汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)

第 1 頁(yè) 前 言 . 2 設(shè)計(jì)要求 . 3 第一章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案擬定 . 4 圖 1-2 中央主減速器整體式驅(qū)動(dòng)橋 .4 第二章 主減速器設(shè)計(jì) . 5 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 .5 2.1.1 主減速器的齒輪類型 .7 2.1.2 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 .7 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 .8 2.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 .8 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 .10 2.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 .12 2.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 .14 2.齒輪彎曲強(qiáng)度 .15 3.輪齒接觸強(qiáng)度 .16 2.2.5 主減速器軸承的載荷計(jì)算 .17 第三章 差速器設(shè)計(jì) . 22 3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 .22 3.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) .23 3.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) .25 3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 .25 3.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 .27 3.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 .29 第四章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) . 31 4.1 結(jié)構(gòu)形式分析 .31 4.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 .33 4.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 .34 4.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 .34 4.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 .35 4.5 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 .35 第五 章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) . 37 5.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) .38 5.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 .39 參考文獻(xiàn) . 40 附 件 . 41 第 2 頁(yè) 前 言 汽車驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用是增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪；其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器，差速器，車輪傳動(dòng)裝置和橋殼組成。 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求： 1） 選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 2） 外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過(guò)性的要求。 3） 齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 4） 在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率。 5） 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。 6） 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。 7） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。 驅(qū)動(dòng)橋 的 結(jié) 構(gòu)型式按 工作特性分，可以 歸 并 為 非 斷開(kāi) 式 驅(qū)動(dòng)橋 和 斷開(kāi) 式 驅(qū)動(dòng)橋 兩大 類 。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪 采用非 獨(dú) 立 懸 架 時(shí) ， 應(yīng)該選用 非 斷開(kāi) 式 驅(qū)動(dòng)橋 ， 稱為 非 獨(dú) 立 懸 架 驅(qū)動(dòng)橋 ；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪 采 用獨(dú) 立 懸 架 時(shí) ， 則應(yīng)該選用斷開(kāi) 式 驅(qū)動(dòng)橋 ， 稱為獨(dú) 立 懸 架 驅(qū)動(dòng)橋 。獨(dú) 立 懸 架 驅(qū)動(dòng)橋結(jié) 構(gòu) 較 復(fù) 雜， 但 大大提高 了 汽 車 在不平路面上的行 駛 平順 性。 第 3 頁(yè) 設(shè)計(jì) 要求 車型：載貨汽車 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 1.車型：載貨汽車 ； 2.空載質(zhì)量： 4080kg 前： 1930kg 后： 2150kg； 3.滿載質(zhì)量： 9290kg 前： 2360kg 后： 6930kg； 4.輪距：前： 1810mm 后： 1800mm； 5.最高車速： 90km/h 最大爬坡度：大于 30%； 6.傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比： 7.31 主減速器傳動(dòng)比： 6.33； 7.額定功率： 99kw（最高車速時(shí) 3000r/min 時(shí)） ； 8.最大轉(zhuǎn)矩： 353Nm（ 1200 1400r/min 時(shí)） ； 9.輪胎規(guī)格： GB516-8219 設(shè)計(jì)要求： ； 附件要求： 1.裝配圖一張； 2.軸圖一張； 3.齒輪圖一張。 第 4 頁(yè) 第一章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案擬定 由于要求設(shè)計(jì)的是載貨 汽車的后驅(qū)動(dòng)橋，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)。該種形 式的驅(qū)動(dòng)橋是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車輪都屬于簧下質(zhì)量。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1半軸 2圓錐滾子軸承 3支承螺栓 4主減速器從動(dòng)錐齒輪 5油封 6主減速器主動(dòng)錐齒輪 7彈簧座 8墊圈 9輪轂 10調(diào)整螺母 圖 1-1 驅(qū)動(dòng)橋 圖 1-2 中央主減 速器整體式驅(qū)動(dòng)橋 第 5 頁(yè) 第二章 主減速器設(shè)計(jì) 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。 驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求： a）所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 b）外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。 c）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)協(xié)調(diào)。 d）在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車平順性。 e）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝 性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 按主減速器的類型分，驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下： 1)中央單級(jí)減速 器 。此是驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)中最為簡(jiǎn)單的一種，是驅(qū)動(dòng)橋的基本形式， 在載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動(dòng)比較小的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。 圖 2-1 單級(jí)主減速器 圖 2-2 雙級(jí)主減速器 第 6 頁(yè) 2)中央雙級(jí)主減速器 。 由于上述中 央雙級(jí)減速橋均是在中央單級(jí)橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)，綜合來(lái)說(shuō)，雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來(lái)發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來(lái)的驅(qū)動(dòng)橋存在。 3)中央單級(jí)、輪邊減速 器 。 綜上所述， 中央單級(jí)主減速器 。 它 還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： (l)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低， 是驅(qū)動(dòng)橋的基本類型，在重型汽車上占有重要地位； (2) 載重汽車發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢(shì)，使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比向小速比發(fā)展； (3) 隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，汽車使用條件對(duì)汽車通過(guò)性的要求降低。 (4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性提高。 單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度看， 載重車產(chǎn)品在主減速比小于 6的情況下，應(yīng)盡量選用單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。 所以此設(shè)計(jì)采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋 ， 再配以鑄造整體式橋殼。 圖 2-3 中央主減速器 第 7 頁(yè) 2.1.1 主減速器的齒輪類型 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。 在此選用弧齒錐齒輪傳動(dòng)，其特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線垂直交于一點(diǎn)。 由于輪齒端面重迭的影響，至少有兩個(gè)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此可以承受較大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小。另外，弧齒錐齒輪與雙曲面錐齒輪相比 ，具有較高的傳動(dòng)效率。 2.1.2 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 圖 2-3 主動(dòng)錐齒輪懸臂式支承 圖 2-4 主動(dòng)錐齒輪跨置式 圖 2-5 從動(dòng)錐齒輪支撐形式 主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用 懸臂式支承 結(jié)構(gòu)（如圖 2-3示）?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾?，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的 1 30 以下而主動(dòng)錐 第 8 頁(yè) 齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至 1/5 1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右 。 但結(jié) 構(gòu)較復(fù)雜 ， 所以選用跨置式。 從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖 2-5示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸 c+d。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性， c+d 應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)是 c等于或大于 d。 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 2.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 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 Tce 從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tce Tce= d e m a x 1 f 0k T k i i i n（ 2-1） 式中： Tce 計(jì)算轉(zhuǎn)矩， mN ； Temax 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； Temax =353 mN n 計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)， 1； if 變速器傳動(dòng)比， if=7.31； i0 主減速器傳動(dòng)比， i0=6.33； 變速器傳動(dòng)效率，取 =0.9； k 液力變矩器變矩系數(shù)， K=1； Kd 由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)， Kd=1； i1 變速 器最低擋傳動(dòng)比， i1=1； 代入式（ 2-1），有： Tce=14700.7 mN 主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T=2322.39 Nm 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 第 9 頁(yè) mmr irGT cs /2mN （ 2-2） 式中 2G 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，后橋所承載 69300N 的負(fù)荷 ; 輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用車，取 =0.85；對(duì)于越野汽車取 1.0；對(duì)于安裝有專門(mén)的防滑寬輪胎的高級(jí)轎車，計(jì)算時(shí)可取 1.25; r 車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為 GB516-82 9.0 20， 則車論的 滾動(dòng)半徑為 0.456m； m，mi 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)效率和傳動(dòng)比，LB取 0.9，由于沒(méi)有輪邊減速器LBi取 1.0 所以LBLBrcs irGT /2=0.19.0 456.085.069300 =29845.2 mN 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(lái)說(shuō)，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(lái)確定： mN )( PHRmmrTacf fffnirGGT（ 2-3） 式中： aG 汽車滿載時(shí)的總重量， 92900N； TG 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； Rf 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 0.018 Hf 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 0.050.09 在此取 0.07； pf 汽車的性能系數(shù)在此取 0； m 主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的效率； mi 主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比； n 驅(qū)動(dòng)橋數(shù) 。 第 10 頁(yè) 所以 )(PHRmmrTacf fffni rGGT = 08.00 1 8.019.00.1 4 5 6.09 2 9 0 0 =38502.7 mN 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 主減 速器 錐齒輪 的主要 參數(shù) 有主、 從動(dòng)齒輪 的 齒數(shù)1z和2z、 從動(dòng)錐齒輪 大端分度圓 直 徑2D、端面模 數(shù)tm、主 從動(dòng)錐齒輪齒面寬 1b 和 2b 、中 點(diǎn) 螺旋角 、法向 壓力 角 等。 1. 主、 從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)1z和2z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 ， 1z ， 2z 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) 不小于 40。 3） 為 了 嚙 合平 穩(wěn) ，噪 聲 小和具有高的疲 勞強(qiáng) 度 對(duì) 于商用 車 1z 一般不小于 6。 4） 主傳動(dòng) 比0i較 大 時(shí) ， 1z 盡 量取得小一些，以便得到 滿意 的離地 間 隙。 5） 對(duì) 于不同的 主傳動(dòng) 比， 1z 和 2z 應(yīng)有適 宜的搭配。 根據(jù)以上要求 ，這里 取 1z =6 2z =38，能夠滿足條件： 1z +2z =44 40 2. 從動(dòng)錐齒輪 大端分度 圓 直 徑 2D 和端面模 數(shù)tm對(duì) 于 單級(jí)主減 速器，增大尺寸 2D 會(huì) 影 響驅(qū)動(dòng)橋殼的 離地 間 隙， 減 小2D 又 會(huì) 影 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 。 2D 可根據(jù) 經(jīng)驗(yàn) 公式初 選 ，即 32 2 cD TKD （ 2-4） 第 11 頁(yè) 2DK 直 徑 系 數(shù) ，一般取 13.0 15.3； Tc 從動(dòng)錐齒輪 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn)矩 ， mN ， 為 Tce 和 Tcs 中的 較 小者 。 所以 2D=（ 13.0 15.3） 3 14700.7 =（ 318.5 374.8） mm 初 選2D=340mm 則tm=2D/ 2z =350/38=8.95mm 參考 機(jī)械 設(shè)計(jì) 手 冊(cè) 選 取 tm9mm ， 則2D=342mm 根據(jù)tm= 3 cm TK 來(lái) 校核 sm =10mm 選 取的是否合適，其中 mK =（ 0.3 0.4） 此 處 ，tm=（ 0.3 0.4） 3 7.14700 =（ 7.35 9.80），因此 滿 足校核 條件 。 3. 主， 從動(dòng)錐齒輪齒面寬1b和2b錐齒輪齒面過(guò)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(guò) 窄及刀尖 圓 角 過(guò) 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(guò) 早 損 壞和疲勞損傷 。另外， 齒面過(guò)寬 也 會(huì) 引起 裝配 空 間減 小。但 齒面過(guò) 窄， 輪齒 表面的耐磨性和輪齒 的 強(qiáng) 度 會(huì) 降低。 對(duì) 于 從動(dòng)錐齒輪齒面寬 2b ，推薦不大于 節(jié)錐 2A 的 0.3 倍，即 22 3.0 Ab ，而且 2b 應(yīng)滿 足tmb 102 ， 對(duì) 于汽 車主減 速器 圓 弧 齒輪 推薦采用： 22 155.0 Db =0.155 342=53.01mm 在此取 54mm 一般 習(xí)慣 使 錐齒輪 的小 齒輪齒面寬比 大 齒輪 稍大，使其在大 齒輪齒面兩 端都超出一些，通常 使 小 齒輪 的 齒面 比大齒輪 大 10%，在此取 1b =60mm 4.中 點(diǎn) 螺旋角 螺旋角沿 齒寬 是 變 化的， 輪齒 大端的螺旋角最大， 輪齒 小端螺 旋角最小 。 弧 齒錐齒輪 副的中 點(diǎn) 螺旋角是相等的， 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 第 12 頁(yè) 大， 則 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， 應(yīng) 不小于 1.25，在 1.5 2.0 時(shí) 效果最好，但 過(guò) 大， 會(huì)導(dǎo) 致 軸 向力增大。 汽 車主減 速器弧 齒錐齒輪 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(guò) 大，通常取 35。 5. 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 向力離 開(kāi)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)。 6. 法向 壓力 角 法向 壓力 角 大一些 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(guò) 小，并使 齒輪 的端面重合度下降。對(duì)于弧齒錐齒輪，乘用車的一般選用 14 30或 16 ,商用車 的為 20或 22 30 。 這里取 20 30 。 2.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 表 2-1 主減 速器 圓 弧 錐齒輪 的幾何尺 寸計(jì) 算用表 項(xiàng) 目 計(jì) 算 公 式 計(jì) 算 結(jié) 果 主 動(dòng)齒輪齒數(shù) 1z 6 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 2z 38 端面模 數(shù) m 9 齒面寬 b 1b =54 2b =60 工作 齒 高 mhh ag *2 gh 18 全 齒 高 mchh a *2 h =20.25 法向 壓力 角 =20 軸 交角 =90 第 13 頁(yè) 節(jié)圓 直 徑 d =m z 1d54 2d =228 續(xù) 表 項(xiàng) 目 計(jì) 算 公 式 計(jì) 算 結(jié) 果 節(jié)錐 角 1 arctan21zz 2 =90 -1 1=8.973 2 =81.027 節(jié)錐 距 A0 =11sin2 d =22sin2 d 取 A0 =150.0 周節(jié) t=3.1416 m t=28.27 齒頂 高 mhh aa * ah =9 齒 根高 fh = mcha * fh =11.25 徑向間 隙 c= mc* c=2.25 齒 根角 0arctan Ahff f =4.285 面 錐 角 211 fa 122 fa 1a =13.258 2a =85.312 根 錐 角 1f = 11 f 2f = 22 f 1f =4.688 2f =76.042 齒頂圓 直 徑 1111 cos2 aa hdd 2ad = 221 cos2 ahd 1ad =71.780 2ad =230.793 節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪 外 緣 距離 1121 sin2 ak hdA 212 dAk 22 sin ah1kA =112.596 2kA =18.110 第 14 頁(yè) 理論 弧 齒厚 21 sts mSs k2 1s=27.38mm 2s=10.32mm 齒側(cè)間 隙 B=0.305 0.406 0.4mm 螺旋角 =35 2.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 在選好 主減 速器 齒輪 的 主要參數(shù) 后， 應(yīng) 根據(jù)所選的齒形計(jì)算錐齒輪的幾何尺寸，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 。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.單位齒長(zhǎng)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(lái)估算，即 2bPpN mm (2-6) 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 rrG2 兩 種 載 荷工 況進(jìn) 行 計(jì) 算， N； 2b 從動(dòng)齒輪 的 齒面寬， 在此取 60mm. 按 發(fā)動(dòng) 機(jī)最大 轉(zhuǎn)矩計(jì) 算 時(shí)： 213max210bdiTp ge N mm （ 2-7） 式中： maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 353 mN ； gi 變速器的傳動(dòng)比， 7.31； 1d 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取 54mm. 按上式9.1592602541031.7353 3 p N mm 第 15 頁(yè) 按最大附 著 力矩 計(jì) 算 時(shí)： 2232210bdrGp r N mm （ 2-8） 式中： 2G 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，在此取 69300N； 輪 胎與地面的附 著 系 數(shù) ，在此取 0.85： r 輪 胎的 滾動(dòng) 半 徑 ，在此取 0.456m 按上式260228 10456.085.0693003 p=981.8 N mm 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 資 料的 20% 25%。 經(jīng)驗(yàn)算 以上 兩數(shù) 據(jù)都在 許 用范 圍內(nèi) 。其中上述 兩種方法 計(jì) 算用的 許 用 單 位 齒長(zhǎng) 上的 圓 周力 p都 為 1865N/mm2 ，故滿足條件。 2.齒輪彎曲強(qiáng)度 錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為： w = 3500 102 wmsbDJmk kkkT （ 2-7） 式中： w 錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力， MPa； T 齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 對(duì)從動(dòng)齒輪， 取 csce TT 和 中的較小值，為 14700.7 Nm； 對(duì) 主動(dòng)齒輪取 為 2580.43 Nm； k0 過(guò)載系數(shù)，一般取 1； ks 尺寸系數(shù)， 0.682； km 齒面載荷分配系數(shù)，懸臂式結(jié)構(gòu)， km=1.25； kv 質(zhì)量系數(shù)，取 1； b 所計(jì)算的齒輪齒面寬； b=54mm GciTT0 第 16 頁(yè) D 所討論齒輪大端分度圓直徑； D=342mm Jw 齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取 0.03； 對(duì)于主動(dòng)錐齒輪， T=2580.43Nm；從動(dòng)錐齒輪， T=14700.7Nm； 將各參數(shù)代入式（ 2-7），有： 主動(dòng)錐齒輪， w =466MPa； 從動(dòng)錐齒輪， w =458MPa； 按照文獻(xiàn) 1, 主從動(dòng)錐齒輪的 w w =700MPa，輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。 3.輪齒接觸強(qiáng)度 錐齒輪輪齒的 齒面接觸應(yīng)力為： j= p3z 0 s m f1 v jc 2 T k k k k 10D k b J（ 2-8） 式中： j 錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力， MPa； D1 主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑， mm； D1=64mm b 主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬較小值； b=54mm kf 齒面品質(zhì)系數(shù)，取 1.0； cp 綜合彈性系數(shù)，取 232N1/2/mm； ks 尺寸系數(shù)，取 1.0； Jj 齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取 0.01； Tz 主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩； Tz=2322.39N.m k0、 km、 kv選擇同式（ 2-7） 將各參數(shù)代入式 （ 2-8），有： j=813.5MPa 按照文獻(xiàn) 汽車設(shè)計(jì) ， j j=2800MPa，輪齒接觸強(qiáng)度滿足要求。 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 第 17 頁(yè) 命為 20 萬(wàn)千米或以 上時(shí) ，其循 環(huán) 次 數(shù) 均以超 過(guò) 材料的耐久疲 勞 次 數(shù) 。因此， 驅(qū)動(dòng)橋齒輪 的 許 用 彎 曲 應(yīng) 力不超 過(guò) 210.9N mm2 .表 2-2 給 出了汽 車驅(qū)動(dòng)橋齒輪 的 許 用 應(yīng) 力 數(shù)值。 表 2-2 汽 車驅(qū)動(dòng)橋齒輪 的 許 用 應(yīng) 力 N mm2 計(jì) 算 載 荷 主減 速器 齒輪的 許 用 彎 曲 應(yīng)力 主減 速器 齒輪的 許 用接觸 應(yīng)力 差速器 齒輪的 許 用 彎 曲應(yīng) 力 按式（ 2-1）、式（ 2-3）計(jì)算出的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tec， Tcs 中的較小者 700 2800 980 按式（ 2-4）計(jì)算出的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tcf 210.9 1750 210.9 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(lái)驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。 2.2.5 主減速器軸承的 載荷 計(jì)算 1.錐齒輪齒面上 的作用力 錐齒輪 在工作 過(guò) 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(guò) 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 dT進(jìn) 行 計(jì) 算。 經(jīng) 估 算 ,這里取 dT =2000 N 對(duì) 于 圓錐齒輪 的 齒面 中 點(diǎn) 的分度 圓 直 徑 第 18 頁(yè) 222 sin bDD m 2121 zzdD mm 經(jīng)計(jì) 算 1mD 45.11mm 2mD =285.67mm。 上 式 參考 汽 車設(shè)計(jì) 。 (1) 齒寬 中 點(diǎn)處 的 圓 周力 齒寬 中 點(diǎn)處 的 圓 周力 為 F 22mDT N (2-9) 式中： T 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 ，dT =2000 N； 2mD 該齒輪 的 齒面寬 中 點(diǎn)處 的分度 圓 直 徑 . 按上式 主減 速器 從 動(dòng)錐齒輪齒寬 中 點(diǎn)處 的 圓 周力 F =67.28520002=14.00 KN 由 2121 c o s/c o s/ FF 可知，對(duì)于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的 。 （ 2） 錐齒輪 的 軸 向力和 徑向 力 圖 2-5 主 動(dòng)錐齒輪齒面 的受力 圖 如 圖 2-5，主 動(dòng)錐齒輪螺 旋方向 為 左旋， 從錐頂 看旋 轉(zhuǎn)方向?yàn)?逆 時(shí)針 ， FT 為 作 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) ， FT 分解成 兩個(gè) 相互垂直 第 19 頁(yè) 的力 FN 和 fF ， FN 垂直于 OA 且位于 OO A 所在的平面， fF 位于以 OA 為 切 線 的 節(jié)錐切平面 內(nèi) 。 fF 在此平面 內(nèi) 又可分 為 沿切 線 方向的 圓 周力 F和沿 節(jié)圓 母 線 方向 的力 Fs 。F與 fF 之間 的 夾角為螺 旋角 ， FT 與 fF 之間 的 夾角為 法向 壓力 角 ， 這樣 就有： coscosTFF （ 2-10） c o s/ta ns in FFF TN （ 2-11） ta ns inc o s FFF TS （ 2-12） 于是，作用在主 動(dòng)錐齒輪齒面上 的 軸 向力azF和 徑向 力RzF分 別為 c o ss ins int a nc o sc o ss in FFFF SNaz（ 2-13） s ins inc o st a nc o ss inc o s FFFF SNRz（ 2-14） 有式（ 2-13）可 計(jì) 算 973.8c o s35s in8 . 9 7 3s in5.22t a n35c o s1000.14 3azF 10787.1N 有式（ 2-14）可 計(jì) 算 RzF 973.8s in35s in973.8c o s5.22t a n35c o s 1000.143 =5463.2N 式（ 2-10）式（ 2-14） 參考 汽 車設(shè)計(jì) 。 2.主減速器 錐齒輪 軸承載荷的計(jì)算 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。 對(duì) 于采用 騎馬 式的主 動(dòng)錐齒輪 和 從動(dòng)錐齒輪 的 軸 承 徑向載 荷，如 圖 2-6所示 第 20 頁(yè) 圖 2-6 主減 速 器軸 承的布置尺寸 軸 承 A， B 的 徑向載 荷分 別為 RA = 22 5.01maZRZ dFbFbFa （ 2-18） 22 5.01 maZRZB dFcFcFaR （ 2-19） 根據(jù)上式已知 aZF =10787.1N， RZF =5463.2N， a=134mm ， b=84mm， c=50mm 第 21 頁(yè) 所以 軸 承 A 的 徑向 力 AR = 22 4 5 .1 17.107875.0842.54638414000134 1 =8922.38N 其 軸 向力 為 0 軸 承 B 的 徑向 力 RB = 22 11.457.1 0 7 8 75.0502.5 4 6 3501 4 0 0 01 3 41 =3526.09N （ 1） 對(duì) 于 軸 承 A，只承受 徑向載 荷所以采用 圓 柱 滾子軸 承 42608E(內(nèi)徑 40，外徑 90)，此 軸 承的 額 定 動(dòng)載 荷 Cr為 102.85KN，所承受的 當(dāng) 量 動(dòng)載 荷 Q=X RA =1 15976=15976N。 （ 2） 對(duì) 于 軸 承 B，在此并不是一 個(gè)軸 承，而是一 對(duì)軸 承， 對(duì) 于成 對(duì) 安 裝 的 軸 承 組的計(jì)算 當(dāng) 量 載 荷 時(shí)徑向動(dòng)載 荷系 數(shù) X 和 軸 向 動(dòng)載 荷系 數(shù) Y 值 按雙 列 軸 承 選用 ， e 值與 單 列軸 承相同。在此 選用 7514E 型 軸 承。 （ 3） 對(duì) 于 從動(dòng)齒輪 的 軸 承 C， D的 徑向 力 由 計(jì) 算公式 較核， 軸 承 C， D均采用 7315E(內(nèi)徑 75，外徑 160)，其 額 定 動(dòng)載 荷 Cr 為 134097N。 此 節(jié)計(jì)算內(nèi) 容 參考 了 汽 車設(shè)計(jì) 關(guān)于主減 速器的有 關(guān)計(jì) 算 和 機(jī)械設(shè)計(jì) 關(guān)于軸承 的選擇。 第 22 頁(yè) 第三章 差速器設(shè)計(jì) 汽 車 在行 駛過(guò) 程中左，右 車輪 在同一 時(shí)間內(nèi) 所 滾過(guò) 的路程往往不等。 轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi) 、外 兩側(cè)車輪 行程 顯 然不同，外 側(cè)車輪滾過(guò) 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(guò) 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