乘用車主減速器和差速器設(shè)計

1、 摘要汽車問世百余年，特別是從汽車產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的打發(fā)展以來，汽車已經(jīng)對世界經(jīng)濟打發(fā)展和人類進入現(xiàn)代生活產(chǎn)生了無法估量的巨大影響，為人類社會的進步作出了不可磨滅的巨大貢獻。為了使大家對汽車這一影響人類社會的產(chǎn)品有更全面、更深入的了解，以便把握住“汽車設(shè)計”技術(shù)的發(fā)展方向，通過對汽車的總體設(shè)計，汽車零部件的載荷和計算工況與計算方法，以及汽車各系統(tǒng)、各組成及主要零部件的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計計算的概述，是大家對汽車的設(shè)計理論與設(shè)計技術(shù)有更好的認識與突破。汽車主減速器及差速器是汽車傳動中最重要的部件之一。它能夠?qū)⑷f向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動車輪，以實現(xiàn)降速增扭。本次設(shè)計的是有關(guān)乘用車的主

2、減速器和差速器，并要使其具有通過性。本次設(shè)計的內(nèi)容包括有：方案選擇，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進。齒輪與齒輪軸的設(shè)計與校核。并且在設(shè)計過程中，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)計參數(shù)，對比同類型的減速器及差速器，確定此輪的傳動比，并對其中重要的齒輪進行齒面接觸和齒輪彎曲疲勞強度的校核。而對軸的設(shè)計過程中著重齒輪的布置，并對其受最大載荷的危險截面進行強度校核。主減速器及差速器對提高汽車行駛平穩(wěn)性和其通過性有著獨特的作用，是汽車設(shè)計的重點之一。關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋 ；主減速器 ；差速器 ；半軸 Abstract Vehicle drive axle at the end of

3、the transmission system, the basic skills to use is to increase the transmission came directly from the drive shaft or torque, the torque distribution to the left and right wheels, and get differential requirements. In the drive axle, the realization of the usefulness of the main parts of this serie

4、s are the main reducer, differential, axle, but also other transmission devices and axle. The main design principle of the drive axle was carefully understanding and statement, Santana 2000, the main reducer drive axle, differential, axle and other important components such as a detailed design. In

5、the design process, according to the principles of automotive design and procedures, carried out a detailed calculation. In the design process, but also analysis of the components need to adopt the method, the feasibility of the program discussions, and possible faults of thinking, the last on the i

6、mportant parts and the assembly showing the way with engineering drawings.Keywords：Drive axle ；Main reducer ；Differential ；Axle 目 錄摘要I目 錄II第1章 緒論11.1選題的背景與意義11.2 研究的基本內(nèi)容11.2.1 主減速器的作用21.2.2 主減速器的工作原理21.2.3 國內(nèi)主減速器的狀況21.2.4 國內(nèi)與國外差距21.3 課題研究內(nèi)容31.3.1主減速器的結(jié)構(gòu)分析 31.3.2 差速器的結(jié)構(gòu)分析3第2章 主減速器的設(shè)計52.2主減速器的方案確定52.3

7、主減速器從動齒輪支承方案確定.5 2.3.1主動雙曲面錐齒輪5 2.3.2從動雙曲面錐齒輪42.4基本參數(shù)的選擇與計算載荷的確.5 2.4.1 齒輪計算載荷的確定5 2.4.2 主減速器基本參數(shù)的選擇.8 2.4.3 主減速器準雙面圓錐齒輪的集合計算.10 2.4.4 主減速器齒輪的熱處理.17第3章 差速器的設(shè)計193.1 差速器概述.193.2 差速器的結(jié)構(gòu)形式選擇.203.3 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇.20 3.3.1 行星齒輪數(shù)目的選擇.20 3.3.2 行星齒輪球面半徑的選擇.22 3.3.3 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇.21 3.3.4 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步

8、確定.21 3.3.5 壓力角.21 3.3.6 行星齒輪軸直徑d及支承長度L.22 3.4 差速器齒輪的集合計算223.5 差速器齒輪的強度計算24第4章 軸的設(shè)計254.1 主動錐齒輪軸的設(shè)計254.1.1 錐齒輪齒面上的作用力254.1.2 齒寬中點處的圓周力264.1.3 錐齒輪軸向力和徑向力26 4.1.4 軸和軸承的計算274.1.5 齒輪軸承徑向載荷的計算284.1.6 主動錐齒輪軸參數(shù)設(shè)計284.1.7 主動錐齒輪軸的校核294.2 行星齒輪軸的設(shè)計31 4.2.1 普通平鍵的選擇314.2.2 圓柱銷的選擇314.2.3 計算載荷的確定314.2.4 行星齒輪軸的強度計算32

9、第5章 結(jié)論33參考文獻34致 謝35 第1章 緒論1.1選題的背景與意義 主減速器和差速器是汽車是驅(qū)動橋的中的一部分,是傳動系統(tǒng)的重要組成部分.主減速器的功用是增大轉(zhuǎn)矩同時降低轉(zhuǎn)速,差速器的作用是能使同一個驅(qū)動橋上的兩個車輪以不同的速率旋轉(zhuǎn).單級主減速器通常由主動齒輪從動齒輪組成,在雙級主減速器中，通常還要加一對圓柱齒輪或一組行星齒輪。在輪邊減速器中則通常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳動或行星齒輪傳動。主減速器采用的最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面面齒輪。而差速器則普遍采用普通直齒錐齒輪在某些公共汽車和重型汽車上有時也選用蝸輪傳動。 通過學(xué)校的學(xué)習(xí)，我對汽車的構(gòu)造及總成有了很大了解，同時，

10、結(jié)合課堂學(xué)習(xí)的理論知識，對于進行汽車設(shè)計有了一定的理論基礎(chǔ)，現(xiàn)對程乘用汽車的主減速器和差速器進行設(shè)計，加深對汽車知識的了解。1.2 研究的基本內(nèi)容1.2.1主減速器的作用 在一般汽車的機械式傳動中，有了變速器還不能解決發(fā)動機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)動機縱置時還具有改變轉(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)多的齒輪來實現(xiàn)減速的，采用圓錐齒輪傳動則可以改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向。汽車正常行駛時，發(fā)動機的轉(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)齒輪副的傳動比則需要很大，齒輪的半徑也相應(yīng)加大

11、，也就是說變速箱的尺寸會加大。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傳動機構(gòu)的傳動負荷。所以，在動力向左右驅(qū)動輪分流的差速器之前設(shè)置一個主減速器。1.2.2主減速器的工作原理 從變速器或分動器經(jīng)萬向傳動裝置輸入驅(qū)動橋的轉(zhuǎn)矩首先傳到主減速器，主減速器的一對齒輪增大轉(zhuǎn)矩并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，以及當(dāng)發(fā)動機縱置時還具有改變轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)方向，他是依靠齒數(shù)少的齒輪帶動齒數(shù)多的齒輪來實現(xiàn)減速的。1.2.3國內(nèi)主減速器的狀況 現(xiàn)在國家大力發(fā)展高速公路網(wǎng)，環(huán)保、舒適、快捷成為汽車市場的主旋律。對整車主要總成之一的驅(qū)動橋而言，小速比、大扭矩、成本低逐漸成為汽車主減速器技術(shù)的發(fā)展趨勢。1.2.4國內(nèi)與國

12、外差距 我國的車用減速器開發(fā)設(shè)計不論在技術(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)缺乏獨立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落后(國外己實現(xiàn)計算機編程化、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，缺乏有國際影響力的產(chǎn)品品牌，行業(yè)整體散亂情況依然嚴重。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進步的步伐，提高管理水平，加快與國際先進水平接軌，開發(fā)設(shè)計適應(yīng)中國國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水平的差距。1.3 課題研究內(nèi)容 汽車主減速器是汽車驅(qū)動橋中的一個重要部件，汽車驅(qū)動橋

13、處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動力合理的分配給左、右驅(qū)動輪，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)動橋一般由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動橋殼組成。1.3.1主減速器的結(jié)構(gòu)分析(1)主減速器作用主減速器的作用將變速器輸出的動力再次減速，以增加轉(zhuǎn)矩，之后將動力傳遞給差速器。(2)主減速器分 單級主減速器：大部分汽車的主減速器為單級主減速器，減速型式為錐形齒輪式：其中錐形齒輪式主減速器，廣泛的應(yīng)用于后驅(qū)汽車的后轎中，變速器輸出動力經(jīng)過傳動軸傳給主動錐齒輪，經(jīng)從動錐齒輪減速后傳給差速器。普通斜齒輪式主減速器應(yīng)用于前驅(qū)汽車的變速器中。雙級

14、主減速器：在重型貨車上，常采用雙級主減速器，第一級為錐形齒輪減速，第二級為普通斜齒輪減速。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。1.3.2差速器的結(jié)構(gòu)分析(1)差速器的作用 汽車在直線行駛時，左右車輪轉(zhuǎn)速幾乎相同，而在轉(zhuǎn)彎時，左右車輪轉(zhuǎn)速不同，差速器能實現(xiàn)左右車輪轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，即允許左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。(2)差速器的結(jié)構(gòu)形式和工作原理 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。行星齒輪的自轉(zhuǎn)：差速器工作時，查閱汽車車橋設(shè)計，經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)形式選擇對稱式圓錐行星齒輪差速器。根據(jù)機械原理書本公式： （式1.1） （式1.2）

15、 當(dāng)直線行駛時，r趨于無窮大，此時，差速器的工作原理汽車在轉(zhuǎn)彎時每個車輪行駛的距離不相等，既內(nèi)側(cè)車輪行駛的距離比外側(cè)車輪要短，差速器的作用就是調(diào)節(jié)這個距離差使汽車能平穩(wěn)行駛。圖1-1差速器的工作原理第2章 主減速器的設(shè)計2.1主減速器概述 汽車主減速器有單級式、雙級式等幾種。由于單級式主減速器結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊以及造價低。廣泛用在主減速比io7.6的各種中、小型汽車上。這次設(shè)計的為家庭乘用車，所以主傳動比不到7.6，故這次設(shè)計采用單級主減速器。單級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。2.2主減速器方案的選擇 因為

16、如果保持主動齒輪軸徑不變，則雙曲面從動齒輪直徑比螺旋錐齒輪小。所以一般情況下，當(dāng)要求傳動比大于4.5而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪傳動更合理。 2.3主減速器主從動齒輪的支承方案 2.3.1 主動雙曲面錐齒輪 對于在轎車和裝載質(zhì)量在2T以下的載貨汽車上，由于載荷較小，主減速器主動齒輪的軸線偏轉(zhuǎn)角的絕對值不大，所以主動錐齒輪最好采用結(jié)構(gòu)簡單，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)簡單，又方便制造。 2.3.2 從動雙曲面錐齒輪從動錐齒輪的支承選擇跨置式的，這種支承可以增大支承剛度，使軸承負荷減小，齒輪嚙合條件改善。2.4基本參數(shù)的選擇與計算載荷的確定2.4.1 齒輪計

17、算載荷的確定由于汽車行駛時傳動系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準確地算出主減速器齒輪的計算載荷是比較困難的。通常是將發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩配以傳動系最低擋傳動比時和驅(qū)動車輪在良好路面上開始滑轉(zhuǎn)時這兩種情況下作用在主減速器從動齒輪上的轉(zhuǎn)矩的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應(yīng)力的載荷。（1） 、按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩： （式2.1）式中 : 變速器前進擋最大傳動比，在此取3.778； 主減速器傳動比在此取4.111； 發(fā)動機的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取220； 由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時的超載系數(shù)，對于一般的載貨汽車，礦用汽車和越野汽車以及液

18、力傳動及自動變速器的各類汽車取=1.0，當(dāng)性能系數(shù)0時可取=2.0； （式2.2） 汽車滿載時的總質(zhì)量在此取1975kg ；所以由式（2.2）得： 0.195 =17.505616 即0 所以=1.0； 該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目在此取1； 傳動系上傳動部分的傳動效率，在此取0.9；根據(jù)以上參數(shù)可以由(2.1）得：=3074.5；（2）、按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩： = (式2.3)式中 ： 汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷，在此取14350N； 輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取=0.85；對越野汽車取=1.0，對于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級轎車取=1.25

19、；在此取=0.85； 車輪的滾動半徑，在此選用輪胎型號為215/60R16，滾動半徑為 0.332m； ，分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和傳動比，取0.9，由于沒有輪邊減速器取1.0；所以由公式(2.2)得： = =4364（3） 、按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(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荷低車速條件下工作，沒有簡單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉(zhuǎn)矩。但對于公路車國內(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，即主減速器從動齒輪的平均計算轉(zhuǎn)矩：

20、（式2.4）式中：汽車滿載時的總重量，在此取19750N；所牽引的掛車滿載時總重量，但僅用于牽引車的計算，所以這里為0；道路滾動阻力系數(shù)，計算時對于轎車可取0.0100.015；對于載貨汽 車可取0.0150.020；對于越野汽車可取0.0200.035，此時取0.013； 汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)，通常對轎車取0.08載貨汽車和城市 車取0.050.09；對長途公共汽車取0.060.10；對越野汽車取0.090.30，此時取0.08； 汽車的性能系數(shù)在此取0； ，分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和傳動比，取0.9，由于沒有輪邊減速器取1.0；該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目

21、在此取1； 車輪的滾動半徑，在此選用輪胎型號為215/60R16，滾動半徑為0.322m 所以由式（式2.4）得： =14842.4.2主減速器基本參數(shù)的選擇（1）主、從動錐齒輪齒數(shù)和選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素：為了磨合均勻，之間應(yīng)避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(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度對于商用車一般不小于6；主傳動比較大時，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙；對于不同的主傳動比，和應(yīng)有適宜的搭配，對比參考資料，取=8、=38。（2）從動錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù) 對于單級主減速器，增大尺寸會影響驅(qū)動橋

22、殼的離地間隙，減小又會影響跨置式主動齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝?？筛鶕?jù)經(jīng)驗公式初選，即 （式2.5）直徑系數(shù)，一般取13.016.0；從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，為和中的較小者取其值為3074.5；由式（2.5）得： =（13.016.0）=（189232.7）； 初選=200 則齒輪端面模數(shù)=/=200/38=5.27=385.27=200.26校核=5.27是否合適，其中故此處= =（0.30.4）=4.36 5.82 ，因此滿足校核。 （3）主、從動齒輪齒面寬的選擇。齒面過寬并不能增大齒輪的強度和壽命，反而會導(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

23、會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，安裝時有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時載荷集中于輪齒小端會引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。 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。一般取=0.155=0.26=31.04mm，小齒輪齒面寬=1.1=1.131.04=34.14mm（4）小齒輪偏移距及偏移方向的選擇對于轎車、輕型客車、貨車、E值不應(yīng)超過從動齒輪節(jié)錐距的40%，或接近于的20%。故偏移距E可取 =40.05mm 故偏移距E取40.05mm（5）螺旋角的選擇雙曲面齒輪傳動由于有了偏移距E，使主、從動齒輪的中點螺旋角不

24、等，且主動齒輪的大，從動齒輪的小。但是，在選擇螺旋角的時，應(yīng)考慮它對齒面重疊系數(shù)輪齒強度和軸向力的影響。螺旋角應(yīng)足夠大，但螺旋角過大會使軸向力過大，因此兼顧考慮。 汽車主減速器錐齒輪的平均螺旋角為3540，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。汽車主減速器雙曲面齒輪大小齒輪中點處的平均螺旋角多為3540。（6） 螺旋方向 主、從動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)變速器掛前進擋時，應(yīng)使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運動，

25、這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時針，驅(qū)動汽車前進。（7）法向壓力角 法向壓力角大一些可以增加輪齒強度，減少齒輪不發(fā)生根切得最少齒數(shù)。但對于小尺寸的齒輪，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，對于小負荷工作的齒輪，一般采用小壓力角，可使齒輪運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對于雙曲面齒輪，從動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相等的，但是主動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不相等的。選取平均壓力角時，乘用車為19或20，商用車為20或2233。本設(shè)計是乘用車越野車，因此法向壓力角為為20。2.4.3 主減速器準雙曲面圓錐齒輪的集合計算（1） 大齒輪齒頂角與齒根角標準收縮齒和雙重收縮齒各有其優(yōu)缺點，采用

26、哪種收縮齒應(yīng)按具體情況而定。雙重收縮齒的優(yōu)點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。表 2.1 主減速器錐齒輪的幾何尺寸參數(shù)表序號計算公式數(shù)值注 釋18小齒輪齒數(shù)238大齒輪齒數(shù)35.27mm模數(shù)431.04mm大齒輪齒面寬520壓力角68.48mm齒工作高,查表取1.6179.42mm齒全高,查表取1.788890軸交角942mm小齒輪分度圓直徑1011.9小齒輪節(jié)錐角1178.1大齒輪節(jié)錐角12101.84mm節(jié)錐距1316.56周節(jié)141.71mm大齒輪齒頂高,查表取0.325156.77mm小齒輪齒頂高16

27、2.56mm小齒輪齒根高177.71mm大齒輪齒根高180.94mm徑向間隙191.44小齒輪齒根角204.32大齒輪齒根角2116.22小齒輪面錐角 2279.54大齒輪面錐角2310.46小齒輪根錐角2473.58大齒輪根錐角2555.24mm小齒輪外緣直徑26200.97mm大齒輪外緣直徑2798.73mm小齒輪節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離2819.33mm大齒輪節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離294.41mm大齒輪理論齒厚，查表取0.8373017.58mm小齒輪理論齒厚3135螺旋角 表2.2 載貨、公共、牽引汽車的、和主動齒輪齒數(shù)567891011從動齒輪最小齒數(shù)34333231302926法向壓

28、力角20螺旋角 354035齒工作高系數(shù)1.4301.5001.5601.6101.6501.6801.9561.700齒全高系數(shù)1.5881.6661.7331.7881.8321.8651.8821.888大齒輪齒頂高系數(shù)0.1600.2150.2700.3250.3800.4350.4900.46+表2.3 錐齒輪的大齒輪理論齒厚z 67891011300.9110.9570.9750.9971.0231.053400.8030.8180.8370.8600.8880.948500.7480.7570.7770.8280.8840.946600.7150.7290.7770.8280.8

29、830.945 2.4.4 主減速器準雙曲面圓錐齒輪的集合計算 在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，要驗算其強度，以保證其有足夠的強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、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。汽車驅(qū)動橋的齒輪，承受的是交變負荷，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，強度計算時只能用它來驗算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。（1）、主減速器準雙曲面齒輪的強度計算 1

30、、單位齒長上的圓周力 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的圓周力來估算，即 (式2.6)式中：作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最大附著力矩 兩種載荷工況進行計算； 從動齒輪的齒面寬，在此取31.04mm。按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算： (式2.7)式中：發(fā)動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此為220； 變速器的傳動比，在此取一檔傳動比3.778； 主動齒輪分度圓直徑，在此取42mm。帶入公式得： =1271.1Nmm按最大附著力矩計算： (式2.8)式中：汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷，對于后驅(qū)動橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時的負荷增加量，在此為14350

31、N； 輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85； 輪胎的滾動半徑，在此取0.322mm。帶入公式得： = 1265.3 Nmm 在現(xiàn)代汽車設(shè)計中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長上的圓周力有時高出表的。故上述兩種計算方法均符合標準。2、輪齒的彎曲強度計算 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 （式2.9） 式中：該齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，=220Nm,Nm; 超載系數(shù)；在此取1.0;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，在此=0.67載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，1.001.10式式支承時取1.101.25。支承剛度大時取最小值;質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪

32、，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取1.0; 計算齒輪的齒面寬31.04mm;計算齒輪的齒數(shù)8;端面模5.27mm; (式2.10) 端面模數(shù)； 計算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)）。計算彎曲應(yīng)力時本應(yīng)采用輪齒中點圓周力與中點端面模數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進行修正。選取小齒輪的大齒輪。帶入公式得：= =509.8 =589.7 所以主減速器齒輪滿足彎曲強度要求。3、輪齒的表面接觸強度計算雙曲面齒輪輪齒齒面的計算接觸應(yīng)力為 (式2.11)式中： 主動齒輪計算轉(zhuǎn)矩； 材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6N/mm； 尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗的情

33、況下，可取； 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，對于制造精確的齒輪可取； 計算接觸應(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、從動齒輪大小幾乎相當(dāng)，所以均滿足接觸強度要求。 2.4.5 主減速器齒輪的材料及其熱處理汽車驅(qū)動橋主減速器的工作繁重，與傳動系其他齒輪比較，具有載荷大、作用時間長、載荷變化多、帶沖擊等特點。所以，多驅(qū)動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度

34、和表面接觸疲勞強度，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要適合我國的情況。 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)達到5864HRC，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)時為3245HRC。由于新齒輪接觸和潤

35、滑不良，為了防止在運行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對研磨）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)用于補償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。 第3章 差速器的設(shè)計3.1 差速器概述 汽車在行使過程中，左右車輪在同一時間內(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、兩車輪上的負荷不均勻而引起車輪滾動半徑不相等；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，均會引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會加

36、劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。差速器是個差速傳動機構(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，用來保證各驅(qū)動輪在各種運動條件下的動力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。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稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，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制鎖止式差速器。普通齒輪式差速器的傳動機構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器分圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。強制鎖止式差速器就是在對稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)

37、時，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，經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)形式選擇對稱式圓錐行星齒輪差速器。普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個半軸齒輪，4個行星齒輪(少數(shù)汽車采用3個行星齒輪，小型、微型汽車多采用2個行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個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，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3.3.1 行星齒輪數(shù)目的選擇轎車常用2個

38、行星齒輪，載貨汽車和越野汽車多用4個行星齒輪，故在此選用4個行星齒輪的形式。3.3.2 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度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗公式確定： (式3.1)式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.522.99，對于有4個行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；對于有2個行星齒輪的轎車以及越野汽車、礦用汽車取最大值；取2.95； 計算轉(zhuǎn)矩，取和的較小值。 帶入公式得： =47.4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

39、公式得： =（0.980.99）47.4=46.452.6347.102 (式3.2)初步取=47mm3.3.3 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)。 差速器的四個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，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，要滿足條件： 式中：，左右半軸齒輪的齒數(shù)，對

40、于對稱式圓錐齒輪差速器來說，； 行星齒輪數(shù)目； 任意整數(shù)。 初步定、，經(jīng)驗證，符合要求。3.3.4 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與半軸齒輪的節(jié)錐角，： (式3.3) (式3.4)再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)： =4.76 (式3.5)由于強度的要求在此取m取5得： =50mm，=100mm 3.3.5 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度。3.3.6 行星齒輪軸直徑及支承長度行星齒輪軸直徑為

41、(式3.6)式中： 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，在此取3074.5 Nm； 行星齒輪的數(shù)目，在此為； 行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x，mm，=40 ，為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而=80； 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 MPA。帶入公式得： =15.9mm (式3.7)行星齒輪在軸上的支承長度為=1.1=1.115.9=17.49mm 3.4 差速器齒輪的集合計算表3.1 半軸齒輪與行星齒輪參數(shù)序號項目計算公式計算結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)，應(yīng)盡量取最小值102半軸齒輪齒數(shù)203模數(shù)5mm4齒面寬，13mm5齒工作高8mm6齒全高7壓力角一般汽車：8軸交角9節(jié)圓直徑， =50，=100 10節(jié)錐角，=26

42、.57=63.4311節(jié)錐距 47mm12周節(jié)13齒頂高，=5.3=2.61mm14齒根高，15徑向間隙16齒根角，=4.32=7.6717面錐角，=30.89=71.1718根錐角，=22.24=55.7619外圓直徑，=59.48=102.3320節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離，3.5 差速器齒輪的強度計算 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)動車輪有轉(zhuǎn)速差時行星齒輪和半軸齒輪之間才有相對滾動，所以差速器齒輪主要進行彎曲強度計算，而對于疲勞壽命則不予考慮。汽車差速器的彎曲應(yīng)力應(yīng)為： (式3.8)式中：半軸齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，在此為2618.4 Nm； 半軸齒輪齒數(shù)； 半軸

43、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：=918.4所以差速器齒輪滿足彎曲強度要求。第4章 軸的設(shè)計4.1 主動錐齒輪軸的設(shè)計4.1.1 錐齒輪齒面上的作用力錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。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。為計算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動機也不全處于最大轉(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)矩進行計算。作用在主減速器主動錐齒

44、輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計算：(式4.1)式中：發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，在此取220；，變速器在各擋的使用率，可參考表4.1選取；，變速器各擋的傳動比；，變速器在各擋時的發(fā)動機的利用率，可參考表4.1選?。槐?.1 及的參考值 車 型 變速器擋位 轎車公共汽車載貨汽車擋 擋擋擋帶超速擋擋擋帶超速擋擋8080注：表中，其中發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；汽車總重力。經(jīng)計算為160.8。4.1.2 齒寬中點處的圓周力 齒寬中點處的圓周力為 (式4.2)式中：作用在主減速器主動錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩；D該齒輪的齒面寬中點處的分度圓直徑；mm，mm 由上式可以算出：主減速器主動錐齒輪齒寬中點處的圓周力=8571.42 N4.1.3

45、 錐齒輪的軸向力和徑向力一級減速機構(gòu)作用在主、從動錐齒輪齒面上的軸向力A和徑向力R分別為： (式4.3) (式4.4)由上面已知可得：6012.4 N 2372.5 N4.1.4 軸和軸承的計算主動錐齒輪軸的設(shè)計計算：對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的懸臂長度大兩倍以上，同時尺寸應(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。為了減小懸臂長度和增大支承間距，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、縮短，從而增強支承剛度。由于圓錐滾子軸承在潤滑時，潤滑油只能從圓錐滾子軸承的