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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: HQ1090車用7噸級(jí)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程B07-1
學(xué) 生 姓 名: 王國(guó)寧
導(dǎo) 師 姓 名: 趙雨旸
開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011年2月28日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
王國(guó)寧
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B07-1班
指導(dǎo)教師姓名
趙雨旸
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
HQ1090車用7噸級(jí)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、國(guó)外研究現(xiàn)狀
現(xiàn)在，世界上貨車普遍采用兩種驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)—單級(jí)減速雙曲線螺旋錐齒輪副；帶輪邊減速(行星齒輪傳動(dòng))的雙級(jí)主減速器。后者更適宜于最大程度地滿足用戶不同需要。
在西歐，帶輪邊減速的雙級(jí)主減速器后驅(qū)動(dòng)橋只占整個(gè)產(chǎn)品的40%，且有呈下降趨勢(shì)，在美國(guó)只占10%。其原因是這些地區(qū)的道路較好，采用單級(jí)減速雙曲線螺旋錐齒輪副成本較低，故大部分均采用這種結(jié)構(gòu)。而亞洲、非洲和南美國(guó)家則采用帶輪邊減速的雙級(jí)主減速器的驅(qū)動(dòng)橋，用于非道路和惡劣道路使用的車輛(工程自卸車、運(yùn)水車等)。因此可以得出結(jié)論：一個(gè)國(guó)家的道路愈差，則采用帶輪邊減速雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋愈多，反之，則愈少。
國(guó)外汽車驅(qū)動(dòng)橋已普遍采用限滑差速器《N一Pin牙嵌式或多片摩擦盤式》、濕式行車制動(dòng)器等先進(jìn)技術(shù)。限滑差速器大大減少了輪胎的磨損，而濕式行車制動(dòng)器則提高了主機(jī)的安全性能，簡(jiǎn)化了維修工作。國(guó)內(nèi)僅一部分車使用N一Pin牙嵌式差速器。限滑差速器成本較高，因而在多數(shù)國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋上一直沒(méi)有得到應(yīng)用。目前向國(guó)內(nèi)提供限滑差速器的制造商主要是美國(guó)TraCtech公司和德國(guó)采埃孚公司。美國(guó)Tractech公司在蘇州的工廠即將建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)N一Pin牙嵌式、多片摩擦盤式和戶下O比例扭矩(三周節(jié))差速器(鎖緊系數(shù)3.5)。國(guó)內(nèi)如徐工、鼎盛天工等主機(jī)制造商等原來(lái)自制一部分N一Pin牙嵌式差速器，后因質(zhì)量不過(guò)關(guān)而放棄。國(guó)內(nèi)有幾個(gè)制造商生產(chǎn)比例扭矩差速器，但均為單周節(jié)，鎖緊系數(shù)138，較三周節(jié)要小得多。徐州良羽傳動(dòng)機(jī)械有限公司在停車制動(dòng)器(液壓)上也做了一些工作，主要用于重型卡車產(chǎn)品，但國(guó)產(chǎn)此類產(chǎn)品的可靠性還有待提高。
美國(guó)戴納(Dana)公司斯皮賽爾重型車橋和制動(dòng)器部最近研制成新一代貨車用中型和重型科爾德(Gold)系列車橋，其中一種重型單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋和兩種中型單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已投人生產(chǎn)。除供應(yīng)納維斯塔國(guó)際公司和麥克貨車公司用外，并將積極開(kāi)拓世界市場(chǎng)。新型科爾德重型523壓S單級(jí)橋標(biāo)定載荷1044Okg，采用新設(shè)計(jì)的恒齒高準(zhǔn)雙曲面齒輪，直徑470m垃。該齒輪采用專利工藝加工，齒根全圓弧倒角，比傳統(tǒng)的準(zhǔn)雙曲面齒輪更堅(jiān)固。該齒輪具有表面塑性變形小，產(chǎn)生的熱量少，使用壽命長(zhǎng)，效率高等優(yōu)點(diǎn)，據(jù)試驗(yàn)表明，新的523作S車橋比先前10440kg車橋的使用壽命提高2倍，如在523于S車轎上加裝控制式差速鎖還能大大提高在惡劣環(huán)境下的牽引力。來(lái)用整體式球墨鑄鐵外殼制成的5135一和5150一S兩種型號(hào)的中型橋，額定載荷分別為6129kg和6810kg，傳動(dòng)比值范圍3.07、4.78。這兩種車橋是為低斷面輪胎，較高速度車輛而設(shè)計(jì)的。其為快速和長(zhǎng)途運(yùn)輸需求而安裝錐形滾柱軸承具有較高承載能力;其高頻淬火的車橋軸使用壽命長(zhǎng)，適用多種潤(rùn)滑劑的三唇橡膠油封密封性能好。
國(guó)外中型貨車驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，建立新的驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)發(fā)模式成為國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)發(fā)團(tuán)體的新目標(biāo)。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)新方法的應(yīng)用使得其開(kāi)發(fā)周期縮短，成本降低，可靠性增加。國(guó)外的最新開(kāi)發(fā)模式和驅(qū)動(dòng)橋新技術(shù)包括：
(1) 并行工程開(kāi)發(fā)模式
并行工程開(kāi)發(fā)模式是對(duì)在一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊,然后通過(guò)模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的一種設(shè)計(jì)方法，能夠縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間、降低成本、提升質(zhì)量、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,以DANA為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設(shè)計(jì)方法, 優(yōu)點(diǎn)是: 減少設(shè)計(jì)及工裝制造的投入, 減少了零件種類, 提高規(guī)模生產(chǎn)程度, 降低制造費(fèi)用, 提高市場(chǎng)響應(yīng)速度等。
(2) 模態(tài)分析
模態(tài)分析是對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)分析研究的最先進(jìn)的現(xiàn)代方法與手段之一。它可以定義為對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的解析分析(有限元分析)和實(shí)驗(yàn)分析(實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析)，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來(lái)表征。模態(tài)分析技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)是在對(duì)系統(tǒng)做動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，用模態(tài)坐標(biāo)代替物理學(xué)坐標(biāo)，從而可大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目，分析精度較高。驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)特性不但直接影響其本身的強(qiáng)度，而且對(duì)整車的舒適性和平順性有著至關(guān)重要的影響。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行模態(tài)分析，掌握和改善其振動(dòng)特性，是設(shè)計(jì)中的重要方面。
(3) 驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析方法
有限元法不需要對(duì)所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的簡(jiǎn)化，既可以考慮各種計(jì)算要求和條件，也可以計(jì)算各種工況，而且計(jì)算精度高。有限元法將具有無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體離散為有限個(gè)自由度的單元集合體，使問(wèn)題簡(jiǎn)化為適合于數(shù)值解法的問(wèn)題。只要確定了單元的力學(xué)特性，就可以按照結(jié)構(gòu)分析的方法求解，使分析過(guò)程大為簡(jiǎn)化，配以計(jì)算機(jī)就可以解決許多解析法無(wú)法解決的復(fù)雜工程問(wèn)題[2]。目前，有限元法己經(jīng)成為求解數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)以及工程問(wèn)題的一種有效的數(shù)值方法，也為驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。
(4) 電子智能控制技術(shù)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品
電子智能控制技術(shù)已經(jīng)在汽車業(yè)得到了快速發(fā)展，如，現(xiàn)代汽車上使用的ABS(制動(dòng)防抱死控制)、ASR（驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)）等系統(tǒng)。
(5) 高性能制動(dòng)器技術(shù)
在發(fā)達(dá)國(guó)家驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品中, 已出現(xiàn)了自循環(huán)冷卻功能的濕式制動(dòng)器橋、帶散熱風(fēng)送的盤式制動(dòng)器橋、適于ABS的蹄、鼓式和盤式制動(dòng)器橋、帶自動(dòng)補(bǔ)償間隙的盤式制動(dòng)器等配置高性能制動(dòng)器橋, 同時(shí)制動(dòng)器的布置位置也出現(xiàn)了從橋臂處分別向橋包總成和輪邊端部轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。前種處理方式易于散熱, 后種處理方式為了降低成本, 甚至有廠商把制動(dòng)器的殼體與橋殼鑄為一體, 既易于散熱，又利于降低材料成本, 但這對(duì)鑄造技術(shù)、鑄造精度和加工精度都提出了極高的要求。
2、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)驅(qū)動(dòng)橋制造企業(yè)的開(kāi)發(fā)模式主要由測(cè)繪、引進(jìn)、自主開(kāi)發(fā)三種組成。主要存在技術(shù)含量低，開(kāi)發(fā)模式落后，技術(shù)創(chuàng)新力不夠，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用少等問(wèn)題。一些企業(yè)技術(shù)力量相對(duì)要好些的企業(yè)，測(cè)繪的是從國(guó)外引進(jìn)的原裝橋，并且這些企業(yè)一般具有較為完善的開(kāi)發(fā)體系和流程，也具有較完善的試驗(yàn)手段，但是開(kāi)發(fā)過(guò)程屬于對(duì)國(guó)外的仿制，對(duì)其逆向研究后結(jié)合自我情況生產(chǎn)。
總之，我國(guó)汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)與世界先進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，我國(guó)車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、仿制、再加上自己改進(jìn)的基礎(chǔ)上了取得的。個(gè)別比較有實(shí)力的企業(yè)，雖有自己獨(dú)立的研發(fā)機(jī)構(gòu)但都處于發(fā)展的初期。在科技迅速發(fā)展的推動(dòng)下，高新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，各種國(guó)外汽車新技術(shù)的引進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)自身研發(fā)能力的提高，我國(guó)的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)和制造會(huì)逐漸發(fā)展起來(lái)，并跟上世界先進(jìn)的汽車零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平。
3、選題目的和意義
汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的重大總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對(duì)汽車的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過(guò)性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動(dòng)橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。綜上所訴，汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的品種極為廣泛，對(duì)這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且通過(guò)對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能，所以本題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)優(yōu)良的中型貨車驅(qū)動(dòng)橋具有一定的實(shí)際意義。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容
（1）主減速器設(shè)計(jì)
（2）差速器設(shè)計(jì)
（3）驅(qū)動(dòng)橋半軸設(shè)計(jì)
（4）驅(qū)動(dòng)橋橋殼設(shè)計(jì)
（5）分別校核
（6）用AutoCAD完成裝配圖、零件圖。
2、擬解決的主要問(wèn)題
（1）主減速器結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)計(jì)算。
（2）差速器結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)計(jì)算。
（3）半軸形式選擇和參數(shù)計(jì)算
（4）保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
（5）在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研并查閱相關(guān)資料
確定總體方案
驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇
驅(qū)動(dòng)半軸結(jié)構(gòu)選擇
差速器結(jié)構(gòu)選擇
主減速器結(jié)構(gòu)選擇
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和說(shuō)明書
主減速器參數(shù)計(jì)算
差速器參數(shù)計(jì)算
驅(qū)動(dòng)橋殼參數(shù)計(jì)算
驅(qū)動(dòng)半軸參數(shù)計(jì)算
強(qiáng)度校核
利用AUTO CAD繪圖
四、進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、資料收集，完成開(kāi)題報(bào)告 第1、2周
（2）確定總體方案 第3周
（3）驅(qū)動(dòng)橋部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 第4～9周
（4）完成所設(shè)計(jì)裝配圖與零件圖圖紙 第10～12周
（5）完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫，指導(dǎo)教師審核 第13周
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）修改、完善 第14周
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審核、預(yù)審 第15周
（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）修改、完善 第15、16周
（9）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周
五、參考文獻(xiàn)
[1]劉惟信. 汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.
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[15]Gleason company.GLEASON BEVEL AND HYPOID GEAR DESIGN[J]. Yamada，2007.(5).
六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
HQ1090車用7噸級(jí)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程B07-1班
學(xué)生姓名： 王國(guó)寧
指導(dǎo)教師： 趙雨旸
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design on seven ton Vehicle Drive Axle of HQ1090
Candidate：Wang Guoning
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B07-1
Supervisor：Associate Prof. Zhao Yuyang
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
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于載貨汽車顯得尤為重要。為滿足目前當(dāng)前載貨汽車的快速、高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)，在分析驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)形式、發(fā)展過(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，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各部件主減速器、差速器、半軸、橋殼進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并完成校核。最后運(yùn)用AUTOCAD完成裝配圖和主要零件圖的繪制。并且通過(guò)對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能，所以本題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)優(yōu)良的中型貨車驅(qū)動(dòng)橋具有一定的實(shí)際意義。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；主減速器；差速器；半軸；橋殼
ABSTRACT
Drive axle is the one of automobile four important assemblies, its performance directly influence on the entire automobile, especially for the truck .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit todays` truck, must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks’ developing tendency.
In this paper, first of all determine the structure of major components and the main design parameters, the analysis of the various parts of the structure of the bridge drive type, the form of the development process and its advantages and disadvantages of the past, determined on the basis of the design program, using the traditional design method of various parts of the drive axle Main reducer, differential, axle, axle housing was designed to calculate and complete the check. Finally complete the final assembly drawing by using AUTOCAD and mapping the main components. Design a simple, reliable, low cost of the drive axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production, and promote the economic development of automobile and automotive drive axle of the study and design practice, can better learn and to master modern automotive design and mechanical design of a comprehensive knowledge and skills, so the title of the fine structure of the design of a pickup vehicle drive axle has a certain practical significance.
Keywords: Drive Axle; Reduction Final Drive; Differential; Axle; Drive Axle Housing
II
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題研究的目的意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 4
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與技術(shù)路線 4
第2章 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定 6
2.1 驅(qū)動(dòng)橋的種類結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求 6
2.1.1 驅(qū)動(dòng)橋的種類 6
2.1.2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成 6
2.1.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)要求 7
2.2 設(shè)計(jì)車型主要參數(shù) 7
2.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定 7
2.3.1 主減速的齒輪類型 7
2.3.2 主減速器的減速形式 8
2.3.3 主減速器速比的計(jì)算 9
2.3.4 主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方法 10
2.4 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定 11
2.5 半軸的形式確定 11
2.6 橋殼形式的確定 12
2.7 本章小結(jié) 12
第3章 主減速器設(shè)計(jì) 13
3.1 概述 13
3.2 雙級(jí)主減速器第一級(jí)螺旋錐齒輪參數(shù)選擇與強(qiáng)度計(jì)算 13
3.2.1 13
3.2.2 主減速器螺旋錐齒輪基本參數(shù)的選擇 14
3.2.3 主減速器螺旋錐齒輪幾何尺寸計(jì)算 16
3.2.4 主減速器螺旋錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 17
3.3 雙級(jí)主減速器第二級(jí)斜齒柱齒輪參數(shù)選擇與強(qiáng)度計(jì)算 21
3.3.1 斜齒柱齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)選擇 21
3.3.2 斜齒柱齒輪幾何尺寸變位 22
3.3.3 斜齒柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算 23
3.4 主減速器軸承計(jì)算 24
3.4.1 作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力 24
3.4.2 主減速器軸承載荷計(jì)算 26
3.5 主減速器材料及熱處理 30
3.6 主減速器的潤(rùn)滑 30
3.7 本章小結(jié) 31
第4章 差速器設(shè)計(jì) 32
4.1 概述 32
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理 32
4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 33
4.4 對(duì)稱圓錐行星錐齒輪差速器的設(shè)計(jì) 33
4.4.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 33
4.4.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 35
4.4.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 37
4.5 差速器齒輪的材料 38
4.6 本章小結(jié) 38
第5章 半軸設(shè)計(jì) 39
5.1 概述 39
5.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 39
5.2.1 全浮式半軸的計(jì)算載荷的確定 39
5.2.2 半軸桿部直徑的初選 41
5.2.3 全浮式半軸強(qiáng)度計(jì)算 41
5.2.4 全浮式半軸花鍵強(qiáng)度計(jì)算 42
5.3 半軸材料與熱處理 43
5.4 本章小結(jié) 43
第6章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的設(shè)計(jì) 44
6.1 概述 44
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 44
6.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 44
6.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度 46
6.2.3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 46
6.2.4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 48
6.2.5 汽車受最大側(cè)向力時(shí)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 49
6.3 本章小結(jié) 52
結(jié)論 53
參考文獻(xiàn) 54
致謝 55
附錄 56
附錄A 外文文獻(xiàn)原文 56
附錄B 外文文獻(xiàn)中文翻譯 59
V
第1章 緒 論
1.1 選題背景目的與意義
伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，使用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)于各部件的研發(fā)與制造都提出了更高的要求，汽車車橋是汽車的重要大總成，其結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)汽車的可靠性和操縱性穩(wěn)定性等有直接的影響。驅(qū)動(dòng)橋是現(xiàn)代汽車重要的總成之一，它位 于傳動(dòng)系末端，其功用為增扭、降速、改變轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)方向，并將轉(zhuǎn)矩合理分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪。此外，還要承擔(dān)路面與車架或車身間的各種力與力矩。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，完成對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，是在完成大學(xué)學(xué)習(xí)后進(jìn)行的一次綜合性訓(xùn)練，是對(duì)所學(xué)的基本知識(shí)、基本理論和基本技能掌握與提高程度的一次總測(cè)試。大學(xué)生在學(xué)習(xí)期間，已經(jīng)按照教學(xué)計(jì)劃的規(guī)定，學(xué)完了公共課、基礎(chǔ)課、專業(yè)課以及選修課等，每門課程也都經(jīng)過(guò)了考試或考查。學(xué)習(xí)期間的這種考核是單科進(jìn)行，主要是考查學(xué)生對(duì)本門學(xué)科所學(xué)知識(shí)的記憶程度和理解程度。但畢業(yè)設(shè)計(jì)則不同，它不是單一地對(duì)學(xué)生進(jìn)行某一學(xué)科已學(xué)知識(shí)的考核，而是著重考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)某一問(wèn)題進(jìn)行探討和研究的能力。作一篇好的畢業(yè)設(shè)計(jì)，既要系統(tǒng)地掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，還要有較寬的知識(shí)面并有一定的邏輯思維能力和寫作功底。撰寫畢業(yè)論文的過(guò)程是訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究的過(guò)程。通過(guò)撰寫畢業(yè)論文，可以使學(xué)生了解科學(xué)研究的過(guò)程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何觀察、如何調(diào)查、作樣本分析；如何利用圖書館，檢索文獻(xiàn)資料；如何操作儀器等方法。撰寫畢業(yè)論文是學(xué)習(xí)如何進(jìn)行科學(xué)研究的一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，因?yàn)樗粌H有教師的指導(dǎo)與傳授，可以減少摸索中的一些失誤，少走彎路，而且直接參與和親身體驗(yàn)了科學(xué)研究工作的全過(guò)程及其各環(huán)節(jié)，是一次系統(tǒng)的、全面的實(shí)踐機(jī)會(huì)。依照指導(dǎo)教師的的要求和相應(yīng)規(guī)范，完成對(duì)所要求題目的材料收集、篩選，并與其他同學(xué)進(jìn)行合作，共同探討最終完成設(shè)計(jì)，以此鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力和與他人這件的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)也有助于為日后的工作打下基礎(chǔ)
汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的重大總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對(duì)汽車的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過(guò)性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動(dòng)橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。綜上所訴，汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的品種極為廣泛，對(duì)這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且通過(guò)對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能，所以本題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)優(yōu)良的中型貨車驅(qū)動(dòng)橋具有一定的實(shí)際意義。
1.2 國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋研究狀況
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀
現(xiàn)在，世界上貨車普遍采用兩種驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)—單級(jí)減速雙曲線螺旋錐齒輪副；帶輪邊減速(行星齒輪傳動(dòng))的雙級(jí)主減速器。后者更適宜于最大程度地滿足用戶不同需要。
在西歐，帶輪邊減速的雙級(jí)主減速器后驅(qū)動(dòng)橋只占整個(gè)產(chǎn)品的40%，且有呈下降趨勢(shì)，在美國(guó)只占10%。其原因是這些地區(qū)的道路較好，采用單級(jí)減速雙曲線螺旋錐齒輪副成本較低，故大部分均采用這種結(jié)構(gòu)。而亞洲、非洲和南美國(guó)家則采用帶輪邊減速的雙級(jí)主減速器的驅(qū)動(dòng)橋，用于非道路和惡劣道路使用的車輛(工程自卸車、運(yùn)水車等)。因此可以得出結(jié)論：一個(gè)國(guó)家的道路愈差，則采用帶輪邊減速雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋愈多，反之，則愈少。
國(guó)外汽車驅(qū)動(dòng)橋已普遍采用限滑差速器《N—Pin牙嵌式或多片摩擦盤式》、濕式行車制動(dòng)器等先進(jìn)技術(shù)。限滑差速器大大減少了輪胎的磨損，而濕式行車制動(dòng)器則提高了主機(jī)的安全性能，簡(jiǎn)化了維修工作。國(guó)內(nèi)僅一部分車使用N—Pin牙嵌式差速器。限滑差速器成本較高，因而在多數(shù)國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋上一直沒(méi)有得到應(yīng)用。目前向國(guó)內(nèi)提供限滑差速器的制造商主要是美國(guó)TraCtech公司和德國(guó)采埃孚公司。美國(guó)Tractech公司在蘇州的工廠即將建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)N—Pin牙嵌式、多片摩擦盤式和戶下O比例扭矩(三周節(jié))差速器(鎖緊系數(shù)3.5)。國(guó)內(nèi)如徐工、鼎盛天工等主機(jī)制造商等原來(lái)自制一部分N—Pin牙嵌式差速器，后因質(zhì)量不過(guò)關(guān)而放棄。國(guó)內(nèi)有幾個(gè)制造商生產(chǎn)比例扭矩差速器，但均為單周節(jié)，鎖緊系數(shù)138，較三周節(jié)要小得多。徐州良羽傳動(dòng)機(jī)械有限公司在停車制動(dòng)器(液壓)上也做了一些工作，主要用于重型卡車產(chǎn)品，但國(guó)產(chǎn)此類產(chǎn)品的可靠性還有待提高。
美國(guó)戴納(Dana)公司斯皮賽爾重型車橋和制動(dòng)器部最近研制成新一代貨車用中型和重型科爾德(Gold)系列車橋，其中一種重型單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋和兩種中型單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已投人生產(chǎn)。除供應(yīng)納維斯塔國(guó)際公司和麥克貨車公司用外，并將積極開(kāi)拓世界市場(chǎng)。新型科爾德重型523壓S單級(jí)橋標(biāo)定載荷1044Okg，采用新設(shè)計(jì)的恒齒高準(zhǔn)雙曲面齒輪，直徑470m垃。該齒輪采用專利工藝加工，齒根全圓弧倒角，比傳統(tǒng)的準(zhǔn)雙曲面齒輪更堅(jiān)固。該齒輪具有表面塑性變形小，產(chǎn)生的熱量少，使用壽命長(zhǎng)，效率高等優(yōu)點(diǎn)，據(jù)試驗(yàn)表明，新的523作S車橋比先前10440kg車橋的使用壽命提高2倍，如在523于S車轎上加裝控制式差速鎖還能大大提高在惡劣環(huán)境下的牽引力。來(lái)用整體式球墨鑄鐵外殼制成的5135—和5150—S兩種型號(hào)的中型橋，額定載荷分別為6129kg和6810kg，傳動(dòng)比值范圍3.07、4.78。這兩種車橋是為低斷面輪胎，較高速度車輛而設(shè)計(jì)的。其為快速和長(zhǎng)途運(yùn)輸需求而安裝錐形滾柱軸承具有較高承載能力;其高頻淬火的車橋軸使用壽命長(zhǎng)，適用多種潤(rùn)滑劑的三唇橡膠油封密封性能好。
國(guó)外中型貨車驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，建立新的驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)發(fā)模式成為國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)發(fā)團(tuán)體的新目標(biāo)。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)新方法的應(yīng)用使得其開(kāi)發(fā)周期縮短，成本降低，可靠性增加。國(guó)外的最新開(kāi)發(fā)模式和驅(qū)動(dòng)橋新技術(shù)包括：
(1) 并行工程開(kāi)發(fā)模式
并行工程開(kāi)發(fā)模式是對(duì)在一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊,然后通過(guò)模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的一種設(shè)計(jì)方法，能夠縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間、降低成本、提升質(zhì)量、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,以DANA為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設(shè)計(jì)方法, 優(yōu)點(diǎn)是: 減少設(shè)計(jì)及工裝制造的投入, 減少了零件種類, 提高規(guī)模生產(chǎn)程度, 降低制造費(fèi)用, 提高市場(chǎng)響應(yīng)速度等。
(2) 模態(tài)分析
模態(tài)分析是對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)分析研究的最先進(jìn)的現(xiàn)代方法與手段之一。它可以定義為對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的解析分析(有限元分析)和實(shí)驗(yàn)分析(實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析)，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來(lái)表征。模態(tài)分析技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)是在對(duì)系統(tǒng)做動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，用模態(tài)坐標(biāo)代替物理學(xué)坐標(biāo)，從而可大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目，分析精度較高。驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)特性不但直接影響其本身的強(qiáng)度，而且對(duì)整車的舒適性和平順性有著至關(guān)重要的影響。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行模態(tài)分析，掌握和改善其振動(dòng)特性，是設(shè)計(jì)中的重要方面。
(3) 驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析方法
有限元法不需要對(duì)所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的簡(jiǎn)化，既可以考慮各種計(jì)算要求和條件，也可以計(jì)算各種工況，而且計(jì)算精度高。有限元法將具有無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體離散為有限個(gè)自由度的單元集合體，使問(wèn)題簡(jiǎn)化為適合于數(shù)值解法的問(wèn)題。只要確定了單元的力學(xué)特性，就可以按照結(jié)構(gòu)分析的方法求解，使分析過(guò)程大為簡(jiǎn)化，配以計(jì)算機(jī)就可以解決許多解析法無(wú)法解決的復(fù)雜工程問(wèn)題[2]。目前，有限元法己經(jīng)成為求解數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)以及工程問(wèn)題的一種有效的數(shù)值方法，也為驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。
(4) 電子智能控制技術(shù)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品
電子智能控制技術(shù)已經(jīng)在汽車業(yè)得到了快速發(fā)展，如，現(xiàn)代汽車上使用的ABS(制動(dòng)防抱死控制)、ASR（驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)）等系統(tǒng)。
(5) 高性能制動(dòng)器技術(shù)
在發(fā)達(dá)國(guó)家驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品中, 已出現(xiàn)了自循環(huán)冷卻功能的濕式制動(dòng)器橋、帶散熱風(fēng)送的盤式制動(dòng)器橋、適于ABS的蹄、鼓式和盤式制動(dòng)器橋、帶自動(dòng)補(bǔ)償間隙的盤式制動(dòng)器等配置高性能制動(dòng)器橋, 同時(shí)制動(dòng)器的布置位置也出現(xiàn)了從橋臂處分別向橋包總成和輪邊端部轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。前種處理方式易于散熱, 后種處理方式為了降低成本, 甚至有廠商把制動(dòng)器的殼體與橋殼鑄為一體, 既易于散熱，又利于降低材料成本, 但這對(duì)鑄造技術(shù)、鑄造精度和加工精度都提出了極高的要求。
1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)驅(qū)動(dòng)橋制造企業(yè)的開(kāi)發(fā)模式主要由測(cè)繪、引進(jìn)、自主開(kāi)發(fā)三種組成。主要存在技術(shù)含量低，開(kāi)發(fā)模式落后，技術(shù)創(chuàng)新力不夠，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用少等問(wèn)題。一些企業(yè)技術(shù)力量相對(duì)要好些的企業(yè)，測(cè)繪的是從國(guó)外引進(jìn)的原裝橋，并且這些企業(yè)一般具有較為完善的開(kāi)發(fā)體系和流程，也具有較完善的試驗(yàn)手段，但是開(kāi)發(fā)過(guò)程屬于對(duì)國(guó)外的仿制，對(duì)其逆向研究后結(jié)合自我情況生產(chǎn)。
總之，我國(guó)汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)與世界先進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，我國(guó)車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、仿制、再加上自己改進(jìn)的基礎(chǔ)上了取得的。個(gè)別比較有實(shí)力的企業(yè)，雖有自己獨(dú)立的研發(fā)機(jī)構(gòu)但都處于發(fā)展的初期。在科技迅速發(fā)展的推動(dòng)下，高新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，各種國(guó)外汽車新技術(shù)的引進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)自身研發(fā)能力的提高，我國(guó)的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)和制造會(huì)逐漸發(fā)展起來(lái)，并跟上世界先進(jìn)的汽車零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平。
1.3 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容與技術(shù)路線
設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：
（1）驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式及布置方案的確定。
（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。
本次設(shè)計(jì)的技術(shù)路線：
如圖1.1所示。
調(diào)研并查閱相關(guān)資料
確定總體方案
主減速器結(jié)構(gòu)選擇
差速器結(jié)構(gòu)選擇
驅(qū)動(dòng)半軸結(jié)構(gòu)選擇
驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇
主減速器參數(shù)計(jì)算
差速器參數(shù)計(jì)算
驅(qū)動(dòng)橋殼參數(shù)計(jì)算
驅(qū)動(dòng)半軸參數(shù)計(jì)算
強(qiáng)度校核
利用AUTO CAD繪圖
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和說(shuō)明書
圖1.1 技術(shù)路線
第2章 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定
2.1 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)和種類和設(shè)計(jì)要求
2.1.1 驅(qū)動(dòng)橋的種類
驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系末端，其基本功用首先是增扭、降速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，并合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩。
驅(qū)動(dòng)橋分為斷開(kāi)式和非斷開(kāi)式兩種。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，其橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，主減速器、差速器和半軸等所有的傳動(dòng)件都裝在其中；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)比較現(xiàn)有市場(chǎng)同等噸位的中型貨車，本設(shè)計(jì)采用整體式驅(qū)動(dòng)橋。
2.1.2 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成
在多數(shù)汽車中，驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（半軸）及橋殼等部件如圖2.1所示。
1 2 3 4 5 6
1－輪轂 2－半軸 3－鋼板彈簧座 4－主減速器從動(dòng)錐齒輪 5－主減速器主動(dòng)錐齒輪 6－差速器總成
圖2.1 驅(qū)動(dòng)橋的組成
2.1.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)要求
(1)選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
(2)外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過(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架或車身間的各種力和
力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。
(6)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
(7)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。
2.2設(shè)計(jì)車型主要參數(shù)
本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如表2.1所示
表2.1 設(shè)計(jì)車型參數(shù)
輪胎
9.00—20
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
410
N·m
整車總質(zhì)量
9320
kg
滿載時(shí)軸荷分布
前軸2655 后軸6665
kg
主減速比
6.25
一檔傳動(dòng)比
6.515
2.3 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定
2.3.1主減速器的齒輪類型
按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。
在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)
機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。
在現(xiàn)代貨車車驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。
螺旋錐齒輪如圖2.2（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2.2（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：
圖2.2 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪
（1）尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
（2）傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
（3）當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。
（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。[5]
由于雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的相當(dāng)曲率半徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑大，其結(jié)果是齒面建的接觸應(yīng)力降低。隨偏移矩的不同，曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高達(dá)175％。如果雙曲面主動(dòng)齒輪的螺旋角變大，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)，這有利于大傳動(dòng)比的傳動(dòng)，這對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋的主減速比大于4.5的傳動(dòng)有其優(yōu)越性。
2.3.2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的類型及使用條件有關(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)性等整車性能所要求的主減速比io的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比io≤7.6的各種中小型汽車上。
如圖2.3（a）所示，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本型，在貨車車上占有重要地位。目前貨車車發(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，許多貨車使用條件對(duì)汽車通過(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。
（a） 單級(jí)主減速器 （b） 雙級(jí)主減速器
圖2.3主減速器
如圖2.3（b）所示，與單級(jí)主減速器相比，由于雙級(jí)主減速器由兩級(jí)齒輪減速組成，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大；主減速器的齒輪及軸承數(shù)量的增多和材料消耗及加工的工時(shí)增加，制造成本也顯著增加，只有在主減速比較大（7.6<）且采用單級(jí)主減速器不能滿足既定的主減速比和離地間隙等要求是才采用。通常僅用在裝在質(zhì)量10t以上的重型汽車上。
綜合考慮本設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為6.25，總質(zhì)量為9320kg，介于單級(jí)與雙級(jí)主減速器之間，本設(shè)計(jì)為雙級(jí)主減速器。
2.3.3主減速器速比的計(jì)算
普通的非貫穿式驅(qū)動(dòng)橋的錐齒輪—圓柱齒輪式雙級(jí)主減速器，采用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪作為第一級(jí)減速齒輪；采用斜齒（少數(shù)汽車用直齒或人字齒）圓柱齒輪作為第二級(jí)減速齒輪。總的主減速比在這兩級(jí)之間的分配通常為：第二級(jí)減速的傳動(dòng)比與第一級(jí)減速的傳動(dòng)比之間的比值（/）約在1.4~2.0范圍內(nèi)，而且趨向于采用較大的比值，以減少錐齒輪嚙合時(shí)的軸向負(fù)荷和作用在從動(dòng)錐齒輪和圓柱齒輪上的載荷。
第一級(jí)主減速比的選擇范圍為1.73~2.27
=6.25 =6.25/
1.4/2.0 1.46.252.06.252.9583.536
1.732.27 2.7533.613
所以本設(shè)計(jì)選為3，相應(yīng)計(jì)算得為2.083。
2.3.4主減速器主從動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方法
現(xiàn)在汽車主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式有如下兩種：
（1）懸臂式
懸臂式支承結(jié)構(gòu)如圖2.4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、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖2.4 錐齒輪懸臂式支承
（2）騎馬式
騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖2.5所示：
圖2.5 主動(dòng)錐齒輪騎馬式支承
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。本次設(shè)計(jì)貨車為中型貨車，主動(dòng)錐齒輪為懸臂式支承.。從動(dòng)錐齒輪為騎馬式支承。
2.4 差速器結(jié)構(gòu)方案的確定
根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車在行駛過(guò)程中左右車輪在同一時(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)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長(zhǎng)。另外，即使汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(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(dòng)半徑不相等而要求車輪行程不等。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(dòng)車輪軸將動(dòng)力傳給左右車輪，則會(huì)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(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車輪產(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，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(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(yùn)輸車輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來(lái)說(shuō)，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對(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)的越野汽車來(lái)說(shuō)，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)
而陷車，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。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。
本次設(shè)計(jì)選用：普通錐齒輪式差速器，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)可靠，適用于本次設(shè)計(jì)的汽車驅(qū)動(dòng)橋。
2.5 半軸形式的確定
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。其結(jié)夠型式與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)，在斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬(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)。如圖2.6所示，根據(jù)半軸外端支撐形式分為半浮式，3/4浮式，全浮式。
（a）半浮式 （b）3/4浮式 （c）全浮式
圖2.6 半軸支撐形式
半浮式半軸以其靠近外端的軸頸直接支撐在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有圓錐面的軸頸及鍵與輪轂相固定。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。
3/4浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支撐著輪轂，而半軸則以其端部與輪轂想固定，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢(shì)，這將急劇降低軸承的壽命，所以未得到推廣。
全浮式半軸的外端和以兩個(gè)軸承支撐于橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，由于其工作可靠，廣泛應(yīng)用于輕型及以上的各類汽車上。
根據(jù)相關(guān)車型及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用全浮半軸。
2.6 橋殼形式的確定
橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為可分式，組合式整體式三種，按照設(shè)計(jì)要求選用整體式。
2.7 本章小結(jié)
本章首先確定了主減速比，用以確定其它參數(shù)。對(duì)主減速器型式確定中主要從主減速器齒輪的類型、主減速器的減速形式、主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇、從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇，從而確定逐步給出驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)總成的基本結(jié)構(gòu)，分析了驅(qū)動(dòng)橋各總成結(jié)構(gòu)組成。
第3章 主減速器設(shè)計(jì)
3.1概述
主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于汽車在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。
3.2雙級(jí)主減速器第一級(jí)螺旋錐齒輪參數(shù)選擇與強(qiáng)度計(jì)算
3.2.1主減速器螺旋錐齒輪計(jì)算載荷的確定
1、按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
/n （3.1）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩410；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比
=
變速器傳動(dòng)比=6.515；
主減速器傳動(dòng)比＝2.083
——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。
=410 6.515 2.0831 0.9/1=5007.6
2、按驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3.2）
式中： ——汽車滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；但后橋來(lái)說(shuō)還應(yīng)考慮到汽車加速時(shí)負(fù)腷增大量，可初?。?
=×10=6665×10=66650N；
——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，取=0.85；
對(duì)于越野汽車，取=1.0；
——車輪滾動(dòng)半徑，0.485m；
——分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，分別取0.9和3。
=10176.47
通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪打滑時(shí)這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（）的較小者，作為載貨汽車計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。
3、正常行駛時(shí)的持續(xù)轉(zhuǎn)矩
= （3.3）
式中：——汽車滿載總重量；
——所牽引的掛車的滿載總重量，N，=0；
——車輪滾動(dòng)半徑；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，=0.018（可取0.015~0.020）；
——汽車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)=0.07（可取0.05~0.09）；
——汽車性能系數(shù)；
=44.33>16 =0
把以上數(shù)據(jù)帶入得 =1473.25
3.2.2 主減速器螺旋錐齒輪基本參數(shù)的選擇
1、主、從動(dòng)齒數(shù)的選擇
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：為了磨合均勻，，之間應(yīng)避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40；為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對(duì)于商用車一般不小于6；主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。
對(duì)于普通的雙級(jí)主減速器來(lái)說(shuō)，由于第一級(jí)減速比比第二級(jí)減速比小些，且/=1.4~2.0。這時(shí)，第一級(jí)主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)可選得較大，約為9~15內(nèi)，第二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)齒數(shù)，可在58~78范圍內(nèi)。
根據(jù)載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)表，傳動(dòng)比/=2.083，在2.0~2.5范圍內(nèi)，主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)允許在10~13內(nèi)。
綜上本設(shè)計(jì)=12 =12×2.083=24.996
2、從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑及端面模數(shù)的選擇
根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（見(jiàn)式3.1和式3.2并取兩式計(jì)算結(jié)果中較小的一個(gè)作為計(jì)算依據(jù)，按經(jīng)驗(yàn)公式選出：
（3.5） 式中：——直徑系數(shù)，取=13～16；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，取，較小的。取=5007.6。
計(jì)算得，=222.41～273.73mm，初取=225mm。
選定后，可按式算出從動(dòng)齒輪大端模數(shù)，=225/25=9。
校核：
對(duì)于載貨汽車，也可以按主減速器主動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)矩 預(yù)選該齒輪大端端面模數(shù)。
m=（0.598~0.692）
式中：——主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩=
所以帶入得m=8.149~9.43 取m=9符合。
所以有：=108mm =225mm m=9
3、螺旋錐齒輪齒面寬的選擇
通常推薦圓錐齒輪從動(dòng)齒輪的齒寬F為其節(jié)錐距的0.3倍。對(duì)于汽車工業(yè)，主減速器螺旋錐齒輪面寬度推薦采用：
F=0.155=34.875mm
4、螺旋錐齒輪螺旋方向
主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向。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)汽車前進(jìn)。
5、 旋角的選擇
載貨汽車選用較小值以防止軸向力過(guò)大，通常螺旋錐齒輪選用35度居多，在一般
機(jī)械制造中12時(shí)，螺旋角推薦用35度。
6、法向壓力角a的選擇
壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過(guò)小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來(lái)說(shuō)，載貨汽車可選用20°壓力角。
3.2.3 主減速器螺旋錐齒輪幾何尺寸計(jì)算
汽車主減速器圓弧齒（即“格里森”制）螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟見(jiàn)表3.1。
表3.1 圓弧齒螺旋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
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
12
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
25
3
模數(shù)
9㎜
4
齒面寬
5
工作齒高
15.3㎜
6
全齒高
=16.99㎜
7
法向壓力角
=20°
8
軸交角
=90°
9
節(jié)圓直徑
=
108㎜
=225㎜
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=25.64°
=64.36°
11
節(jié)錐距
A==
A=124.79㎜
12
周節(jié)
t=3.1416
t=28.27㎜
13
齒頂高
=10.35mm
=4.95mm
14
齒根高
=
=6.64mm
=12.04mm
15
徑向間隙
c=
c=1.692㎜
16
齒根角
=3.046°
=5.511°
17
面錐角
；
=31.151°
=67.406°
18
根錐角
=
=
=22.594°
=58.849°
19
齒頂圓直徑
=
=121.07㎜
=235.42㎜
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=108.02㎜
=43.15㎜
21
理論弧齒厚
=18.523mm
=9.747mm
22
齒側(cè)間隙
B=0.305～0.406
0.3mm
23
螺旋角
=35°
3.2.4主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
1、損壞形式及壽命
在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。
齒輪的損壞形 式常見(jiàn)的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。
實(shí)踐表明，主減速器齒輪的疲勞壽命主要與最大持續(xù)載荷（即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩）有關(guān)，而與汽車預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大附著轉(zhuǎn)矩并不是使用中的持續(xù)載荷，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)只能用它來(lái)驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。
2、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
在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算，即
（3.8）
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)：
（3.9）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此為410；
——變速器的傳動(dòng)比，在此為6.515；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取108mm.；
按上式計(jì)算：=1418.37 N／mm，根據(jù)表3.3可知符合。
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
（3.10）
式中：——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，在此取27636N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85；
——輪胎的滾動(dòng)半徑，在此取0.405m；
——主減速器沖動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取266.5；
按上式計(jì)算：=7003.16 N／mm
雖然按最大附著力矩計(jì)算時(shí)結(jié)果很大，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)受最大轉(zhuǎn)矩的限制p最大只有1418.37，可知校核符合。
表3.3 許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力 (N／mm)
類別
檔位
一檔
二檔
直接檔
轎車
893
536
321
載貨汽車
1429
250
公共汽車
982
214
牽引汽車
536
250
（2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
汽車主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力為
（3.11）
式中： J——計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，見(jiàn)圖3.1，取J=0.2。
圖3.1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
——齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，對(duì)從動(dòng)齒輪，取，較小的者，即=5007.6
——超載系數(shù)，1.0；
——尺寸系數(shù)=；
——載荷分配系數(shù)取=1.1；
——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(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；
按計(jì)算轉(zhuǎn)矩最小值： 主動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力= 601.78N／mm<700 N／mm
按日常行駛平均轉(zhuǎn)矩：主動(dòng)錐齒輪彎曲應(yīng)力=177.04 N／mm<210.9 N／mm
綜上所述由表3.2，計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。
表3.2汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力 ( N／mm)
計(jì)算載荷
主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
主減速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
差速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
，中的較小者
700
2800
980
210.9
1750
210.9
（3）輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算
螺旋錐齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力（N／mm）為：
（3.12）
式中：——主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩為=2530.56；
——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，108mm；
，，同3.10；
——尺寸系數(shù)，=0.77；
——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取1；
F——齒面寬，取齒輪副中較小值即從動(dòng)齒輪齒寬34.875mm；
J—— 計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù)，J =0.09，見(jiàn)圖3.2所示。
大齒輪齒數(shù)
圖3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J
按計(jì)算轉(zhuǎn)矩最小值：=2516.94 N／mm<2800 N／mm
按日常行駛平均轉(zhuǎn)矩：=1365.12N／mm<1750N／mm
由表3.2輪齒齒面接觸強(qiáng)度滿足校核。
3.3雙級(jí)主減速器第二級(jí)斜齒柱齒輪參數(shù)選擇與強(qiáng)度計(jì)算
3.3.1斜齒柱齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)選擇
1、中心距A及齒寬b
雙級(jí)主減速器的圓柱齒輪副中心距A及齒寬b可按經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)選：
A
b
式中：——該圓柱齒輪副主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩。
A（179.81~203.93）mm， 本設(shè)計(jì)取200
b， 本設(shè)計(jì)取80mm
2、二級(jí)傳動(dòng)齒數(shù)分配
=3 在此取=15，=45。
3、斜齒圓柱齒輪端面模數(shù)
載荷平穩(wěn)，中心距A大及軟齒面取較小值。沖擊載荷或過(guò)載大，中心距A小及硬齒面取較大值。取m=6
4、斜齒圓柱齒輪端面壓力角及螺旋角
選取
3.3.2斜齒柱齒輪幾何尺寸變位
1．對(duì)中心距進(jìn)行修正
207.85mm，取208mm。
2．對(duì)斜齒柱齒輪進(jìn)行角度變位
分度圓壓力角：=
端面嚙合角：==
變?yōu)橄禂?shù)之和：
=3，
3.計(jì)算精確值
=
4斜齒圓柱齒輪幾何尺寸
分度圓直徑：
齒頂高：
齒跟高：=7.496mm
=6.42mm
齒頂圓直徑：115.23mm
325.24mm
齒根圓直徑：88.93mm
298.94mm
基圓直徑：97.65mm
292.98mm
3.3.3斜齒柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算
1.斜齒輪的彎曲應(yīng)力
式中：——為計(jì)算載荷；
——應(yīng)力集中系數(shù)，=1.65；
Z——齒數(shù)；
y——齒形系數(shù)取2.0；
——重合度影響系數(shù)，=2.0。
帶入公式得117.16Mpa，對(duì)于貨車強(qiáng)度范圍100~250Mpa，校核成功符合彎曲強(qiáng)度。
2.斜齒輪的接觸應(yīng)力
式中：F——齒面法向力，F(xiàn)= ；
Tg——計(jì)算載荷。
d——節(jié)圓直徑；
E——齒輪材料彈性模量，E=20.6；
，（其中r為主從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑）；
b——齒寬：
=1999.41Mpa，在范圍值1900~2000Mpa內(nèi)，所以齒輪接觸強(qiáng)度符合。
3.4主減速器的軸承計(jì)算
軸承的計(jì)算主要是計(jì)算軸承的壽命。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。
3.4.1作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力
如圖3.3所示錐齒輪在工作過(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向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
圖3.3 主動(dòng)錐齒輪工作時(shí)受力情況
為計(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過(guò)程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算[10]：
(3.13)
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取410N·m；
，…——變速器在各擋的使用率，可參考表3.4選取0.5％，3.5％，7％，59％，30％；
，…——變速