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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計
重型貨車驅(qū)動橋設(shè)計
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級： 車輛工程B07-6班
學(xué)生姓名： 辛 響
指導(dǎo)教師： 姚佳巖
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 for Driving Axle of Heavy Truck
Candidate：Xin Xiang
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B07-6
Supervisor：Associate Prof. Yao Jiayan
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
本次設(shè)計的題目是重型車輛車橋設(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(yùn)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。
本設(shè)計首先論述了驅(qū)動橋的組成，再分析驅(qū)動橋各部分結(jié)構(gòu)型式，確定總體設(shè)計方案：采用整體式驅(qū)動橋，主減速器的減速型式采用單級減速器，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，半軸采用全浮式型式，橋殼采用鋼板沖壓焊接式整體式橋殼。在本次設(shè)計中，主要完成了單級減速器、圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸的設(shè)計和橋殼的校核及CAD繪圖等工作。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋；主減速器；差速器；半軸；橋殼；CAD；設(shè)計；校核
ABSTRACT
The object of the design is The Design for Driving Axle of truck of Cellon Ⅱ CA1080. Driving Axle is consisted of Final Drive, Differential Mechanism, Half Shaft and Axle Housing. The basic function of Driving Axle is to increase the torque transmitted by Drive Shaft or directly transmitted by Gearbox, then distributes it to left and right wheel, and make these two wheels have the differential function which is required in Automobile Driving Kinematics; besides, the Driving Axle must also stand the lead hangs down strength, the longitudinal force and the transverse force acted on the road surface, the frame or the compartment lead.
The configuration of the Driving Axle is introduced in the theses at first. On the basis of the analysis of the structure ,the developing process and advantages and disadvantages of the former type of Driving Axle, the design adopted the Integral Driving Axle, Single Reduction Gear for Main Decelerator’s deceleration form, Spiral Bevel Gear for Main Decelerator’s gear, Full-floating for Axle and stamp-welded steel sheet of Integral Axle Housing for Axle Housing. In the design, we accomplished the design for Single Reduction Gear, tapered Planetary Gear Differential Mechanism, Full-floating Axle, the checking of Axle Housing and CAD drawing and so on.
.
Key words: Drive axle；Main reducer；Differential；Axle；Bridge shell；CAD；Design；Check
II
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 研究背景 1
1.2 驅(qū)動橋研究的目的和意義 1
1.3 驅(qū)動橋研究狀況與發(fā)展趨勢 2
1.3.1 發(fā)展?fàn)顩r 2
1.3.2 驅(qū)動橋發(fā)展趨勢 2
1.4 主要研究內(nèi)容 4
第2章 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案擬定 5
2.1 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)和種類 5
2.1.1 汽車車橋的種類 5
2.1.2 驅(qū)動橋的種類 5
2.1.3 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)組成 5
2.2 設(shè)計要求 10
2.2.1 適用車型 10
2.2.2 設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 10
2.3 本章小結(jié) 10
第3章 主減速器設(shè)計 11
3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 11
3.1.1 主減速器的齒輪類型 12
3.1.2 主減速器主、從動錐齒輪的支承形式 12
3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 13
3.2.1 主減速比i0的確定 13
3.2.2 主減速器計算載荷的確定 13
3.2.3 主減速器基本參數(shù)的選擇 15
3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算 17
3.2.5 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計算 18
3.3 主減速器軸承的載荷計算 22
3.3.1 錐齒輪齒面上的作用力 22
3.3.2 錐齒輪軸承載荷的計算 25
3.3.3 錐齒輪軸承型號的確定 27
3.4 本章小結(jié) 28
第4章 差速器設(shè)計 29
4.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 29
4.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 30
4.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計 30
4.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 31
4.3.2 差速器齒輪的幾何計算 33
4.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計算 34
4.4 本章小結(jié) 36
第5章 驅(qū)動半軸的設(shè)計 37
5.1 全浮式半軸計算載荷的確定 38
5.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 39
5.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計算 39
5.4 半軸花鍵的選擇及強(qiáng)度計算 40
5.4.1 半軸花鍵的選擇 40
5.4.2 半軸花鍵的強(qiáng)度計算 42
5.5 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料與熱處理 43
5.6 本章小結(jié) 43
第6章 驅(qū)動橋殼的設(shè)計 44
6.1 驅(qū)動橋設(shè)計概述 44
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計算 44
6.2.1 汽車以最大牽引力行駛時的橋殼強(qiáng)度計算 44
6.2.2 汽車側(cè)向力最大時的橋殼強(qiáng)度計算 45
6.2.3 汽車在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計算 46
6.3 本章小結(jié) 46
結(jié)論 47
參考文獻(xiàn) 48
致謝 49
附錄A 50
附錄B 54
57
第1章 緒 論
1.1 研究背景
汽車自上個世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)走過了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。作為交通運(yùn)輸工具之一，汽車在人們的日常生產(chǎn)及生活中發(fā)揮著越來越大的作用，成為了人們生活中不可或缺的一部分。重型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有很大的比重，而驅(qū)動橋作為汽車中重要的組成部分，在整車設(shè)計中十分重要。良好驅(qū)動橋設(shè)計可大大提高汽車對各種路面及地面的適應(yīng)性，提高其通過性及行駛安全性。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及汽車技術(shù)的提高，驅(qū)動橋的設(shè)計，制造工藝都在日益完善。驅(qū)動橋也和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在機(jī)構(gòu)設(shè)計中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織的專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。面對著日趨激烈的競爭，提高驅(qū)動橋的性能，降低成本，維修方便成了現(xiàn)代驅(qū)動橋設(shè)計首先考慮的問題。
驅(qū)動橋是汽車總成中的重要承載件之一 ,其性能直接影響整車的性能和有效使用壽命。驅(qū)動橋一般由橋殼、主減速器、差速器和半殼等元件組成 ,轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋還包括各種等速聯(lián)軸節(jié) ,結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。傳統(tǒng)設(shè)計是以生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎(chǔ) ,以運(yùn)用力學(xué)、數(shù)學(xué)和回歸方法形成的公式、圖表、手冊等為依據(jù)進(jìn)行的?，F(xiàn)代設(shè)計是傳統(tǒng)設(shè)計的深入、豐富和發(fā)展 ,而非獨(dú)立于傳統(tǒng)設(shè)計的全新設(shè)計。以計算機(jī)技術(shù)為核心 ,以設(shè)計理論為指導(dǎo) ,是現(xiàn)代設(shè)計的主要特征。利用這種方法指導(dǎo)設(shè)計可以減小經(jīng)驗設(shè)計的盲目性和隨意性 ,提高設(shè)計的主動性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。同樣 ,對驅(qū)動橋的研究不應(yīng)僅停留在傳統(tǒng)設(shè)計方法上 ,而應(yīng)借助于現(xiàn)代設(shè)計方法以精益求精。本文采用現(xiàn)代驅(qū)動橋設(shè)計方法 ,結(jié)合計算機(jī)CAD技術(shù)，以促進(jìn)其設(shè)計過程趨于合理化和科學(xué)化。
1.2 驅(qū)動橋研究的目的和意義
我國幅員遼闊，地理和道路條件復(fù)雜，在各種路面條件下均可獲得良好行駛性能的載貨汽車非常適合我國的道路條件。此外，隨著我國人民物質(zhì)生活水平的提高，以及對汽車安全性認(rèn)識的提高，驅(qū)動橋的性能得到了人們的重視。我國的載貨汽車和客車保有量很大，而且年需求量也相當(dāng)大。由于工作環(huán)境、運(yùn)輸效率等的因素，這些車型迫切需要設(shè)計出性能更加出色的驅(qū)動橋，以提高汽車的動力性、通過性及安全性。
從我國汽車工業(yè)發(fā)展情況來看，由于我國汽車工業(yè)起步較晚，技術(shù)相對落后，雖然有著良好的發(fā)展勢頭，但是與國外汽車相比仍然有很大差距。因此，國內(nèi)汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代在多方面要受制于國外，這無疑對我國汽車工業(yè)的發(fā)展極為不利[2]。
現(xiàn)在，我國已成為WTO成員國，國內(nèi)汽車市場競爭日趨激烈，同時國內(nèi)汽車業(yè)也
面臨著與國外汽車業(yè)同臺競爭的壓力。只有在價格和性能方面占優(yōu)勢的產(chǎn)品才能在這場競爭中取勝。鑒此，開展驅(qū)動橋的設(shè)計計算方法、試驗方法及其在汽車產(chǎn)品中的應(yīng)用研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價值。本課題研究的驅(qū)動橋適用于重型載貨汽車并可供一般8噸以及以上的車型使用，以作為儲備技術(shù)和擴(kuò)大產(chǎn)品的配套能力。
1.3 驅(qū)動橋研究狀況與發(fā)展趨勢
1.3.1 發(fā)展?fàn)顩r
我國汽車工業(yè)與國外相比，起步較晚，技術(shù)相對落后，雖然有著良好的發(fā)展勢頭，但是與國外汽車相比仍然有很大差距。作為汽車的重要配套基礎(chǔ)件，驅(qū)動橋的更新?lián)Q代在多方面受制于國外，這對我國汽車工業(yè)的發(fā)展極為不利。
經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國的汽車行業(yè)無論是生產(chǎn)規(guī)模、管理模式、技術(shù)創(chuàng)新、機(jī)制改革、經(jīng)營理念等諸多方面，都有了很大的發(fā)展，已經(jīng)連續(xù)數(shù)年保持強(qiáng)勁地增長勢頭。作為汽車驅(qū)動橋這一關(guān)鍵的基礎(chǔ)配套件企業(yè)，也緊跟著汽車行業(yè)的發(fā)展，發(fā)生了很大的變化。各大驅(qū)動橋企業(yè)不斷的進(jìn)行管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、超前進(jìn)行技術(shù)儲備、產(chǎn)品開發(fā)，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量不斷進(jìn)步。
國外汽車企業(yè)起步早、技術(shù)成熟，由于較早的使用了計算機(jī)技術(shù)，使產(chǎn)品設(shè)計時間縮短，提高了產(chǎn)品的研發(fā)效率，80年代開始我國逐步開始引進(jìn)國外先進(jìn)汽車技術(shù)，進(jìn)行消化吸收，不斷創(chuàng)新，對驅(qū)動橋作了多次重大的技術(shù)改進(jìn)，完成了數(shù)個噸位驅(qū)動橋的產(chǎn)品系列，使得設(shè)計更加先進(jìn)、結(jié)構(gòu)更加合理，適應(yīng)廣泛滿足了眾汽車企業(yè)的要求，產(chǎn)量連年攀升。各大汽車驅(qū)動橋企業(yè)紛紛采用CAD、CAE技術(shù)、有限元分析，為驅(qū)動橋的設(shè)計提供了先進(jìn)的技術(shù)平臺，使得產(chǎn)品開發(fā)快捷，快速滿足用戶要求，為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了良好的基礎(chǔ)；廠房的改造、設(shè)備的更新、工藝路線的調(diào)整為產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和規(guī)模提供了保證。
1.3.2 驅(qū)動橋發(fā)展趨勢
隨著我國公路條件的改善和物流業(yè)對車輛性能要求的變化，汽車驅(qū)動橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級化發(fā)展的趨勢。單級橋與雙級橋的主要區(qū)別及用途 單級橋有主減速器，一級減速。橋包尺寸大，離地間隙小，相對雙級橋而言，其通過性較差，主要用于公路運(yùn)輸車輛。雙級橋有主減速器減速、輪邊減速器減速，形成二級減速。由于是二級減速，主減速器減速速比小，主減速器總成相對較小，橋包相對減小，因此離地間隙加大，通過性好。該系列橋總成主要用于公路運(yùn)輸，以及石油、工礦、林業(yè)、野外作業(yè)和部隊等領(lǐng)域。
單級減速驅(qū)動橋是驅(qū)動橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝簡單，成本較低，是驅(qū)動橋的基本類型，汽車上占有重要地位；由于重型貨車汽車發(fā)動機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢，使得驅(qū)動橋的傳動比向小速比發(fā)展；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，重型貨車使用條件對汽車通過性的要求降低，重型貨車不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過性；與帶輪邊減速器的驅(qū)動橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級減速驅(qū)動橋機(jī)械傳動效率提高，易損件減少，可靠性提高。單級橋產(chǎn)品的優(yōu)勢為單級橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計的角度看，中型車產(chǎn)品在主減速比小于7的情況下，應(yīng)盡量選用單級減速驅(qū)動橋。近幾年重型貨車企業(yè)的產(chǎn)銷數(shù)據(jù)顯示，中卡市場的集中度正在進(jìn)一步提高。隨著缺陷汽車召回制度及歐Ⅲ、歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，加上原材料漲價等因素，重型貨車的研發(fā)、制造、銷售等環(huán)節(jié)的成本將有一定幅度的上升，因此，未來幾年內(nèi)，重型貨車市場的盈利水平將會越來越低，重型貨車市場價格將會全面調(diào)整和適度下降。重型貨車未來幾年盈利水平的降低，在客觀上為重型貨車企業(yè)的重組創(chuàng)造了條件。隨著整個中型汽車企業(yè)市場的發(fā)展變化，作為4大總成之一的車橋也會隨之發(fā)生變化，面臨市場集中度的問題。與重型貨車企業(yè)相似，目前國內(nèi)重型貨車車橋生產(chǎn)企業(yè)也主要集中在一汽車橋廠、東風(fēng)襄樊車橋公司、中國重汽橋箱廠、陜西漢德車橋公司、重慶紅巖橋廠和安凱車橋廠幾家企業(yè)。這些企業(yè)幾乎占到國內(nèi)重卡車橋90％以上的市場。隨著重型貨車產(chǎn)銷持續(xù)上升，重型貨車車橋生產(chǎn)企業(yè)紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能并實(shí)施技改項目。各重型貨車橋廠產(chǎn)能的提升，為重型貨車的發(fā)展打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。重型貨車熱銷，各廠家紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能的同時，將加大優(yōu)勢資源的競爭能力。競爭的加劇必然造成巨頭的出現(xiàn)。衡量一個成功的橋廠，其5萬根以上的產(chǎn)量是最低基準(zhǔn)線。在斯太爾平臺橋廠中，中國重汽橋箱廠、陜西漢德車橋有限公司、重慶紅巖橋廠、安凱橋廠產(chǎn)能均在2004-2005年突破5萬根大關(guān)?？梢灶A(yù)料在未來兩三年內(nèi)，主要中重型卡車橋企業(yè)的二期、三期技改將會全面完成，其中重卡車橋國內(nèi)布局也將初步完成。
高速的中卡呼喚新型中卡車橋，為了適應(yīng)未來的發(fā)展需要，提高運(yùn)輸效率，有關(guān)人士呼吁我國中卡企業(yè)必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的公路運(yùn)輸概念，生產(chǎn)出適應(yīng)快速、長途的高效率、高效益型中卡。我國現(xiàn)有的斯太爾驅(qū)動橋產(chǎn)品主要滿足中高檔中型汽車的需求，屬于典型的歐洲中型汽車產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)，這決定了存在諸多缺點(diǎn)：傳動效率相對較低，油耗高長途運(yùn)輸容易導(dǎo)致汽車輪載發(fā)熱，散熱效果差，為了防止過熱發(fā)生爆胎，不得不增加噴淋裝置使結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。導(dǎo)致產(chǎn)品價格高等。隨著公路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，上述缺點(diǎn)在公路運(yùn)輸中型汽車中日顯突出，據(jù)統(tǒng)計，歐美中型汽車采用該結(jié)構(gòu)的車橋產(chǎn)品呈下降趨勢，日本采用該結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品更少。有關(guān)專家預(yù)測我國采用斯太爾驅(qū)動橋產(chǎn)品的合理比例是占整個重型汽車驅(qū)動橋的25％，驅(qū)動橋的主流產(chǎn)品是單級減速驅(qū)動橋產(chǎn)品。未來中卡車橋?qū)⒂傻湫偷乃固珷栯p級減速驅(qū)動橋向單級橋方向發(fā)展。GB1589的頒布實(shí)施，鼓勵中卡向多軸化發(fā)展。國內(nèi)眾多中卡企業(yè)紛紛推出多軸卡車，這使承載軸的需求量大增。承載軸的走俏，為各大橋廠提供了更大的市場空間。專家預(yù)測，在未來10年內(nèi)，客車的市場需求量僅僅是重型貨車的10％左右，市場空間不大，如果考慮轎車進(jìn)入家庭的影響，今后的大型客車市場將逐步下降；因此，各企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)都放在中重卡車橋上?？蛙囓嚇虍a(chǎn)品可以保留，用以滿足客車生產(chǎn)的需要。2005年及以后的幾年內(nèi)，中型汽車所需橋總成將會形成以下產(chǎn)品格局：公路運(yùn)輸以10t及以上單級減速驅(qū)動橋、承載軸為主，工程、港口等用車以10t級以上雙級減速驅(qū)動橋為主。公路運(yùn)輸車輛向大噸位、多軸化、大功率方向發(fā)展，使得驅(qū)動橋總成也向傳動效率高的單級減速方向發(fā)展。有關(guān)專家預(yù)測，未來我國的中重型車橋產(chǎn)品中75％的驅(qū)動橋?qū)⑹菃渭夠?qū)動橋?！?
1.4 主要研究內(nèi)容
結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)和實(shí)際設(shè)計要求，在參考以往的研究成果以及國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，確定主要研究內(nèi)容如下：
1.針對重型載貨汽車為設(shè)計對象，進(jìn)行驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)的選擇；
2.進(jìn)行主減速器、差速器、半軸、橋殼的選擇、計算及校核；
3.利用CAD完成驅(qū)動橋裝備圖及主要零件圖。
第2章 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案擬定
2.1 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)和種類
2.1.1 汽車車橋的種類
車橋通過懸架與車架（或承載式車身）相連，它的兩端安裝車輪，其功用是傳遞車架（或承載式車身）于車輪之間各方向的作用力及其力矩。
根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同，車橋分為整體式和斷開式兩種。當(dāng)采用非獨(dú)立懸架時，車橋中部是剛性的實(shí)心或空心梁，這種車橋即為整體式車橋；斷開式車橋為活動關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立懸架配用。
根據(jù)車橋上車輪的作用，車橋又可分為轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋和支持橋四種類型。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動橋，一般貨車多以前橋為轉(zhuǎn)向橋，而后橋或中后兩橋為驅(qū)動橋。
2.1.2 驅(qū)動橋的種類
驅(qū)動橋作為汽車的重要的組成部分處于傳動系的末端，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、右驅(qū)動車輪，并使左、石驅(qū)動車輪具有汽車行駛運(yùn)動學(xué)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車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
在一般的汽車結(jié)構(gòu)中、驅(qū)動橋包括主減速器（又稱主傳動器）、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置及橋殼等部件如圖2.1所示。
對于各種不同類型和用途的汽車，正確地確定上述機(jī)件的結(jié)構(gòu)型式并成功地將它們組合成一個整體——驅(qū)動橋，乃是設(shè)計者必須先解決的問題。
驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動車輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動車輪采用非獨(dú)立懸掛時，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開式驅(qū)動橋；當(dāng)驅(qū)動車輪采用獨(dú)立懸掛時，則配以斷開式驅(qū)動橋。非獨(dú)立懸架，整體式驅(qū)動橋。這種類型的車一般的設(shè)計多采用單級減速器，它可以保證足夠大的離地間隙同時也可以增大主傳動比。
2.1.3 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)組成
1、主減速器
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方法。
驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)如圖2.1.。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1－半軸 2－圓錐滾子軸承 3－支承螺栓 4－主減速器從動錐齒輪 5－油封
6－主減速器主動錐齒輪 7－彈簧座 8－墊圈 9－輪轂 10－調(diào)整螺母
圖2.1 驅(qū)動橋
（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2.2所示主、從動齒輪軸線交于一點(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)時其噪聲和振動也是很小的。
雙曲面齒輪如圖2.3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(diǎn)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(qiáng)度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。
圖2.2 螺旋錐齒輪 圖2.3 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(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
雙曲面齒輪傳動有如下缺點(diǎn)：
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(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤滑油。
（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2.4所示，其特點(diǎn)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，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。
圖2.5 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。
（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(qiáng)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(jī)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的選擇，主減速器的減速形式分為單級減速（如圖2.5）、雙級減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。按主減速比的變化可分為單速主減速器和雙速主減速器兩種。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。
2、差速器
根據(jù)汽車行駛運(yùn)動學(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。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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(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比式的。
3、半軸
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(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，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)用于各類重型汽車上。
4、橋殼
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。
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(qiáng)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(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)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。
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(qiáng)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。
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。
2.2 設(shè)計要求
表2.1 設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
車型
載貨汽車
整備質(zhì)量
4330kg
滿載質(zhì)量
8015kg
最高車速
93km/h
最大爬坡度
大于29%
變速器1擋傳動比
7.285
額定功率
104kw（最高車速時3000r/min時）
最大轉(zhuǎn)矩
330Nm（1200－1400r/min時）
輪胎規(guī)格
8.25R20
最小離地間隙
212mm
2.3 本章小結(jié)
本章簡要的介紹了驅(qū)動橋的種類、組成并由所選車型選擇了非斷開式驅(qū)動橋、單級主減速器、普通對稱式圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸、鑄造整體式橋殼。另外，本章列出了所選車型基本數(shù)據(jù)。
第3章 主減速器設(shè)計
3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。
驅(qū)動橋中主減速器、差速器設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求：
①所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
②外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動件工作平穩(wěn)，噪音小。
③在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動協(xié)調(diào)。
④在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車平順性。
⑤結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。
按主減速器的類型分，驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下：
1、中央單級減速器
此是驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)中最為簡單的一種(如圖3.1示)，是驅(qū)動橋的基本形式， 在載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動比較小的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級減速驅(qū)動橋。
圖3.1 單級主減速器 圖3.2 雙級主減速器
2、中央雙級主減速器
中央雙級減速橋（如圖3.2）是在中央單級橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時使用的。雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動橋存在。
3、中央單級輪邊減速器
中央單級主減速器。有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
(1)結(jié)構(gòu)最簡單，制造工藝簡單，成本較低， 是驅(qū)動橋的基本類型，在重型汽車上占有重要地位；
(2) 載重汽車發(fā)動機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢，使得驅(qū)動橋的傳動比向小速比發(fā)展；
(3) 隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，汽車使用條件對汽車通過性的要求降低；
(4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級減速驅(qū)動橋機(jī)械傳動效率提高，易損件減少，可靠性提高。
單級驅(qū)動橋產(chǎn)品的優(yōu)勢為單級驅(qū)動橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計的角度看，載重車產(chǎn)品在主減速比小于7的情況下，應(yīng)盡量選用單級減速驅(qū)動橋。
所以此設(shè)計采用中央單級減速驅(qū)動橋，再配以整體式橋殼。
3.1.1 主減速器的齒輪類型
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。在此選用弧齒錐齒輪傳動，其特點(diǎn)是主、從動齒輪的軸線垂直交于一點(diǎn)。由于輪齒端面重迭的影響，至少有兩個以上的輪齒同時嚙合，因此可以承受較大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動小。另外，弧齒錐齒輪與雙曲面錐齒輪相比，具有較高的傳動效率。
3.1.2 主減速器主、從動錐齒輪的支承形式
主動錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承（如圖3.3）和跨置式支承（如圖3.4）
兩種。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)。跨置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。
圖3.3 主動錐齒輪懸臂式支承 圖3.4 主動錐齒輪跨置式
從動錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖3.5示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使c等于或大于 。
圖3.5 從動錐齒輪支撐形式
3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算
3.2.1 主減速比i0的確定
對于載貨汽車來說，為了得到足夠的功率儲備而使最高車速稍有下降，i0一般選用下式確定：
（3.1）
式中：—車輪的滾動半徑， =0.487m；
igh—變速器最高檔傳動比。igh =1；
i—分動器或加力器的高檔傳動比；
iLB—輪邊減速器的傳動比。
將np=3000r/min，vamax =93km/h，rr=0.487m，igh=1代入（3.1），最終取i0=6.33。
3.2.2 主減速器計算載荷的確定
1、按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tce
從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩Tce
Tce=TemaxiTLK0ηT/n （3.2）
式中：Tce—計算轉(zhuǎn)矩，N·m；
Temax—發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =330 N·m
n—計算驅(qū)動橋數(shù)，1；
—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擋傳動比；為變速器1擋傳動比與主減速器傳動比的乘積，此處為46.11；
ηT—變速器傳動效率，取ηT =0.9；
K0—超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野車以及液力傳動的各類汽車取K0=1；
代入式（3.2），有：
Tce=13694.67 N·m
主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩 T=2163.45 N·m
2、按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tcs
Tcs=G2Φrr/ηLBiLB （3.3）
式中：G2—汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷，對于4×2的貨車滿載時后橋承載全車重量的60%—68%，此處取64%，則取 G2=50270N;
Φ—輪胎對地面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用車，取=0.85；對于越野汽車取1.0；對于安裝有專門的防滑寬輪胎的高級轎車，計算時可取1.25;
rr—車輪的滾動半徑，在此選用輪胎型號為8.25R20，則車論的滾動半徑為0.487m；
ηLB，iLB—分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和傳動比，ηLB取0.9，由于沒有輪邊減速器iLB取1.0
代入式（3.3），有：
Tcs=23121
3、按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tcf
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)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定：
（3.4）
式中：—汽車滿載時的總重量，78547N；
—所牽引的掛車滿載時總重量，N，但僅用于牽引車的計算；
—道路滾動阻力系數(shù)，對于載貨汽車可取0.015~0.020；取0.016
—汽車正常行駛時的平均爬坡能力系數(shù)，對于載貨汽車可取0.05~0.09取0.06；
—汽車的性能系數(shù)在此取0；
—主減速器從動齒輪到車輪之間的效率；取為0.9
—主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比；
n—驅(qū)動橋數(shù)。
所以
3.2.3 主減速器基本參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動齒輪的齒數(shù)z1和z2、從動錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)mt、主從動錐齒輪齒面寬b1和b2、中點(diǎn)螺旋角β、法向壓力角α等。
1、主、從動錐齒輪齒數(shù)z1和z2
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，z1，z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)。
（2）為得到理想齒面重合度和高輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動齒輪齒數(shù)和不小于40。
（3）為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對于商用車z1一般不小于6。
（4）主傳動比i0較大時，z1盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。
（5）對于不同的主傳動比，z1和z2應(yīng)有適宜的搭配。
根據(jù)以上要求，這里取z1=6 z2=38，能夠滿足條件：z1 + z2=44〉40
2、從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)mt
對于單級主減速器，增大尺寸D2會影響驅(qū)動橋殼的離地間隙，減小D2又會影響懸置式主動齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。
D2可根據(jù)經(jīng)驗公式初選，即
（3.5）
式中：—直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0；
—從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，N·m，為Tce和Tcs中的較小者。
所以 D2=（13.0～16.0）=（311～383）mm
初選D2=380mm，則mt = D2/ z2 =380/38=10mm
選取mt=10mm，則D2=380mm，根據(jù)mt=km校核mt=10mm選取是否合適，其中km =（0.3～0.4）此處，mt =（0.3～0.4）=（7.2～10.05），滿足校核條件。
3、主、從動錐齒輪齒面寬b
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過窄及刀尖圓角過小，這樣不但會減小了齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)力，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，會引起輪齒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。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會降低。
對于從動錐齒輪齒面寬b應(yīng)滿足b≤10m，對于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用：
B=0.155 D2=0.155380=58.9mm為滿足齒輪強(qiáng)度要求在此取64mm
4、中點(diǎn)螺旋角β
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端螺旋角最小?；↓X錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，選β時應(yīng)考慮它對齒面重合度ε，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，β越大，則ε也越大，同時嚙合的齒越多，傳動越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，ε在1.5～2.0時效果最好，但β過大，會導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°～40°，而商用車選用較小的β值以防止軸向力過大，通常取35°。
5、螺旋方向
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)方向影響其所受的軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時，應(yīng)使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向。這樣可使主、從動齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。
所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運(yùn)動，這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時針，驅(qū)動汽車前進(jìn)。
6、法向壓力角
法向壓力角大一些可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重合度下降。對于弧齒錐齒輪，商用車的α為20°或22°30’。這里取α＝20°。
3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算
表3.1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算用表
項目
計 算 公 式
計 算 結(jié) 果
主動齒輪齒數(shù)
6
從動齒輪齒數(shù)
38
端面模數(shù)
10㎜
齒面寬
=64㎜
工作齒高
15㎜
全齒高
=16.66㎜
法向壓力角
=20°
軸交角
=90°
節(jié)圓直徑
=
60㎜
=380㎜
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=8.973°
=81.027°
節(jié)錐距
A==
取A=192.35㎜
周節(jié)
t=3.1416
t=31.416㎜
齒頂高
=12.85㎜；=2.15mm
齒根高
=3.81 ㎜；=14.51mm
徑向間隙
c=1.66㎜
齒根角
=1.135°；=4.314°
面錐角
=13.287°
=82.162°
螺旋角
=35°
續(xù)表3.1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算用表
項目
計 算 公 式
計 算 結(jié) 果
根錐角
=
=
=7.838°
=76.713°
齒頂圓直徑
=
=85.385㎜
=380.67㎜
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=187.996㎜
=27.876㎜
理論弧齒厚
=23.17mm
=8.246mm
齒側(cè)間隙
B=0.254～0.330
0.3mm
3.2.5 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計算
在選好主減速器齒輪的主要參數(shù)后，應(yīng)根據(jù)所選的齒形計算錐齒輪的幾何尺寸，對其強(qiáng)度進(jìn)行計算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命。在進(jìn)行強(qiáng)度計算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
1、單位齒長圓周力
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圓周力來估算，即
P= (3.6)
式中：P—作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩兩種載荷工況進(jìn)行計算，N；
—從動齒輪的齒面寬，在此取60mm.
按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計算時：
（3.7）
式中：—發(fā)動機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取330 N·m；
—變速器的傳動比，常取1擋及直接擋傳動比進(jìn)行計算；
—主動齒輪節(jié)圓直徑，在此取60mm.
當(dāng)按1擋傳動比進(jìn)行計算時有：
當(dāng)按直接擋傳動比進(jìn)行計算時有：
按最大附著力矩計算時：
（3.8）
式中：—汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷，對于后驅(qū)動橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時的負(fù)荷增加量，在此取50270N；
—輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85：
—輪胎的滾動半徑，在此取0.487m；
按上式 =1711.3 N／mm
在現(xiàn)代汽車的設(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提高許用資料的20%～25%。
表3.2 許用單位齒長上的圓周力[P] N／mm
參數(shù)
汽車類別
輪胎與地面的附著系數(shù)
Ⅰ擋
Ⅱ擋
直接擋
轎車
893
536
321
893
0.85
載貨汽車
1429
—
250
1429
0.85
公共汽車
982
—
214
—
0.85
牽引汽車
536
—
250
—
0.65
由上表可知對于按照發(fā)動機(jī)計算轉(zhuǎn)矩計算的[P]為：
1擋：1714.8～1786.25 N／mm
直接擋：300 ～312.5 N／mm
按照最大附著力矩計算的[P]為：1786.25 N／mm，則可知主減速器的單位齒長圓周力滿足要求。
2、齒輪彎曲強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為：
（3.9）
式中 σw—錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力，MPa；
Tc—齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，從動齒輪按Tcs，Tce［見式（3.1）、（3.2）］兩者中之較小者和Tcf［見式（3.3）］計算；對于主動齒輪還需轉(zhuǎn)換到主動齒輪上；
k0—過載系數(shù)，一般取1；
ks—尺寸系數(shù)，當(dāng)端面模數(shù)≥1.6mm時，ks= ，此處取ks=0.79
km—齒面載荷分配系數(shù)，當(dāng)只有一個齒輪采用騎馬式支承形式時，km =1.10～1.25，此處取km =1.10；
kv—質(zhì)量系數(shù)，取1；
b—所計算的齒輪齒面寬；
J—齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，通過圖3.6可知對于主動齒輪J=0.165.對于從動齒輪J=0.2252；
當(dāng)按Tce，Tcs中較小的一個計算時，Tc1 =2163.45Nm, Tc2 =13694.67 Nm, 將各參數(shù)代入式（3.8），有：
主動：
從動：
當(dāng)按Tcf計算時，Tc1 =510.3 Nm, Tc2=3230.2 Nm , 將各參數(shù)代入式（3.9），有：
主動：
從動：
當(dāng)按Tce，Tcs中較小的一個計算時，汽車主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為700MPa;按Tcf計算時，許用彎曲應(yīng)力為210.9 MPa,輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。
圖 3.6 齒輪輪齒彎曲系數(shù)J
3、輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為：
σj= （3.10）
式中：σj—錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力，MPa；
d1—主動錐齒輪大端分度圓直徑，mm；d1 =60mm
b—主、從動錐齒輪齒面寬較小值；b=64mm
kf—齒面品質(zhì)系數(shù)，取1.0；
cp—綜合彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6N1/2/mm；
k0、ks、km、kv——見式（3.9）下說明；
J—齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取0.165；
T1c—主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩，可按Tce，Tcs［見式（3.2）、（3.3）］兩者中之較小者和Tcf［見式（3.4）］計算；
當(dāng)按Tce，Tcs［見式（3.2）、（3.3）］兩者中之較小者計算時，Tc1 =2163.45 N·m，將各參數(shù)代入式（3.10），有：
σj ==2677.5 MPa
當(dāng)按Tcf［見式（3.4）］計算時，Tcf =510.3 N·m，將各參數(shù)代入式（3.10），有：
σj==1123.5MPa
主、從動齒輪的接觸應(yīng)力式相同的。當(dāng)按Tcf計算時，許用接觸應(yīng)力為1750MPa；當(dāng)按Tce，Tcs兩者中之較小者計算時，許用接觸應(yīng)力為2800MPa。輪齒接觸應(yīng)力滿足要求
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)動橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tce和最大附著轉(zhuǎn)矩Tcs并不是使用中的持續(xù)載荷，強(qiáng)度計算時只能用它來驗算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。
3.3 主減速器軸承的載荷計算
3.3.1 錐齒輪齒面上的作用力
錐齒輪在工作過程中，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。
為計算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動機(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Td進(jìn)行計算。
（3.11）
式中：—發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，330N.m
，，…，—變速器Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，…倒檔使用率，按表3.3取，…
，，，….—變速器Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，…，倒檔傳動比，其中=7.285
=4.193，=2.485，=1.563，=1.0，=0.783，=6.777。
，，，…—變速器處于Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，…倒檔時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率，可按表3.4選取。
表3.3 變速器各擋的相對工作時間或使用率fgi
車型
檔位數(shù)
最高檔傳動比
fgi /%
變速器檔位
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
載貨汽車
4
1
1
3
21
75
4
<1
1
4
35
60
5
1
1
3
5
16
75
5
<1
1
3
12
64
20
6
1
1
2
4
8
15
70
6
<1
1
2
4
8
70
15
8
<1
0.5
1
3
5.5
10
15
45
20
表3.4 變速器處于各當(dāng)事的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率
車型
變速器檔位
轎車