汽車主減速器及差速器畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

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1、中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 BJ2022汽車單級(jí)主減速器及差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析 機(jī)電工程學(xué)院 0801074117 歐陽劍 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 地面武器機(jī)動(dòng)工程 學(xué) 院： 崔志琴 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2012年 6月 BJ2022汽車單級(jí)主減速器及差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

2、 摘要 汽車主減速器及差速器是汽車傳動(dòng)中最重要的部件之一。它能夠?qū)⑷f向傳動(dòng)裝置傳來的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動(dòng)車輪，以實(shí)現(xiàn)降速增扭。 本次設(shè)計(jì)的是有關(guān)BJ2022汽車的主減速器和差速器，并要使其具有通過性。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括有：方案選擇，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進(jìn)。齒輪與齒輪軸的設(shè)計(jì)與校核。并且在設(shè)計(jì)過程中，描述了主減速器的組成和差速器的差速原理和差速過程。 方案確定主要依據(jù)原始設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)比同類型的減速器及差速器，確定此輪的傳動(dòng)比，并對(duì)其中重要的齒輪進(jìn)行齒面接觸和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的校核。而對(duì)軸的設(shè)計(jì)過程中著重齒輪的布置，并對(duì)其受最大載荷的危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。 主減速器及差速器對(duì)提高汽車行駛平穩(wěn)性和

3、其通過性有著獨(dú)特的作用，是汽車設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋，主減速器，差速器，半軸 BJ2022 car single stage and the structure of the main reducer differential design and strength analysis ABSTRACT Automobil reduction final drive and differential is one of the best impossible parts in automobile gearing. It can ch

4、ang speed and driving tuist within a big scope . The problem of this design is BJ2022 car differential unit ,it’ s properly in common use . The design of scheme, the better design and improvement of structure ,the design and calibration of gear and gear shiftes , and the select of bearings , and al

5、so the design explain the construction of differential action . The ting of the scheme desierment main deside. The drive ratio of gear,according to orginal design parameter and constrasting the same type reduction final drive ang differential assay . It realize planet gear in the design of structur

6、e . It put to use alteration better gears transmission in the design of gear , and compare the root contact tired strength of some important gears and the face twirl tired strength . It eraphaize pay attention to the place of gears. Compare the strength of the biggest load dangraes section. It requi

7、re structure simple and accord with demand in select of bearings . The Lord reducer to improve the car driving and differential stability and its through sex has a unique function, is one of the focal points of automotive design. Key words : Drive axle,Main reducer,Differential,Axle

8、 目錄 第一章 緒論 1 1.1 選題的背景與意義 1 1.2 研究的基本內(nèi)容 1 1.2.1 主減速器的作用 1 1.2.2 主減速器的工作原理 2 1.2.3 國(guó)內(nèi)主減速器的狀況 2 1.2.4 國(guó)內(nèi)與國(guó)外差距 2 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 3 第二章 主減速器的設(shè)計(jì) 4 2.1 主減速器概述 4 2.2 主減速器方案的選擇 4 2.3 主減速器主從動(dòng)齒輪的支承方案 4 2.31 主動(dòng)雙曲面錐齒輪 4 2.32 從動(dòng)雙曲面錐齒輪 5 2.4 基本參數(shù)的選擇與計(jì)算載荷的確定 5 2.41 齒輪計(jì)算載荷的確定 5 2.

9、42 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 8 2.43 主減速器準(zhǔn)雙曲面圓錐齒輪的集合計(jì)算 11 2.44 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 14 2.45 主減速器齒輪的材料及熱處理 17 第三章 差速器的設(shè)計(jì) 19 3.1 差速器概述 19 3.2 差速器的結(jié)構(gòu)形式選擇 19 3.3 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 20 3.31 行星齒輪數(shù)目的選擇 20 3.32 行星齒輪球面半徑的選擇 20 3.33 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 21 3.34 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 21 3.35 壓力角 22 3.36 行星齒輪軸直徑及支承長(zhǎng)

10、度 22 3.4 差速器齒輪的集合計(jì)算 23 3.5 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 24 第四章 軸的設(shè)計(jì) 26 4.1 主動(dòng)錐齒輪軸的設(shè)計(jì) 26 4.11 錐齒輪齒面上的作用力 26 4.12 齒寬中點(diǎn)處的圓周力 27 4.13 錐齒輪的軸向力和徑向力 28 4.14 軸和軸承的計(jì)算 29 4.15 齒輪軸承徑向載荷的計(jì)算 30 4.16 主動(dòng)錐齒輪軸參數(shù)設(shè)計(jì) 30 4.17 主動(dòng)錐齒輪軸的校核 31 4.2 行星齒輪軸的設(shè)計(jì) 33 4.21 行星齒輪軸直徑及支承長(zhǎng)度 33 4.22 普通平鍵的選擇 34 4.23 圓柱銷的選擇 34 4

11、.24 計(jì)算載荷的確定 34 4.25 行星齒輪軸的強(qiáng)度計(jì)算 35 4.3 半軸的設(shè)計(jì) 35 4.31 半軸概述 35 4.32 半軸計(jì)算載荷的確定 36 4.33 半軸桿部直徑的選擇 36 4.34 半軸的強(qiáng)度計(jì)算 36 第五章 結(jié)論 38 參考文獻(xiàn) 39 致謝 40 第一章 緒論 1.1 選題的背景與意義 通過學(xué)校的實(shí)習(xí)我對(duì)汽車的構(gòu)造及各總成的原理有了一定的了解，同時(shí)結(jié)合以前課堂學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，對(duì)于進(jìn)行汽車一些總成的設(shè)計(jì)有了一定的理論基礎(chǔ)，現(xiàn)選擇課題內(nèi)容為對(duì)BJ2022汽車的使用性能的驅(qū)動(dòng)橋（主減速器及差速器）進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過本課題可以

12、進(jìn)一步加深對(duì)汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)及汽車各總成的工作原理，特別是本課題驅(qū)動(dòng)橋中的主減速器及差速器與半軸的認(rèn)識(shí)和了解；同時(shí)經(jīng)過設(shè)計(jì)過程，了解學(xué)習(xí)一些現(xiàn)代汽車工業(yè)的新設(shè)計(jì)方法及新技術(shù)，對(duì)于即將從事汽車行業(yè)工作的我也是一種鍛煉，為即將的工作做鋪墊。 1.2 研究的基本內(nèi)容 1.2.1 主減速器的作用 汽車傳動(dòng)系的總?cè)蝿?wù)是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。在一般汽車的機(jī)械式傳動(dòng)中，有了變速器還不能解決發(fā)動(dòng)機(jī)特性與汽車行駛要求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問題。而主減速器是在汽車傳動(dòng)系中起降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩作用的主要部件。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。它是依靠齒數(shù)少的齒輪帶齒數(shù)

13、多的齒輪來實(shí)現(xiàn)減速的，采用圓錐齒輪傳動(dòng)則可以改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向。汽車正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常比較高，如果將很高的轉(zhuǎn)速只靠變速箱來降低下來，那么變速箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比則需要很大，齒輪的半徑也相應(yīng)加大，也就是說變速箱的尺寸會(huì)加大。另外，轉(zhuǎn)速下降，扭矩必然增加，也加大了變速箱與變速箱后一級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)負(fù)荷。所以，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器，可以使主減速器前面的傳動(dòng)部件，如變速箱、分動(dòng)器、萬向傳動(dòng)裝置等傳遞的扭矩減小，同時(shí)也減小了變速箱的尺寸和質(zhì)量，而且操控靈敏省力。 1.2.2 主減速器的工作原理 從變速器或分動(dòng)器經(jīng)萬向傳動(dòng)裝置輸入驅(qū)動(dòng)橋的轉(zhuǎn)矩首先傳到主減速器，主減

14、速器的一對(duì)齒輪增大轉(zhuǎn)矩并相應(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)矩的旋轉(zhuǎn)方向。 1.2.3 國(guó)內(nèi)主減速器的狀況 現(xiàn)在國(guó)家大力發(fā)展高速公路網(wǎng)，環(huán)保、舒適、快捷成為汽車市場(chǎng)的主旋律。對(duì)整車主要總成之一的驅(qū)動(dòng)橋而言，小速比、大扭矩、傳動(dòng)效率高、成本低逐漸成為汽車主減速器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 在產(chǎn)品上，國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)用戶主要以承載能力強(qiáng)、齒輪疲勞壽命高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、易維護(hù)等特點(diǎn)的產(chǎn)品為首選。目前己開發(fā)的產(chǎn)品，如陜西漢德引進(jìn)德國(guó)撇N公司技術(shù)的485單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，一汽集團(tuán)和東風(fēng)公司的13噸級(jí)系列車橋?yàn)榇淼闹鳒p速器技術(shù)，都是在有效吸收國(guó)外同類產(chǎn)品新技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求開發(fā)出來的高性能、高

15、可靠性、高品質(zhì)的車橋產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本代表了國(guó)內(nèi)車用減速器發(fā)展的方向。通過整合和平臺(tái)化開發(fā)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)形成了457、460、480、500等眾多成型穩(wěn)定產(chǎn)品，并被用戶廣泛認(rèn)可和使用。設(shè)計(jì)開發(fā)上，CAD、CAE等計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，以及AUT優(yōu)AD、UG16、CATIA、proE等設(shè)計(jì)軟件先后應(yīng)用于主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和齒輪加工中，有限元分析、數(shù)模建立、虛擬試驗(yàn)分析等也被采用;齒輪設(shè)計(jì)也初步實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程的電算化。新一代減速器設(shè)計(jì)開發(fā)的突出特點(diǎn)是:不僅在產(chǎn)品性能參數(shù)上進(jìn)一步進(jìn)設(shè)計(jì)上完全遵從模塊化設(shè)計(jì)原則，產(chǎn)品配套實(shí)現(xiàn)車型的平臺(tái)化，造型和結(jié)構(gòu)更加合理，更宜于組織批量生產(chǎn)，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，更能

16、應(yīng)對(duì)頻繁的車型換代和產(chǎn)品系列化的特點(diǎn)，這些都對(duì)基礎(chǔ)件產(chǎn)品提出愈來愈高的配套要求，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上不斷地進(jìn)行二次開發(fā)和持續(xù)改進(jìn)，以滿足快速多變的市場(chǎng)需求。 1.2.4 國(guó)內(nèi)與國(guó)外差距 我國(guó)的車用減速器開發(fā)設(shè)計(jì)不論在技術(shù)上、制造工藝上，還是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齒輪制造技術(shù)缺乏獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落后(國(guó)外己實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程化、電算化)。目前比較突出的問題是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱、工藝創(chuàng)新及管理水平低，企業(yè)管理方式較為粗放，相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔次，缺乏有國(guó)際影響力的產(chǎn)品品牌，行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步的步伐，提高管理水平，加快與國(guó)際

17、先進(jìn)水平接軌，開發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)中國(guó)國(guó)情的高檔車用減速器總成，由仿制到創(chuàng)新，早日縮小并消除與世界先進(jìn)水平的差距。目前，上汽集團(tuán)、東風(fēng)、一汽、北汽等各大汽車集團(tuán)也正在開展合作項(xiàng)目，希望早日實(shí)與世界先進(jìn)技術(shù)的接軌，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)開發(fā)的新突破。 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 汽車主減速器是汽車驅(qū)動(dòng)橋中的一個(gè)重要部件，汽車驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼組成。 本次設(shè)計(jì)主要先了解驅(qū)動(dòng)橋的原理，對(duì)BJ2022汽車驅(qū)動(dòng)橋中的主減

18、速器、差速器、半軸等重要部件等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)汽車設(shè)計(jì)的原則與步驟，進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，還對(duì)各部件進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。在本設(shè)計(jì)中還采用了AutoCAD繪圖軟件進(jìn)行了零件圖的繪制，通過對(duì)AutoCAD的編輯工具與命令的運(yùn)用，掌握了從AutoCAD基礎(chǔ)零件的繪制到各類零件圖的創(chuàng)建與繪制的方法，并且理解了機(jī)械圖繪制的工作流程。為今后更好的學(xué)習(xí)和掌握各種應(yīng)用軟件和技能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第二章 主減速器的設(shè)計(jì) 2.1 主減速器概述 汽車主減速器有單級(jí)式、雙級(jí)式等幾種。由于單級(jí)式主減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊以及造價(jià)低。廣泛用在主減

19、速比的各種中、小型汽車上。這次設(shè)計(jì)的為四輪驅(qū)動(dòng)越野汽車，主傳動(dòng)比不到7.6，故這次設(shè)計(jì)采用單級(jí)主減速器。 單級(jí)主減速器有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪等兩種形式。 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。在此選用準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)，雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪齒輪傳動(dòng)具有更大的傳動(dòng)比。此外由于偏移距地存在，使得雙曲面齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪的尺寸要小，從而可以獲得更大的離地間隙。還有就是雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)錐齒輪的螺旋角較大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，重合度更大，即可提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。 2.2 主減速器方案的選擇 因?yàn)槿绻３种鲃?dòng)齒輪軸徑不變，則雙曲面從動(dòng)齒

20、輪直徑比螺旋錐齒輪小。所以一般情況下，當(dāng)要求傳動(dòng)比大于4.5而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪傳動(dòng)更合理。 2.3 主減速器主從動(dòng)齒輪的支承方案 2.31 主動(dòng)雙曲面錐齒輪 對(duì)于在轎車和裝載質(zhì)量在2T以下的載貨汽車上，由于載荷較小，主減速器主動(dòng)齒輪的軸線偏轉(zhuǎn)角的絕對(duì)值不大，所以主動(dòng)錐齒輪最好采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便及成本較低的懸臂式支承，這樣既保證了支承剛度又能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便制造。 2.32 從動(dòng)雙曲面錐齒輪 從動(dòng)錐齒輪的支承選擇跨置式的，這種支承可以增大支承剛度，使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善。 2.4 基本參數(shù)的選擇與計(jì)算載荷的確定 2.41 齒輪計(jì)算載荷

21、的確定 由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準(zhǔn)確地算出主減速器齒輪的計(jì)算載荷是比較困難的。通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪在良好路面上開始滑轉(zhuǎn)時(shí)這兩種情況下作用在主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的載荷。 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： (2-1) 式中，為計(jì)算轉(zhuǎn)矩(Nm)；為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，液力自動(dòng)變矩器：=1，具有手動(dòng)操縱的機(jī)械變速器的高性能賽車：=3，一般情況下取=2。本文取=2；為發(fā)

22、動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=180Nm，為液力變矩器變矩系數(shù)，=1.7 ；為低擋傳動(dòng)比，=3.93 ；為分動(dòng)器傳動(dòng)比，=2.6；為總傳動(dòng)比，=4.55；為傳動(dòng)效率，=0.9；為計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)；=2。帶入公式得： 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 (2-2) 式中： —負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)1.2； —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，對(duì)后橋來說還應(yīng)考慮到汽車加速時(shí)的負(fù)荷增大量；14600N； —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，??；對(duì)越野汽車??；對(duì)于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級(jí)轎車??；此車取1； —

23、車輪的滾動(dòng)半徑；0.365m； ，—分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比(例如輪邊減速器等)。該車無輪邊減速器，故，； 帶入公式得： 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 汽車的類型很多，行駛工況又非常復(fù)雜，轎車一般在高速輕載條件下工作，而礦用汽車和越野汽車則常在高負(fù)荷低車速條件下工作，沒有簡(jiǎn)單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉(zhuǎn)矩。但對(duì)于公路車國(guó)內(nèi)來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂平均比牽扯引力的值來確定，即主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩： (2-3) 式中：－汽車滿載

24、總重量； 　　?。鶢恳膾燔嚨臐M載總重量，但僅用于牽引車的計(jì)算； 　　?。缆窛L動(dòng)陰力系數(shù)，計(jì)算時(shí)對(duì)于轎車可取；對(duì)于載貨汽車可取0.015~0.020；對(duì)于越野汽車可取0.020~0.035； －汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，通常對(duì)轎車取0.08載貨汽車和城市　公共汽車取0.05~0.09；對(duì)長(zhǎng)途公共汽車取0.06—0.10；對(duì)越野汽車取0.09－0.30； －汽車或汽車列車的性能系數(shù)； ＝ 當(dāng)時(shí)，取 帶入公式得： 在上述確定從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩的三種方法中，第1、2兩種方法用于確定最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該取他們之中較小的數(shù)值。設(shè)是確定的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩，

25、則 用于進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算和用做選擇錐齒輪主要參數(shù)的依據(jù)。利用第3種方法確定的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（日常行駛平均轉(zhuǎn)矩）則用來進(jìn)行錐齒輪的疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 4）、主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： (2-4) 式中，為主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩()；為從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩即；為主傳動(dòng)比；為主、從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率。計(jì)算時(shí)，對(duì)于弧齒錐齒輪副，取95%；對(duì)于雙曲面齒輪副，當(dāng)時(shí)，取85%，當(dāng)時(shí)，取90%。本文取90%。將各數(shù)據(jù)代入公式得： 2.42 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 在選定主減速比，主減速器的減速形式，齒輪類型及計(jì)算載荷以后，

26、可根據(jù)這些已知參數(shù)選擇主減速器齒輪的最主要的幾項(xiàng)參數(shù)。 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，主、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)不少于40； 3)為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)于轎車，一般不少于9；對(duì)于貨車，一般不少于6； 4)當(dāng)主傳動(dòng)比主較大時(shí)，盡量使取得少些，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

27、宜的搭配。 傳動(dòng)比（） 推薦的主動(dòng)齒輪最小齒數(shù)（） 主動(dòng)齒輪齒數(shù)允許范圍（） 2.0 17 15－19 2.5 15 12－16 3.0 11 10－14 3.5 10 9－12 4.0 9 8－10 4.5 8 7－9 5.0 7 6－9 6.0 6 5－8 7.0 6 5－7 8.0 5 5－6 表2.1 參考表2.1，選取=8 ，=37 2）、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù) 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即

28、 (2-5) 式中：——直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0； ——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為和中的較小者。 所以 初選 則 并用下式較核： (2-6) 所以滿足要求，則。 式中：- 齒輪大端端面模數(shù)； - 模數(shù)系數(shù)，??； 3）、從動(dòng)齒輪齒面寬 雙曲面齒輪的齒面寬一般取為： 故初取從動(dòng)齒輪齒面寬 4）、雙曲面齒輪的偏移距E 對(duì)于轎車、輕型客車、貨車，E值不應(yīng)超過從動(dòng)齒輪節(jié)錐距的40%，或接近于的

29、20%。 故偏移距E可取 故初取偏移距 5）、中點(diǎn)螺旋角的選擇 雙曲面齒輪傳動(dòng)由于有了偏移距E，使主、從動(dòng)齒輪的中點(diǎn)螺旋角不等，且主動(dòng)齒輪的大，從動(dòng)齒輪的小。但是，在選擇螺旋角的時(shí)，應(yīng)考慮它對(duì)齒面重疊系數(shù)輪齒強(qiáng)度和軸向力的影響。螺旋角應(yīng)足夠大，但螺旋角過大會(huì)使軸向力過大，因此兼顧考慮。 汽車主減速器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，在此初選用為35。 6）、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

30、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 法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切得最少齒數(shù)。但對(duì)于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對(duì)于小負(fù)荷工作的齒輪，一般采用小壓力角，可使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對(duì)于雙曲面齒輪，從動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相等的，但是主動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不相等的。選取平均壓力角時(shí)，乘用車為19或20，商用車為20或2233′ 。本設(shè)計(jì)是BJ2022越

31、野車，因此法向壓力角為為20。 2.43 主減速器準(zhǔn)雙曲面圓錐齒輪的集合計(jì)算 表 2.2 主減速器錐齒輪的幾何尺寸參數(shù)表 序號(hào) 計(jì)算公式 數(shù)值 注 釋 1 8 小齒輪齒數(shù) 2 37 大齒輪齒數(shù) 3 7mm 模數(shù) 4 40mm 大齒輪齒面寬 5 20 壓力角 6 11.27mm 齒工作高,查表2.3取1.61 7 12.52mm 齒全高,查表2.3取1.788 8 90 軸交角 9 56mm 小齒輪分度圓直徑 10 12.2 小齒輪節(jié)錐角 11 77.8 大

32、齒輪節(jié)錐角 12 132.50mm 節(jié)錐距 13 21.99 周節(jié) 14 2.275mm 大齒輪齒頂高,查表2.3取0.325 15 8.995mm 小齒輪齒頂高 16 3.525mm 小齒輪齒根高 17 10.245mm 大齒輪齒根高 18 1.25mm 徑向間隙 19 1．52 小齒輪齒根角 20 4.42 大齒輪齒根角 21 16.62 小齒輪面錐角 22 79.32 大齒輪面錐角 23 10.68 小齒輪根錐角 24 73.38 大齒輪根錐角 25

33、 73.58mm 小齒輪外緣直徑 26 259.96mm 大齒輪外緣直徑 27 127.60mm 小齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 28 25.78mm 大齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 29 5.859mm 大齒輪理論齒厚，查表2.4取0.837 30 16.131mm 小齒輪理論齒厚 31 35 螺旋角 表2.3 載貨、公共、牽引汽車或壓力角為20的其他汽車錐齒輪的、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 2

34、0 螺旋角 3540′ 35 齒工作高系數(shù) 1.430 1.500 1.560 1.610 1.650 1.680 1.956 1.700 齒全高系數(shù) 1.588 1.666 1.733 1.788 1.832 1.865 1.882 1.888 大齒輪齒頂高系數(shù) 0.160 0.215 0.270 0.325 0.380 0.435 0.490 0.46+ 表2.4 錐齒輪的大齒輪理論齒厚 z 6 7 8 9 10 11 30 0.911 0.957 0.975 0.997

35、1.023 1.053 40 0.803 0.818 0.837 0.860 0.888 0.948 50 0.748 0.757 0.777 0.828 0.884 0.946 60 0.715 0.729 0.777 0.828 0.883 0.945 2.44 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，要驗(yàn)算其強(qiáng)度，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠地工作。 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。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

36、點(diǎn)蝕引起的剝落。 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)矩和最大附著轉(zhuǎn)矩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)。 1）、主減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 1、單位齒長(zhǎng)上的圓周力 在汽車工業(yè)中，主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用在其齒輪上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)的圓周力來估算，即 (2-7) 式中：—作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算；

37、 —從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取。 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算： (2-8) 式中：—發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此為； —變速器的傳動(dòng)比，在此取一檔傳動(dòng)比； —主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取。 帶入公式得： 按最大附著力矩計(jì)算： (2-9) 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，對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時(shí)的負(fù)荷增加量，在此為； —輪胎與地面的附著系數(shù)，在此?。? —輪胎的滾動(dòng)半徑，在此取。 帶入公式得：

38、 參數(shù) 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn) 矩計(jì)算時(shí) 輪胎與地面 的附著系數(shù) 汽車類別 一擋 二擋 直接擋 轎車 893 536 321 893 0．85 貨車 1429 ---- 250 1429 0．85 大客車 982 ---- 214 ---- 牽引車 536 ---- 250 ---- 0．65 表2.5 許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力

39、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，單位齒長(zhǎng)上的圓周力有時(shí)高出表的。 故上述兩種計(jì)算方法均符合標(biāo)準(zhǔn)。 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： (2-10) 式中： —該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩； 　 —超載系數(shù)；在此取； 　 —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)， 　　　　　　 當(dāng)時(shí)，，在此； 　 —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)，，當(dāng)一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)取，支承剛度大時(shí)取最小值； 　 —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)及徑向跳動(dòng)

40、精度高時(shí)，可取； 　 —計(jì)算齒輪的齒數(shù)； 　 —端面模數(shù)； 　 —計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)）。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。選取小齒輪的大齒輪。 帶入公式得： 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 雙曲面齒輪輪齒齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力為 (2-11) 式中： —主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩； —材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副??； 　 —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)的情況下，可??； —

41、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），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??； —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，選取。 帶入公式得： 由于主、從動(dòng)齒輪大小幾乎相當(dāng)，所以均滿足接觸強(qiáng)度要求。 2.45 主減速器齒輪的材料及熱處理 汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作繁重，與傳動(dòng)系其他齒輪比較，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有輪齒根部彎曲折斷、齒面

42、疲勞點(diǎn)蝕、磨損和擦傷等。所以，多驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求： 1、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； 2、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； 3、鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并降低廢品率； 4、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、雙曲面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

43、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58～64HRC，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)時(shí)為32～45HRC。 　 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0.005～0.010～0.020mm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。 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。

44、 第三章 差速器的設(shè)計(jì) 3.1 差速器概述 汽車在行使過程中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(dòng)半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行使阻力不等等。這樣，如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會(huì)加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。 差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，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)，

45、用來保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。 3.2 差速器的結(jié)構(gòu)形式選擇 普通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(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，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。 普通齒輪式差速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器分圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。 強(qiáng)制鎖止式差速器就是在對(duì)稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。差速鎖在軍用汽車上應(yīng)用較廣。 查閱汽車車橋設(shè)計(jì)，經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)形式選

46、擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。 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)行星齒輪的差速器采用十字軸結(jié)構(gòu))，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛地用在轎車、客車和各種公路用載貨汽車以及一些越野汽車上，但用到越野汽車上需要采取防滑措施。 3.3 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 3.31 行星齒輪數(shù)目的選擇 轎車常用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車和越野汽車多用4個(gè)行星齒輪，故在此選用4個(gè)行星齒輪的形式。 3.32

47、 行星齒輪球面半徑的選擇 圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： (3-1) 式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52～2.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的轎車以及越野汽車、礦用汽車取最大值；?。? ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取和的較小值。 帶入公式得： 差速器行星齒輪球面半徑確定以后，可根據(jù)，來預(yù)選其節(jié)錐距。 帶入公式得：

48、 (3-2) 初步取 3.33 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于。半軸齒輪的齒數(shù)采用，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在的范圍內(nèi)。 差速器的四個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系。在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)、之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無法安裝。 初步定、。 3.34 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪

49、與半軸齒輪的節(jié)錐角，： (3-3) (3-4) 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)： (3-5) 由于強(qiáng)度的要求在此取 得： 3.35 壓力角 目前，汽車差速器的齒輪大都采用的壓力角，齒高系數(shù)為。最小齒數(shù)可減少到，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。 3.36 行星齒輪軸直徑及支承長(zhǎng)度 行星齒輪軸直徑為 (3-

50、6) 式中： ——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm；在此取； ——行星齒輪的數(shù)目，在此為； ——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm， ，為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而； ——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取。 帶入公式得： 行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度為 (3-7) 3.4 差速器齒輪的集合計(jì)算 表3.1 半軸齒輪與行星齒輪參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) ，應(yīng)盡量取最小值 2 半軸齒輪齒數(shù) 3 模數(shù) 4 齒面寬 ，

51、5 齒工作高 6 齒全高 7 壓力角 一般汽車： 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 齒頂高 ， 14 齒根高 ， 15 徑向間隙 16 齒根角 ， 17 面錐角 ， 18 根錐角 ， 19 外圓直徑 ， 20 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 ， 3.5 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 由于行星齒輪在差速器的工作中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用，只有左、右驅(qū)動(dòng)車輪有轉(zhuǎn)速差時(shí)行星齒輪和半軸齒輪之

52、間才有相對(duì)滾動(dòng)，所以差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，而對(duì)于疲勞壽命則不予考慮。 汽車差速器的彎曲應(yīng)力應(yīng)為： (3-8) 式中：——半軸齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，在此為； ——半軸齒輪齒數(shù)； ——半軸齒輪齒寬，，在此為； ——行星齒輪數(shù)； ——汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，查得。 帶入公式得： 所以差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 第四章 軸的設(shè)計(jì) 4.1 主動(dòng)錐齒輪軸的設(shè)計(jì) 4.11 錐齒輪齒面上的作用

53、力 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： (4-1) 式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取180； ，…——變速器在各擋的使用率，可參考表4.1選取； ，…——變速器各擋的傳動(dòng)比； ，…——變速

54、器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率，可參考表4.1選??； 表4.1 及的參考值 車 型 變速器 擋位 轎車 公共汽車 載貨汽車 Ⅲ擋 Ⅳ 擋 Ⅳ擋 Ⅳ擋帶超速擋 Ⅳ擋 Ⅳ擋帶超速擋 Ⅴ擋 ＜80 ＞80 Ⅰ擋 Ⅱ擋 Ⅲ擋 Ⅳ擋 Ⅴ擋 超速擋 1 9 90 1 4 20 75 0.8 2.5 16 80.7 2 6 27 65 1 4 15 50 ─ 30 1 3 11 85 0.5 3.5 7 59 ─ 30 0.5

55、 2 5 15 77.5 Ⅰ擋 Ⅱ擋 Ⅲ擋 Ⅳ擋 Ⅴ擋 超速擋 60 60 50 70 65 60 60 65 60 50 50 70 70 60 60 70 70 60 60 ─ 75 50 60 70 60 50 60 70 70 ─ 70 50 60 70 70 60 注：表中，其中—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；—汽車總重力。 經(jīng)計(jì)算為171.98。 4.12 齒寬中點(diǎn)處的圓周力 齒寬中點(diǎn)處的圓周力為 (4-2) 式中：

56、—作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩； —該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑； 式中：，—主、從動(dòng)齒面寬中點(diǎn)分度圓的直徑； —從動(dòng)齒輪齒寬； —從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑； ，—主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)； —從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角。 由上式可以算出：，。 主減速器主動(dòng)錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力 4.13 錐齒輪的軸向力和徑向力 一級(jí)減速機(jī)構(gòu)作用在主、從動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力A和徑向力R分別為： (4-3) (4-4) 由上面已知可得： 4.14 軸和軸

57、承的計(jì)算 主動(dòng)錐齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算：對(duì)于軸是用懸臂式支撐的，如圖4.1所示，齒輪以其齒輪大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對(duì)軸承上。為了增加支承剛度，應(yīng)使兩軸承的支承中心距比齒輪齒面寬中點(diǎn)的懸臂長(zhǎng)度大兩倍以上，同時(shí)尺寸應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，并使齒輪軸徑大于或小于懸臂長(zhǎng)。為了減小懸臂長(zhǎng)度和增大支承間距，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端相向朝內(nèi)，而大端朝外，以使拉長(zhǎng)、縮短，從而增強(qiáng)支承剛度。由于圓錐滾子軸承在潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑油只能從圓錐滾子軸承的小端通過離心力流向大端，所以在殼體上應(yīng)該有通入兩軸承間的右路管道和返回殼體的回油道。 圖4.1 主動(dòng)齒輪的支持型式 另外，為了拆裝方便，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪后軸

58、承（緊靠齒輪大端的軸承）的支承軸徑大于其前軸承的支持軸徑。 根據(jù)上面可算出軸承支承中心距，在這里取。 軸承的的選擇，在這里選擇主動(dòng)錐齒輪后軸承為圓錐滾子軸承30209型，前軸承為圓錐滾子軸承30207型。 由此可得到： (4-5) 式中：—軸承的最小安裝尺寸，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》書可查得。 則，取=31.4。 4.15 齒輪軸承徑向載荷的計(jì)算 軸承A、B的徑向載荷分別為： (4-6) (4-7) 式中： 帶入公式得： 4.16 主動(dòng)錐齒輪軸參數(shù)設(shè)計(jì) 圖4.

59、2 主減速器錐齒輪軸 此軸為花鍵軸，初選為 (4-8) 取4.0，為變速器輸出的最大轉(zhuǎn)矩，則 由于花鍵為標(biāo)準(zhǔn)件，所以查表得花鍵內(nèi)徑，外徑。 其軸的各段的尺寸為： 第1段：主動(dòng)錐齒輪，其齒寬為44，大端分度圓直徑為56，齒頂圓直徑為73.58； 第2段：直徑為47，寬度為4； 第3段：直徑為41,長(zhǎng)4mm； 第4段：這段與軸承相配合，其選用的軸承代號(hào)為30209,，其小徑為45，大徑為85，小徑寬為20.75，其軸的直徑為45，寬度為20； 第5段：直徑為41，長(zhǎng)30mm； 第6段：這段與軸承配合，其選用的軸承

60、代號(hào)為30207，其小徑為35，大徑為72，小徑寬度為18.25。其軸的直徑為35，寬度為16； 第7段：花鍵軸，花鍵小徑為32，大徑為35，花鍵軸寬為40； 第8段：螺栓軸，螺栓直徑為M30。螺栓長(zhǎng)度為40。 由此計(jì)算可得主動(dòng)錐齒輪的總長(zhǎng)度為201。 4.17 主動(dòng)錐齒輪軸的校核 齒輪上受到的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為1609.91，齒輪的圓周力，軸向力，徑向力，并還知道兩軸承受徑向力和軸向力分別為，；，。其軸承所受的軸向力與軸受到的軸向力是一對(duì)作用力與反作用力，徑向力也是一對(duì)作用力與反作用力。規(guī)定齒輪受的軸向力和徑向力為正，前、后軸承給軸的力的方向分別與錐齒輪受的力方向相反，則為負(fù)；徑向力為正

61、，為負(fù)。后面花鍵軸和螺栓軸可以不用計(jì)算，其結(jié)果不受多大影響。 圖4.3 主動(dòng)錐齒輪軸受力圖 求出水平面上的彎矩并畫出彎矩圖： 規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)樨?fù)，其齒輪受到的彎矩為正，后齒輪受到的彎矩為負(fù)，前齒輪受到的彎矩為正，如圖4.4所示： 圖4.4 垂直面上彎矩圖 求出垂直面上的彎矩并畫出彎矩圖： 根據(jù)上面的方向，彎矩圖如圖4.5所示： 圖4.5 垂直面上彎矩圖 合成彎矩可得： 由上面的圖可知，在后軸承受力點(diǎn)上的彎矩最大。 計(jì)算危險(xiǎn)截面上的軸的直徑，軸的材料選擇20CrMnTi，經(jīng)過調(diào)質(zhì)等處理，彎曲許用應(yīng)力，則：

62、 (4-9) 由于軸最小處的直徑也大于28.35，所以校核成功。 4.2 行星齒輪軸的設(shè)計(jì) 4.21 行星齒輪軸直徑及支承長(zhǎng)度 行星齒輪軸直徑為 (4-10) 式中： —差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，在此??； —行星齒輪的數(shù)目，在此為； —行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x， ，為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而； —支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取。 帶入公式得： 圓整后取行星齒輪軸徑為20mm。 行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度為 4.22 普通平鍵的選擇 由于軸徑在17~2

63、2這個(gè)范圍內(nèi)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇為的普通平鍵，鍵的長(zhǎng)度為20。 4.23 圓柱銷的選擇 參照《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇公稱直徑為6的圓柱銷。 4.24 計(jì)算載荷的確定 (4-11) 式中：-發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； -變速器一擋傳動(dòng)比； -主減速比。 4.25 行星齒輪軸的強(qiáng)度計(jì)算 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： (4-12) 取，則，即滿足強(qiáng)度要求。 式中：-行星齒輪軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，； -行星齒輪軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，； -行星齒輪軸的桿部直徑，； -行星齒輪軸

64、的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，取。 4.3 半軸的設(shè)計(jì) 4.31 半軸概述 驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，在斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬向節(jié)傳動(dòng)裝置，且多采用等速萬向節(jié)；在一般的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪和車輪的輪轂聯(lián)接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置還應(yīng)包括輪邊減速器， 這時(shí)半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪聯(lián)接起來。 半軸的型式主要取決于半軸的支承型式。普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端支承型式或受力狀況的不同可分為半浮式，3/4浮式和全浮式三種。 全浮式半軸，其特點(diǎn)是輪

65、轂通過一對(duì)滾錐軸承支承在半軸套筒上。這種半軸在理論上僅受到轉(zhuǎn)矩，而不承受其他的路面反力。全浮式半軸廣泛用于中、重型貨車。本設(shè)計(jì)采用的半軸支承形式是全浮式半軸支承。 4.32 半軸計(jì)算載荷的確定 計(jì)算載荷的確定 (4-13) 式中：-差速器分配系數(shù)，對(duì)圓錐行星齒輪差速器可取=0.6； -變速器一擋傳動(dòng)比； -主減速比。 如果傳動(dòng)系中尚有其他減速裝置，還應(yīng)考慮其對(duì)半軸轉(zhuǎn)矩的影響，即在上述計(jì)算公式等式的右側(cè)，應(yīng)乘以其減速裝置的傳動(dòng)比。 4.33 半軸桿部直徑的選擇 在設(shè)計(jì)時(shí)，全浮式半軸桿部直徑的初步選取可按下式進(jìn)行；

66、 (4-14) 圓整后取 式中：-半軸的桿部直徑，； -半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，； -半軸的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，。 4.34 半軸的強(qiáng)度計(jì)算 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： (4-15) 取，則，即滿足強(qiáng)度要求。 式中：-半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，； -半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，； -半軸桿部直徑，； -半軸扭轉(zhuǎn)的許用應(yīng)力，取。 第五章 結(jié)論 主減速器以及差速器總成是驅(qū)動(dòng)橋和動(dòng)力傳遞重要的部件，對(duì)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力、可靠保證動(dòng)力傳輸和提高汽車使用壽命都有很大的影響。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了BJ2022汽車主減速器、差速器總成的設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括其主要零部件尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算和材料的選擇等。 1) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋工作條件的要求，進(jìn)行了齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過計(jì)算，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的所有齒輪可以滿足強(qiáng)度要求。 2) 差速器的差速功用是實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)彎的直接影響因素，差速齒輪的