長(zhǎng)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。為了方便拆裝,應(yīng)使靠近齒輪的軸承的軸徑比另一軸承的支承軸徑大些??拷X輪的支承軸承有時(shí)也采用圓柱滾子軸承,這時(shí)另一軸承必須采用能承受雙向軸向力的雙列圓錐滾子軸承。支承剛度除了與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長(zhǎng)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)[4]。
懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
(a)主動(dòng)錐齒輪懸臂式 (b)主動(dòng)錐齒輪跨置式 (c)從動(dòng)錐齒輪
圖2.1 主減速器錐齒輪的支承形式
跨置式支承結(jié)構(gòu)(圖2.1 b)的特點(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,因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外,由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)相對(duì)安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小,可以縮短主動(dòng)齒輪軸的長(zhǎng)度,使布置更緊湊,并可減小傳動(dòng)軸夾角,有利于整車布置。但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承導(dǎo)向軸承所需要的軸承座,從而使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工成本提高。另外,因主、從動(dòng)齒輪之間的空間很小,致使主動(dòng)齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制,有時(shí)甚至布置不下或使齒輪拆裝困難。跨置式支承中的導(dǎo)向軸承都為圓柱滾子軸承,并且內(nèi)外圈可以分離或根本不帶內(nèi)圈。它僅承受徑向力,尺寸根據(jù)布置位置而定,是易損壞的一個(gè)軸承[5]。
在本設(shè)計(jì)中,由于載荷量超過2噸,故采用跨置式。
2.2.2 從動(dòng)錐齒輪的支承
圖2.2 從動(dòng)錐齒輪輔助支承 圖2.3 主、從動(dòng)錐齒輪的許用偏移量
從動(dòng)錐齒輪的支承(圖2.1 c),其支承剛度與軸承的形式、支承間的距離及軸承之間的分布比例有關(guān)。從動(dòng)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(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性,c+d應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能盡量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。
在具有大的主傳動(dòng)比和徑向尺寸較大的從動(dòng)錐齒輪的主減速器中,為了限制從動(dòng)錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移,在從動(dòng)錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支承(圖2.2)。輔助支承與從動(dòng)錐齒輪背面之間的間隙,應(yīng)保證偏移量達(dá)到允許極限時(shí)能制止從動(dòng)錐齒輪繼續(xù)變形。主、從動(dòng)齒輪受載變形或移動(dòng)的許用偏移量如圖2.3所示[6]。
2.3 主減速器齒輪的類型分析
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。
主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。
1、螺旋錐齒輪傳動(dòng)
螺旋錐齒輪傳動(dòng)(圖2.4a)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(zhǎng)上嚙合,而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。
(a)螺旋錐齒輪傳動(dòng) (b)雙曲面齒輪傳動(dòng) (c)圓柱齒輪傳動(dòng) (d)蝸桿傳動(dòng)
圖2.4 主減速器齒輪傳動(dòng)形式
2、雙曲面齒輪傳動(dòng)
雙曲面齒輪傳動(dòng)(圖2.4b)的主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相交,主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一距離E,此距離稱為偏移距。由于偏移距E的存在,使主動(dòng)齒輪螺旋角β1大于從動(dòng)齒輪螺旋角β2。根據(jù)嚙合面上法向力相等,可求出主、從動(dòng)齒輪圓周力之比:
(2.1)
式中:
F1、F2 主、從動(dòng)齒輪的圓周力,N;
β1 、β2 主、從動(dòng)齒輪的螺旋角。
螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的齒線任意一點(diǎn)A的切線TT與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)連線之間的夾角。在齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為中點(diǎn)螺旋角(圖2.5)。通常不特殊說明,則螺旋角系指中點(diǎn)螺旋角。
圖2.5雙曲面齒輪副受力情況
雙曲面齒輪傳動(dòng)比為:
(2.2)
式中:
i0s 雙曲面齒輪傳動(dòng)比;
r1 主動(dòng)齒輪平均分度圓半徑,mm;
r2 從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑,mm。
螺旋錐齒輪傳動(dòng)比i0L為:
(2.3)
令,則i0s=Ki0L。由于β1>β2,所以系數(shù)K>1,一般為1.25~1.50[7]。
3、圓柱齒輪傳動(dòng)
圓柱齒輪傳動(dòng)(圖2.4c)一般采用斜齒輪,廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋(圖2.6)和雙級(jí)主減速器貫通式驅(qū)動(dòng)橋。
4、蝸桿傳動(dòng)
蝸桿(圖2.4d)傳動(dòng)與錐齒輪傳動(dòng)相比有如下優(yōu)點(diǎn):
(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(dòng)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(dòng)的布置。
(4)能傳遞大的載荷,使用壽命長(zhǎng)。
5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,拆裝方便,調(diào)整容易。
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(dòng)效率較低。
蝸桿傳動(dòng)主要用于生產(chǎn)批量不大的個(gè)別重型多橋驅(qū)動(dòng)汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的大客車上[8]。
圖2.6 發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)轎車驅(qū)動(dòng)橋
2.4 主減速器的減速形式
主減速器的減速形式可分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單雙級(jí)貫通、單雙級(jí)減速配以輪邊減速等[9]。
2.4.1 單級(jí)主減速器
圖2.7 單級(jí)主減速器
可由一對(duì)圓錐齒輪、一對(duì)圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是其主傳動(dòng)比i0不能太大,一般i0≤7,進(jìn)一步提高i0將增大從動(dòng)齒輪直徑,從而減小離地間隙,且使從動(dòng)齒輪熱處理困難。
單級(jí)主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動(dòng)橋中。
2.4.2雙級(jí)主減速器
雙級(jí)主減速器與單級(jí)相比,在保證離地間隙相同時(shí)可得到大的傳動(dòng)比,i0一般為7~12。但是尺寸、質(zhì)量均較大,成本較高。它主要應(yīng)用于中、重型貨車、越野車和大客車上。
整體式雙級(jí)主減速器有多種結(jié)構(gòu)方案:第一級(jí)為錐齒輪,第二級(jí)為圓柱齒輪(圖2.9a);第一級(jí)為錐齒輪,第二級(jí)為行星齒輪;第一級(jí)為行星齒輪,第二級(jí)為錐齒輪(圖2.9b);第一級(jí)為圓柱齒輪,第二級(jí)為錐齒輪(圖2.9c)。對(duì)于第一級(jí)為錐齒輪、第二級(jí)為圓柱齒輪的雙級(jí)主減速器,可有縱向水平(圖2.9d)、斜向(圖2.9e)和垂向(圖2.9f)三種布置方案。
在具有錐齒輪和圓柱齒輪的雙級(jí)主減速器中分配傳動(dòng)比時(shí),圓柱齒輪副和錐齒輪副傳動(dòng)比的比值一般為1.4~2.0,而且錐齒輪副傳動(dòng)比一般為1.7~3.3,這樣可減小錐齒輪嚙合時(shí)的軸向載荷和作用在從動(dòng)錐齒輪及圓柱齒輪上的載荷,同時(shí)可使主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)適當(dāng)增多,使其支承軸頸的尺寸適當(dāng)加大,以改善其支承剛度,提高嚙合平穩(wěn)性和工作可靠性。
圖2.8 雙級(jí)主減速器
雙速主減速器(圖2.8)內(nèi)由齒輪的不同組合可獲得兩種傳動(dòng)比。它與普通變速器相配合,可得到雙倍于變速器的擋位。雙速主減速器的高低擋減速比是根據(jù)汽車的使用條件、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及變速器各擋速比的大小來選定的。大的主減速比用于汽車滿載行駛或在困難道路上行駛,以克服較大的行駛阻力并減少變速器中間擋位的變換次數(shù);小的主減速比則用于汽車空載、半載行駛或在良好路面上行駛,以改善汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和提高平均車速。
雙速主減速器的換擋是由遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的,一般有電磁式、氣壓式和電一氣壓綜合式操縱機(jī)構(gòu)。由于雙速主減速器無換擋同步裝置,因此其主減速比的變換是
在停車時(shí)進(jìn)行的。雙速主減速器主要在一些單橋驅(qū)動(dòng)的重型汽車上采用[10]。
(a) (b) (c)
(d) (e)
圖2.9 雙級(jí)主減速器布置方案
2.4.3貫通式主減速器
貫通式主減速器(圖2.10 a,b)根據(jù)其減速形式可分成單級(jí)和雙級(jí)兩種。單級(jí)貫通式主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,質(zhì)量小,并可使中、后橋的大部分零件,尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性等優(yōu)點(diǎn),主要用于輕型多橋驅(qū)動(dòng)的汽車上。
根據(jù)減速齒輪形式不同,單級(jí)貫通式主減速器又可分為雙曲面齒輪式及蝸輪蝸桿式兩種結(jié)構(gòu)。雙曲面齒輪式單級(jí)貫通式主減速器(圖2.10a)是利用雙曲面齒輪副軸線偏移的特點(diǎn),將一根貫通軸穿過中橋并通向后橋。但是這種結(jié)構(gòu)受主動(dòng)齒輪最少齒數(shù)和偏移距大小的限制,而且主動(dòng)齒輪工藝性差,主減速比最大值僅在5左右,故多用于輕型汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋上。當(dāng)用于大型汽車時(shí),可通過增設(shè)輪邊減速器或加大分動(dòng)器速比等方法來加大總減速比。蝸輪蝸桿式單級(jí)貫通式主減速器(圖2.10 b)在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下可得到較大的速比。它使用于各種噸位多橋驅(qū)動(dòng)汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置。另外,它還具有工作平滑無聲、便于汽車總布置的優(yōu)點(diǎn)。如蝸桿下置式布置方案被用于大客車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋中,可降低車廂地板高度。
對(duì)于中、重型多橋驅(qū)動(dòng)的汽車,由于主減速比較大,多采用雙級(jí)貫通式主減速器。根據(jù)齒輪的組合方式不同,可分為錐齒輪一圓柱齒輪式和圓柱齒輪一錐齒輪式兩種形式。錐齒輪一圓柱齒輪式雙級(jí)貫通式主減速器(圖2.10a)可得到較大的主減速比,但是結(jié)構(gòu)高度尺寸大,主動(dòng)錐齒輪工藝性差,從動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承,支承剛度差,拆裝也不方便[11]。
(a) 錐齒輪一圓柱齒輪式 (b)圓柱齒輪一錐齒輪式
1-貫通軸 2-軸間差速器
圖2.10 雙級(jí)貫通式主減速器
2.4.4 單雙級(jí)減速配輪邊減速器
在設(shè)計(jì)某些重型汽車、礦山自卸車、越野車和大型公共汽車的驅(qū)動(dòng)橋時(shí),由于傳動(dòng)系總傳動(dòng)比較大,為了使變速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸等總成所受載荷盡量小,往往將驅(qū)動(dòng)橋的速比分配得較大。當(dāng)主減速比大于12時(shí),一般的整體式雙級(jí)主減速器難以達(dá)到要求,此時(shí)常采用輪邊減速器。這樣,不僅使驅(qū)動(dòng)橋的中間尺寸減小,保證了足夠的離地間隙,而且可得到較大的驅(qū)動(dòng)橋總傳動(dòng)比。另外,半軸、差速器及主減速器從動(dòng)齒輪等零件由于所受載荷大為減小,使它們的尺寸可以減小。但是由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪旁均設(shè)一輪邊減速器,使結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本提高,布置輪轂、軸承、車輪和制動(dòng)器較困難。
綜上分析,本設(shè)計(jì)中采用單級(jí)減速器就能滿足要求。
2.5 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。
第3章 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇與計(jì)算
3.1主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定
1、按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
(3.1)
(3.2)
式中:
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩245 ;
由發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比31.7;
傳動(dòng)系上述傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率, =0.9;
由于“猛接合”離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù),取1;
n 該車驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目,n取1;
汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷;
輪胎對(duì)地面的附著系數(shù),取0.85;
——分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率。
2、主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為:
(3.3)
式中:
Ga 汽車滿載總質(zhì)量,N;
GT 所牽引的掛車的滿載總質(zhì)量,N;但僅用于牽引車的計(jì)算;
rr 車輪滾動(dòng)半徑,m;
fR 道路滾動(dòng)阻力系數(shù),對(duì)于載貨汽車可取0.015~0.02;
fH 汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù),對(duì)于載貨汽車取0.05~0.09。
表3.1 車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力
計(jì)算載荷
主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
主減速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
差速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
,中的較小者
700
2800
980
210.9
1750
210.9
3.2主減速器齒輪參數(shù)的選擇
1、 主、從動(dòng)齒數(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,z1,z2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z1一般不小于6;主傳動(dòng)比i0較大時(shí),z1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,z1和z2應(yīng)有適宜的搭配[12]。
主減速器的傳動(dòng)比為6.73,初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1=7,從動(dòng)齒輪齒數(shù)z2=41。
2、從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑d2及端面模數(shù)mt的選擇
根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩見式3.1和式3.2并取兩式計(jì)算結(jié)果中較小的一個(gè)作為計(jì)算依據(jù),按經(jīng)驗(yàn)公式選出:
(3.4)
式中:
Kd2——直徑系數(shù),取Kd2=13~15.3;
Tj——計(jì)算轉(zhuǎn)矩,N·m,取,較小的,=6989.5。
計(jì)算得, d2=286.796mm
d2選定后,可按式m=d2/z2算出從動(dòng)齒輪大端模數(shù),并用下式校核:
(3.5)
所以有:d1=49mm d2=287mm。
3、螺旋錐齒輪齒面寬的選擇
通常推薦圓錐齒輪從動(dòng)齒輪的齒寬F為其節(jié)的錐距0.3倍。對(duì)于汽車工業(yè),主減速器螺旋錐齒輪面寬度推薦采用:
F=0.155=45mm
4、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(shì),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)。
5、法向壓力角a的選擇
壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度,減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù),但對(duì)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,一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來說,載貨汽車可選用20°壓力角。
6、主從動(dòng)錐齒輪幾何計(jì)算
計(jì)算結(jié)果如表
表3.2 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)
7
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
41
3
模數(shù)
7
4
齒面寬
=45mm
5
工作齒高
8.3mm
6
全齒高
=13.22mm
7
法向壓力角
=20°
8
節(jié)圓直徑
=
49mm
=287mm
9
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=9.69°
=80.31°
10
節(jié)錐距
A==
A=145.58mm
11
齒頂高
=8.61mm
=3.29mm
12
齒根高
=
=4.61mm
=9.93mm
13
外圓直徑
=
=65.97mm
=288.11mm
3.3主減速器錐齒輪的強(qiáng)度校核
主減速器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(zhǎng),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)于主減速器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(guó)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(rùn)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(rùn)滑。
1、單位齒長(zhǎng)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(zhǎng)圓周力來估算,即: (3.6)
式中:
p——單位齒長(zhǎng)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Te max和最大附著力矩G2Φrr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):
(3.7)
式中:
Te max——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩,在此取245N·m;
ig —— 變速器的傳動(dòng)比;
d1 —— 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑,在此取49mm。
按上式計(jì)算一檔時(shí): N/mm
表3.3 許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力[p] (N/mm)
類別
檔位
一檔
二檔
直接檔
轎車
893
536
321
載貨汽車
1429
250
公共汽車
982
214
牽引汽車
536
250
由表可知p<[p]=1429 N/mm,因此錐齒輪的表面耐磨性滿足要求。
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σw(N/mm2)為:
(3.8)
式中:
——齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩;
K0——超載系數(shù),1.0;
Ks——尺寸系數(shù);
Km——載荷分配系數(shù)取Km =1;
Kv——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),查表得,J=0.2
按Tje計(jì)算:
主動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力σw1=439.2 N/mm<700 N/mm
從動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力σw2=666.67 N/mm<700 N/mm
按Tjm計(jì)算:
主動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力σw1=106.71 N/mm<210.9N/mm
從動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力σw2=161.22 N/mm<210.9N/mm
綜上所述計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。
3、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σj(N/mm)為:
(3.9)
式中:
Tjz——主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩;
Cp——材料的彈性系數(shù),對(duì)于鋼制齒輪副取232.6N1/2/mm;
d1——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑,49.84mm;
Ks——尺寸系數(shù),Ks =1;
Kf——表面質(zhì)量系數(shù),對(duì)于制造精確的齒輪可取1;
F——齒面寬,取齒輪副中較小值即從動(dòng)齒輪齒寬37.64mm;
大齒輪齒數(shù)
J—— 計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù),J =0.2。
接觸強(qiáng)度計(jì)算用J
小齒輪齒數(shù)
圖3.1 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J
按Tje計(jì)算:
σj=2478.96<2800 N/mm
按Tjm計(jì)算:
σj=1221.77<1750N/mm
接觸強(qiáng)度滿足校核。
3.4主減速器的軸承選擇
軸承的計(jì)算主要是計(jì)算軸承的壽命。設(shè)計(jì)時(shí),通常是先根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)尺寸初步確定軸承的型號(hào),然后驗(yàn)算軸承壽命。影響軸承壽命的主要外因是它的工作載荷及工作條件,因此在驗(yàn)算軸承壽命之前,應(yīng)先求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力、圓周力,然后再求出軸承反力,以確定軸承載荷。
1、作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力
如圖 所示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向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
圖3.2 主動(dòng)錐齒輪工作時(shí)受力情況
為計(jì)算作用在齒輪的圓周力,首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中,由于變速器擋位的改變,且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài),故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明,軸承的主要損壞形式為疲勞損傷,所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算[13]:
(3.10)
式中:
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,在此取245N·m;
fi1,fi2…fi2R——變速器在各擋的使用率,可參考選取0.5%,2%,5%,15%,77.5%;
ig1,ig2…igR——變速器各擋的傳動(dòng)比4.71,3.82,2.44,1.55,0.78;
fT1,fT2…fTR——變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率,可參選取50%,60%,70%,70%,60%。
表 3.4 及的參考值
變速器
檔位
車型
轎車
公共汽車
載貨汽車
III擋
IV擋
IV擋
IV擋帶
超速檔
IV擋
IV擋帶
超速檔
V擋
<80
>80
I
II
III
IV
V
1
9
90
1
4
20
75
0.8
2.5
16
80..7
2
6
27
65
1
4
15
50
—
1
3
11
85
0.5
3.5
7
59
—
0.5
2
5
15
77.5
I
II
III
IV
V
60
60
50
70
65
60
60
65
60
50
50
70
70
60
60
70
70
60
60
—
50
60
70
60
50
60
70
70
—
50
60
70
70
60
注:表中Kr=Te max/(0.1Ga),
式中:
Te max——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,N·m;
Ga——汽車總重,kN。
經(jīng)計(jì)算Td=232.34N·m
齒面寬中點(diǎn)的圓周力P為:
=11490.6N (3.11)
式中:
T——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩。主動(dòng)齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩T1d;
dm——該齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑。對(duì)于螺旋錐齒輪:
由此可得:
d1m=40.44mm
d2m =242.6mm;
計(jì)算錐齒輪的軸向力與徑向力根據(jù)條件選用表3.5中公式。
表 3.5 圓錐齒輪軸向力與徑向力
主動(dòng)齒輪
軸向力
徑向力
螺旋方向
旋轉(zhuǎn)
方向
右
左
順時(shí)針
反時(shí)針
右
左
反時(shí)針
順時(shí)針
主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽?;旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針:
=8783.08N (3.12)
= 3698.31N (3.13)
式中:
α——齒廓表面的法向壓力角20;
γ1——主動(dòng)齒輪的節(jié)錐角9.69;
γ2——從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角80.31。
因?yàn)檩斎胼S的軸向力等于輸出軸的徑向力,輸入軸的徑向力等于輸出軸的軸向力,所以: N
N
2、主減速器軸承載荷的計(jì)算
圖 3.3 主減速器軸承的布置尺寸
軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時(shí),還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力,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,支承形式和軸承位置已初步確定,計(jì)算出齒輪的軸向力、徑向力圓周力后,則可計(jì)算出軸承的徑向載荷。
對(duì)于采用跨置式的主動(dòng)錐齒輪和跨置式的從動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷,如圖3.4所示
軸承A,B的徑向載荷分別為:
= (3.14)
(3.15)
式中:已知P,R1,A1 , d1m , a=35mm,b=20mm,c=15mm。
所以,軸承A的徑向力RA=7641.7N
軸承B的徑向力RB=9062.3N
軸承的壽命為:
(3.16)
式中:
ft ——為溫度系數(shù),在此取1.0;
fp ——為載荷系數(shù),在此取1.2;
Cr——額定動(dòng)載荷,N:其值根據(jù)軸承型號(hào)確定。
此外對(duì)于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說,主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為:
r/m (3.17)
式中:
rr——輪胎的滾動(dòng)半徑,0.373m;
vam——汽車的平均行駛速度,km/h;對(duì)于載貨汽車和公共汽車可取30~35 km/h,在此取35 km/h。
所以有上式可得n2==242.9 r/min
主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速n1=242.9×6.73=1645.6 r/min。
所以軸承能工作的額定軸承壽命:
(3.18)
式中: n 軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速,1645.6r/min。
若大修里程S定為100000公里,可計(jì)算出預(yù)期壽命即:
(3.19)
所以==2941.18 h
對(duì)于軸承A和B,分別是單獨(dú)一個(gè)軸承,根據(jù)尺寸,在此軸承A選用N205E型軸承,d=25mm,D=52mm,Cr=27.5KN[14]。
對(duì)于軸承A,在此徑向力RA=7641.7N,軸向力A=8783.08.N。
當(dāng)量動(dòng)載荷:
Q=RA=7641.7N (3.20)
所以軸承的使用壽命為:
==8127.54h>2941.18 h=
所以軸承A符合使用要求。
對(duì)于軸承B,徑向力RB=9062.3N,軸向力A=3698.3,所以A/R=0.47>e
X=0.4,Y=1.6
當(dāng)量動(dòng)載荷:
Q= fd(XRB+YA)
式中:fd——沖擊載荷系數(shù)在此取1.2;
所以,Q=1.2(0.4×12255.53+1.6×7204.88)=19715.7N
===3731.02 h>3076.9 h=
所以軸承B符合使用要求。
軸承C,D的徑向載荷
=7170.8 N (3.21)
=7685.1 N (3.22)
上式=210㎜ =120㎜ =90㎜
因?yàn)檩S承C,D是對(duì)稱安裝,且型號(hào)承受載荷相同,所以C,D的軸承壽命相同,所以計(jì)算軸承C的壽命即可。
按當(dāng)量轉(zhuǎn)矩求出軸承的徑向載荷及軸向載荷以后,即可按下式求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷:
N
式中:
——徑向系數(shù);
——軸向系數(shù)。
對(duì)單列圓錐滾子軸承來說,當(dāng)時(shí), =1, =0;當(dāng)時(shí),,值及判斷參數(shù)見軸承手冊(cè)或產(chǎn)品樣本。
因?yàn)檩S承型號(hào)均為30211,所以=0.4。
所以對(duì)于前軸承C來說,,所以=0.4,=1.7;
N (3.23)
在實(shí)際中,常以小時(shí)數(shù)表示軸承的額定壽命:
對(duì)于軸承C:
=5192.96 h >2941.18 h=
(3.24)
式中:
——軸承計(jì)算轉(zhuǎn)速,;可根據(jù)汽車的平均行駛速度計(jì)算。對(duì)于主減速器主動(dòng)齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
=242.9 (3.25)
式中:
——輪胎滾動(dòng)半徑,m;
——汽車的平均行駛速度,km/h;對(duì)于載貨汽車可取為30-35 km/h。取35km/h;
所以軸承C,D符合使用要求。
3.5主減速器相關(guān)零部件的設(shè)計(jì)
3.5.1差速器的設(shè)計(jì)
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。[20]
1、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3.5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3.4 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3.4),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 (3.26)
若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示,則
(3.27)
式(3.27)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(3.27)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)。
2、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(jiǎn)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3.5所示)。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。
1-軸承;2-左外殼;3-墊片;4-半軸齒輪;5-墊圈;6-行星齒輪; 7-從動(dòng)齒輪;8-右外殼;
9-十字軸;10-螺栓
圖3.5 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器
3、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)
(1)行星齒輪數(shù)目的選擇
載貨汽車多用4個(gè)行星齒輪。
(2)行星齒輪球面半徑(mm)的確定
圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑,它就是行星齒輪的安裝尺寸,實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距,在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。
球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定:
(mm) (3.28)
式中:——行星齒輪球面半徑系數(shù),2.52~2.99;
——,取,較小的者即=6989.5。
經(jīng)計(jì)算=48.18~57.17mm,取=55mm
差速器行星齒輪球面半徑確定后,即根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距:
=(0.98~0.99)=53.9~54.45mm 取54mm (3.29)
(3)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 (3.30)
式中: z2L ,z2r——左,右半軸齒數(shù),z2L =z2r;
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)=18,滿足條件。
(4)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:
(3.31)
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):
=5.24 (3.32)
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):GB/T12368-1990,取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=5mm;
確定模數(shù)后,節(jié)圓直徑d即可由下式求得:
(3.33)
(5)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。
(6)行星齒輪安裝孔直徑及其深度L的確定
行星齒輪安裝孔與行星齒輪名義直徑相同,而行星齒輪安裝孔的深度L就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度,如圖3.6所示。
圖3.6 安裝孔直徑及其深度L
=26(mm)
=24 mm (3.34)
式中:
——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩6989.5;
n——行星齒輪數(shù)4;
——行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x,mm. ,是半軸齒輪齒面寬
中點(diǎn)處的直徑,l=36mm;
[]——支承面的許用擠壓應(yīng)力,取為69MPa.。
4、差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算
表3.6差速器用直齒錐齒輪的幾何尺寸,表中計(jì)算用的弧齒厚系數(shù)τ如圖3.8,取τ=-0.0485。
切向修正系數(shù)
圖4.4 汽車差速器直齒錐齒輪切向修正系數(shù)(弧齒系數(shù))
表3.6汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表(長(zhǎng)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)
=18
3
模數(shù)
=5mm
4
齒面寬
F=(0.25~0.30)A;
b≤10m
18mm
5
工作齒高
=8mm
6
全齒高
8.951
7
壓力角
22.5°
8
軸交角
90°
9
節(jié)圓直徑
;
10
節(jié)錐角
,
=29.05°
11
節(jié)錐距
=54mm
12
周節(jié)
=3.1416
=15.708mm
13
齒頂高
;
=5.27mm
=2.72mm
14
齒根高
=1.788-;=1.788-
=3.67mm;
=6.22mm
15
徑向間隙
=-=0.188+0.051
=0.991mm
16
齒根角
=;
=4.03°; =6.82°
17
面錐角
;
=35.87°=64.9°
18
根錐角
;
=25.02°
=54.13°
19
外圓直徑
;
mm
mm
20
節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離
mm
mm
21
理論弧齒厚
=8.69 mm
=7.018 mm
22
齒側(cè)間隙
=0.127~0.178 mm
=0.0.15mm
5、差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
相嚙合另一齒輪齒數(shù)
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)常處于嚙合狀態(tài),只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí),或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí),差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng),所以差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算,而對(duì)于疲勞壽命則不予考慮。
求
綜
合
系
數(shù)
的
齒
輪
齒
數(shù)
圖3.8彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為:
(3.35)
式中:T——差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩,;
(3.36)
==1048.42;
n——差速器行星齒輪數(shù)目4;
——半軸齒輪齒數(shù)18;
——超載系數(shù)1.0;
——質(zhì)量系數(shù)1.0;
——尺寸系數(shù)=0.6661;
——載荷分配系數(shù)1.1;
F——齒面寬18mm;
m——模數(shù)5mm;
J——計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力的總和系數(shù)0.225,見圖3.8。
以計(jì)算得:==766.37 MPa<[]=980 MPa
3.5.2其他零部件的尺寸確定
1、叉形凸緣的基本尺寸的確定
(1)根據(jù)主動(dòng)錐齒輪軸的軸頸初步確定叉形凸緣花鍵出的直徑為32mm。叉形凸緣螺栓孔的距離為104mm,螺栓孔距離叉形凸緣邊緣的距離為15mm。
(2)叉形凸緣連接螺栓的強(qiáng)度校核
剪切應(yīng)力:
式中:
rd 螺栓分布半徑;
n 螺栓數(shù)量,n=4;
s 螺栓截面面積;
[τ] 螺栓材料的須用應(yīng)力,選用材料為40號(hào)調(diào)制剛,[τ]=300MPa。
計(jì)算得
=137.19MPa
因此叉形凸緣連接螺栓符合要求。
2、軸承座的基本尺寸的確定
軸承座的寬度為37mm,連接螺栓的距離為123mm,螺栓孔中心距軸承座邊緣的距離為14