基于有限元獵豹越野車主減速器的設(shè)計(jì)說明書

1、僅供個(gè)人參考第1章緒 論1.1概述隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及汽車技術(shù)的提高， 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，制造工藝都在日益完善。 驅(qū)動(dòng)橋也和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著“零 件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織的專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。汽車驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，一般由主減速器，差速器，車輪傳動(dòng)裝置和橋殼 組成。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。根據(jù)車橋上車輪的作用，車橋又可分為轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋

2、、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四 種類型。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋，一般越野車多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，而后 橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸掛 時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng) 車輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開式驅(qū)動(dòng)橋 。1.2課題研究現(xiàn)狀汽車自上個(gè)世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)走過了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。從卡爾本茨造出的第一輛三輪汽車以每小時(shí)18公里的速度，跑到現(xiàn)在，竟然誕生了從速度為零到加速 到100公里/小時(shí)只需要三秒鐘多一點(diǎn)的超級(jí)跑車。這一百年，汽車發(fā)展的速度是如此 驚人！同時(shí)，汽車工業(yè)也造就了多位巨人，他們一手創(chuàng)建了

3、通用、福特、豐田、本田 這樣一些在各國(guó)經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的著名公司。在我國(guó)隨著長(zhǎng)春第一生產(chǎn)汽車廠的建成投產(chǎn)，1955年生產(chǎn)了 61輛汽車，才結(jié)束 了我國(guó)一直不能生產(chǎn)汽車的歷史。經(jīng)過幾十年的努力，目前我國(guó)建立了自己的汽車工 業(yè)。全國(guó)汽車由建國(guó)時(shí)的5萬輛上升到現(xiàn)在的上千萬輛。改革開放以來，我國(guó)引進(jìn)了 許多國(guó)家汽車的先進(jìn)技術(shù)，使得我國(guó)汽車工業(yè)的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了巨大的發(fā)展和提 高。我國(guó)汽車行業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，進(jìn)步顯著，但是和國(guó)外的汽車產(chǎn)業(yè)相比可以說 在很多方面相當(dāng)幼稚，國(guó)人普遍為入世后我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)捏一把汗。出人意料的是，在 2002入世的第一年，國(guó)際汽車巨頭的沖擊遠(yuǎn)小于預(yù)期，進(jìn)口汽車的市場(chǎng)占有率不到

4、4%， 不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考以國(guó)產(chǎn)汽車為絕對(duì)主力的市場(chǎng)出現(xiàn)“井噴式”產(chǎn)銷兩旺局面。汽車產(chǎn)量從 2001 年的 234萬輛猛增到 326 萬輛，增長(zhǎng) 39.3%，產(chǎn)銷率達(dá)到 444.4萬輛，增長(zhǎng) 35.2%，產(chǎn)銷率 達(dá)到 98.8%。自從上世紀(jì) 90 年代以來國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出現(xiàn)如此局面的商品屈指可數(shù)。汽車產(chǎn) 量從 200 萬輛級(jí)到 300萬輛級(jí)再到 400 萬輛級(jí)只用了短短的 2 年時(shí)間，我國(guó)繼美國(guó)和 日本之后成為世界第三汽車大國(guó)。然而在汽車產(chǎn)業(yè)表面繁榮的背后，行業(yè)組織結(jié)構(gòu)的不合理、產(chǎn)業(yè)集中度低的局面 沒有得到根本性的改善。中國(guó)有整車生產(chǎn)廠商 123家，生產(chǎn)能力在 100 萬輛以上的汽 車企業(yè)

5、已經(jīng)不能獨(dú)立生存， 200 萬輛以上的汽車企業(yè)也面臨著重組的壓力。因此，中 國(guó)汽車工業(yè)的合并重組是汽車工業(yè)發(fā)展中的題中要義，是必須要邁過的一道坎。中國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)確定了在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)的地位，在未來這一地位將 進(jìn)一步得到鞏固和提升，汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將圍繞產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)大和市場(chǎng)份額的爭(zhēng)奪而不 斷出現(xiàn)調(diào)整和重組，未來幾年并購(gòu)重組依然是汽車行業(yè)發(fā)展的主線。越野車是一種為適合在野外活動(dòng)而特別設(shè)計(jì)的汽車，主要特點(diǎn)是四輪驅(qū)動(dòng)、有較 高的底盤、較好抓地性的輪胎、較高的排氣管、較大的馬力和粗大結(jié)實(shí)的保險(xiǎn)杠。越 野車不但可以在野外適應(yīng)各種路面狀況，而且給人一種粗狂豪邁的感覺。近年來，在 城市里，也有越來越多的

6、人開著越野車在城市里穿梭。從 2001年開始到 2010 年，中國(guó)汽車市場(chǎng)持續(xù)了近十年的高速增長(zhǎng)，從最初的產(chǎn) 銷量不足 200 萬輛到 2010 年的產(chǎn)銷量雙雙突破 1800 萬輛大關(guān)，成為全球第一大汽車 市場(chǎng)。但從 2011 年開始，由于優(yōu)惠政策的推出，大城市的限購(gòu)政策的提出，中國(guó)的汽 車市場(chǎng)增長(zhǎng)率跌到了 4%。整個(gè)汽車市場(chǎng)產(chǎn)銷都呈現(xiàn)低迷的狀態(tài)，但在中國(guó)汽車市場(chǎng)， 唯獨(dú)越野車卻顯示出了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。2012 年，在中國(guó)整個(gè)乘用車市場(chǎng)增幅不超過 5%的情況下，中國(guó)越野車市場(chǎng)預(yù)計(jì) 增幅達(dá)到 20%，越野車市場(chǎng)成為僅次于中級(jí)車之后國(guó)內(nèi)第二大細(xì)分市場(chǎng)。在發(fā)力的越 野車領(lǐng)域內(nèi)，自主品牌、合資品牌、進(jìn)口品

7、牌都將血拼力戰(zhàn)，爭(zhēng)搶市場(chǎng)份額。在廣州 車展上， 30 多款新車中就有 20 多款是各種自主、合資、進(jìn)口品牌的越野車。中國(guó)越 野車在自主、合資、進(jìn)口品牌的混戰(zhàn)中迎來自己的黃金時(shí)代。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 僅供個(gè)人參考

8、不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途術(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AUTOCAD、UG、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

9、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。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

10、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o人們借助計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)（CAE）來解決相關(guān)復(fù)雜問題。有限元分析法便應(yīng) 運(yùn)而生。有限元法也叫有限單元法（finite element method, FEM），是美國(guó)ANSYS 公 司研制的大型通用有限元分析軟件，能夠進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)、熱、聲、流體以及電磁場(chǎng)等 科學(xué)研究，在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工

11、、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有 廣泛應(yīng)用。五十年代初，它首先應(yīng)用于連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域一飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析 中，用以求得結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、固有頻率以及振型。由于這種方法的有效性，有限 單元法的應(yīng)用已從線性問題擴(kuò)展到非線性問題，分析的對(duì)象從彈性材料擴(kuò)展到塑性、 粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料，從連續(xù)體擴(kuò)展到非連續(xù)體。隨著以有限元法為代表的CAE 技術(shù)越來越快地融入汽車整個(gè)設(shè)計(jì)流程。各企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程中明確規(guī)定了分析環(huán) 節(jié)，規(guī)定沒有分析的設(shè)計(jì)不能進(jìn)入下一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，從而真正做到基于分析的設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。有限元分析法作為汽車數(shù)字化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)核心技術(shù)，不僅可以 帶來產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的提升。而且也為企

12、業(yè)的自主創(chuàng)新帶來了心得契機(jī)。目前有限元法正 向著流程化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化方向發(fā)展，分析能力日益全面，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途所以在主減速器設(shè)計(jì)中不僅要朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織的專業(yè)化目標(biāo)發(fā)展，更要借助計(jì)算機(jī)輔助分析技（CAE），縮小在技術(shù)上、制造工藝上，成本控制上與國(guó)外存在的差距。1.3設(shè)計(jì)（論文）的擬解決的主要問題依據(jù)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)的車型為獵豹 CFA2030A越野車,整備質(zhì)量為2030kg ,車長(zhǎng) 為4685mm,車寬為1785mm,車高為1880mm,發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率為133KW，最高車速 為174 Km/h，轉(zhuǎn)矩為255Nm,最

13、大功率轉(zhuǎn)速為5500r/min，最大扭矩轉(zhuǎn)速4500 r/min, 車輪 31X10.5R15, 6，S級(jí)。對(duì)其主減速器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算相應(yīng)參數(shù)尺寸，利用UG軟件建立主減速器的三維模型，有限元技術(shù)在 ANSYS中對(duì)主減速器的軸及齒輪副進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)其 應(yīng)力分布和變形分布狀況進(jìn)行了研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。1、主減速器的設(shè)計(jì)2、差速器的選用3、ANSYS軟件分析驗(yàn)證利用ANSYS軟件對(duì)主減速器的軸及齒輪副進(jìn)行強(qiáng)度校核4、利用Autocad軟件繪制主減速器與差速器圖紙僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途第2章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)方案確定2.1設(shè)計(jì)車型及其主要參數(shù)表2.1基本參數(shù)表驅(qū)動(dòng)形式4X4總質(zhì)里/t2.03

14、軸距/mm2725前輪距/mm1465后輪距/mm1480最小離地間隙/mm225最咼車速/km/h174發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率/kw及轉(zhuǎn)速/r/minPemax - np133-5500發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩/ N m及轉(zhuǎn)速/r/minTemax - F255-4500輪胎型號(hào)31x10.5R15,6,s 級(jí)；0.382migl3.918變速器傳動(dòng)比igi gh0.8292.2主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒 輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即 行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋

15、上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng) 機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。在現(xiàn)代越野車車驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。 螺旋錐齒輪如圖2.1（ a）所示主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用 90度。 雙曲面齒輪如圖2.1 （b）所示主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。和雙曲面齒輪相比，螺旋錐齒輪的優(yōu)點(diǎn)有：螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點(diǎn)到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途噪聲和振動(dòng)也是很小的何圖2.1螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪本次設(shè)計(jì)米用螺旋錐齒輪。主減速器

16、的減速形式分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及 輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，有時(shí)也與制造廠的產(chǎn)品 系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速 比i。的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用 于主減速比i。勺.6的各種中小型汽車上。如圖2.2 (a)所示，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(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)橋的基本型，在越野車上占有重要地位。目前越野車車發(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，許多越

17、野車使用條件對(duì)汽車通過性的要求降低，因 此，產(chǎn)品不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過性；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。如圖2.2 (b)所示，與單級(jí)主減速器相比，由于雙級(jí)主減速器由兩級(jí)齒輪減速組 成，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大；主減速器的齒輪及軸承數(shù)量的增多和材料消耗及加工 的工時(shí)增加，制造成本也顯著增加，只有在主減速比io較大(7.6io9.8為5%=10941.7LB,iLB 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，分別取0.96和1。由式(3.2),(3.3)求得的計(jì)算載荷，是最大轉(zhuǎn)矩

18、而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不能用它作為 疲勞損壞依據(jù)。對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路車倆穩(wěn)定，其正常持轉(zhuǎn)矩是根 據(jù)所謂平均牽引力的值來確定的，即主加速器的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為Tjm = (Ga GT)匚 ffH fp) =739.725( N m)(3.4)i LB LB n式中：Ga汽車滿載總重20309.8=19894N;GT所牽引的掛車滿載總重，僅用于牽引車取GT=0;fR道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，越野車通常取0.0200.035,可初選fR =0.034;fH 汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)。越野車通常取0.090.30,可初選取 fH =0.15;fP 汽車性能系數(shù)僅供個(gè)人參考10.195(Ga+

19、GT)0.195(Ga+GT)亓/、fP16a T a T =71.38416,取 fp=0。(3.5)100Te maxTe max3.3主減速器齒輪參數(shù)的選擇1、 齒數(shù)的選擇 根據(jù)主減速比確定：對(duì)于單級(jí)主減速器，當(dāng)i。較大時(shí)，則應(yīng)盡量使 主動(dòng)齒輪的齒數(shù)Z1取小些，以得到滿意的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙。(1) 當(dāng)i06時(shí)，Z1的最小取值可取5,但為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強(qiáng)度，Z1最好 大于5;(2) 當(dāng)i0較小(i= 3.55)時(shí)乙可取為712,但這時(shí)常會(huì)因?yàn)橹鳌凝X輪齒數(shù) 太多，尺寸太大而不能保證所要求的離地間隙；(3) 為了磨合均勻，Z1、Z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)；(4) 為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，

20、z什Z2應(yīng)紹0;根據(jù)以上特點(diǎn)要求和本車的主減比，可確定主減速器主、從齒輪齒數(shù)Z1=10Z2 =41 o2、 節(jié)圓直徑地選擇 根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(見式 3.2,式3.3并取兩者中較 小的一個(gè)為計(jì)算依據(jù))按經(jīng)驗(yàn)公式選出：3 |-d2 二 Kd=176.611 217.368 mm(3.6)式中：Kd2 直徑系數(shù)，取Kd2=1316;Tj計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取式(3.2)和(3.3)較小的。初取 d2=200mm。3、 齒輪端面模數(shù)的選擇d2選定后，可按式m=d2/z2=4.9算出從動(dòng)齒輪大端模數(shù)， 并用下式校核m 二 Km ：Tj = 4.0765.434Km模數(shù)系數(shù)，Km=0.30.4;取 m=5o

21、4、 齒面寬的選擇汽車主減速器螺旋錐齒輪齒面寬度推薦為：F=0.155cb=31mm，初取 F2=30mm。5、 螺旋錐齒輪螺旋方向一般情況下主動(dòng)齒輪為左旋，從動(dòng)齒輪為右旋，以使二 齒輪的軸向力有互相斥離的趨勢(shì)。&螺旋角的選擇 螺旋角應(yīng)足夠大以使 mF.25。因mF越大傳動(dòng)就越平穩(wěn)噪聲越 僅供個(gè)人參考低。螺旋角過大時(shí)會(huì)引起軸向力過大，因此應(yīng)有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?。在一般機(jī)械制造 不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途用的標(biāo)準(zhǔn)制中，螺旋角推薦用353.4主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算3.4.1主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表3.1主減速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)

22、果1主動(dòng)齒輪齒數(shù)Z1102從動(dòng)齒輪齒數(shù)Z2413模數(shù)m54齒面寬F( F1=1.1F2)F2=30，F(xiàn)1=335工作齒高h(yuǎn)g = H 1mhg = 8.46全齒高h(yuǎn) = H 2mh =9.3257法向壓力角aa =20 8軸交角EZ =90 9節(jié)圓直徑d = m zd1 =50d 2 =205 伽10節(jié)錐角牛Z11 = arctan Z2?2=90 ?1V1 =13.707 ? 2 =76.293 11節(jié)錐距d1d2A 0=-=2sin M 2sin A 0=105.50412周節(jié)t=3.1416 mt=15.70813齒頂咼ha1 = hg ha2ha2 = kamha1 =6.225ha2

23、 =2.17514齒根高h(yuǎn)f = h hahf1 =3.1hf2=7.1515徑向間隙c= h hgc=0.92516齒根角日f 一 arctanAo印1=1.675 缶2 =3.859 17面錐角Ya1 = 丫1 +&2 ；Ya2 = 丫2 +0f1為1=17.566 2 =77.968 僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途(3.8)18根錐角f 1 = *1 -日f 1f =12.032 序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果f 2 = 丫2 _0f 2Yf 2 =72.434 19齒頂圓直徑da1 = d 1 + 2ha1 COS 1da2 = d1 + 2ha2cos?2da1 =63.542da2 =20

24、6.03120節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離Ak1 =空ha1sin ?12d1Ak2 =-ha2Sin ?2 100.612Ak1 =101.025Ak2 =22.88721理論弧齒厚S| = t - s2S2 =Skm51=11.26852=4.4422齒側(cè)間隙B=0.102 0.1520.125mm23螺旋角PP =35 注：表中未注明字母的數(shù)值如下，Hi=1.680, H2=1.865 , ka=0.435 , S=0.8883.4.2主減速器螺旋錐齒輪的強(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

25、齒輪的破壞形 式及其影響因素。螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算：1、主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算（1）單位齒長(zhǎng)上的圓周力PP 齊（3.7）式中：p單位齒長(zhǎng)上的圓周力，N m;P作用在齒輪上的圓周力，N ,按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算；F 從動(dòng)齒輪齒寬數(shù)，mm按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：3Temax ig 10p 一 -=1332.12N m僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途Pdi F2僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途ig為一檔傳動(dòng)比，取ig=3.918。按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：3p 二色r-1 =1380.611 N mP 2(3.9)雖然附著力矩產(chǎn)生的p很大，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制可

26、知，校核成功。(2)輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算。汽車主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力w(N / mm2)為2 103 Tj K。KS KmKv F z m2 J(3.10)式中：Ko超載系數(shù)1.0；Ks尺寸系數(shù)Ks = . m =0.666;25.4Km載荷分配系數(shù)，取Km=1 ；Kv質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪,高時(shí)，取1；J計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，見圖當(dāng)齒輪接觸良好、節(jié)及徑向跳動(dòng)精度3.1。Tje作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力-w2 =638.902N / mm2 700 N / mm2 ；Tjm作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力 二w2=188.487N /mm2210.9N / mm2 ；當(dāng)計(jì)算主動(dòng)

27、齒輪時(shí)，Tj/z與從動(dòng)相當(dāng)，而J2VJ1，故二w1；w2，二W1 V；w2綜上所述，故所計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。汽車主減速器齒輪的損壞形式主要時(shí)疲勞損壞，而疲勞壽命主要與日常行駛轉(zhuǎn)矩即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm有關(guān)，Tjm或Tje只能用來檢驗(yàn)最大應(yīng)力，不能作為疲勞壽命的計(jì)算依據(jù)。2、輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算 螺旋錐齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力 (MPa)為:5j d12 T1j K。Ks Km Kf 103Kv F J(3.11)丄僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途式中：Cp-材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取 232.6N 2 / mm；僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途圖3.1彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)JKf表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)

28、于制造精確的齒輪可取1J計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù)，見圖3.2所示。按 J 計(jì)算：匚 j =1472.810Mpa1750MPa按Tjm 計(jì)算 r j =2711.587MPa2800MPa故符合要求、校核合理。K0=1，Ks=1，Km=1，Kv = 1；相嚙合齒輪的齒數(shù)盹&? S 910 H5040求綜合系薩的齒輪齒數(shù)2 2O.61J】0大齒輪齒數(shù)36 3$ 40 45 SO 55 609 AQ 7 6小齒輪齒數(shù)圖3.2接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作相當(dāng)繁重，與傳動(dòng)系其他齒輪比較，它具有載荷大

29、、 工作時(shí)間長(zhǎng)、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn) 9。其損壞形式主要有齒根彎曲折斷、齒面 疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。據(jù)此對(duì)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求： 1、具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有 高的硬度 10；2、輪齒芯部應(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)律性易控 制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少制造成本并降低廢品率；4、選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適應(yīng)我國(guó)的情況。例如 :為了節(jié)約鎳、鉻等我國(guó)發(fā) 展了以錳、釩、硼、鈦、鉬、硅為主的合金結(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。汽車主減速器和差速器圓錐齒輪與

30、螺旋錐齒輪目前均用滲碳合金鋼制造。常用的鋼號(hào) 20CrMnTi,20CrMnTo , 20CrNiMo，及 20Mn2TiB，在本設(shè)計(jì)中采用了 20CrMnTi。用滲碳合金鋼制造齒輪，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，齒輪表面硬度可高達(dá)HRC5864,而芯部硬度較低，當(dāng) meRX=0.37,Y=1.6當(dāng)量動(dòng)載荷P=fd XRB YA(3.26)式中：fd沖擊載荷系數(shù)在此取1.2；經(jīng)計(jì)算得：P=39039.82N106Cr fLh = - =2131.111818 h=Lh60n i P 丿僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途軸承B符合使用要求，軸承A也符合要求。由于選擇 30207 型號(hào)的圓錐滾子軸承的壽命高于預(yù)

31、期壽命，故選 30207 軸承, 經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)軡M足。軸承C、軸承D強(qiáng)度都可按此方法得出，其強(qiáng)度均能夠滿足要求，軸 承 C、D 所選軸承型號(hào)為 30210。3.7 主減速器的潤(rùn)滑主加速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤(rùn)滑，其中尤其應(yīng)注意主減速器主動(dòng)錐齒輪的前軸承的潤(rùn)滑， 因?yàn)槠錆?rùn)滑不能靠潤(rùn)滑油的飛濺來實(shí)現(xiàn) 14。為此， 通常是在從動(dòng)齒輪的前端靠近主動(dòng)齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，將 飛濺到殼體內(nèi)壁上的部分潤(rùn)滑油收集起來再經(jīng)過近油孔引至前軸承圓錐滾子的小端 處，由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐滾子的下端通向大端，并經(jīng) 前軸承前端的回油孔流回驅(qū)動(dòng)橋殼中間的油盆中，使?jié)?/p>

32、滑油得到循環(huán)。這樣不但可使 軸承得到良好的潤(rùn)滑、散熱和清洗，而且可以保護(hù)前端的油封不被損壞。為了保證有 足夠的潤(rùn)滑油流進(jìn)差速器，有的采用專門的倒油匙。為了防止因溫度升高而使主減速器殼和橋殼內(nèi)部壓力增高所引起的漏油，應(yīng)在主 減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應(yīng)避開油濺所及之處。加油孔應(yīng)設(shè)置在加油方便之處，油孔位置也決定了油面位置。放油孔應(yīng)設(shè)在橋殼 最低處，但也應(yīng)考慮到汽車在通過障礙時(shí)放油塞不易被撞掉。3.8 本章小結(jié) 本章根據(jù)所給參數(shù)確定了主減速器計(jì)算載荷，對(duì)螺旋錐齒輪的相關(guān)幾何尺寸參數(shù) 進(jìn)行列表整理， 并且對(duì)主動(dòng)、 從動(dòng)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核。 為齒輪的加工提供必要的數(shù)據(jù)， 對(duì)齒輪支撐軸承進(jìn)行了壽命

33、校核，保證齒輪與軸承都可以到達(dá)正常的工作要求。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，其主要的結(jié)構(gòu)型式如圖4.1所示:第4章差速器的選用4.1差速器與防滑差速器的作用原理汽車行駛過程中，車輪與路面存在著兩種相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：即車輪沿路面的滾動(dòng)和 滑動(dòng)?；瑒?dòng)將加速輪胎的磨損，增加轉(zhuǎn)向阻力，增加汽車的動(dòng)力消耗。因此，希望在 汽車行駛過程中，盡量使車輪沿路面滾動(dòng)而不是滑動(dòng)，以減少車輪與路面之間的滑磨 現(xiàn)象。為了使車輪相對(duì)路面的滑磨盡可能地減少，同一驅(qū)動(dòng)橋的左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪不能由 一根整軸直接驅(qū)動(dòng)，而應(yīng)由兩根半軸分別驅(qū)動(dòng)，使兩輪有可能以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，盡可 能地接近于純滾動(dòng)，兩根半軸則由主傳動(dòng)器通

34、過差速器驅(qū)動(dòng)。防滑差速器是對(duì)普通差速器的革新與改進(jìn)，它克服了普通差速器只能平均分配扭 矩的缺點(diǎn)，可以使大部分甚至全部扭矩傳給另外一個(gè)不滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)輪，以充分利用這 一驅(qū)動(dòng)輪的附著力而產(chǎn)生足夠的牽引力，大大提高了汽車在雙附著系數(shù)路面上的動(dòng)力 性和通過性，顯著改善了汽車的操縱穩(wěn)定性，有效地提高了汽車的行駛安全性是普 通差速器的理想替代產(chǎn)品。因此，防滑差速器首先在越野汽車、中型和重型汽車、多 功能汽車、工程機(jī)械以及拖拉機(jī)等車輛上得到廣泛應(yīng)用，近年轎車和商務(wù)車也有采用 了。4.2差速器的分類差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車的類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。itw

35、武卑祈呈感甦蔓虛富I|比盡茁恵繪|1-|帝円用廉茫件前呂槽曲駝握龍劃1-站桂式臼由輪住滾咼1牙慢式自由槍捷速舟圖4.1差速器結(jié)構(gòu)型式框圖大多數(shù)汽車都屬于公路運(yùn)輸車輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路 面較好，各驅(qū)動(dòng)車輛與路面的附著系數(shù)變化很小，因此幾乎都采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作 平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安 裝在左、右驅(qū)動(dòng)輪間的所謂輪間差速器使用；對(duì)于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路 僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途地區(qū)的越野汽車來說， 為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而陷車， 剛可采用防滑差速器， 后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自鎖式兩類。自鎖式差速器又有多種

36、結(jié)構(gòu)型式的高摩擦式和 自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的 15 。 4.3幾種常見的防滑差速器的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)常見的防滑差速器有強(qiáng)制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、牙嵌式自由輪式 差速器和托森差速器等，下面就來簡(jiǎn)要的說一下它們的工作原理及各自的特點(diǎn)。為了提高汽車在壞路上的通過能力，可采用各種形式的防滑差速器。其共同出發(fā) 點(diǎn)都是在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)法使大部分轉(zhuǎn)矩甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給不滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)輪， 以充分利用這一驅(qū)動(dòng)輪的附著力而產(chǎn)生足夠的牽引力，使汽車能繼續(xù)行駛。為實(shí)現(xiàn)上 述要求，最簡(jiǎn)單的辦法是在對(duì)稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖，使之成為強(qiáng)制鎖止式 差速器。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

37、速作用。圖 4.2 為瑞典斯堪尼亞 LTIl0 型汽車上所用的強(qiáng)制鎖止式差速器。首先應(yīng)予說明， 該車由于在單級(jí)主減速器之前，有一對(duì)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)，因而主減速器從動(dòng)齒輪 布置在主動(dòng)齒輪的右側(cè)，以保證驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與汽車前進(jìn)方向相適應(yīng)。差速鎖 由接合器及其操縱裝置組成，端面上有接合齒的外、內(nèi)接合器9 和 10，分別用花鍵與半軸和差速器殼左端相連。 前者可沿半軸軸向滑動(dòng)， 后者則以鎖圈 8 固定其軸向位置。 圖示位置即接合器分離、差速器正常工作的狀況。內(nèi)、外接合器分別與差速器殼和左 半軸一同旋轉(zhuǎn)。該車采用電控氣動(dòng)方式操縱差速鎖。當(dāng)汽車的一側(cè)車輪處于附著力較小的路面上 時(shí)，可按下儀表板上的電鈕

38、，使電磁閥接通壓縮空氣管路，壓縮空氣便從氣路管接頭 3 進(jìn)入工作缸 4 ，推動(dòng)活塞 1 克服壓力彈簧 7，帶動(dòng)外接合器 9 右移，使之與內(nèi)接合器 10接合。結(jié)果，左半軸 6 與差速器殼 11成為剛性連接，差速器不起差速作用，即左 右兩半軸被連鎖成一體一同旋轉(zhuǎn)，這樣當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)而無牽引力時(shí)，從主減速器 傳來的轉(zhuǎn)矩全部分配到另一驅(qū)動(dòng)輪上，使汽車得以正常行駛。當(dāng)汽車通過壞路后駛上好路時(shí)，駕駛員通過電鈕使電磁閥切斷高壓氣路，并使工 作缸通大氣，缸內(nèi)壓縮空氣即經(jīng)電磁閥排出。于是，彈簧 7 回位，推動(dòng)活塞使外接合 器左移回到分離位置。僅供個(gè)人參考1-活塞2-活塞皮碗3-氣路管接頭 4工作缸5-套管6-

39、半軸7-壓力彈簧&鎖圈9-外接和器10-內(nèi)接合器 11-差速器殼圖4.2斯堪尼亞LTIIO型汽車的強(qiáng)制鎖止式差速器圖儀表板上設(shè)有信號(hào)裝置，當(dāng)按電扭接合差速鎖時(shí)，亮起紅色信號(hào)燈，以提醒駕駛 員注意，汽車駛?cè)牒寐访婧髴?yīng)及時(shí)摘下差速鎖，差速鎖一分離，紅燈即熄滅。強(qiáng)制鎖止式差速鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，但操縱不便，一般要在停車時(shí)進(jìn)行，而 且如果過早接上或過晚摘下差速鎖，亦即在好路段上左、右車輪仍剛性連接，貝U將產(chǎn) 生前已述及的在無差速器情況下出現(xiàn)的一系列問題摩擦片式自鎖差速器是在對(duì)稱式錐齒輪差速器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的（圖4.3）。為增加差速器內(nèi)摩擦力矩，從而提高汽車的有效轉(zhuǎn)矩利用率，在半軸齒輪與差速器殼1之

40、間裝有摩擦片組2。十字軸4由兩根相互垂直的行星齒輪軸組成，其端部均切出凸V形面6,相應(yīng)地差速器殼孔上也有凹 V形面，兩根行星齒輪軸的V形面是反向安裝的。 每個(gè)半軸齒輪的背面有推力壓盤 3和摩擦片組2。摩擦片組2由薄鋼片7和若干間隔 排列的主動(dòng)摩擦片（摩擦板）8及從動(dòng)摩擦片（摩擦盤）9組成。推力壓盤以內(nèi)花鍵與半軸 相連，而軸頸處用外花鍵與從動(dòng)摩擦片連接，主動(dòng)摩擦片（伸出兩耳的摩擦板）則用兩耳花鍵與差速器殼I的內(nèi)鍵槽相配，推方壓盤和主、從動(dòng)摩擦片均可作微小的軸向移 動(dòng)。當(dāng)汽車直線行駛、兩半軸無轉(zhuǎn)速差時(shí)，轉(zhuǎn)矩平均分配給兩半軸。由于差速器殼通 過斜面對(duì)行星齒輪軸兩端壓緊，斜面上產(chǎn)生的軸向力迫使兩行星齒

41、輪軸分別向左、右 方向（向外）略微移動(dòng)，通過行星齒輪使推力壓盤壓緊摩擦片。此時(shí)，轉(zhuǎn)矩經(jīng)兩條路線 傳給半軸：一路經(jīng)行星齒輪軸、行星齒輪和半軸齒輪，將大部分轉(zhuǎn)矩傳給半軸；另一 路則由差速器殼經(jīng)主、從動(dòng)摩擦片、推力壓盤傳給半軸。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或一側(cè)車輪在路面上滑轉(zhuǎn)對(duì)，行星齒輪自轉(zhuǎn)，起差速作用，左、右半 軸齒輪的轉(zhuǎn)速不等，由于轉(zhuǎn)速差的存在和軸向力的作用，主、從動(dòng)摩擦片問在滑轉(zhuǎn)同 時(shí)產(chǎn)生摩擦力矩，其數(shù)值大小與差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩和摩擦片數(shù)量成正比，而其方向與 不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途快轉(zhuǎn)半軸的旋向相反，與慢轉(zhuǎn)半軸的旋向相同，較大數(shù)值的內(nèi)摩擦力矩作用的結(jié)果， 使慢轉(zhuǎn)半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩明顯增加。摩擦

42、片式差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)，鎖緊系數(shù)K可達(dá)0.60.7或更高，常用于轎車和輕型汽車上。還有一種預(yù)壓彈簧摩擦片式防滑差速器，它的結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。它出差速器左右殼、彈性圓柱銷、行星齒輪止推墊片、半軸齒輪、摩擦片導(dǎo)塊、半軸齒輪止推墊片、 預(yù)壓彈簧、主從動(dòng)摩擦片、彈簧擋板等組成。當(dāng)汽車的兩側(cè)車輪的附著條件相同時(shí)，由主減速器傳給的轉(zhuǎn)矩，平均分配繪左右 半軸。當(dāng)兩側(cè)車輪的附著條件不相同時(shí)，由于差速器殼內(nèi)的預(yù)壓彈簧通過彈簧擋板對(duì) 半軸齒輪加壓，這迫使行星齒輪分別向左右方向移動(dòng)，通過半軸齒輪壓緊摩擦片。此 時(shí)，左右殼內(nèi)端面與摩擦片之間都產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)矩， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的重新分配，提高車輛在壞

43、路面的通過能力。這種防滑差速器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，可以產(chǎn)生很大的摩擦力矩，但是，預(yù)緊 彈簧通過彈簧擋板和半軸齒輪始終壓緊摩擦片，這在增加摩擦片磨損的同時(shí)，也增加 了油耗。適用于越野汽車，載貨汽車及轎車等各種車輛。1-差速器殼2-主、從動(dòng)摩擦片組 3-推力壓盤4-十字軸5-行星齒輪6-V型面7-薄鋼板8-主動(dòng)摩擦片9-從動(dòng)摩擦片圖4.3摩擦片式自鎖差速器圖1-預(yù)壓彈簧2-摩擦片圖4.4預(yù)壓彈簧摩擦片式防滑差速器圖滑塊凸輪式差速器是利用滑塊與凸輪之間產(chǎn)生較大數(shù)值的內(nèi)摩擦力矩，以提高鎖 僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途緊系數(shù)的一種高摩擦自鎖式差速器。圖 4.5 為汽車中、后驅(qū)動(dòng)橋之間采用的滑塊凸輪式軸

44、間差速器。轉(zhuǎn)矩由傳動(dòng)軸經(jīng) 凸緣盤 1 和軸間差速器分配給中橋主動(dòng)齟線齒錐齒輪 18 和后橋的傳動(dòng)軸 26。軸間差速器由主動(dòng)套 6、8 個(gè)短滑塊 7 及 8 個(gè)長(zhǎng)滑塊 8、接中橋的內(nèi)凸輪花鍵套 9、 接后橋的外凸輪花鍵套 25及軸問差速器殼 27和蓋 24組成。內(nèi)凸輪花鍵套 9 用花鍵與中橋主動(dòng)曲線齒錐齒輪 18 相連，其前端內(nèi)表面有 13個(gè) 圓弧凹面。外凸輪花鍵套 25 用花鍵與后橋傳動(dòng)軸 26 相連，其外表面有 11 個(gè)圓弧凹面。 主動(dòng)套 6前端與凸緣盤 1 用花鍵連接，后端空心套筒部分即裝在內(nèi)、外凸輪之間，空 心套筒上銑出 8 條穿通槽，每個(gè)槽內(nèi)裝長(zhǎng)、短滑塊各一個(gè)。所有滑塊均可在槽內(nèi)沿徑

45、向自由滑動(dòng)。為了使滑塊及內(nèi)、外凸輪磨損均勻，相鄰兩槽內(nèi)滑塊的裝法不同，其中 一個(gè)槽內(nèi)長(zhǎng)滑塊在前，短滑塊在后，而另一槽內(nèi)滑塊裝法則相反。當(dāng)汽車在平直路上直線行駛，中、后驅(qū)動(dòng)橋車輪無轉(zhuǎn)速差時(shí)，中橋主動(dòng)曲線齒錐 齒輪 18和后橋傳動(dòng)軸 26 的轉(zhuǎn)速相同，即軸間差速器沒有差速作用。此時(shí)，轉(zhuǎn)矩由凸 緣盤 1輸入，經(jīng)主動(dòng)套 6，滑塊 7和8，內(nèi)、外凸輪花鍵套 9和 25，分別傳給中橋和 后橋。內(nèi)、外凸輪花鍵套和主動(dòng)套三者的轉(zhuǎn)速相等。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或在不平道路上行駛，或由于中、后橋驅(qū)動(dòng)輪半徑不等等原因，中、 后兩驅(qū)動(dòng)橋出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時(shí)，主動(dòng)套 6 槽內(nèi)的滑塊，一方面隨主動(dòng)套旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)內(nèi)、外 凸輪花鍵套旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在內(nèi)

46、、外凸輪間沿槽孔徑向滑動(dòng)，保證中、后兩驅(qū)動(dòng)橋得以在 不脫離傳動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)差速。且由于滑動(dòng)與內(nèi)、外凸輪闖產(chǎn)生的摩擦力矩起作用， 使慢轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)輪上可以得到比快轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪更大的轉(zhuǎn)矩。假設(shè)中橋驅(qū)動(dòng)輪因陷于泥濘路面而滑轉(zhuǎn)， 此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋的外凸輪花鍵套 25 的轉(zhuǎn)速小 于主動(dòng)套 6的轉(zhuǎn)速，而驅(qū)動(dòng)中橋的內(nèi)凸輪花鍵套 9 的轉(zhuǎn)速，則大于主動(dòng)套轉(zhuǎn)速，相應(yīng) 的滑塊作用于內(nèi)、外凸輪的摩擦力方向如圖 4.5 所示?；瑝K作用于內(nèi)凸輪上的摩擦力 只造成的力矩方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，而使內(nèi)凸輪所受的轉(zhuǎn)矩減??；作用于外凸輪上的 摩擦力造成的力矩方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，故使外凸輪所受的轉(zhuǎn)矩增加。因此，中、后 驅(qū)動(dòng)橋上的轉(zhuǎn)矩得到重新分配。

47、滑塊凸輪式差速器的鎖緊系數(shù)與凸輪表面的摩擦因數(shù)和傾角有關(guān)，一般 K 可達(dá) 0.50.7。這種差速器可在很大程度上提高汽車的通過性，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高， 摩擦件的磨損較大。它既可用作軸間差速器，也可用作輪間差速器。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途1-凸緣盤2-防塵罩3-密封圈4、22-油封5-油封殼6-主動(dòng)套7-短滑塊8-長(zhǎng)滑塊9-接中橋的內(nèi)凸輪花鍵套10-螺母11-墊圈12-滾子軸承13-中橋花鍵套護(hù)罩14、17-圓錐滾子軸承15-擋圈16-調(diào)整墊圈18-中橋主動(dòng)曲線齒錐齒輪19-軸承座20-球軸承21-軸承蓋22防塵氈24-周建差速器蓋25-接后橋的外凸輪花鍵套26-后橋傳動(dòng)軸27-軸間差速

48、器殼28-主減速器殼圖4.5滑塊凸輪式軸間差速器圖中、重型汽車常采用牙嵌式自由輪差速器，其結(jié)構(gòu)如圖4.6所示。差速器殼的左右兩半I和2與主減速器從動(dòng)齒輪用螺栓聯(lián)接。主動(dòng)環(huán) 3固定在兩半殼體之間，隨差 速器殼體一起轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)環(huán)3的兩個(gè)側(cè)面制有沿圓周分布的許多倒梯形（角度很?。?面的徑向傳力齒。相應(yīng)的左、右從動(dòng)環(huán) 4的內(nèi)側(cè)面也有相同的傳力齒。制成倒梯形齒 的目的，在于防止傳遞轉(zhuǎn)矩過程中從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)自動(dòng)脫開。彈簧5力圖使主、從動(dòng)環(huán)處于接合狀態(tài)。花鍵轂7內(nèi)外均有花鍵，外花鍵與從動(dòng)環(huán)4相連，內(nèi)花鍵連接半軸。當(dāng)汽車的兩側(cè)車輪受到的阻力矩相等時(shí)，主動(dòng)環(huán) 3通過兩側(cè)傳力齒帶動(dòng)左、右從 動(dòng)環(huán)4、花鍵轂7及半

49、軸一起旋轉(zhuǎn)，如圖4.6d所示。此時(shí)，由主減速器傳給主動(dòng)環(huán)的 轉(zhuǎn)矩，平均分配給左、右半軸。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)。要求差速器能起差速作用，為此，在主動(dòng)環(huán)3的孔內(nèi)裝有中心環(huán)9,它可相對(duì)主動(dòng)環(huán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但受卡環(huán) 10限制而不能軸向移動(dòng)。中心環(huán)9的兩側(cè) 有沿圓周分布的許多梯形斷面的徑向齒，分別與兩從動(dòng)環(huán)4內(nèi)側(cè)面內(nèi)圈相應(yīng)的梯形齒接合。設(shè)此時(shí)左轉(zhuǎn)彎（參見圖4.6，左驅(qū)動(dòng)輪有慢轉(zhuǎn)趨勢(shì)，則左從動(dòng)環(huán)和主動(dòng)環(huán)的傳 力齒之間壓得更緊，于是主動(dòng)環(huán)帶動(dòng)左從動(dòng)環(huán)、左半軸一起旋轉(zhuǎn)，左輪被驅(qū)動(dòng)；而右 輪有快轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，即右從動(dòng)環(huán)有相對(duì)于主動(dòng)環(huán)快轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，于是在中心環(huán)和從動(dòng)環(huán)內(nèi) 圈梯形齒斜面接觸力的軸向分力作用下，從動(dòng)環(huán) 4壓縮彈簧5而

50、右移，使從動(dòng)環(huán)上的 傳力齒同主動(dòng)環(huán)上的傳力齒不再接合，從而中斷對(duì)右輪的轉(zhuǎn)矩傳遞。同樣，當(dāng)一側(cè)車 輪懸空或進(jìn)入泥濘、冰雪等路面時(shí)，主動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)矩可全部分配給另一側(cè)車輪。但是，從動(dòng)環(huán)梯形齒每經(jīng)軸向力作用，沿齒斜面滑動(dòng)與主動(dòng)環(huán)分離后，在彈簧力 僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途作用下，又會(huì)與主動(dòng)環(huán)重新接合。這種分離與接合不斷重復(fù)出現(xiàn)，將引起傳遞動(dòng)力的 脈動(dòng)、噪聲和加重零件的磨損。為避免這種情況，在從動(dòng)環(huán)的傳力齒與梯形齒之間的 凹槽中，還裝有帶梯形齒的消聲環(huán)8（見圖4.6。消聲環(huán)形似卡環(huán)，具有一定彈性，其缺口對(duì)著主動(dòng)環(huán)上的伸長(zhǎng)齒12（圖4.6b）。在右驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速高于主動(dòng)環(huán)的情況下， 消聲環(huán)8與從動(dòng)環(huán)4上的梯

51、形齒一起在中心環(huán)梯形齒滑過，到齒頂彼此相對(duì)，且消聲 環(huán)缺口一邊被主動(dòng)環(huán)上的伸長(zhǎng)齒擋?。▓D4.6f）時(shí)，從動(dòng)環(huán)便被消聲環(huán)擠緊而保持在離 主動(dòng)環(huán)最遠(yuǎn)的位置，軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)不再發(fā)生。當(dāng)從動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速下降到等于并開始低于主動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)速時(shí)，從動(dòng)環(huán)即在彈簧5的作用下又重新與主動(dòng)環(huán)接合。牙嵌式自由輪差速器能在必要時(shí)使汽車變成由單側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)，明顯提高了汽車的 通過能力。此外，還具有工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是左右車輪傳遞轉(zhuǎn)矩 時(shí)，時(shí)斷時(shí)續(xù)，弓I起車輪傳動(dòng)裝置中載荷的不均勻性和加劇輪胎磨損。1、2-差速器殼3-主動(dòng)環(huán)4-從動(dòng)環(huán)5-彈簧6-墊圈7-花鍵轂8-消聲環(huán)9-中心環(huán)10-卡環(huán)11-中心環(huán)裝配孔 12-伸長(zhǎng)

52、齒圖4.6牙嵌式自由輪差速器圖托森（Torser）差速器作為一種新型差速機(jī)構(gòu)，在四輪驅(qū)動(dòng)轎車上得到日益廣泛的 使用。它利用蝸桿傳動(dòng)的不可逆性原理和齒面高摩擦條件。使差速器根據(jù)其內(nèi)部差動(dòng) 轉(zhuǎn)矩（差速器的內(nèi)摩擦力矩）大小而自動(dòng)鎖死或松開，即在差速器內(nèi)差動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小時(shí)起 差速作用，而過大時(shí)自動(dòng)將差速器錟死，有效地提高了汽車的通過性。托森差速器的 結(jié)構(gòu)如圖4.7所示，直齒圓柱齒輪6。蝸輪8和直齒圓柱齒輪6通過蝸輪軸7安裝在差 速器外殼3上。其中三個(gè)蝸輪與前軸蝸桿9嚙合，另外三個(gè)蝸輪與后軸蝸桿5相嚙合。 與前、后軸蝸桿相嚙合的蝸輪 8彼此通過直齒圓柱齒輪相嚙合，前軸蝸桿 9和驅(qū)動(dòng)前 橋的差速器前齒輪軸1為

53、體，后軸蝸桿5和驅(qū)動(dòng)后橋的差速器后齒輪軸 4為一體。 當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過空心軸 2傳至差速器外殼3,差速器外殼3通 僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途過蝸輪軸7傳到蝸輪8,再傳到蝸桿。前軸蝸桿9通過差速器前齒輪軸I將動(dòng)力傳至前 橋，后軸蝸桿5通過差速器后齒輪軸4傳至后橋，從而實(shí)現(xiàn)前、后驅(qū)動(dòng)橋的驅(qū)動(dòng)牽引 作用。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，前、后驅(qū)動(dòng)軸出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，通過嚙合的贏齒圓柱齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 使一軸轉(zhuǎn)速加快，另一軸轉(zhuǎn)速下降，實(shí)現(xiàn)差速作用。托森差速器由于其結(jié)構(gòu)及性能上的諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于全輪驅(qū)動(dòng)轎車的中央軸 間差速器及后驅(qū)動(dòng)橋的輪間差速器。但由于在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩差較大時(shí)有自動(dòng)鎖止作用，通 常不用作轉(zhuǎn)向驅(qū)

54、動(dòng)橋的輪間差速器。1-差速器前齒輪軸2-空心軸3-差速器外殼4-差速器后齒輪軸5-后軸蝸桿6-直齒圓柱齒輪7-蝸輪軸8-蝸輪9-前軸蝸桿圖4.7托森差速器的結(jié)構(gòu)圖4.4本章小結(jié)本章對(duì)幾種防滑差速器的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了的分析比較，可以看出摩擦片 式防滑差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造，可以產(chǎn)生很大的摩擦力矩，滿足本設(shè)計(jì)要求，故 本設(shè)計(jì)選用這種差速器。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途第 5 章 主動(dòng)齒輪和輸入軸的模型建立及有限元分析5.1概述5.1.1 ANSYS 的發(fā)展歷史及應(yīng)用20 世紀(jì) 50 年代應(yīng)航空工業(yè)的需要，美國(guó)波音公司的專家首先采用三節(jié)點(diǎn)三角形 單元，將矩陣位移法用到平面問題上。同時(shí)，聯(lián)邦德

55、國(guó)斯圖加特大學(xué)的，為這一方法 的理論基礎(chǔ)作出了杰出貢獻(xiàn)。 1960年美國(guó)的 FANATE ELEMENT METHOD ）一詞， 以后這一名稱得到廣泛承認(rèn) 16。20世紀(jì)60年代有限單元法得到迅速發(fā)展， 除了力學(xué)界外許多數(shù)學(xué)家也參與了這項(xiàng) 工作，奠定了有限單元法的理論基礎(chǔ)，搞清了有限單元法與變分法的關(guān)系，發(fā)展了各 種各樣的單元模式，擴(kuò)大了有限單元法的應(yīng)用范圍。20 世紀(jì) 70 年代以來，有限單元法進(jìn)一步得到蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到所有工程 領(lǐng)域，成為連續(xù)介質(zhì)問題數(shù)值解法中最活躍的分支。由分法有限元擴(kuò)展到加權(quán)殘數(shù)法 與能量平衡法有限元，由彈性力學(xué)平面問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題，有靜力平衡 問

56、題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問題、動(dòng)力問題和波形問題，由線形問題擴(kuò)展到非線形問題，分析 對(duì)象由彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等，由結(jié)構(gòu)分析擴(kuò)展到結(jié)構(gòu) 優(yōu)化乃至與設(shè)計(jì)自動(dòng)化，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域。5.1.2 UG 的發(fā)展和應(yīng)用在機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)分析中， UG 已作為一種常用的軟件被廣泛使用。具體來講，參 數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能 UG 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè) 計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您 可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未 有過的簡(jiǎn)易和靈活。單一數(shù)據(jù)庫(kù) UG 是建

57、立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng) 的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上 17 。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部 來自一個(gè)庫(kù)， 使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作， 不管他是哪一個(gè)部門的。 換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何 一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的 相關(guān)環(huán)節(jié)上 18。5.2 UG 建模錐齒輪的繪制僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途采用UG8.0中內(nèi)置GC工具箱中的齒輪模塊繪制錐齒輪，輸入模數(shù)、齒數(shù)等參數(shù)如圖5.1、圖5.2圖5.1輸入?yún)?shù)圖5.2主動(dòng)齒輪模型5.3 ANSYS進(jìn)行校核1.齒輪的應(yīng)力分析將 UG 模型導(dǎo)入 ANSYS，選擇菜單 Utility Me

58、nu; File-Cha nge Job name 命令,僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途彈出Cha nge Job name寸話框，在En ter new job name文本框中輸入工作名稱jinjian，點(diǎn)OK。選擇菜單 Utility Menu ; Plot-Volumes顯示圖形，如圖 5.3:對(duì)模型進(jìn)行定義單元類型，定義材料屬性，網(wǎng)格劃分：選擇菜單Main Menu:Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete命令，在彈出的 Element Type對(duì)話框中， 點(diǎn)擊 Add 按鈕，出現(xiàn) Library of Element Types對(duì)話框，如圖

59、5.4選擇 Solid -Brick20n ode 186選擇菜單 Main Menu : Preprocessor-Material Props-Material Models命令，將彈出 Define Material Model Behavior Behavior 對(duì)話框，在窗口 的左側(cè)，依次點(diǎn)擊 Structual-Li near-Elastic-lsotropic，在出現(xiàn)的對(duì)話框中輸入材料彈性模量2.06e5泊松比0.3以及密度7800單擊OK按鈕。如圖5.5：圖5.3主動(dòng)齒輪圖5.4單元類型僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途圖5.5定義材料屬性劃分網(wǎng)格：選擇菜單 Ma in Me nu:

60、 Preprocessor-Meshi ng-Mesh Too 命令框，選擇Mesh選擇實(shí)體點(diǎn)擊OK運(yùn)行，如圖5.6:圖5.6網(wǎng)格劃分對(duì)其進(jìn)行 約束、加載：選擇菜單 Ma in Me nu : Solutio n-Defi ne Loads-A pply-Structural-Displacement-On Areas選擇面點(diǎn)擊 Ok，在對(duì)話框中選擇 All DOF，僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途Jlffl 14 ZQLJ；29如圖5.7:圖5.7施加約束選擇菜單Main Menu: Solution-Define Loads-Apply- Structural-Pressure-On Area