車(chē)輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)33驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)

I 載重汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)22 53 摘要 驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)四大總成之一， 它的性能的好壞直接影響整車(chē)性能，而 對(duì)于 載 重汽車(chē) 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(chē)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(chē)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(chē)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)錐齒輪，差速器圓錐行星齒輪，半軸齒輪， 全浮式 半軸和 整體式 橋殼 的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核 。 本文 不是 采用 傳統(tǒng) 的 雙曲面錐齒輪作為 載 重汽車(chē)的主減速器 而是 采用 弧齒錐齒輪 ，希望這能作為一個(gè)課題 繼續(xù)研究下去。 關(guān)鍵字 ： 載重汽車(chē) 驅(qū)動(dòng)橋 單級(jí)減速橋 弧齒錐齒輪 II The Designing of Heavy Truck Rear Drive Axles Abstract III Drive axle is the one of automobile four important assemblies. It performance directly influence on the entire automobile， especially for the heavy truck .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed， heavy-loaded， high efficiency， high benefit todayheavy truck， must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truckdeveloping tendency. This design following the traditional designing method of the drive axle. First ， make up the main partsstructure and the key designing parameters; thus reference to the similar driving axle structure ， decide the entire designing project ; fanially check the strength of the axle drive bevel pinion ， bevel gear wheel ， the differentional planetary pinion， differential side gear ， full-floating axle shaft and the banjo axle housing ， and the life expection of carrier bearing . The designing take the spiral bevel gear for the tradional hypoid gear ， as the gear type of heavy trucks final drive， with the expection of the question being discussed， further . Key words: heavy truck drive axle single reduction final drive the spiral bevel gear IV 1 目錄 摘要 I ABSTRACT II 前言 1 第一章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 2 第二章 主減速器設(shè)計(jì) 6 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 6 2.1.1 主減速器的齒輪類型 6 2.1.2 主減速器的減速形式 6 2.1.3 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 7 2.2.1 主減速器計(jì)算 載荷的確定 7 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 9 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 2.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 21 2.2.6 主減速器軸承的計(jì)算 22 第三章 差速器設(shè)計(jì) 30 3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 30 3.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 32 3.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 32 3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 33 2 3.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 35 3.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 37 第四章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 39 4.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 40 4.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 41 4.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 41 4.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 42 第五章 驅(qū)動(dòng)橋殼的 設(shè)計(jì) 43 5.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) 44 5.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 45 5.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 45 5.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 48 5.2.3 汽車(chē)以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 48 5.2.4 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 50 結(jié)論 53 致謝 55 參考文獻(xiàn) 56 附錄 58 1 前言 汽車(chē) 驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用首先是增扭，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(lái)的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪；其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面或車(chē)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(chē)輪傳動(dòng)裝置和橋殼組成。 對(duì)于重型載貨汽車(chē)來(lái)說(shuō)，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較 乘用車(chē) 和客車(chē)，以及輕型 商用車(chē) 都要大得多，以便能夠 以較低的成本 運(yùn)輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用 。隨著目前國(guó)際上石油價(jià)格的上漲，汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì) 乘用車(chē) ，對(duì)于載貨汽車(chē)，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各 商用車(chē) 生產(chǎn)商來(lái)提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶，因?yàn)橹匦洼d貨汽車(chē)所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是大功率，大轉(zhuǎn)矩的 ，裝載質(zhì)量在十噸以上的載貨汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率在 140KW以上，最大轉(zhuǎn)矩也在 700N m以上， 百公里油耗是一般都在 34 升左右 。為 了降低油耗，不僅要 在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油 ，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失 。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)軸 驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過(guò)程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的 措施之一 。 所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為新的課題。 目前國(guó)內(nèi)重型車(chē)橋生產(chǎn)企業(yè)也主要集中在 中信車(chē)橋廠 、東風(fēng)襄樊車(chē)橋公司、濟(jì)南橋箱廠、漢德車(chē)橋公司、重慶 紅巖橋廠和安凱車(chē)橋廠幾家企業(yè)。這些企業(yè)幾乎占到國(guó)內(nèi)重卡車(chē)橋 90%以上的市場(chǎng)。 2 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(chē)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(chē)具有足夠的離地間隙，以滿足通過(guò)性的要求。 3） 齒輪及其他傳動(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(chē)架或車(chē)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(chē)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。 在本設(shè)計(jì)中還采用了 AutoCAD和 Pro/E繪圖軟件分別進(jìn)行了工程圖的繪制和實(shí)體造 型，運(yùn)用 AutoCAD繪制了、行星齒輪軸、左、右殼以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)半軸 的零件圖，通過(guò)對(duì) AutoCAD的編輯工具與命令的運(yùn)用，掌握了從 AutoCAD基礎(chǔ)圖形的繪制基礎(chǔ)零件的繪 制 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 。 另外還運(yùn)用 Pro/E繪圖軟件， 運(yùn)用 初步 的操作 繪制出了主減速器的主、從動(dòng)錐齒輪，差速器的行星 齒輪、半軸齒輪等的實(shí)體造型 ，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)。 第一章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 3 由于要求設(shè)計(jì)的是 13 噸級(jí)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)式結(jié)構(gòu)以 與 非 獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)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(chē)輪都屬于簧下質(zhì)量。 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)減速驅(qū)動(dòng)橋。 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(chē)中占主導(dǎo)地位。一 般在主傳動(dòng)比小于 6 的情況下 ， 應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。目前的中央單級(jí)減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪 ， 主動(dòng)小齒輪采用騎馬式支承 ， 有差速鎖裝置供選用。 2)中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋。在國(guó)內(nèi)目前的市場(chǎng)上 ， 中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋主要有 2 種類型 ： 一類如伊頓系列產(chǎn)品 ， 事先就在單級(jí)減速器中預(yù)留好空間 ， 當(dāng)要求增大牽引力與速比時(shí) ， 可裝 入 圓柱行星齒輪減速機(jī)構(gòu) ， 將原中央單級(jí)改成中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋 ， 這種改制 “ 三化 ” （即系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化） 程度高 ， 橋殼、主減速器等均可通用 ，錐 齒輪直徑不變 ；另一類如洛克威爾系列產(chǎn)品 ， 當(dāng)要增大牽引力與速比時(shí) ， 需要 改制第一級(jí)傘齒輪后 ， 再裝入第二級(jí)圓柱直齒輪或斜齒輪 ， 變成要求的中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋 ， 這時(shí)橋殼可通用 ， 主減速器不通用 ， 錐 齒輪有 2 個(gè)規(guī)格。 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) ， 作為系列產(chǎn)品而派生出來(lái)的一種型號(hào) ， 它們很難變型為前驅(qū)動(dòng)橋 ， 使用受到一定限制 ； 因此 ， 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)、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、 4 礦山等非公路車(chē)與軍用車(chē)上。當(dāng)前輪邊減速橋可分為 2 類 ： 一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋 ； 另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。 圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。由圓錐行星齒輪式傳動(dòng)構(gòu)成的輪邊減速器 ， 輪邊減速比為固定值 2， 它一般均與中央單級(jí)橋組成為一系列。在該系列中 ， 中央單級(jí)橋仍具有獨(dú)立性 ， 可單獨(dú)使用 ， 需要增大橋的輸出轉(zhuǎn)矩 ， 使?fàn)恳υ龃蠡蛩俦仍龃髸r(shí) ， 可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級(jí)橋。這類橋與中央雙級(jí)減速橋的區(qū)別在于 ： 降低半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 ， 把增大的轉(zhuǎn)矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上 ， 其 “ 三化 ” 程度較高。但這類橋因輪邊減速比為固定 值 2， 因此 ， 中央主減速器的尺寸仍較大 ， 一般用于公路、非公路軍用車(chē)。 圓柱行星齒輪式輪邊減速橋。單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋 ， 一般減速比在 3 至 4.2 之間。由于輪邊減速比大 ， 因 此， 中央主減速器的速比一般均小于 3， 這樣 大錐 齒輪就可取較小的直徑 ， 以保證重型汽車(chē)對(duì)離地問(wèn)隙的要求。這類橋比單級(jí)減速器的質(zhì)量大 ， 價(jià)格也要貴些 ， 而且 輪穀 內(nèi)具有齒輪傳動(dòng) ， 長(zhǎng)時(shí)間在公路上行駛會(huì)產(chǎn)生大量的熱量而引起過(guò)熱 ； 因此 ， 作為公路車(chē)用驅(qū)動(dòng)橋 ， 它不如中央單級(jí)減速橋。 綜上所述，由于設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比為 4.444，小于 6。況且由于 隨著我國(guó) 公路條件的改善和物流業(yè)對(duì)車(chē)輛性能要求的變化 ， 重型汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化發(fā)展的趨勢(shì) ，主要是單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： (l) 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種 ， 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(chē)上占有重要地位 ； (2) 重型汽車(chē)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 ； 5 (3) 隨著公路狀況的改善 ， 特別是高速公路的迅猛發(fā)展 ， 重型汽車(chē)使用條件對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低 。 因此 ， 重型汽車(chē)不必像過(guò)去一樣 ， 采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過(guò)性 ； (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)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為單級(jí)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 ， 重型車(chē)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 單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋再配以鑄造整體式橋殼。圖 1-1Meritor 單后驅(qū)動(dòng)橋 為中國(guó)重汽引進(jìn)的美國(guó) ROCKWELL 公司 13 噸 級(jí)單級(jí)減速橋 的外形圖 。 圖 1-1 Meritor（ 美馳 ） 單后驅(qū)動(dòng)橋 6 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。 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)。由于輪齒端面重疊的影響，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。而弧齒錐齒輪還存在一些缺點(diǎn)，比如對(duì)嚙合精度比較敏感，齒輪副的錐頂稍有不吻合就會(huì)使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損 和使噪聲增大 ；但是 當(dāng)主傳動(dòng)比一定時(shí)，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪小，從而可以得到更大的離地間隙，有利于實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的總體布置。 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，可達(dá) 99%。 2.1.2 主減速器的減速形式 由于 i=4.444 6， 一般采用單級(jí)主減速器， 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)渭?jí)減速驅(qū)動(dòng)車(chē)橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本 7 型，在重型汽車(chē)上占有重要地位； 目前 重型 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大扭矩發(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；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展， 許多 重型汽車(chē)使用條件對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低，因此，重型汽車(chē)產(chǎn)品不必像過(guò)去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過(guò)性；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，可靠性增加。 2.1.3 主減 速器主，從動(dòng)錐齒輪的 支承形式 作為一個(gè) 13 噸級(jí)的驅(qū)動(dòng)橋，傳 動(dòng)的轉(zhuǎn)矩較大，所以主動(dòng)錐齒輪采用騎馬式支承。裝于輪齒大端一側(cè)軸頸上的軸承，多采用兩個(gè)可以預(yù)緊以增加支承剛度的圓錐滾子軸承，其中位于驅(qū)動(dòng)橋前部的通常稱為主動(dòng)錐齒輪前軸承，其后部緊靠齒輪背面的那個(gè)齒輪稱為主動(dòng)錐齒輪后軸承；當(dāng)采用騎馬式支承時(shí)，裝于齒輪小端一側(cè)軸頸上的軸承一般稱為導(dǎo)向軸承。導(dǎo)向軸承都采用圓柱滾子式，并且內(nèi)外圈可以分離（有時(shí)不帶內(nèi)圈），以利于拆裝。 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 ce nKiTT ToTLece /m a x mN （ 2-1） 式 中 TLi 發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比，在此取 9.01，此數(shù)據(jù)此參考 斯太爾 1291.260/N65 車(chē)型 ； maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩 ， 此數(shù)據(jù)參考 斯太爾 1291.260/N65 車(chē)型 在此取 830 mN ； 8 T 傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取 0.9； n 該汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1； oK 由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于一般的載貨汽車(chē)，礦用汽車(chē)和越野汽車(chē)以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速器的各類汽車(chē)取 oK =1.0，當(dāng)性能系 數(shù) pf 0時(shí)可取 oK =2.0； 16Tgm0 . 1 9 5 016Tgm0 . 1 9 5 Tgm0 . 1 9 5-161001e m axae m axae m axa當(dāng)當(dāng)pf （ 2-2） am 汽車(chē)滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取 20000 gK ； 所以 0.195830 1020000 =4716 pf =-0.31 0 即 oK =1.0 由以上各參數(shù)可求 Tce Tce =1 444.49.00.101.9830 =29910.2 mN 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 LBLBr irGT cs /2mN （ 2-3） 式 中 2G 汽車(chē)滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷 ， 預(yù)設(shè)后橋所承載130000N 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(chē)，取 =0.85；對(duì)于越野汽車(chē)取 1.0；對(duì)于安裝有專門(mén)的防滑寬輪胎的高級(jí)轎車(chē)，計(jì)算時(shí)可取1.25; r 車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，在此 選用輪胎型號(hào)為 12.00R20，滾動(dòng)半徑為 0.527m； LB ， LBi 分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率和 9 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 =0.19.0 527.085.01 3 0 0 0 0 =64703.9 mN 3. 按汽車(chē)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(chē)輛來(lái)說(shuō)，使用條件較非公路車(chē)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 )( PHRLBLBrTacf fffni rGGT （ 2-4） 式中： aG 汽車(chē)滿載時(shí)的總重量， 參考 斯太爾 1291.260/N65 車(chē)型在此取 2000000N； TG 所牽引的掛車(chē)滿載時(shí)總重量， N，但僅用于牽引車(chē)的計(jì)算； Rf 道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取 0.0150.020；在此取 0.018 Hf 汽車(chē)正常 行駛 時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取 0.050.09 在此取 0.07 pf 汽車(chē)的性能系數(shù)在此取 0； LB ， LBi ， n 見(jiàn)式（ 2-1），（ 2-3）下的說(shuō)明。 所以 )(PHRLBLBrTacf fffni rGGT = 08.0018.010.19.0 527.02000000 =10305.8 mN 式（ 2-1） 式 （ 2-4）參考汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì) 1式（ 3-10） 式（ 3-12）。 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 10 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(chē) 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)以上要求參考 汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì) 1中表 3-12 表 3-13取 1z =9 2z =40 1z +2z =49 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 （ 2-5） 2DK 直徑系數(shù)，一般取 13.0 16.0 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 16.0） 3 2.29910 =（ 403.5 496.7） mm 初選 2D =450mm 則tm= 2D /2z =450/40=11.25mm 有參考 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 2表 23.4-3中tm選取 12 則 2D =480mm 根據(jù)tm= 3 cm TK 來(lái) 校核 sm =12選取的 是否合 適 ， 其中 mK =（ 0.3 0.4） 此處，tm=（ 0.3 0.4） 3 2.29910 =（ 9.31 12.4） ，因此滿足 校核 。 11 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(chē) 主減速器圓弧齒輪推薦采用 ： 22 155.0 Db =0.155 480=74.4mm 在此取 75mm 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，通常小齒輪的齒面加大 10%較為合適 ， 在此取 1b =80mm 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(chē)主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為 35 40，而商用車(chē)選用較小的 值以防止軸向力過(guò)大，通常取 35。 5. 螺旋方向 12 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(chē)前進(jìn)。 6. 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(guò)小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來(lái)說(shuō)，規(guī)定重型載貨汽車(chē)可選用 22.5的壓力角。 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 序 號(hào) 項(xiàng) 目 計(jì) 算 公 式 計(jì) 算 結(jié) 果 1 主動(dòng)齒輪齒數(shù) 1z 9 2 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 2z 40 3 端面模數(shù) m 12 4 齒面寬 b 1b =80 2b =75 5 工作 齒高 mhh ag *2 gh 20.4 6 全 齒高 mchh a *2 h =22.656 7 法向壓力角 =22.5 8 軸交角 =90 9 節(jié)圓直徑 d =m z 1d 108 13 2d =480 續(xù)表 序 號(hào) 項(xiàng) 目 計(jì) 算 公 式 計(jì) 算 結(jié) 果 10 節(jié)錐角 1 arctan21zz 2 =90 -1 1 =12.682 2 =77.318 11 節(jié)錐距 A0 =11sin2 d =22sin2 d A0 =245.97 12 周節(jié) t=3.1416 m t=37.699 13 齒頂高 mhh aa * ah =10.2 14 齒根高 fh = mcha * fh =12.456 15 徑向間隙 c= mc* c=2.256 16 齒根角 0arctan Ahff f =2.899 17 面錐角 211 fa 122 fa 1a =15.581 2a =80.217 18 根錐角 1f = 11 f 2f = 22 f 1f =9.783 2f =74.419 19 齒頂圓直徑 1111 c o s2 aa hdd 2ad = 221 cos2 ahd 1ad =127.902 2ad =484.479 20 節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離 1121 sin2 ak hdA 212 dAk 22 sin ah1kA =237.761 14 2kA =44.049 21 理論弧齒厚 21 sts mSs k2 1s =27.38mm 2s =10.32mm 22 齒側(cè)間隙 B=0.305 0.406 0.4mm 23 螺旋角 =35 2.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(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(jiàn)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(guò)載折斷。 折斷多 數(shù) 從 齒根開(kāi)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(guò)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(kāi)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) 15 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(guò)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(guò)了齒輪彎曲強(qiáng)度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。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(guò)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(kāi)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。 16 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(lái)。 （ 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(lái)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 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(chē)主減速器及差速器齒輪在新車(chē)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(chē)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(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(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力 數(shù)值。 表 2-2 汽車(chē)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 主減速器齒輪的 差速器齒輪的 17 許用彎曲應(yīng)力 許用接觸應(yīng)力 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(chē)預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。汽車(chē)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） 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪 的強(qiáng)度計(jì)算 （ 1） 單位齒長(zhǎng)上的圓周力 在汽車(chē) 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 80mm. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： 213m ax210bdiTp 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 830 mN ； gi 變速器的傳動(dòng)比； 18 1d 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取 108mm. 按上式17318021081001.9830 3 p N mm 按最大附著力矩計(jì)算時(shí)： 2232210bdrGp r N mm （ 2-8） 式中： 2G 汽車(chē)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(chē)最大加速時(shí)的負(fù)荷增加量，在此取 130000N； 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 0.527m 按上式275240 10527.085.01300003 p=1619 N mm 在現(xiàn)代汽車(chē)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 （ 2） 輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車(chē)主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 JmzbK KKKTvms 203102 N/ 2mm （ 2 9） 式中： T 該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， N m; 0K 超載系數(shù)；在此取 1.0 sK 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)， 19 當(dāng) 6.1 時(shí)，4 4.25mKs ，在此4 4.2512sK 0.829 mK 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) ， mK 1.00 1.1； 其他方 式支承時(shí)取 1.10 1.25。 支承剛度大時(shí)取最小值。 vK 質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及