CA1050汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)I摘要在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)距增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用。單級(jí)主減速器通常由主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪組成。在雙級(jí)主減速器中，通常還要加一對(duì)圓柱齒輪或一組行星齒輪。在輪邊減速器中則常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)或行星齒輪傳動(dòng)。主減速器采用的最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。在某些公共汽車和重型汽車上有時(shí)也選用蝸輪傳動(dòng)。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，全浮式半軸進(jìn)行校核以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核。本文采用傳統(tǒng)的雙曲面錐齒輪式單級(jí)主減速器作為 CA1050 的主減速器。關(guān)鍵詞: CA1050； 主減速器； 雙曲面錐齒輪； 軸承； 行星齒輪黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)IIABSTRACTNowadays, the main reducer, which on modern car driving axle, is used to increase the imported torque and correspond to decrease its speed, at the mean while, it also can change the direction of torque when engine is longitudinal. Single-stage reducer is usually composed of the main driving gear and driven gear. In main two-stage reducer, a spur gear or a group of planetary gear also included. In the wheel-side reducer, helical gears drive or planetary gear is adopted, which is laid of common parallel coaxial. spiral bevel gear gear and hypoid gears are broadly adopted by main reducer. Worm transmission is used by some buses and trucks. In this paper, the structure of main components and the main design parameters are first to confirm; and then refer to similar driving axle structure, and identify the design parameters; Finally, check the main, driven bevel gear, cone planetary differential gear, axle gear and the whole floating half-axle and then check the life of bearing. In this paper, using the traditional hypoid gears as the main CA1050 reducer.Key word: CA1050; Main reducer; Hypoid gears; Bearing; Planetary gear黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)III目錄摘要IABSTRACTII第 1 章 緒論11.1 研究本課題的目的和意義11.2 主減速器的定義種類功用11.3 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3第 2 章 主減速器的設(shè)計(jì)42.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇42.1.1 主減速器的減速型式42.1.2 主減速器齒輪的類型的選擇52.1.3 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式72.1.4 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安置方法82.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算92.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定92.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇112.2.3 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算152.2.4 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算222.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理272.3 主減速器軸承的選擇282.3.1 計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定282.3.2 齒寬中點(diǎn)處的圓周力282.3.3 雙曲面齒輪所受的軸向力和徑向力292.3.4 主減速器軸承載荷的計(jì)算及軸承的選擇302.4 本章小結(jié)34第 3 章 差速器設(shè)計(jì)353.1 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇353.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理37黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)IV3.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)383.4 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)383.4.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇383.4.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算403.4.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算423.5 本章小結(jié)43第 4 章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)444.1 半軸結(jié)構(gòu)形式的選擇444.2 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定454.3 全浮式半軸的桿部直徑的初選464.4 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算474.5 半軸花鍵的計(jì)算474.5.1 花鍵尺寸參數(shù)的計(jì)算474.5.2 花鍵的校核504.6 本章小結(jié)50結(jié)論52參考文獻(xiàn)53致謝54黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1第 1 章 緒論1.1 研究本課題的目的和意義主減速器是驅(qū)動(dòng)橋的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。目前,國(guó)內(nèi)減速器行業(yè)重點(diǎn)骨干企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格及參數(shù)覆蓋范圍近幾年都在不斷擴(kuò)展，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家同類產(chǎn)品水平，完全可承擔(dān)起為我國(guó)汽車行業(yè)提供傳動(dòng)裝置配套的重任，部分產(chǎn)品還出口至歐美及東南亞地區(qū)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，主減速器將有更進(jìn)一步的發(fā)展。對(duì)主減速器的研究能極大地促進(jìn)我國(guó)的汽車工業(yè)的發(fā)展。1.2 主減速器的定義種類功用主減速器是傳動(dòng)系的一部分，與差速器，車輪傳動(dòng)裝置和橋殼共同組成驅(qū)動(dòng)橋。主減速器的功用是增扭，降速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩傳遞給差速器。在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器種類很多，包括單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。其中應(yīng)用得最廣泛的是采用螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪的單級(jí)主減速器。在雙級(jí)主減速器中，通常還要加一對(duì)圓柱齒輪（多采用斜齒圓柱齒輪） ，或一組行星齒輪。在輪邊減速器中則常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)或行星齒輪傳動(dòng)。在某些公共汽車、無軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時(shí)也采用蝸輪傳動(dòng)。 單級(jí)螺旋錐齒輪減速器其主、從動(dòng)齒輪軸線相交于一點(diǎn)。交角可以是任意的，但在絕大多數(shù)的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速齒輪副都是采用 90 交角的布置。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，螺旋錐齒輪能承受大的負(fù)荷。加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，面是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另端，使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲和振動(dòng)也是很小的。 單級(jí)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，稱為上偏置或下偏置。這個(gè)偏移量稱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。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)齒輪副黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2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)于主減速比大于 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)、無噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。例如，在乘用車上當(dāng)主減速器采用下偏置(這時(shí)主動(dòng)齒輪為左旋)的雙曲面齒輪時(shí)，可降低傳動(dòng)軸的高度，從而降低了車廂地板高度或減小了因設(shè)置傳動(dòng)軸通道而引起的地板凸起高度，進(jìn)而可使車輛的外形高度減小。 單級(jí)圓柱齒輪主減速器只在節(jié)點(diǎn)處一對(duì)齒廓表面為純滾動(dòng)接觸而在其他嚙合點(diǎn)還伴隨著沿齒廓的滑動(dòng)一樣，螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng)都有這種沿齒廓方向的滑動(dòng)。此外，雙曲面齒輪傳動(dòng)還具有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)。這種滑動(dòng)有利于唐合，促使齒輪副沿整個(gè)齒面都能較好地嚙合，因而更促使其工作平穩(wěn)和無噪聲。但雙曲面齒輪的縱向滑動(dòng)產(chǎn)生較多的熱量，使接觸點(diǎn)的溫度升高，因而需要用專門的雙曲面齒乾油來潤(rùn)滑，且其傳動(dòng)效率比螺旋錐齒輪略低，達(dá) 96。其傳動(dòng)效率與倔移距有關(guān)，特別是與所傳遞的負(fù)荷大小及傳動(dòng)比有關(guān)。負(fù)荷大時(shí)效率高。螺旋錐齒輪也是一樣，其效率可達(dá) 99。兩種齒輪在載荷作用下對(duì)安裝誤差的敏感性本質(zhì)上是相同的。如果螺旋錐齒輪的螺旋角與相應(yīng)的雙曲面主、從動(dòng)齒輪螺旋角的平均值相同，則雙曲面主動(dòng)齒輪的螺旋角比螺旋錐齒輪的大，而其從動(dòng)齒輪的螺旋角則比螺旋錐齒輪的小，因而雙曲面主動(dòng)齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的大，而從動(dòng)齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的小。兩種齒輪都在同樣的機(jī)床上加工，加工成本基本相同。然而雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的小齒輪較大，所以刀盤刀頂距較大，因而刀刃壽命較長(zhǎng)。單級(jí)蝸桿-蝸輪黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3主減速器在汽車驅(qū)動(dòng)橋上也得到了一定應(yīng)用。在超重型汽車上，當(dāng)高速發(fā)動(dòng)機(jī)與相對(duì)較低車速和較大輪胎之間的配合要求有大的主減速比(通常 814)時(shí)，主減速器采用一級(jí)蝸輪傳動(dòng)最為方便，而采用其他齒輪時(shí)就需要結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、輪廓尺寸及質(zhì)量均較大、效率較低的雙級(jí)減速。與其他齒輪傳動(dòng)相比，它具有體積及質(zhì)量小、傳動(dòng)比大、運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)、最為靜寂無噪聲、便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置、能傳遞大載荷、使用壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、調(diào)整容易等一系列的優(yōu)點(diǎn)。其惟一的缺點(diǎn)是耍用昂貴的有色金屬的合金(青銅)制造，材料成本高，因此未能在大批量生產(chǎn)的汽車上推廣。1.3 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種滿載質(zhì)量為 5t 的輕型載貨汽車的主減速器，本設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容有：主減速器的齒輪類型、主減速器的減速形式、主減速器主動(dòng)齒輪和從動(dòng)錐齒輪的支承形式、主減速器計(jì)算載荷的確定、主減速器基本參數(shù)的選擇、主減速器齒輪的材料及熱處理、主減速器軸承的計(jì)算、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)、全浮式半軸計(jì)算載荷的確定、全浮式半軸的直徑的選擇、全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算、半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4第 2 章 主減速器的設(shè)計(jì)2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇主減速器的結(jié)構(gòu)型式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速型式的不同而異。2.1.1主減速器的減速型式主減速器的減速型式分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。(1)單級(jí)主減速器如圖2.1所示為單級(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i7.6的各種中、小型汽車上。單級(jí)主減速器都是采用一對(duì)螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動(dòng)的。 圖 2.1 單極主減速器 圖 2.2 雙級(jí)主減速器(2)雙級(jí)減速如圖 2.2 所示為雙級(jí)主減速器。由兩級(jí)齒輪減速器組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大(7.60 時(shí)可取=2.0；0kpf0k黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10 16Tgm0.195 016Tgm0.195 Tgm0.195-161001emaxaemaxaemaxa當(dāng)當(dāng)pf（2.2）汽車滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取 5455 ，此數(shù)據(jù)此參考解放 CA1050amgK輕型載貨汽車；所以由式（2.2）得： 0.195 =3516 5455 10300即0 所以=1.0pf0k該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1；n傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取 0.9。T根據(jù)以上參數(shù)可以由(2.1）得：=6211ceT300 4.3 5.3 1.0 0.91mN （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csT （2.3）2/rLBLBcsTG ri式中：汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，在此取 32550N，2G此數(shù)據(jù)此參考解放 CA1051 輕型載貨汽車； 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，取=0.85；對(duì)越野汽車取=1.0；對(duì)于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級(jí)轎車取=1.25；在此取=0.85；車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為 7.50-16，滾動(dòng)半徑為 rr0.394m； ，分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)LBLBi效率和傳動(dòng)比，取 0.9，由于沒有輪邊減速器取LBLBi1.0。所以由公式（2.3）得:黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)11=12112LBLBrcsirGT/232550 0.85 0.3940.9 1.0mN （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cfT對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定： （2.4）() NaTrcfRHPLBLBGG rTfffmin式中：汽車滿載時(shí)的總重量，在此取 54550N;aG所牽引的掛車滿載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車的計(jì)算；TG道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取 0.0150.020；在此取Rf0.018； 汽車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取 0.050.09Hf在此取 0.07；汽車的性能系數(shù)在此取 0；pf，分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)LBLBi效率和傳動(dòng)比，取 0.9，由于沒有輪邊減速器取LBLBi1.0；該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1；n 車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為 7.50-16，滾動(dòng)半徑為 rr0.394m。所以由式（2.4）得： )(PHRLBLBrTacffffnirGGT =2101.554550 0.3940.0180.0700.9 1.0 1mN 2.2.2主減速器基本參數(shù)的選擇（1）主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和1z2z選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)12為了磨合均勻，之間應(yīng)避免有公約數(shù)；1z2z為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于 40；為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對(duì)于商用車一般不小于 6；1z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；0i1z對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。1z2z （2）從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)2Dm對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小又會(huì)影2D2D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?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即2D （2.5）322cDTKD 直徑系數(shù)，一般取 13.016.0；2DK從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，為和中的較小者取其值為 6221cTmN ceTcsT；mN 由式（2.5）得： =（13.016.0）=（239.09294.27）；2D36221mm初選=260 則齒輪端面模數(shù)=/=260/35=7.432Dmmm2D2zmm=35 7.43=260.052Dm2zmm（3）主，從動(dòng)齒輪齒面寬的選擇。F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，加大了集中應(yīng)力，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，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會(huì)降低。 另外,由于雙曲面齒輪的幾何特性,雙曲面小齒輪齒面寬比大齒輪齒面寬要大。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13一般取大齒輪齒面寬=0.155=0.155 260.05=38.09mm，小齒輪齒面寬cF2d=1.1=1.1 38.09=41.90mmzFcF（4）小齒輪偏移距及偏移方向的選擇載貨汽車主減速器的 E 值，不應(yīng)超過從從動(dòng)齒輪節(jié)錐距的 20%（或取 E 值為 d的 10%12%，且一般不超過 12%） 。傳動(dòng)比愈大則 E 值也應(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)圓直徑的 2030。但當(dāng) E 大干的 202d2d時(shí)，應(yīng)檢查是否存在根切。E=(0.10.12) =(0.10.12) 260.05=26.0131.20mm:2d:初選 E=30mm a b c d圖 2.7 雙曲面齒輪的偏移方式雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種，如圖 2.7 所示：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。其中 a、b 是下偏移，c、d 是上偏移。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。本減速器采用下偏移。（5）螺旋角的選擇黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14雙曲面齒輪螺旋角是沿節(jié)錐齒線變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端0螺旋角最小，齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為齒輪中點(diǎn)螺旋角。螺旋錐齒輪中點(diǎn)處im的螺旋角是相等的。二對(duì)于雙曲面齒輪傳動(dòng)，由于主動(dòng)齒輪相對(duì)于從動(dòng)齒輪有了偏移距，使主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪中點(diǎn)處的螺旋角不相等。且主動(dòng)齒輪的螺旋角大，從動(dòng)齒輪的螺旋角小。 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fm也越大，同時(shí)嚙合的齒越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，fm應(yīng)不小于 1.25，在 1.52.0 時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。fm 汽車主減速器雙曲面齒輪大小齒輪中點(diǎn)處的平均螺旋角多為 3540。主動(dòng)齒輪中點(diǎn)處的螺旋角可按下式初選:=+ （2.6）z25521zz902Ed-主動(dòng)輪中點(diǎn)處的螺旋角，mm；z，主、從動(dòng)輪齒數(shù)；分別為 8，35；1z2z雙曲面齒輪偏移距, 30mm；E從動(dòng)輪節(jié)圓直徑，260.05mm；2d由式（2.6）得:=+=45.84z2553589030260.05從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角可按下式初選:c230sin0.20260.0538.092222EdF雙曲面齒輪傳動(dòng)偏移角的近似值；雙曲面從動(dòng)齒輪齒面寬為 38.09mm；F11.61黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)15=-=45.84-=34.23cz11.61、從動(dòng)齒輪和主動(dòng)齒輪中點(diǎn)處的螺旋角。cz平均螺旋角=40.04。+ 2zc45.84 +34.322（6）螺旋方向的選擇。 圖 2.8 雙曲面齒輪的螺旋方向及軸向推力 主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。如圖 2.8 所示，螺旋方向與雙曲面齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢(shì)，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。（7）法向壓力角 加大壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，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，載貨汽車選用 2230或 20的平均壓力角，在此選用 20的平均壓力角。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)162.2.3主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算（1）大齒輪齒頂角與齒根角22圖 2.9（a）標(biāo)準(zhǔn)收縮齒和 （b）雙重收縮齒標(biāo)準(zhǔn)收縮齒和雙重收縮齒各有其優(yōu)缺點(diǎn)，采用哪種收縮齒應(yīng)按具體情況而定。雙重收縮齒的優(yōu)點(diǎn)在于能提高小齒輪粗切工序的效率。雙重收縮齒的輪齒參數(shù)，其大、小齒輪根錐角的選定是考慮到用一把使用上最大的刀頂距的粗切刀，切出沿齒面寬方向正確的齒厚收縮來。當(dāng)大齒輪直徑大于刀盤半徑時(shí)采用這種方法是最好的，不是這種情況而要采用雙重收縮齒，齒高的急劇收縮將使小端的齒輪又短又粗。標(biāo)準(zhǔn)收縮齒在齒高方向的收縮好，但可能使齒厚收縮過多，結(jié)果造成小齒輪粗切刀的刀頂距太小。這種情況可用傾錐根母線收縮齒的方法或仔細(xì)選用刀盤半徑加以改善，即當(dāng)雙重收縮齒會(huì)使齒高方向收縮過多，而標(biāo)準(zhǔn)收縮齒會(huì)使齒厚收縮過多時(shí)，可采用傾錐根母線收縮齒作為兩者之間的這種。大齒輪齒頂角和齒根角為了得到良好的收縮齒,應(yīng)按下述計(jì)算選擇應(yīng)采用采22用雙重收縮齒還是傾錐根母線收縮齒。用標(biāo)準(zhǔn)收縮齒公式來計(jì)算及22223843 mmhA （2.6）黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)17223438 mmhA （2.7）2mgmahh K （2.8）21.1500.15mgmhh （2.9）222cosmgmKRhz （2.10）222sin2.0cimdFR （2.11）122arccot1.2izz （2.12）22sinmmRA （2.13） 221arctanzz （2.14）由（2.6）與（2.14）聯(lián)立可得:1222sinarccot1.22.0cmzdFzR （2.15） 12222(sinarccot1.2)cos2.0cgmzK dFzhz（2.16）黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)18 122222(sinarccot1.2)cos2.0acmzK K dFzhz（2.17） 2(1.15)magmhKh（2.18） 22221cos3438sin arctanaKzKzz（2.19）式中： ,小齒輪和大齒輪的齒數(shù)；1z2z大齒輪的最大分度圓直徑,已算出為 260.05mm；2d大齒輪在齒面寬中點(diǎn)處的分度圓半徑；2mR在節(jié)錐平面內(nèi)大齒輪齒面寬中點(diǎn)錐距 mm；mA大齒輪齒面寬中點(diǎn)處的齒工作高；gmh大齒輪齒頂高系數(shù)取 0.15；aK大齒輪齒寬中點(diǎn)處的齒頂高；2mh大齒輪齒寬中點(diǎn)處的齒跟高；2mh大齒輪齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角；2大齒輪的節(jié)錐角；2齒深系數(shù)取 3.7；K從動(dòng)齒輪齒面寬。cF所以：28260.0538.09sinarccot(1.2)35111.662.0mR黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1983.7260.0538.09 sinarccot(1.2) cos34.23359.762.0 35gmh280.15 3.7260.0538.09 sinarccot(1.2) cos34.23351.462.0 35mh29.76 (1.150.15)9.76mh8260.0538.09sinarccot(1.2)35114.54sin77.122.0mA 43.820.7323.7 cos34.233534380.15sin arctan3581222222sinarccot1.2cos3438 1.1500.152.0sinczdFKzz 1222222sinarccot1.2cos3438 1.1500.152.0sinczdFKzz8260.0538.09sinarccot1.23.7 cos34.23353438 1.1500.1535352.0sinarctan8 292.954.88計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)收縮齒齒頂角與齒根角之和。 2243.82292.95336.77s DRRsTT:（2.20）黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)20 22222tansincos10560tanmdDRrz（2.21） 222sincosmR（2.22） 10.021.06RTz（2.23）由式（2.19）與（2.23）聯(lián)立可得: 2222212sinsintancoscos10560(0.021.06)tandRsrTzz:（2.24） 刀盤名義半徑,按表選取為 114.30mmdr 輪齒收縮系數(shù)RTsin77.12sin77.12tan34.23cos34.23cos34.23114.3010560(0.02 8 1.06)337.77 35 tan20RT : 0.050當(dāng)為正數(shù)時(shí),為傾根錐母線收縮齒，應(yīng)按傾根錐母線收縮齒重新計(jì)算RTs及。22按傾根錐母線收縮齒重新計(jì)算大齒輪齒頂角及齒跟角。 22 22TR （2.25） 2aTRK（2.26） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)21 TRRST（2.27） 10.021.06RTz（2.28） 由式（2.25）與（2.25）聯(lián)立可得: 21(0.021.06)aSKz（2.29） 212(0.021.06)Sz（2.30）大齒輪齒頂高系數(shù)取 0.15aK傾根錐母線收縮齒齒根角齒頂角之和TR20.15 336.77 (0.02 8 1.06)67.121.12 2(0.02 8 1.06) 336.7767.12380.346.34 （2）大齒輪齒頂高2h 2202()sinmmhhAA （2.30） 2020.5sindA（2.31）大齒輪節(jié)錐距.0A由式（2.30） ， （2.31）得：00.5 260.05133.38sin77.12A21.46(133.38 114.54) sin1.121.77h （3）大齒輪齒跟高.2h 2202()sinmmhhAA（2.32）黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22大齒輪齒寬中點(diǎn)處齒跟高2mh由式（2.32）得：29.76(133.38 114.54) sin6.3411.84h （4）徑向間隙0.150.050.15 9.760.051.51gmCh（5）大齒輪齒全高2221.17 11.8413.01hhh（6）大齒輪齒工作高2213.01 1.5111.5ghhC（7）大齒輪的面錐角022277.121.12（8）大齒輪的根錐角22277.126.3470.78R （9）大齒輪外圓直徑22022 cos1.77 cos77.12260.05260.840.50.5hdd（10）小齒輪面錐角012sincoscoscos70.78cos11.610.32R 0118.81（11）小齒輪的根錐角102sincoscoscos78.24cos11.610.20R 111.52R（12）小齒輪的齒頂高和齒根高齒頂高:111.51.515.7522ghhCmm齒根高；1113.01 7.265.75hhhmm 表 2.2 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)值黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)231主動(dòng)齒輪齒數(shù)1z82從動(dòng)齒輪齒數(shù)2z353端面模數(shù)m7.43 mm4主動(dòng)齒輪齒面寬ZF41.90 mm5從動(dòng)齒輪齒面寬CF38.09 mm6主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑1d59.43 mm7從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑2d260.05mm8主動(dòng)齒輪節(jié)錐角112.889從動(dòng)齒輪節(jié)錐角277.1210節(jié)錐距 0A133.31mm11 偏移距E30mm12主動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角 145.84序 號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)數(shù)值13從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角234.2314平均螺旋角40.0415刀盤名義半徑dr114.30mm16從動(dòng)齒輪齒頂角21.1217從動(dòng)齒輪齒根角26.3418主動(dòng)齒輪齒頂高1h7.26mm19從動(dòng)齒輪齒頂高2h1.77 mm20主動(dòng)齒輪齒根高1h5.75mm黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2421從動(dòng)齒輪齒根高 1h11.84mm22螺旋角3523徑向間隙 C1.51mm24從動(dòng)齒輪的齒工作高gh11.5mm25主動(dòng)齒輪的面錐角0118.81 26從動(dòng)齒輪的面錐角0278.2427主動(dòng)齒輪的根錐角1R11.5228從動(dòng)齒輪的根錐角2R70.7829最小齒側(cè)間隙允許值minB0.175mm2.2.4主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。1齒輪的損壞形式及壽命齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點(diǎn)及影響因素分述如下： （1）輪齒折斷 主要分為疲勞折斷及由于彎曲強(qiáng)度不足而引起的過載折斷。折斷多數(shù)從齒根開始，因?yàn)辇X根處齒輪的彎曲應(yīng)力最大。 疲勞折斷：在長(zhǎng)時(shí)間較大的交變載荷作用下，齒輪根部經(jīng)受交變的彎曲應(yīng)力。如果最高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致輪齒部分地或整個(gè)地?cái)嗟?。在開始出現(xiàn)裂紋處和突然斷掉前存在裂紋處，在載荷作用下由于裂紋斷面間的相互摩擦，形成了一個(gè)光亮的端面區(qū)域，這是疲勞折斷的特征，其余斷面由于是突然形成的故為粗糙的新斷面。 過載折斷：由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或齒輪的材料及熱處理不符合要求，或由于偶然性的峰值載荷的沖擊，使載荷超過了齒輪彎曲強(qiáng)度所允許的范圍，而引起輪齒的一次黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)25性突然折斷。此外，由于裝配的齒側(cè)間隙調(diào)節(jié)不當(dāng)、安裝剛度不足、安裝位置不對(duì)等原因，使輪齒表面接觸區(qū)位置偏向一端，輪齒受到局部集中載荷時(shí)，往往會(huì)使一端（經(jīng)常是大端）沿斜向產(chǎn)生齒端折斷。各種形式的過載折斷的斷面均為粗糙的新斷面。 為了防止輪齒折斷，應(yīng)使其具有足夠的彎曲強(qiáng)度，并選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)、壓力角、齒高及切向修正量、良好的齒輪材料及保證熱處理質(zhì)量等。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。 （2）齒面的點(diǎn)蝕及剝落 齒面的疲勞點(diǎn)蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報(bào)廢齒輪的 70%以上。它主要由于表面接觸強(qiáng)度不足而引起的。點(diǎn)蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。由于接觸區(qū)產(chǎn)生很大的表面接觸應(yīng)力，常常在節(jié)點(diǎn)附近，特別在小齒輪節(jié)圓以下的齒根區(qū)域內(nèi)開始，形成極小的齒面裂紋進(jìn)而發(fā)展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點(diǎn)的現(xiàn)象就稱為點(diǎn)蝕。一般首先產(chǎn)生在幾個(gè)齒上。在齒輪繼續(xù)工作時(shí)，則擴(kuò)大凹坑的尺寸及數(shù)目，甚至?xí)饾u使齒面成塊剝落，引起噪音和較大的動(dòng)載荷。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤(rùn)滑效果是提高抗點(diǎn)蝕的有效方法，為此可增大節(jié)圓直徑及增大螺旋角，使齒面的曲率半徑增大，減小其接觸應(yīng)力。在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)加大齒面寬也是一種辦法。齒面剝落：發(fā)生在滲碳等表面淬硬的齒面上，形成沿齒面寬方向分布的較點(diǎn)蝕更深的凹坑。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。造成齒面剝落的主要原因是表面層強(qiáng)度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會(huì)引起齒面剝落。當(dāng)滲碳齒輪熱處理不當(dāng)使?jié)B碳層中含碳濃度的梯度太陡時(shí)，則一部分滲碳層齒面形成的硬皮也將從齒輪心部剝落下來。（3）齒面膠合 在高壓和高速滑摩引起的局部高溫的共同作用下，或潤(rùn)滑冷卻不良、油膜破壞形成金屬齒表面的直接摩擦?xí)r，因高溫、高壓而將金屬粘結(jié)在一起后又撕下來所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。它多出現(xiàn)在齒頂附近，在與節(jié)錐齒線的垂直方向產(chǎn)生撕裂或擦傷痕跡。輪齒的膠合強(qiáng)度是按齒面接觸點(diǎn)的臨界溫度而定，減小膠合現(xiàn)象的方法是改善潤(rùn)滑條件等。（4）齒面磨損 這是輪齒齒面間相互滑動(dòng)、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。研磨磨損是由于齒輪傳動(dòng)中的剝落顆粒、裝配中帶入的雜物，如未黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)26清除的型砂、氧化皮等以及油中不潔物所造成的不正常磨損，應(yīng)予避免。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長(zhǎng)期使用中按規(guī)定里程更換規(guī)定的潤(rùn)滑油并進(jìn)行清洗是防止不正常磨損的有效方法。汽車驅(qū)動(dòng)橋的齒輪，承受的是交變負(fù)荷，其主要損壞形式是疲勞。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點(diǎn)蝕引起的剝落。在要求使用壽命為 20 萬千米或以上時(shí)，其循環(huán)次數(shù)均以超過材料的耐久疲勞次數(shù)。 2.實(shí)踐表明，主減速器齒輪的疲勞壽命主要與最大持續(xù)載荷（即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩）有關(guān)，而與汽車預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩 Tec 和最大附著轉(zhuǎn)矩 Tcs 并不是使用中的持續(xù)載荷，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)只能用它來驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算（1） 單位齒長(zhǎng)上的圓周力在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來估算，即 Nmm (2.33)2bPp 式中：P作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax 和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，N； rrG2 從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取 38.09mm. 2b按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) Nmm 213max210bdiTpge（2.34）式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 300；maxeTmN 變速器的傳動(dòng)比在此取 4.3；gi 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取 59.43mm；1d按式（2.34）得： Nmm3300 4.3 10115059.4338.092p在現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長(zhǎng)上的圓周力有時(shí)提高許用數(shù)據(jù)的 20%25%。經(jīng)驗(yàn)算以上數(shù)據(jù)在許用范圍內(nèi)。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)27（2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 N/ （2.35） JmzbKKKKTvms2031022mm式中：該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm,Nm;T300ceT 88cfT 超載系數(shù)；在此取 1.0;0K尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，sK 當(dāng)時(shí)，在此0.8296 . 144 .25mKs47.4325.4sK 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)，mK1.001.10 式式支承時(shí)取 1.101.25。支承剛度大時(shí)取最mK小值;質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向vK跳動(dòng)精度高時(shí)，可取 1.0; 計(jì)算齒輪的齒面寬 38.09mm;b計(jì)算齒輪的齒數(shù) 8;z端面模 7.43mm;m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)、J 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)D 2.10 取=0.28J圖 2.10 計(jì)算用彎曲綜合系數(shù)J黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)28按Nm 計(jì)算疲勞彎曲應(yīng)力88cfT135 N/ 210 N/322 1088 4.3 0.9 1 0.74 1.21 38.09 8 0.28 7.43 2mm2mm 按 Nm 計(jì)算疲勞彎曲應(yīng)力300ceT 479 N/ 700 N/322 10300 4.3 0.9 1 0.74 1.21 38.09 8 0.28 7.43 2mm2mm所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 (3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為 N/ (2.36)bJKKKKTKdCvfmspj3011022mm式中：主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；T材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取 232.6/mm;pC21N ，見式(2.35)下的說明;0KvKmK 尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)sK的情況下，可取 1.0; 表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒，磨齒等） ，fK即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)（如鍍銅，磷化處理等） 。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取 1.0; 計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)） 。它綜合考慮了嚙合齒J面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)的因素的影響，按圖 2.11 選取=0.17。J黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)29圖 2.11 接觸計(jì)算用綜合系數(shù)按計(jì)算：ceT=2027 2800N/3232.62 300 0.9 4.3 1 0.74 1.2 1 1059.431 38.09 0.20j 2mm2mm按計(jì)算：cfT=1109 1750N/3232.62 88 0.9 4.3 1 0.74 1.2 1 1059.431 38.09 0.20j 2mm2mm2.2.5主減速器齒輪的材料及熱處理驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系的其它齒輪相比，具有載荷大，作用時(shí)間長(zhǎng)，載荷變化多，帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落） 、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求：a.具有較高的疲勞彎曲強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度；b.輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷c.鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率； d.選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國(guó)的情況。汽車主減速器用的螺旋錐齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。在此，齒輪所采用的鋼為 20CrMnTi用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)305864HRC，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)8 時(shí)為 2945HRC11。m由于新齒輪接觸和潤(rùn)滑不良，為了防止在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動(dòng)副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對(duì)研磨）后均予與厚度 0.0050.0100.020mm 的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤(rùn)滑3。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，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低，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5。2.3 主減速器軸承的選擇2.3.1計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。為計(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算:dT (2.37)313333332223111max1001001001001001TRgRiRTgiTgiTgiedfiffiffiffifTT式中：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取 300Nm；maxeT，變速器在各擋的使用率，可參考表表 2.4 選取；1 if2ifiRf，變速器各擋的傳動(dòng)比；1gi2gigRi ，變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率。1Tf2TfTRf經(jīng)計(jì)算為 261dT主動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑mm1111sin59.4341.90sin18.2250.27mddb 2.3.2齒寬中點(diǎn)處的圓周力 ZN (2.38)F12mTd黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)31式中： 作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩。Td1m該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑。按(2.38)計(jì)算主減速器主動(dòng)錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力 Z =10.38KNF2 26150.272.3.3雙曲面齒輪所受的軸向力和徑向力圖 2.12 主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖如圖 3.1，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T用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn) A 處的法向力，在 A 點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn) 分T解成兩個(gè)相互垂直的力 F和，F(xiàn)垂直于 OA 且位于OOA 所在的平面，位于NfFNfF以 OA 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)fF圓母線方向的力。F 與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn) 與之間的夾角為法向壓力FsfFTfF角，這樣就有： coscosTFF （2.39） cos/tansinFFFTN（2.40） tansincosFFFTS（2.41）于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力 A 和徑向力 R 分別為 1111sincostansinsincoscosZazNSFFFF（2.42）黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)32 （2.431111cossintancossinsincosZNSrzFFFF）由式（2.42）可計(jì)算 10.80KN10.38tan20 sin18.81sin40.04 cos18.8145.84azF 由式（2.43）可計(jì)算=2.06KNrzF10.38tan20 cos18.8140.04 sin18.8145.842.3.4主減速器軸承載荷的計(jì)算及軸承的選擇軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時(shí)，還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力，圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。當(dāng)主減速器的齒輪尺寸，支承形式和軸承位置已確定，則可計(jì)算出軸承的徑向載荷7。對(duì)于采用懸臂式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的軸承載荷，如圖 2.13 所示。圖 2.13 主減速器軸承的布置尺寸(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 （2.44）2212ZrzazmArFabFabF dFaaa黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)33 （2.45）2212azmZrzBrF dF bF bFaaa已知 =10.80KN，=2.06KN，a=65mm,b=40mm, 所以由式（2.44）和（2.45）aZFRZF得:軸承 A 的徑向力 2210.3865402.06 654010.8 50.216.8365652 55ArFKN軸承 B 的徑向力KN2210.38 402.06 4010.38 50.277.0265652 65BrF軸承 A，B 的徑向載荷分別為 KN10.8AaazFF 0BaF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) 10.80.6416.83AeR此時(shí) X=0.4，Y=1.96所以 Q=16.830.4+10.81.9=27.25根據(jù)公式： (2.46)610tpfCLf Q式中: 為溫度系數(shù)，在此取 1.0;tf為載荷系數(shù)，在此取 1.2pf壽命指數(shù)，取 =103所以=2.70310 sL6310310159762 . 11085.10218假設(shè)汽車行駛十萬公里大修，對(duì)于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說，主減速器的主黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)34動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為2n (2.47)2.66amrvnr式中： 輪胎的滾動(dòng)半徑為 390mmrr n軸承計(jì)算轉(zhuǎn)速 汽車的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車和公共汽車可取amv3035 km/h，在此取 35km/h。所以有上式可得=238.72 r/minn2.66 350.39所以軸承能工作的額定軸承壽命： h (2.48) 60hLnL式中: 軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min。n由上式可得軸承 A 的使用壽命7100000 60 238.724.1 1035Lr代入公式(2.46)得 103761.04.1 10101.2 27.25CC=97.86KNA 軸承選 32307 GB/T 297-946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) 0AR Q=7.02KN根據(jù)公式(2.46)得 103761.04.1 10101.2 7.02CC=25.66KNB 軸承選 30208 GB/T 297-946（2）從動(dòng)齒輪軸承的選擇初選 c=75mm,d=85mm.黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)35KN21coscos34.2310.3812.32coscos45.84czFF從動(dòng)齒輪軸向力 (2.49)2222tansinsincoscoscacFF從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角，其值為 34.23；2從動(dòng)齒輪根錐角，其值為 70.78。2KN12.32tan20sin70.78sin34.23cos70.782.31cos34.23acF 從動(dòng)齒輪徑向力2222tancossinsincoscrcFF 12.32tan20cos70.78sin34.23sin70.78cos34.23 KN9.70從動(dòng)輪齒寬中點(diǎn)處分度圓直徑mm222sin260.0538.09 sin70.78225.84mDdF 對(duì)于軸承 C,徑向力 (2.50)2222crcacmRcF dF dF DFcdcdcdKN2212.32 859.70 852.31 225.849.42758575852 7585RcF軸向力2.31AcacFFKN當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR=YA 2.310.259.42AeR 其中 e=0.36此時(shí) X=1,Y=0, 所以 Q=9.42KN。根據(jù)公式(2-46)得： 103761.04.1 10101.2 9.42C黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)36C=28.56KN選取 30210 圓錐滾子軸承6。對(duì)于軸承 D,徑向力 (2.51)2222crcacmRdF cF dF DFcdcdcdKN2212.32 759.70 752.31 225.846.47758575852 7585RcF軸向力 FAc=0當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR=YA 2.3109.42AeR e=0.36此時(shí) X=1,Y=0, 所以 Q=6.47KN。根據(jù)公式(2.46)得 103761.04.1 10101.2 6.47CC=24.52KN軸承 D 選取 30210 圓錐滾子軸承6。2.4 本章小結(jié)本章介紹了單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等主減速器的減速形式，由于本車是輕型載貨汽車，通過對(duì)比決定采用單級(jí)主減速器；然后對(duì)采用何種齒輪類型進(jìn)行了討論，最后根據(jù)實(shí)際情況決定采用雙曲面齒輪。以上問題解決后，對(duì)齒輪的具體參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行了校核。校核合格以后，進(jìn)行了軸承的選擇和校核。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)37黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)38第 3 章 差速器設(shè)計(jì)3.1 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。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)。這不僅會(huì)加劇輪胎的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。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，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)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)。差速器主要有以下幾種形式。（1）對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器圖 3.1 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器圖 3.1 所示，普通的對(duì)稱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