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載重汽車主減速器及差速器設(shè)計 目錄 1緒論 1 2設(shè)計任務(wù)書 2 3設(shè)計計算說明書 3 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 3 3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇 3 3.1.2 主減速器的減速形式選擇 5 3.1.3 主減速器主、從動雙曲面齒輪的支承型式 7 3.2 主減速器基本參數(shù)的選擇與計算載荷的確定 9 3.2.1車輪滾動半徑和主減速比的確定： 9 3.2.2主減速器齒輪計算載荷的確定 10 3.2.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定 12 3.3主要計算 17 3.3.1 單位齒長上的圓周力 17 3.3.2輪齒的彎曲強度計算 18 3.3.3 輪齒的接觸強度計算 20 3.4 主減速器軸承的計算 21 3.4.1 雙曲面齒輪的軸向力和徑向力計算 21 3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 22 3.6 差速器總成的設(shè)計 23 3.6.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 24 3.6.2 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 25 3.6.3 差速器齒輪強度計算 28 4使用說明書 29 4.1主要參數(shù) 29 4.2主減速器及差速器工作原理 29 4.3潤滑使用及維修 30 5標(biāo)準(zhǔn)審查報告 30 5.1 產(chǎn)品圖樣的審查 30 5.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 31 5.3 標(biāo)注件的使用情況 31 5.4 審查結(jié)論 31 結(jié) 論 32 參考文獻 33 致謝 34 載重汽車主減速器及差速器設(shè)計 摘 要：汽車主減速器及差速器是汽車后橋的主要部件之一，其基本的功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，再將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動車輪，并使左右驅(qū)動車輪具有汽車行駛運動所要求的差速功能。同時，驅(qū)動橋還要承受作用于路面和車架或承載車身之間的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩。其質(zhì)量、性能的好壞直接影響整車的安全性、經(jīng)濟性、舒適性、可靠性。 本文參考了東風(fēng)EQ1090E載重汽車驅(qū)動橋，在論述載重汽車汽車驅(qū)動橋運行機理的基礎(chǔ)上，提練出了在驅(qū)動橋設(shè)計中應(yīng)掌握的滿足汽車行駛的平順性和通過性、降噪技術(shù)的應(yīng)用及零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化、產(chǎn)品的系列化等三大關(guān)鍵技術(shù)；闡述了汽車驅(qū)動橋的基本原理并進行了系統(tǒng)分析；根據(jù)經(jīng)濟、適用、舒適、安全可靠的設(shè)計原則和分析比較，確定了載重汽車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)形式、布置方法、主減速器總成、差速器總成的結(jié)構(gòu)型式；并對主要零部件進行了強度校核，完善了主減速器及差速器的整體設(shè)計。 通過本課題的研究，開發(fā)設(shè)計出適用于裝置大功率發(fā)動機載重汽車的單級驅(qū)動橋產(chǎn)品，確保設(shè)計的載重汽車驅(qū)動橋經(jīng)濟、實用、安全、可靠。 關(guān)鍵詞：載重汽車； 主減速器； 差速器； 設(shè)計 Differential design of the main gear and truck Abstract Automotive final drive and rear axle differential is one of the main components, its basic function is to increase the drive shaft or transmission came directly from the torque, then torque distribution to the left and right drive wheels, and to drive the wheels with the car driving around the required differential movement capabilities. Meanwhile, the drive axle must bear the effect on the body surface and the frame or between the vertical load force, longitudinal force, lateral force and torque. Its quality, performance, a direct impact on vehicle safety, economy, comfort and reliability. This reference to the east EQ1090E truck drive axle, in his discussion of automotive drive axle truck running mechanism, based on the extraction of a bridge design in the driver should have to meet the comfort and vehicle driving through sex, noise reduction technology and standardization of parts, components of the universal, the product series such as the three key technologies; describes the basic principles of automotive drive axle and a systematic analysis; based on economic, suitable, comfortable, safe and reliable design principles and analysis and comparison identified the truck driver bridge structure, layout methods, the main gear assembly, the differential assembly structure; and strength check of major components were to improve the final drive and the overall design of differential . Through this research project, designed to develop high-power engine on the device for single-stage drive axle truck products, ensure that the design of the truck drive axle economic, practical, safe and reliable. 朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音字典 Keywords ： heavy truck; Final drive; Differential; Design. 1 緒論 汽車主減速器及差速器是傳動系中的重要部件，其性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動機輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個高效、可靠的驅(qū)動橋。所以采用傳動效率高的單級減速驅(qū)動橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動橋的設(shè)計方法進行了載重汽車驅(qū)動橋的設(shè)計。本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計參數(shù)；然后參考類似驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計方案；最后對主、從動齒輪，差速器齒輪的強度進行校核以及壽命校核。 為了提高汽車行駛平順性和通過性，現(xiàn)在汽車的驅(qū)動橋也在不斷的改進。與獨立懸架相配合的斷開式驅(qū)動橋相對與非獨立懸架配合的整體式驅(qū)動橋在平順性和通過性方面都得到改進。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，驅(qū)動橋?qū)玫竭M一步的發(fā)展。展望將來需開發(fā)汽車驅(qū)動橋智能化設(shè)計軟件，設(shè)計新驅(qū)動橋只需輸入相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)將自動生成三維圖和二維圖，以達到效率高、強度低、匹配佳的最優(yōu)方案。 驅(qū)動橋是汽車傳動系統(tǒng)中主要總成之一。驅(qū)動橋的設(shè)計是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好環(huán)。因此，設(shè)計中要保證：所選擇的主減速比應(yīng)保證汽車在給定使用條件下有最佳的動力性能和燃料經(jīng)濟性。 (1) 當(dāng)左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時，驅(qū)動橋必須能合理的解決左右車輪的轉(zhuǎn)矩分配問題，以充分利用汽車的牽引力； (2) 具有必要的離地間隙以滿足通過性的要求； (3) 驅(qū)動橋的各零部件在滿足足夠的強度和剛度的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量輕，特別是應(yīng)盡可能做到非簧載質(zhì)量，以改善汽車的行駛平順性； (4) 能承受和傳遞作用于車輪上的各種力和轉(zhuǎn)矩； (5) 齒輪及其它傳動部件應(yīng)工作平穩(wěn)，噪聲?。? (6) 對傳動件應(yīng)進行良好的潤滑，傳動效率要高； (7) 結(jié)構(gòu)簡單，拆裝調(diào)整方便； (8) 設(shè)計中應(yīng)盡量滿足“三化”。即產(chǎn)品系列化、零部件通用化、零件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 2 設(shè)計任務(wù)書 東風(fēng)EQ1108G6D的整車參數(shù)見表2-1、發(fā)動機參數(shù)見表2-2、其他參數(shù)見表2-3： 載質(zhì)量 5000 裝備質(zhì)量 4570 空車 前軸 2370 后橋 2200 滿載 前軸 3200 后橋 6570 總質(zhì)量 9770 最高車速（km/h） 95 最大爬坡度 ≥ 25% 制動距離（滿載30km/h）（m） ≤ 8 最小轉(zhuǎn)彎半徑（m） ≤9 百公里油耗（L） 16L 長度 （mm） 總長 7220 總寬 2470 高度（駕駛室，滿載） 2540 車廂內(nèi)部尺寸 長 4800 寬 2294 高 500 軸距 3950 輪距 前輪 1900 后輪 1800 最小離地間隙（mm） 240 行駛角（° ） 接近角 30 離去角 14 表2-1 整車參數(shù) 主減速器相當(dāng)于后橋的心臟，其設(shè)計的好壞直接關(guān)系到后橋運行的平穩(wěn)性、噪音、異響等問題。因此主減速器的設(shè)計非常關(guān)鍵既要與整車匹配好，又要滿足自身功能和性能要求，設(shè)計時既要考慮傳動系統(tǒng)的匹配性，又要考慮自身的強度、剛度和整車的通過性，也就是說它與發(fā)動機輸出扭矩，功率，變速箱的傳動性以及整車承載能力密切相關(guān)。車輪對路面的滑動不僅會加速輪胎磨損，增加汽車的動力消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動性能的惡化。若主減速器從動齒輪通過一根整軸同時帶動兩側(cè)驅(qū)動輪，則兩側(cè)車輪只能同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。為了保證兩側(cè)驅(qū)動輪處于純滾動狀態(tài)，就必須改用兩根半軸分別連接兩側(cè)車輪，而由主減速器從動齒輪通過差速器分別驅(qū)動兩側(cè)的半軸和車輪，使它們可用不同角速度旋轉(zhuǎn)。稱這種裝在同一驅(qū)動橋兩側(cè)的驅(qū)動輪之間的差速器為輪間差速器。在多軸驅(qū)動汽車的各驅(qū)動橋之間，也存在類似問題。為了適應(yīng)各驅(qū)動橋所處的不同路面情況，使各驅(qū)動橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅(qū)動橋之間裝設(shè)軸間差速器。 表2-2發(fā)動機參數(shù) 6BT型 、 四沖程 、 水冷 、 直列六缸 、 增壓 、 柴油發(fā)動機 氣缸直徑x活塞行程 102x120mm 工作容積（L） 5.88 壓縮比 17.5 額定轉(zhuǎn)速（r/min） 2600 額定功率（2600r/min） 118KW 最大扭矩（1400r/min） 539N.M 噴油順序 1-5-3-6-2-4 燃油種類 夏季 0號 冬季 0-20號 表2-3其他參數(shù) 主減速比 6.33 輪胎型號 9.00R20-14PR 變速器傳動比（六個前進擋，一個倒擋） Ⅰ擋 5.606 Ⅱ擋 3.627 Ⅲ擋 2.313 Ⅳ擋 1.487 Ⅴ擋 1.00 Ⅵ擋 0.79 倒擋 5.046 3 設(shè)計計算說明書 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。 1. 弧齒錐齒輪傳動 弧齒錐齒輪的特點是主，從動齒輪的軸線垂直相交于一點。由于齒輪斷面重疊影響，至少有兩對以上的齒輪同時嚙合，因此可以承受較大的載荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸由齒的一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和震動小，但弧齒錐齒輪對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍不吻合就會使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲變大。 2. 雙曲面齒輪傳動 雙曲面齒輪傳動的特點是主從動齒輪的軸線相互垂直但不相交，且主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線向上或向下偏移一距離E，稱為偏移距，如圖2-1所示。當(dāng)偏移距大到一定程度時，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。這對于增強支承剛度、保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。雙曲面齒輪的偏移距使得其主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X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)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)，這有利于大傳動比傳動。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i0≥4.5的傳動有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動比小于2時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。 由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo)致其進入嚙合的平均齒數(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傳動工作得更加平穩(wěn)、無噪聲，強度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。 3.圓柱齒輪傳動 圓柱齒輪傳動廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置的前置前驅(qū)動乘用車驅(qū)動橋和雙級主減速器驅(qū)動橋以及輪邊減速器。 4. 蝸桿傳動 蝸桿-蝸輪傳動簡稱蝸輪傳動，在汽車驅(qū)動橋上也得到了一定應(yīng)用。在超重型汽車上，當(dāng)高速發(fā)動機與相對較低車速和較大輪胎之間的配合要求有大的主減速比(通常8～14)時，主減速器采用一級蝸輪傳動最為方便，而采用其他齒輪時就需要結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、輪廓尺寸及質(zhì)量均較大、效率較低的雙級減速。與其他齒輪傳動相比，它具有體積及質(zhì)量小、傳動比大、運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)、最為靜寂無噪聲、便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動的布置、能傳遞大載荷、使用壽命長、傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、調(diào)整容易等一系列的優(yōu)點。其惟一的缺點是耍用昂貴的有色金屬的合金(青銅)制造，材料成本高，因此未能在大批量生產(chǎn)的汽車上推廣。 該驅(qū)動橋是為中型卡車設(shè)計，根據(jù)以上的對比分析知，該橋的主減速器齒輪應(yīng)該選用雙曲面齒輪。 3.1.2 主減速器的減速形式選擇 主減速器的減速型式分為單級減速、雙續(xù)減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。 （1）單級主減速器 由于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廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比i0<7.0的各種中、小型汽車上。單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動的。 （2）雙級主減速器 由兩級齒輪減速器組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大(7.016時 取為0 因為=33.93>16, 所以=0 所以 = = 5082.8 （3-11） 3.2.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定 主減速器雙曲面齒輪的主要參數(shù)有主、從動雙曲面齒輪齒數(shù)和、從動雙曲面齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、齒面寬、雙曲面齒輪副的偏移距、中點螺旋角、法向壓力角等。 1）齒數(shù)的選擇 選擇主、從動雙曲面齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素： （1）為了磨合均勻，、之間應(yīng)避免有公約數(shù)； （2）為了得到理想的重合系數(shù)和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)不少于40； （3）為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強度，對于轎車，一般不少于9；對于貨車，一般不少于6； （4）當(dāng)主傳動比較大時，盡量使取得少些，以便得到滿意的離地間隙。當(dāng)≥6時，可取最小值并等于5，但為了嚙合平穩(wěn)并提高疲勞強度常大于5；當(dāng)較小時（3.5～5），可取7～12。 本設(shè)計范例：根據(jù)之前計算得到的主減速器傳動比=6.30，查表2-4考慮到=6.17較大，齒數(shù)盡可能選的小，所以?。? =6，=37 重新計算傳動比=6.17，返回（3-7）、（3-8）和（3-9）計算得： Tje=16770.07 n.m ， =26411.8 n.m ， =5082.8 n.m 表3-1 汽車主減速器主動雙曲面齒輪齒數(shù) 傳動比（z2/z1） z1推薦 z1允許范圍 1.50-1.75 14 12-16 1.75-2.00 13 11-15 2.00-2.50 11 10-13 2.50-3.00 10 9-11 3.00-3.50 10 9-11 3.50-4.00 10 9-11 4.00-4.50 9 8-10 4.5-5.0 8 7-9 5.00-6.00 7 6-8 6.00-7.50 6 5-7 7.50-10.00 5 5-6 2）從動齒輪模數(shù)的選擇 表3-2 許用單位齒長上的圓周力 [] 參數(shù) 類別 輪胎與地面的附著系數(shù) Ⅰ檔 Ⅱ檔 Ⅲ檔 轎車 893 536 321 893 0.85 載貨汽車 1429 250 1429 0.85 公交車 982 214 0.85 根據(jù)單位齒長上的許用圓周力選擇，查表得;I擋時 ≤ 1429 （3-12） 其中=0.155=0.155，= 將各個參數(shù)代入得m≧11.08 表3-3錐齒輪模數(shù) （mm） 0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.125 1.25 1.375 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32 36 40 45 50 注：1、表中模數(shù)指錐齒輪大端端面模數(shù)； 2、該表適用于直齒、斜齒及曲面錐齒輪。 查表2-6 取 m = 12 = 444 mm （3-13） 3）從動雙曲面齒輪齒面寬 一般要求小于10倍的端面模數(shù)。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會降低。從動雙曲面齒輪齒面寬推薦值為 =0.155 （3-14） 對于主動雙曲面齒輪齒面寬通常較從動雙曲面齒輪齒面寬大10%。 本設(shè)計范例：=68.82mm。 取為69mm 取為75mm 4）雙曲面齒輪螺旋方向 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，判斷軸向力方向時，可以用手勢法則，左旋齒輪的軸向力的方向用左手法則判斷，右旋齒輪用右手法則判斷；判斷時四指握起的旋向與齒輪旋轉(zhuǎn)方向相同，其拇指所指方向則為軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進擋時，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，防止輪齒卡死而損壞。 5）雙曲面齒輪副偏移距及偏移方向的選擇 轎車、輕型客車和輕型載貨汽車主減速器的值，不應(yīng)超過從動齒輪節(jié)錐距的40%（接近于從動齒輪大端分度圓直徑的20%）；而載貨汽車、越野汽車和公交車等重負荷傳動，則不應(yīng)超過從動齒輪節(jié)錐距的20%（或取為的10%～12%，一般不超過12%）。傳動比越大則也應(yīng)越大，大傳動比的雙曲面齒輪傳動，可達到的20%～30%，但此時需要檢查是否存在根切。 雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種。由從動齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動齒輪處于右側(cè)，如果主動齒輪在從動齒輪中心線的上方，則為上偏移；在從動齒輪中心線下方，則為下偏移。如果主動齒輪處于左側(cè)，則情況相反。圖8a、b為下偏移，圖8c、d為上偏移。 本設(shè)計范例：考慮到為中型貨車，取=0.1=0.1×444=44.4mm，取為45mm，考慮到上偏移可以減小離地間隙，采用主動雙曲面齒輪上偏移，，主動雙齒輪選擇右旋，從動雙曲面齒輪選擇左旋。 6）中點螺旋角 螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪螺旋角沿齒寬是變化的，因此，常用齒面寬中點處的螺旋角來表示，稱為中點螺旋角或名義螺旋角。 螺旋錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，而雙曲面齒輪副由于存在偏移距，而使其中點螺旋角不相等，且主動齒輪螺旋角要比從動齒輪螺旋角大,兩者之差稱為偏移角。 選擇時，應(yīng)考慮它對齒面重合度、輪齒強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，齒輪上所受的軸向力也會過大。 “格里森”制齒輪推薦用下式預(yù)選主動齒輪螺旋角的名義值： （3-15） 式中：——主動齒輪名義（中點）螺旋角的預(yù)選值； 、——主、從動齒輪齒數(shù)； ——從動齒輪的分度圓直徑； ——雙曲面齒輪副的偏移距。 對于雙曲面齒輪，當(dāng)確定了主動齒輪的螺旋角之后，可用下式近似的確定從動齒輪的名義螺旋角 =25°+5°°+90°=46.42° =36.03 =0.17316 =9.97° 所以 = 36.03 因為= 在35°-40°范圍內(nèi)， 所以修正得=45°，=35°， =40° 7）齒輪法向壓力角的選擇 格里森制齒輪規(guī)定轎車主減速器螺旋錐齒輪選用14°30′或16°的法向壓力角，載貨汽車和重型汽車選用20°或22°30′的法向壓力角；對于雙曲面齒輪轎車選用19°的平均壓力角，載貨汽車選用22°30′的平均壓力角。當(dāng)≥8時，其平均壓力角均選用21°15′。 本設(shè)計：雙曲面齒輪=20°30′。 8）銑刀盤名義直徑的選擇 刀盤名義直徑可按從動齒輪分度圓直徑直接按表選?。? 本設(shè)計：由于為444mm，故查表可選擇=152.4mm。 在完成主減速器齒輪的幾何計算后，應(yīng)驗算其強度，進行強度計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠地工作。 齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損。，齒輪的使用壽命除與設(shè)計的正確與否有直接關(guān)系外，在實際生產(chǎn)中也往往會由于材料、加工精度、熱處理、裝配調(diào)整以及使用條件的不當(dāng)而發(fā)生損壞。但正確的設(shè)計應(yīng)是減少或避免上述損壞的一項重要措施。強度驗算則是進行正確設(shè)計的一個方面。目前的強度計算多為近似計算，在汽車工業(yè)中確定齒輪強度的主要依據(jù)是臺架試驗及道路試驗，以及在實際使用中的情況，強度計算可供參考。 3.3主要計算 3.3.1 單位齒長上的圓周力 表3-4 許用單位齒長上的圓周力[p] N/mm 車型 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算 按最大附著力矩計算 附著系數(shù) 1檔 2檔 直接檔 轎車 893 536 321 893 0.85 貨車 1429 250 1429 0.85 公共汽車 982 214 0.85 牽引汽車 536 250 0.65 在現(xiàn)代汽車設(shè)計中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長上的圓周力有時高出表中數(shù)據(jù)的20%-25% 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算時有： 式中：——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，N.mm； ——變速器傳動比，通常取Ⅰ檔及直接檔進行計算； ——主動齒輪分度圓直徑（mm），對于雙曲面齒 ；對螺旋齒輪有。 按最大附著力矩計算時有： （3-16） 式中：——滿載下驅(qū)動橋上的靜載荷，N； ——輪胎與地面的附著系數(shù)，按表2-9查得； ——輪胎的滾動半徑，m； ——主減速器從動齒輪分度圓半徑，mm。 本設(shè)計實例： 對雙曲面齒輪有： 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算有： ≈1219.62N/mm＜[]=1429N/mm，滿足設(shè)計要求； 按最大附著力矩計算有： ≈1724.23N/mm＜1.2[]=1786.25n/mm,滿足設(shè)計要求。 3.3.2輪齒的彎曲強度計算 汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪輪齒的計算彎曲應(yīng)力 (N／mm2)為 （3-17） 式中Tj——齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，N·m，對于從動齒輪按Tje、Tje、中的較小者和計算，對于主動齒輪還需要將上述計算轉(zhuǎn)矩換算到主動齒輪上。 K0——超載系數(shù)；對于一般載貨汽車取為1 Ks——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)m≥1.6mm時，Ks==0.7； Km——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，Km＝1.00~1.10；當(dāng)一個齒輪用騎馬式支承時，Km＝1.10~1.25。支承剛度大時取小值； Kv——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當(dāng)輪齒接觸良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取Kv＝1； F——計算齒輪的齒面寬，mm； Z——計算齒輪的齒數(shù)； m——端面模數(shù)，mm； J——計算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù) 查機械設(shè)計手冊取=0.28，=0.25 按Tje、中的較小者計算 =247.31<700 合格 =288.54<700 合格 按計算 =110.57<210.9 合格 =109.25<210.9 合格 表3-5 汽車驅(qū)動橋齒輪的許用應(yīng)力 計算載荷 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 按計算得出的最大計算轉(zhuǎn)矩Tje，Tjφ中的較小者 700 2800 980 按平均計算轉(zhuǎn)矩Tjm 210.9 1750 210.9 3.3.3 輪齒的接觸強度計算 圓錐齒輪與雙曲面齒輪齒面的計算接觸應(yīng)力 (MPa)為 （3-18） 式中：T1、T1max——分別為主動齒輪的工作轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，N·m； Cp——材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6N1/2／mm； d1——主動齒輪節(jié)圓直徑，mm； Kf——表面質(zhì)量系數(shù)，對于制造精確的齒輪可取Kf=1； F——齒面寬，mm，取齒輪副中的較小值(一般為從動齒輪齒面寬)； J——計算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)。 查機械設(shè)計手冊取得J=0.135 通常式(3-18)簡化為： （3-19） 按Tje、中的較小者計算 =1497.79MPa<2800MPa 按計算 =1245.543MPa<2800MPa 合格 圖3-3 主減速器主動齒輪受力分析 3.4 主減速器軸承的計算 軸承的計算主要是計算軸承的壽命。通常是根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)尺寸初步選定軸承的型號，然后驗算軸承壽命。在驗算之前，首先應(yīng)求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力，然后再求出軸承反力，以確定軸承載荷。 3.4.1 雙曲面齒輪的軸向力和徑向力計算 ⑴齒寬中點處的圓周力為： P=2/dm 式中：T——計算轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩， dm為該齒輪齒面寬中點的分度圓直徑 = （3-20） ——變速器在各擋使用率 ——變速器各擋傳動比 ——變速器在各擋發(fā)動機轉(zhuǎn)矩利用率 表3-6和 的參考值 , 擋位 數(shù)值 Ⅰ 0.5 Ⅱ 3.5 Ⅲ 7 Ⅳ 59 Ⅴ - 超速擋 30 Ⅰ 50 Ⅱ 60 Ⅲ 70 Ⅳ 70 Ⅴ - 超速檔 70 計算得主動齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 =28.86n.m 查表得 =73.64mm =376.24mm 主從動齒輪的中點處的圓周力，P2 分別為P1===784.01N, （3-21） P2===908.24N （3-22） ⑵主動齒輪的軸向力和徑向力 表3-7 雙曲面齒輪軸向力及徑向力 主動齒輪螺旋方向：右 主動齒輪旋轉(zhuǎn)方 向： 逆時針 軸向力A 徑向力R 主動齒輪 主動齒輪 A= R= 從動齒輪 從動齒輪 A= R= 根據(jù)表可算出主、從動雙曲面齒輪的軸向力和徑向力， α=22°30′ ，查表3-8得 =45°=35° =11.8° =77.88° 代入計算得： 主動雙曲面齒輪：A=781.854N R=289.2N 從動雙曲面齒輪：A=315.5N R=719.3N 3.5 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、作用時間長、載荷變化多、帶沖擊等特點。其損壞形式主要有齒板彎曲折斷、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表面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。常用的鋼號有20CrMnTi，22CrMnMo，20CrNiMo，20MnVB和20Mn2TiB。 用滲碳合金鋼制造齒輪，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度可高達HRC58～64，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)m>8時為HRC29～45，當(dāng)m<8時為HRC32～45。 對于滲碳層深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù)m≤5時，為0.9～1.3mm；m>5～8時，為1.0～1.4mm；m>8時，為1.2～1.6mm。 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(或僅大齒輪)在熱處理及精加工(如磨齒或配對研磨)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。 對齒面進行噴丸處理有可能提高壽命達25%。對于滑動速度高的齒輪，為了提高其耐磨性可進行滲碳處理。滲碳處理時的溫度低，故不會引起齒輪變形。滲碳后摩擦系數(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。 3.6 差速器總成的設(shè)計 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關(guān)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，轉(zhuǎn)彎時外側(cè)車輪的行程總要比內(nèi)側(cè)的長。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，則會由于左右驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)速雖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。這不僅會使輪胎過早磨損、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)動輪間都裝有差速器，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不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運動學(xué)要求。 3.6.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 差速器的分類可按用途(如圖3-4所示)也可按其工作特性分類(如圖3-5所示)。 圖3-4 差速器按用途分類 圖3-5 差速器按工作特性分類 從經(jīng)濟性和平穩(wěn)性考慮，后橋選用結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、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。 3.6.2 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 （1）行星齒輪數(shù)目的選擇 轎車常用2個行星齒輪，載貨汽車和越野汽車多用4個行星齒輪，少數(shù)汽車采用3個行星齒輪。故行星齒輪數(shù)目定為4。 （2）行星齒輪球面半徑RB(mm)的確定 圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑RB，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實際上代替了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征了差速器的強度。 球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗公式來確定： （3-23） 式中：KB——行星齒輪球面半徑系數(shù)，KB=2.52~2.99，對于有4個行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；對于有2個行星齒輪的轎車以及越野汽車、礦用汽車取最大值；Tj——計算轉(zhuǎn)矩，按中的較小者選取，N·m。 所以mm，取66mm (3) 節(jié)錐距的確定 Ao = (0.98 -0.99 ) （3-24） 取A0=64mm (4)行星齒輪齒數(shù)和半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(shù)從