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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 選題背景目的及意義 從目前我國(guó)載貨車(chē)銷(xiāo)售的結(jié)構(gòu)上看，由于國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及市政建設(shè)的投入日益加大，重型自卸車(chē)的銷(xiāo)量猛增；又由于貨物運(yùn)輸向?qū)Ｓ没⒋笮突l(fā)展，傳統(tǒng)意義的重型載貨車(chē)較之上年有不同程度的下挫。 對(duì)于國(guó)內(nèi)卡車(chē)市場(chǎng)而言，雖然最近群雄并起，各種資本紛紛進(jìn)入，競(jìng)爭(zhēng)異常殘酷激烈，但目前大的格局基本已定：解放、東風(fēng)、重汽、陜汽、歐曼將躋身第一集團(tuán)；上汽依維柯紅巖、江淮、北奔、華菱做為第二集團(tuán)，將向第一集團(tuán)的地位不斷發(fā)起沖擊；而廣汽、集瑞、長(zhǎng)安、大運(yùn)等后起之秀或許會(huì)后來(lái)居上、有所作為，有待市場(chǎng)考驗(yàn)。 自卸車(chē)市場(chǎng)，占據(jù)較大數(shù)量的是東風(fēng)EQ3208系列，占市場(chǎng)的70％多。該系列采用康 明斯180至210馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，超大的車(chē)廂以及經(jīng)濟(jì)型的配置使得該車(chē)在自卸車(chē)市場(chǎng)具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。 牽引車(chē)市場(chǎng)受追捧的是陜汽、重汽的S35和S29，良好的性價(jià)比以及大馬力、大噸位的特點(diǎn)使得該系列產(chǎn)品擁有極佳的口碑。260至360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)、富勒變速箱、斯太爾加強(qiáng)橋使該車(chē)的配置光彩奪目。 貨運(yùn)車(chē)（包括倉(cāng)柵車(chē)）競(jìng)爭(zhēng)極為激烈，可用群雄紛爭(zhēng)來(lái)形容，一汽的CA1200系列、東風(fēng)的EQ1208系列、紅巖的CQ19系列等都是暢銷(xiāo)產(chǎn)品。重型專用車(chē)批量小、難度高，一直不為國(guó)內(nèi)企業(yè)所重視，高檔專用車(chē)為進(jìn)口品牌所壟斷，沃爾沃、曼等品牌參與國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)主要以專用車(chē)為主。 國(guó)外卡車(chē)的發(fā)展趨勢(shì) 各國(guó)商用車(chē)制造廠家目前正采用令人驚嘆的高新技術(shù)來(lái)最大限度地保障安全，提高效率。重型車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)安全、可靠、舒適的人性化設(shè)計(jì)等方面提出更高的要求。 在安全性方面，國(guó)際潮流是安裝制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、翻車(chē)警告系統(tǒng)、電子控制制動(dòng)系統(tǒng)（EBS）、紅外線夜視系統(tǒng)以及其它的駕駛室安全性措施。在歐洲，多數(shù)重型車(chē)駕駛室都要經(jīng)受?chē)?yán)格的加載、撞擊與扭振試驗(yàn)，完全合格后方可投入批量生產(chǎn)。其目的是在發(fā)生翻車(chē)事故后，駕駛室不會(huì)被壓扁，保證駕駛員的生存空間，車(chē)門(mén)不會(huì)自行打開(kāi)，人員不會(huì)拋出車(chē)外。 在舒適性方面，現(xiàn)在的商用車(chē)乘坐舒適性已接近轎車(chē)的水平。主要表現(xiàn)為駕駛室空間比轎車(chē)還要寬敞許多，各種設(shè)施一應(yīng)俱全。特別是長(zhǎng)途行駛的牽引車(chē)，不僅有音響、冷暖空調(diào)和通訊設(shè)備，而且還有衛(wèi)星導(dǎo)航、冷熱飲柜、電視、衣柜等裝備；駕駛室的支點(diǎn)裝有彈性緩沖裝置，駕駛員座椅下方有空氣彈簧緩沖支承，保證了駕駛員乘坐舒適平穩(wěn)。 在環(huán)保性方面，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的提高，為實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)降低廢氣排放提供了基本保證。同時(shí)新技術(shù)的應(yīng)用又可以幫助清潔柴油，減少?gòu)U氣排放。如催化微粒過(guò)濾器，它可以清除排氣中90％至95％的煙塵等。 在可靠性和耐久性方面，國(guó)外先進(jìn)企業(yè)中重型載貨汽車(chē)的保修期大多在60萬(wàn)公里，實(shí)際上都能保證80萬(wàn)至100萬(wàn)公里無(wú)大修，而國(guó)內(nèi)保修期大多在10萬(wàn)公里左右。國(guó)外重型載貨汽車(chē)只要在正常情況下使用就基本不會(huì)出現(xiàn)故障，而國(guó)內(nèi)的車(chē)初期故障率則一直較高。我國(guó)的維修保養(yǎng)費(fèi)用在汽車(chē)運(yùn)輸成本中的比重遠(yuǎn)高于國(guó)外水平。 福田2006年3月推出的重卡新產(chǎn)品——?dú)W系頂級(jí)歐曼ETX，采用全鋼結(jié)構(gòu)一次性沖壓成型的高頂寬體車(chē)身，其中牽引車(chē)、載貨車(chē)等車(chē)身采用四點(diǎn)全浮式減震裝置，多向可調(diào)節(jié)減震座椅?？蛇x裝GPS定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、車(chē)載冰箱、車(chē)載電話、DVD以及電動(dòng)天窗等配置。車(chē)身的迎風(fēng)面積為6..98m2（一般重卡為7.48m2），風(fēng)阻系數(shù)較低，可節(jié)油12%～18%。 歐曼ETX秉承了歐曼重卡一貫的高大威猛車(chē)身造型，彰顯了歐洲重卡的陽(yáng)剛之氣。駕駛室符合歐洲EEC法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的防正面、側(cè)面碰撞、頂壓以及前端鉆進(jìn)的全面安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，碰撞安全性大大提高。在實(shí)現(xiàn)安全駕駛的同時(shí)，也充分考慮到了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于環(huán)保的要求。 歐曼ETX共分兩個(gè)系列產(chǎn)品：洲際版和豪華版。洲際版采用歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的美國(guó)康明斯ISM發(fā)動(dòng)機(jī)（Mil）。該機(jī)在低轉(zhuǎn)速800x/min時(shí)可提供880～1250N·m的起步扭矩，而且可提供28%～45%的扭矩儲(chǔ)備。豪華版主要配裝濰柴動(dòng)力的06款發(fā)動(dòng)機(jī)。ETX配裝美國(guó)伊頓S9全同步器變速器，485單級(jí)減速?zèng)_焊驅(qū)動(dòng)橋——與13t雙級(jí)減速橋相比，該橋具有傳動(dòng)效率高、節(jié)油、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。ETX的離合器為430大摩片螺旋彈簧式。該車(chē)所用的WEVB發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)，可使制動(dòng)器的使用壽命提高45%～55%。 駕駛室內(nèi)部的轎車(chē)化內(nèi)飾，豪華優(yōu)雅、高檔氣派，符合了現(xiàn)代人的審美情趣。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的轎車(chē)化儀表臺(tái)、采用了集成化控制。采用奔馳技術(shù)的單桿變速操縱系統(tǒng)，使駕駛員長(zhǎng)途駕駛操縱更輕便、更靈活。四點(diǎn)全浮懸置、氣囊減震的座椅，整體式側(cè)裙板、后輪罩等設(shè)置都大幅度提高了整車(chē)的舒適性能。 重卡輕量化作為目前市場(chǎng)的主流，不僅是企業(yè)技術(shù)與研發(fā)的核心，更是消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)的主選。一批掌握了輕量化技術(shù)的重卡企業(yè)，已經(jīng)在2010年的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中突出重圍、脫穎而出，成為了用戶的寵兒。 歐曼憑借在輕量化方面的領(lǐng)先技術(shù)和豐富的產(chǎn)品線，其輕量化牽引車(chē)集輕量化、安全可靠、燃油經(jīng)濟(jì)性于一身，成為了大家關(guān)注的焦點(diǎn)。為滿足不同類(lèi)型用戶的需求，歐曼將產(chǎn)品細(xì)分為高速型、標(biāo)準(zhǔn)型和重載型。豐富的產(chǎn)品線，為歐曼6系牽引車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)，憑借著穩(wěn)定而卓越的技術(shù)，歐曼6系輕量化牽引車(chē)為用戶帶來(lái)了更多的額外收益，贏得了越來(lái)越多的消費(fèi)者信任。 2010年11月13日，由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織主辦的第十二屆中國(guó)專利獎(jiǎng)評(píng)選活動(dòng)中，福田歐曼ETX重型卡車(chē)的外觀設(shè)計(jì)專利榮獲中國(guó)交通類(lèi)外觀設(shè)計(jì)唯一金獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)為中國(guó)專利獎(jiǎng)評(píng)選活動(dòng)中首次設(shè)立的獎(jiǎng)項(xiàng)，也是目前國(guó)內(nèi)外觀設(shè)計(jì)專利領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。 福田歐曼ETX的上市，不但代表了我國(guó)重卡不斷進(jìn)步的技術(shù)水平，而且正在引領(lǐng)著我國(guó)卡車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 1.2設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題 1、設(shè)計(jì)車(chē)型歐曼3系主要參數(shù)如表1.1 表1.1 歐曼3系主要參數(shù) 輪胎 9.00R20 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 118/2600 Pemax kW/np （r/min） 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 255/2000 Temax N·m/nr （r/min） 裝載質(zhì)量 6000 kg 汽車(chē)滿載總質(zhì)量 12000 kg 滿載時(shí)軸荷分布 前軸3820 后軸8280 kg 最大車(chē)速 90 km/h 輪距（雙胎中心線） 1900 mm 2、基本內(nèi)容 (1) 研究驅(qū)動(dòng)橋組成、結(jié)構(gòu)、原理； (2) 主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基本參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算； (3) 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇、尺寸及強(qiáng)度計(jì)算； (4) 驅(qū)動(dòng)半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算； (5) 驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析與強(qiáng)度計(jì)算。 3、擬解決的主要問(wèn)題 (1)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式及布置方案的確定。 (2)驅(qū)動(dòng)橋零部件尺寸參數(shù)確定及校核。 (3)完成驅(qū)動(dòng)橋裝配圖和主要部分零件圖。 第2章 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定 2.1 總體方案論證 2.1.1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車(chē)、客車(chē)和公共汽車(chē)上，在多數(shù)的越野汽車(chē)和部分轎車(chē)上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車(chē)簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車(chē)輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車(chē)為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車(chē)為了降低汽車(chē)的質(zhì)心高度和車(chē)廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車(chē)的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車(chē)為了進(jìn)一步降低車(chē)廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的旁邊。 在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車(chē)、多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)和超重型載貨汽車(chē)上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無(wú)聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車(chē)的總體布置很方便。 2.1.2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒(méi)有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性整體外殼或梁。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開(kāi)式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車(chē)架橫粱或車(chē)廂底板上，或與脊梁式車(chē)架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車(chē)架或車(chē)廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。 汽車(chē)懸掛總成的類(lèi)型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車(chē)行駛平順性的主要因素，而汽車(chē)簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車(chē)廂傾斜，提高汽車(chē)的行駛平順性和平均行駛速度，減小車(chē)輪和車(chē)橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車(chē)及一些越野汽車(chē)上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車(chē)或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車(chē)。 由于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱資料，參照國(guó)內(nèi)相關(guān)貨車(chē)的設(shè)計(jì),最后本課題選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。 2.2 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 在多數(shù)汽車(chē)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（半軸）及橋殼等部件如圖2.1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2.1 驅(qū)動(dòng)橋 2.3 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(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。 2.4 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定 2.4.1主減速比的計(jì)算 主減速比對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)形式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小影響很大。當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。的選擇應(yīng)在汽車(chē)總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比一起由整車(chē)動(dòng)力計(jì)算來(lái)確定。可利用在不同的下的功率平衡圖來(lái)計(jì)算對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性的影響。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來(lái)選擇值，可是汽車(chē)獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車(chē)、長(zhǎng)途公共汽車(chē)尤其是競(jìng)賽車(chē)來(lái)說(shuō)，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的值應(yīng)能保證這些汽車(chē)有盡可能高的最高車(chē)速。這時(shí)值應(yīng)按下式來(lái)確定[5]： =0.377 （2.1）——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，=0.414 m ——變速器最高檔傳動(dòng)比1.0（為直接檔）。 ——最大功率轉(zhuǎn)速2600r/min ——最大車(chē)速90km/h 對(duì)于與其他汽車(chē)來(lái)說(shuō)，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： =（0.377~0.472） （2.2） 經(jīng)計(jì)算初步確定=5.14按上式求得的應(yīng)與同類(lèi)汽車(chē)的主減速比相比較，并考慮到主、從動(dòng)主減速齒輪可能的齒數(shù)對(duì)予以校正并最后確定。 2.4.2主減速器的齒輪類(lèi)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(chē)驅(qū)動(dòng)橋上，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(chē)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(chē)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。 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。 螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)捏合，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。本次設(shè)計(jì)采用螺旋錐齒輪。如圖2.2。 圖2.2 螺旋錐齒輪傳動(dòng) 2.4.3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、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 　　　 　 （a） 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（a）所示，單級(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)橋的基本型，在貨車(chē)車(chē)上占有重要地位。目前貨車(chē)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，許多貨車(chē)使用條件對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低，因此，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。 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時(shí)才采用。通常僅用在裝在質(zhì)量10t以上的重型汽車(chē)上 本次設(shè)計(jì)貨車(chē)主減速比=5.14，所以采用單級(jí)主減速器。 2.4.4主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方法 1.現(xiàn)在汽車(chē)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(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)矩較小的轎車(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2.3 主動(dòng)錐齒輪懸臂式支承 圖2.4 主動(dòng)錐齒輪騎馬式支承 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，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。 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，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相向朝內(nèi)，而小端相向朝外。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，從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑較大時(shí)采用螺栓和差速器殼固定在一起[6]。 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）。 2.5 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定 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。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車(chē)輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長(zhǎng)。另外，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 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[7]。 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。 2.6 半軸形式的確定 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。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(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)。根據(jù)半軸外端支撐形式分為半浮式，3/4浮式，全浮式。 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(chē)和輕型載貨汽車(chē)。 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(lèi)汽車(chē)上。 根據(jù)相關(guān)車(chē)型及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用全浮半軸。 2.7 橋殼形式的確定 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。其主要缺點(diǎn)是橋殼不能做成復(fù)雜而理想的斷面，壁厚一定，故難于調(diào)整應(yīng)力分布。 鋼板沖壓焊接整體式橋殼是由鋼板沖壓焊接成的橋殼主體、兩端再焊上帶凸緣的半軸套管及鋼板彈簧座組成。其制造工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高、廢品率低生產(chǎn)率高極、及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)外，還有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是其質(zhì)量小，但是比有些鑄造橋殼可靠，由于鋼板沖壓焊接整體式橋殼有一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)不但應(yīng)用于轎車(chē)，輕型貨車(chē)、中型載貨車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼就選用鋼板沖壓焊接式整體橋殼。 2.8 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(lèi)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?；敬_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 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 主減速齒輪計(jì)算載荷的計(jì)算 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 =7907.93 () (3.1) =29744.39() (3.2) 式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩255； ——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主加速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比； ==5.14×6.45=33.153 根據(jù)同類(lèi)型車(chē)型的變速器傳動(dòng)比選取=6.45 ——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?。? =×9.8=81144N ——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(3.1)，式(3.2)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，即主減速器的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 ==3702.2 () (3.3) 式中：——汽車(chē)滿載總重117600N； ——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 =0.013； ——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=0.06； ——汽車(chē)性能系數(shù) (3.4) 當(dāng) =40.95>16時(shí)，取=0 3.2主減速器齒輪參數(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(chē)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。初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)=14，從動(dòng)齒輪齒數(shù)=29。 齒輪端面模數(shù),由GB/T12368-1990，取6mm。主減速器齒輪的具體參數(shù)如表3.1。 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) 果 1 主動(dòng)齒輪齒數(shù) 14 2 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 29 3 模數(shù) 6 4 齒面寬 =28mm =44mm 5 工作齒高 6.05mm 6 全齒高 =6mm 7 法向壓力角 =20° 8 軸交角 =90° 9 節(jié)圓直徑 = 84mm =174mm 10 節(jié)錐角 arctan =90°- =27° =63° 11 節(jié)錐距 A= A=97.64mm 12 周節(jié) t=3.1416 t=18.85mm 13 齒頂高 =2.56mm =3.62mm 14 齒根高 = =3.49mm =6.29mm 15 徑向間隙 c= c=1.56mm 16 齒根角 =29° =63° 17 面錐角 ； =27° =66° 18 根錐角 = = =29° =58° 19 外圓直徑 = =87mm =177mm 20 節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離 =84.162mm =37.295mm 21 理論弧齒厚 =20.91mm =7.36mm 22 齒側(cè)間隙 B=0.254~0.330 0.3mm 23 螺旋角 =35° 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。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)。 旋角的選擇 螺旋角是在節(jié)錐表面的展開(kāi)圖上定義的，齒面寬中點(diǎn)處為該齒輪的名義螺旋角。螺旋角應(yīng)足夠大以使1.25。因越大傳動(dòng)就越干穩(wěn)，噪聲就越低。在一般機(jī)械制造用的標(biāo)準(zhǔn)制中，螺旋角推薦用35°。 法向壓力角a的選擇 法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，也可以使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。對(duì)于貨車(chē)弧齒錐齒輪，α一般選用20°。 3.3 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。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。 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。 ①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)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。 ②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。 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。 1.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。 2.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。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／mm。 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 (3.5) 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； 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： =883.1 (3.6) 按最大附著力矩計(jì)算時(shí): =1545 (3.7) 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p最大只有883.1 可知，校核成功。 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 (3.8) 式中：——超載系數(shù)1.0； ——尺寸系數(shù)==0.772 ——載荷分配系數(shù)1.1~1.25； ——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，檔齒輪接觸良好、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(jiàn)圖3.1。 圖3.1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J 作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力=455.37MPa<700MPa； 作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力=125.36MPa<210.9MPa； 當(dāng)計(jì)算主動(dòng)齒輪時(shí)，/Z與從動(dòng)相當(dāng)，而，故<,< 綜上所述，故所計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。 汽車(chē)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)矩有關(guān)，只能用來(lái)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： (3.9) ——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6； 注：=1, =1, =1.11, =1 ——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取1； J—— 計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù)，=0.1875，見(jiàn)圖3.2所示； =666.7MPa<=1750MPa =2373.45MPa<=2800MPa，故符合要求、校核合理。 圖3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J 3.4主減速器錐齒輪軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 錐齒輪齒面上的作用力 錐齒輪在工作過(guò)程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力以及垂直于齒輪軸線的徑向力。 齒寬中點(diǎn)處的圓周力F F= (3.10) 式中： T—作用在從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩； Dm2—從動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，由式（3-13）確定， 即 Dm2=D2-b2sinγ2 (3.11) 式中： D2—從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑；D2=174mm b2—從動(dòng)齒輪齒面寬；b2=44mm γ2—從動(dòng)齒輪節(jié)錐角；γ2=63° 將各參數(shù)代入式(3-11)，有： Dm2=134mm 將各參數(shù)代入式(3-10)，有： F=8323N 對(duì)于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的。 錐齒輪的軸向力Faz和徑向力Frz（主動(dòng)錐齒輪） 作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Faz和徑向力分別為 Faz= (3.12) Frz= (3.13) 將各參數(shù)分別代入式(3-12) 與式(3-13)中，有： Faz= 5527N，F(xiàn)rz=2368N 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?；旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針： =18904.6（N） （3.14） =4285.32（N） （3.15） 從動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)橛遥? =5613.67（N） （3.16） =16038.3(N) （3.17） 式中：A——總的軸向力； R——總的徑向力； ——齒廓表面的法向壓力角22.5； ——主、從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角27，63。 主動(dòng)錐齒輪選圓錐滾子軸承(GB/T297-1994)： 滾動(dòng)軸承30207 GB/T297-1994 滾動(dòng)軸承30208 GB/T297-1994 從動(dòng)齒輪選圓錐滾子軸承(GB/T297-1994)：滾動(dòng)軸承 30209 GB/T297-1994 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。 懸臂式支承主動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，軸承A、B的徑向載荷為 =13652.1（N） （3.18） =18368.21（N） （3.19） 式中：，——軸承A、B的徑向載荷 ——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。 3.5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，與傳動(dòng)系的其它齒輪相比，具有載荷大，作用時(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輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求： 1、具有較高的疲勞彎曲強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度； 2、輪齒心部應(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)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率； 4、選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國(guó)的情況。 汽車(chē)主減速器用的螺旋錐齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi 用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過(guò)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到58～64HRC，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)〉8時(shí)為29～45HRC。 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 當(dāng)端面模數(shù)m>5～8時(shí)，為1.0～1.4mm 由于新齒輪接觸和潤(rùn)滑不良，為了防止在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動(dòng)副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對(duì)研磨）后均予與厚度0.005～0.010mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面不應(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，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低，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(mén)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(lái)再經(jīng)過(guò)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)。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(mén)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(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。 3.7 本章小結(jié) 本章根據(jù)所給參數(shù)確定了主減速器的參數(shù)，對(duì)主減速器齒輪計(jì)算載荷的計(jì)算、齒輪參數(shù)的選擇，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，軸承的預(yù)緊，主減速器的潤(rùn)滑等做了必要的交待。選擇了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。 第4章 差速器設(shè)計(jì) 4.1 概述 汽車(chē)在行使過(guò)程中，左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)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(chē)輪上的負(fù)荷不均勻而引起車(chē)輪滾動(dòng)半徑不相等；這樣，如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車(chē)輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會(huì)引起車(chē)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會(huì)加劇輪胎磨損，另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，通過(guò)性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車(chē)輪間都裝有輪間差速器。 差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，用來(lái)保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。 4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理 對(duì)稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。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)。行星齒輪的中心點(diǎn)為C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。 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3-1），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。 當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合點(diǎn)A的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為=-。于是 +=（+）+(-) 即 +=2 （4.1） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則 （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，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。 由式（4.2）還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零，（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)）若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則有另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 汽車(chē)上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器。本設(shè)計(jì)即使用普通錐齒輪差速器。 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（如圖4.2所示）。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(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類(lèi)公路車(chē)輛上。 圖4.2 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器 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 a) 行星齒輪數(shù)n 通常情況下，貨車(chē)的行星齒輪數(shù)n=4。 b) 行星齒輪球面半徑Rb 行星齒輪球面半徑Rb反映了差速器錐齒輪節(jié)錐矩的大小和承載能力。 Rb=Kb （4.3） 式中： Kb—行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb=2.5～3.0，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的轎車(chē)取最大值； Td—差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； 將各參數(shù)代入式（4.3），有： Rb=38 mm 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)。 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 （4.4） 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。 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： （4.5） 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)： =3.4 （4.6） 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：GB/T12368-1990，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=4mm 確定模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得： 壓力角 目前汽車(chē)差速器齒輪大都選用的壓力角，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。 表4.1 汽車(chē)差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表（長(zhǎng)度單位mm） 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（4.5） =20 3 模數(shù) =4 4 齒面寬 F=(0.25～0.30)A; b≤10m 11.94mm 5 工作齒高 =6.4mm 6 全齒高 7.212 7 壓力角 20° 8 軸交角 90° 9 節(jié)圓直徑 ； 10 節(jié)錐角 ， =27° 11 節(jié)錐距 =37.65mm 12 周節(jié) =3.1416 =12.706mm 13 齒頂高 ; =6.12mm =2.87mm 14 齒根高 =1.788-;=1.788- =2.82mm =6.07mm 15 徑向間隙 =-=0.188+0.051 =0.991mm 16 齒根角 =; =61 °=60° 17 面錐角 ； =87=88 18 根錐角 ； =2 =33 19 外圓直徑 ； mm mm 20 節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 mm