1目 錄第 1 章 緒論 11.1 課題研究的目的和意義 11.2 課題研究現(xiàn)狀 21.2.1 主減速器型式及其現(xiàn)狀 21.2.差速器形式發(fā)展現(xiàn)狀 .41.2.半軸形式發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.2.橋殼形式發(fā)展現(xiàn)狀. .51.3 設(shè)計主要內(nèi)容 6第 2 章 設(shè)計方案的確定 72.1 基本參數(shù)的選擇 72.2 主減速比的計算 72.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定 82.4 差速器的選擇 82.5 半軸型式的確定 92.6 橋殼型式的確定 92.7 本章小結(jié) .9第 3 章 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 103.1 主減速齒輪計算載荷的計算 103.2 主減速器齒輪參數(shù)的選擇 113.3 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算與強度計算 123.3.1 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算 .123.3.2 主減速器螺旋錐齒輪的強度計算 .133.4 主減速器齒輪的材料及熱處理 163.5 第二級斜齒圓柱齒輪基本參數(shù)的選擇 163.6 第二級斜齒圓柱齒輪校核 183.7 主減速器軸承的計算 193.8 主減速器的潤滑 223.9 本章小結(jié) 23第 4 章 差速器設(shè)計 244.1 差速器的作用 244.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器 24摘要 .124.2.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 .254.2.2 差速器齒輪的幾何尺寸計算與強度計算 .274.4 本章小結(jié) 29第 5 章 半軸設(shè)計 .305.1 半軸的設(shè)計與計算 305.1.1 全浮式半軸的設(shè)計計算 .305.1.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料與熱處理 .325.2 本章小結(jié) 33第 6 章 驅(qū)動橋橋殼設(shè)計 .346.1 橋殼的受力分析及強度計算 346.1.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計算 .346.1.2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強度計算 .356.1.3 汽車以最大牽引力行駛時的橋殼的強度計算 .356.1.4 汽車緊急制動時的橋殼強度計算 .376.1.5 汽車受最大側(cè)向力時橋殼的強度計算 .386.2 本章小結(jié) 40結(jié)論 41參考文獻(xiàn) 42致謝 433摘 要本次設(shè)計的題目是中型貨車驅(qū)動橋設(shè)計。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、半軸及橋殼四部分組成，其基本功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右車輪，并使左、右驅(qū)動車輪具有汽車行駛運動學(xué)所要求的差速功能；此外，還要承受作用于路面和車架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。本文首先論述了驅(qū)動橋的總體結(jié)構(gòu)，在分析驅(qū)動橋各部分結(jié)構(gòu)型式、發(fā)展過程，及其以往形式的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，確定了總體設(shè)計方案：采用整體式驅(qū)動橋，主減速器的減速型式采用雙級減速器，主減速器齒輪采用螺旋錐齒輪，差速器采用普通對稱式圓錐行星齒輪差速器，半軸型式采用全浮式，橋殼采用鑄造整體式橋殼。在本次設(shè)計中， 主要完成了雙級減速器、圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸、橋殼的設(shè)計工作。關(guān)鍵詞： 驅(qū)動橋；主減速器；全浮式半軸；橋殼；差速器45678第 1 章 緒 論1.1 課題研究的目的和意義汽車驅(qū)動橋是汽車傳動系統(tǒng)的重要組成，承載著汽車的滿載荷重及地面經(jīng)車輪、車架給予的垂直力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動橋還傳遞著傳動系中的最大轉(zhuǎn)矩。汽車驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計參數(shù)對汽車動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性有直接影響。驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式選擇、設(shè)計參數(shù)選取及設(shè)計計算對汽車的整車設(shè)計和性能極其重要 [1]。對一些載重較大的載重汽車，要求較大的減速比，用單級主減速器傳動，則從動齒輪的直徑就必須增大，會影響驅(qū)動橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級減速器。雙級減速器有兩組減速齒輪，實現(xiàn)兩次減速增扭。為提高錐形齒輪副的嚙合平穩(wěn)性和強度，第一級減速齒輪副是螺旋錐齒輪。二級齒輪副是斜齒圓柱齒輪。主動圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動從動圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而完成一級減速。第二級減速的主動圓柱齒輪與從動圓錐齒輪同軸而一起旋轉(zhuǎn)，并帶動從動圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第二級減速。因從動圓柱齒輪安裝于差速器外殼上，所以，當(dāng)從動圓柱齒輪轉(zhuǎn)動時，通過差速器和半軸即驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動 [2]。 隨著中國公路建設(shè)水平的不斷提高，公路運輸車輛正向大噸位、多軸化、大馬力方向發(fā)展，使得重型車橋總成也向傳動效率高的單級減速方向發(fā)展。但目前我國卡車中，雙級減速橋的應(yīng)用比例還在 60%左右。如我國重卡大量使用的斯太爾驅(qū)動橋?qū)儆诘湫偷碾p級減速橋，其一級減速的結(jié)構(gòu)，主減速器總成相對較小，橋包尺寸減小，因此離地間隙加大，通過性好，承載能力也較大，是廣泛用于公路運輸，以及石油、工礦、林業(yè)、野外作業(yè)和部隊等多種領(lǐng)域的車輛 [3]。本次的設(shè)計題目為汽車驅(qū)動橋的設(shè)計，通過本次的設(shè)計能讓我們更好的認(rèn)識驅(qū)動橋，了解驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)與工作原理，更鍛煉了我們的動手能力，同時也更好的掌握了查閱資料的方法，把我們大學(xué)所學(xué)的知識貫穿到了一起，是我們能夠更好的運用自己所學(xué)的理論知識，讓理論與實踐相結(jié)合，更好的讓自己掌握其中的精髓。設(shè)計與專業(yè)關(guān)系緊密，可綜合利用所學(xué)的專業(yè)課有汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計、機械設(shè)計、工程材料和CAD 繪圖等知識。更為我們以后工作打下了良好的基礎(chǔ)。91.2 課題研究現(xiàn)狀1.2.1 主減速器型式及其現(xiàn)狀 主減速器的結(jié)構(gòu)形式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安裝(1)主減速器齒輪的類型 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動橋中，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、從動齒輪軸線交于一點，交角都采用 90 度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運轉(zhuǎn)時其噪聲和振動也是很小的 [4]。雙曲面齒輪如圖 1.2(b)所示主、從動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)點有：①尺寸相同時，雙曲面齒輪有更大的傳動比。②傳動比一定時，如果主動齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。圖 1.2 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪③當(dāng)傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。④工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動，又有沿齒長方向的縱向滑動，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。雙曲面齒輪傳動有如下缺點：①長方向的縱向滑動使摩擦損失增加，降低了傳動效率。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度和防刮傷添加劑的特種潤滑油 [5]。10(2)主減速器主動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 1.3 所示，其特點是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸徑，其上安裝兩個圓錐滾子軸承。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)簡單，支承剛度較差，多用于傳遞轉(zhuǎn)鉅較小的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器中。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 主動錐齒輪騎馬式支承(3)從動錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇 從動錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時應(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。主減速器從動錐齒輪采用無輻式結(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 [6]。(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，預(yù)緊使軸向位移減小至原來的 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)緊力超過某一理想值時，軸承壽命會急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩時換算所得軸向力11的 30％。主動錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用套筒與墊片，從動錐齒輪軸承預(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減速、雙級減速(如圖2.5)、單級貫通、雙級貫通、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)動橋下的離地間隙、驅(qū)動橋的數(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。1.2.2 差速器型式發(fā)展現(xiàn)狀 根據(jù)汽車行駛運動學(xué)的要求和實際的車輪、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間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，拐彎時外側(cè)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長。另外，即使汽車作直線行駛，也會由于左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、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輪外徑不同或滾動半徑不相等而要求(a) 單級主減速器 (b) 雙級主減速器圖 1.5 主減速器車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動車輪軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右車輪的轉(zhuǎn)速雖然相等而行程卻又不同的這一運動學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會是輪胎過早磨、無益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動車輪軸超載等，還會因為不能按所要求的瞬時中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時12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輪在運動學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動輪間都有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運動學(xué)的要求。差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計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。差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運輸車輛，對于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅(qū)動車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)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動車輪間的所謂輪間差速器使用；對于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動車輪滑轉(zhuǎn)而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強制鎖止式和自然鎖止式兩類。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比式的 [7]。1.2.3 半軸型式發(fā)展現(xiàn)狀驅(qū)動車輪的傳動裝置置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動車輪。在斷開式驅(qū)動橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中．驅(qū)動車輪的傳動裝置包括半軸和萬向接傳動裝置且多采用等速萬向節(jié)。在一般非斷開式驅(qū)動橋上，驅(qū)動車輪的傳動裝置就是半軸，這時半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動齒輪連接起來。半浮式半軸具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價低廉等優(yōu)點。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，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢，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)用于輕型以上的各類汽車上,本設(shè)計采用此種半軸 [8]。1.2.4 橋殼型式發(fā)展現(xiàn)狀驅(qū)動橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。作用在驅(qū)動車輪上的牽引力、制動力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋完既是承載件又是傳力件，同時它又是主減速器、差速器及驅(qū)動車輪傳動裝置(如半軸)的外殼 [9]。在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強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13擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時，還應(yīng)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等 [10]。結(jié)構(gòu)形式分類：可分式、整體式、組合式。按制造工藝不同分類：鑄造式——強度、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，本設(shè)計采用鑄造橋殼。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)，轎車和中小型貨車，部分重型貨車 [11]。1.3 設(shè)計主要內(nèi)容(1) 完成驅(qū)動橋的主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動橋橋殼的結(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)計計算(3) 完成差速器的設(shè)計與計算(4) 完成半軸的設(shè)計與計算(5) 完成驅(qū)動橋橋殼的受力分析及強度計算(6) 繪制裝配圖及零件圖14第 2 章 設(shè)計方案的確定2.1 基本參數(shù)的選擇技術(shù)參數(shù)：發(fā)動機最大功率 Pemax kW/np (r/min) 99/3000發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 Temax N·m/nr (r/min) 373/1300最大裝載質(zhì)量 kg 5000汽車總質(zhì)量 kg 9250最高車速 km/h 90后輪輪距 mm 1740最小離地間隙 mm 265輪胎(輪輞寬度-輪輞直徑) 英寸 9.00－202.2 主減速比的計算主減速比對主減速器的結(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汽車的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。 的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計時和傳動0i系統(tǒng)的總傳動比一起由整車動力計算來確定。可利用在不同的下的功率平衡圖來計算對汽車動力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計，對發(fā)動機與傳動系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇 值，可是汽車獲得最佳的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。0i為了得到足夠的功率而使最高車速稍有下降，一般選得比最小值大 10%～25%，即按下式選擇：=0.377 =0.377×0.493×3000/(90×1)=6.25 (2.1)0ighaprivnmx式中： ——車輪的滾動半徑r=0.0254[ +(1- )b]=0.493(m) 輪輞直徑 d=20 英寸輪輞寬度 b=9 英寸，r2d?=0.05；?——變速器最高檔傳動比 1.0(為直接檔)。 ghi152.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定(1)主減速器齒輪的類型 螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運轉(zhuǎn)時其噪聲和振動也是很小的。本次設(shè)計采用螺旋錐齒輪 [4]。(2)主減速器主動錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇本次設(shè)計選用： 主動錐齒輪：懸臂式支撐(圓錐滾子軸承)從動錐齒輪：騎馬式支撐(圓錐滾子軸承)(3)從動錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇從動錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時應(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。主減速器從動錐齒輪采用無輻式結(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，預(yù)緊使軸向位移減小至原來的 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)緊力超過某一理想值時，軸承壽命會急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩時換算所得軸向力的 30％。主動錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用波形套筒，從動錐齒輪軸承預(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減速、雙級減速、單級貫通、雙級貫通、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力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比的大小及驅(qū)動橋下的離地間隙、驅(qū)動橋的數(shù)目及布置形式等。本次設(shè)計采用雙級減速，主要從傳動比及它是載重量超過 6t 的重型貨車和保證離地間隙上考慮。2.4 差速器的選擇差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計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。差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運輸車輛，對于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅(qū)動車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)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對稱式圓16錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動車輪間的所謂輪間差速器使用；對于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動車輪滑轉(zhuǎn)而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強制鎖止式和自然鎖止式兩類。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比式的。但對于本設(shè)計的車型來說只選用普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器即可。本次設(shè)計選用：普通錐齒輪式差速器，因為它結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)可靠，適用于本次設(shè)計的汽車驅(qū)動橋。2.5 半軸型式的確定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，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)用于輕型以上的各類汽車上。本次設(shè)計選擇全浮式半軸。2.6 橋殼型式的確定整體式橋殼的特點是將整個橋殼制成一個整體，橋殼猶如一個整體的空心梁，其強度及剛度都比較好。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立的主減速殼里，構(gòu)成單獨的總成，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。鑄造式橋殼強度、剛度較大多用于重型貨車。本次設(shè)計驅(qū)動橋殼就選用鑄造式整體式橋殼。2.7 本章小結(jié)本章首先確定了主減速比，以方便確定其它參數(shù)。對主減速器型式確定中主要從主減速器齒輪的類型、主減速器主動錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇、從動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給出驅(qū)動橋各個總成的基本結(jié)構(gòu)，分析了驅(qū)動橋各總成結(jié)構(gòu)組成。17第 3 章 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算3.1 主減速齒輪計算載荷的計算通常是將發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅(qū)動車輪打滑時這兩種情況下作用于主減速器從動齒輪上的轉(zhuǎn)矩( )的較小者，作為載貨汽車計算中用以?jeT,驗算主減速器從動齒輪最大應(yīng)力的計算載荷。即/n=5335 ( ) (3.1)TTLej Ki????0max mN?=9925( ) (3.2)BrjiG??2式中： ——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 373 ；maxeT?——由發(fā)動機到所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比；Li= =2×7.64=15.28TLi01maxax0(cosin)rtgTGf??????根據(jù)同類型車型的變速器傳動比選取 =7.641i——上述傳動部分的效率，取 =0.9；T?T——超載系數(shù)，取 =1.0；0K0Kn——驅(qū)動橋數(shù)目 1；——汽車滿載時驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；但后橋來說還應(yīng)考慮到2G汽車加速時負(fù)荷增大量，可初?。? ×9.8×60%=68208N；2滿G——分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅(qū)動輪之間的傳動效率和減LBi,?速比,分別取 0.96 和 3.125;由式(3.1)，式 (3.2)求得的計算載荷，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)。對于公路車輛來說，使用條件較非公路用車輛穩(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確定的，即主加速器的平均計算轉(zhuǎn)矩為= =1009( ) (3.3)jmT)()(PHRLBrTaffniG????mN?18式中： ——汽車滿載總重 9450×9.8 N；aG——所牽引的掛車滿載總重 ,N, 僅用于牽引車取 =0；T TG——道路滾動阻力系數(shù)，貨車通常取 0.015～0.020，可初取 =0.015；Rf Rf——汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)。貨車通常取 0.05～0.09，可初H取 =0.05；f——汽車性能系數(shù)Pf(3.4)])(195.06[maxeTPGf ???當(dāng) =46.8616 時，取 =0max)(195.0eTG?Pf3.2 主減速器齒輪參數(shù)的選擇(1)齒數(shù)的選擇 對于普通雙級主減速器，由于第一級的減速比 i01 比第二級的 i02小些(通常 i01/ i02≈1.4～2.0)，這時，第一級主動錐齒輪的齒數(shù) z1 可選的較大，約在9～15 范圍內(nèi)。第二級圓柱齒輪傳動的齒數(shù)和，可選在 68±10 的范圍內(nèi)。(2)節(jié)圓直徑地選擇 根據(jù)從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩(見式 3.2，式 3.3 并取兩者中較小的一個為計算依據(jù))按經(jīng)驗公式選出：(3.5)322jdTK??式中： ——直徑系數(shù)，取 =13～16；2dK——計算轉(zhuǎn)矩， ，取 ， 較小的。jTmN?jje計算得， =227.15～279.57mm ，初取 =230mm。2 2d(3)齒輪端面模數(shù)的選擇 選定后，可按式 算出從動齒輪大端模數(shù)，2 2/zdm?并用下式校核=8.3~9.6 =8.84 m 取 93tmjKT?? 2/zd?(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=0.155 =35.65mm，可初取 F =36mm。2d2(5)螺旋錐齒輪螺旋方向 一般情況下主動齒輪為左旋，從動齒輪為右旋，以使二齒輪的軸向力有互相斥離的趨勢。(6)螺旋角的選擇 螺旋角應(yīng)足夠大以使 1.25。因 愈大傳動就愈平穩(wěn)噪聲?FmF就愈低。螺旋角過大時會引起軸向力亦過大，因此應(yīng)有一個適當(dāng)?shù)姆秶Ｔ谝话銠C械制造用的標(biāo)準(zhǔn)制中，螺旋角推薦用 35°。193.3 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算與強度計算3.3.1 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算 雙重收縮齒的優(yōu)點在于能提高小齒輪粗切工序。雙重收縮齒的齒輪參數(shù)，其大、小齒輪根錐角的選定是考慮到用一把實用上最大的刀頂距的粗切刀，切出沿齒面寬方向正確的齒厚收縮來。當(dāng)大齒輪直徑大于刀盤半徑時采用這種方法是最好的。主減速器錐齒輪的幾何尺寸計算見表 3.1。表 3.1 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計算用表序號 項 目 計 算 公 式 計 算 結(jié) 果1 主動齒輪齒數(shù) 1z132 從動齒輪齒數(shù) 2 263 模數(shù) m9㎜4 齒面寬 b36㎜?b5 工作齒高 Hhg1?15.3㎜gh6 全齒高 2 =20㎜7 法向壓力角 ?=22.5°?8 軸交角 ?=90°?9 節(jié)圓直徑 =dmz117㎜?1d= 234㎜210 節(jié)錐角arctan?1?21z=90°-2=26.57°1?=63.43°211 節(jié)錐距 A = 1sin?d=02iA =119.4㎜012 周節(jié) t=3.1416 mt=28.27㎜13 齒頂高21agah??k2 =11.97mm1ah=3.33mm214 齒根高 =fa=5.022mm1f=13.662mm215 徑向間隙 c= gh?c=1.16㎜20序號 項 目 計 算 公 式 計 算 結(jié) 果16 齒根角 0arctnAhff??=2.2°1f?=5.96°217 面錐角 ；21fa??12fa???=32.53°a=65.63°218 根錐角=ff??=22=24.37°f=57.47°219 齒頂圓直徑11cos?aahd?=22?=138㎜1ad=241㎜220 節(jié)錐頂點止齒輪外緣距離11inakA?2dk?2s?h=119.766㎜1kA=59.978㎜221 理論弧齒厚 1tsmSk2 =53.15mm1s=164.02mm222 齒側(cè)間隙 B=0.305～0.406 0.300mm23 螺旋角 ?=35°?3.3.2 主減速器螺旋錐齒輪的強度計算在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，應(yīng)對其強度進(jìn)行計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠性地工作。在進(jìn)行強度計算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。螺旋錐齒輪的強度計算：(1)主減速器螺旋錐齒輪的強度計算①單位齒長上的圓周力(3.6)FPp?式中： ——單位齒長上的圓周力， N/mm;pP——作用在齒輪上的圓周力， N，按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 和最大附著力矩兩maxeT種載荷工況進(jìn)行計算；按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算時：=1353.141429N/mm (3.7)FdiTpge??2103max21按最大附著力矩計算時:=4754.25 (3.8)FdrGp??2103?/Nm雖然附著力矩產(chǎn)生的 p 很大，但由于發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩的限制 p 最大只有 1353.13 N/mm可知，校核成功。②輪齒的彎曲強度計算。汽車主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計算彎曲應(yīng)力為)/(2mNw?(3.9)JmzFKTvSjw????20312?式中： ——超載系數(shù) 1.0；0K——尺寸系數(shù) = =0.772；s s4.25——載荷分配系數(shù) 1.1~1.25；m——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，檔齒輪接觸良好、節(jié)及徑向跳動精vK度高時，取 1；J——計算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，見圖 3.1， 210.3,.5J?圖 3.1 彎曲計算用綜合系數(shù) J作用下： 從動齒輪上的應(yīng)力 =310.34MPa700MPa；jeT2w?作用下： 從動齒輪上的應(yīng)力 =120.17MPa210.9MPa；jm '22當(dāng)計算主動齒輪時， /Z 與從動相當(dāng)，而 ，故 , jT12J?1w?2'1w'2?綜上所述，故所計算的齒輪滿足彎曲強度的要求。汽車主減速器齒輪的損壞形式主要時疲勞損壞，而疲勞壽命主要與日常行駛轉(zhuǎn)矩即平均計算轉(zhuǎn)矩 有關(guān)， 只能用來檢驗最大應(yīng)力，不能作為疲勞壽命的計jmjmje或算依據(jù)。(2)輪齒的接觸強度計算 螺旋錐齒輪齒面的計算接觸應(yīng)力 (MPa)為：j?(3.10)JFKTdCvfmsjpj ????301102?注： =1, =1, =1.11, =10Ksmv——材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取 232.6 ；pC mN/21——表面質(zhì)量系數(shù)，對于制造精確的齒輪可取 1；fJ—— 計算應(yīng)力的綜合系數(shù)， =0.12，見圖 3.2 所示；2J=211.2MPa =2800MPa jm?jm][?=1313.68MPa =1750MPa，故符合要求、校核合理。jeje圖 3.2 接觸強度計算綜合系數(shù) J233.4 主減速器齒輪的材料及熱處理汽車驅(qū)動橋主減速器的工作相當(dāng)繁重，與傳動系其他齒輪比較，它具有載荷大、工作時間長、載荷變化多、帶沖擊等特點。其損壞形式主要有齒根彎曲折斷、齒面疲勞點蝕( 剝落)、磨損和擦傷等。據(jù)此對驅(qū)動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度和接觸疲勞強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要適應(yīng)我國的情況。例如: 為了節(jié)約鎳、鉻等我國發(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雙曲面齒輪目前均用滲碳合金鋼制造。常用的鋼號 ， ，及 ，在本設(shè)計中采用了CrMnorTi2,0MnVBrNio20, TiBn20。n2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 時為 HRC32～45。?對于滲碳深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù) m 5 時，為 0.9～1.3mm。由于新齒輪潤滑不良，為了防止齒輪在運行初期產(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草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)用于補償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。對齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá) 25％。對于滑動速度高的齒輪，為了提高其耐磨性進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時溫度低，故不會引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。3.5 第二級斜齒圓柱齒輪基本參數(shù)的選擇雙級主減速器的圓柱齒輪副中心距 A 及齒寬 b 可按如下經(jīng)驗公式預(yù)選：=183.65~208.28 mm 初取 200mm??392.1~5.0jzTA?= 5335 jzTmN?24=76~82mm??Ab41.0~38.?螺旋角 取 20o?壓力角取 20o?。?.50~4.50） ，取 4 mmnM由 得 =23 =72???????????cos2)(4304ZmAin34Z對 A 進(jìn)行修正得 202mm表 3.2 主減速器第二級斜齒輪的幾何尺寸計算用表序號 項 目 計 算 公 式 計 算 結(jié) 果1 主動齒輪齒數(shù) 1z 232 從動齒輪齒數(shù) 2 723 法向模數(shù) nm 4㎜4 齒寬 b28㎜?b5 螺旋角 ?20o㎜?6 標(biāo)準(zhǔn)中心距 0A=202㎜0A7 法向壓力角 ?=20°?8 分度圓直徑 d=98mm1d=306mm29 齒頂高 =ah?mn 4㎜?1ah= 4㎜210 齒根高 f=5mm1f=5mm2fh11 全齒高 h h=9㎜12 齒頂圓直徑 ad=106mm1ad=314mm213 齒根圓直徑 f=88mm1f=297mm2fd253.6 第二級斜齒圓柱齒輪校核（1）齒輪彎曲強度校核 ??btyKFw?式中：——圓周力（N） ， ；1 dTFg21?——計算載荷（N·mm） ；gT——節(jié)圓直徑（mm） ， ， 為法向模數(shù)（mm） ；d?coszmnn——斜齒輪螺旋角 ；?)(?——應(yīng)力集中系數(shù)， =1.50；?K?K——齒面寬（mm） ；b——齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù) 在齒形系數(shù)圖 3.2 中查得；y ?3coszn?——重合度影響系數(shù)， =2.0。?K?K圖 3.3 齒形系數(shù)圖將上述有關(guān)參數(shù)據(jù)代入公式（3.15） ，整理得到26?????KyzmTcngw3os2?=190.97MPa?cngw33=222.74MPa????yzTcngw3os24?對于貨車當(dāng)計算載荷取變速器輸入軸最大轉(zhuǎn)距時，其許用應(yīng)力不超過 100~250MPa，所以均合適。（2）齒輪接觸應(yīng)力校核（3.11）)1(418.0bzjFE????式中：——輪齒接觸應(yīng)力（MPa） ；j?——齒面上的法向力（N） ， ；F??cos1F?——圓周力（N） ， ；1 dTFg21——計算載荷（N·mm） ； 為節(jié)圓直徑（mm） ；gT——節(jié)點處壓力角， 為齒輪螺旋角；??——齒輪材料的彈性模量 （MPa） ；E510.2?——齒輪接觸的實際寬度（mm） ；b， ——主從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（ mm） ，直齒輪 ，z? ??sinzr?斜齒輪 ， ；?sinbr????2cosinzr???2cosinbr?、 ——主從動齒輪節(jié)圓半徑（mm） 。z=0418× =227.6MPa)1(418.0bzjFE??? )36.591.8(3016.7???符合要求。3.7 主減速器軸承的計算設(shè)計時，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，然后驗算軸承壽命。影響軸承壽命的主要外因是它的工作載荷及工作條件，因此在驗算軸承壽命之27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齒輪上的力齒面寬中點的圓周力 P 為(3.12)mdT2?式中：T——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩。主動齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 ；dT1——該齒輪齒面寬中點的分度圓直徑。md注：汽車在行駛過程中，由于變速器檔位的改變，且發(fā)動機也不盡處于最大轉(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)行計算。作用在主減速器主動錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 可按下式求得：dT1(3.13)3543223113max )10)10()0([ TgTgTge fiffiffif ??????? ⅣⅡ （?式中： —— 變速器Ⅰ，Ⅱ， ,Ⅴ檔使用率為 1％，3％，5％，16％，421,,ggff? ?75％；——變速器的傳動比為 7.64，4.27，2.61，1.59，1.00；ⅤⅡⅠ ，， ggii?,—— 變速器處于Ⅰ，Ⅱ， ,Ⅴ檔時的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩利用率421,TTff? ?50％，60％，70％，70％，60％。對于螺旋錐齒輪=202(mm) (3.14)22sin?Fdm??=101(mm) (3.15)11Z式中： ——主、從動齒輪齒面寬中點的分度圓直徑；md21,—— 從動齒輪齒面寬F—— 從動齒輪的節(jié)錐角 63.43 ；2? ?計算得 = =52820N1P2螺旋錐齒輪的軸向力與徑向力主動齒輪的螺旋方向為左；旋轉(zhuǎn)方向為順時針：=22600(N) (3.16))cosinsi(tancos 111 ?????????PA28=37530(N) (3.17))sincos(tancos111 ?????????PR從動齒輪的螺旋方向為右：=43610(N) (3.18))cosisi(tacs 222 ????A=4439(N) (3.19)incotno222 ???????PR式中： ——齒廓表面的法向壓力角 22.5 ；??——主、從動齒輪的節(jié)錐角 26.57 ，63.43 。21,? ?(2)主減速器軸承載荷的計算 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，則可計算出軸承的徑向載荷。①懸臂式支承主動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=12022(N) (3.20)212)5.0()1mAdAbRPaR???=13368.21(N) (3.21).(Bc(a) (b) 29圖 3.3 主減速器軸承的布置尺寸其尺寸為：懸臂式支撐的主動齒輪 a=65,b=30,c=95;式中： ——齒面寬中點處的圓周力；P——主動齒輪的軸向力；A——主動齒輪的徑向力；R——主動齒輪齒面寬中點的分度圓直徑。md1②雙級減速器的從動齒輪的軸承徑向載荷軸承 C、D 的徑向載荷分別為=5305.9(N) (3.22)222 ]'[]'Re)'(5.0[ fPefdAgRm????=24561.4(N) (3.23)222 '''.1 kckcD式中： —— 齒面寬中點處的圓周力；P—— 從動齒輪的軸向力；A—— 從動齒輪的徑向力；R——第二級減速斜齒圓柱齒輪的圓周力、軸向力和徑向力；','——第二級減速主動齒輪的節(jié)圓直徑；d——從動齒輪齒面寬中點的分度圓直徑。m2(3.24)'2'dTP?(3.25)?tan'A(3.26)?cos/R式中： ——計算轉(zhuǎn)矩；T——斜齒圓柱齒輪的螺旋角；?——法向壓力角。?3.8 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，其中尤其應(yīng)注意主減速器主動錐齒輪的前軸承的潤滑，因為其潤滑不能靠潤滑油的飛濺來實現(xiàn)。為此，通常是在從動齒輪的前端近主動齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，將飛30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放油塞不易被撞掉。3.9 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)，對主減速器齒輪計算載荷的計算、齒輪參數(shù)的選擇，螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算與強度計算并對主減速器齒輪的材料及熱處理，軸承的預(yù)緊，主減速器的潤滑等做了必要的交待。選擇了機械設(shè)計、機械制造的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。