[機(jī)械畢業(yè)論文]重汽車主減速器及差速器設(shè)計(jì)【專業(yè)答辯必備資料】

- 1 - 重汽車主減速器及差速器設(shè)計(jì)1 緒論 汽車主減速器及差速器是傳動(dòng)系中的重要部件，其性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來(lái)重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。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)齒輪，差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行校 核以及壽命校核。 為了提高汽車行駛平順性和通過(guò)性，現(xiàn)在汽車的驅(qū)動(dòng)橋也在不斷的改進(jìn)。與獨(dú)立懸架相配合的斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋相對(duì)與非獨(dú)立懸架配合的整體式驅(qū)動(dòng)橋在平順性和通過(guò)性方面都得到改進(jìn)。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，驅(qū)動(dòng)橋?qū)?huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。展望將來(lái)需開(kāi)發(fā)汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)新驅(qū)動(dòng)橋只需輸入相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成三維圖和二維圖，以達(dá)到效率高、強(qiáng)度低、匹配佳的最優(yōu)方案。 驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中主要總成之一。驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好環(huán)。因此，設(shè)計(jì)中要保證：所選擇的主減速比應(yīng)保證汽車在給 定使用條件下有最佳的動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性。 (1) 當(dāng)左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋必須能合理的解決左右車輪的轉(zhuǎn)矩分配問(wèn)題，以充分利用汽車的牽引力； (2) 具有必要的離地間隙以滿足通過(guò)性的要求； (3) 驅(qū)動(dòng)橋的各零部件在滿足足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量輕，特別是應(yīng)盡可能做到非簧載質(zhì)量，以改善汽車的行駛平順性； (4) 能承受和傳遞作用于車輪上的各種力和轉(zhuǎn)矩； (5) 齒輪及其它傳動(dòng)部件應(yīng)工作平穩(wěn)，噪聲小； (6) 對(duì)傳動(dòng)件應(yīng)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，傳動(dòng)效率要高； (7) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝調(diào)整方便 ； - 2 - (8) 設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量滿足“三化”。即產(chǎn)品系列化、零部件通用化、零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書 東風(fēng) EQ1108G6D的整車參數(shù)見(jiàn)表 2-1、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)表 2-2、其他參數(shù)見(jiàn)表 2-3： 表 2-1 整車參數(shù) 主減速器相當(dāng)于后橋的心臟，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到后橋運(yùn)行的平穩(wěn)性、噪音、異響等問(wèn)題。因此主減速器的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵既要與整車匹配好，又要滿足自身功能和性能要求，設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配性，又要考慮自身的強(qiáng)度、剛度和整車的通過(guò) 載質(zhì)量 5000 裝備質(zhì)量 4570 空車 前軸 2370 后橋 2200 滿載 前軸 3200 后橋 6570 總質(zhì)量 9770 最高車速（ km/h） 95 最大爬坡度 25% 制動(dòng)距離（滿載 30km/h）（ m） 8 最小轉(zhuǎn)彎半徑（ m） 9 百公里油耗（ L） 16L 長(zhǎng)度 （ mm） 總長(zhǎng) 7220 總寬 2470 高度（駕駛室，滿載） 2540 車廂內(nèi)部尺寸 長(zhǎng) 4800 寬 2294 高 500 軸距 3950 輪距 前輪 1900 后輪 1800 最小離地間隙（ mm） 240 行駛角（ ） 接近角 30 離去角 14 - 3 - 性，也就是說(shuō)它與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，功率，變速箱的傳動(dòng)性以及整車承載能力密切相關(guān)。車輪對(duì)路面的滑動(dòng)不僅會(huì)加速輪胎磨損，增加汽車的動(dòng)力消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動(dòng)性能的惡化。若主減速器從動(dòng)齒輪通過(guò)一根整軸同時(shí)帶動(dòng)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪，則兩側(cè)車輪只能同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪 處于純滾動(dòng)狀態(tài)，就必須改用兩根半軸分別連接兩側(cè)車輪，而由主減速器從動(dòng)齒輪通過(guò)差速器分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的半軸和車輪，使它們可用不同角速度旋轉(zhuǎn)。稱這種裝在同一驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪之間的差速器為輪間差速器。在多軸驅(qū)動(dòng)汽車的各驅(qū)動(dòng)橋之間，也存在類似問(wèn)題。為了適應(yīng)各驅(qū)動(dòng)橋所處的不同路面情況，使各驅(qū)動(dòng)橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅(qū)動(dòng)橋之間裝設(shè)軸間差速器。 表 2-2發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 6BT型 、 四沖程 、 水冷 、 直列六缸 、 增壓 、 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 氣缸直徑 x活塞行程 102x120mm 工作容積（ L） 5.88 壓縮比 17.5 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 2600 額定功率（ 2600r/min） 118KW 最大扭矩（ 1400r/min） 539N.M 噴油順序 1-5-3-6-2-4 燃油種類 夏季 0號(hào) 冬季 0-20號(hào) 表 2-3其他參數(shù) 主減速比 6.33 輪胎型號(hào) 9.00R20-14PR 變速器傳動(dòng)比（六個(gè)前進(jìn)擋，一個(gè)倒擋） 擋 5.606 擋 3.627 擋 2.313 擋 1.487 擋 1.00 擋 0.79 倒擋 5.046 3 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇 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. 弧齒錐齒輪傳動(dòng) - 4 - 弧齒錐齒輪的特點(diǎn)是主，從動(dòng)齒輪的軸線垂直相交于一點(diǎn)。由于齒輪斷面重疊影響，至少有兩對(duì)以上的齒輪同時(shí)嚙合，因此可以承受較大的載荷，加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸由 齒的一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和震動(dòng)小，但弧齒錐齒輪對(duì)嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍不吻合就會(huì)使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲變大。 2. 雙曲面齒輪傳動(dòng) 雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直但不相交，且主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線向上或向下偏移一距離 E，稱為偏移距，如圖 2-1 所示。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(guò)。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。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 i0 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(guò)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(wú)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(lái)方便。 3.圓柱齒輪傳動(dòng) 圓柱齒輪傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的前置前驅(qū)動(dòng)乘用車驅(qū)動(dòng)橋和雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速器。 - 5 - 4. 蝸桿傳動(dòng) 蝸桿 -蝸輪傳動(dòng)簡(jiǎn)稱蝸輪傳動(dòng)，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(wú)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。 該驅(qū)動(dòng)橋是為中型卡車設(shè)計(jì)，根據(jù)以上的對(duì)比分析知，該橋的主減速器齒輪應(yīng)該選用雙曲面齒輪。 3.1.2 主減速器的減速形式選擇 主減速器的減速型式分為單級(jí)減速、雙續(xù)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 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 i07.0 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。 （ 2）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 (7.0i0 12)且采用單級(jí)減速不能滿足既定的主減速比和離地間隙要求的重型汽車上。以往在某些中型載貨汽車上雖有采用，但在新設(shè)計(jì)的現(xiàn)代中型載貨汽車上已很少見(jiàn)。這是由于隨著發(fā)動(dòng) 機(jī)功率的提高、車輛整備質(zhì)量的減小以及路面狀況的改善，中等以下噸位的載貨汽車往具有更高車速的方向發(fā)展，因而需采用較小主減速比的緣故。 （ 3）雙速主減速器 對(duì)于載荷及道路狀況變化大、使用條件非常復(fù)雜的重型載貨汽車來(lái)說(shuō)，要想選擇一種主減速比來(lái)使汽車在滿載甚至牽引井爬陡坡或通過(guò)壞路面時(shí)具有足夠的動(dòng)力性，而在平直而良好的硬路面上單車空載行駛時(shí)又有較高的車速和滿意的娥料經(jīng)濟(jì)性，是非常困- 6 - 難的。為了解決這一矛盾，提高汽車對(duì)各種使用條件的適應(yīng)性，有的重型汽車采用具有兩種減速比并可根據(jù)行駛條件來(lái)選擇檔位的雙速主減速器。它與變速 器各檔相配合，就可得到兩倍于變速器的檔位。顯然，它比僅僅在變速器中設(shè)置超速檔，即僅僅改變傳動(dòng)比而不增加檔位數(shù)，更為有利。當(dāng)然，用雙速主減速器代替半衰期的超速檔，會(huì)加大驅(qū)動(dòng)橋的質(zhì)量，提高制造成本，并要增設(shè)較復(fù)雜的操縱裝置，因此它有時(shí)被多檔變速器所代替。 （ 4）單級(jí)貫通式主減速器 單級(jí)貫通式主減速器用于多橋驅(qū)動(dòng)汽車的貫通橋上，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、主減速器的質(zhì)量較小、尺寸緊湊，并可使中，后橋的大部分零件，尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性。它又分為雙曲面齒輪式和蝸輪式兩種結(jié)構(gòu)型式。 雙曲面齒輪式單級(jí)貫通式主減速 器，是利用了雙曲面齒輪傳動(dòng)主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸線的偏移，將一根貫通軸穿過(guò)中橋井通向后橋。但這種結(jié)構(gòu)受主動(dòng)齒輪最少齒數(shù)和偏移距大小的限制，而且主動(dòng)齒輪的工藝性差，通常主動(dòng)齒輪的最小齒數(shù)是 8，因此主減速比的最大值只能在 5 左右，故多用于輕型汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)用于大型汽車時(shí)刷需增設(shè)輪邊減速器或加大分動(dòng)器傳動(dòng)比。 蝸輪傳動(dòng)為布置貫通橋帶來(lái)極大方便，且其工作平滑無(wú)聲，在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下也可得到大的傳動(dòng)比，適于各種噸位貫通橋的布置和汽車的總體布置。但由于需用青銅等有色金屬為材料而未得到推廣。 （ 5）雙級(jí)貫 通式主減速器 用于主減速比 i0 5 的中、重型汽車的貫通橋。它又有錐齒輪 圓柱齒輪式和圓柱齒輪錐齒輪式兩種結(jié)構(gòu)型式。 錐齒輪 圓柱齒輪雙級(jí)貫通式主減速器的特點(diǎn)是有較大的總主減速比 (因兩級(jí)減速的減速比均大于 1)，但結(jié)構(gòu)的高度尺寸大，特別是主動(dòng)錐齒輪的工藝性差，而從動(dòng)錐齒輪又需要采用懸臂式安置，支承剛度差，拆裝也不方便。 與錐齒輪 圓柱齒乾式雙級(jí)貫通式主減速器相比，圓柱齒輪 錐齒輪式雙級(jí)貫通式主減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，高度尺寸減小，但其第一級(jí)的斜齒圓柱齒輪副的減速比較小，有時(shí)甚至等于 1。為此，有些汽車在采用這種結(jié)構(gòu)布置 的同時(shí)，為了加大驅(qū)動(dòng)橋的總減速比而增設(shè)輪邊減速器；而另一些汽