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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 汽車整體式驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
專 業(yè) 車輛工程
學(xué) 號(hào) 1079311116
學(xué) 生 張寶慶
指 導(dǎo) 教 師 趙雨旸
答 辯 日 期
哈工大華德學(xué)院
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語
姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
工作起止日期：______ 年____ 月____ 日起 ______ 年____ 月____ 日止
指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況，完成質(zhì)量及評(píng)分意見：
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指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱：
評(píng)閱人評(píng)閱意見：
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評(píng)閱教師簽字：_______________ 評(píng)閱教師職稱：_______________
答辯委員會(huì)評(píng)語：
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根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評(píng)定：
學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定為：
對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特殊評(píng)語：
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答辯委員會(huì)主任（簽字）： 職稱：________________
答辯委員會(huì)副主任（簽字）：
答辯委員會(huì)委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________
年 月 日
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
姓 名： 張寶慶 院 （系）：汽車工程
專 業(yè)：車輛工程 班 號(hào)：0793111
任務(wù)起至日期： 2010 年 10月 10 日 至 2010 年 12月 28 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 汽車整體式驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
立題的目的和意義：
驅(qū)動(dòng)橋是汽車底盤的重要組成部分，因此它的性能好壞直接影響汽車的整車性能，其工作條件惡劣，易磨損，經(jīng)常發(fā)生故障，這些都對(duì)設(shè)計(jì)提出了很高的要求。設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此研究驅(qū)動(dòng)橋的工作特性，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，是非常重要的和必要的。
本課題的選擇充分考慮了研究課題對(duì)汽車專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)和工作的指導(dǎo)作用，對(duì)本課題的研究能夠使學(xué)生了解汽車總成部件的設(shè)計(jì)方法，通過本課題的研究學(xué)生可以完成專業(yè)課程的總結(jié)，獲得一定的工程設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)要求與主要內(nèi)容：
（1） 整車總質(zhì)量：4405kg；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩：Temax=245Nm；變速器一擋傳遞比：i1=5.568；主減速器傳動(dòng)比：i0=5.833
（2） 設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)過程參照汽車設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行。
（3） 要求研究汽車設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)等相關(guān)知識(shí)，并將這些知識(shí)有機(jī)結(jié)合、熟練運(yùn)用；
（4） 要求對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主要部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，工藝合理、成本低、可靠性高；
（5） 用AutoCAD完成裝配圖、零件圖，清楚表達(dá)設(shè)計(jì)。
主要內(nèi)容： （1）驅(qū)動(dòng)橋總體方案論證 （2）主減速器設(shè)計(jì) （3）差速器設(shè)
( 4）半軸與驅(qū)橋殼設(shè)計(jì)
進(jìn)度安排：
（1） （1）調(diào)研、搜集整理資料，完成開題報(bào)告（10月10日至16日）
（2）確定整體設(shè)計(jì)方案（10月17日至22日）
第３ （3）驅(qū)動(dòng)橋各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算（10月23日至11月21日）
（4）完成所設(shè)計(jì)的零件圖和裝配圖圖紙（11月21日至12月10日）
（5）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的修改完善（12月11日至16日）
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備（12月17日至26日）
同組設(shè)計(jì)者及分工：
指導(dǎo)教師簽字___________________
年 月 日
系（教研室）主任意見：
系（教研室）主任簽字___________________
年 月 日
說明：請(qǐng)同學(xué)們下載后，上述五頁與論文使用同材質(zhì)紙張打印，此頁不必打印。
摘 要
輕型汽車在商用汽車生產(chǎn)中占有很大的比重，而且驅(qū)動(dòng)橋在整車中十分重要。它的性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于載貨汽車顯得尤為重要。設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本。
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)，在分析驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)形式、發(fā)展過程及其以往形式的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定了總體設(shè)計(jì)方案，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各部件主減速器、差速器、半軸、橋殼進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并完成校核。最后運(yùn)用AUTOCAD完成裝配圖和主要零件圖的繪制。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；主減速器；差速器；半軸；橋殼
Abstract
Pickup trucks take a large proportion of commercial vehicles production, and the drive axle is one of the most important structure. Drive axle is the one of automobile four important assemblies, its performance directly influence on the entire automobile, especially for the truck .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed, heavy-loaded, exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks’ developing tendency.
In this paper, first of all determine the structure of major components and the main design parameters, determined on the basis of the design program, using the traditional design method of various parts of the drive axle Main reducer, differential, axle, axle housing was designed to calculate and complete the check. Finally complete the final assembly drawing by using AUTOCAD and mapping the main components.
Keywords：Drive Hxle; Reduction Final Drive; Differential; Axle;
Drive Axle Housing
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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 課題研究的目的意義 1
1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
第2章驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定 3
2.1 驅(qū)動(dòng)橋的種類結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求 3
2.1.1 汽車車橋的種類 3
2.1.2 驅(qū)動(dòng)橋的種類 3
2.1.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)要求 6
2.2 設(shè)計(jì)車型主要參數(shù) 4
2.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定 4
2.3.1 主減速比的計(jì)算 4
2.3.2 主減速器的齒輪類型 4
2.3.3 主減速器的減速形式 5
2.3.4 主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方法 8
2.4 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定 8
2.5 半軸的形式確定 8
2.6 橋殼形式的確定 9
2.7 本章小結(jié) 9
第3章 主減速器設(shè)計(jì) 10
3.1 概述 10
3.2 主減速器齒輪參數(shù)的選擇與強(qiáng)度計(jì)算 10
3.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 10
3.2.2 主減速器齒輪參數(shù)的選擇 11
3.2.3 主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 22
3.2.4 主減速器軸承計(jì)算 26
3.4 主減速器的潤滑 33
3.4 主減速器的潤滑 33
3.5 本章小結(jié) 33
第4章 差速器設(shè)計(jì) 34
4.1 概述 34
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理 34
4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 34
4.4 對(duì)稱圓錐行星錐齒輪差速器的設(shè)計(jì) 35
4.4.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 35
4.4.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 36
4.4.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 38
4.4.4 差速器齒輪的材料 39
4.5 本章小結(jié) 39
第5章 半軸設(shè)計(jì) 40
5.1 概述 40
5.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 40
5.2.1 全浮式半軸的計(jì)算載荷的確定 40
5.2.2 半軸桿部直徑的初選 41
5.2.3 全浮式半軸強(qiáng)度計(jì)算 42
5.2.4 全浮式半軸花鍵強(qiáng)度計(jì)算 42
5.2.5 半軸材料與熱處理 44
5.3 本章小結(jié) 44
第6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的設(shè)計(jì) 45
6.1 概述 45
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 45
6.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 45
6.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度 47
6.2.3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 47
6.2.4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 49
6.3 本章小結(jié) 51
結(jié)論 52
參考文獻(xiàn) 53
致謝 54
附錄 55
附錄A 外文文獻(xiàn)中文翻譯 55
附錄B 外文文獻(xiàn)原文 57
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
摘 要
關(guān)鍵詞：
Abstract
Keywords：
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第1章 緒 論
1.1 選題背景目的與意義
汽車是改變世界的機(jī)器。汽車工業(yè)發(fā)展的百年歷史中，已使世界發(fā)生了翻天覆地的變化。目前，全世界的汽車保有量已經(jīng)超過8.5億輛，我國民用汽車2009年就已達(dá)到8500萬輛。中國的汽車工業(yè)起步的比較晚，迄今為止僅有50多年的歷史，但其已取得很大的成就【1】。無論從產(chǎn)銷量上還是從技術(shù)水準(zhǔn)上來看，中國的汽車都在不斷的前進(jìn)和發(fā)展中，尤其是在近幾年，其發(fā)展速度更是出乎人們的意料，很多人形容為“井噴 ”。2004年銷售2241523輛， 2005年銷售2854822輛，2006年銷售3833929輛， 2007年 銷售4731944輛，2008年 銷售5006120 ，2009年銷售7453132輛。（以上為2004—2009年轎車的銷量）。隨著汽車產(chǎn)品科技含量的迅速提高和汽車擁有量的不斷增加，汽車工業(yè)已經(jīng)成為國民的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)了許多相關(guān)企業(yè)、事業(yè)，包括鋼鐵、石油、橡膠、塑料、機(jī)床、道路、汽車銷售、售后服務(wù)、運(yùn)輸、交通管理等的發(fā)展[2]。
伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，使用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)于各部件的研發(fā)與制造都提出了更高的要求，汽車車橋是汽車的重要大總成，其結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)汽車的可靠性和操縱性穩(wěn)定性等有直接的影響。驅(qū)動(dòng)橋是現(xiàn)代汽車重要的總成之一，它位于傳動(dòng)系末端，其功用為增扭、降速、改變轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)方向，并將轉(zhuǎn)矩合理分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪。此外，還要承擔(dān)路面與車架或車身間的各種力與力矩。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，完成對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，是在完成大學(xué)學(xué)習(xí)后進(jìn)行的一次綜合性訓(xùn)練，是對(duì)所學(xué)的基本知識(shí)、基本理論和基本技能掌握與提高程度的一次總測(cè)試。作一篇好的畢業(yè)設(shè)計(jì)，既要系統(tǒng)地掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，還要有較寬的知識(shí)面并有一定的邏輯思維能力和寫作功底。撰寫畢業(yè)論文的過程是訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究的過程。通過撰寫畢業(yè)論文，可以使學(xué)生了解科學(xué)研究的過程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何觀察、如何調(diào)查、作樣本分析；如何利用圖書館，檢索文獻(xiàn)數(shù)據(jù)；如何操作儀器等方法。撰寫畢業(yè)論文是學(xué)習(xí)如何進(jìn)行科學(xué)研究的一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，因?yàn)樗粌H有教師的指導(dǎo)與傳授，可以減少摸索中的一些失誤，少走彎路，而且直接參與和親身體驗(yàn)了科學(xué)研究工作的全過程及其各環(huán)節(jié)，是一次系統(tǒng)的、全面的實(shí)踐機(jī)會(huì)。依照指導(dǎo)教師的的要求和相應(yīng)規(guī)范，完成對(duì)所要求題目的材料收集、篩選，并與其他同學(xué)進(jìn)行合作，共同探討最終完成設(shè)計(jì)，以此鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力和與他人這件的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)也有助于為日后的工作打下基礎(chǔ)。
1.2 國內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋研究狀況
1、21國外研究現(xiàn)狀
國外輕型貨車驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，建立新的驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)模式成為國內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)團(tuán)體的新目標(biāo)。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)新方法的應(yīng)用使得其開發(fā)周期縮短，成本降低，可靠性增加。國外的最新開發(fā)模式和驅(qū)動(dòng)橋新技術(shù)包括：
(1) 并行工程開發(fā)模式
(2) 模態(tài)分析
(3) 驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析方法。
(4) 高性能制動(dòng)器技術(shù)
(5) 電子智能控制技術(shù)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品[2]。
2、國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)與世界先進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，我國車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進(jìn)國外技術(shù)、紡制、再加上自己改進(jìn)的基礎(chǔ)上了取得的。在科技迅速發(fā)展的推動(dòng)下，高新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，各種國外汽車新技術(shù)的引進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)自身研發(fā)能力的提高，我國的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)和制造會(huì)逐漸發(fā)展起來，并跟上世界先進(jìn)的汽車零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水準(zhǔn)[3]。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定
2.1 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)和種類和設(shè)計(jì)要求
2.1.1 驅(qū)動(dòng)橋的種類
驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系末端，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的轉(zhuǎn)矩，并合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。驅(qū)動(dòng)橋分為斷開式和非斷開式兩種【3】。
2.1.2 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成
在多數(shù)汽車中，驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（半軸）及橋殼等部件如圖1—1所示。
1 2 3 4 5 6
1－輪轂 2－半軸 3－鋼板彈簧座 4－主減速器從動(dòng)錐齒輪 5－主減速器主動(dòng)錐齒輪 6－差速器總成
圖1—1 驅(qū)動(dòng)橋的組成
2.1.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)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【4】。
2.2設(shè)計(jì)車型主要參數(shù)
本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如表2—1所示
表2—1 設(shè)計(jì)車型參數(shù)
輪胎
7.5-16
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
245
N·m
汽車滿載總質(zhì)量
4450
kg
滿載時(shí)軸荷分布
前軸1630 后軸2820
kg
主減速比
5.833
一檔傳動(dòng)比
5.568
2.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定
2.3.1主減速比的確
根據(jù)設(shè)計(jì)要求主減速比為5.833。
2.3.2主減速器的齒輪類型
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)橋上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪發(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)代貨車車驅(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。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點(diǎn)有：
圖2—1 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪
（1）尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
（2）傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
（3）當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。
由于雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的相當(dāng)曲率半徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑大，其結(jié)果是齒面建的接觸應(yīng)力降低。隨偏移矩的不同，曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高達(dá)175％。如果雙曲面主動(dòng)齒輪的螺旋角變大，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)比的傳動(dòng)，這對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋的主減速比大于4.5的傳動(dòng)有其優(yōu)越性[5]。
2.3.3主減速器的減速形式
主減速器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、減
速及輪邊減速等。減速形式主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比io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io≤7.6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，在貨車車上占有重要地位。
?。╝） 單級(jí)主減速器 （b） 雙級(jí)主減速器
圖2—2主減速器
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，只有在主減速比較大（7.6<）且采用單級(jí)主減速器不能滿足既定的主減速比和離地間隙等要求是才采用。通常僅用在裝在質(zhì)量10t以上的重型汽車上。
本次設(shè)計(jì)貨車主減速比=5.833，所以采用單級(jí)主減速器。
2.3.4主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方法
1、主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇
現(xiàn)在汽車主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式有如下兩種：
（1）懸臂式
懸臂式支承結(jié)構(gòu)如圖2—3所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸徑，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長度a和增加兩端的距離b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子向外。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛度較差，多用于傳遞轉(zhuǎn)巨較小的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖2—3 錐齒輪懸臂式支承
（2）騎馬式
騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖2—4所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承。
圖2.4 主動(dòng)錐齒輪騎馬式支承
本次設(shè)計(jì)貨車為輕型貨車，所以采用懸臂式。
2、主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇
從動(dòng)錐齒輪只有跨置式一種支撐形式如圖2—5所示[6]。
圖2—5 從動(dòng)齒輪支撐形式
本次設(shè)計(jì)主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支撐（圓錐滾子軸承），從動(dòng)錐齒輪采用騎馬式支撐（圓錐滾子軸承）。
2.4 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定
根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長。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。
本次設(shè)計(jì)選用：普通錐齒輪式差速器，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)可靠，適用于本次設(shè)計(jì)的汽車驅(qū)動(dòng)橋。
2.5 半軸形式的確定
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。其結(jié)夠型式與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)，在斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬向節(jié)。如圖2—6所示，根據(jù)半軸外端支撐形式分為半浮式，3/4浮式，全浮式。
（a）半浮式 （b）3/4浮式 （c）全浮式
圖2—6 半軸支撐形式
半浮式半軸以其靠近外端的軸頸直接支撐在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有圓錐面的軸頸及鍵與輪轂相固定。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。
3/4浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支撐著輪轂，而半軸則以其端部與輪轂想固定，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢(shì)，這將急劇降低軸承的壽命，所以未得到推廣。
全浮式半軸的外端和以兩個(gè)軸承支撐于橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，由于其工作可靠，廣泛應(yīng)用于輕型及以上的各類汽車上。
根據(jù)相關(guān)車型及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用全浮半軸。
2.6 橋殼形式的確定
橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為可分式，組合式整體式三種，按照設(shè)計(jì)要求選用整體式。
2.7 本章小結(jié)
本章首先確定了主減速比，用以確定其它參數(shù)。對(duì)主減速器型式確定中主要從主減速器齒輪的類型、主減速器的減速形式、主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇、從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇，從而確定逐步給出驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)總成的基本結(jié)構(gòu)，分析了驅(qū)動(dòng)橋各總成結(jié)構(gòu)組成。基本確定了驅(qū)動(dòng)橋四個(gè)組成部分主減速器、差速器、半軸、橋殼的結(jié)構(gòu)。
第3章 主減速器設(shè)計(jì)
3.1概述
主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。
3.2主減速器齒輪參數(shù)的選擇與強(qiáng)度計(jì)算
3.2.1主減速器齒輪計(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
/n （3-1）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩245；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比
=
變速器傳動(dòng)比=5.568；
主減速器傳動(dòng)比＝5.833
——上述傳動(dòng)部分的效率，取=0.9；
——超載系數(shù)，取=1.0；
n——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目1。
=201 5.568 5.8331 0.9/1=7161.4
2、按驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3-2）
式中： ——汽車滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；但后橋來說還應(yīng)考慮到汽車加速時(shí)負(fù)腷增大量，可初?。?
=×9.8=2250×9.8=27636N；
——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汽車，取=0.85；
對(duì)于越野汽車，取=1.0；
——車輪滾動(dòng)半徑，0.405m；
——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)效率和傳動(dòng)比，分別取0.96和1。
=11255.2
通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪打滑時(shí)這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（）的較小者，作為載貨汽車計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷【5】。
3.2.2 主減速器齒輪參數(shù)的選擇
1、主、從動(dòng)齒數(shù)的選擇
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)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(qiáng)度，主、從動(dòng)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(qiáng)度對(duì)于商用車一般不小于6；主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配【6】。
主減速器的傳動(dòng)比為5.833，初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)=7，從動(dòng)齒輪齒數(shù)=41。
2、從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑及端面模數(shù)的選擇
根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（見式3.1和式3.2并取兩式計(jì)算結(jié)果中較小的一個(gè)作為計(jì)算依據(jù)，按經(jīng)驗(yàn)公式選出：
（3-3） 式中：——直徑系數(shù)，取=13～16；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，取，較小的。取=6675.46。
計(jì)算得，=250.78～308.42mm，初取=260mm。
選定后，可按式算出從動(dòng)齒輪大端模數(shù)，并用下式校核
（3-4）
式中：——模數(shù)系數(shù)，取=0.3～0.4；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，取。
==5.78～7.71
由GB/T12368-1990，取=6.5，滿足校核。
所以有：=45.5mm =266.5mm。
3、螺旋錐齒輪齒面寬的選擇
通常推薦圓錐齒輪從動(dòng)齒輪的齒寬F為其節(jié)錐距的0.3倍。對(duì)于汽車工業(yè)，主減速器螺旋錐齒輪面寬度推薦采用：F=0.155=41.31mm
4、螺旋錐齒輪螺旋方向
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。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)。
5、 旋角的選擇
螺旋角是在節(jié)錐表面的展開圖上定義的，齒面寬中點(diǎn)處為該齒輪的名
義螺旋角。=47.23
6、法向壓力角a的選擇
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小，并使齒輪的端面重迭系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來說，載貨汽車可選用20°壓力角。
7、主從動(dòng)錐齒輪幾何計(jì)算
計(jì)算結(jié)果如表3—1所示。
計(jì)算方法為，例：第(15)項(xiàng)中，(14)+(9)(13)的意思為，用第(14)項(xiàng)的計(jì)算數(shù)據(jù)加上第(9)項(xiàng)的計(jì)算數(shù)據(jù)乘以第(13)項(xiàng)的計(jì)算數(shù)據(jù)。第(65)項(xiàng)求得地齒線半徑與第(7)項(xiàng)選定的刀盤半徑之差不應(yīng)超過值的1％。否則需重新試計(jì)算第(20)項(xiàng)至第(65)項(xiàng)。如果<，則需要將第(20)項(xiàng)的tan的數(shù)值減小，重新計(jì)算各項(xiàng)，并將結(jié)果寫在欄內(nèi)第二列。若>，則應(yīng)增大tan值。修正量是根據(jù)曲率半徑的差值來選取的【9】。若無特殊考慮，則第二次試算時(shí)可將tan改大10％。如果第二次試算得出的新值仍不接近，就要進(jìn)行的三次試算，通常也是最后一次試算，可用下式求tan：
（3-5）
式中下標(biāo)1，2，3分別表示第二、第二和第三次計(jì)算得結(jié)果。
表3—1 主減速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
序號(hào)
計(jì)算公式
計(jì)算數(shù)據(jù)
注釋
（1）
7
小齒輪，應(yīng)不小于6
（2）
41
＋40，載貨汽車
（4）
F=0.155
41.31
大齒輪齒面寬
（5）
E
30
E0.2
（6）
266.5
大齒輪分度圓直徑
（7）
95.25
刀盤名義半徑
（8）
47.23
小齒輪螺旋角預(yù)選值
(12)
113.0153
大齒輪在齒面中點(diǎn)處的分度圓半徑
（13）
sin
0.200491
(14)
cos
0.965595
(15)
(14)+(9)(13)
1.246718
（16）
（3）（12）
19.295107
（17）
=(15)(16)
24.055557
小齒輪在齒面寬中點(diǎn)處的分度圓半徑
（18）
=0.02（1）＋1.06
1.2
齒輪收縮系數(shù)
（19）
＋（17）
575.683512
（20）
tan=
0.052112
0.057323
0.058006
(21)
1.001357
1.001642
1.001681
(22)
sin
0.052041
0.057229
0.057908
(23)
2.983099°
3.280776°
3.319778°
(24)
sin=
0.254374
0.25269
0.253125
(25)
tan＝
0.263026
0.261805
0.261646
(26)
tan＝
0.197855
0.261805
0.261646
（27）
cos
0.980983
0.976932
0.976373
(28)
sin=
0.259305
0.259249
0.259250
(29)
cos
0.965795
0.965810
0.965810
(30)
tan=
1.083367
1.083544
1.083540
(31)
(28)
-0.000604
-0.000670
-0.000649
(32)
(3)(31)
-0.000103
-0.000111
-0.000110
(33)
sin=(24)-(22)(32)
0.254780
0.253275
0.253189
(34)
tan
0.263033
0.261812
0.261717
(35)
tan＝
0.217573
0.218589
0.221262
(36)
12.2747°
12.3302°
12.4763°
小齒輪節(jié)錐角
(37)
cos
0.977139
0.976933
0.976385
(38)
sin=
0.260741
0.259255
0.259313
(39)
15.1140°
15.0258°
15.0292°
(40)
cos
0.965409
0.965809
0.965793
(41)
tan=
1.076566
1.080940
1.080839
(42)
47.1116°
47.2274°
47.2247°
小齒輪中點(diǎn)螺旋角
(43)
cos
0.680572
0.679090
0.679124
(44)
=(42)-(39)
31.9976°
32.2015°
32.1954°
(45)
0.848070
0.846175
0.846235
(46)
tan
0.624812
0.629772
0.629624
(47)
cot=
0.224621
0.225956
0.228714
(48)
77.3402°
77.2674°
77.1172°
大齒輪節(jié)錐角
(49)
sin
0.975688
0.975410
0.974482
(50)
cos
0.219160
0.220399
0.222957
(51)
24.60644
34.61071
24.62454
(52)
515.67485
512.77592
506.89281
(53)
(51)+(52)
540.28129
512.77592
531.51735
(54)
98.23312
98.04191
98.10705
(55)
76.96937
76.45803
75.58062
(56)
-tan=
0.039767
0.038897
0.037477
(57)
-
2.2772°
2.2274°
2.1462°
(58)
cos
0.999210
0.999244
0.999298
(59)
0.001740
0.0017084
0.001645
(60)
0.000048
0.0000477
0.0000465
(61)
(54)(55)
7560.9421
7496.0917
7414.9914
(62)
0.002812
0.002879
0.003038
(63)
(59)+(60)+(62)
0.004600
0.002879
0.004729
(64)
98.20739
97.413019
95.481492
（65）
＝
98.285036
97.413019
95.481492
（66）
0.969120
0.977795
0.997575
（67）
（3）（50）；1.0－（3）
0.03808
0.829270
（68）
；
（35）（37）
109.305051
0.216037
（續(xù)表）
（69）
（37）＋（40）（67）左
1.013147
（70）
＝（49）（51）
24.004694
（71）
z=(12)(47)-(70)
1.282165
大齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)到小齒輪軸線的距離，正號(hào)表示該節(jié)錐點(diǎn)越過小齒輪軸線負(fù)號(hào)表示該節(jié)錐點(diǎn)在大齒輪輪體與小齒輪軸線之間
（72）
＝
115.933580
在節(jié)平面內(nèi)大齒輪齒面寬中點(diǎn)錐距
（73）
＝
136.690780
大齒輪節(jié)錐距
（74）
（73）－（72）
20.757200
（75）
＝
8.397439
（76）
0.747056
（77）
－(76)
0.404903
（78）
45°
次論兩側(cè)壓力較的總和
（79）
sin
0.707107
（80）
=
22.5°
（81）
cos
0.923880
（83）
0.977521
(84)
=
251.771317
雙重收縮齒齒根角的總和（單位：分）
(85)
0.130
大齒輪齒頂高系數(shù)
(86)
＝1.150－（85）
1.02
(87)
＝（75）（85）
1.091667
大齒輪齒面寬中點(diǎn)處的齒頂高
(88)
＝（75）（85）＋0.05
8.615387
大齒輪齒面寬中點(diǎn)處的齒根高
(89)
＝（84）（85）
32.730271
大齒輪齒頂角（單位：分）
(90)
sin
0.009521
(91)
＝（84）－（89）
266.48488
大齒輪齒根位：分）
(92)
sin
0.063673
(93)
=(87)+(74)(90)
1.289296
大齒輪齒頂高
（94）
＝（88）＋（74）（90）
9.937060
大齒輪齒根高
（95）
c=0.150(75)+0.05
1.309616
徑向間隙
（96）
h=(93)+(94)
11.226356
大齒輪齒全高
（97）
＝（96）－（95）
9.916740
大齒輪工作高
（98）
＝（48）＋（89）
77.662712°
大齒輪的面錐角
（102）
sin
0.958653
（103）
cos
0.284575
(104)
cot
0.011208
(105)
=＋(6)
267.074915
大齒輪外圓直徑
(106)
（70）＋（74）（50）
28.632657
(107)
＝（106）－（93）（49）
27.375815
大齒輪外緣至小齒輪軸線距離
(108)
0.012423
(109)
－1.286751
(110)
＝（71）－（108）
1.831064
大齒輪面錐角頂點(diǎn)至小齒輪軸線距離
(111)
＝（71）＋（109）
0.556736
大齒輪根錐角頂點(diǎn)至小齒輪軸線距離
(112)
（12）＋（70）（104）
113.284345
(113)
sin＝
0.264820
(114)
cos=
0.964298
(115)
tan=
0.274625
(116)
sin=(103)(114)
0.274415
(117)
15.927161°
小齒輪面錐角
(118)
cos
0.961611
(119)
tan
0.285370
(120)
6.477493
(121)
＝
1.521425
小齒輪面錐角頂點(diǎn)至大齒輪軸線的距離
（122）
tan=
0.009742
（123）
;cos
0.558195°
0.999952
（124）
=(39)-(123)左；
cos
14.471084°
0.968274°
（125）
=(117)- (36); cos
3.440786°
0.998186°
（126）
(113)(67)右-(68)右
0.003570
－0.435644
（127）
1.032716
（128）
（68）左＋（87）（68）右
（129）
0.963358
（130）
（74）（127）
21.436292
（131）
＝（128）＋（130）（129）＋（75）（126）左
130.221694
小齒輪外緣至大齒輪軸線的距離
（132）
（4）（127）－（130）
21.225206
（133）
＝（128）－（132）（129）＋（75）（126）右
85.435125
小齒輪的前緣之大齒輪軸線的距離
（134）
（121）＋（131）
131.743119
（135）
＝
75.191067
小齒輪外圓直徑
（136）
118.265536
（137）
sin=
0.253666
（138）
3.942185
（139）
cos
0.997634
（140）
14.501106
（141）
=
-9.907469
小齒輪根錐頂點(diǎn)至大齒輪軸線的距離
（142）
sin=(100)(139)
0.213160
（143）
12.307628°
小齒輪根錐角
（144）
cos
0.977017
（145）
tan
0.218175
（146）
0.156
最小齒側(cè)間隙允許值
（147）
0.207
最大齒側(cè)間隙允許值
（148）
（90）＋（92）
0.073194
（149）
（96）－（4）（148）
8.202712
（150）
＝（73）－（4）
95.38078
在節(jié)平面內(nèi)大齒輪內(nèi)錐距
3.2.3螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
1、損壞形式及壽命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。
齒輪的損壞形 式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等【12】。
表3—2汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力 ( N／mm)
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
，中的較小者
700
2800
980
210.9
1750
210.9
2、主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
（1）單位齒長上的圓周力
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圓周力來估算，即
（3-8）
式中：——單位齒長上的圓周力，N/mm；
P——作用在齒輪上的圓周力，N，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大附著
力矩兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算。
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算： （3-9）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此為245；
——變速器的傳動(dòng)比，在此為5.568；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取45.5mm.；
按上式計(jì)算：=1451.539 N／mm
表3—3 許用單位齒長上的圓周力 (N／mm)
類別
檔位
一檔
二檔
直接檔
轎車
893
536
321
載貨汽車
1429
250
公共汽車
982
214
牽引汽車
536
250
按最大附著： （3-10）
式中：——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，在此取27636N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85；
——輪胎的滾動(dòng)半徑，在此取0.405m；
——主減速器沖動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取266.5；
按上式計(jì)算：=1309.647 N／mm
校核后，齒輪設(shè)計(jì)符合相應(yīng)圓周力要求。
（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)力為
（3-11）
式中：——齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，對(duì)從動(dòng)齒輪，取，較小的者，即=7161.43
——超載系數(shù)，1.0；
——尺寸系數(shù)==0.711246；
——載荷分配系數(shù)取=1；
——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，文件齒輪接觸良好、節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，取1；
J——計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，見圖3—1， =0.242（主動(dòng)），=0.178（從動(dòng)）。
相嚙合齒輪的齒數(shù)
求
綜
合
系
數(shù)
J
的
齒
輪
齒
數(shù)
圖3—1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
按計(jì)算： 主動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力= 682.26N／mm<700 N／mm
從動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力=258.66 N／mm<700 N／mm
綜上所述由表3—2，計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。
（3）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（N／mm）為：
（3-12）
式中：——主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩為=1364.16；
——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，45.5mm；
，，同3.10；
——尺寸系數(shù)，=1；
——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取1；
F——齒面寬，取齒輪副中較小值即從動(dòng)齒輪齒寬41.35mm；
J—— 計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù)，J =0.131，見圖3—2所示。
大齒輪齒數(shù)
圖3—2 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J
按計(jì)算，=2753.47<2800 N／mm
由圖3.2輪齒齒面接觸強(qiáng)度滿足校核。
3.2.4主減速器的軸承計(jì)算
1、作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力
如圖3.3所示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
直于齒輪的軸線徑向力【13】。
。
圖3.3 主動(dòng)錐齒輪工作時(shí)受力情況
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)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算[10]：
(3.13)
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取245N·m；
，…——變速器在各擋的使用率，可參考表3.4選取0.5％，2％，5％，15％，77.5％；
，…——變速器各擋的傳動(dòng)比5.56，3.82，2.44，1.55，1；
，…——變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率，可參考表3.4選取50％，60％，70％，70％，60％。
表3.4 及的參考值
變速器
檔位
車型
轎車
公共汽車
載貨汽車
III擋
IV擋
IV擋
IV擋帶
超速檔
IV擋
IV擋帶
超速檔
V擋
<80
>80
I
II
III
IV
V
1
9
90
1
4
20
75
0.8
2.5
16
80..7
2
6
27
65
1
4
15
50
—
1
3
11
85
0.5
3.5
7
59
—
0.5
2
5
15
77.5
I
II
III
IV
V
60
60
50
70
65
60
60
65
60
50
50
70
70
60
60
70
70
60
60
—
50
60
70
60
50
60
70
70
—
50
60
70
70
60
注：表中，其中——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，；——汽車總重，
，此處＝0.55。
經(jīng)計(jì)算=217.962 N·m
齒面寬中點(diǎn)的圓周力： （3-14）
式中：T——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩。主動(dòng)齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩；
——該齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓半徑。
＝24.05mm，
=113.01mm
計(jì)算螺旋錐齒輪的軸向力與徑向力根據(jù)條件選用表3—5中公式。
表3—5 圓錐齒輪軸向力與徑向力
主動(dòng)齒輪
軸向力
徑向力
螺旋方向
旋轉(zhuǎn)
方向
右
左
順時(shí)針
逆時(shí)針
右
左
逆時(shí)針
順時(shí)針
主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽?；旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針：
=2527.63 N （3-15）
= 6858.64 N （3-16）
從動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)橛遥盒D(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針：
=5072.09 N （3-17）
=2626.26 N （3-18）
式中：——齒廓表面的法向壓力角20；
——主動(dòng)齒輪的節(jié)錐角12.47；
——從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角77.12；。
——主動(dòng)錐齒輪螺旋角47.22；
——從動(dòng)錐齒輪螺旋角32.19。
2、主減速器軸承載荷的計(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。對(duì)于采用懸臂式的主動(dòng)錐齒輪和跨置式的從動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，如圖3—4所示。
圖3—4主減速器軸承的布置尺寸
軸承A，B的徑向載荷分別為
= （3-19）
（3-20）
式中：已知P=9062.86N，=6858.64N，=2527.63N , ＝48.11mm,
a=40mm，b=100mm，c=140mm。
所以，軸承A的徑向力=17053.58 N，軸承B的徑向力=18868.42 N
軸承的壽命為
s （3-21）
式中： ——為溫度系數(shù)，在此取1.0；
——為載荷系數(shù)，在此取1.2；
Cr——額定動(dòng)載荷，N：其值根據(jù)軸承型號(hào)確定。
此外對(duì)于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說，主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
r/min （3-22）
式中：——輪胎的滾動(dòng)半徑，0.405m；
——汽車的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車和公共汽車可取30～35 km/h，在此取33 km/h。
所以有上式可得=216.74 r/min
主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速=216.74×5.833=1264.25 r/min。
所以軸承能工作的額定軸承壽命：
h （3-23）
式中: 軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，1264.25r/min。
若大修里程S定為100000公里，可計(jì)算出預(yù)期壽命即
= h （3-24）
所以=3030.3 h
對(duì)于軸承A和B，根據(jù)尺寸，在此A選用32206型軸承，在此B選用32207型軸承。
對(duì)于軸承B：d=40mm,D=80mm，Cr=105KN，e=0.37，在此徑向力=18868.42N，軸向力=2527.63N，所以=0.13
3030.3 h=
所以軸承B符合使用要求。[11]
對(duì)于軸承A：d=35mm,D=72mm，Cr=63.8KN，e=0.37，徑向力=17053.58N，軸向力=2527.63N ，所以=0.143030.3 h=
所以軸承A符合使用要求。
對(duì)于從動(dòng)齒輪的軸承C，D的徑向力
R= （3-27） （3-28）
已知：P=9062.86N，=5072.09N，=2626.26 N，a=254mm，b=140mm，c=114mm所以，軸承C的徑向力：=5060.35N；軸承D的徑向力：=5324.08N根據(jù)尺寸，軸承C，D均采用30213，其額定動(dòng)載荷Cr為160KN,D=120mm，d=65mm
T=32.75mm，e=0.35
對(duì)于軸承C，軸向力=5072.09N，徑向力=5060.35N，并且=1.0023>e， X=0.4，Y=1.7
所以Q==1.2(0.4×5072.09＋1.7×5060.35)=12757.72N
==22836.91>
所以軸承C滿足使用要求。
對(duì)于軸承D，軸向力=5072.09N，徑向力=5324.08N, 并且=0.95>e，X=0.4,Y=1.7。
所以Q==1.2(0.4×5072.09＋1.7×5324.08)= 13295.73N
==19899.41h >
所以軸承D滿足使用要求。
3.3 主減速器齒輪材料及熱處理
驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等 [11]。在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi用滲碳合金鋼制造的齒輪。
3.4 主減速器的潤滑
主加速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，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)櫥偷玫窖h(huán)[12]。
3.5 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、并根據(jù)有關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)齒輪參數(shù)進(jìn)行合理的選擇，最后對(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。對(duì)主減速器齒輪的材料及熱處理，主減速器的潤滑給以說明。
第4章 差速器設(shè)計(jì)
4.1 概述
汽車在行使過程中，左右車輪在同一時(shí)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(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(dòng)半徑不相等。為此在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器【7】。
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理
如圖4—1所示，差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為和。A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。
圖4.1 差速器差速原理
當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖4.1），其值為。于是==，即差速器不起作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。
+=（+）+(-)
即 + =2 （4-1）
若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) （4-2）
式（4-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式。
4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)
普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類公路車輛上。
4.4 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)
4.4.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇
1、行星齒輪數(shù)目的選擇
載貨汽車多用4個(gè)行星齒輪。
2、行星齒輪球面半徑（mm）的確定
圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑
球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定：
（mm） （4-3）
式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，2.52～2.99，?。?.6；
——，取，較小的者即=7161.43。
經(jīng)計(jì)算=48.57~57.63mm，取=50.12mm
差速器行星齒輪球面半徑確定后，即根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距：
=（0.98～0.99） （4-4）
＝49.11～49.62mm ，取49.5mm
3、行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇
行星齒輪的齒數(shù)一般不應(yīng)少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25。半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比多在1.5～2范圍內(nèi)。 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n所整除，否則將不能安裝，即應(yīng)滿足：
= I （4-5）
式中： ，——左，右半軸齒數(shù)，=；
n——行星齒輪數(shù)，n=4；
I——任意整數(shù)。
取行星齒輪齒數(shù)=10，半軸齒輪齒數(shù)=20，滿足條件。
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和半軸齒輪的節(jié)錐角：
（4-6）
式中：——行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。
再根據(jù)下式初步求出圓錐齒輪的大端模數(shù)：
=4.427 （4-7）
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：GB/T12368-1990，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=4.5mm；
確定模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得：
（4-8）
5、壓力角
目前汽車差速器齒輪大都選用的壓力角
6、行星齒輪安裝孔直徑及其深度L的確定
行星齒輪安裝孔與行星齒輪名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度L就是行星齒輪在其軸上的支承長度，如圖4—3所示。
圖4—3安裝孔直徑及其深度L
=19（mm） =18 mm （4-9）
式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩6675.46；
n——行星齒輪數(shù)4；
——行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x，mm. ，是半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，l=36mm；
[]——支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為98MPa.。
4.4.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算
如表4—1計(jì)算步驟
表4—1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表（長度單位mm）
序號(hào)
計(jì)算公式
數(shù)據(jù)
項(xiàng)目
（1）
=10
行星齒輪齒數(shù)
（2）
=20
半軸齒輪齒數(shù)
（3）
=4.5
模數(shù)
（4）