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摘 要
輕型載貨汽車在現(xiàn)階段時(shí)期的商用汽車中有著很大的比重，尤其是其中的驅(qū)動(dòng)橋在整車當(dāng)中是處于一個(gè)極其重要的位置。驅(qū)動(dòng)橋?qū)儆谄嚨乃拇罂偝芍?，其性能的?yōu)缺點(diǎn)往往會(huì)直接影響到整個(gè)車子性能的好壞，并且這一性能對(duì)于載貨汽車來說是非常重要的。目前對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋的各項(xiàng)要求是非常之高的，因?yàn)橹挥羞@樣才可以符合現(xiàn)在載貨汽車在其使用的過程當(dāng)中所必須滿足的各項(xiàng)要求。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中倘若我們可以設(shè)計(jì)出一個(gè)成功的驅(qū)動(dòng)橋，使其滿足人們?cè)谑褂幂d貨汽車時(shí)的各種使用要求，并且設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能做到簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。則此次設(shè)計(jì)的輕型載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)也就具有了一定的現(xiàn)實(shí)意義。
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)，在分析驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)形式、發(fā)展過程及其以往形式的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定了總體設(shè)計(jì)方案，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各部件主減速器、差速器、半軸、橋殼進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并完成校核。最后運(yùn)用AUTOCAD完成裝配圖和主要零件圖的繪制。
關(guān)鍵詞：輕型貨車；驅(qū)動(dòng)橋；單極主減速器；差速器；半軸；橋殼
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Abstract
Light truck in the current phase of the commercial vehicle has a large proportion, especially in which the drive axle is in a very important position in the vehicle. Drive axle belong to one of automotive four assembly ,the advantages and disadvantages of its performance will often directly affect the performance of the whole car is good or bad, and this performance is very important for the truck. At present, the requirements of the drive axle is very high, because only in this way can meet the current truck in the process of its use must meet the requirements.In this design, if we can design a successful drive axle, so that it can meet the people in the use of truck with a variety of use requirements, and the design of the structure can be simple, inexpensive.Then the design of light truck drive axle also has a certain practical significance.
In this paper, the structure and main design parameters of the main components are determined at first.On the basis of analyzing the structure form, the development process and the advantages and disadvantages of the past forms of the drive axle, the overall design scheme is determined.The traditional design method is used to design and calculate the main reducer, differential, axle and axle housing of the drive axle. Finally use AUTOCAD to complete the assembly drawing and the drawing of the main parts drawing.
Key words: Light trucks;Drive axle;Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing
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目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 概 述 1
1.1概述 1
1.2驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分類 2
1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 8
2 總體方案的確定 9
2.1主要技術(shù)參數(shù) 9
2.2主減速器的結(jié)構(gòu)方案確定 9
2.3差速器的結(jié)構(gòu)方案確定 10
2.4半軸形式確定 10
2.5橋殼形式確定 11
2.6本章小結(jié) 11
3 主減速器設(shè)計(jì) 12
3.1主減速器錐齒輪的設(shè)計(jì) 12
3.2主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 16
3.3主減速器錐齒輪軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 18
3.4主減速器的潤(rùn)滑 22
3.5本章小結(jié) 22
4 差速器設(shè)計(jì) 23
4.1差速器的結(jié)構(gòu)形式 23
4.2差速器齒輪的材料選擇 23
4.3圓錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計(jì) 23
4.4圓錐齒輪式差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 27
4.5本章小結(jié) 28
5 半軸設(shè)計(jì) 29
5.1半軸形式 29
5.2半軸的材料以及熱處理 29
5.3半軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 29
5.4本章小結(jié) 32
6 驅(qū)動(dòng)橋橋殼設(shè)計(jì) 33
6.1橋殼結(jié)構(gòu)形式 33
6.2橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 33
6.3本章小結(jié) 37
結(jié)論 38
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
II
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1 概 述
1.1概述
在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，我們一般主要考慮它的組成形式，各個(gè)零部件之間的布局還有就是在使用時(shí)它會(huì)遇到的各種不同工況下所產(chǎn)生的不同影響等；并且我們還須細(xì)致的介紹其是在何種傳動(dòng)裝置下來進(jìn)行的傳動(dòng)以及就是各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定它們的結(jié)構(gòu)形式。
汽車驅(qū)動(dòng)橋的主要零部件包含了：橋殼、主減速器、差速器、半軸和殼體等組件，轉(zhuǎn)向用驅(qū)動(dòng)橋還囊括了各種等速聯(lián)軸節(jié)，從而致使其整體的構(gòu)造越發(fā)的復(fù)雜，它主要負(fù)擔(dān)了汽車的滿載簧荷重以及地面通過車輪、車架和承載式車身通過懸架所加載的鉛垂力、縱向力、橫向力以及其力矩和沖擊載荷；整個(gè)傳動(dòng)系當(dāng)中傳遞最大轉(zhuǎn)矩的主體就是驅(qū)動(dòng)橋，其中的反作用力矩則是由橋殼來承擔(dān)的。驅(qū)動(dòng)橋在整個(gè)汽車系統(tǒng)當(dāng)中本身也是屬于一個(gè)大的總成。一般在這些零部件及分總成當(dāng)中，會(huì)有驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（主要是半軸及輪邊減速器）外加各類齒輪。由此看來，在載貨汽車的驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)校核當(dāng)中，我們會(huì)涉及到極其廣泛的機(jī)械方面的知識(shí)和制造方面的技術(shù)。因此在設(shè)計(jì)制造驅(qū)動(dòng)橋總成所需要的零部件及各種不同的元件時(shí)基本上也會(huì)需要當(dāng)代全數(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的工藝。所以在這次的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們可從對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)中學(xué)習(xí)當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝當(dāng)中的各種技巧以及技能，以此來滿足當(dāng)今社會(huì)日益增大的就業(yè)壓力。
設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到兩個(gè)比較大的難題，第一個(gè)就是如何通過萬向傳動(dòng)軸將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩全數(shù)傳遞給汽車的驅(qū)動(dòng)車輪，從而使汽車具有非常好的動(dòng)力輸出，可以有更好的路面行駛表現(xiàn)。第二個(gè)就是如何通過差速器向兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪來傳導(dǎo)動(dòng)力，使其能夠在轉(zhuǎn)彎或者通過不平路面等情況時(shí)能夠以不同的轉(zhuǎn)速行駛，并由此來降低輪胎與地面之間的摩擦。
我們國(guó)家的驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還有著非常多的問題，其中很多問題都比較嚴(yán)重，比如說產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)模式不合理、產(chǎn)品大部分都集中在勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，技術(shù)密集性產(chǎn)業(yè)非常明顯的要比發(fā)達(dá)國(guó)家落后很多，由生產(chǎn)要素主導(dǎo)的地位正一步一步的在逐步的降低削弱，能源消耗大的產(chǎn)業(yè)比較多，生產(chǎn)的效率比較低，環(huán)境的破壞比較嚴(yán)重，對(duì)大自然中資源的破壞比較大。目前我們國(guó)家的企業(yè)基本都以中小型企業(yè)為主，開發(fā)創(chuàng)造的能力以及推成出新的能力都比較不足，在企業(yè)管理的方式和方法上也明顯不足。我們國(guó)家驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)的水平和世界上先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)水準(zhǔn)還存在較大的差距，雖然我們也取得了一點(diǎn)的成就，不過都是通過引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，然后通過仿制的手段，并通過自己的改善后取得的。一些實(shí)力比較雄厚的企業(yè)，他們雖然有自己獨(dú)立的研發(fā)中心不過呢尚都處在一個(gè)比較初級(jí)的階段。我們國(guó)家的驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在還正處在一個(gè)發(fā)展中的階段，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速的推動(dòng)下，高新技術(shù)越來越多的在現(xiàn)代汽車方面獲得運(yùn)用和推廣。并且我們?cè)谧龃罅康募夹g(shù)引進(jìn)，再加上我們自己的研發(fā)隊(duì)伍的整體素質(zhì)水平的不斷提高發(fā)展，這些都將慢慢促進(jìn)我國(guó)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，并且逐步追上世界上先進(jìn)的汽車零部件的生產(chǎn)水準(zhǔn)。
比較好的一方面是已經(jīng)降低了設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)制造時(shí)的投入，零部件的種類也得到減少，規(guī)?；a(chǎn)的程度也得到了提升，制造的費(fèi)用也得到了降低，市場(chǎng)響應(yīng)的速度也大大提升等。一些發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)為了降低驅(qū)動(dòng)橋的震動(dòng)特性，他們會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋做模態(tài)分析這樣一項(xiàng)工作，從而可以對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的強(qiáng)度進(jìn)行一定的調(diào)整，可以通過上述的種種方法來改善驅(qū)動(dòng)橋的使用性能，并最終提高整車的使用效果。
有限元法并不會(huì)要求我們將所需要分析的部件拆解的異常零碎，它一方面可以考慮各類計(jì)算條件和要求，另一方面也能夠計(jì)算各種不同的工況，并且它的計(jì)算精度非常之高。有限元法把有無數(shù)個(gè)自由度的連續(xù)體離散為有限個(gè)自由度的單元集合體，把問題簡(jiǎn)單的化為適合數(shù)值的解法的問題。只需要確定每一個(gè)單元各自的力學(xué)特性，就能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)分析的辦法來把它的結(jié)果算出來，使整個(gè)分析的過程變得十分簡(jiǎn)單。到現(xiàn)在為止，有限元法對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)而言是一種強(qiáng)有力的工具。
1.2驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分類
1.2.1驅(qū)動(dòng)橋種類
對(duì)于一輛汽車而言，其驅(qū)動(dòng)橋往往會(huì)設(shè)置在它的傳動(dòng)系統(tǒng)的尾端，其主要的作用就是增大轉(zhuǎn)矩，更詳細(xì)的說法就是提高來自于變速器或者是由傳動(dòng)軸而來的轉(zhuǎn)矩，并且可以按照汽車在路上行駛時(shí)的不同路況按照不同的分配比例分配給汽車的左右驅(qū)動(dòng)車輪，使其在行駛時(shí)具有差速的功能。同時(shí)在汽車行駛時(shí)來自于車廂之間或者是車架和路面之間的橫向力、鉛垂力以及縱向力也都會(huì)作用在驅(qū)動(dòng)橋上面。
在普通的汽車的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)橋主要包括差速器還有橋殼等其他一些零件組成。如下圖1.1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1.1 驅(qū)動(dòng)橋
在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)還會(huì)有如下的一些限制條件：
A） 在保證汽車有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性以及充沛的動(dòng)力的前提下選擇主減速比；
B） 最小離地間距必須要保證足夠大，使汽車具有良好的通過性，所以外形尺寸要設(shè)計(jì)的??；
C） 傳動(dòng)件和齒輪等一些小的零部件的工作穩(wěn)定性要高，不應(yīng)有異響及雜音；
D） 需要在任何工況以及使用環(huán)境下都保證可觀的傳動(dòng)效率；
E） 在剛度以及強(qiáng)度方面都滿足要求的前提下，應(yīng)該將它的質(zhì)量設(shè)計(jì)的盡量小，特別是簧下質(zhì)量，要把它弄的盡量小，以此來改善貨車的平順性；
F） 能夠和諧的同懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)一道正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且還要求與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合工作時(shí)也能滿足使用要求；
G） 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單，加工的工藝性要好，能夠非常方便的制造出來并且拆卸和調(diào)校也應(yīng)簡(jiǎn)單。
按照驅(qū)動(dòng)橋工作特性來劃分，我們可將其結(jié)構(gòu)分為兩大類：驅(qū)動(dòng)橋。非斷開式驅(qū)動(dòng)橋其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)車輪采用的是；斷開式驅(qū)動(dòng)橋則基本運(yùn)用于配備了獨(dú)立懸架的汽車上。因此又有非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋與獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋一說。倘若考慮到提高汽車在路面上行駛平順性這個(gè)要求的話，獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋?qū)?huì)是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇，但其結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。
一般的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單并且價(jià)格也比較便宜，工作時(shí)的可靠性又比較高，正因?yàn)樗倪@些特性，所以其被廣泛的使用于一些對(duì)于整體使用要求不是特別要求嚴(yán)格的公交車和載貨汽車上面，當(dāng)然一些定位較低的轎車及越野車也會(huì)選擇此種結(jié)構(gòu)。每種驅(qū)動(dòng)橋的具體結(jié)構(gòu)肯定都不會(huì)一樣，但是一般其主體構(gòu)造都會(huì)使用同一種形式，即它們都會(huì)通過一根剛性的空心梁來支撐其左右的驅(qū)動(dòng)車輪，而這個(gè)空心梁中則包含了驅(qū)動(dòng)橋的大部分零部件及總成。而這時(shí)的簧下質(zhì)量就包括了驅(qū)動(dòng)橋的全部以及驅(qū)動(dòng)的車輪和部分的傳動(dòng)軸，這也就導(dǎo)致了其整體簧下質(zhì)量特別的大，由此也就引起了一些問題。
選用何種主減速器并且對(duì)應(yīng)的用什么樣的組成結(jié)構(gòu)就決定了驅(qū)動(dòng)橋整個(gè)外觀的尺寸。主減速器從動(dòng)齒輪它的齒輪的直徑直接受制于汽車選用的輪胎尺寸的大小以及其本身的最小離地距離的影響。雙級(jí)結(jié)構(gòu)能夠改善汽車在選用單級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)的的最小離地距離不夠的情況，當(dāng)然這是在速比已經(jīng)確定的前提之下。
在一些大型公交車亦或者是重型卡車之類的對(duì)于汽車的動(dòng)力會(huì)要求比較高的時(shí)候我們會(huì)運(yùn)用一種叫蝸輪式主減速器的裝置。這種裝置的非常突出的特點(diǎn)就是它非常的輕便小巧，但其卻仍然具有非常可觀的傳動(dòng)比，并且當(dāng)其工作時(shí)它能做到非常的細(xì)膩無聲，幾乎不會(huì)有什么噪音的出現(xiàn)，最重要的是其對(duì)于汽車的整體部署非常的方便。
斷開式與非斷開式驅(qū)動(dòng)橋其最本質(zhì)區(qū)別就是兩驅(qū)動(dòng)車輪是否直接相互連接在一起。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一種分段的布局形式，而且這種每一段的橋殼彼此之間可以互不影響的相互運(yùn)動(dòng)，正因?yàn)檫@樣的緣故我們才會(huì)把這樣的橋稱作是斷開式。當(dāng)這樣的斷開式驅(qū)動(dòng)橋再搭配上獨(dú)立懸掛的時(shí)候，我們就可以稱之為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這樣的橋的中間一段，傳動(dòng)軸和差速器再加上部分驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置的質(zhì)量都基本上是簧上質(zhì)量，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用了獨(dú)立懸掛的緣故其本身就可以作相對(duì)獨(dú)立的上下運(yùn)動(dòng)并且不會(huì)影響車輪上部的車廂的位置的變化，為滿足這樣的需求就必須要求有一部分部件是隨著車輪一起運(yùn)動(dòng)的。
許多中型以上的越野汽車以及部分重型汽車為了增加裝貨重量或者提高車輛的通過性，往往會(huì)采用多橋驅(qū)動(dòng)。若是采用多橋驅(qū)動(dòng)，其將動(dòng)力由分動(dòng)器傳送下去的方式將分為兩種，即貫通式與非貫通式兩種。非貫通式會(huì)由分動(dòng)器來將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)橋上的每個(gè)傳動(dòng)軸上，這會(huì)造成傳動(dòng)軸的數(shù)量非常多并且驅(qū)動(dòng)橋上的許多零件不能夠相互通用，造成工藝更加復(fù)雜。
貫通式的布局樣式現(xiàn)在對(duì)于多橋驅(qū)動(dòng)的汽車來說應(yīng)該更有吸引力。在這種布置形式當(dāng)中，所有驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)軸都將處于同一鉛垂平面當(dāng)中，由傳動(dòng)軸將兩橋相連并傳遞動(dòng)力。其中分動(dòng)器還有一個(gè)作用就是將各橋都連接起來從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。使用貫通式之后就能夠明顯的縮小整個(gè)零件的體積以及質(zhì)量，并且也可以減少對(duì)傳動(dòng)軸使用的數(shù)量，提高各個(gè)零件相互之間的通用性。上述羅列的優(yōu)點(diǎn)都會(huì)給以后的汽車生產(chǎn)制造提供較高的便利。
一般來說驅(qū)動(dòng)車輪所采用的懸掛的形式對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋其結(jié)構(gòu)的選擇有著至關(guān)重要的影響。簡(jiǎn)單說來懸掛類型是非獨(dú)立懸掛的我們就將它和非斷開式驅(qū)動(dòng)橋兩相匹配；反之，則是剩余的兩者相互匹配。非斷開式車橋的話，結(jié)構(gòu)都是非常簡(jiǎn)單的，而且相比于斷開式車輪，它的價(jià)格也是非常便宜的，最重要的是它還非常可靠。由此經(jīng)過我自己反復(fù)查閱資料論證認(rèn)為在本課題當(dāng)中使用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋?qū)?huì)是一個(gè)更好的決定。
此次設(shè)計(jì)的車橋主減速比為4.875，運(yùn)用單級(jí)減速器。
1.2.2驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成
1主減速器
汽車在使用的過程中需要增大扭矩或者是將轉(zhuǎn)速減小的時(shí)候，這時(shí)我們就需要主減速器來完成這項(xiàng)工作，其工作的原理簡(jiǎn)單說來就是以少帶多。主減速器依靠錐齒輪的作用還能夠改變動(dòng)力傳輸?shù)姆较?。因?yàn)槠囆枰诟鞣N不同的路況條件下行駛，所以它的驅(qū)動(dòng)車輪必須要具備一定的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)力矩，才可以支撐它來完成這各項(xiàng)操作。用主減速器在動(dòng)力尚未分流之前就可以起到減小傳動(dòng)部件的扭矩的作用了，以此來減小它的尺寸以及質(zhì)量，使其運(yùn)作時(shí)更加方便。
驅(qū)動(dòng)橋的主減速器和差速器一定要符合下面的要求：
a） 應(yīng)該在保證車輛擁有最好的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的前提下來選擇車輛的主減速比；
b） 離地間隙要大，外形尺寸應(yīng)該盡量?。还ぷ鲿r(shí)各零部件及齒輪的工作要平穩(wěn)沒有噪聲；
c） 在任何不同工況下都需保持較高的傳動(dòng)效率；
d） 在整體剛度和強(qiáng)度都符合要求的前提下應(yīng)該力求做到最小質(zhì)量，從而獲得好的平順性；
e） 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造、加工、維修以及更換。
一般的話主從動(dòng)齒輪的類型以及布置它們的位置大致就決定了主減速器的結(jié)構(gòu)形式。
（1） 主減速齒輪的類型：螺旋錐齒輪以及雙曲面齒輪都是在驅(qū)動(dòng)橋中運(yùn)用最多的兩種齒輪。
螺旋錐齒輪如圖1.2（a）所示，主從動(dòng)齒輪它們的的軸線相交于同一點(diǎn)，交角都是90°。螺旋錐齒輪用的是由點(diǎn)到線的嚙合過程，但是此過程的重合度相對(duì)會(huì)高一些，所以，螺旋錐齒輪它可以被施加大的載荷而不被破壞，另外非常重要的是它工作的時(shí)候還非常安靜，噪音非常小，而且故障率也非常的低。
圖1.2 螺旋錐齒輪和雙曲面錐齒輪示意圖
如圖1.2（b）所示是雙曲面齒輪，它的主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪各自的軸線是處于不同的平面當(dāng)中，是互不相交的。
（2） 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支撐形式外加安裝方式的選?。浩渲饕闹涡问街饕邢旅孢@兩類：
①懸臂式 懸臂式其支撐結(jié)構(gòu)如下圖1.3所示，它的最明顯的特點(diǎn)就是將稍微長(zhǎng)一點(diǎn)的軸徑安放在錐齒輪它的大端的那一側(cè)，再在上面放置兩個(gè)圓錐滾子軸承。我們可以通過控制a、b的長(zhǎng)度來提高支撐件的剛度，并且軸承的圓錐滾子應(yīng)該朝向外側(cè)。但是此類齒輪支撐的方式并不能具備足夠的剛度，主要就是因其結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，因此多常見于一些并不需要高轉(zhuǎn)矩的小轎車以及輕型載貨汽車他們的單級(jí)或者是更多見的雙級(jí)主減速器里面。
圖1.3錐齒輪懸臂式支撐 圖1.4主動(dòng)錐齒輪跨置式支撐
②跨置式 其結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，它的特點(diǎn)就是齒輪的兩側(cè)都有一個(gè)軸承來將其支撐，通過這樣的方法可以提高支撐的剛度，并且也能夠改善齒輪彼此之間的嚙合。
（3） 從動(dòng)錐齒輪的支撐方式外加安裝形式的選取:在從動(dòng)錐齒輪的兩端我們會(huì)在其兩端放置一個(gè)大端都朝內(nèi)的圓錐滾子軸承，并且可用調(diào)整螺母來固定其在軸向上的偏移。
（4） 主減速器齒輪嚙合的調(diào)整以及軸承的預(yù)緊：在磨合期間齒輪之間的間隙會(huì)逐漸增大、在安裝時(shí)齒輪其本身相互之間就存在一定的間隙，不可能完全的重合，所以我們可以通過預(yù)緊來消除這類問題。雖然說我們可以運(yùn)用預(yù)緊力的干預(yù)來將整個(gè)支撐的剛度都提高一個(gè)檔次，但是一旦預(yù)緊力太大，用的過度了反而會(huì)適得其反。
（5） 主減速器的減速方式：它一般會(huì)分為單級(jí)減速圖（1.5）、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速外加輪邊減速……如何選擇各種不同的減速形式主要需要考慮的就是汽車在使用時(shí)其會(huì)遇到的各種不同路況還有就是生產(chǎn)企業(yè)其本身自己可以生產(chǎn)的能力。但一般其基本都是由像一些整車的性能，例如燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性等以及主減速比i0的大小、最小離地間隙等等所決定的。單級(jí)主減速器選用的條件就是汽車的傳動(dòng)比i0≤7.6。
2差速器
由大量的研究結(jié)果以及使用的結(jié)果表明：在一輛正常行駛的汽車上，它的兩側(cè)的車輪由于種種復(fù)雜的原因相疊加，導(dǎo)致了其左右車輪行駛路程的不同。比如說：在車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)
單級(jí)主減速器 雙級(jí)主減速器
圖1.5主減速器
彎的時(shí)候在車輛內(nèi)側(cè)的車輪行駛的路程相較于其外側(cè)的那個(gè)車輪行駛的路程來說要更短一些。而且就算車輛在直線行駛時(shí)也會(huì)由于路面的平整程度以及像兩側(cè)車輪的輪胎壓力、車輪的磨損程度等等一些原因，也會(huì)對(duì)車輪行駛的路程產(chǎn)生影響。所以在這樣的情況下要是直接通過一個(gè)傳動(dòng)軸把驅(qū)動(dòng)力傳送到兩側(cè)車輪上則會(huì)產(chǎn)生一些矛盾，例如車輪的轉(zhuǎn)速是一樣的但是所行駛的路程卻是不同的，以至于會(huì)產(chǎn)生車輛的打滑等情況。這樣的情況會(huì)使驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生不正常的磨損、傳動(dòng)效率的降低等種種不良情況，更嚴(yán)重的是會(huì)對(duì)汽車的操控性產(chǎn)生非常大的影響。除此以外，車輪以及行駛的路面之間，尤其是在車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向的時(shí)候它們兩者之間會(huì)產(chǎn)生大的滑移或者是滑轉(zhuǎn)，特別容易讓車輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)失去正常的抵抗側(cè)滑的能力，影響整輛汽車的操控穩(wěn)定性。所以我們?cè)谧笥因?qū)動(dòng)輪處都安裝了差速器，可以通過差速器來消除以上的這些弊端，從而使得汽車兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪擁有在行駛的路程不同的情況下轉(zhuǎn)速也不相同，滿足了汽車行駛時(shí)運(yùn)動(dòng)性上的要求。
我們應(yīng)該從所需設(shè)計(jì)的汽車的具體類型以及使用時(shí)的條件，通過對(duì)這些因素的考量來選擇不同結(jié)構(gòu)形式的差速器，從而使得我們?cè)O(shè)計(jì)出來的汽車能夠真正上路行駛。對(duì)稱錐齒輪式差速器是目前市面上使用較為廣泛的一種差速器，它的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單并且非常輕巧。
經(jīng)過方案的驗(yàn)證，差速器結(jié)構(gòu)形式選擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。
這種齒輪差速器一般性主要是由兩個(gè)半軸齒輪、四個(gè)行星齒輪（小型、微型汽車一般采用的是兩個(gè)、極少數(shù)汽車用的是三個(gè)）差速器左右殼、半軸齒輪、行星齒輪軸及行星齒輪墊片等。它現(xiàn)在被廣泛地運(yùn)用在各種汽車上面，主要是因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格又便宜以及可靠的性能。
3半軸
我們根據(jù)非斷開式驅(qū)動(dòng)橋外端的受力狀況或者支撐形式，將其分為以及三類。如圖1.6。
圖1.6
半浮式半軸其組織結(jié)構(gòu)就是將靠近外端一側(cè)的軸頸直接支撐在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，端面就和車輪輪轂通過錐面它本身自己的軸頸及鍵相互固定在一起，或者是直接將突出的邊緣與制動(dòng)鼓和車輪輪盤相連接在一起。正是由于其采用了這樣的結(jié)構(gòu)，所以除了彎矩會(huì)經(jīng)過它傳遞之外，車輪上的彎矩也會(huì)傳遞過來。其物理結(jié)構(gòu)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，所以其尺寸以及質(zhì)量也都會(huì)相對(duì)小一些、最主要的成本的問題也是相當(dāng)?shù)膬?yōu)秀。主要就是用在一些轎車和輕型載貨汽車上。
3/4浮式半軸它只有一個(gè)裝在驅(qū)動(dòng)橋橋殼半軸套管的端部的軸承，其將車輪輪轂支撐著，但是車輪輪轂的固定則主要是由半軸的端部來完成的。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)用來支撐的軸承，所以整個(gè)軸承的總的支撐剛度可能會(huì)差很多，所以說除了全部轉(zhuǎn)矩之外，還有一部分彎矩會(huì)轉(zhuǎn)而由半軸來承擔(dān)。因?yàn)樗膹澗貢?huì)由半軸和半軸上的套管共同來承受。但其需要分擔(dān)的彎矩主要是由其它部件的因素共同決定的。不過側(cè)向力對(duì)于這樣的半軸卻有致命的影響，因?yàn)槠鋾?huì)引起軸承的傾斜，以致使用的壽命急劇降低，因此它的普及率特別低。
全浮式半軸的工作穩(wěn)定性是非常突出的，所以它在輕型以上汽車的普及率是最高的。本設(shè)計(jì)采用這種全浮式半軸。
4橋殼
驅(qū)動(dòng)橋橋殼對(duì)于汽車來說就好比是人身上的衣服一樣，是必不可少的一樣事物，非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼當(dāng)中安裝了各種主要的傳動(dòng)件，例如主減速器、差速器以及半軸。它承受了汽車全部的荷重并起到一個(gè)承上啟下的作用，將這股力量傳遞到車輪上并卸載到地面。但它同時(shí)又會(huì)將車輪所受到的各種力傳到車廂和懸架上面。
汽車在行駛時(shí)，橋殼會(huì)承受來自于各種復(fù)雜情況下傳遞過來的載荷，因此橋殼它必須具有足夠的剛度以及強(qiáng)度來承受這樣的載荷。為了提高汽車行駛時(shí)的平順性以及把動(dòng)載荷降低，我們應(yīng)在橋殼的剛度以及強(qiáng)度滿足最低限度的條件下盡量把橋殼的重量做到最輕。除此之外，橋殼就其本身而言是需要便于拆卸的，并且盡量的把它的結(jié)構(gòu)弄的簡(jiǎn)單一些，這樣才可以為以后裝在里面的差速器的調(diào)整拆卸提供方便。同時(shí)在設(shè)計(jì)橋殼的結(jié)構(gòu)時(shí)有幾個(gè)因素也是我們必須考慮進(jìn)去的，比如使用時(shí)會(huì)碰到的極端情況，本身自己的制造水平等等。
橋殼按其布局的不同還可以分為整體式、可分式及組合式。按照制造工藝來劃分的話又可以分為鑄造式、鋼板沖壓焊接式以及擴(kuò)張成型式這三種。
1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
我們此次設(shè)計(jì)基本可按下面的幾個(gè)步驟來進(jìn)行：首先就是先將初步的設(shè)想確定，因?yàn)?噸載重的躍進(jìn)卡車是歸屬于輕型貨車的范疇之內(nèi)，用的是后橋來驅(qū)動(dòng)的，因此需要按照輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋，第二步是挑選各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)形式，第三步就是最后來確定各部件的具體參數(shù)，計(jì)算出實(shí)際尺寸。
我們此次設(shè)計(jì)出來的躍進(jìn)卡車驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)該工作性能穩(wěn)定、制造工藝簡(jiǎn)單。并且這個(gè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)出來的驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)該是價(jià)格低廉并且容易拆卸與維修的。
47
第2章 總體方案的確定
2 總體方案的確定
2.1主要技術(shù)參數(shù)
我們此次需要設(shè)計(jì)的是3噸載重躍進(jìn)貨車的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
技術(shù)參數(shù)：
表2.1 3噸載重躍進(jìn)貨車驅(qū)動(dòng)橋總成設(shè)計(jì)參數(shù)
序號(hào)
項(xiàng)目
數(shù)據(jù)
單位
1
驅(qū)動(dòng)形式
4*2
—
2
車身長(zhǎng)度
6500
mm
3
車身寬度
1960
mm
4
車身高度
2275
mm
5
總質(zhì)量
6269
kg
6
裝載質(zhì)量
3000
kg
7
輪距
1586
mm
8
輪胎規(guī)格
—
7.00-16
9
排量
3856
ml
10
功率
50
kw
11
主減速器傳動(dòng)比
4.875
—
2.2主減速器的結(jié)構(gòu)方案確定
（1） 主減速器齒輪的類型
螺旋錐齒輪在工作的時(shí)候可以承受比較大的載荷并且它的工作性能十分穩(wěn)定，工作起來能夠做到平穩(wěn)無聲。所以本設(shè)計(jì)采用。
（2） 主減速器主從動(dòng)錐齒輪以及的選擇
在此次設(shè)計(jì)當(dāng)中，主動(dòng)錐齒輪選用（圓錐滾子軸承）；從動(dòng)式錐齒輪選用（圓錐滾子軸承）。
（3） 主減速器從動(dòng)錐齒輪支撐方式以及安裝方式的選擇
從動(dòng)錐齒輪位于其兩端的軸承一般性都是選擇圓錐滾子軸承，我們?cè)诎仓玫臅r(shí)候應(yīng)該將較大一端朝里放置。我們可以使用放置于軸承兩端的調(diào)整螺母來進(jìn)行調(diào)整，來防止因?yàn)檩S向載荷的作用而將從動(dòng)錐齒輪的位置發(fā)生偏移。我們使用無幅式的結(jié)構(gòu)通過細(xì)牙螺釘將從動(dòng)錐齒輪與差速器相互固定在一起。
（4） 主減速器軸承的預(yù)緊以及齒輪嚙合的調(diào)整
通過一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)軸向力正比于彈簧形變時(shí)，通過預(yù)緊的方式可以消除原來一半的軸向位移。正常情況下預(yù)緊可以起到一定的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的作用，并且也可以在一定程度上改善整個(gè)軸承在工作時(shí)的效果，但是一旦預(yù)緊力過大，越過某個(gè)臨界值時(shí)，反而會(huì)造成齒輪壽命的急劇縮短，會(huì)有過猶不及的效果。因此，我們一般將預(yù)緊力值設(shè)定在發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)產(chǎn)生的軸向力的百分之30左右。
（5） 主減速器的減速形式
主減速器它有各種不同的減速形式，比方來說：輪邊減速、等等。選用何種減速形式一般性都是與所設(shè)計(jì)的汽車具體類型，它在使用時(shí)會(huì)遇到的各種不同條件以及企業(yè)自身的生產(chǎn)制造條件有關(guān)，但起到?jīng)Q定性作用的一般就是以下幾種限制條件：汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、主減速比以及驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙、布置形式等。
對(duì)于一些類似于像賽車這樣的功率很大的汽車來說，在發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pmax以及其轉(zhuǎn)速np給定的情況下，所選擇的i0應(yīng)該盡可能使汽車具有最高的車速vmax，這是i0應(yīng)該按照下面的式子來確定：
i0=0.377
式中：車輪的滾動(dòng)半徑rr=0.5m
ig=1（為直接擋）
最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速np=3200r/min
最高車速vmax=90km/h
相對(duì)于其他一些日常用車來說，可以把最高車速稍加降低以得到足夠的功率，基本上都是比最小值要大上10%~25%，就是按照下面這個(gè)式子：
=（0.377~0.472）
經(jīng)過初步計(jì)算，確定為i0=4.875。
我們應(yīng)該把按照上式所算出來的i0與相同類型的汽車它們的主減速比相比較，并參照主、從動(dòng)減速器的齒數(shù)對(duì)i0予以修正并最終確定。
2.3差速器的結(jié)構(gòu)方案確定
我們應(yīng)該從汽車的類型以及使用時(shí)的條件等情況出發(fā)來確定差速器所應(yīng)該選擇的結(jié)構(gòu)形式，從而能夠滿足汽車在使用時(shí)的性能要求。
差速器的結(jié)構(gòu)形式種類繁多，但是對(duì)于一般在平整路面以及市區(qū)行駛的車輛來說，因?yàn)槁访嫘旭倵l件良好，基本上全部都選擇了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，拆裝維修方便并且工作安全可靠的圓錐行星齒輪差速器。因此對(duì)于此次我們所設(shè)計(jì)的車型來說，最為普通、最為常見的是足夠滿足日常使用要求的。
本次設(shè)計(jì)采用圓錐行星齒輪差速器。
2.4半軸形式確定
與3/4半軸相比較而言，全浮式半軸更適用于本設(shè)計(jì)當(dāng)中。
2.5橋殼形式確定
整體式橋殼，顧名思義，就是整個(gè)橋殼都被作為一個(gè)整體，它的殼體當(dāng)中是中空的，主要的優(yōu)點(diǎn)的話就是其整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及剛度都將超過其他一些結(jié)構(gòu)形式的橋殼。并且橋殼和主減速器殼是分為兩個(gè)不同的部分，在主減速器殼當(dāng)中安置了主減速器齒輪以及差速器，組成了一個(gè)單獨(dú)的總成，可以在零件全部調(diào)節(jié)好之后再將其插入橋殼之內(nèi)，并通過緊固螺栓將它們彼此相互結(jié)合在一起，使得其在往后的調(diào)試以及維修之中變得非常的便捷。
此次設(shè)計(jì)我們將采用鑄造式整體式橋殼。
2.6本章小結(jié)
這次的設(shè)計(jì)因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道了主減速比，所以我們即可根據(jù)整車的其他數(shù)據(jù)參數(shù)確定驅(qū)動(dòng)橋的其他零部件的外形尺寸以及結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)也了解到齒輪在安裝預(yù)緊過程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)的問題以及一些注意事項(xiàng)。在本章當(dāng)中我們主要是確定了驅(qū)動(dòng)橋當(dāng)中一些主要零部件的齒輪的類型以及這些零件的各自不同的安裝方法。
第3章 主減速器設(shè)計(jì)
3 主減速器設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪其運(yùn)作時(shí)的情況并非都是非常良好的，有時(shí)也會(huì)遇到一些比較極端的情況，并且將它和其他同處于傳動(dòng)系的齒輪相較的話，它承受的載荷會(huì)相對(duì)較大一些、有很多變化、并且載荷作用的時(shí)間非常長(zhǎng)以及有很多的沖擊等等運(yùn)作時(shí)的特點(diǎn)。由此可見，傳動(dòng)系中最弱勢(shì)的一個(gè)部分就是主減速器齒輪。主減速器錐齒輪應(yīng)該滿足下面的一些要求：
①具備高的耐磨性，要求其表面疲勞強(qiáng)度要高，彎曲疲勞強(qiáng)度也要高。
②齒根不會(huì)因沖擊載荷的作用而折斷故要求齒輪的芯部具有一定的韌性。
③要有良好的熱處理性能、鍛造性能以及切削加工性能并且經(jīng)過加工制造之后整體性能穩(wěn)定。
④要多選用合金材料，并且要選擇含有鉬、硅、錳等元素的合金鋼。
汽車齒輪以及錐齒輪這兩類齒輪目前常用鋼制造，主要有20CrMnti、20Mntib、16SiMn2wWMoV、20Mnvb等。滲碳合金鋼這種材料具有優(yōu)良的耐磨性能以及抗壓性能，并且其芯部比較軟，韌性也較好，符合作為主減速器齒輪的一些要求。并且作為鋼的一種來說，它的切削加工性能也是毋庸置疑的。不過這種鋼也有缺點(diǎn)，主要就是進(jìn)行熱處理時(shí)的花費(fèi)會(huì)高，基底也比較軟，在壓力過大時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生塑性變形。不過要是含碳量過高的話，表面硬化層可能也不能夠正常的依附于表面之上。
為了防止新齒輪出現(xiàn)擦傷、磨損、咬死或者是膠合等在磨合期出現(xiàn)的情況，我們一般會(huì)將錐齒輪先進(jìn)行熱處理之后再進(jìn)行精加工，然后再在表面鍍一層鋼或者是錫。運(yùn)用表面應(yīng)力噴丸處理這項(xiàng)技術(shù)可以將齒輪壽命提高四分之一。
3.1主減速器錐齒輪的設(shè)計(jì)
3.1.1主減速器齒輪計(jì)算載荷確定
1. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tje
Tje=Te maxiπK0`r`/n （3.1）
式中：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Te max=245N·m
主減速器中主從動(dòng)齒輪最低檔傳動(dòng)比：iπ=i0`i1=4.875×4.71=22.96
變速器傳動(dòng)比=4.71
r是指以上部分的傳動(dòng)效率=0.96
超載系數(shù)K0=1
驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目n=1
Tje=245×22.96×1×0.96/1=5400.49N·m
2. 按驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上行駛打滑時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tj
Tj=
式中：G2指汽車在滿載情況下驅(qū)動(dòng)橋所承受的最大載荷，可初步選擇：
G2=G總×9.8=6290×9.8=61642N
指的是輪胎與地面之間產(chǎn)生的附著力的大小的一個(gè)系數(shù)，對(duì)于一般正常在馬路上行駛的車輛來說，其值一般會(huì)取0.85；Rr是指車輛滾動(dòng)時(shí)的半徑0.5m；b和ib指的是主減速器從動(dòng)齒輪和驅(qū)動(dòng)齒輪之間能量的傳動(dòng)效率以及傳動(dòng)的比值，一般我們分別會(huì)取0.96和1；
Tj===27289.4N·m （3.2）
我們一般性會(huì)將在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的時(shí)候再配合著傳動(dòng)系所能運(yùn)用的最低檔的傳動(dòng)比亦或者是驅(qū)動(dòng)用的車輪產(chǎn)生打滑這樣的情況時(shí)這兩種情況作用在從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)矩小的一方上面。但在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們所設(shè)想的是設(shè)計(jì)貨車的驅(qū)動(dòng)橋，因此只需將在主減速器從動(dòng)齒輪上所產(chǎn)生的最大應(yīng)力的計(jì)算載荷求得就行了。
因?yàn)橛缮厦娴氖阶铀蟪鰜淼挠?jì)算載荷的值并不是在正常行駛狀況下的連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)載荷，所以不能夠參照這個(gè)值來作為判斷疲勞損壞的一個(gè)參考條件。一般載貨汽車都是計(jì)算的主減速器的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩。
3. 按照平常行駛時(shí)產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩來確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm
Tjm= （3.3）
上式中：G總指的是汽車滿載時(shí)的重量N，G總=61642N
GT指的是牽引的掛車在裝滿貨物時(shí)的總重，不過要是只用在牽引車上的話GT=0
fR是指在道路上滾動(dòng)時(shí)輪胎與地面之間所產(chǎn)生的阻力的系數(shù)，一般取fR=0.015
fH是指汽車爬坡通過障礙物的平均能力，一般取fH=0.05
fP則是指汽車性能的系數(shù)
fP= （3.4）
當(dāng)=57.14＞16時(shí)，取fP=0，得：
Tjm===2003.4N·m
3.1.2主減速器螺旋錐齒輪幾何尺寸計(jì)算
（1） 齒數(shù)的選擇
我們可以根據(jù)主減速比的值來確定齒數(shù)，對(duì)于單級(jí)主減速器來說，i0的值不相同，主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)也就各不相同。
A. 假如i0≥6，Z1的取值往往會(huì)大于5，并且其值取的越大疲勞強(qiáng)度的抗性越大。
B. 倘若i0=3.5~5，Z1可以取值的范圍是5~12，不過這樣的話會(huì)導(dǎo)致離地間隙過小，并且齒數(shù)也會(huì)過多。
C. 為了齒輪之間能夠做到更加均勻的相互磨合，Z1、Z2這兩個(gè)數(shù)的取值相互之間應(yīng)該避免出現(xiàn)公約數(shù)。
D. Z1和Z2兩個(gè)齒輪的齒數(shù)它們兩者的數(shù)值相加之和必須要比40大，不然就不能夠得到齒面理想的重疊系數(shù)。
經(jīng)過一系列的資料驗(yàn)證，主減速器的傳動(dòng)比確定為4.875，初步?jīng)Q定將主動(dòng)齒輪的齒數(shù)設(shè)為Z1=6，從動(dòng)齒輪的齒數(shù)設(shè)為Z2取為37。
（2） 選擇節(jié)圓的直徑
由上面已計(jì)算過的從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，（取式子3.1 3.2中較小的一個(gè)），通過經(jīng)驗(yàn)公式：
d2==263.17mm，取近似值d2=263mm。
式中：d2為從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
直徑系數(shù)Kd2一般會(huì)取13~16之間的一個(gè)數(shù)字；
T3則是計(jì)算轉(zhuǎn)矩，其值是Tje和Tj當(dāng)中較小的那一個(gè)。
（3） 端面模數(shù)在齒輪上的選擇
當(dāng)節(jié)圓直徑d2算出并確定之后，我們可以照著式子m=d2/Z2來計(jì)算，將從動(dòng)齒輪它的大端面的模數(shù)求得，在將值求出之后可按照下面的式子：m1=Km=7.01，取近似值m1=7mm。
在上面的式子當(dāng)中，Km代表的是模數(shù)的系數(shù)，一般會(huì)取0.3~0.4之間的某個(gè)值。
（4） 圓錐齒輪其從動(dòng)齒輪的齒寬計(jì)算
F的值是它的節(jié)錐距的0.3倍，主減速器螺旋錐齒輪齒輪面寬度在汽車領(lǐng)域上基本會(huì)采用：F=0.155d2=40.762mm，可以近似的取為F2=40mm。
我們會(huì)習(xí)慣性的將錐齒輪當(dāng)中較小的那個(gè)齒輪的齒面寬度做的要比較大的那個(gè)齒輪要來得寬那么一點(diǎn)，從而讓它在大齒輪兩端都露出來一些，所以一般性我們會(huì)把小齒輪齒面增大百分之十左右，所以的話，F(xiàn)1=44mm。
（5） 螺旋錐齒輪的螺旋方向
按照正常情況來說的話，左旋的基本上都是主動(dòng)輪，另外一個(gè)從動(dòng)的，從而使兩個(gè)齒輪之間的相斥。
（6） 螺旋角選擇格里森制推薦公式 ：
（3.5）
式子當(dāng)中的Z1和Z2分別代表了主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪它們分別的齒數(shù)，E則是偏移距離—雙曲面齒輪的，對(duì)于本設(shè)計(jì)中的螺旋錐齒輪來講呢，E=0mm，在通常的汽車設(shè)計(jì)制造過程當(dāng)中，我們會(huì)將螺旋角的值設(shè)定為35°。
（7） 我們一開始就將主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)為相反的方向，因?yàn)檩S向力就受到這兩個(gè)齒輪旋轉(zhuǎn)方向的影響。主動(dòng)齒輪的軸向力應(yīng)該遠(yuǎn)離齒輪的錐頂方向，當(dāng)我們將變速器打到前進(jìn)檔的時(shí)候，從而達(dá)到分離兩個(gè)齒輪的目的，阻止相互之間碰到而產(chǎn)生損壞。
在齒輪各自的旋向都已經(jīng)確定的情況之下，我們由齒輪的頂部來看則會(huì)發(fā)現(xiàn)主動(dòng)輪是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，而另一個(gè)則正好相反。
表3.1 齒輪的幾何尺寸計(jì)算用
序號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
1
6
2
37
3
7
4
=40mm
=44mm
5
9.16mm
6
Error! Reference source not found.=10.118mm
7
=20°
8
EMBED
Aquation.3
=90°
9
=Error! Reference source not found.
42mm
=258mm
10
arctan
=90°-
=9.22°
=80.77°
11
A==
A=131.17mm
12
t=3.1416
t=21.98mm
13
=7.596mm
=1.576mm
14
=
=2.513mm
=8.543mm
15
c=
c=0.948mm
16
=1.13°
=3.74°
17
；
=12.93°
=81.89°
18
=
=
=8.13°
=79.67°
19
=
=77mm
=259.6mm
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=128.27mm
=19.45mm
21
=16.49mm
=5.8mm
22
B=0.178~0.228
0.2mm
23
=35°
3.2主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算
當(dāng)我們完成了主減速器它的幾何尺寸計(jì)算之后，我們就需要對(duì)它所對(duì)應(yīng)的齒輪的強(qiáng)度來進(jìn)行計(jì)算，從而來保證它有足夠的強(qiáng)度來支持它運(yùn)作足夠的工作壽命。不過在我們對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算的前面，我們首先應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是引起損壞的形式和會(huì)對(duì)其造成影響的主要因素。
首先進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算：
A. 主減速器的強(qiáng)度計(jì)算
① 圓周力（單位長(zhǎng)度）
當(dāng)由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)：
（3.6）
式子當(dāng)中的=245N·m是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，則為變速器此時(shí)所擁有的傳動(dòng)比，是主動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，由上面的表可知為42mm。
所以當(dāng)汽車是以直接檔行駛時(shí)，=291.67N／mm
當(dāng)汽車以一檔開始行駛時(shí)，=1373.75N／mm。
倘若是以附著力最大時(shí)的情況來計(jì)算時(shí)，
（3.7）
式子當(dāng)中的G2所代表的即：汽車在裝載滿貨物之后驅(qū)動(dòng)橋給以水平地面上的最大負(fù)荷，我們首先就取61642N；所代表的含義則是輪胎、地面這兩者之間的附著系數(shù)，在這取0.85，=0.5m。
所以將數(shù)據(jù)代入：=5057.5N/mm。
由此可知，輪胎與地面之間的附著力是非常大的，遠(yuǎn)大于以一檔行駛時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，所以我們此次的校核驗(yàn)算是成立的。
②齒輪的彎矩的強(qiáng)度校核：汽車主減速器其上的輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力為，所以我們可以立式子：
（3.8）
式子當(dāng)中：是在齒根處的彎曲應(yīng)力，單位為MPa；T則為錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；K0是超載系數(shù)，在這里我們直接取1；則為尺寸系數(shù)，我們?cè)谶@取0.70；Km是懸臂式結(jié)構(gòu)所具有的對(duì)于如何分配載荷的系數(shù)，其值為1.25；Kv的值一般在齒輪各項(xiàng)都能正常工作的前提下將其值設(shè)為1；B是現(xiàn)在我們正在計(jì)算的齒輪其具體的齒面寬度，其值為40mm；Z則是齒數(shù)；m是模數(shù)，指齒輪端面的；J則指的是一個(gè)綜合的系數(shù)，取為0.03。
對(duì)于錐齒輪上面的主動(dòng)輪與從動(dòng)輪，T的值分別為：1107.79N·m和6835.08N·m，并且將各個(gè)參數(shù)的值代入式子中，得主動(dòng)錐齒輪的=549.50MPa；而從動(dòng)齒輪的=549.80MPa；所以主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪≤[]=700MPa，由此可見，彎曲強(qiáng)度滿足我們所要求的值的范圍之內(nèi)。
圖3.1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J 圖3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J
按Tjw來計(jì)算，主動(dòng)錐齒輪的彎曲應(yīng)力=158.42N/mm2＜210N/mm2
從動(dòng)錐齒輪的彎曲應(yīng)力=157.39N/mm2＜210N/mm2
因此看來，我們所得到的計(jì)算結(jié)論是在彎曲強(qiáng)度的要求范圍之內(nèi)，是符合要求的。
B.輪齒的接觸強(qiáng)度的計(jì)算
螺旋錐齒輪齒面的接觸應(yīng)力的計(jì)算式子（MPa）應(yīng)為：
（3.9）
在上面的式子當(dāng)中，T1max代表了主動(dòng)齒輪所擁有的最大的轉(zhuǎn)矩，其單位為N·m；T1則是主動(dòng)齒輪在其正常工作時(shí)候的轉(zhuǎn)矩，單位同前一個(gè)轉(zhuǎn)矩一樣；d1則為主動(dòng)錐齒輪上面相對(duì)較大的那一端的分度圓直徑，其值是42mm；在精確制造的齒輪中，Kf可以取1；鋼制齒輪副的材料彈性系數(shù)Cp=232.6/mm；尺寸系數(shù)Ks=1；K0，Km，Kv，B的選擇與式（3.8）中是一樣的；J則取0.154，如圖3.2所示。
齒輪所受到的平均齒面接觸強(qiáng)度：=1662.41MPa＜[]=1750MPa
齒輪所受到的最大齒面接觸強(qiáng)度：=2746.07MPa＜[]=2800MPa
所以通過校驗(yàn)，我們的計(jì)算是合理的。
3.3主減速器錐齒輪軸承設(shè)計(jì)計(jì)算
有關(guān)軸承的所有的設(shè)計(jì)計(jì)算，我們一般就是對(duì)于一個(gè)軸承其使用壽命的分析計(jì)算。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們一般會(huì)先根據(jù)所具有的外形結(jié)構(gòu)從而來大致的選出軸承應(yīng)該使用的型號(hào)，然后再來驗(yàn)證軸承在與此種減速器的配合之下其能夠使用的年限是否符合要求。對(duì)于軸承的使用年限影響最大的則是它的正常工作環(huán)境以及在其運(yùn)作的時(shí)候會(huì)有多少的載荷加載在它之上。所以我們?cè)谛：溯S承壽命之前，就應(yīng)該先求出齒輪其本身所受的，并由此反推出軸承受到的合力，從而得到軸承所受到的載荷的大小。
1. 主減速器上的主動(dòng)齒輪所受到的力
如圖3.3所示在錐齒輪運(yùn)作的整個(gè)過程當(dāng)中，有一個(gè)法向力作用在兩個(gè)相互嚙合的齒面之上。這個(gè)法向力是由三個(gè)力合成的。它們分別是軸向力—齒輪軸線方向、徑向力—垂直于齒輪軸線、圓周力—齒輪切向方向。
圖3.3 主動(dòng)錐齒輪工作時(shí)受力情況
我們先要做的就是確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由此才能計(jì)算出齒輪上所受到的圓周力。由反復(fù)的實(shí)踐計(jì)算證明，疲勞損壞是最主要的損壞形式，所以我們?cè)谟?jì)算時(shí)，就要按照當(dāng)量轉(zhuǎn)矩Td來完成我們的計(jì)算。我們可以按照下面的式子來進(jìn)行當(dāng)量轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：
（3.10）
在式子當(dāng)中，Te max 代表了發(fā)動(dòng)機(jī)能夠發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩，其值為210N·m；fi1，fi2……fir則表示變速器中各個(gè)檔位它們的使用頻率，我們可以參照表3.3來分別選擇0.5%，2%，5%，15%，77.5%；ig1，ig2……igr則表示的是變速器各個(gè)檔位它們各自的傳動(dòng)比，分別為4.71，3.82，2.88，1.59，1；fT1，fT2……fTR表示的是發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)檔位時(shí)的使用率，由表3.3可以分別選擇50％，60％，70％，70％，60％。
表3.3 及的參考值
變速器
檔位
車型
IV擋帶
超速檔
IV擋帶
超速檔
<80
>80
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
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，其中——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，；——汽車總重，。
由計(jì)算可知，Td=228.57N·m
圓周力P在的大小為：
=13109N
式子當(dāng)中，T表示的齒輪上所受到的轉(zhuǎn)矩。主動(dòng)齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩T1d；dm則表示的是該中點(diǎn)上的分度圓的直徑，相較于來講，，。所以，
d1m=34.97mm；d2m=215.02mm；
是指從動(dòng)齒輪上面的為80.79°。
表3.4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
按順時(shí)針方向左旋的是：
=9942N （3.12）
=7155N （3.13）
按逆時(shí)針方向右旋的是：
=7155N （3,14）
=9942N （3.15）
式子當(dāng)中的表示齒廓表面在法向方向上的壓力角的大小，其值為20°；主動(dòng)齒輪的節(jié)錐角9.21；則是從動(dòng)齒輪的，其值為80.79。
2 主減速器上軸承所承受的載荷的校核與計(jì)算
軸承上面的軸向力實(shí)質(zhì)上就是在軸向上所受到的載荷。另外若是其支撐形式是圓錐滾子軸承的話，就不單單只有軸向力的作用，還會(huì)有像徑向力之類的其他的干擾力的作用。軸承所受到的徑向載荷呢，實(shí)則就是齒輪所受到的其他載荷的相反的向量和（其中包括徑向力、圓周力、軸向力）。如果主減速器它的齒輪的外形尺寸已經(jīng)確定，還有它的支撐的形式再加上軸承安裝的位置等都確定了，軸承的則能夠由齒輪的以及徑向和圓周這三個(gè)力來求得。
主動(dòng)錐齒輪我們采用的是，從動(dòng)錐齒輪則采用了，它們所各自承受的徑向載荷則如圖3.4。
圖3.4 主減速器軸承的布置尺寸
其中軸承A和軸承B它們的徑向載荷分別為：
RA= （3.16）
（3.17）
式子當(dāng)中我們已經(jīng)知道了P=13109N，R1=7155N，A1=9942N，d1m=34.87mm，a=30mm，b=60mm，c=150mm。
所以可以