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斯太爾重型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)及建模說明書
摘要
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。
本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)；然后參考類似驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案；最后對(duì)主，從動(dòng)錐齒輪，差速器圓錐行星齒輪，半軸齒輪，全浮式半軸和整體式橋殼的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核。
本設(shè)計(jì)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：由于的是采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，使得整個(gè)后橋的結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝簡單，從而大大的降低了制造成本。并且，弧齒錐齒輪的單級(jí)主減速器提高了后橋的傳動(dòng)效率，提高了傳動(dòng)的可行性。
關(guān)鍵字：驅(qū)動(dòng)橋；主減速器；差速器；半軸；橋殼；輪邊減速器
Abstract
along with the automobile to the security, the energy conservation, the environmental protection unceasing takes seriously, the automobile rear axle of car takes a complete bikes's key component, its product's quality to complete bikes's safety handling and the complete bikes performance's influence is very big, thus carries on the effective optimization design computation to the automobile rear axle of car is very essential.
the driving axle takes automobile one of four big units, its performance quality immediate influence complete bikes performance, but appears regarding the truck especially important. When uses the uprated engine to output the big torque satisfies the present truck fast, the heavy load high efficiency, the high benefit need, must match one highly effective, the reliable driving axle. The driving axle generally by the main gear box, the differential device, the wheel transmission device and the driving axle shell and so on is composed. Will therefore use the transmission efficiency high single stage deceleration driving axle to become in the future the heavy load automobile's development direction.
this article referred to the traditional driving axle's design method to carry on the truck driving axle's design. This article first determines major component's structure pattern and the main design variable; Then the reference similar driving axle's structure, determines the overall project design; Finally to the host, the driven bevel gear, the differential device circular cone planet gear, the rear axle shaft gear, the full floating axle and the integral-type bridge shell's intensity carried on the examination as well as has carried on the life examination to the supporting bearing.
this design has the following merit: What because uses the central single stage deceleration driving axle, causes the entire rear axle of car the structure to be simple, the fabrication technology is simple, thus big reduced the production cost. And, the arc cusp gear's single stage main gear box raised the rear axle of car transmission efficiency, enhanced the transmission feasibility. key words: Driving axle main gear box differential device rear axle bridge shell
keywords: driving axle; main reducer; differential mechanism; half shaft; bridge shell; wheel-side reducer
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符號(hào)表
從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩
主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩
動(dòng)載系數(shù)
主從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)
液力變矩器變矩系數(shù)
從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)
變速器一檔傳動(dòng)比
從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑
主減速傳動(dòng)比
端面模數(shù)
傳動(dòng)效率
主動(dòng)錐齒輪齒面寬
驅(qū)動(dòng)橋數(shù)
從動(dòng)錐齒輪齒面寬
滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上靜載荷
中點(diǎn)螺旋角
汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)
法向壓力角
附著系數(shù)
直徑系數(shù)
車輪滾動(dòng)半徑
模數(shù)系數(shù)
主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比
單位齒長圓周力
主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率
輪齒上的圓周力
汽車日常行駛平均牽引力
變速器傳動(dòng)比
主動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力
過載系數(shù)
尺寸系數(shù)
齒面載荷分度系數(shù)
質(zhì)量系數(shù)
計(jì)算齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)
齒面品質(zhì)系數(shù)
綜合彈性系數(shù)
齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)
從動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑
從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑
從動(dòng)齒輪節(jié)錐角
行星齒輪球面半徑
行星齒輪球面半徑系數(shù)
行星齒輪節(jié)錐距
錐齒輪大端端面模數(shù)
行星齒輪軸直徑
支承長度
綜合系數(shù)
車輪附著力矩
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)角
半軸長度
材料切變模量
半軸斷面極慣性矩
直徑系數(shù)
地面垂直反力在危險(xiǎn)斷面內(nèi)引起的垂直彎矩
牽引力在水平面內(nèi)引起的彎矩
危險(xiǎn)斷面所受轉(zhuǎn)矩
垂直平面的抗彎截面系數(shù)
水平面的抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
內(nèi)側(cè)車輪地面垂直反力
外側(cè)車輪地面垂直反力
側(cè)滑時(shí)附著系數(shù)
太陽輪齒數(shù)
內(nèi)齒圈齒數(shù)
行星輪齒數(shù)
行星輪數(shù)
行星齒輪傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)
小齒輪名義轉(zhuǎn)矩
太陽輪傳遞轉(zhuǎn)矩
齒寬系數(shù)
許用彎曲應(yīng)力
許用擠壓應(yīng)力
目錄
1 概述 1
2 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 2
2.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 2
2.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 2
3 主減速器設(shè)計(jì) 4
3.1．主減速器結(jié)構(gòu)型式 4
3.1.1主減速器齒輪的類型 4
3.1.2主減速器的減速形式 5
3.1.3主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 5
3.1.4錐齒輪嚙合調(diào)整 6
3.2主減速器的基本參數(shù)選擇與計(jì)算載荷的確定 7
3.2.1主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 7
3.2.2錐齒輪主要參數(shù)的選擇 9
3.3 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算 11
3.3.1 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 11
3.3.2 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 13
3.4主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算 16
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 20
3.6 主減速器的潤滑 21
4 差速器設(shè)計(jì) 21
4.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 21
4.2普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì) 22
4.2.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇 22
4.2.2 差速器齒輪的幾何尺寸與強(qiáng)度計(jì)算 25
5 半軸設(shè)計(jì) 28
5.1 結(jié)構(gòu)形式分析 28
5.2. 全浮式半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 29
5.3半軸的材料與熱處理 30
6 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 32
6.1 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)方案選擇 32
6.2 驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 33
6.2.1汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 33
6.2.2 汽車受最大側(cè)向力時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 35
6.2.3汽車通過不平路面時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 35
7輪邊減速器的設(shè)計(jì) 37
7.1輪邊減速器的傳動(dòng)方案 37
7.2齒輪的設(shè)計(jì) 38
7.2.1齒輪傳動(dòng)比的設(shè)計(jì) 38
7.2.2齒輪材料的選擇 38
7.2.3齒輪模數(shù)的設(shè)計(jì) 39
7.2.4齒輪幾何參數(shù)的確定及校驗(yàn) 40
7.2.5齒輪傳動(dòng)效率 42
7.2.6齒輪強(qiáng)度校核驗(yàn)算 42
7.3行星軸的設(shè)計(jì) 49
7.4花鍵的選用及校核 50
8 基于CATIA的驅(qū)動(dòng)橋?qū)嶓w建模與裝配 52
8.1重型貨車驅(qū)動(dòng)橋的建模與裝配 52
8.1.1單級(jí)主減速器的建模與裝配 52
8.1.2差速器的建模與裝配 58
8.1.3輪邊減速器的建模與裝配 59
8.1.4驅(qū)動(dòng)橋殼的建模 59
8.1.5驅(qū)動(dòng)橋的總裝配圖 60
結(jié) 論 62
參考文獻(xiàn) 63
致謝 64
1 概述
驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，其基本功能首先是增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩,并將轉(zhuǎn)矩合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，其次，驅(qū)動(dòng)輪還要承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。
驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
a)所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
b)外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。
c)齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
d)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。
e)在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。
f)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
g)結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
隨著汽車向采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化方向的發(fā)展以及路面條件的改善，近年來主減速比有減小的趨勢，以滿足高速行駛的需求。
2 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)叫復(fù)雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。
2.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可改用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車的總體布置很方便。
2.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此獨(dú)立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。
由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱資料，參照國內(nèi)相關(guān)貨車的設(shè)計(jì),本課題選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1－半軸 2－圓錐滾子軸承 3－支承螺栓 4－主減速器從動(dòng)錐齒輪 5－油封 6－主減速器主動(dòng)錐齒輪 7－彈簧座 8－墊圈 9－輪轂 10－調(diào)整螺母
圖2-1非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
3 主減速器設(shè)計(jì)
3.1．主減速器結(jié)構(gòu)型式
主減速器可根據(jù)其齒輪類型、減速形式以及主、從動(dòng)齒輪的支承形式不同而分類。
3.1.1主減速器齒輪的類型
在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。
螺旋錐齒輪如圖3-1(a)所示主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，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，因此可以承受較大的載荷，加之其輪齒不在齒的全長上同時(shí)嚙合，而是逐漸由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小。
雙曲面齒輪如圖3-1(b)所示主、從動(dòng)齒輪軸線相互垂直而不相交。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點(diǎn)有：
1.尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
2.傳動(dòng)比一定，從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑和較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
圖3-1螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪
3.傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪比螺旋錐齒輪的尺寸要小，
從而可以獲得更大的離地間隙。
4.工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，又有沿齒長方向的縱向滑動(dòng)，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
雙曲面齒輪傳動(dòng)有如下缺點(diǎn)：
1）沿齒長方向的縱向滑動(dòng)使摩擦損失增加，降低了傳動(dòng)效率。
2）齒面間的壓力和摩擦功較大，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，抗膠合能力較低。
通過以上兩者的對(duì)比，此次主減速器設(shè)計(jì)的齒輪類型采用螺旋錐齒輪
3.1.2主減速器的減速形式
主減速器的減速形式分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速(如圖3-2)、雙速減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通以及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，有時(shí)也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比≤7.6的各種中小型汽車上。
(a) 單級(jí)主減速器 (b) 雙級(jí)主減速器
圖3-2主減速器
為了保證斯太爾重型貨車具有足夠的離地間隙，結(jié)構(gòu)緊湊，降低制造成本。此次采用一對(duì)螺旋錐齒輪傳動(dòng)的單級(jí)主減速器。
3.1.3主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案
主減速器必須保證主、從動(dòng)齒輪有良好的嚙合狀況，才能使他們很好的工作。齒輪的正確嚙合除與齒輪的加工質(zhì)量、齒輪的裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度有關(guān)。
1.主動(dòng)錐齒輪的支承：
1）懸臂式：
為了盡可能增加支承剛度，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形式、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軸承座孔之間的配合緊度有關(guān)。
優(yōu)點(diǎn)：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(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器上。
a) b) c)
圖3-3 主減速器錐齒輪的支承形式
a)主動(dòng)錐齒輪懸臂式支承形式 b)主動(dòng)錐齒輪跨置式支承形式 c)從動(dòng)錐齒輪軸承形式
2）跨置式：
增加支承剛度，減小軸承負(fù)荷，改善齒輪嚙合條件，增加承載能力，布置緊湊，但是主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。
在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用跨置式支承。
此方案選用懸臂式。
2.從動(dòng)錐齒輪的支承
從動(dòng)錐齒輪的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)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，為了增加支承剛度，兩軸承圓錐滾子大端向內(nèi)，以減小尺寸c＋d。為了增強(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。
為了限制從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，在從動(dòng)錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支撐。
3.1.4錐齒輪嚙合調(diào)整
主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整 支承主減速器的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。分析可知，當(dāng)軸向力于彈簧變形呈線性關(guān)系時(shí)，預(yù)緊使軸向位移減小至原來的1/2。預(yù)緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當(dāng)預(yù)緊力超過某一理想值時(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。
主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用套筒與墊片，從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母
3.2主減速器的基本參數(shù)選擇與計(jì)算載荷的確定
3.2.1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)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3-1）
式中： -發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，參考同類車型取1100；
-發(fā)動(dòng)機(jī)到從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)效率，在此取0.9；
-液力變矩器變矩系數(shù)，k=[(k0-1)/2]+1, k0最大變矩系數(shù)，k在此取1；
-變速器一擋傳動(dòng)比，參考同類車型取14.08；
-分動(dòng)器傳動(dòng)比，在此取1；
-主減速器傳動(dòng)比 ，在此取5.73；
-該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取1；
-猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，性能系數(shù)=0的汽車:=1，
>0的汽車:=2或由經(jīng)驗(yàn)選定。
性能系數(shù)由下式計(jì)算
式中，為汽車滿載質(zhì)量，在此取19500kg；
代入上式得 >
所以=0, 即=1
由以上各參數(shù)可求
2.按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3-2）
式中: -滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷（N），此處取;
-輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良好的混凝土或?yàn)r青路上，；
-車輪的滾動(dòng)半徑，輪胎規(guī)格12.00R20，在此滾動(dòng)半徑為0.526 m ；
-汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，在此取1.2；
-主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，在此取3.478；
m-主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，在此取0.9
所以
3.按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3-3）
式中：-汽車日常行駛平均牽引力（N），在此取
-車輪的滾動(dòng)半徑，在此滾動(dòng)半徑為 0.526 m ；
-主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，在此取3.478
m-主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，在此取0.9
-該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目，在此取1；
所以
主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算扭矩
式中：-主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；
-從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，
-主從動(dòng)錐齒輪齒輪間的傳動(dòng)效率，對(duì)于螺旋錐齒輪副取0.95；
-主傳動(dòng)比。
3.2.2錐齒輪主要參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)和，從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、主從動(dòng)錐齒輪齒面寬和、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。
1.主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
1）為了磨合均勻，，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(qiáng)度，主、從動(dòng)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(qiáng)度，對(duì)于商用車，一般不小于6。
4）主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。
5）對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。
表3.1不同速比的主從動(dòng)齒輪數(shù)
速比
4.8
5.73
6.72
主動(dòng)Z1
21
17
15
從動(dòng)Z2
29
28
29
因?yàn)椋? 所以 =17
=28
2.從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
對(duì)于單級(jí)主減速器，增加尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼高度尺寸和離地間隙，減小又影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。
可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即：
(3-4)
式中：-從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑（mm）
-直徑系數(shù)，一般取=13～15.3；
-從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩（），。
計(jì)算得
=363.36～427.65mm，初取=392mm。
由下式計(jì)算
（3-5）
計(jì)算得 =392/28=14,
同時(shí)還應(yīng)滿足
（3-6）
式中，為模數(shù)系數(shù)，取0.3～0.4。
計(jì)算得=8.39～11.18
3.主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬和
錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)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(huì)減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時(shí)載荷集中于輪齒小端，會(huì)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會(huì)降低。
對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐距的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對(duì)于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用：
=0.155392=60.76，在此取=66。
一般比大10%，在此取=73。
4.中點(diǎn)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(diǎn)螺旋角是相等的，選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，一般應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°～40°，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取35°。
5.螺旋方向
主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。
6.法向壓力角
對(duì)于弧齒錐齒輪，乘用車的α一般選用14°30′或16°，商用車的α為20°或22°30′。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的是重型貨車的驅(qū)動(dòng)橋，為了增加輪齒強(qiáng)度，減小齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，所以α=22°30′。
3.3 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算
3.3.1 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算
主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算見表3.2。
表3.2 主減速器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
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
17
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
28
3
端面模數(shù)
14mm
4
齒面寬
b2=66mm
5
法向壓力角
=22.5°
6
齒寬系數(shù)
=0.3
7
中點(diǎn)模數(shù)
=11.9mm
8
徑向變位系數(shù)
9
節(jié)圓直徑
=
238mm，=392mm
10
節(jié)錐角
，=90°-
=58.74°，=31.26°
11
節(jié)錐距
A=
A=229.3mm
12
齒頂高
，=0.85
=8.456, =15.344
13
齒根高
=17.976mm
=11.088mm
14
齒根角
=4.48°
=2.77°
15
頂錐角
；
=34.03°
=63.22°
16
根錐角
=
=
=26.78°
=55.97°
17
齒頂圓直徑
=
=252.46mm
=407.92mm
18
節(jié)錐頂點(diǎn)到輪冠距離
=191.61mm
=105.88mm
19
螺旋角
=35°
3.3.2 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算
在完成主減速器錐齒輪幾何尺寸的計(jì)算后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命。
輪齒損壞形式主要有彎曲疲勞折斷、過載折斷、齒面點(diǎn)蝕和剝落、齒面膠合和齒面磨損等。
1.單位齒長圓周力
主減速器錐齒輪的表面耐磨性，常用輪齒上的單位齒長圓周力來估算，即
(3-7)
式中：—輪齒上的單位齒長圓周力，N/mm;
—作用在齒輪上的圓周力，N，
—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)：
(3-8)式中，為變速器傳動(dòng)比；D1主動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑（mm）；其他符號(hào)同前。
在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，有時(shí)高出表中數(shù)值20%～25%
計(jì)算得
按驅(qū)動(dòng)輪打滑的轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí):
(3-9)
計(jì)算得
可知主動(dòng)錐齒輪的表面耐磨性滿足要求。
2.輪齒彎曲強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為
(3-10)
式中： —過載系數(shù)，一般取1.0；
—尺寸系數(shù)，當(dāng)1.6mm時(shí),==0.862；
—齒面載荷分配系數(shù)，懸臂式:=1.00~1.25，在此取=1.0；
—質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好、齒距及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，取=1；
—計(jì)算齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，見圖3-4，。
圖3-4 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)
按計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力;
<700MPa；
按計(jì)算的疲勞彎曲應(yīng)力:
<210MPa；
當(dāng)計(jì)算主動(dòng)齒輪時(shí)，<<, 故<,< 。
綜上所述，故所計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。,
3.輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為：
(3-11)
式中; —綜合彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6；
—過載系數(shù)，一般取1：
—尺寸系數(shù)，通常取1：
—齒輪載荷分配系數(shù)，懸臂式結(jié)構(gòu)：=1.00~1.25，在此取=1；
—質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好、齒距及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，取=1；
—齒面品質(zhì)系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取=1；
—取和的較小值；
—齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)， =0.10，見圖3-5所示；
計(jì)算得
=2514MPa<=2800MPa，
=904.4MPa<=1750MPa，
故輪齒屆接觸強(qiáng)度滿足要求。
圖3-5 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J
3.4主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算
1.錐齒輪齒面上的作用力
錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上齒面上作用一法向力。該法向力可分為解為沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸向方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
1)齒寬中點(diǎn)處的圓周力
（3-12）
式中：T—作用在從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩；
—從動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑。
（3-13）
式中：—從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑；
—從動(dòng)齒輪齒面寬；
—從動(dòng)齒輪節(jié)錐角。
由可知，對(duì)于螺旋錐齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的
2)錐齒輪的軸向力與徑向力
圖3-6 主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖
如圖3-6，主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮?，從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，F(xiàn) 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，在A點(diǎn)處的螺旋方向的法向平面內(nèi)，F(xiàn)分解成兩個(gè)相互垂直的力F和，F(xiàn)垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)錐母線方向的力。F與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn)與之間的夾角為法向壓力角。這樣就有：
（3-14）
（3-15）
（3-16）
于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力和徑向力分別為
（3-17）
（3-18）
公式中的節(jié)錐角在計(jì)算主動(dòng)齒輪的受力時(shí)用頂錐角代替，計(jì)算從動(dòng)齒輪受力時(shí)用根錐角代替。
主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽螅瑥腻F頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。
計(jì)算得
作用在從動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力和徑向力分別為
（3-19）
（3-20）
計(jì)算得
：
2.錐齒輪軸承的載荷
當(dāng)錐齒輪齒面上所受的圓周力、徑向力和軸向力計(jì)算確定后，根據(jù)主減速器齒輪軸承的布置尺寸，即可求出軸承所受的載荷。
圖3-7單級(jí)主減速器軸承布置尺寸
圖中的參數(shù)尺寸：
,,,，
表3.3軸承上的載荷
將以上參數(shù)代入上表中的公式計(jì)算結(jié)果如下：
,
,
,
,
3.錐齒輪軸承型號(hào)的確定
軸承A
計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
（3-21）
查閱文獻(xiàn)[2]，錐齒輪圓錐滾子軸承e值為0.42，故 >e，由此得X=0.4,Y=1.4。另外查得載荷系數(shù)。
（3-22）
將各參數(shù)代入式（3-21）：
軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)負(fù)荷C′r
（3-23）
式中：
—溫度系數(shù)，查文獻(xiàn)[4]，得=1；
—滾子軸承的壽命系數(shù)，查文獻(xiàn)[4]，得=10/3；
—軸承轉(zhuǎn)速，r/min；
—軸承的預(yù)期壽命，3000h；
將各參數(shù)代入式（3-22）中，有；
查文獻(xiàn)[3]，初步選擇圓錐滾子軸承型號(hào)7603。
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理
汽車驅(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、工作時(shí)間長、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒根彎曲折斷、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：
1)具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。
2)輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。
3)鍛造性能、可加工性及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。
4)選擇合金材料時(shí)，盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而是選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。
汽車主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。
滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于其含碳量較低，使鍛造性能和可加工性較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。
為改善新齒輪的磨合，防止其在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。
3.6 主減速器的潤滑
主加速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，其中尤其應(yīng)注意主減速器主動(dòng)錐齒輪的前軸承的潤滑，因?yàn)槠錆櫥荒芸繚櫥偷娘w濺來實(shí)現(xiàn)。為此，通常是在從動(dòng)齒輪的前端近主動(dòng)齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，將飛濺到殼體內(nèi)壁上的部分潤滑油收集起來再經(jīng)過近油孔引至前軸承圓錐滾子的小端處，由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐滾子的下端通向大端，并經(jīng)前軸承前端的回油孔流回驅(qū)動(dòng)橋殼中間的油盆中，使?jié)櫥偷玫窖h(huán)。這樣不但可使軸承得到良好的潤滑、散熱和清洗，而且可以保護(hù)前端的油封不被損壞。為了保證有足夠的潤滑油流進(jìn)差速器，有的采用專門的倒油匙。
為了防止因溫度升高而使主減速器殼和橋殼內(nèi)部壓力增高所引起的漏油，應(yīng)在主減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應(yīng)避開油濺所及之處。
加油孔應(yīng)設(shè)置在加油方便之處，油孔位置也決定了油面位置。放油孔應(yīng)設(shè)在橋殼最低處，但也應(yīng)考慮到汽車在通過障礙時(shí)放油塞不易被撞掉。
4 差速器設(shè)計(jì)
汽車行駛時(shí)，左、右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往不相等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。不僅會(huì)加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為此，在汽車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。
差速器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)。差速器按其結(jié)構(gòu)特征不同，分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。
4.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇
汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，故應(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)制鎖止式差速器等。
查閱文獻(xiàn)[5]經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)形式選擇普通對(duì)稱錐齒輪式差速器。
圖4-1 普通對(duì)稱錐齒輪式差速器
普通對(duì)稱錐齒輪式差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪(少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車多采用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。
由于差速器殼是裝在主減速器從動(dòng)齒輪上，故在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到從動(dòng)齒及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。普通對(duì)稱錐齒輪式差速器的示意圖，如圖4-2所示：
圖4-2 普通錐齒輪式差速器示意圖
4.2普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)
4.2.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇
1.行星齒輪數(shù)
行星齒輪數(shù)需根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可取兩個(gè)，反之應(yīng)取=4。
2.行星齒輪球面半徑
行星齒輪球面半徑反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定：
(4-1)
式中：
-行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.5~3.0，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的乘用車和商用車取最小值；
-差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
-球面半徑（mm）；
計(jì)算得
行星齒輪節(jié)錐距為
=(0.98～0.99) （4-2）
計(jì)算得 =（68.48～69.18）mm 在此初取=69mm
3.行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)、
為了使齒輪有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會(huì)增大，于是要求行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)取小些，但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)在14～25之間選用。大多數(shù)半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.5～2.0的范圍內(nèi)。
查閱資料，經(jīng)方案論證，初定半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比=2，半軸齒輪齒數(shù)z2=24，行星齒輪的齒數(shù) z1=12。
為使兩個(gè)或四個(gè)行星齒輪能同時(shí)與兩個(gè)半軸齒輪嚙合，兩半軸齒輪的齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)目所整除，否則差速器不能裝配，即應(yīng)滿足：
4.行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2及模數(shù)m
行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2分別為
（4-3）
（4-4）
將參數(shù)分別代入上式得：
γ1=26.57°，γ2=63.43°
錐齒輪大端的端面模數(shù)m為
m= （4-5）
將參數(shù)代入式得：
m=5.14
查閱文獻(xiàn)[3]，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=5.5。
節(jié)圓直徑d即可由下式求得：
5.壓力角
汽車差速器齒輪大都采用的壓力角，齒高系數(shù)為0.8的齒形，某些質(zhì)量較大的商用車采用壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。此次設(shè)計(jì)采用壓力角=。
6.行星齒輪軸直徑及支承長度
行星齒輪軸直徑為
(4-6)
式中： —差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩21836.51；
—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,=120mm;
[]—支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為98MPa.
將參數(shù)代入上式計(jì)算得
行星齒輪在軸上的支承長度為
（4-7）
圓整后選取
4.2.2 差速器齒輪的幾何尺寸與強(qiáng)度計(jì)算
1.差速器齒輪的尺寸計(jì)算
表4.1為汽車差速器用直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟，表中計(jì)算用的弧齒厚系數(shù)τ見圖4-3。
表4.1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸
序號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式 及 結(jié) 果
1
行星齒輪齒數(shù)
2
半軸齒輪齒數(shù)
3
模數(shù)
4
齒面寬
（取整）,取
5
齒頂高
6
齒根高
7
壓力角
8
軸交角
9
節(jié)圓直徑
10
節(jié)錐角
11
節(jié)錐距
===
12
周節(jié)
13
齒頂圓直徑
，
14
齒根圓直徑
，
15
齒根角
16
頂錐角
17
根錐角
18
頂隙
19
分度圓齒厚
20
當(dāng)量齒數(shù)
，
注:實(shí)際齒根高比上表計(jì)算值大0.051mm。
圖4-3 汽車差速器直齒錐齒輪切向修正系數(shù)(弧齒系數(shù))
2.差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算
差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，只有在汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛在不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)差速器才有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于差速器齒輪，主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。
輪齒彎曲應(yīng)力為
(4-8)
式中：—半軸齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（），=13101.91
—行星齒輪數(shù),n=4；
—半軸齒輪大端分度圓直徑，=132mm
—質(zhì)量系數(shù), =1.0；
—尺寸系數(shù), ；
—載荷分配系數(shù),=1.0；
—半軸齒輪齒寬, =24mm;
—模數(shù)m=5.5；
—差速器齒輪彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，見圖4-4，取=0.228；
圖4-4 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
當(dāng)時(shí)，計(jì)算得：
=1121.3MPa， []=980 MPa
當(dāng)時(shí)，計(jì)算得：
=145MPa <[]=210Mpa
綜上所述，差速器齒輪強(qiáng)度滿足要求。
5 半軸設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對(duì)于斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋．驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置為萬向傳動(dòng)裝置。對(duì)于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的主要零件是半軸。
5.1 結(jié)構(gòu)形式分析
半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。
半浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，半軸外端的支承軸承位于半軸套管外端的孔中,車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對(duì)車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡單，所受載荷較大，只用于乘用車和總質(zhì)量較小的商用車上。
3/4浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支承于車輪輪轂，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘連接。該形式的半軸的受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用于乘用車和總質(zhì)量較小的商用車上。
圖5-1 全浮式結(jié)構(gòu)形式簡圖及受力情況
全浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相連，而輪轂又借用兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在驅(qū)動(dòng)橋殼的半軸套管上。理論上來說，半軸只承受轉(zhuǎn)矩，作用于驅(qū)動(dòng)輪上的其他反力和彎矩全部由橋殼來承受。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同心、半軸法蘭平面相對(duì)其軸線不垂直等因素，會(huì)引起半軸的彎曲變形，由此引起的彎曲應(yīng)力一般為5～70MPa。全浮式半軸主要用于總質(zhì)量較大的商用車上。
此次半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用全浮式半軸。
5.2. 全浮式半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算
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