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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
HLJ-ZQ5整體驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
系部名稱(chēng)： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛07-6
學(xué)生姓名： 張明
指導(dǎo)教師： 崔宏耀
職 稱(chēng)： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Design for Driving Axle of HaFei car
Candidate：Zhang Ming
Specialty：Construction Machinery
Class：B07-6
Supervisor：Associate Prof.Cui Hongyao
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)的題目是哈飛民意汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、半軸及橋殼四部分組成，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右車(chē)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；此外，還要承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
本設(shè)計(jì)首先論述了驅(qū)動(dòng)橋的總體結(jié)構(gòu)，在分析驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)型式、發(fā)展過(guò)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：采用整體式驅(qū)動(dòng)橋，主減速器的減速型式采用單級(jí)減速器，主減速器齒輪采用螺旋錐齒輪，差速器采用普通對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器，半軸采用半浮式型式，橋殼采用鋼板沖壓焊接式整體式橋殼。
關(guān)鍵詞： 驅(qū)動(dòng)橋；主減速器；設(shè)計(jì)；計(jì)算；CAD
II
ABSTRACT
The object of the design is the design for driving axle of mini-car of SongHuajiang driving axle is consisted of final drive, differential mechanism, half shaft and axle housing. The basic function of driving axle is to increase the torque transmitted by drive shaft or directly transmitted by gearbox, then distributes it to left and right wheel, and make these two wheels have the differential function which is required in automobile driving kinematics; besides, the driving axle must also stand the lead hangs down strength, the longitudinal force and the transverse force acted on the road surface, the frame or the compartment lead.
The configuration of the driving axle is introduced in the thesis at first. On the basis of the analysis of the structure ,the developing process and advantages and disadvantages of the former type of driving axle, the design adopted the Integral driving axle, single reduction gear for main decelerator’s deceleration form, spiral bevel gear for main decelerator’s gear, half floating for axle and stamp-welded steel sheet of integral axle housing for axle housing. In the design, we accomplished the design for single reduction gear, tapered planetary gear differential mechanism, half floating axle, the checking of axle housing and CAD drawing and so on.
.
Keywords: Driving Axle; Final Drive ; Design; Calculation; CAD
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)和種類(lèi) 1
1.1.1 汽車(chē)車(chē)橋的種類(lèi) 1
1.1.2 驅(qū)動(dòng)橋的種類(lèi) 1
1.1.3 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 2
1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 6
第2章 設(shè)計(jì)方案的確定 7
2.1 設(shè)計(jì)主要參數(shù) 7
2.2主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定 7
（1）主減速器齒輪的類(lèi)型的選擇 7
2.3差速器結(jié)構(gòu)方案的確定 8
2.4 半軸型式的確定 8
2.5 橋殼型式的確定 9
2.6 本章小結(jié) 9
第3章 主減速器設(shè)計(jì) 10
3.1 主減速比的確定 10
3.2 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 10
3.3 主減速器齒輪參數(shù)的選擇 11
3.4 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算 12
3.4.1 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 12
3.4.2 主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 13
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 16
3.6 主減速器軸承的計(jì)算 17
3.7 主減速器的潤(rùn)滑 21
3.8 本章小結(jié) 21
第4章 差速器設(shè)計(jì) 22
4.1 概述 22
4.2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器 22
4.2.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 23
4.2.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算 24
4.3 本章小結(jié) 27
第5章 半軸設(shè)計(jì) 28
5.1 概述 28
5.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 28
5.2.1半浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 28
5.2.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
5.3 本章小結(jié) 32
第6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的校核 33
6.1 概述 33
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 33
6.2.1 汽車(chē)以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 33
6.2.2 汽車(chē)側(cè)向力最大時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 33
6.2.3 汽車(chē)在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 34
6.3 本章小結(jié) 34
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
附 錄A 外文文獻(xiàn) 39
附 錄B外文文獻(xiàn)的中文翻譯 42
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)
1.1.1 汽車(chē)車(chē)橋的種類(lèi)
根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同，車(chē)橋分為整體式和斷開(kāi)式兩種。當(dāng)采用非獨(dú)立懸架時(shí)，車(chē)橋中部是剛性的實(shí)心或空心梁，這種車(chē)橋即為整體式車(chē)橋；斷開(kāi)式車(chē)橋?yàn)榛顒?dòng)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立懸架配用。
根據(jù)車(chē)橋上車(chē)輪的作用，車(chē)橋又可分為轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種類(lèi)型。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋，一般貨車(chē)多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，而后橋或中后兩橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋。
1.1.2 驅(qū)動(dòng)橋的種類(lèi)
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)的重要的組成部分，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，并使左、石驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
在一般的汽車(chē)結(jié)構(gòu)中、驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件如圖1.1所示。
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
對(duì)于各種不同類(lèi)型和用途的汽車(chē)，正確地確定上述機(jī)件的結(jié)構(gòu)型式并成功地將它們組合成一個(gè)整體——驅(qū)動(dòng)橋，乃是設(shè)計(jì)者必須先解決的問(wèn)題。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車(chē)和部分小轎車(chē)上，都是采用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。非獨(dú)立懸架，整體式驅(qū)動(dòng)橋。這種類(lèi)型的車(chē)一般的設(shè)計(jì)多采用單級(jí)減速器，它可以保證足夠大的離地間隙同時(shí)也可以增大主傳動(dòng)比。
1.1.3 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成
1．主減速器
主減速器的結(jié)構(gòu)形式，主要是根據(jù)其齒輪類(lèi)型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安裝
（1）主減速器齒輪的類(lèi)型，在現(xiàn)代汽車(chē)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1.2（a）所示主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過(guò)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)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。
雙曲面齒輪如圖1.2（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：
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。
圖1.2 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪
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。
④工作過(guò)程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，又有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)，這可以改善齒輪的磨合過(guò)程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
雙曲面齒輪傳動(dòng)有如下缺點(diǎn)：
①長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)使摩擦損失增加，降低了傳動(dòng)效率。
②齒面間有大的壓力和摩擦功，使齒輪抗嚙合能力降低。
③雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。
④雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤(rùn)滑油[1]。
（2）主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇：
①懸臂式 懸臂式支承結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長(zhǎng)的軸徑，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長(zhǎng)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)鉅較小的轎車(chē)、輕型貨車(chē)的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖1.3 錐齒輪懸臂式支承
②騎馬式 騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用騎馬式支承。
圖1.4 主動(dòng)錐齒輪騎馬式支承
（3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇，從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使它們的圓錐滾子大端朝內(nèi)，而小端朝外。為了防止從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)用兩端的調(diào)整螺母調(diào)整。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無(wú)輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上[2]。
（4）主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整，支承主減速器的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。分析可知，當(dāng)軸向力于彈簧變形呈線性關(guān)系時(shí)，預(yù)緊使軸向位移減小至原來(lái)的1/2。預(yù)緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當(dāng)預(yù)緊力超過(guò)某一理想值時(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。
主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用套筒與墊片，從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母。
（5）主減速器的減速形式的選擇，主減速器的減速形式分為單級(jí)減速（如圖1.5）、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。按主減速比的變化可分為單速主減速器和雙速主減速器兩種[3]。減速形式的選擇與汽車(chē)的類(lèi)型及使用條件有關(guān)，，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車(chē)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(chē)上。
2.差速器
根據(jù)汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車(chē)輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車(chē)在行駛過(guò)程中左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是有差別的[4]。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車(chē)輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長(zhǎng)。即使汽車(chē)作直線行駛，也會(huì)由于左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路面垂向波形的不同，或由于左右車(chē)輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車(chē)輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求
?。╝） 單級(jí)主減速器 （b） 雙級(jí)主減速器
圖1.5 主減速器
車(chē)輪行程不等。在左右車(chē)輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸將動(dòng)力傳給左右車(chē)輪，則會(huì)由于左右車(chē)輪的轉(zhuǎn)速雖然相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車(chē)輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)是輪胎過(guò)早磨、無(wú)益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車(chē)輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車(chē)輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車(chē)左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，后者保證了汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車(chē)輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車(chē)的類(lèi)型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車(chē)在給定的使用條件下的使用性能要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車(chē)都屬于公路運(yùn)輸車(chē)輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著系數(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(chē)也很可靠的普通對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)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(wú)路地區(qū)的越野汽車(chē)來(lái)說(shuō)，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)而陷車(chē)，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類(lèi)。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的。
3.半軸
驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車(chē)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(chē)輪。在斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬(wàn)向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬(wàn)向節(jié)。在一般非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來(lái)。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪連接起來(lái)。
半浮式半軸具有結(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(chē)和輕型載貨汽車(chē)。
3/4浮式半軸，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，故未得到推廣。
全浮式半軸廣泛應(yīng)用于各類(lèi)重型汽車(chē)上。
4.橋殼
驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車(chē)上的主要零件之一，非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽車(chē)荷重的作用，并將載荷傳給車(chē)輪。作用在驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過(guò)橋殼傳到懸掛及車(chē)架或車(chē)廂上。因此橋完既是承載件又是傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置（如半軸）的外殼。
在汽車(chē)行駛過(guò)程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車(chē)的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車(chē)的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車(chē)的類(lèi)型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。
結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：可分式、整體式、組合式。
按制造工藝不同分類(lèi)：
鑄造式——強(qiáng)度、剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，用于中重型貨車(chē)。
鋼板焊接沖壓式——質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產(chǎn)，轎車(chē)和中小型貨車(chē)，部分重型貨車(chē)。
1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容
（1） 完成驅(qū)動(dòng)橋的主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇；
（2） 完成主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算；
（3） 完成差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
（4） 完成半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
（5） 完成驅(qū)動(dòng)橋橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算；
（6） 繪制裝配圖及零件圖。
46
第2章 設(shè)計(jì)方案的確定
2.1 設(shè)計(jì)主要參數(shù)
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是哈飛民意車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。
技術(shù)參數(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 Pemax kW/np （r/min） 35.5/5000
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax N·m/nr （r/min） 74/3500
整車(chē)整備質(zhì)量 kg 870
汽車(chē)總質(zhì)量 kg 1460
最大車(chē)速 km/h 120
最小離地間隙 mm >180
輪胎（輪輞直徑） 英寸 12
2.2主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定
（1）主減速器齒輪的類(lèi)型的選擇
本次設(shè)計(jì)選用：螺旋錐齒輪因?yàn)樗艹惺艽蟮妮d荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。所以采用螺旋錐齒輪。
（2）主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇
本次設(shè)計(jì)選用：懸臂式支撐（圓錐滾子軸承），由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單拆裝、維修方便一般用于主傳動(dòng)比較小的主減速器上，為了減小懸臂長(zhǎng)度和增加兩支撐之間的距離以便為了改善支撐剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子大端朝外，使作用在齒輪上離開(kāi)錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承承受，而反向軸向力則由另一軸承承受。
（3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇
本次設(shè)計(jì)選用：從動(dòng)錐齒輪：跨置式支撐（圓錐滾子軸承），從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使它們的圓錐滾子大端朝內(nèi)，而小端朝外。為了防止從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)用兩端的調(diào)整螺母調(diào)整。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無(wú)輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上[5]。
（4）主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整
支承主減速器的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。分析可知，當(dāng)軸向力于彈簧變形呈線性關(guān)系時(shí)，預(yù)緊使軸向位移減小至原來(lái)的1/2。預(yù)緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當(dāng)預(yù)緊力超過(guò)某一理想值時(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。
主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母（利用軸承座實(shí)現(xiàn)），從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母。
（5）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、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車(chē)的類(lèi)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(chē)性能所要求的主減速比的大小及驅(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。
本次設(shè)計(jì)采用單級(jí)減速，主要從主傳動(dòng)比總質(zhì)量較小的汽車(chē)都采用單級(jí)主減速器。
2.3差速器結(jié)構(gòu)方案的確定
差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車(chē)的類(lèi)型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車(chē)在給定的使用條件下的使用性能要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車(chē)都屬于公路運(yùn)輸車(chē)輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著系數(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(chē)也很可靠的普通對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)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(wú)路地區(qū)的越野汽車(chē)來(lái)說(shuō)，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)而陷車(chē)，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類(lèi)。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的。但對(duì)于本設(shè)計(jì)的車(chē)型來(lái)說(shuō)只選用普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器即可。
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(chē)驅(qū)動(dòng)橋。
2.4 半軸型式的確定
半軸根據(jù)其車(chē)輪端的支方承方式不同，可分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。由于半浮式半軸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，故被質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負(fù)荷也不大的轎車(chē)和微型客、貨車(chē)所采用[6]，所以本次設(shè)計(jì)選擇半浮式半軸。
2.5 橋殼型式的確定
整體式橋殼的特點(diǎn)是將整個(gè)橋殼制成一個(gè)整體，橋殼猶如一個(gè)整體的空心梁，其強(qiáng)度及剛度都比較好。且橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨(dú)立的主減速殼里，構(gòu)成單獨(dú)的總成，調(diào)整好后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi)，并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調(diào)整、維修、保養(yǎng)等都十分方便等優(yōu)點(diǎn)。按制造工藝不同，整體式橋殼可分為鑄造式、鋼板沖壓焊接式和擴(kuò)張成型三種。鋼板沖壓焊接式和擴(kuò)張成型式橋殼質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適用大量生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于乘用車(chē)和總質(zhì)量較小的商用車(chē)。
本次設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼就選用鋼板沖壓焊接式整體式橋殼。
2.6 本章小結(jié)
本章首先給出主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定主減速器的類(lèi)型，主要從主減速器齒輪的類(lèi)型、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、主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整及主減速器的減速形式上得以確定，從而逐步確定驅(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)組成及其作用。
第3章 主減速器設(shè)計(jì)
3.1 主減速比的確定
主減速比對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)形式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車(chē)的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。為了得到足夠的功率而使最高車(chē)速稍有下降，一般選得比最小值大10%～25%，即按下式選擇。即
=0.377=5.125 （3.1）
式中：nn——發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速5000r/n ；
—— 汽車(chē)最高 行駛車(chē)速120km/h ；
r——汽車(chē)滾動(dòng)半徑0.263m ；
igh——變速器最高檔傳動(dòng)比 0.806。
3.2 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定
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(chē)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(chē)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。即
/n=964 （） （3.2） =1935（） （3.3）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩74；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的為加速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比；
<=5.125×3.505=17.963
根據(jù)同類(lèi)型車(chē)型的變速器傳動(dòng)比選取=3.505；
——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；
——汽車(chē)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(lái)說(shuō)還應(yīng)考慮到汽車(chē)加速時(shí)負(fù)荷增大量，可初?。?795×9.8=7791N
——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0.9和1。
由式（3.2），式（3.3）求得的計(jì)算載荷，是最大轉(zhuǎn)矩而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不能用它作為疲勞損壞依據(jù)。對(duì)于公路車(chē)輛來(lái)說(shuō)，使用條件較非公路用車(chē)輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均牽引力的值來(lái)確定的，即主加速器的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
==368（） （3.4）
式中：——汽車(chē)滿載總重1460×9.8=14308；
——所牽引的掛車(chē)滿載總重，N，僅用于牽引車(chē)取=0；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，貨車(chē)通常取0.015～0.020，可初取 =0.018；
——汽車(chē)正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)。貨車(chē)通常取0.05～0.09，可初取=0.07；
——汽車(chē)性能系數(shù)
（3.5）
當(dāng) =37.7>16時(shí)，取=0。
3.3 主減速器齒輪參數(shù)的選擇
（1）齒數(shù)的選擇 對(duì)于普通單級(jí)主減速器，為了磨合均勻，z1z2之間應(yīng)該避公數(shù)
為了得到理想的重合度和高的齒輪彎曲強(qiáng)度，主，從動(dòng)齒輪和不應(yīng)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)于乘用車(chē)，Z1一般不少于9；對(duì)于商用車(chē)，Z1一般不少于6。主傳動(dòng)比i0較大時(shí)，Z1盡量取得少些，以便得到滿意的離地間隙。對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，Z1和Z2應(yīng)具有適宜的搭配。
（2）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(jiàn)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：
=128.4～151.5mm （3.6）
式中：——直徑系數(shù)，取=13～15.3；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，取，較小的。
計(jì)算得，=128.4～151.5mm，初取=143.5mm。
（3）齒輪端面模數(shù)的選擇 選定后，可按式算出從動(dòng)齒輪大端模數(shù)，并用下式校核
= 3.5
（4）齒面寬的選擇 汽車(chē)主減速器螺旋錐齒輪面寬度推薦為：
F=0.155=22.mm，可初取F=24.2mm。
（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)。
（6）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°。
3.4 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 主減速器螺旋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)
8
2
今動(dòng)齒輪齒數(shù)
41
3
模數(shù)
3.5mm
4
齒面寬
=22.24mm
5
工作齒高
5.64mm
6
全齒高
=6.3mm
7
法向壓力角
=22°
續(xù)表
序號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
8
軸交角
=90°
9
節(jié)圓直徑
=
28mm
=143.5mm
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=11.04°
=78.96°
11
節(jié)錐距
A==
A=73.2mm
12
周節(jié)
t=3.1416
t=10.99mm
13
齒頂高
=4.46mm
=1.1375mm
14
齒根高
=
=1.835mm
=5.162mm
15
徑向間隙
c=
c=0.658㎜
16
齒根角
=1.436°
=4.034°
17
面錐角
；
=14.46°
=82.38°
18
根錐角
=
=
=9.24°
=75.53°
19
齒頂圓直徑
=
=36.764㎜
=143.94㎜
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=70.86㎜
=12.88㎜
21
理論弧齒厚
=8.06mm
=10.32mm
22
齒側(cè)間隙
B=0.305～0.406
0.356mm
23
螺旋角
=35°
3.4.2 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尺寸計(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。
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
（3.7）
式中：——單位齒長(zhǎng)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；
——從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取23mm。
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
=805N/mm （3.8）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取74；
——變速器的傳動(dòng)比，3.505；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取28mm。
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
=1103 （3.9）
式中：——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7791N；
——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0.263m。
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/mm，故滿足條件。
②輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算。汽車(chē)主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力為
=412 MPa （3.10）
式中：
——錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力，MPa；
——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，對(duì)從動(dòng)齒輪，取中的較小值，為964（Nm）；
k0——過(guò)載系數(shù)，一般取1；
ks——尺寸系數(shù)，(ms/25.4)0.25=0.609；
km——齒面載荷分配系數(shù)，懸臂式結(jié)構(gòu)，km=1.00；
kv——質(zhì)量系數(shù)，取1；
ms——從動(dòng)齒輪端面模數(shù)取3.5；
b——所計(jì)算的齒輪齒面寬；b=22.4mm；
D—所討論齒輪大端分度圓直徑；D=143.5mm；
Jw—齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取0.253。
對(duì)于主動(dòng)錐齒輪， T=209Nm；從動(dòng)錐齒輪，T=964Nm；
將各參數(shù)代入式（2-7），有：
主動(dòng)錐齒輪， =395MPa；
從動(dòng)錐齒輪， =412Mpa。
按照文獻(xiàn)[1], 主從動(dòng)錐齒輪的≤[]=700MPa，輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。
小齒輪齒數(shù)Z1
大齒輪齒數(shù)Z2
圖3.1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
（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：
σj= =1669Mpa （3.11）
式中：
σj—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=28mm
b—主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬較小值；b=22.4mm
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0.28；
Tz—主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩；Tz=209（N.m）；
k0、km、kv選擇同式（3.9）。
按照文獻(xiàn)[1]，σj≤[σj]=2800MPa，輪齒接觸強(qiáng)度滿足要求。
大齒輪齒數(shù)Z2
小齒輪齒數(shù)Z1
圖3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理
汽車(chē)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、工作時(shí)間長(zhǎng)、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn)。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；
（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)[7]。
汽車(chē)主減速器和差速器圓錐齒輪與雙曲面齒輪目前均用滲碳合金鋼制造。常用的鋼號(hào)，，及[8]，在本設(shè)計(jì)中采用了。
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)HRC58～64，而芯部硬度較低，當(dāng)m≤8時(shí)為HRC32～45。
對(duì)于滲碳深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù)m≤5時(shí)，為0.9～1.3mm。
由于新齒輪潤(rùn)滑不良，為了防止齒輪在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期磨損，圓錐齒輪與雙曲面齒輪副熱處理及精加工后均予以厚度為0.005～0.010～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面鍍層不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤(rùn)滑。
對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá)25％。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)溫度低，故不會(huì)引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會(huì)防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。
3.6 主減速器軸承的計(jì)算
設(shè)計(jì)時(shí)，通常是先根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)尺寸初步確定軸承的型號(hào)，然后驗(yàn)算軸承壽命。影響軸承壽命的主要外因是它的工作載荷及工作條件，因此在驗(yàn)算軸承壽命之前，應(yīng)先求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力、圓周力，然后再求出軸承反力，以確定軸承載荷。
(1) 作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力
齒面寬中點(diǎn)的圓周力P為
（3.12）
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=55（N.m）；
——該齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑。
注：汽車(chē)在行駛過(guò)程中，由于變速器檔位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不盡處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，因此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是疲勞損傷，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)矩可按下式求得：
（3.13）
式中：——變速器Ⅰ，Ⅱ，，Ⅴ檔使用率為1％，3％，5％，16％，
75％；
——變速器的傳動(dòng)比為3.505，2.043，1.383，1.00，0.806；
——變速器處于Ⅰ，Ⅱ，，Ⅴ檔時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率50％，60％，70％，70％，60％。
對(duì)于螺旋錐齒輪
=121.91（mm） （3.14）
=23.78（mm） （3.15）
式中：d1m——主動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑；
d2m——從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑；
——從動(dòng)齒輪齒面寬；
——從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角78.96；
計(jì)算得：=902N
螺旋錐齒輪的軸向力與徑向力
主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽螅恍D(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針：
=-543（N） （3.16） =514（N） （3.17）
從動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)橛遥?
=514 （3.18）
=-543 （3.19）
式中：——齒廓表面的法向壓力角20；
——主、從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角11.04，78.96。
（2）主減速器軸承載荷的計(jì)算 軸承的軸向載荷，就是上述的齒輪軸向力。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪徑向力、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、支承型試和軸承位置已確定，并算出齒輪的徑向力、軸向力及圓周力以后，則可計(jì)算出軸承的徑向載荷。
①懸臂式支承主動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷 如圖3.3（a）所示軸承A、B的徑向載荷為
=1483.37（N） （3.20）
=460.76（N） （3.21）
（a） （b）
圖3.3 主減速器軸承的布置尺寸
其尺寸為：a=40，b=20，c=60;
式中：——齒面寬中點(diǎn)處的圓周力；
——主動(dòng)齒輪的軸向力；
——主動(dòng)齒輪的徑向力；
——主動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑。
②單級(jí)減速器的從動(dòng)齒輪的軸承徑向載荷
軸承C、D的徑向載荷分別為：
=644（N） （3.22）
RD=538（N） （3.23）
其尺寸為： a=100.5，b=40.5，c=60;
式中：——齒面寬中點(diǎn)處的圓周力；
——從動(dòng)齒輪的軸向力；
——從動(dòng)齒輪的徑向力；
——從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑。
軸承A
計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P
=0.366 （3.24）
錐齒輪圓錐滾子軸承e值為0.36，故 >e，由此得X=0.4,Y=1.7。另外查得載荷系數(shù)fp=1.2[9]。
=1820N （3.25）
式中：
—— 當(dāng)量動(dòng)載荷=1516N；
X—— 徑向動(dòng)載荷系數(shù)取，X =0.4；
Y—— 軸向動(dòng)載荷系數(shù)取，Y =1.7；
—— 軸承A的徑向力=1483N；
——軸承A的軸向力=543N。
軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)負(fù)荷
（3.26）
式中：
FP——載荷系數(shù)，取FP =1.2；
ft——溫度系數(shù)，取 ft =1；
ε——滾子軸承的壽命系數(shù)，取ε=10/3；
n——軸承轉(zhuǎn)速=5000r/min；
——軸承的預(yù)期壽命=5000h；
——為壽命指數(shù)，對(duì)于圓錐滾子軸承取，=10/3。
初選軸承型號(hào)
初步選擇Cr =28200N的圓錐滾子軸承30204。
驗(yàn)算30204圓錐滾子軸承的壽命
（3.27）
式中：——溫度系數(shù)取，=1；
——基本額定動(dòng)載荷=26920N；
—— 當(dāng)量動(dòng)載荷=1516N；
n——軸承轉(zhuǎn)速=5000r/min；
——為壽命指數(shù)，對(duì)于圓錐滾子軸承取，=10/3。
所選擇30204[10]圓錐滾子軸承的壽命高于預(yù)期壽命，故選30204軸承,經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)軡M足。軸承B、軸承C、軸承D、軸承E強(qiáng)度都可按此方法得出，其強(qiáng)度均能夠滿足要求。
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(lái)實(shí)現(xiàn)。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(kāi)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(chē)在通過(guò)障礙時(shí)放油塞不易被撞掉。
3.8 本章小結(jié)
本章根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定了主減速器的參數(shù)，對(duì)主減速器齒輪進(jìn)行了載荷的計(jì)算、選擇齒輪參數(shù)的，螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算并對(duì)主減速器齒輪的材料及熱處理，主減速器的軸承的選擇。
第4章 差速器設(shè)計(jì)
4.1 概述
根據(jù)汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車(chē)輪、道路的特征，為了消除由于左右車(chē)輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的弊病[11]，汽車(chē)左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，保證了汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車(chē)輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。差速器作用：分配兩輸出軸轉(zhuǎn)矩，保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)[12]。 本次設(shè)計(jì)選用的普通錐齒輪式差速器結(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(chē)驅(qū)動(dòng)橋。
4.2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器
設(shè)計(jì)中采用的普通對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器（如圖4.1）由差速器左殼為整體式，
2個(gè)半軸齒輪，2個(gè)行星齒輪，2個(gè)行星齒輪軸，半軸齒輪以及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用該結(jié)構(gòu)。
圖4.1普通對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器
由于差速器殼是裝在主減速器從動(dòng)齒輪上，故在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到從動(dòng)齒及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。普通圓錐齒輪差速器的工作原理圖，如圖4.2所示。
圖4.2 普通圓錐齒輪差速器的工作原理圖
4.2.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇
（1）行星齒輪數(shù)目的選擇 輕型貨車(chē)以及微型汽車(chē)多用2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，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。
球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定：
=24.69～29.6（mm） （4.1）
圓整取=30mm
式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，2.52～3.0，對(duì)于有2個(gè)行星輪的乘用車(chē)取大值，取3.0；
確定后，即根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距：
=（0.98～0.99）=29.008～29.304mm 取29mm （4.2）
（3）行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應(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)。取=10，=16。
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：
= =13 （4.3）
（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 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角：
==32；=90°-=68 （4.4）
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)：
=3.105 （4.5）
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)3.25；
式中：在前面已初步確定。
算出模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得：
（4.6）
（5）壓力角 目前汽車(chē)差速器齒輪大都選用的壓力角[13]，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減至10，并且再小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的情況下還可由切相修正加大半軸齒輪齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。
（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(zhǎng)度。
=35.97（mm）
=14.6 mm （4.7）
式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩964；
n——行星齒輪數(shù)2；
——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=20.8mm；
[]——支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為69Mpa。
4.2.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算
表4.1為汽車(chē)差速器用直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟，表中計(jì)算用的弧齒厚系數(shù)τ見(jiàn)圖4.3。
表4.1 汽車(chē)差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表
序號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
1
行星齒輪齒數(shù)
≥10，應(yīng)盡量取最小值
=10
2
半軸齒輪齒數(shù)
=14～25，且需滿足式（3-4）
=16
3
模數(shù)
=3.25mm
4
齒面寬
b=(0.25～0.30)A;b≤10m
7.25mm
5
工作齒高
=5.2mm
6
全齒高
5.862
7
壓力角
22.5°
8
軸交角
=90°
9
節(jié)圓直徑
；
d1=30.25mm
d2=52mm
10
節(jié)錐角
，
=32°
11
節(jié)錐距
=28.5mm
12
周節(jié)
=3.1416
=10.22mm
13
齒頂高
;
=3.35mm
=1.87mm
14
齒根高
=1.788-;=1.788-
=2.46mm