大運(yùn)輕卡驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)含開題及CAD圖

大運(yùn)輕卡驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)含開題及CAD圖,大運(yùn)輕卡,驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì),開題,CAD 設(shè)計(jì)說明書 大運(yùn)輕卡驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 摘要 在我國的汽車制造業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)之中，因?yàn)檩p型貨車在短距運(yùn)輸中的的機(jī)動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性良好，使它在汽車產(chǎn)業(yè)中占了較大的比重，與其匹配的車橋尤其是驅(qū)動(dòng)車橋的好壞會(huì)關(guān)系到輕卡整車的通過性、燃油經(jīng)濟(jì)性和平順性。由于當(dāng)前公路條件的改善，輕型貨車平均速度加快，運(yùn)輸效率增加。為了滿足這些要求，本次驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是制造和維修成本低、使用可靠、構(gòu)造簡單。一款很好的驅(qū)動(dòng)橋，能夠降低汽車的生產(chǎn)成本，因此對輕型貨車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)和研究有一定的實(shí)際意義。 在本文中，詳細(xì)介紹了驅(qū)動(dòng)橋的組成和結(jié)構(gòu)，分析各部分零件的功能和原理和驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的基本要求。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)主減速器總成及齒輪、差速器總成及齒輪、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等部件。并且計(jì)算其尺寸參數(shù)和校核參數(shù)。最后，利用CATIA軟件進(jìn)行模型的建立。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋，主減速器，差速器，半軸 Design of DaYun light truck drive axle ABSTRACT In the automobile manufacturing industry and transportation industry, because light trucks are mobility and economically in short distances, It makes up a large proportion in the automobile industry, and the axle matching with the light truck, especially the driving axle, will affect the pass, fuel economy and smoothness of the light truck. Due to the improvement of current highway conditions, the average speed of light truck is speeding up and transportation efficiency is increasing. In order to meet these requirements, the design of the drive axle is bound to develop in the direction of low manufacturing and maintenance costs, reliable use and simple construction.A good drive bridge, able to reduce the cost of production of the car, light truck drive axle has a certain practical significance. In the design process, first of all, we should consult the data, master the composition and structure of the drive axle, analyze the functions and principles of each part, and understand the basic requirements of the drive axle design. On this basis, the main reducer assembly and gear, differential assembly and gear, half axle and drive axle housing and other components are designed. And calculate its size parameters and check parameters, use CATIA software to complete the establishment of the model. Key words: Drive axle,Main reducer,Differential mechanism,Half shaft, 目 錄 1.緒論 1 1.1選題背景和意義 1 1.2國內(nèi)外驅(qū)動(dòng)車橋研究現(xiàn)狀 2 1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 1.3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和預(yù)期成果 2 1.4小結(jié) 2 2.驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分類及設(shè)計(jì)參數(shù) 3 2.1驅(qū)動(dòng)橋的種類 3 2.2驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 3 2.3驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求 3 2.4小結(jié) 4 3.主減速器的設(shè)計(jì) 5 3.1減速器的結(jié)構(gòu)形式 5 3.2 主減速器的載荷計(jì)算 8 3.2.1主減速比 8 3.2.2齒輪在不同情況下的轉(zhuǎn)矩 9 3.3主減速器錐齒輪的參數(shù) 10 3.3.1主減速器參數(shù)計(jì)算 10 3.3.2錐齒輪參數(shù)表格 11 3.4 主減速器錐齒輪的材料 13 3.5主減速器齒輪的強(qiáng)度校核 14 3.5.1齒輪損壞形式與壽命 14 3.5.2齒輪的耐磨性 16 3.5.3主減速器錐齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度 17 3.5.4錐齒輪的接觸強(qiáng)度計(jì)算 18 3.5.5主動(dòng)齒輪軸的彎矩 19 3.6主減速器齒輪的軸承選擇與校核 19 3.6.1軸承計(jì)算的原理 19 3.6.2主動(dòng)齒輪上的作用力的大小 19 3.6.2錐齒輪軸承的定向載荷 20 3.6.3軸承的使用壽命 21 3.7主減速器三維建模 22 3.8小結(jié) 22 4.差速器的設(shè)計(jì) 23 4.1差速器的結(jié)構(gòu)及形式 23 4.2差速器齒輪基本參數(shù) 23 4.2.1差速器齒輪參數(shù)的選擇 23 4.2.2半軸齒輪和行星齒輪的參數(shù)匯總 24 4.3差速器的材料 25 4.4差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 25 4.5差速器的CATIA模型 26 4.6小結(jié) 26 5. 車輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 28 5.1半軸的類型 28 5.2半軸的設(shè)計(jì) 28 5.3半軸花鍵強(qiáng)度的計(jì)算 29 5.4半軸的材料 30 5.5半軸的CATIA三維建模 30 5.6小結(jié) 30 6.橋殼的設(shè)計(jì) 31 6.1驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)型式的選擇 31 6.2橋殼的強(qiáng)度校核 32 6.3驅(qū)動(dòng)橋橋殼的三維建模 34 6.4小結(jié) 34 7.總結(jié) 35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 37 5 第 Ⅲ 頁 共 Ⅲ 頁 1.緒論 1.1選題背景和意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，汽車在大眾生活中的作用越來越大，有人將其作為一種代步工具也有人將其作為一種運(yùn)輸工具，而汽車工業(yè)的發(fā)展水平也是權(quán)衡一個(gè)國家機(jī)械工業(yè)化程度的重要標(biāo)志。汽車不但作為一種行駛的工具，同時(shí)它的優(yōu)劣對于運(yùn)輸業(yè)者來說也有著十分重要的意義。由于我國目前基礎(chǔ)建設(shè)尤其是公路建設(shè)逐步完善加強(qiáng)，輕型的短距類型的貨車因其靈活性和經(jīng)濟(jì)性良好而迅速發(fā)展起來了。我國輕型貨車銷量占整體貨車比重逐漸增大，據(jù)AutoNews網(wǎng)站報(bào)道，市場研究公司R.L. Polk & Co表示在中國需求的帶動(dòng)下，2012年全球輕型卡車的銷量將增加7%。因此可見輕卡在整體貨車的生產(chǎn)中占據(jù)較大的比例[1]。 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)的重要組成部分，汽車驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)造類型和性能指標(biāo)不僅對耐用性和持久性有重大影響外，也對貨車的各種性能比如動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性能，平順性、通過性和操穩(wěn)性等有著非常重要的關(guān)系。而且因?yàn)槟壳罢w經(jīng)濟(jì)形勢不容樂觀，人們收入幾乎沒有增長，但燃油價(jià)格確上漲了，貨車尤其是輕型貨車在燃油方面的花費(fèi)也愈來愈多了，故而在確保貨車的動(dòng)力性能足夠的條件下，從設(shè)計(jì)的角度去增加整車的燃油經(jīng)濟(jì)性也變得異常的必要。為了達(dá)到從各方面降低油耗的目的。不僅要求在發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)行各種省油技術(shù)如渦輪增壓等技術(shù)。而且在發(fā)動(dòng)機(jī)之后的傳動(dòng)系中也必須為了省油而進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常體現(xiàn)在減少尺寸以減少整備質(zhì)量達(dá)到省油的目的。因此在使用一樣型號參數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，如果整車配備結(jié)構(gòu)合適，性能參數(shù)良好的車橋能在節(jié)省燃油提高經(jīng)濟(jì)性方面加分不少。目前為了達(dá)到這一目的是通過C曲線來匹配發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)橋的[2]。對于大部分汽車驅(qū)動(dòng)橋位于后軸處，而對于一些前驅(qū)的轎車和越野車來說前橋是轉(zhuǎn)向橋也是驅(qū)動(dòng)橋，對于大部分貨車驅(qū)動(dòng)橋位于后軸處及傳動(dòng)系的末端，所以針對本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的輕卡而言屬于后驅(qū)。驅(qū)動(dòng)橋的作用是一般來講是減速和增扭,并將發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的轉(zhuǎn)矩用差速器分配給左右兩驅(qū)動(dòng)輪，從而實(shí)現(xiàn)汽車的正常行駛。與此同時(shí)對于整體式的驅(qū)動(dòng)橋來說其橋殼還必須承受作用于其上的各種力和力矩[3]。因此驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)和制造水平對整車的性能影響是非常大的。因此本設(shè)計(jì)有非常重要的意義。 1.2國內(nèi)外驅(qū)動(dòng)車橋研究現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前國外驅(qū)動(dòng)橋主要的設(shè)計(jì)研究較為成熟，新技術(shù)和新方法正在逐漸被應(yīng)用。使得開發(fā)一款驅(qū)動(dòng)橋的研發(fā)周期大大縮短，而且其成本也不高，由于大量相關(guān)設(shè)計(jì)校核軟件的利用使得其設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋更加的安全可靠[4]。目前國外最新的技術(shù)包括： (1) 并行工程開發(fā)模式 (2) 模態(tài)分析 (3) 驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析 (4) 高性能制動(dòng)器技術(shù) (5) 基于驅(qū)動(dòng)橋的電子控制技術(shù) 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國目前驅(qū)動(dòng)橋的研發(fā)能力較弱，技術(shù)含量比較低，與國際先進(jìn)水平水平相比還有不小的差距。目前的研發(fā)過程基本上是從國外引入一款驅(qū)動(dòng)橋分析研究之后結(jié)合自己的情況加以改進(jìn)設(shè)計(jì)，很少有廠家像國外驅(qū)動(dòng)橋企業(yè)一樣有完整的開發(fā)體系與研發(fā)流程，大部分屬于逆向工程。但隨著目前高新技術(shù)的快速發(fā)展和全球化，我國的企業(yè)也逐漸與世界接軌，目前很多企業(yè)引進(jìn)國外先進(jìn)的研發(fā)流程和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用且研發(fā)團(tuán)隊(duì)的能力也在提高，相信我國的驅(qū)動(dòng)橋研發(fā)能力和設(shè)計(jì)能力會(huì)逐漸與國際先進(jìn)水平同步[5]。 1.3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和預(yù)期成果 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大運(yùn)輕卡驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，該型號屬于大運(yùn)祺運(yùn)輕卡250批次。說明書中將要詳細(xì)介紹大運(yùn)輕卡驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的如下方面：現(xiàn)在市面上驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分類和基本構(gòu)成，主要部件比如主減速器、差速器、半軸和橋殼的結(jié)構(gòu)組成與工作原理，關(guān)鍵易出問題的部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度和疲勞壽命的校核。 其中成果包括查找并翻譯一篇與驅(qū)動(dòng)橋相關(guān)的英文資料；根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋的主要性能參數(shù)在CATIA中建模；完成設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋的裝配圖；撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇。 1.4小結(jié) 通過查閱資料，了解到了驅(qū)動(dòng)橋尤其是輕卡驅(qū)動(dòng)橋發(fā)展的現(xiàn)狀以及驅(qū)動(dòng)橋的重要性。懂得了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和大體方向，從而為接下來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。 2.驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分類及設(shè)計(jì)參數(shù) 2.1驅(qū)動(dòng)橋的種類 市面上的驅(qū)動(dòng)橋一般情況下分為非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋[6]，當(dāng)整車設(shè)計(jì)時(shí)如果決定采用獨(dú)立懸架時(shí)，則會(huì)采用斷開式的驅(qū)動(dòng)橋。反之則用非斷開式的驅(qū)動(dòng)橋，一般貨車不注重舒適性而注重經(jīng)濟(jì)性故會(huì)選擇整體式驅(qū)動(dòng)橋。 1）非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋一般又被稱為整體式驅(qū)動(dòng)橋，差速器裝在主減速器殼中與主減速器用螺栓連接在一塊成為一個(gè)整體，然后將這個(gè)整體與橋殼連接。其簧上質(zhì)量較小意味著其乘坐舒適性較差但其結(jié)構(gòu)簡單，這就是它被廣泛應(yīng)用于貨車的原因[7]。它的橋殼是一根整體的空心梁。 2） 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 對于斷開式的驅(qū)動(dòng)橋，它與獨(dú)立懸架相搭配，結(jié)構(gòu)內(nèi)存在著萬向傳動(dòng)裝置去驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)，其大部分結(jié)構(gòu)屬于簧上質(zhì)量的部分，因此乘坐舒適性良好，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多，成本高，因此被廣泛應(yīng)用在轎車之中。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 2.2驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 非斷開式的驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器總成、差速器總成、半軸、主減速器殼和橋殼等部件構(gòu)成。其布局如圖2.2所示。 2.3驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求 通過收集資料了解到驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的基本要求匯總?cè)缦耓8]： 1) 正確的主減速比，能夠降低油耗。 2) 保證外形尺寸不能太大，一方面能減少重量而另一方面來確保必要的地面間隙使其通過性良好。 3) 提高齒輪表面硬度和整體韌性。 4) 要保證重量適當(dāng)，比如要在設(shè)計(jì)中增加簧上質(zhì)量提高汽車的平順性。 5) 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。 6) 要保證實(shí)現(xiàn)三化，及標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。使得成本低，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。 7) 通過合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來保證機(jī)械效要高，降低不必要的能量損耗。 結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的原始數(shù)據(jù)和查閱同型號輕卡獲得的數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?.1及表2.2所示： 圖2.1 非斷開式的驅(qū)動(dòng)橋 1—半軸；2—圓錐滾子軸承；3—支撐螺栓；4—主減速器從動(dòng)錐齒輪；5—油封； 6—主減速器齒輪傳動(dòng)錐齒輪；7—彈簧座；8—墊圈；9—輪轂；10—調(diào)節(jié)螺母 2.4小結(jié) 本章按照任務(wù)書上已給的數(shù)據(jù)結(jié)合上網(wǎng)查詢信息得知，本次設(shè)計(jì)的型號為大運(yùn)輕卡祺運(yùn)250批的方案，從而確定了所匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的型號、變速箱的型號和參數(shù)以及輪胎的型號等參數(shù)，也了解到了驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)的基本要求，加深了對驅(qū)動(dòng)橋的了解。 表2.1變速器傳動(dòng)比 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ R 變速器傳動(dòng)比 5.528 2.836 1.634 1.00 0.794 5.011 表2.2大運(yùn)輕卡整車設(shè)計(jì)參數(shù): 型號 CGC1047DB33E3 額定載重 1.75噸 類型 輕型貨車 總質(zhì)量 4.315噸 軸距 3300mm 最高車速 80km/h 車身長度 2米 排量 2.672L 車身高度 2.3米 最大輸出功率 66kw 輪距 前輪距1590 mm后輪距1540mm 扭矩 220NM 變速器 LG5-20 最大扭矩轉(zhuǎn)速 2200RPM 輪胎型號 6.50-16 7.00-16 后橋 2575 3.主減速器的設(shè)計(jì) 3.1減速器的結(jié)構(gòu)形式 3.1.1主減速器齒輪類型的選擇 主減速器一般情況下可據(jù)據(jù)傳動(dòng)齒輪的類型、減速的方式和主、動(dòng)齒輪的支撐方式的區(qū)別來區(qū)分。 主減速器按齒輪類型可分為圓柱齒輪、圓錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪等的形式。其中弧齒錐齒輪工作穩(wěn)定振動(dòng)和噪聲低，但受嚙合精度的影響較大，一旦嚙合不吻合就會(huì)使齒輪磨損加劇和噪聲加大；雙曲面齒輪與之相比傳動(dòng)比較大、尺寸較小與更加的平穩(wěn)可靠，但其加工精度要求較高從而成本較高；發(fā)動(dòng)機(jī)前置且橫置的乘用車上一般比較多用圓柱齒輪傳動(dòng)上。在目前輕卡驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器經(jīng)常使用的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪[9]。 螺旋錐齒輪如圖3.1（a）所示，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的軸線相交且夾角為。齒輪在嚙合時(shí)的重合度大，嚙合時(shí)是由點(diǎn)到線的，是逐漸嚙合的，有一個(gè)過程。故螺旋錐齒輪能承擔(dān)較大的負(fù)荷，并且在運(yùn)行過程中嚙合平穩(wěn)，即便在在快速運(yùn)行時(shí)其噪聲和振動(dòng)也不大。 雙曲面齒輪如圖3.1（b）所示，主動(dòng)齒輪的軸線不與從動(dòng)齒輪相交而且成夾角。和螺旋錐齒輪比較來說，當(dāng)雙曲面齒輪的大小一致時(shí)，雙曲面齒輪具有比螺旋錐齒輪更大的傳動(dòng)比；當(dāng)所給傳動(dòng)比固定時(shí)，而主動(dòng)齒輪相同是，雙曲面齒輪的軸徑比螺旋錐齒輪會(huì)更大，并且輪齒強(qiáng)度與軸承剛度較大；同時(shí)雙曲面齒輪的半徑也小，離地間隙比較大，從而使整車有更好的通過性和越野性；在其工作過程中，雙曲面齒輪的嚙合處在兩個(gè)方向都有滑動(dòng)使其運(yùn)行更加平穩(wěn)。 （a） (b) 圖3.1主減速器齒輪 3.1.2主減速器減速形式的選擇 主減速器也可根據(jù)其幾級減速分為單級主減速器是、雙極主減速器和雙速主減速器等形式。單級主減速器具有構(gòu)造和設(shè)計(jì)較為簡單和成本低等優(yōu)點(diǎn)因而經(jīng)常被用于主減速比的乘用車和輕型貨車上?？傊亓枯^小的輕卡通常使用單級主減速器；雙極主減速器通常會(huì)用在主減速比的總重量較大的載貨車上； （a）單級主減速器 （b）雙級主減速器 圖3.2主減速器 如圖3.2（a）所示，驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最為簡單的就是單級主減速器，各部分盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件，因?yàn)橥ㄓ没慵?chǔ)量多因此成本低，單級主減速器是以上幾種中最基本的類型，輕型貨車基本都使用單級的主減速器。由于現(xiàn)在交通發(fā)達(dá)便捷。單級主減速器由于構(gòu)造簡單結(jié)合路面條件改善因此得到了大量的使用。 如圖3.2（b）所示，雙級的主減速器由兩級減速齒輪構(gòu)成，其體積較大，各種零部件較多使其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，其成本也較單級主減速器高。因此只用于大型貨車。 考慮本次驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的基本要求，故主減速器選用螺旋錐齒輪式的單級主減速器。 3.1.3主減速器主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的支撐形式 (a) (b) 圖3.3主動(dòng)齒輪支撐形式 主減速器齒輪正確嚙合不僅與齒輪的形式有關(guān)而且也與支撐形式有很大的關(guān)系，其中主動(dòng)錐齒輪的支撐方式分為跨置式支撐如圖3.3（b）和懸臂式支撐如圖3.3（a）所示，懸臂式支撐結(jié)構(gòu)簡單但是剛度較低，而當(dāng)載荷較大時(shí)變形較大影響正確的嚙合造成齒輪損壞，而懸臂式則相反。 主減速器從動(dòng)齒輪一般只有跨置式支撐的支撐形式其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。 故本次設(shè)計(jì)輕卡減速器主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支撐形式；從動(dòng)錐齒輪則是跨置式支撐形式。 圖3.4從動(dòng)齒輪支撐形式 3.2 主減速器的載荷計(jì)算 3.2.1主減速比 一般對于乘用車和公共汽車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)功率給定的情況下。計(jì)算可以參考計(jì)算公式（3.1） =0.377= =5.56 (3.1) —主減速器主減速比 —車輪的滾動(dòng)半徑（m）：根據(jù)參考車型取0.369 —最大功率的轉(zhuǎn)速（r/min）； —汽車所達(dá)到的最高車速（km/h）； —汽車變速器最高擋的傳動(dòng)比； 對于其他汽車而言如本次設(shè)計(jì)的大運(yùn)輕卡，為了用降低車速的辦法來得到足夠的功率儲(chǔ)備，主減速比一般應(yīng)選的比按（3—1）的大10％～20％。對于本課題大運(yùn)輕卡而言應(yīng)按下式計(jì)算： =（0.377～0.472）=5.56～6.96 初選 =5.7 —分動(dòng)器高檔傳動(dòng)比：本設(shè)計(jì)沒有分動(dòng)器故取1； —輪邊減速器傳動(dòng)比：取1； 此時(shí)計(jì)算出來的的主減速比應(yīng)與同類車型的參數(shù)相比較并考慮主從動(dòng)齒輪所選的齒數(shù)對的值予以矯正并最終確定下來[10]。 3.2.2齒輪在不同情況下的轉(zhuǎn)矩 汽車行駛過程中由于路面不平等因素造成傳動(dòng)過程中傳遞載荷不是一成不變的，因此幾乎不能算出齒輪上的載荷，把發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩搭配變速器最低檔傳動(dòng)比和車輪在好路面上開始滑轉(zhuǎn)時(shí)的從動(dòng)齒輪的載荷的較小者進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)[11]。 1) 從動(dòng)齒輪： ①　 按最大輸出轉(zhuǎn)矩 (3.2) —突然與離合器相接所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，由于故=0，=1； —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，220； —液力變矩器變矩系數(shù)，沒有液力變矩器故取1； —變速器一檔傳動(dòng)比； —分動(dòng)器傳動(dòng)比取1； —發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率，取0.96； —驅(qū)動(dòng)橋數(shù)取1； ②　 按驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上打滑時(shí)的轉(zhuǎn)矩 (3.3) —滿載下驅(qū)動(dòng)橋的靜載荷，取65%的滿載質(zhì)量，=2804N; —從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比； —從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率； —負(fù)載系數(shù),取值為1.2; —輪間附著系數(shù),取值為0.85; ③　 按從動(dòng)輪的平均轉(zhuǎn)矩 (3.4) G—汽車滿載質(zhì)量,; —道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.015； —汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，取0.05； —汽車的性能系數(shù) 故=0； 2) 主動(dòng)齒輪： (3.5) ①　 由發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩和最低傳動(dòng)比確定的主動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)矩 ②　 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)矩 ③　 主動(dòng)錐齒輪的平均轉(zhuǎn)矩 計(jì)算錐齒輪強(qiáng)度時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩； 當(dāng)計(jì)算錐齒輪疲勞壽命時(shí)； 3.3主減速器錐齒輪的參數(shù) 3.3.1主減速器參數(shù)計(jì)算 1）主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)的確定 選取要求 ①　 為了主從動(dòng)齒輪嚙合平穩(wěn)，應(yīng)大于40； ②　 為了保證磨損勻稱，應(yīng)避免存在公約數(shù)； ③　 為了齒輪嚙合運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小，不小于６； ④　 大時(shí)，應(yīng)小些，以保證汽車有足夠的通過性。 因此選符合這些要求。 2）節(jié)圓直徑以及端面模數(shù) (3.6) —直徑系數(shù)，取14 (3.7) 此處取 3） 齒面寬度的確定 一般情況下主減速器螺旋錐齒輪齒面面寬度采用下列經(jīng)驗(yàn)公式選取。 大齒寬 一般使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪略大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大10%比較合適。 小齒寬 4） 中點(diǎn)螺旋角 螺旋角一般指的是齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角，一般取。 5）法向壓力角 載貨汽車齒輪法向壓力角一般為。 6) 螺旋方向 從主動(dòng)錐齒輪的錐頂往下看，中間線上邊向左偏為左旋，向右偏為右旋。主動(dòng)、從動(dòng)齒輪方向相反。為了不使汽車在前行時(shí)主從動(dòng)齒輪靠近。故主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從動(dòng)錐齒輪為右旋。 3.3.2錐齒輪參數(shù)表格 設(shè)計(jì)計(jì)算錐齒輪基本參數(shù)，如表3.1所示： 表3.1 序號 計(jì)算公式 數(shù)值 注 釋 1 7 小齒輪齒數(shù) 2 40 大齒輪齒數(shù) 3 6mm 模數(shù) 4 44mm 小齒輪齒面寬 續(xù)表3.1 序號 計(jì)算公式 數(shù)值 注 釋 5 40mm 大齒輪齒面寬 6 20° 壓力角 7 9.36mm 齒工作高,查表3.2取1.65 8 10.40mm 齒全高,查表3.2取1.83 9 90° 軸交角 10 42mm 小齒輪分度圓直徑 11 10° 小齒輪節(jié)錐角 12 80° 大齒輪節(jié)錐角 13 121mm 節(jié)錐距 14 18.85mm 周節(jié) 15 1.62mm 大齒輪齒頂高,取0.38 16 7.74mm 小齒輪齒頂高 17 2.66mm 小齒輪齒根高 18 8.78mm 大齒輪齒根高 19 1.04mm 徑向間隙 序號 計(jì)算公式 數(shù)值 注 釋 20 1.26o 小齒輪齒根角 21 4.15° 大齒輪齒根角 22 14.15° 小齒輪面錐角 23 81.26° 大齒輪面錐角 24 8.47° 小齒輪根錐角 續(xù)表3.1 序號 計(jì)算公式 數(shù)值 注 釋 25 75.85° 大齒輪根錐角 26 57.26mm 小齒輪外緣直徑 27 247.55mm 大齒輪外緣直徑 28 118.66mm 小齒輪至齒輪外緣的距離 29 19.40mm 大齒輪至齒輪外緣的距離 30 4.91mm 大齒輪弧齒厚，取0.9 31 13.94mm 小齒輪理論弧齒厚 32 35° 螺旋角 表3.2 輕型貨車螺旋錐齒輪的、和 主動(dòng)齒輪齒數(shù) 5 6 7 8 9 10 11 從動(dòng)齒輪最小齒數(shù) 34 33 32 31 30 29 26 法向壓力角 20o 螺旋角 35° 40° 35° 從動(dòng)齒輪工作齒高系數(shù) 1.43 1.50 1.56 1.61 1.65 1.68 1.96 1.70 從動(dòng)齒輪齒高系數(shù) 1.58 1.67 1.73 1.79 1.83 1.87 1.88 1.89 從動(dòng)齒輪齒頂高系數(shù) 0.16 0.22 0.27 0.33 0.38 0.44 0.49 0.52 3.4 主減速器錐齒輪的材料 主減速器錐齒輪的使用條件差，汽車運(yùn)行過程中是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，由于路面和發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等一系列因素造成齒輪受到的沖擊載荷較大因此與傳動(dòng)系中其他齒輪比較，它的工作條件更差。它要在長時(shí)間在運(yùn)作以保證車輛的前行，因此齒輪磨損非常嚴(yán)重。故齒輪材料的選擇必須要滿足以下要求： 1）選擇的材料必須保證齒輪彎曲強(qiáng)度和表面強(qiáng)度要足夠，齒輪的表面處理后要有足夠高的硬度使其更加耐磨結(jié)實(shí)。 2）為了避免齒輪太脆而無法適應(yīng)無規(guī)律的沖擊載荷，主減速器錐齒輪的齒輪內(nèi)部應(yīng)該剛度低一點(diǎn)韌性強(qiáng)一些。 3）加工性能好、鍛造性和熱處理性好。 4）因?yàn)橐恍┖辖鹪貢?huì)極大的改變鋼材的性能故不用含有鎳、錳、鉻元素的鋼材。 汽車內(nèi)的各種齒輪的材料尤其是主減速器中的齒輪基本上使用的都是合金的滲碳鋼，比如20MnVB、22CrNiMo、20CrMnTi及20MnTiB等鋼材，通過表面滲碳處理，使其表面具有一層非常堅(jiān)硬的薄膜，這使它不易磨損，而且能承受巨大壓力。主減速器齒輪的內(nèi)部剛度低故韌勁較大，因此基本上都是里邊比較軟外邊比較硬，這種材料使得傳動(dòng)齒輪既有韌性又耐磨，并且當(dāng)它承受較大的壓力時(shí)齒輪有一定的變形不易折斷從而提高其壽命。 在目前的機(jī)械制造業(yè)中，對于錐齒輪來進(jìn)行精細(xì)的切削加工和正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)和表面滲碳和滲氮的熱處理工藝，然后在進(jìn)行磷化處理和電鍍鉻或銅。最后在輪齒齒面上進(jìn)行噴丸的操作。這樣做的目的是為了增加錐齒輪的整體強(qiáng)度和它的局部表面強(qiáng)度，防止齒輪在工作過程中膠合、磨損、表明損傷而導(dǎo)致齒輪損壞，提高齒輪的使用壽命[12]。 3.5主減速器齒輪的強(qiáng)度校核 3.5.1齒輪損壞形式與壽命 當(dāng)計(jì)算完主減速器錐齒輪的詳細(xì)尺寸參數(shù)以后。為了驗(yàn)證所計(jì)算的幾何尺寸是否合理是否滿足其工作是的強(qiáng)度要求，因此已對其強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。在此之前，需要了解齒輪損壞的類型和使其損壞的具體原因。 齒輪在工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生齒面膠合、點(diǎn)蝕和剝落、輪齒折斷等損壞方式[13]。它們的影響因素分述如下： （1）輪齒折斷 輪齒的折斷一般由彎曲強(qiáng)度不夠造成的過載折斷和材料在反復(fù)的沖擊載荷下的疲勞折斷組成的。而齒輪的折斷多半是從齒根處折斷的，這是由于齒輪根部處與齒輪受力處的距離造成其彎曲應(yīng)力變得很大。 ①疲勞折斷：在主減速器工作過程中主從動(dòng)齒輪一直承受著較大的交變載荷，輪齒的跟部遭受交變的彎曲載荷應(yīng)力。若是最大應(yīng)力處的應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限的話，那么最初產(chǎn)生的裂痕應(yīng)該在在齒根處。但隨著汽車行駛里程的增加也意味著作用在齒輪上的循環(huán)載荷次數(shù)的增多時(shí)，導(dǎo)致其產(chǎn)生的裂縫愈來愈大，到最后整個(gè)齒輪斷開失效，在發(fā)生輪齒斷裂的地方由于在載荷作用下的摩擦使得斷裂面比較光滑，這就是疲勞斷裂的特征之一。 ②過載折斷：因?yàn)樵O(shè)計(jì)的時(shí)候考慮不周或者選用的齒輪材料及表面熱處理與要求不相符，亦或是因?yàn)橥蝗恍缘臎_擊載荷，使其所受到的載荷超過了規(guī)定的彎曲強(qiáng)度所要求的大小，從而使得輪齒折斷而失效。 為了避免輪齒因?yàn)閺?qiáng)度不夠而折斷，應(yīng)該使其存在足夠的疲勞和彎曲的強(qiáng)度，并選用合適的模數(shù)、壓力角、齒高和齒側(cè)間隙。齒輪材料的選擇要性能良好且熱處理的方式和質(zhì)量要合適等。齒根處所倒的圓角要大，齒根和齒表面要足夠的光滑。 （2）齒面的點(diǎn)蝕及剝落 齒面的點(diǎn)蝕和剝落是齒輪的主要表面損壞失效形式。它會(huì)造成輪齒嚙合不平穩(wěn)其噪音和振動(dòng)增大傳動(dòng)效率下降。它主要由于表面接觸強(qiáng)度不足而引起的。 ①點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕實(shí)質(zhì)是兩傳動(dòng)齒輪輪齒在傳遞載荷時(shí)的撞擊而形成的。由于撞擊通常會(huì)發(fā)生在節(jié)點(diǎn)附近，因此在節(jié)點(diǎn)附近尤其是小齒輪節(jié)圓以下的齒根內(nèi)，經(jīng)常會(huì)形成很小的齒面裂痕之后逐漸形成凹坑，點(diǎn)蝕現(xiàn)象就是凹坑或一些小的點(diǎn)狀的坑。一般首先產(chǎn)生在幾個(gè)齒上。當(dāng)齒輪一直在傳遞載荷的時(shí)候，就會(huì)使這些點(diǎn)狀的坑或者凹坑的尺寸增大數(shù)目增多，嚴(yán)重的會(huì)慢慢的使齒輪齒面變得極為不平，會(huì)引起很大的附加動(dòng)載荷的噪音。如果不知情還在繼續(xù)使用工作那么會(huì)發(fā)生輪齒折斷或失效。但可以通過在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮減小工作的壓力和改善潤滑方式去避免點(diǎn)蝕。也可以通過增大螺旋角與加大節(jié)圓半徑去做到這一點(diǎn)，同時(shí)增大齒寬也可以減少點(diǎn)蝕的概率。 ②齒面剝落：齒面剝落顧名思義是齒面上的材料在循環(huán)壓力的作用下脫落，在齒面會(huì)形成比點(diǎn)蝕更深的坑而且是沿著齒寬方向分布，形狀是沿著輪齒表面的垂線向下陷入。造成齒面剝落的原因是表面處理比如滲碳和滲氮處理形成的表面薄膜太薄或者處理不當(dāng)其產(chǎn)生的硬皮也會(huì)剝落，且內(nèi)部的硬度不夠也會(huì)造成這一后果。 （3）齒面膠合 減速器在工作過程中，內(nèi)部是封閉的故氣壓較高而且在高速運(yùn)行過程中大量的滑摩產(chǎn)生的高溫，如果潤滑系統(tǒng)的功能不好會(huì)使的油膜損壞兩齒輪之間接觸產(chǎn)生金屬之間的摩擦，將由于高溫和高壓導(dǎo)致的金屬粘連離開時(shí)撕扯下來造成表面的損壞的現(xiàn)象叫做齒面膠合。齒面膠合大多發(fā)生在齒頂處。其中膠合的強(qiáng)度高低與否是由臨界溫度來確定的。目前是通過改善潤滑的方式來減少這類情況的發(fā)生。 （4）齒面磨損 一般意義上的齒面磨損是指由于齒面間的摩擦、相對運(yùn)動(dòng)或突出物的擦傷所產(chǎn)生的輪齒失效的現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。磨損產(chǎn)生的原因主要是齒面剝落的碎屑顆粒、維修時(shí)會(huì)帶進(jìn)一些雜物，比如清理掉橋殼鑄造時(shí)的砂子、一些鐵皮屑等和潤滑液中的一些雜物，需要清理干凈。比如磨合期后檢修時(shí)更換潤滑油的目的，一方面是由于潤滑油變質(zhì)，另一方面是去除其中的雜質(zhì)。 對于汽車驅(qū)動(dòng)橋中的齒輪來說， 受力為交變的載荷，所以其最常見的損壞形式是疲勞強(qiáng)度不夠造成的齒輪失效。表3.3給出了驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的許用應(yīng)力。 表3.3驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力 ( N／mm) 平均計(jì)算載荷 主減速器錐輪許用彎曲應(yīng)力 主減速器錐齒輪許用接觸應(yīng)力 差速器齒輪許用彎曲應(yīng)力 ，中的較小者 700 2800 980 210.9 1750 210.9 3.5.2齒輪的耐磨性 齒輪單位齒長圓周力可用來表示耐磨性，用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (3.8) p —單位齒長上的圓周力，N/mm； P —工作時(shí)作用其上的圓周力，一般按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行計(jì)算。 如果用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩且一檔時(shí)計(jì)算時(shí)： <1942 —為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，取220； —為變速器一擋傳動(dòng)比，即=5.528 ； —為主動(dòng)齒輪節(jié)圓的直徑，取44mm； 按發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩且直接檔計(jì)算時(shí)： <250 表3.4 單位齒長上的許用圓周力 (/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 因此表面耐磨性校核成功。 3.5.3主減速器錐齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度 貨車主減速器齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力一般按下列公式計(jì)算： (3.9) — 尺寸系數(shù)； —主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩取，從動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩??； —過載系數(shù)，??； —齒面載荷分配系數(shù)，??； —質(zhì)量系數(shù)，取1； —齒輪齒面寬； —從動(dòng)齒輪分度圓直徑，取240mm； —齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取0.25見圖3.5； 將上面所示參數(shù)代入式（3-9），有： 從動(dòng)錐齒輪： =604 Mpa； 主動(dòng)錐齒輪： =580 Mpa； 減速器齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力主動(dòng)，因此齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。 圖3.5 輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù) 3.5.4錐齒輪的接觸強(qiáng)度計(jì)算 齒輪的接觸計(jì)算應(yīng)力（N／mm），為公式3.10所示： (3.10) 1)轉(zhuǎn)矩輸出最大 2)正常行駛時(shí) 經(jīng)過以上的校核，本次設(shè)計(jì)的主減速器齒螺旋錐齒輪的接觸強(qiáng)度滿足要求。 3.5.5主動(dòng)齒輪軸的彎矩 圖3.6 主動(dòng)齒輪軸彎矩圖 危險(xiǎn)截面上的合成彎曲應(yīng)力為 ： (3.11) —彎曲截面系數(shù),，D=37mm； —主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩為187.04Error! Reference source not found. —危險(xiǎn)截面彎矩，主動(dòng)齒輪徑向力為1167.23N。 經(jīng)計(jì)算，=76.4MPa<=230Mpa 所以主動(dòng)齒輪軸的彎曲強(qiáng)度是能達(dá)到使用要求的。 3.6主減速器齒輪的軸承選擇與校核 3.6.1軸承計(jì)算的原理 軸承的計(jì)算主要去是計(jì)算軸承的壽命是否合格。一般是通過已經(jīng)計(jì)算過的主減速器的尺寸參數(shù)來初步確定軸承的型號，然后根據(jù)此型號軸承的尺寸和它受到的載荷來校核該軸承的壽命是否合格，否則必須更換強(qiáng)度更高的軸承。 3.6.2主動(dòng)齒輪上的作用力的大小 因?yàn)槠囋诠ぷ鞯倪^程當(dāng)中會(huì)頻繁的跟換檔位，因此主減速器上齒輪受到轉(zhuǎn)矩是在變化的,因此在計(jì)算和校核過程中就必須確立一個(gè)合理計(jì)算轉(zhuǎn)距[14]。計(jì)算轉(zhuǎn)矩可以按照下列公式求得 (3.12) —— ，…——分別取1、2、5、15、77.5； ，…——分別為5.528、2.836、1.634、1、0.794； ,…——分別取50、60、70、70、60。 經(jīng)計(jì)算T=164N·m 1）主動(dòng)錐齒輪齒寬處的中心的圓周力。 (3.13) 2)作用在主動(dòng)錐齒輪上的力的計(jì)算 齒輪的軸向、徑向力為 根據(jù)表3.1得：，， 3.6.2錐齒輪軸承的定向載荷 主減速器軸承本次設(shè)計(jì)采用圓錐滾子軸承，此外需要同時(shí)考慮軸向載荷與徑向載荷，軸承支撐位置結(jié)構(gòu)圖如圖3.8所示： 徑向載荷的計(jì)算: = (3.14) (3.15) 圖3.7錐齒輪軸承結(jié)構(gòu)簡圖 ，， , , ，，。 帶入公式得： 3.6.3軸承的使用壽命 軸承的使用壽命計(jì)算 (3.16) ??；取； 軸承A： ===7458 h>3333.4 h 軸承B： Q= ===3397 h>3333.4 h 故軸承使用壽命符合校核。 3.7主減速器三維建模 如圖3.8、圖3.9、圖3.10所示為主減速器的CATIA三維建模圖； 3.8主減速器主動(dòng)齒輪 3.9主減速器從動(dòng)齒輪 3.10主減速器 3.8小結(jié) 本章對主減速器結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，相關(guān)零件的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行校核，加深了對主減速器設(shè)計(jì)以及制造方面的理解，明白了主減速器設(shè)計(jì)過程中具體要求和方法并結(jié)合實(shí)際情況加以選擇。對螺旋錐齒輪的相關(guān)幾何尺寸參數(shù)列表整理，對主減速器齒輪的材料及熱處理進(jìn)行了簡要的說明。 4.差速器的設(shè)計(jì) 4.1差速器的結(jié)構(gòu)及形式 在車輛前進(jìn)過程中，車輛的兩驅(qū)動(dòng)輪需要滾過的長度通常是不一樣的。就比如汽車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，外側(cè)的車輪比內(nèi)側(cè)的車輪滾動(dòng)的距離要長。由于兩邊車輪胎壓不一樣、磨損情況也不同、載荷情況也不一樣以及左右車輪前進(jìn)時(shí)的路況也不同，從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪不可能相同，若兩車輪剛性固連在一塊，則在行車過程中會(huì)發(fā)生滑轉(zhuǎn)，這是非常危險(xiǎn)的會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性變差。 差速器的功能是通過路況的不同及兩輪前進(jìn)路程不同來輸出兩半軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。差速器一般分為對稱式錐齒輪差速器、滑塊凸輪式差速器與蝸輪式差速器等。對稱式錐齒輪差速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般包括差速器殼、行星齒輪、半軸齒輪、十字軸等一系列零部件。其具有成本便宜、安裝十分方便及相關(guān)零件市場保有量大從而損壞后便于更換等多種的優(yōu)點(diǎn)，在各種車輛中得到大量的使用[15]，因此本次設(shè)計(jì)使用對稱式錐齒輪差速器。如圖4.1所示： 圖4.1 差速器結(jié)構(gòu)示意圖 4.2差速器齒輪基本參數(shù) 4.2.1差速器齒輪參數(shù)的選擇 1）行星齒輪數(shù)目的選擇 普通乘用車因?yàn)檩d荷較小一般用兩個(gè)行星齒輪就足夠了，而對于載貨車和越野車因?yàn)檩d荷相對較大一般四個(gè)行星齒輪，故。 2） 行星齒輪球面半徑 行星齒輪球面半徑的大小其反應(yīng)了差速器錐齒輪節(jié)錐距和強(qiáng)度的大小，一般可根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式去確定 (4.1) —球面半徑系數(shù)，一般選值范圍在，此設(shè)計(jì)差速器的行星齒輪有4個(gè)，球面半徑系數(shù)取值盡量往小取，故取2。 T—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取，T取6238.9； 根據(jù)公式（4-1）得：= 故預(yù)先選定的節(jié)錐距 3）行星齒輪齒數(shù)和半軸齒輪齒數(shù) 在選擇行星齒輪和半軸齒輪的齒數(shù)時(shí)需要保證達(dá)到以下要求：；；；兩個(gè)半軸齒輪的齒數(shù)之和一定要能被行星齒輪數(shù)整除。 根據(jù)以上的要求，選擇；；； 4）壓力角α 現(xiàn)在的差速器的齒輪大多都使用22.5°的壓力角。這樣的話可以將最小齒數(shù)可減少到10，而且當(dāng)切的過程中當(dāng)小齒輪齒頂不變尖的情況下，還能修正半軸齒輪的齒厚，這樣的話半軸齒輪和行星齒輪的強(qiáng)度可以趨于一致。因此在這里選22.5°的壓力角。 4.2.2半軸齒輪和行星齒輪的參數(shù)匯總 表4.2 半軸齒輪與行星齒輪基本數(shù)據(jù)計(jì)算后匯總?cè)缦? 序號 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 2 =14～25 3 4 ; 5 6 7 續(xù)表4.2 序號 公式 計(jì)算結(jié)果 8 9 10 ； 11 ， ， 12 13 14 ; ; 15 =- 16 =; ； 17 ； ; 18 ； ; 19 ; mm;mm 4.3差速器的材料 當(dāng)前市面上的汽車差速器錐齒輪大多使用滲碳合金鋼(含碳量低于0.30%)生產(chǎn)而成，也有用氰化合金鋼制造的。例如20CrMoTi、20CrMnTi、20CrMo及22CrMnMo等。因?yàn)閷Σ钏倨鼾X輪的制造的具體要求不高，所以目前差速器經(jīng)常會(huì)用到精鍛技術(shù)[16]。 4.4差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 因?yàn)樾行驱X輪大部分情況下在差速器的運(yùn)行過程中只起等臂桿的功能，僅僅當(dāng)兩車輪行程不相等才有轉(zhuǎn)速差，行星齒輪和半軸齒輪之間才有相對運(yùn)動(dòng)，并且它的尺寸不能太大，所以齒輪只進(jìn)行彎曲強(qiáng)度的校核計(jì)算。當(dāng)承受載荷很大，只有在轉(zhuǎn)彎時(shí)或一側(cè)打滑時(shí)對差速器齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，而不進(jìn)行疲勞壽命的校核。 差速器齒輪的強(qiáng)度校核 (4.2) —差速器行星齒輪傳遞給半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式為 —計(jì)算轉(zhuǎn)矩 —過載系數(shù) —尺寸系數(shù) —齒面載荷分配系數(shù) —綜合系數(shù)，取0.225 —質(zhì)量系數(shù) 1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 此處 2）以汽車行駛的平均轉(zhuǎn)矩來確定的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （） 根據(jù)校核，輪齒強(qiáng)度合格。 4.5差速器的CATIA模型 主減速器三維建模如圖4.2和圖4.3所示。 4.6小結(jié) 在本章中對差速器的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了詳細(xì)的說明，同時(shí)對其參數(shù)進(jìn)行選擇和計(jì)算，對差速器齒輪詳細(xì)參數(shù)列表整理，依據(jù)計(jì)算參數(shù)對差速器齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核，并介紹齒輪常用材料。多差速器有了更系統(tǒng)和深入的了解。 4.2差速器各部件三維爆炸圖 4.3差速器圖 5. 車輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 車輪的傳動(dòng)裝置一般是在傳動(dòng)系的尾端，其基本功用是把轉(zhuǎn)矩由半軸傳遞到車輪上驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)。車輪傳動(dòng)裝置的類型和所選用的驅(qū)動(dòng)橋的類型關(guān)系很大，例如在斷開式的驅(qū)動(dòng)器中，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置包括半軸和萬向傳動(dòng)裝置，且為了精確的傳遞動(dòng)力，萬向傳動(dòng)裝置使用的是等速的萬向節(jié)；而對于普通的整體式的驅(qū)動(dòng)橋來說，車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，通過半軸將差速器的半軸齒輪和輪轂聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體[17]。 5.1半軸的類型 驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)的半軸根據(jù)其外端支撐形式或受力狀況的不同一般可分為半浮式、四分之三浮式和全浮式。查閱文獻(xiàn)[16]綜合所述，輕型載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，采用全浮式半軸。如圖5.1所示： 圖5.1全浮式半軸的結(jié)構(gòu)圖 5.2半軸的設(shè)計(jì) 1)全浮式半軸負(fù)荷的計(jì)算 作用在半軸上的負(fù)荷 (5.1) （轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)） 2)全浮式半軸桿部直徑 (5.2) —半軸桿部直徑，mm； —半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，； —半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，Mpa。 根據(jù)上式帶入＝4159，得： 32.97mm≤≤35.06mm ?。篸=33mm 安全系數(shù) =1.5 =1.5×33=50mm 3)全浮式半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩按下列公式計(jì)算 (5.3) 半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算方式： (5.4) —半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa； —半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，T=4519Nm； —半軸的直徑，即。 代入公式得：=184MPa<=490～588MPa 5.3半軸花鍵強(qiáng)度的計(jì)算 1) 擠壓應(yīng)力的確定： (5.8) ，，，，， 將數(shù)據(jù)帶入（5-5）和（5-6）兩式得： =51Mpa =137MPa 3）最大扭轉(zhuǎn)角 (5.7) ; ; 在計(jì)算半軸強(qiáng)度是否滿足要求時(shí)，要考慮材料的性能以及半軸的加工方法和熱處理的方式同時(shí)很重要的是汽車的使用條件，如果汽車的噸位大，行進(jìn)的路面條件差那么半軸的校核就更加的嚴(yán)格。當(dāng)使用45號鋼作為全浮式半軸的材料時(shí)，半軸扭轉(zhuǎn)屈服極限應(yīng)達(dá)到780MPa。當(dāng)安全系數(shù)為1.3～1.6時(shí)，半軸許用應(yīng)力可取為[＝490～588MPa。故校核合格。 5.4半軸的材料 關(guān)于半軸的選材，過去大都使用含鉻的中碳鋼，我國開發(fā)出新的鋼種如40MnB來作為半軸材料，效果很好。近年來隨著高頻、中頻感應(yīng)淬火的廣泛運(yùn)用以及噴丸處理、滾壓半軸凸緣根部過渡圓角增強(qiáng)半軸的先進(jìn)工藝，半軸的疲勞強(qiáng)度可以大大提高。由于其表面經(jīng)過特殊處理而產(chǎn)生一層高強(qiáng)度的薄膜，半軸上在加工過程中形成了表面殘余應(yīng)力，能抵消由材料疲勞引起的半軸失效。從降低制造成本的目標(biāo)出發(fā)，許多驅(qū)動(dòng)橋廠商都更喜歡用成本更為低廉的中碳鋼比如45號鋼[18]。 5.5半軸的CATIA三維建模 如圖5.2所示為半軸的三維模型圖 5.6小結(jié) 本章中對半軸的功用和類型進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并進(jìn)行半軸尺寸的計(jì)算并對所選的半軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，并對半軸材料進(jìn)行介紹。 5.2半軸 6.橋殼的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車總成的重要部件之一，它在汽車運(yùn)行的過程中要承受極重的負(fù)荷，并受由車輪傳來的路面反力和反力矩。驅(qū)動(dòng)車橋在設(shè)計(jì)的工過程中一定要計(jì)算橋殼的的受力，必須要有足夠的剛度和強(qiáng)度，一方面可以保證橋殼不會(huì)發(fā)生斷裂損壞另一方面也可以保證驅(qū)動(dòng)橋中動(dòng)力的穩(wěn)定性和其他零件工作的可靠性。在此基礎(chǔ)上必須要保證成本低、工藝簡單、維修方便。 6.1驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)型式的選擇 驅(qū)動(dòng)橋橋殼構(gòu)造大致有可分式橋殼、組合式橋殼以及整體式橋殼這三種類型，下邊將仔細(xì)分析每款橋殼的特點(diǎn)： 斷開式橋殼由從中間斷開分為左右兩部分，這兩斷由用螺栓聯(lián)結(jié)成一體。每一段由一個(gè)鑄造外殼和一個(gè)壓入其外端的半軸套管構(gòu)成，并通過鉚釘連接套管和驅(qū)動(dòng)橋殼體。該型驅(qū)動(dòng)橋殼構(gòu)造簡便，制造方便，使得主減速器整體鋼度比較好。但拆卸、調(diào)整、維修非常不方便。但由于它的橋殼不是鑄造而成，幾部分卻是用螺栓連在一起的，所以它的承載力不是很高，輕型貨車較少使用。 組合式橋殼的主減速器殼和橋殼制鑄造成為一個(gè)部分，并采用無縫鋼管強(qiáng)壓進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋殼的側(cè)，中部用焊塞或銷釘聯(lián)結(jié)住。其好處是從動(dòng)齒輪軸承支撐剛度好，主減速器制造工藝性好，維修和保養(yǎng)方便，但加工要非常高的精度成本較高。 整體式橋殼是簡單來說就是一個(gè)根整體鑄造而成的空心梁，驅(qū)動(dòng)橋殼與主減速器殼是分開的。其強(qiáng)度和剛度正好適合。使的主減速器和差速器的維修很是靈活方便，主減速器和差速器齒輪都安裝在主減速器殼上，主減速器殼和驅(qū)動(dòng)橋殼用螺栓連接就可以了，因?yàn)榭煞质綐驓さ膹?qiáng)度和整體鋼度比較低，而且在主減速器的拆裝和維修時(shí)復(fù)雜，而組合式橋殼要求具有很高的加工精度，這導(dǎo)致成本較高[19]。故選擇整體式橋殼作為輕卡驅(qū)動(dòng)橋的橋殼。 6.2橋殼的強(qiáng)度校核 圖 橋殼分析受力圖 1)當(dāng)汽車靜止不動(dòng)時(shí)，在其兩鋼板彈簧之間的彎矩 N·m (6.1) 式中： —為當(dāng)汽車滿載時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋受到水平地面給它的載荷； —為車輪的整體重量，其遠(yuǎn)小于且不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，一般可以被忽略； 2)靜彎曲應(yīng)力 （6.2） 如圖6.2所示： 圖6.2 橋殼在彈簧座處的剖面圖 為垂向截面系數(shù): = 為水平截面系數(shù): = 為扭轉(zhuǎn)截面系數(shù): =2×33×132×160=1393920mm 從橋殼的使用強(qiáng)度來看，矩形管狀（高度方向?yàn)殚L邊）在日常使用時(shí)比的圓管強(qiáng)度更高[20]。 由公式得 驅(qū)動(dòng)輪的最大切向反作用力 =16907.59N (6.3) 驅(qū)動(dòng)橋殼左、右鋼板彈簧座處的垂直彎矩按下式計(jì)算 =2639.4 汽車加速行駛時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車一般為1.1～1.3，在這里選1.2 =1331.5N·m 驅(qū)動(dòng)橋傳遞驅(qū)動(dòng)力矩所產(chǎn)生的反力偶矩，而該橋殼在彈簧座處受到的轉(zhuǎn)矩為 = =3119.45 N·m 斷面處的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)