貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì).doc

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學(xué)校代碼： 10128 學(xué) 號(hào)：201320306017 學(xué)年論文 題 目： 中型貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 徐文超 學(xué) 院： 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 班 級(jí)： 車(chē)輛工程13-1 指導(dǎo)教師： 劉占峰老師 2017年 1 月 11日 摘要： 貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 摘 要：汽車(chē)后橋作為整車(chē)的一個(gè)關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式對(duì)整車(chē)對(duì)整車(chē)的安全使用性能影響是非常大的，而且隨著我們對(duì)汽車(chē)安全和使用性能的不斷重視，我們必須對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行有效地優(yōu)化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)參照傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)方式，進(jìn)行了輕型貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；后橋；貨車(chē) 目 錄 摘 要…………………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1 1 前言 ………………………………………………………………………………………1 1.1 課題背景及目的 …………………………………………………………………1 1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………………2 1.3 課題研究方法………………………………………………………………………2 1.4 論文研究?jī)?nèi)容………………………………………………………………………3 2 驅(qū)動(dòng)橋總體設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………3 2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)……………………………………………………………………………3 2.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案…………………………………………………………………4 3 主減速器的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇………………………………………………………5 3.1.1 主減速器的減速形式………………………………………………………5 3.1.2主減速器的齒輪類(lèi)型………………………………………………………6 3.1.3 主減速器錐齒輪的支撐形式及安置方法………………………6 3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………7 3.2.1 主減速齒輪計(jì)算載荷的確定………………………………………………7 3.2.2 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇……………………………………………9 3.3 雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算……………………………………………………10 3.4 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………12 3.4.1 單位齒長(zhǎng)上的圓周力……………………………………………………12 3.4.2 輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………13 3.4.3 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………14 3.5 主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算………………………………………………15 3.5.1 錐齒輪齒面上的作用力…………………………………………………15 3.5.2 錐齒輪的軸向力和徑向力………………………………………………16 3.5.3 錐齒輪軸承的載荷………………………………………………………17 3.6 主減速器齒輪的材料及熱處理…………………………………………………20 3.7 主減速器的潤(rùn)滑…………………………………………………………………21 4 差速器設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………………………22 4.1 差速器類(lèi)型的選擇………………………………………………………………22 4.2 差速器齒輪的基本參素?cái)?shù)選擇…………………………………………………23 4.2.1 行星齒輪數(shù)目的選擇……………………………………………………23 4.2.2 行星齒輪球面半徑的確定………………………………………………23 4.2.3 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇………………………………………23 4.2.4 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………………24 4.2.5 壓力角……………………………………………………………………24 4.2.6 行星齒輪安裝孔直徑及其深度的確定…………………………………25 4.3 差速器齒輪的幾何參數(shù)計(jì)算……………………………………………………25 4.4 差速器齒輪與強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………27 5 結(jié)論………………………………………………………………………………………27 6參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………….27 1 前言 1.1 課題背景及目的 隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和汽車(chē)技術(shù)的提高，驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)和制造工藝都在日益完善。驅(qū)動(dòng)橋和其他汽車(chē)總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織專(zhuān)業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。應(yīng)采用能以幾種典型的零部件，以不同方案組合的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)方式達(dá)到驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的系列化或變形的目的，或力求做到將某一類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)橋以更多或增減不多的零件，用到不同的性能、不同噸位、不同用途并由單橋驅(qū)動(dòng)到多橋驅(qū)動(dòng)的許多變形汽車(chē)上。 本設(shè)計(jì)要求根據(jù)載貨汽車(chē)在一定的程度上有貨車(chē)的較好載貨性能，行駛范圍廣的特點(diǎn)，要求驅(qū)動(dòng)橋在保證日常使用基本要求的同時(shí)極力強(qiáng)調(diào)其對(duì)惡劣路況的適應(yīng)力。驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)最重要的系統(tǒng)之一，是為汽車(chē)傳輸和分配動(dòng)力所設(shè)計(jì)的。通過(guò)本課題設(shè)計(jì)，使我們對(duì)所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行一次全面的，系統(tǒng)的回顧和總結(jié)，提高我們獨(dú)立思考能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。 1.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 隨著汽車(chē)向采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化方向發(fā)展以及路面條件的改善,近年來(lái)主減速比有減小的趨勢(shì),以滿(mǎn)足高速行駛的要求。 為減小驅(qū)動(dòng)輪的外廓尺寸,目前主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪。實(shí)踐和理論分析證明，螺旋錐齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒齒輪的最小齒數(shù)少。顯然采用螺旋錐齒輪在同樣傳動(dòng)比下，主減速器的結(jié)構(gòu)就比較緊湊。此外，它還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲較小等優(yōu)點(diǎn)。因而在汽車(chē)上曾獲得廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，準(zhǔn)雙曲面齒輪在廣泛應(yīng)用到轎車(chē)的基礎(chǔ)上，愈來(lái)愈多的在中型、重型貨車(chē)上得到采用。 在現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展中，對(duì)主減速器的要求除了扭矩傳輸能力、機(jī)械效率和重量指標(biāo)外，它的噪聲性能已成為關(guān)鍵性的指標(biāo)。噪聲源主要來(lái)自主、被動(dòng)齒輪。噪聲的強(qiáng)弱基本上取決于齒輪的加工方法。區(qū)別于常規(guī)的加工方法，采用磨齒工藝，采用適當(dāng)?shù)哪ハ鞣椒梢韵跓崽幚碇挟a(chǎn)生的變形。因此，與常規(guī)加工方法相比，磨齒工藝可獲得很高的精度和很好的重復(fù)性。 汽車(chē)在行駛過(guò)程中的使用條件是千變?nèi)f化的。為了擴(kuò)大汽車(chē)對(duì)這些不同使用條件的適應(yīng)范圍，在某些中型車(chē)輛上有時(shí)將主減速器做成雙速的，它既可以得到大的主減速比又可得到所謂多檔高速，以提高汽車(chē)在不同使用條件下的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 1.3 課題研究方法 本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋在結(jié)構(gòu)上比較特殊，所以首先我會(huì)通過(guò)到汽修廠或者4S店找到自己想要設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)，其次我會(huì)通過(guò)上網(wǎng)查閱資料和利用圖書(shū)館的圖書(shū)資源來(lái)進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的計(jì)算，在設(shè)計(jì)過(guò)程中有不懂的也會(huì)請(qǐng)教指導(dǎo)老師，在老師的指導(dǎo)下完成本次的設(shè)計(jì)。 1.4 論文研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容：國(guó)內(nèi)外載貨汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的研究資料論述、驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案選擇、主減速器設(shè)計(jì)計(jì)算、差速器設(shè)計(jì)計(jì)算。 2 驅(qū)動(dòng)橋總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)傳動(dòng)系的主要組成部分。汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(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(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)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(chē)架或車(chē)廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。它要保證當(dāng)變速器處于最高擋時(shí)，在良好的路面上有足夠的牽引力以克服行駛阻力和獲得汽車(chē)最大的速度，這主要取決于驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比。雖然在汽車(chē)的整體設(shè)計(jì)時(shí)，從整車(chē)性能出發(fā)決定驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比，但是用什么形式的驅(qū)動(dòng)橋、什么結(jié)構(gòu)的主減速器和差速器等在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中要具體考慮。決大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車(chē)上是縱置的，為了使扭矩傳給車(chē)輪，驅(qū)動(dòng)橋必須改變扭矩的方向，同時(shí)根據(jù)車(chē)輛的具體要求解決左右扭矩的分配。整體式驅(qū)動(dòng)橋一方面需要承擔(dān)汽車(chē)的載荷；另一方面車(chē)輪上的作用力以及傳遞扭矩所產(chǎn)生的作用力矩都要由驅(qū)動(dòng)橋承擔(dān)，所以驅(qū)動(dòng)橋的零件必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證機(jī)件的可靠工作。驅(qū)動(dòng)橋還必須滿(mǎn)足通過(guò)性和平順性的要求。 在一般的汽車(chē)結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置和橋殼等組成。它們應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和壽命、良好的工藝、合適的材料和熱處理等。對(duì)零件應(yīng)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑并減少系統(tǒng)的振動(dòng)和噪音等[1]。 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式雖然可以各不相同，但在使用中對(duì)它們的基本要求卻是一致的，其基本要求可以歸納為： （1） 所選擇的主減速比能滿(mǎn)足車(chē)在給定使用條件下有最佳動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 （2） 差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪能以汽車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷（無(wú)脈動(dòng)）地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。 （3） 當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與地面的附著系數(shù)不同時(shí)，應(yīng)能充分利用汽車(chē)的牽引力。 （4） 能承受和傳遞路面和車(chē)架式車(chē)廂的鉛垂力、縱向力和橫向力以及驅(qū)動(dòng)時(shí)的反作用力矩和制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩。 （5） 驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改善汽車(chē)的平順性。 （6） 輪廓尺寸不大以便于汽車(chē)的總體布并與所要求的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙相適應(yīng)。 （7） 齒輪與其他傳動(dòng)機(jī)件工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲。 （8） 驅(qū)動(dòng)橋總成及零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿(mǎn)足零件的標(biāo)準(zhǔn)化，部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車(chē)變型的要求。 2.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案 驅(qū)動(dòng)橋的總成的結(jié)構(gòu)型式，按其總體布置來(lái)說(shuō)有三種：普通的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋、帶有擺動(dòng)半軸的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋合和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋[5]。 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的懸架形式密切相關(guān)。當(dāng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為非斷開(kāi)式（或稱(chēng)為整體式），即驅(qū)動(dòng)橋是一根連接左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性空心梁，而主減速器、差速器及車(chē)輪傳動(dòng)裝置（由左、右半軸組成）都裝在它里面。當(dāng)采用獨(dú)立懸架時(shí)，為保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為斷開(kāi)式。這種驅(qū)動(dòng)橋無(wú)剛性的整體外殼，主減速器及其殼體裝在車(chē)架或車(chē)身上，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪則與車(chē)架或車(chē)身作彈性聯(lián)系，并可彼此獨(dú)立地分別相對(duì)于車(chē)架或車(chē)身作上下擺動(dòng)，車(chē)輪傳動(dòng)裝置采用萬(wàn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了防止運(yùn)動(dòng)干涉，應(yīng)采用花鍵軸或一種允許兩軸能有適量軸向移動(dòng)的萬(wàn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一跟支承在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)論上的剛性空心梁，而主減速器、差速器及半軸等傳動(dòng)機(jī)件都裝在其中。這時(shí)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的質(zhì)量以及傳動(dòng)軸的部分質(zhì)量都是屬于汽車(chē)的非懸掛質(zhì)量，使汽車(chē)的非懸掛質(zhì)量較大，這是普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的一個(gè)缺點(diǎn)。整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋通過(guò)彈性懸架與車(chē)架連接。非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的質(zhì)量以及傳動(dòng)軸的部分質(zhì)量都是屬于汽車(chē)的非懸掛質(zhì)量。因此，在汽車(chē)的平順性、操縱穩(wěn)定性和通過(guò)性等方面不如斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。但是斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝性好、成本低、工作可靠、維修調(diào)整容易，因而廣泛用在各種載貨汽車(chē)、客車(chē)及多數(shù)的越野汽車(chē)和部分轎車(chē)上。 1—主減速器 2—套筒 3—差速器 4、7—半軸 5—調(diào)整螺母 6—調(diào)整墊片 8—橋殼 圖.1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，考慮到所設(shè)計(jì)的輕型載貨汽車(chē)的載重和各種要求，其價(jià)格要求要盡量低，故其生產(chǎn)成本應(yīng)盡可能降低。另由于輕型載重汽車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋并無(wú)特殊要求，和路面要求并不高，故本設(shè)計(jì)采用普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋?，F(xiàn)代驅(qū)動(dòng)橋主要由主減速器、差速器、車(chē)輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。其結(jié)構(gòu)圖如1所示： 3 主減速器的設(shè)計(jì) 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 3.1.1 主減速器的減速形式 單級(jí)主減速器：由于單級(jí)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用在主減速比i0<7.6的各種中、小型汽車(chē)上。根據(jù)該輕型載貨汽車(chē)的的載荷小，主傳動(dòng)比〈7.6的特點(diǎn)，采用單級(jí)主減速器優(yōu)勢(shì)突出。 3.1.2 主減速器的齒輪類(lèi)型 螺旋錐齒輪 雙曲面齒輪 圓柱齒輪傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 圖2 主減速器的幾種齒輪類(lèi)型 在現(xiàn)代汽車(chē)驅(qū)動(dòng)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。雙曲面齒輪其主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角也都是采用90。主動(dòng)齒輪軸相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸有向上或向下的偏移，稱(chēng)為上偏置或下偏置。這個(gè)偏移量稱(chēng)為雙曲面齒輪的偏移距。當(dāng)偏移距大到一定程度時(shí)，可使一個(gè)齒輪軸從另一個(gè)齒輪軸旁通過(guò)。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。這對(duì)于增強(qiáng)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(dòng)齒輪的螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃?dòng)齒輪副的法向模數(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(dòng)齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動(dòng)齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)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?dòng)的主動(dòng)齒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(fù)荷可提高至175％。雙曲面主動(dòng)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(dòng)比傳動(dòng)。當(dāng)要求傳動(dòng)比大而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪更為合理。因?yàn)槿绻３謨煞N傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑一樣，則雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對(duì)于主減速比i0≥4.5的傳動(dòng)有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動(dòng)比小于2時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪相對(duì)于螺旋錐齒輪主動(dòng)齒輪就顯得過(guò)大，這時(shí)選用螺旋錐齒輪更合理，因?yàn)楹笳呔哂休^大的差速器可利用空間。 由于雙曲面主動(dòng)齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo)致其進(jìn)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(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)工作得更加平穩(wěn)、無(wú)噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車(chē)的總布置帶來(lái)方便[1]。 中型載貨汽車(chē)的傳動(dòng)比大于5，且對(duì)離地間隙有較高的要求，鑒于上述雙曲面齒輪具有的特點(diǎn)，選擇雙曲面齒輪的主減速器。這種主減速器由一對(duì)圓錐齒輪、一對(duì)圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，零件結(jié)構(gòu)如3所示． 1—螺母; 2—后橋凸緣; 3—油封; 4—前軸承; 5—主動(dòng)錐齒輪調(diào)整墊片; 6—隔套; 7—墊片; 8—位置調(diào)整墊片; 9—后軸承;10—主動(dòng)錐齒輪 圖3 主動(dòng)錐齒輪及調(diào)整裝置零件圖 3.1.3 主減速器錐齒輪的支撐形式及安置方法 在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下，主減速器主動(dòng)齒輪的支承型式及安置方法，對(duì)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(chē)主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式有懸臂式、騎馬式兩種。裝載質(zhì)量為2t以上的汽車(chē)主減速器主動(dòng)齒輪都是采用騎馬式支承。但是騎馬式支承增加了導(dǎo)向軸承支座，是主減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高。轎車(chē)和裝載質(zhì)量小于2t的貨車(chē)，常采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小、成本較低的懸臂式結(jié)構(gòu)。在這里采用懸臂式結(jié)構(gòu)合理。 圖4 懸臂式支承 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、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(shí)應(yīng)使他們的圓錐滾子的大端相向朝內(nèi)，小端相背朝外。 3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 主減速齒輪計(jì)算載荷的確定 按以下三種工況進(jìn)行從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 （1）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(chē)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(Tje、Tjh)的較小者，作為載貨汽車(chē)和越野汽車(chē)在強(qiáng)度計(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： =6221 Nm 　 （1） =12112 Nm （2） 式中： Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)量大轉(zhuǎn)矩，Nm；300 Nm i1——變速器最低檔傳動(dòng)比i1=7.31 i0—— 主減速比i0= 6.333 ——上述傳動(dòng)部分的效率，取=0.9 ——負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)1.3 Kd——超載系數(shù)，對(duì)于一般載貨汽車(chē)、礦用汽車(chē)和越野汽車(chē)以及液力傳動(dòng)的各類(lèi)汽車(chē)取Kd=1 n——該車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目取1 G2——汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；對(duì)后橋來(lái)說(shuō)還應(yīng)考慮到汽車(chē)加速時(shí)的負(fù)荷增大量；32550 N ——輪胎對(duì)路面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車(chē)，取=0.85；對(duì)越野汽車(chē)取=1.0；對(duì)于安裝專(zhuān)門(mén)的肪滑寬輪胎的高級(jí)轎車(chē)取=1.25；貨車(chē)為一般公路用車(chē)取=0.85；此車(chē)取0.85 rr——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，m；0.394m ，——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(例如輪邊減速器等)。該車(chē)無(wú)輪邊減速器，故=97%，=1; 故Tc=6221 Nm （2）上面求得的計(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的依據(jù)。對(duì)于公路車(chē)輛來(lái)說(shuō)，使用條件較非公路車(chē)輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均比牽引力的值來(lái)確定的，即主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm (Nm)為： [5] （3） =2101.5 Nm 式中： Ga——汽車(chē)滿(mǎn)載總重，N；取60000N GT——所牽引的掛車(chē)滿(mǎn)載總重，N，但僅用于牽引車(chē)； fR——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，計(jì)算時(shí)轎車(chē)取fR＝0.010～0.015；載貨汽車(chē)取0.015～0.020；越野汽車(chē)取0.020～0.035；該車(chē)取0.015 fH——汽車(chē)正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)。通常，轎車(chē)取0.08；載貨汽車(chē)和城市公共汽車(chē)取0.05～0.09；長(zhǎng)途公共汽車(chē)取0.06～0.10，越野汽車(chē)取0.09～0.30。該車(chē)取0.07; fP——汽車(chē)或汽車(chē)列車(chē)的性能系數(shù)： =-6.6 由于fP計(jì)算為負(fù)，取0值。則fP=0 注意：當(dāng)計(jì)算主減速器主動(dòng)齒輪時(shí)，應(yīng)將各式分別除以該齒輪的減速比及傳動(dòng)效率。 （3）主動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)矩計(jì)算[5] Tz=TC/ i0=6221 /0.955.3=1235.55 Nm （4） Tz’=Tjm/ i0=2101.5/0.955.3=417.38Nm （5） 式中： Tc，Tjm——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm。按最低檔傳動(dòng)比時(shí)Tc ＝6221Nm，按從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm?。?101.5Nm i0 ——主減速比6.333； ——上述傳動(dòng)部分的效率，取=95%； 3.2.2 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 （1）齒數(shù)的選擇。對(duì)于單級(jí)主減速器，當(dāng)i0較大時(shí)，則應(yīng)盡量使主動(dòng)齒輪的齒數(shù)取值小些，以得到滿(mǎn)意的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙。當(dāng)i0≥6時(shí)，z1的最小值可取為5，但為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強(qiáng)度，Z1最好大于5。當(dāng)i0較小(如i0=3.5～5)時(shí)，引可取為7～12，但這時(shí)常常會(huì)因主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)太多、尺寸太大而不能保證所要求的橋下離地間隙。為了磨合均勻，主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)z1，z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，其齒數(shù)之和對(duì)于載貨汽車(chē)應(yīng)不少于40，對(duì)于轎車(chē)應(yīng)不少于50。 本車(chē)的主減速比為5.3，主減速比較小，參考文獻(xiàn)[5]表3-10、3-13后選用Z1=8，Z2=35；實(shí)際主減速比為4.4；Z1+Z2=43>40符合要求。 （2）節(jié)圓直徑和端面模數(shù)的選擇。可根據(jù)文獻(xiàn)[1]推薦的從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩中取較小值按經(jīng)驗(yàn)公式選出： （6） =（13.0～16.0）=（239.09～294.27） 式中： d2——從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm； Kd2——直徑系數(shù)，Kd2=13.0～16.0； Tc——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm; 6221 Nm 初選=260 則齒輪端面模數(shù)=/=260/35=7.43 ==357.43=260.05 （3）齒面寬的選擇。汽車(chē)主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒面寬B(mm)推薦為[10]： B=0.155d2 （7） =0.155260.5＝38.09mm 式中： d2——從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，260.05mm。 　　　 小錐齒輪的齒面寬一般要比大錐齒輪的大10%,故取41.90mm。 （4）雙曲面齒輪的偏移距E。轎車(chē)、輕型客車(chē)和輕型載貨汽車(chē)主減速器的E值，不應(yīng)超過(guò)從動(dòng)齒輪節(jié)錐距A0的40%(接近于從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑d 2的20%)；而載貨汽車(chē)、越野汽車(chē)和公共汽車(chē)等重負(fù)荷傳動(dòng)，E則不應(yīng)超過(guò)從動(dòng)齒輪節(jié)錐距A0的20%（或取E值為d：的10%～12%，且一般不超過(guò)12%）。傳動(dòng)比愈大則正也應(yīng)愈大，大傳動(dòng)比的雙曲面齒輪傳動(dòng)，偏移距E可達(dá)從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑d2的20％～30％。但當(dāng)E大干d2的20％時(shí)，應(yīng)檢查是否存在根切[5]。該車(chē)屬輕負(fù)荷傳動(dòng)，故取E為30mm。 （5）雙曲面齒輪的偏移方向與螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的螺旋方向。它是這樣規(guī)定的，由從動(dòng)齒輪的錐頂向其齒面看去并使主動(dòng)齒輪處于右側(cè)，這時(shí)如果主動(dòng)齒輪在從動(dòng)齒輪中心線上方時(shí)，則為上偏移，在下方時(shí)則為下偏移。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(shí)主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽笮瑥膭?dòng)齒輪為右旋；上偏移時(shí)主動(dòng)齒輪為右旋，從動(dòng)齒輪為左旋[1]。 該車(chē)取下偏移主動(dòng)齒輪為左旋，從動(dòng)齒輪為右旋。 （7）齒輪法向壓力角的選擇。格里森制規(guī)定轎車(chē)主減速器螺旋錐齒輪選用1430′，或16的法向壓力角；載貨汽車(chē)和重型汽車(chē)則應(yīng)分別選用20、2230′的法向壓力角。對(duì)于雙曲面齒輪，由于其主動(dòng)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(chē)選用2230′的平均壓力角，轎車(chē)選用19的平均壓力角。當(dāng)zl≥8時(shí)，其平均壓力角均選用2115′[1]。 該轎車(chē)取齒輪法向壓力角為20 3.3 雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算 表1 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸參數(shù)表[5] 序 號(hào) 項(xiàng) 目 符號(hào) 數(shù)值 1 主動(dòng)齒輪齒數(shù) 8 2 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 35 3 端面模數(shù) 7.43 mm 4 主動(dòng)齒輪齒面寬 41.90 mm 5 從動(dòng)齒輪齒面寬 38.09 mm 6 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑 59.43 mm 7 從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑 260.05mm 續(xù)表1 序 號(hào) 項(xiàng) 目 符號(hào) 數(shù)值 8 主動(dòng)齒輪節(jié)錐角 12.88 9 從動(dòng)齒輪節(jié)錐角 77.12 10 節(jié)錐距 133.31mm 11 偏移距 30mm 12 主動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角 45.84 13 從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角 34.23 14 平均螺旋角 40.04 15 刀盤(pán)名義半徑 114.30mm 16 從動(dòng)齒輪齒頂角 1.12 17 從動(dòng)齒輪齒根角 6.34 18 主動(dòng)齒輪齒頂高 7.26mm 19 從動(dòng)齒輪齒頂高 1.77 mm 20 主動(dòng)齒輪齒根高 5.75mm 21 從動(dòng)齒輪齒根高 11.84mm 22 螺旋角 35 23 徑向間隙 1.51mm 24 從動(dòng)齒輪的齒工作高 11.5mm 25 主動(dòng)齒輪的面錐角 18.81 26 從動(dòng)齒輪的面錐角 78.24 27 主動(dòng)齒輪的根錐角 11.52 3.4 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 3.4.1 單位齒長(zhǎng)上的圓周力 （8） 式中： p——單位齒長(zhǎng)上的圓角力，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Teamx和最大附著力矩兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算； F——從動(dòng)齒輪的齒面寬，mm。 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： （9） 第一擋： 135 N/< 210 N/ 直接檔： =479 N/< 700 N/ 式中： Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，Nm； ig——變速器傳動(dòng)比，常取1檔及直接檔進(jìn)行計(jì)算；１檔為4.3；直接檔為１ d1——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，59.43mm。 F—一從動(dòng)齒輪的齒面寬，38.09mm n——該車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目；該客車(chē)采用發(fā)動(dòng)機(jī)后置后驅(qū)ｎ為１ ——分動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)比; 按驅(qū)動(dòng)輪打滑的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： (10) 式中： 則Ｐ＝1150MPa〈1429MPa 許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力如下表2 　　　　　　　　　　 表2 許用單位齒長(zhǎng)上的圓周 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算 按最大附著力矩計(jì)算 檔位 1檔 2檔 直接檔 附著系數(shù) 轎車(chē) 893 536 321 893 0.85 貨車(chē) 1429 250 1429 0.85 公共汽車(chē) 982 214 0.85 牽引汽車(chē) 536 250 0.65 目前，由于技術(shù)的進(jìn)步，可在上述許用值的基礎(chǔ)上增加10%—25%，從上可知設(shè)計(jì)的齒輪符合要求。 3.4.2 輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車(chē)主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力 (N／mm2)為： (11) 按(Tje、Tjh)較小值校核 主動(dòng)齒輪的彎曲強(qiáng)度： =2027 〈2800N/ 從動(dòng)齒輪的彎曲強(qiáng)度校核： =1109 〈1750N/ 式中： Tj——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm，對(duì)于主動(dòng)齒輪還需將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上； K0—一超載系數(shù)；取1 Ks——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)m≥1.6mm時(shí)，Ks==0.829； Km——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，Km＝1.00~1.10；當(dāng)一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)，Km＝1.10~1.25。支承剛度大時(shí)取小值；Km取1.1 Kv——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)輪齒接觸良好、周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取Kv＝1； F——計(jì)算齒輪的齒面寬38.09mm； Z——計(jì)算齒輪的齒數(shù)是8； m——端面模數(shù)7.43mm； J——計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。參照?qǐng)D5=0.28 圖5 計(jì)算用彎曲綜合系數(shù) 3.4.3 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算 圓錐齒輪與雙曲面齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力 (MPa)為： (12) 按(Tje、Tjh)較小值校核輪齒的接觸強(qiáng)度： =2027 MPa< 式中: Tz、Tc——分別為主動(dòng)齒輪的工作轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，Nm； 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，46.818mm； Kf——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取Kf=1； F——齒面寬，38.09mm，取齒輪副中的較小值(一般為從動(dòng)齒輪齒面寬)； J一一計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)，J取0.17。主、從動(dòng)齒輪的接觸應(yīng)力是相同的。當(dāng)按日常行駛轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)，許用接觸應(yīng)力為1750MPa；當(dāng)按計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)，許用接觸應(yīng)力為2800MPa。計(jì)算時(shí)應(yīng)將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上。 3.5 主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算 3.5.1 錐齒輪齒面上的作用力 齒寬中點(diǎn)處的圓周力： (13) 式中： T—作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩見(jiàn)下式[5]： 其中： --發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 --變速器在各擋的使用率，參考文獻(xiàn)[5]的表3-14選取 --變速器各擋的傳動(dòng)比 --變速器在各擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率，參考文獻(xiàn)[5]的表3-41選取 其中，為變速器處于第i檔時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 所以主動(dòng)錐齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩為=261 Nm --該齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑 （14） mm （15） 主動(dòng)齒輪有： =50.27 F1=10.38KN 對(duì)于從動(dòng)齒輪有： （16） =12.32 KN 式（14）—（15）中： --從動(dòng)齒輪齒面寬 --從動(dòng)齒輪節(jié)錐角 --分別為主、從動(dòng)齒輪的螺旋角 --分別為主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù) 3.5.2 錐齒輪的軸向力和徑向力 （1）軸向力 主動(dòng)齒輪： （17） =10800 N 從動(dòng)齒輪： （18） =2310 N （2）徑向力 主動(dòng)齒輪： （19） =2060 N 從動(dòng)齒輪： （20） =9700 N 上述的式4個(gè)式中，為錐齒輪的法向壓力角；為螺旋角：為節(jié)錐角 當(dāng)錐齒輪齒面所受的圓周力、軸向力與徑向力計(jì)算確定后，根據(jù)主減速器軸承的布置尺寸，即可求出軸承所受的載荷。主動(dòng)錐齒輪軸的材料選用40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。[11]查表7-1得材料的強(qiáng)度極限 =700MPa；查表7-12得 =65MPa 可以推出軸所滿(mǎn)足條件的最小直徑： （21） =25.69mm 其中c由文獻(xiàn)[13]的表7-11中取得c=100；；n分別為發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率和轉(zhuǎn)速，其值由表2-1中可得。 即取=30 mm 3.5.3 錐齒輪軸承的載荷 (1)主動(dòng)齒輪軸承的選擇 初選 a=65,b=40 軸承A，B的徑向載荷分別為 （22） （23） 已知 =10.80KN，=2.06KN，a=65mm,b=40mm, 所以由式（22）和（23）得: 軸承A的徑向力 軸承B的徑向力 KN 軸承A，B的徑向載荷分別為 KN 對(duì)于軸承A，承受軸向載荷和徑向載荷所以采用圓錐滾子軸承，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷Q=XR+YA Q——當(dāng)量動(dòng)載荷 X——徑向系數(shù) Y——軸向系數(shù) 此時(shí)X=0.4，Y=1.9[5] 所以Q=16.830.4+10.81.9=27.25 根據(jù)公式： (24) 式中: ——為溫度系數(shù)，在此取1.0; ——為載荷系數(shù)，在此取1.2 ε——壽命指數(shù)，取ε= 所以==2.70310s 假設(shè)汽車(chē)行駛十萬(wàn)公里大修，對(duì)于無(wú)輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來(lái)說(shuō)，主減速器的主動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 (25) 式中： ——輪胎的滾動(dòng)半徑為390mm n——軸承計(jì)算轉(zhuǎn)速 ——汽車(chē)的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車(chē)和公共汽車(chē)可取30～35 km/h，在此取35km/h。 所以有上式可得==238.72 r/min 所以軸承能工作的額定軸承壽命： h (26) 式中: ——軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min。 由上式可得軸承A的使用壽命 代入公式(2-25) C=97.86KN A軸承選 32307 GB/T 297-94[5] 對(duì)于軸承B，承受徑向載荷和徑向載荷所以采用圓錐滾子軸承，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷Q=XR+YA Q——當(dāng)量動(dòng)載荷 X——徑向系數(shù) Y——軸向系數(shù) Q=7.02KN 根據(jù)公式(24) C=25.66KN B軸承選 30208 GB/T 297-94[6] （2）從動(dòng)齒輪軸承的選擇 初選c=75mm,d=85mm. KN 從動(dòng)齒輪軸向力 (27) ——從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角，其值為34.23； ——從動(dòng)齒輪根錐角，其值為70.78。 KN 從動(dòng)齒輪徑向力 KN 從動(dòng)輪齒寬中點(diǎn)處分度圓直徑 mm 對(duì)于軸承C, 徑向力 (28) KN 軸向力 當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR=YA 其中e=0.3[5] 此時(shí)X=1,Y=0, 所以Q=9.42KN。 根據(jù)公式(24)： C=28.56KN 選取30210圓錐滾子軸承[5]。 對(duì)于軸承D, 徑向力 (29) KN 軸向力FAc=0 當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR=YA e=0.3[6] 此時(shí)X=1,Y=0, 所以Q=6.47KN。 根據(jù)公式(24)得 C=24.52KN 軸承D選取30210圓錐滾子軸承[5]。 從上可知設(shè)計(jì)的齒輪符合要求。 3.6 主減速器齒輪的材料及熱處理 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作相當(dāng)繁重，與傳動(dòng)系其他齒輪比較，它具有載荷大、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板彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕(剝落)、磨損和擦傷等。據(jù)此對(duì)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求[13]： （1）具有高的彎曲疲勞強(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）輪齒芯部應(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)律性易控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少制造成本并降低廢品率； （4）選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適應(yīng)我國(guó)的情況。例如，為了節(jié)約鎳、鉻等我國(guó)發(fā)展了以錳、釩、硼、鈦、鉬、硅為主的合金結(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。 汽車(chē)主減速器和差速器圓錐齒輪與雙曲面齒輪目前均用滲碳合金鋼制造。常用的鋼號(hào)有20CrMnTi，22CrMnMo，20CrNiMo，20MnVB和20Mn2TiB。 用滲碳合金鋼制造齒輪，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度可高達(dá)HRC58～64，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)m>8時(shí)為HRC29～45，當(dāng)m<8時(shí)為HRC32～45。 對(duì)于滲碳層深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù)m≤5時(shí)，為0.9～1.3mm；m>5～8時(shí)，為1.0～1.4mm；m>8時(shí)，為1.2～1.6mm。所以此設(shè)計(jì)中的滲碳層深度為1.0mm 由于新齒輪潤(rùn)滑不良，為了防止齒輪在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期磨損，圓錐齒輪與雙曲面齒輪副(或僅大齒輪)在熱處理及精加工(如磨齒或配對(duì)研磨)后均予以厚度為0.005～0.010～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面鍍層不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤(rùn)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進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)的溫度低，故不會(huì)引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可顯著降低，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[11]。 3.7 主減速器的潤(rùn)滑 主減速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤(rùn)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(rùn)滑，因?yàn)槠錆?rùn)堵不能靠潤(rùn)滑油的飛濺來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，通常是在從動(dòng)齒輪的前端近主動(dòng)齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專(zhuān)門(mén)的集油槽，將飛濺到殼體內(nèi)壁上的部分潤(rùn)滑油收集起來(lái)再經(jīng)過(guò)進(jìn)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錐浪子的小端通向大端，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(rùn)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(rùn)滑油能流進(jìn)差速器，有的采用專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)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謂油，應(yīng)在主減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應(yīng)避開(kāi)油濺所及之處。加油孔應(yīng)設(shè)置在加油方便處，抽孔位置也決定了油面位置低處，但應(yīng)考慮到汽車(chē)在通過(guò)障礙時(shí)放油塞不易被撞掉。 4 差速器設(shè)計(jì)與計(jì)算 根據(jù)汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車(chē)輪、道路以及它們之間的相互關(guān)系表明：汽車(chē)在行駛過(guò)程中左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是有差別的。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車(chē)輪的行程總要比內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)。另外，即使汽車(chē)作直線行駛，也會(huì)由于左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路面垂向波形的不同，或由于左右車(chē)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(chē)輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求車(chē)輪行程不等。在左右車(chē)輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸將動(dòng)力傳給左右車(chē)輪，則會(huì)由于左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速雖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(chē)輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)使輪胎過(guò)早磨損、無(wú)益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)左右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有差速器，后者保證了汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車(chē)輪在行程不等時(shí)具有以不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿(mǎn)足了汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求[2]。 4.1 差速器類(lèi)型的選擇 1—軸承; 2—調(diào)整螺母; 3,7—差速器殼; 4—半軸齒輪墊片; 5—半軸齒輪; 6—行星齒輪; 8—軸架; 9—長(zhǎng)軸; 10—行星齒輪止推片; 11—短軸 圖6 差速器零件圖 本設(shè)計(jì)采用普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器。此種差速器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛地用在轎車(chē)、客車(chē)和各種公路用載貨汽車(chē)上．有些越野汽車(chē)也采用了這種結(jié)構(gòu)．普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪(少數(shù)汽車(chē)采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車(chē)多采用2個(gè)行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個(gè)行星齒輪的差逮器采用十字軸結(jié)構(gòu))，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。如上圖6所示。 4.2 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 4.2.1 行星齒輪數(shù)目的選擇 轎車(chē)常用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車(chē)和越野汽車(chē)多用4個(gè)行星齒輪，少數(shù)汽車(chē)采用3個(gè)行星齒輪。此設(shè)計(jì)采用4個(gè)行星齒輪。 4.2.2 行星齒輪球面半徑RB(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RB，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代替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(lái)確定： (30) KB——行星齒輪球面半徑系數(shù)，KB=2.52～2.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的轎車(chē)和公路載貨汽車(chē)取小值；對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的轎車(chē)以及越野汽車(chē)、礦用汽車(chē)取最大值；取KB=2.9 md——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm。 按上式可以計(jì)算出行星齒輪球面半徑RB為41.984 mm RB確定后，即可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距： A0=(0.98～0.99) RB （31） 此設(shè)計(jì)選用較大值41.56mm 4.2.3 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。此設(shè)計(jì)行星齒輪的齒數(shù)選z1擇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)。 考慮到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)z2L、z2R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，軸齒輪的齒數(shù)選z２用18。 4.2.4 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 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角、： ＝＝29.050 （32） ＝＝60.950 （33） 式中： z1、z2——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)： （34） ＝＝4.04 算出模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得： （35） 　 行星齒輪節(jié)圓直徑＝10＝40.4mm 　 半軸齒輪節(jié)圓直徑＝184.03＝72.72mm 　 齒面寬的選擇 雙曲面齒輪的輪齒面寬ｂ2(mm)推薦為[10]： bz＝（0.250～0.300）A0＝（0.250～0.300）41.16 　　?。?0.39～12.468mm 式中： d——齒輪節(jié)圓直徑，mm。 　　并且F要小于10m　即40mm。 考慮到齒輪強(qiáng)度要求取12mm。 4.2.5 壓力角 過(guò)去汽車(chē)差速器齒輪都選用20壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為l，而最少齒數(shù)是13。目前汽車(chē)差速器齒輪大都選用2230′，的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減至10，并且在小齒輪(行星齒輪)齒頂不變尖的條件下還可由切向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。由于這種齒形的最少齒數(shù)比壓力角為20的少，故可用較大的模數(shù)以提高齒輪的強(qiáng)度[1]。 此設(shè)計(jì)差速器齒輪大采用2230′的壓力角，齒高系數(shù)取0.8 4.2.6 行星齒輪安裝孔直徑及其深度L的確定 （36） ＝22.0323 mm T0——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，3034.395 Nm； n——行星齒輪數(shù)；4 rd——為行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木喔?，mm；； []——支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為98MPa。 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。通常取 ＝1.122.2857＝24.2355 mm 4.3 差速器齒輪的幾何參數(shù)計(jì)算 表3 汽車(chē)差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 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(mǎn)足式（3-4） =20 3 模數(shù) =4.16 4 齒面寬 b=(0.25～0.30)A;b≤10m 13.38mm 5 工作齒高 =6.66 6 全齒高 7.49 7 壓力角 22.5 8 軸交角 =90 9 節(jié)圓直徑 ； 10 節(jié)錐角 ， =28.81=61.19 11 節(jié)錐距 =47.5mm 12 周節(jié) =3.1416 =13.11mm 13 齒頂高 ; =4.41mm =2.25mm 14 齒根高 =1.788-;=1.788- =3.03mm; =4.89mm 15 徑向間隙 =-=0.188+0.051 =0.83mm 16 齒根角 =; =3.65; =5.88 續(xù)表3 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 17 面錐角 ； =34.69=64.84 18 根錐角 ； =25.16=55.31 19 外圓直徑 ； mm mm 20 節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 mm mm 21 齒側(cè)間隙 =0.250m