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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 .I Abstract .II 第 1 章 緒論 .1 1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求 .1 1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計總體思路 .1 1.3 預(yù)期的成果 .2 1.4 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹 .2 1.5 設(shè)計內(nèi)容 .3 第 2 章 總體方案確定 .4 2.1 驅(qū)動橋方案確定 .4 2.2 轉(zhuǎn)向系方案確定 .7 2.2.1 概述 .7 2.2.2 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇 .7 2.2.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理 .9 2.3 本章小結(jié) .10 第 3 章 驅(qū)動橋的設(shè)計計算 .11 3.1 主減速器的設(shè)計 .11 3.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 .11 3.1.2 主減速器主動錐齒輪的支承型式及安裝方法 .13 3.1.3 主減速器從動錐齒輪的支承型式及安裝方法 .14 3.1.4 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計算 .14 3.2 差速器的設(shè)計 .20 3.2.1 差速器的結(jié)構(gòu)型式 .20 3.2.2 差速器的基本參數(shù)的選擇及計算 .22 3.3 半軸的設(shè)計 .24 3.3.1 半軸的結(jié)構(gòu)型式 .24 3.3.2 半軸的設(shè)計與計算 .24 3.3.3 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .28 3.4 車橋殼結(jié)構(gòu)選擇 .28 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3.4.1 驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)方案分析 .29 3.5 懸架結(jié)構(gòu)分析 .29 3.6 本章小結(jié) .30 第 4 章 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計計算 .31 4.1 轉(zhuǎn)向橋主要零件工作應(yīng)力的計算 .31 4.2 在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁應(yīng)力計算 .33 4.3 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動和側(cè)滑工況下的應(yīng)力 .34 4.4 主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計算 .35 4.5 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的計算 .37 4.6 轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計 .38 4.7 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計算 .41 4.8 懸架的結(jié)構(gòu)分析 .42 4.9 本章小結(jié) .44 結(jié)論 .45 參考文獻(xiàn) .46 致謝 .47 附錄 .48 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 車橋通過懸架與車架（或承載式車身）相聯(lián)，兩側(cè)安裝著車輪，用以在車 架（或承載式車身）與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。 汽車行駛過程中，經(jīng)常需要改變行駛方向，即所謂的轉(zhuǎn)向，這就需要有一 套能夠按照司機(jī)意志使汽車轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)，它將司機(jī)轉(zhuǎn)動方向盤的動作轉(zhuǎn)變?yōu)檐?輪的偏轉(zhuǎn)動作。 汽車轉(zhuǎn)向系是保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛中，保 證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求， 適時地改變行駛方向，并能在受到路面干擾偏離行駛方向時，與行駛系配合， 共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉(zhuǎn)向系和前橋?qū)ζ囆旭偟牟倏v性、穩(wěn)定性和 安全性都具有重要的意義。 絕大多數(shù)的發(fā)動機(jī)在上的縱向安置的，為使其轉(zhuǎn)矩能傳給左、右驅(qū)動車輪， 必須由驅(qū)動橋的主減速器來改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，同時還得由驅(qū)動橋的差速器 來解決左、右驅(qū)動車輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差速要求。 通過對汽車前橋轉(zhuǎn)向系和后橋驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計可以使學(xué)生掌握汽車前橋轉(zhuǎn) 向系和后橋驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和方法。培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的技能。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(jī)械設(shè) 計、工程材料和 CAD 繪圖等知識。 關(guān)鍵詞: 轉(zhuǎn)向系;驅(qū)動車輪;前橋;行使方向;改變轉(zhuǎn)矩 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT Front axle through suspension and frame (or integral body) on the installation associated with drive wheels, the frame (or to) and wheels and space body sends between vertical force, lead the longitudinal forces and transverse force. Automobile driving process, often need to change directions, the so-called steering, which requires a able to follow the driver will makes steering institutions, it will be the driver turned the steering wheel action into wheel deflection of action. Automotive steering system is to keep or change the car driving direction of the organization, in automotive steering driving, guarantee the steering wheel Angle relation between coordination. Guarantee in driving car drivers can manipulate requirements, according to timely change directions by road, can be in when driving direction interference deviation, and cooperate, together maintain driving is steadily run straight car. Steering system and of the car front axle for handling, stability and safety is of significance. Most off-road vehicle in the longitudinal engine placement, so that torque can be transmitted to the left and right drive wheels, drive axle must be the main steering gear to change the direction of torque transmission, while the shift had to drive axle differential to solve the left and right drive torque between the wheels and the differential distribution requirements. Through the automobile steering system and front axle design so that students can master automobile steering system and front axle structure design principle and method. Training theory with practice skills. Design and professional, comprehensive utilization of close relationship between the course can be learned a automobile structure, automobile design, mechanical design, engineering materials and CAD drawing knowledge. Keywords: Steering system;Driving wheel;Front axle;Exercise of direction; Change the torque 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 本課題是輕型載貨汽車車橋的設(shè)計。設(shè)計出輕型載貨汽車車橋，包括主減 速器、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置,轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及橋殼等部件，協(xié)調(diào)設(shè)計車輛的 全局。 1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求 a.本課題的來源：輕型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有一定的比重。車橋在整 車中十分重要，設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉的車橋，能大大降低整 車生產(chǎn)的總成本，推動輕型載貨汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 b.要完成本課題的基本前提條件是：在主要參數(shù)確定的情況下，設(shè)計選用 車橋的各個部件，選出最佳的方案。 c.技術(shù)要求：設(shè)計出的車橋符合國家各項輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn)，運行穩(wěn)定可靠， 成本降低，適合本國路面的行駛狀況和國情。 1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計總體思路 a. 本課題解決的主要問題：設(shè)計出適合本課題的車橋。輕型載貨汽車傳動 系的總?cè)蝿?wù)是傳遞發(fā)動機(jī)的動力，使之適應(yīng)于輕型貨車行駛的需要。在一般輕 型貨車的機(jī)械式傳動中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動機(jī)特性與輕型貨車行 駛要求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問題。首先是因為絕大多數(shù)的發(fā)動機(jī)在輕型貨 車上的縱向安置的，為使其轉(zhuǎn)矩能傳給左、右驅(qū)動車輪，必須由后驅(qū)動橋的主 減速器來改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，同時還得由車橋的差速器來解決左、右驅(qū)動車 輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差速要求。其次，需將經(jīng)過變速器、傳動軸傳來的動力， 通過后驅(qū)動橋的主減速器，進(jìn)行進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速的變化。因此，要 想使輕型貨車車橋的設(shè)計合理，首先必須選好傳動系的總傳動比，并恰當(dāng)?shù)貙?它分配給變速器和車橋。 b. 本課題的設(shè)計總體思路：非斷開式車橋的橋殼，相當(dāng)于受力復(fù)雜的空心 梁，它要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時還要盡量的減輕其重量。所選擇的減速 器比應(yīng)能滿足輕型貨車在給定使用條件下具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。對 載貨輕型貨車，由于它們有時會遇到坎坷不平的壞路面，要求它們的車橋有足 夠的離地間隙，以滿足輕型貨車在通過性方面的要求。車橋的噪聲主要來自齒 輪及其他傳動機(jī)件。提高它們的加工精度、裝配精度，增強(qiáng)齒輪的支承剛度， 是降低車橋工作噪聲的有效措施。車橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性 及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對車橋的沖擊載荷，從 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 而改善輕型貨車行駛的平順性。 通過查閱相關(guān)的資料，運用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，確定載重量為二噸 的轉(zhuǎn)向橋總成設(shè)計方案，進(jìn)行部件的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。使其達(dá)到以下要求： 1 具有足夠的強(qiáng)度，以保證可靠地承受車輪與車架之間的作用力。 2 保證真確的車輪定位，使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操作輕便并減輕輪胎的磨損。 3 前橋要有足夠的剛度，以使車輪定位參數(shù)保持不變。 4 轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷、轉(zhuǎn)向節(jié)與前粱之間的摩擦力應(yīng)盡可能的小，以保證轉(zhuǎn)向 操作的輕便性，并有足夠的耐磨性。 5 轉(zhuǎn)向輪的擺振應(yīng)盡可能的小，以保證汽車的正常、穩(wěn)定行駛。 前橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能的小，以減輕非懸掛質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 1.3 預(yù)期的成果 設(shè)計出輕型貨車的車橋，包括主減速器、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置及 橋殼等部件，配合其他同組同學(xué)，協(xié)調(diào)設(shè)計車輛的全局。使設(shè)計出的產(chǎn)品使用 方便，材料使用最少，經(jīng)濟(jì)性能最高。 a. 提高輕型貨車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng) 濟(jì)，更舒適，更機(jī)動，更方便，動力性更好，污染更少。 b. 改善輕型貨車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整輕型貨車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改 善其市場競爭地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益 1.4 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹 為適應(yīng)不斷完善社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制的要求以及加入世貿(mào)組織后國內(nèi)外 輕型貨車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形勢，推進(jìn)輕型貨車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，全面提高輕 型貨車產(chǎn)業(yè)國際競爭力，滿足消費者對輕型貨車產(chǎn)品日益增長的需求，促進(jìn)輕 型貨車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，特制定輕型貨車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。通過該政策的實施，使 我國輕型貨車產(chǎn)業(yè)在 2010 年前發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為實現(xiàn)全面建設(shè) 小康社會的目標(biāo)做出更大的貢獻(xiàn)。政府職能部門依據(jù)行政法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的強(qiáng) 制性要求，對輕型貨車、農(nóng)用運輸車（三輪車，下同) 、摩托車和零部件生產(chǎn)企 業(yè)及其產(chǎn)品實施管理，規(guī)范各類經(jīng)濟(jì)主體在輕型貨車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的市場行為。在 輕型貨車發(fā)展趨勢中，有著很好的發(fā)展前途。生產(chǎn)出質(zhì)量好，操作簡便，價格 便宜的輕型貨車將適合大多數(shù)消費者的要求。在國家積極投入和支持發(fā)展輕型 貨車產(chǎn)業(yè)的同時，能研制出適合中國國情，包括道路條件和經(jīng)濟(jì)條件的車輛， 將大大推動輕型貨車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的提高。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 在新政策輕型貨車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中，在 2010 年前，我國就要成為世界 主要輕型貨車制造國，輕型貨車產(chǎn)品滿足國內(nèi)市場大部分需求并批量進(jìn)入國際 市場；2010 年，輕型貨車生產(chǎn)企業(yè)要形成若干馳名的輕型貨車、摩托車和零部 件產(chǎn)品品牌；通過市場競爭形成幾家具有國際競爭力的大型輕型貨車企業(yè)集團(tuán)， 力爭到 2010 年跨入世界 500 強(qiáng)企業(yè)之列，等等。同時，在這個新的輕型貨車產(chǎn) 業(yè)政策描繪的藍(lán)圖中，還包含許多涉及產(chǎn)業(yè)素質(zhì)提高和市場環(huán)境改善的綜合目 標(biāo)，著實令人鼓舞。然而，不可否認(rèn)的是，國內(nèi)輕型貨車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀離產(chǎn)業(yè)政 策的目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)木嚯x。自 1994 年輕型貨車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策 頒布并執(zhí)行以 來，國內(nèi)輕型貨車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了顯著變化，企業(yè)規(guī)模效益有了明顯改善，產(chǎn)業(yè) 集中度有了一定程度提高。但是，長期以來困擾中國輕型貨車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的散、 亂和低水平重復(fù)建設(shè)問題，還沒有從根本上得到解決。多數(shù)企業(yè)家預(yù)計，在新 的輕型貨車產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵下，將會有越來越多的輕型貨車生產(chǎn)企業(yè)按照市場 規(guī)律組成企業(yè)聯(lián)盟，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)和資源共享。 1.5 設(shè)計內(nèi)容 由于本次設(shè)計車型有兩根車橋，所以主要圍繞前轉(zhuǎn)向橋與后驅(qū)動橋展開， 包括前橋中轉(zhuǎn)向器以及轉(zhuǎn)向器中的萬向節(jié)，后驅(qū)動橋中的減速器，差速器，半 軸，橋殼以及其他部分零件的設(shè)計。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 第 2 章 總體方案確定 2.1 驅(qū)動橋方案確定 車橋的結(jié)構(gòu)型式按齊總體布置來說共有三種，即普通的非斷開式車橋，帶 有擺動半軸的非斷開式車橋和斷開式車橋。 (a)普通非斷開式車橋；(b)帶有擺動半軸的非斷開式車橋；(c)斷開式車橋 圖 2.1 車橋的總體布置型式簡圖 方案（一）：非斷開式車橋 圖 2.2 非斷開式車橋 普通非斷開式車橋，如圖 2.2，由于其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、工作可靠， 最廣泛地用在各種載貨輕型貨車、客車和公共輕型貨車上，在多數(shù)的的輕型貨 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。它的具體結(jié)構(gòu)是橋殼是一根支承在左、右驅(qū) 動車輪上的剛性空心梁，而齒輪及半軸等所有的傳動機(jī)件都裝在其中。這時整 個車橋、驅(qū)動車輪及部分傳動軸均屬簧下質(zhì)量，使輕型貨車的簧下質(zhì)量較大， 這是它的一個缺點。采用單級主減速器代替雙級主減速器可大大減小車橋質(zhì)量。 采用鋼板沖壓-焊接的整體式橋殼及鋼管擴(kuò)制的整體式橋殼，均可顯著地減輕車 橋的質(zhì)量。 車橋的輪廓尺寸主要決定于主減速器的型式。在輕型貨車的輪胎尺寸和車 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齒輪直徑的 尺寸。在給定主減速器速比的條件下，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要 求，則可改用雙級結(jié)構(gòu)。后者僅推薦用于主減速比大于 7.6 且載貨在 6t 以上的 大型貨車上。在雙級主減速器中，通常是把兩級減速齒輪放在一個主減速器殼 內(nèi)，也可以將第二級減速齒輪移向驅(qū)動車輪并靠近輪轂，作為輪邊減速器。在 后一種情況下又有五種布置方案可供選擇。 方案（二）：斷開式車橋 圖 2.3 斷開式車橋 斷開式車橋區(qū)別于非斷開式車橋的明顯特點在于前者沒有一個連接左右驅(qū) 動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式車橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以 做相對運動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸架相匹配， 故又稱為獨立懸掛車橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 梁或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分 驅(qū)動車輪傳動裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動車輪由于采用獨立懸掛則 可以彼此獨立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應(yīng)地就要求驅(qū)動車輪的傳動 裝置及其外殼或套管，作相應(yīng)擺動。所以斷開式車橋也稱為“帶有擺動半軸的 車橋” 。 輕型貨車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定輕型 貨車行駛平順性的主要因素，因輕型貨車簧下部分質(zhì)量的大小，對其平順性也 有顯著的影響。斷開式驅(qū)動的簧下質(zhì)量較小，又與獨立懸架相配合，致使驅(qū)動 車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小輕型 貨車在不平路面上行駛時的振動和車廂傾斜；提高輕型貨車的行駛平順性和平 均行駛速度；減小車輪和車橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用 壽命。但是，由于斷開式車橋及與其相配的獨立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu) 主要見于對行駛平順性要求較高的一部分及一些輕型貨車上，且后者多屬于輕 型以下的貨車或多橋驅(qū)動的重型貨車。 方案（三）：多橋驅(qū)動的布置 為了提高裝載量和通過性，有些重型貨車及全部中型以上的貨車都是采用 多橋驅(qū)動，常采用 44、66、88 等驅(qū)動型式 2。在多橋驅(qū)動的情況下，動 力經(jīng)分動器傳給各車橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動力傳遞方式，多橋驅(qū)動貨 車各車橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動力經(jīng)分動器傳給各 車橋，需分別由分動器經(jīng)各車橋自己專用的傳動軸傳遞動力，這樣不僅使傳動 軸的數(shù)量增多，且造成各車橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。 而對 88 輕型貨車來說，這種非貫通式車橋就更不適宜，也難與布置了。 為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動貨車都是采用貫通式車橋的布置型式。 在貫通式車橋的布置中，各橋的傳動軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且 各車橋分別用自己的傳動軸與分動器直接聯(lián)接，而是位于分動器前面的或后面 的各相鄰兩橋的傳動軸，是串聯(lián)布置的。前后兩端的車橋（第一、第四橋）的 動力，是經(jīng)分動器并貫通中間橋（分別穿過第二、第三橋）而傳遞的。其優(yōu)點 是，不僅減少了傳動軸的數(shù)量，而且提高了各車橋零件的相互通用性，并且簡 化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對于輕型貨車的設(shè)計（如輕型貨車的變形） 、 制造和維修，都帶來方便。四橋驅(qū)動的越野輕型貨車也可采用側(cè)邊式及混合式 的布置。 經(jīng)上述分析，考慮到所設(shè)計的輕型貨車的載重和各種要求，其價格要求要 盡量低，故其生產(chǎn)成本應(yīng)盡可能降低。另由于輕型貨車對車橋并無特殊要求， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 和路面要求并不高，故本設(shè)計采用普通非斷開式車橋。 2.2 轉(zhuǎn)向系方案確定 2.2.1 概述 汽車在行駛過程中，經(jīng)常需要改變方向。就輪式汽車而言，改變行駛方向 的方法是，駕駛員通過一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車的轉(zhuǎn)向橋上的車輪相對于汽車 縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。此時路面作用于轉(zhuǎn)向輪上的向后的反力就有了垂直與車 輪的分量并成為汽車作曲線運動的向心力。在汽車直線行駛時，往往轉(zhuǎn)向輪也 會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動偏轉(zhuǎn)而干擾行駛方向。此時，駕駛員也可 以利用這一套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來的行駛方 向。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)即稱作汽車的轉(zhuǎn)向系。 轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩大類。在現(xiàn)代 汽車結(jié)構(gòu)中，常用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動方向盤， 經(jīng)過轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。有些汽車裝有防傷機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向減振 裝置。還有一些汽車的專門裝有動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，并借助此機(jī)構(gòu)來減輕駕駛員的 手力，以降低駕駛員的勞累程度。 對轉(zhuǎn)向系的主要要求有： 1、操縱輕便。轉(zhuǎn)向時加在方向盤上的力對轎車不超過 200N，對輕型貨車不超 過 360N,對中型貨車不超過 450N,方向盤的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少。 2、工作安全可靠。 3、在轉(zhuǎn)向后，方向盤有自動回正能力，能保持汽車有穩(wěn)定的直線行駛能力。 4、在前輪受到?jīng)_擊時，轉(zhuǎn)向系傳遞反向沖擊到方向盤上要小。 5、應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接處的間隙，間隙應(yīng)能自動補(bǔ)償即調(diào)整，除了設(shè)計應(yīng) 正確的選擇導(dǎo)向輪的定位角外，轉(zhuǎn)向盤在中間式的自由行程應(yīng)當(dāng)保證直線 行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向盤相對導(dǎo)向輪偏轉(zhuǎn)角的靈敏度。 2.2.2 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇 對轉(zhuǎn)向系設(shè)計的要求有： 1.汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞順時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè) 滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車行駛穩(wěn)定性。 2.汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到 直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。 3.汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自震，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 4.轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生 的擺動應(yīng)最小。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 5.保證汽車有較高的機(jī)動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。 6.操縱輕便。 7.轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 8.轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 9.在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向 系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 10.進(jìn)行運動校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向一致。 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器大體可分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，蝸桿滾輪 式轉(zhuǎn)向器和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器幾類。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動副， 以 及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：如圖 2.4，在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流 動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達(dá)到 75%85%；在 結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和 螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能， 可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和 齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。效率高、 工作可靠、平穩(wěn)，蝸桿和螺母上的螺旋槽在淬火后經(jīng)過磨削加工，所以耐磨且 壽命較長。齒扇和齒條嚙合間隙的調(diào)整工作容易進(jìn)行。和其它形式轉(zhuǎn)向器比較， 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對主要零件加工精度要求較高。 圖 2.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單，因此制造容易，成本低；但逆效率比較高， 極易發(fā)生反沖現(xiàn)象，會使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn) 向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害，為了防止和緩和反向沖 擊傳給方向盤，必須選擇較大的傳動比，或裝有吸振裝置的減振器。 圖 2.5 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器角傳動比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制， 不能完全滿足設(shè)計者的意圖。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精 度要求高。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式，決定了其效率特性以及對角傳動比變化特性的要求。 選用那種效率特性的轉(zhuǎn)向器應(yīng)有汽車用途來決定，并和轉(zhuǎn)向系方案有關(guān)。經(jīng)常 行駛在好路面上的轎車和市內(nèi)用客車，可以采用正效率較高的、可逆程度大的 轉(zhuǎn)向器。 綜上，本次選用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 2.2.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級傳動副。第一級是螺桿螺母傳動副，第二級 是齒條齒扇傳動副。 轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸支撐在兩個圓錐滾子軸承上。軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 轉(zhuǎn)向螺母的下平面上加工成齒條，與齒扇軸內(nèi)的齒扇部分相嚙合。通過轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向螺桿時，轉(zhuǎn)向螺母不轉(zhuǎn)動，只能軸向移動，并驅(qū)使齒扇軸轉(zhuǎn)動。為了 減小轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，其間裝有小鋼球以實現(xiàn)滾動摩擦。二者 的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面輪廓的螺旋管狀通道。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根導(dǎo) 管，兩端分別插入螺母的一對通孔。導(dǎo)管內(nèi)裝滿了鋼球。兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的 螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球流道。轉(zhuǎn)向器工作是兩列鋼球 只是在各自封閉的流道內(nèi)循環(huán)，而不脫出。 轉(zhuǎn)向螺母上的齒條式傾斜的，因此與之嚙合的齒應(yīng)當(dāng)是分度圓上的齒厚沿 齒扇軸線按線性關(guān)系變化的變厚齒扇。因為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的正傳動效率很高， 操作輕便，使用壽命長。經(jīng)常用于各種汽車。 綜上最后本次設(shè)計選定循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 2.3 本章小結(jié) 本章通過對車橋類型的比較和具體分析，總結(jié)出各種不同車橋的應(yīng)用場合 和車橋的優(yōu)缺點及使用方式。通過本章內(nèi)容對本次設(shè)計的車橋進(jìn)行初步選取。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 第 3 章 驅(qū)動橋的設(shè)計計算 3.1 主減速器的設(shè)計 3.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 主減速器的結(jié)構(gòu)型式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安 置方法以及減速型式的不同而異。在現(xiàn)代輕型貨車車橋上，主減速器采用得最 廣泛的是“格里森”Gleason）制或“奧利康” （Oerlikon）制的螺旋錐齒輪和 雙面錐齒輪。 (a)螺旋錐齒輪傳動；(b)雙曲面齒輪傳動 圖 3.1 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動 采用雙曲面齒輪。他的主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交 叉角（即將一軸線平移，使之與另一軸線相交的交角）也都是采用 90。主動 齒輪軸相對于從動齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個偏 移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當(dāng)偏移距大到一定程度，可使一個齒輪軸從另 一個齒輪軸旁通過。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。這對于 增強(qiáng)支承剛度、保證齒輪正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。和螺旋錐齒輪 由于齒輪的軸線相交而使得主、從動齒輪的螺旋角相等的情況不同，雙曲面齒 輪的偏移距使得主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃?齒輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。主動 齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)是大于從動齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳 動的主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)度 和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X 輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 輪當(dāng)量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。隨偏移距的不同，雙曲 面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高至 175%。雙曲面主動齒 輪的螺旋角較大，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)， 這有力于大傳動比傳動。當(dāng)要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒 輪更為合理。因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪 的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比 的傳動有其優(yōu)越性。對中5.40i 等傳動比，兩種齒輪都能很好適應(yīng)。由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo) 致其進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動 比螺旋錐齒輪沖動工作更加平穩(wěn)、無噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還 給輕型貨車的總布置帶來方便。 2134526789 301235不 涂 漆 34 圖 3.2 采用組合式橋殼的單級主減速器 減速型式的選擇與輕型貨車的類型及使用條件有關(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 的大小及車橋下的離地間隙、0i 車橋的數(shù)目及布置型式等。 本設(shè)計采用組合式橋殼的單級主減速器（圖） 。單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、 質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低等優(yōu)點。其主、從動錐齒輪軸承都直接支承在 與橋殼鑄成一體的主減速器殼上，結(jié)構(gòu)簡單、支承剛度大、質(zhì)量小、造價低。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 3.1.2 主減速器主動錐齒輪的支承型式及安裝方法 圖 3.3 主動錐齒輪齒面受力圖 在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下，主減速器主動齒輪的支承型式及安 置方法，對其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確捏合并具有較高使用壽命 的因素之一。 1-調(diào)整墊圈；2-調(diào)整墊片 圖 3.4 騎馬式支承 本設(shè)計采用騎馬式支承（圖 3.4） 。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承。 騎馬式支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減 小到懸臂式 1/30 以下。而主動錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至 1/51/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高 10%左右。此外，由于齒輪大端一側(cè) 前軸承及后軸承之間的距離很小，可以縮短主動錐齒輪軸的長度，使布置更緊 湊，這有利于減小傳動軸夾角及整車布置。騎馬式支承的導(dǎo)向軸承（即齒輪小 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 端一側(cè)的軸承）都采用圓柱滾子式的，并且其內(nèi)外圈可以分離，以利于拆裝。 為了進(jìn)一步增強(qiáng)剛度，應(yīng)盡可能地減小齒輪大端一側(cè)兩軸承間的距離，增大支 承軸徑，適當(dāng)提高軸承的配合的配合緊度。 3.1.3 主減速器從動錐齒輪的支承型式及安裝方法 圖 3.5 主減速器從動錐齒輪的支承型式及安置辦法 主減速器從動錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在軸 承之間的分布而定。兩端支承多采用圓錐錐子軸承，安裝時使它們的圓錐滾子 大端相向朝內(nèi)，而小端相背朝外。 為了防止從動齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承也應(yīng)預(yù)緊。由 于從動錐齒輪軸承是裝在差速器殼上，尺寸較大，足以保證剛度。球面圓錐滾 子軸承（圖 3.5（b） ）具有自動調(diào)位的性能，對軸的歪斜的敏感性較小，這在主 減速器從動齒輪軸承的尺寸大時極其重要。 3.1.4 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計算 主減速比 ,車橋的離地間隙和計算載荷，是主減速器設(shè)計的原始數(shù)據(jù)。0i A. 主減速比 的確定 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 主減速比對主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于 最高檔位時輕型貨車的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。 的選擇應(yīng)在輕型0i 貨車總體設(shè)計時和傳動系的總傳動比 一起由整車動力計算來確定?？衫迷赥i 不同 下的功率平衡圖來研究 對輕型貨車動力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計，對發(fā)oi 0i 動機(jī)與傳動系參數(shù)作最價匹配的方法來選擇 值，可使輕型貨車獲得最佳的動0i 力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 為了得到足夠的功率儲備而使最高車速稍有下降， 按下式計算 3：0i (3.1)ghaprini mx0)472.3.( 式中： 車輪滾動半徑，m；r 變速器最高檔傳動比；ghi 輕型貨車最高車速；max 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)速pnghaprini mx0)472.3.( 67.95.461230.4.0 根據(jù)所選定的主減速比 值，確定主減速器的減速型式為單級。查表得輕oi 型貨車車橋的離地間隙為 200mm. B主減速齒輪計算載荷的計算 通常是將發(fā)動機(jī)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（ 、 ）的較下者，作為載jeTj 貨輕型貨車和越野輕型貨車在強(qiáng)度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應(yīng)力 的計算載荷。既： (3.2)nKiTTLej /0max 29.1.426 N5398 (3.3)LBrjiGT2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 mN 4.8267.9034.50163 式中： 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，216 ；maxeT 由發(fā)動機(jī)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 取 4.1 上述傳動部分的效率，取 ；T9.0T 超載系數(shù)，對于一般載貨輕型貨車、礦用輕型貨車和越野輕型貨車0K 以及液力傳動的各類輕型貨車取 ；10K 該車的車橋數(shù)目；n= 2n 輕型貨車滿載時一個車橋給水平地面的最大負(fù)載，G 2=16345N； 2 輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用輕型貨車，取 ；85.0 車輪的滾動半徑，rr =0.364m； ， 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LBi 率和減速比（例如輪邊減速器等） 。 ，9.0LB67.LBi 由式（3.2） 、式（3.3）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的依據(jù)。對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn) 定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均牽引力來確定的，即主減速器從動齒輪的 平均計算轉(zhuǎn)矩 （Nm）為jmT (3.4)()(PHRLBrTajmffniG 式中： 輕型貨車裝載總重，25200N；aG 所牽引的掛車滿載總重，N，但僅用于牽引車；T 道路滾動阻力系數(shù)；fR=0.015 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 輕型貨車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)；fH=0.06 輕型貨車或貨車列車的性能系數(shù)。P (3.5)max)(195.06eTAPGf 當(dāng) 時 取195.0maxeTGPf)()(PHRLBrTajmffni N 6.14 167.90.15.0325 C主減速齒輪基本參數(shù)的選擇 主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主從動錐齒輪齒數(shù)、從動錐齒輪大端分度圓 直徑和端面模數(shù)、主從動錐齒輪齒面寬、雙齒面齒輪副的偏移距、中點螺旋角、 法向壓力角等。 a. 齒數(shù)的選擇 選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素： 1. 為了磨合均勻，主從動錐齒輪齒數(shù)之間應(yīng)避免有公約數(shù)。 2. 為了得到理想的齒面重合度和高的齒輪彎曲強(qiáng)度，主從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小 于 40。 3. 為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度，對于乘用車，主動錐齒數(shù)一般 不少于 9：對于商用車，主動錐齒數(shù)一般不少于 6. 4. 主傳動比較大時，主動錐齒數(shù)盡量取得少些，以便得到滿意的離地間隙。 5. 對于不同的主傳動比，主從動錐齒數(shù)應(yīng)有適宜的搭配。 對于單級主減速器，當(dāng) 0i較大時，則應(yīng)盡量使主動齒輪的齒數(shù) 1z取得小些， 以得到滿意的車橋離地間隙。當(dāng) 6 時， 1z的最小值可取為 5，但為了嚙合平 穩(wěn)及提高疲勞強(qiáng)度， 1z最好大于 5。取 7， 342。 b.從動齒輪大端分度圓直徑的選擇 可根據(jù)從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩（見式 3.4、式 3.5 并取兩者中較小的一個 為計算依據(jù)）按經(jīng)驗公式選出： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 (3.6)322jdTK 式中: 從動錐齒輪的分度圓半徑，mm；2d 直徑系數(shù)，取 ；取 142K1632d 計算轉(zhuǎn)矩，114.6 。jTmN322jdTK 68 .14 c.齒輪端面模數(shù)的選擇 選定后可按式 算出從動齒輪大端端面模數(shù)，并用下式校核：2d2/zdm (3.7)3jmTK 式中: 模數(shù)系數(shù)。一般 0.30.4,取 0.4mK =68/34=2.02/zd =1.95 2.03jmTK d.主、從動錐齒輪齒面寬的選擇 錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會導(dǎo)致因錐齒輪 輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面寬過窄及刀尖圓角過小。這樣，不 但見減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。 此外，安裝時有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時 載荷集中于輪齒小端，會引起齒輪小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面 過寬也會引起裝配空間減小。但是齒面過窄，齒輪表面的耐磨性會降低。 輕型貨車主減速器雙曲面齒輪的主,從動齒輪齒面寬 F1,F2： (3.8)mdF53.1068.015.22 一般 F1比 F2大 10% .%21 e.雙曲面齒輪副偏移距 E 的選擇 E 值過大將使齒面縱向滑動過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；E 值 過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動的特點。一般對于乘用車和總質(zhì)量不大 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 的商用車， 2.0dE 取 136.138.0.E f中點螺旋角 螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角 最小。 弧齒錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，雙曲面齒輪副的中點螺旋角是 不相等的。 選擇 時，應(yīng)考慮他的齒面重合度 、輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影 響。 越大，則 也越大，同時嚙合的齒數(shù)越多，傳動就越平穩(wěn)，噪聲 越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。一般 應(yīng)不小于 1.25，在 1.5-2.0 時效果 最好。但是 過大，會導(dǎo)致軸向力增大。 汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為 35-40。乘用車選用較大的 值以保證較大的 ，使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲 低；商用車選用較小的 值以防止軸向力過大，通常取 35。 g螺旋方向 從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為 右旋。主、從動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 向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)檔時，應(yīng)使主動齒輪的軸向 力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離趨勢，防止輪齒因卡死而 損壞。 h法向壓力角 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)。但對于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使 齒輪端面重合度下降。因此，對于小負(fù)荷工作的齒輪，一般采用小壓力角， 可使齒輪運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對于弧齒錐齒輪，乘用車的 一般選用 1430或 16，商用車的 為 20或 2230。對于雙曲面齒輪，從 動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相同的，但主動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等 的。選取平均壓力角時，乘用車為 19或 20，商用車為 20或 22 30。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 3.2 差速器的設(shè)計 3.2.1 差速器的結(jié)構(gòu)型式 差速器選用對稱式圓錐行星齒輪差速器。其結(jié)構(gòu)原理如圖（3.6）所示。普 通對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2 個半軸齒輪，4 個行星齒輪， 行星齒輪軸，半軸齒輪等組成。其工作原理如圖所示。 為主減速器從動齒輪0 或差速器殼的角速度； 、 分別為左右驅(qū)動車輪或差速器半軸齒輪的角速度；12 為行星齒輪繞其軸的自轉(zhuǎn)角速度。3 圖 3.6 普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡圖 當(dāng)輕型貨車在平坦路面上直線行駛時，差速器各零件之間無相對運動，則 有 0213 這時，差速器殼經(jīng)十字軸以力 帶動行星齒輪繞半軸齒輪中心作“公轉(zhuǎn)”P 而無自轉(zhuǎn)（ ） 。行星齒輪的輪齒以 的反作用力。對于對稱式差速器來032/ 說，兩半軸齒輪的節(jié)圓半徑 相同，故傳給左、右半軸的轉(zhuǎn)矩均等于 ，故r 2Pr/ 輕型貨車在平坦路面上直線行駛時驅(qū)動左、右車輪的轉(zhuǎn)矩相等。 當(dāng)輕型貨車轉(zhuǎn)彎時，假如左右輪之間無差速器，則按運動學(xué)要求，行程長 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 的外側(cè)車輪將產(chǎn)生滑移，而行程短的內(nèi)側(cè)車輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。由此導(dǎo)致在左、右 輪胎切線方向上各產(chǎn)生一附加阻力，且它們的方向相反，如圖所示。當(dāng)裝有差 速器時，附加阻力所形成的力矩使差速器起差速作用，以免內(nèi)外側(cè)驅(qū)動車輪在 地面上的滑轉(zhuǎn)和滑移，保證它們以不同的轉(zhuǎn)速 和 正常轉(zhuǎn)動。當(dāng)然，若差速12 器工作時阻抗其中各零件相對運動的摩擦大，則扭動它的力矩就大。在普通的 齒輪差速器中這種摩擦力很小，故只要左、右車輪所走路程稍有差異，差速器 開始工作。 當(dāng)差速器工作時，行星齒輪不僅有繞半軸齒輪中心的“公轉(zhuǎn)” ，而且還有繞 行星齒輪以角速度為 的自轉(zhuǎn)。這時外側(cè)車輪及其半軸齒輪的轉(zhuǎn)速將增高，且3 增高量為 （ 為行星齒輪齒數(shù)， 為該側(cè)半軸齒輪齒數(shù)） ，這樣，外側(cè)半13z1z 軸齒輪的角速度為： 1301z 在同一時間內(nèi)，內(nèi)側(cè)車輪及其半軸齒輪（齒數(shù)為 ）的轉(zhuǎn)速將減低，且減2 低量為 ，由于對稱式圓錐齒輪差速器的兩半軸齒數(shù)相等，于是內(nèi)側(cè)半軸齒23z 輪的轉(zhuǎn)速為： 1302z 由以上兩式得差速器工作時的轉(zhuǎn)速關(guān)系為 (3.9)021 即兩半軸齒輪的轉(zhuǎn)速和為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍。 由式（3.9）知： 當(dāng) 時， ，或02012 當(dāng) 時，1 當(dāng) 時，021 最后一種情況 ，有時發(fā)生在使用中央制動時，這時很容易導(dǎo)致輕型0 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 貨車失去控制，使輕型貨車急轉(zhuǎn)和甩尾。 3.2.2 差速器的基本參數(shù)的選擇及計算 由于差速器亮是裝在主減速器從動齒輪上，故在確定主減速器從動齒輪尺 寸時應(yīng)考慮差速器的安裝；差速器殼的輪廓尺寸也受到從動齒輪及主動齒輪 導(dǎo)向軸承支座的限制。 1差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 A行星齒輪的基本參數(shù)選擇 行星齒輪數(shù) n 需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下 n 可取兩個， 反之應(yīng)取 n=4，本載貨輕型貨車選用 4 個行星齒輪。 B行星齒輪球面半徑 的確定)(mRB 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BR 是行星齒輪的安裝尺寸，實際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐矩，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)驗公式來確定： (3.10)3jBTKR 式中： 行星齒輪球面半徑系數(shù)，KB=2.5-3.0,對于有四個行星齒輪的乘用 車和商用車取小值，對于有兩個行星齒輪的乘用車及四個行星齒輪的越野車和 礦用車取大值；Tj 為差速器計算轉(zhuǎn)矩（N.m） ，Tj=min【Tce，Tcs】 ；Rb 為球面半徑 （mm） 計算轉(zhuǎn)矩， 。j mN mTKRjB725.33 確定后，即可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐矩：BR (3.11)BRA9.080 m86.7.9 C行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了使齒輪有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會增大，于是又要 求行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)取少些，但一般不少于 10。半軸齒輪齒數(shù)在 14-25 之間選 用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在 1.5-2.0 的范圍內(nèi)。 選用行星齒輪齒數(shù)為 10，半軸齒輪齒數(shù)為 15。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 D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 ， ：12 ； (3.12)21arctnz 12arctnz 式中： ， 為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)1z2 =33.69211arctnz =56.3112rt 再求出圓錐齒輪的大端模數(shù) m： (3.13)2010sinsizAz =2010insi2zA76.019.3i86. 節(jié)圓直徑 右下式求得：d (3.14)zmd6.7.011z452 E壓力角 汽車差速齒輪大都采用壓力角為 2230、齒高系數(shù)為 0.8 的齒形。某些 總質(zhì)量較大的商用車采用 25壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。 F行星齒輪軸直徑 d 及支撐長度 L 行星齒輪軸直徑 d（mm）為 dcnrT1.03 式中，T0 為差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.m） ，此處取 900N.m； n 為行星齒輪數(shù)；n=4 rd為行星齒輪支撐點中點到錐頂?shù)木嚯x（mm） ，約為半軸齒輪齒寬中點處 平均直徑的一半； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 為支撐面允許擠壓應(yīng)力，取 98MPa；c 25.0dr28.0d56414d m39.2.98.13 取 d=20mm 支撐長度 L=1.1d=22mm 3.3 半軸的設(shè)計 3.3.1 半軸的結(jié)構(gòu)型式 采用半浮式半軸。半浮式以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼外端內(nèi)孔 中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車輪輪轂相固定。半浮式半軸 的結(jié)構(gòu)特點是，半軸外端的支撐軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔中，車輪裝在半 軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的 全部力和力矩。半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜，但它結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊 湊、造價低廉等優(yōu)點。 圖 3.7 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)型式與安裝 3.3.2 半軸的設(shè)計與計算 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計與計算時首先應(yīng)合理的確定其計算載荷。 半軸的計算要考慮以下三種可能的載荷工況： A縱向力 （驅(qū)動力或制動力）最大時（ ） ，附著系數(shù) 取2X2ZX 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 0.8，沒有側(cè)向力作用； B側(cè)向力 最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為 ，側(cè)滑時輪胎與地面2Y 12Z 的側(cè)向附著系數(shù) 在計算中取 1.0，沒有縱向力作用；1 C垂向力最大時，這發(fā)生在輕型貨車以可能的高速通過不平路面時，其值 為 ， 是動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(cè)向力作用。dkgZ)(2 半浮式半軸的設(shè)計計算，應(yīng)根據(jù)上述三種載荷工況進(jìn)行 圖 3.8 半浮式半軸及受力簡圖 a 半浮式半軸在上述第一種工況下 半軸同時承受垂向力 、縱向力 所引起的彎矩以及由 引起的轉(zhuǎn)矩2Z2X2X 。rX2 對左、右半軸來說，垂向力 ， 為L2R (3.15)wwgGmgZ222 式中： 滿載靜止輕型貨車的車橋?qū)λ降孛娴妮d荷，N ；2G 輕型貨車加速和減速時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)；m 一側(cè)車輪（包括輪轂、制動器等）本身對水平地面的載荷，wg N。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 NgGmgZwwRL 1372098230.1222 縱向力按最大附著力計算，即 (3.16)22XRL 式中： 輪胎與地面的附著系數(shù)。 NGmXRL 186.0239.122 左、右半軸所承受的合成彎矩 為NM (3.17)2222 BLXZbXZb2222 1863701. BLXZbM mN39 轉(zhuǎn)矩為 (3.18)rRrLXT22 4.0186rr mN04.8279 b半浮式半軸在上述第二種載荷工況下 半軸只受彎矩。在側(cè)向力 的作用下，左、右車輪承受的垂向力 、2Y LZ2 和側(cè)向力 、 各不相等，而半軸所受的力為RZ2LY2R (3.19)wwL gBhGgZ 2122 (3.20)wwR 2122 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 (3.21)1221BhgGYL (3.22)122R 式中： 驅(qū)動車輪的輪矩，mm；2B 輕型貨車質(zhì)心高度，mm；gh 輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù)；1 980165.02392112 wwL gBhGgZN408980165.02392112 wwR ghgZ45081650.2392112BhgGYL N081650.2392112BhgYR 5 左、右半軸所受的彎矩分別為： (3.23)bZYMLL2 (3.24)RRmNbZYLL 2.31497.0248392MRR 8.5 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 c半浮式半軸在上述第三種載荷工況下半軸只受垂向彎矩： (3.25)bgGkMwdV2 式中： 動載系數(shù)。dk mNbgkwdV 24501.980235.2 3.3.3 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各部分基本 達(dá)到等強(qiáng)度。 2.半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量增大各過渡 部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡部分，以減少應(yīng) 力集中。 3.當(dāng)桿部較粗且外端凸緣也較大時，可采用兩端用花鍵連接的結(jié)構(gòu)。 3.4 車橋殼結(jié)構(gòu)選擇 車橋橋殼是輕型貨車上的主要零件之一，非斷開式車橋的橋殼起著支承輕 型貨車荷重的作用，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。因此橋殼既是承載件 又是傳動件，同時它又是主減速器、差速器及驅(qū)動車輪傳動裝置（半軸）的外 殼。在輕型貨車行駛過程中，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(qiáng)度和剛度。為了減小輕型貨車的簧下質(zhì)量以利于降低動載荷、 提高輕型貨車的行駛平順性，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，還應(yīng)考慮輕型貨 車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。選用可分式橋殼。它的結(jié)構(gòu)如 圖所示，整個橋殼由一個垂直結(jié)合面分為左右兩部分，每一部分均由一個鑄件 殼提和一個壓入其外端的半軸套管組成。半軸套管與殼體用鉚釘聯(lián)接。 驅(qū)動橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計要求： 1.應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常并不使半軸產(chǎn) 生附加彎曲應(yīng)力。 2.在保證剛度和強(qiáng)度的前提下，盡量減少質(zhì)量以提高行駛平順性。 3.保證足夠的離地間隙。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 4.結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低。 5.保護(hù)裝于其上的傳動系部件和防止泥水浸入。 6.拆裝、調(diào)整、維修方便。 3.4.1 驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)方案分析 驅(qū)動橋殼大致可分為可分式、整體式和組合式三種形式。本次選用可分式 橋殼。 可分式橋殼（如圖 3.9）由一個垂直結(jié)合面分為左右兩部分，兩部分通過螺 栓連接成一體。每一部分均由一鑄造殼體和一個壓入其外端的半軸套管組成， 軸管與殼體用鉚釘連接。 這種橋殼結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，主減速器支撐剛度好。但拆裝、調(diào)整、 維修很不方便，橋殼的強(qiáng)度和剛度受結(jié)構(gòu)的限制，經(jīng)常用于一些總質(zhì)量不大的 汽車上。 圖