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太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是中型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部件,其位于傳動(dòng)系的末端，其功用是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將其傳給驅(qū)動(dòng)輪并使其具有差速功能. 所以中型專用汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)有著實(shí)際的意義。
在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)當(dāng)今驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展情況確定了驅(qū)動(dòng)橋各部件的設(shè)計(jì)方案。其中根據(jù)本次設(shè)計(jì)的車型為中型汽車，所以主減速器的形式采用雙級(jí)主減速器；而差速器則采用目前被廣泛應(yīng)用的對(duì)稱式錐齒輪差速器；其半軸為全浮式支撐。在本次設(shè)計(jì)中完成了對(duì)主減速器、差速器、半軸、橋殼及軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。并通過以上計(jì)算滿足了驅(qū)動(dòng)橋的各項(xiàng)功能。此外本設(shè)計(jì)還應(yīng)用了較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，如用MATLAB進(jìn)行計(jì)算編程和用CAXA軟件繪圖。
本設(shè)計(jì)保持了驅(qū)動(dòng)橋有足夠的強(qiáng)度、剛度和足夠的使用壽命，以及足夠的其他性能。并且在本次設(shè)計(jì)中力求做到零件通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋，主減速器，差速器，半軸，橋殼
ABSTRACT
The graduation project is the subject of a medium goods vehicle driver in the design of the bridge. Bridge drive vehicle drive system is an important component parts, its function is increasing drive shaft or transmission came from the torque, and its transmission to a driving wheel differential function. So medium-sized private car driver has a practical bridge design Significance.
In the design of the bridge under the current drive the development of the driver identified the components of the bridge design. According to the design of this model for the medium-sized cars, so the main reducer in the form of a two-stage main reducer, and the current differential is being widely used symmetric bevel gear differential; its axle for the whole floating - Support. In the completion of the design of the main reducer, differential and axle, bearings and the bridge shell calculation and design verification. Through the above calculation and the drive to meet the various functions of the bridge. In addition the design of a more advanced design tools, such as MATLAB calculated using CAXA software programming and graphics.
This design has maintained a drive axle have sufficient strength, stiffness and sufficient life, and enough other properties. And in this design-to-common and standardized components.
KEY WORDS：Drive Bridge, the main reducer, differential and axle, Shell Bridge
目錄
第1章 緒 論 1
1.1 驅(qū)動(dòng)橋簡(jiǎn)介 1
1.2 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的基本要求 2
第2章 驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì) 3
2.1 主減速器簡(jiǎn)介 3
2.2 主減速器形式的選擇 4
2.3主減速器錐齒輪的選擇 5
2.4 主減速器齒輪的支承 7
2.5 主減速器軸承的預(yù)緊 8
2.6 錐齒輪嚙合的調(diào)整 8
2.7 潤(rùn) 滑 9
2.8 雙曲面錐齒輪的設(shè)計(jì) 9
2.8.1主減速比的確定 9
2.8.2主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 10
2.8.3主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 12
2.8.4有關(guān)雙曲面錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算方法及公式 16
2.8.5主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 17
2.9主減速齒輪的材料及熱處理 20
第3章 差速器的設(shè)計(jì) 22
3.1 差速器的功用 22
3.2 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 22
3.3 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 24
3.4 差速器強(qiáng)度計(jì)算 27
3.5 差速器直齒圓錐齒輪參數(shù) 27
第4章 車輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 30
4.1 車輪傳動(dòng)裝置的功用 30
4.2 半軸支承型式 30
4.3 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 30
4.4 半軸的強(qiáng)度計(jì)算 31
4.5 全浮式半軸桿部直徑的初選 32
4.6 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 32
第5章 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 34
5.1 驅(qū)動(dòng)橋殼的功用和設(shè)計(jì)要求 34
5.2 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)方案分析 34
5.3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 35
第6章 軸承的壽命計(jì)算 37
6.1主減速器軸承的計(jì)算 37
6.2軸承載荷的計(jì)算 39
6.3主動(dòng)齒輪軸承壽命計(jì)算 39
結(jié)論 41
參考文獻(xiàn) 42
致謝 43
IV
第1章 緒 論
1.1 驅(qū)動(dòng)橋簡(jiǎn)介
驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的重要組成部分，它位于傳動(dòng)系的末端，一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和橋殼等組成。其功用是：①將萬向傳動(dòng)裝置傳來的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩；②通過主減速器圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向；③通過差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪差速的作用，保證內(nèi)、外車輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向；④承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。
驅(qū)動(dòng)橋分為斷開式和非斷開式兩類。斷開式驅(qū)動(dòng)橋--為了提高汽車行駛平順性和通過性，有些轎車和越野車全部或部分驅(qū)動(dòng)輪采用獨(dú)立懸架，即將兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪分別用彈性懸架與車架相聯(lián)系，兩輪可彼此獨(dú)立地相對(duì)于車架上下跳動(dòng)，于此相應(yīng)，主減速殼固定在車架上。驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)制成分段并通過鉸鏈連接，這種驅(qū)動(dòng)橋稱為斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
非斷開式驅(qū)動(dòng)橋--整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋通過彈性懸架與車架連接，由于半軸套管與主減速器殼是剛性連成一體的，因而兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪不可能在橫向平面內(nèi)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。故稱這種驅(qū)動(dòng)橋?yàn)榉菙嚅_式驅(qū)動(dòng)橋，亦稱為整體式驅(qū)動(dòng)橋。
本次設(shè)計(jì)為中型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)。由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋與斷開式驅(qū)動(dòng)橋相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠，維修和調(diào)整方面也很簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)車輪又采用非獨(dú)立式懸架，所以本次設(shè)計(jì)采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
1.2 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的基本要求
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好壞。因此，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
1） 選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車具有最佳的動(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，以滿足通過性要求。
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，具有較高的傳動(dòng)效率。
5） 保證足夠的強(qiáng)度和剛度條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，以減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的行駛平順性。
6） 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，維護(hù)方便機(jī)件工藝性好制造容易。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)
2.1 主減速器簡(jiǎn)介
主減速器是在傳動(dòng)系中起降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩作用的主要部件，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用。它是依靠齒數(shù)少的齒輪帶齒數(shù)多的齒輪來實(shí)現(xiàn)減速的，采用圓錐齒輪傳動(dòng)則可以改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向。將主減速器布置在動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪分流之前的位置，有利于減小其前面的傳動(dòng)部件（如離合器、變速器、傳動(dòng)軸等）所傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而減小這些部件的尺寸和質(zhì)量。
主減速器的存在有兩個(gè)作用，第一是改變動(dòng)力傳輸?shù)姆较?，第二是作為變速器的延伸為各個(gè)檔位提供一個(gè)共同的傳動(dòng)比。 變速器的輸出是一個(gè)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，而車輪必須繞車輛的橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這就需要有一個(gè)裝置來改變動(dòng)力的傳輸方向。之所以叫主減速器，就是因?yàn)椴还茏兯倨髟谑裁礄n位上，這個(gè)裝置的傳動(dòng)比都是總傳動(dòng)比的一個(gè)因子。有了這個(gè)傳動(dòng)比，可以有效的降低對(duì)變速器的減速能力的要求，這樣設(shè)計(jì)的好處是可以有效減小變速器的尺寸，使車輛的總布置更加合理。
汽車主減速器最主要的作用，就是減速增扭。我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率是一定的，根據(jù)功率的計(jì)算公式W=M*v（功率=扭矩*速度），當(dāng)通過主減速器將傳動(dòng)速度降下來以后，能獲得比較高的輸出扭矩，從而得到較大的驅(qū)動(dòng)力。此外，汽車主減速器還有改變動(dòng)力輸出方向、實(shí)現(xiàn)左右車輪差速或中后橋的差速功能。
2.2 主減速器形式的選擇
為了滿足不同的使用要求，主減速器的形式也不同。按參加減速傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目可分為單級(jí)主減速器和雙級(jí)主減速器。單級(jí)主減速器多采用一對(duì)弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪傳動(dòng)，廣泛應(yīng)用于主傳動(dòng)比≤7的汽車上。乘用車、質(zhì)量較小的商用車都采用單級(jí)主減速器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)；雙級(jí)主減速器是由兩級(jí)齒輪減速組成的主減速器，第一級(jí)是錐齒輪、第二級(jí)是圓柱齒輪傳動(dòng)，與單級(jí)主減速器相比，保證有足夠的離地間隙同時(shí)可得較大的傳動(dòng)比，一般為7～12。
雙級(jí)主減速器的布置方案：
雙級(jí)主減速器有多種結(jié)構(gòu)方案：第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為圓柱齒輪（a）；第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為行星齒輪(b)；第一級(jí)為行星齒輪，第二級(jí)為錐齒輪；第一級(jí)為圓柱齒輪，第二級(jí)為錐齒輪(c)。
圖2.1 主減速器齒輪的支撐形式
2.3主減速器錐齒輪的選擇
如圖2-1所示，為雙曲面齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直但不相交。主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一定距離，這個(gè)距離稱為偏移距。由于的存在，使主動(dòng)齒輪螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動(dòng)齒輪圓周力之比/=/式中的、分別為主、從動(dòng)齒輪的圓周力；、分別為主、從動(dòng)齒輪的螺旋角。（螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的齒線任意一點(diǎn)的切線與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)連線之間的夾角）。
圖2.2 主減速器齒輪傳動(dòng)形式
雙曲面齒輪的傳動(dòng)比為=/=/（為雙曲面齒輪傳動(dòng)比；、分別為主、從動(dòng)輪平均分度圓半徑；、為主從動(dòng)齒輪圓周力）。
螺旋齒輪的傳動(dòng)比= / ，令=/,則=。由于大于，所以系數(shù)大于1，一般為1.25～1.50。
這說明：
1）當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
2）當(dāng)傳動(dòng)比一定時(shí)，從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的齒輪強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
3）當(dāng)傳動(dòng)比一定時(shí)，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪從動(dòng)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪較小，因而有較大的離地間隙
4）在工作工程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)。縱向滑動(dòng)可以改變論齒的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
5）由于存在偏移距，雙曲面齒輪副使其主動(dòng)齒輪的螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角，這樣同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，重合度較大，不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30%。
6）雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑和螺旋角都很大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量
曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪大，其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高。
7）雙曲面齒輪主動(dòng)齒輪的螺旋角變大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，所以選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動(dòng)比。
8）雙曲面齒輪的主動(dòng)齒輪較大，加工時(shí)所需刀盤刀頂距較大。因而切削刃壽命較長(zhǎng)。
9）雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置在從動(dòng)齒輪的中心上方，便于多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫通，增大傳動(dòng)軸的離地高度。
但是，雙曲面齒輪也存在以下的缺點(diǎn)；
1）沿齒長(zhǎng)方向縱向滑動(dòng)也會(huì)使摩擦損失增加，降低傳動(dòng)效率。雙曲面齒輪副傳動(dòng)效率約為96%，螺旋錐齒輪的傳動(dòng)效率約為99%。
2）齒面間的壓力和摩擦功可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力降低。
3）雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承的負(fù)荷較大。
4）雙曲面齒輪傳動(dòng)必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤(rùn)滑油，螺旋錐齒輪傳動(dòng)用普通潤(rùn)滑油即可。
雙曲面齒輪有一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)采用雙曲面齒輪傳動(dòng)。
2.4 主減速器齒輪的支承
現(xiàn)代汽車中主減速器主動(dòng)錐齒輪支承有兩種形式：懸臂式和跨置式支承。如圖2-2所示。
跨置式支撐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在錐齒輪兩端的軸上均有軸承，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。因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)相對(duì)安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)齒輪軸的長(zhǎng)度，使布置更緊湊，并可以減小傳動(dòng)軸夾角，有利于整車布置。但是跨置式的支承必須在主減速器殼體上有支承導(dǎo)向軸承所需要的軸承座，從而使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。跨置式支撐拆裝困難，導(dǎo)向軸承是個(gè)易損壞的一個(gè)軸承。
懸臂式支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)有較長(zhǎng)的軸，并在其上安裝一對(duì)圓錐滾子軸承。兩軸承的圓錐滾子的大端應(yīng)朝外，這樣可以減小懸臂長(zhǎng)度和增加兩支承間的距離，以改善支撐剛度。為了盡可能的地增加支承剛度，支承距離應(yīng)大于2.5倍的懸臂長(zhǎng)度。為了方便拆裝，應(yīng)使靠近齒輪的軸承軸徑比另一軸承的支承軸徑大些。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛度差，用于傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小的減速器上。
本次設(shè)計(jì)采用的是懸臂式，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
從動(dòng)錐齒輪的支承剛度與軸承的形式、支承間的距離及載荷在軸承之間的分布比例有關(guān)。從動(dòng)錐齒輪多采用圓錐滾子軸承，為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子軸承大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸+；且距離+應(yīng)不小于從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑的65%。為了使載荷均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使尺寸≥。
本次設(shè)計(jì)采用的是懸臂式，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖2.3 主減速器錐齒輪的支承形式
（1） 懸臂式 （2）跨置式
2.5 主減速器軸承的預(yù)緊
為了減小在錐齒輪傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的軸向力所引的齒輪軸的軸向位移，以提高齒輪軸的支承剛度，保證錐齒輪的正常嚙合，在裝配主減速器時(shí)，圓錐滾子軸承應(yīng)該要有一定的裝配預(yù)緊度。但是過緊，會(huì)使傳動(dòng)效率低，且加速磨損。工程上用預(yù)緊力矩表示預(yù)緊度的大小。預(yù)緊力矩的合理值應(yīng)該依據(jù)試驗(yàn)確定。對(duì)于主動(dòng)錐齒輪軸承的預(yù)緊力矩一般為1～3N·m。
主動(dòng)錐齒輪圓錐滾子軸承的預(yù)緊度的調(diào)整，可利用調(diào)整墊片厚度的方法，調(diào)整時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)叉形凸緣，如發(fā)現(xiàn)預(yù)緊度過緊則增加墊片的總厚度；反之減小墊片的總厚度。支承差速器殼的圓錐滾子軸承的預(yù)緊度的調(diào)整，可利用軸承外側(cè)的調(diào)整螺母或主減速器殼與軸承蓋之間的調(diào)整墊片來調(diào)整。
2.6 錐齒輪嚙合的調(diào)整
錐齒輪嚙合的調(diào)整是在圓錐滾子軸承預(yù)緊度調(diào)整之后進(jìn)行的。它包括齒面嚙合印跡和齒側(cè)間隙的調(diào)整。
（1）齒面嚙合印跡的調(diào)整，首先在主動(dòng)錐齒輪輪齒上涂以紅色顏料，然后用手使主動(dòng)齒輪往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，于是從動(dòng)錐齒輪輪齒的兩工作面上便出現(xiàn)紅色印跡。若從動(dòng)錐齒輪輪齒正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)工作面上的印跡位于齒高的中間偏于小端，并占齒面寬度并占齒面寬度的60%以上，則為正確嚙合。正確嚙合的印跡位置可通過主減速殼與主動(dòng)錐齒輪軸承座之間的調(diào)整墊片的總厚度而獲得。
（2）嚙合間隙的調(diào)整方法是擰動(dòng)支承差速器殼的圓錐滾子軸承外側(cè)的調(diào)整螺母，以改變從動(dòng)錐齒輪的位置。輪齒嚙合間隙應(yīng)在0.15～0.40mm范圍內(nèi)。為保持已調(diào)好的差速器圓錐滾子軸承預(yù)緊度不變，一端調(diào)整螺母擰入的圈數(shù)應(yīng)等于另一端調(diào)整螺母擰出的圈數(shù)。若間隙大于規(guī)定值，應(yīng)使從動(dòng)錐齒輪靠近主動(dòng)錐齒輪，反之離開。
2.7 潤(rùn) 滑
雙曲面齒輪工作時(shí)，齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)；且齒面間壓力很大，齒面油膜易被破壞，為減少摩擦，提高效率，必須使用含防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油。主減速器殼中所儲(chǔ)齒輪油，靠從動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)甩濺到各齒輪、軸和軸承上進(jìn)行潤(rùn)滑。為保證主動(dòng)齒輪軸前端的兩個(gè)圓準(zhǔn)滾子軸承得到可靠潤(rùn)滑，需在主減速器殼體中鑄出進(jìn)油道和回油道。當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，飛濺起的潤(rùn)滑油從進(jìn)油道通過軸承座的孔進(jìn)入兩圓錐滾子軸承大端的潤(rùn)滑油經(jīng)回油道流回主減速器內(nèi)。加油孔應(yīng)設(shè)在加油方便之處，放油孔應(yīng)設(shè)在橋殼最低處。 差速器殼應(yīng)開孔使?jié)櫥瓦M(jìn)入，保證差速器齒輪和滑動(dòng)表面的潤(rùn)滑。在主減速殼體上必須裝有通氣塞，以防止殼體內(nèi)溫度過高使氣壓過大導(dǎo)致潤(rùn)滑油滲漏。
2.8 雙曲面錐齒輪的設(shè)計(jì)
2.8.1主減速比的確定
=0.377=0.377=7.2 ?。?-1）
式中：
——車輪滾動(dòng)半徑，=0.54m；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，=3200r·；
——最高車速=90km/h；
——最高檔傳動(dòng)比=1。
2.8.2主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定
通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪在良好路面上開始滑轉(zhuǎn)時(shí)這兩種情況下作用在主減速從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（、）的較小者，作為汽車在強(qiáng)度計(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)算機(jī)載荷，即
=/ （2—2）
=/ （2—3）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m，T=390N·m；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比，=7.2×7.2=51.84；
——傳動(dòng)系上述傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，取=0.92；
——由于“猛接合”離合器而產(chǎn)生沖時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于性能系數(shù)=0的汽車=1；
——該汽車的驅(qū)動(dòng)橋目數(shù)，=1；
——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，=16000×9.8=156800N；
——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；
——車輪的滾動(dòng)半徑,=0.54m；
——分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比（例如輪邊減速等），=0.96，=1。
T=390×51.84×1×0.92/1=18600N
T=156800×0.85×0.54/0.96=74970N
即主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
=（+）（++）/ N·m （2-4）
式中：——汽車滿載總重，=16000×9.8=156800N；
——所牽引的掛車的滿載總重量，但僅用于牽引車的計(jì)算=0；
——車輪滾動(dòng)半徑，=0.54m；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于貨車可取0.005～0.015，=0.012；
——汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，貨車取0.06～0.10，=0.08；
——汽車的性能系數(shù)：
=[16-0.195(+)/T]/100
當(dāng)0.195(+)/T>16時(shí)取=0。
0.195(+)/T=0.195×(90160+0)/390=45.08>16，所以取=0。
、、T、 等見式（2—2）、式（2—3）下的說明。
T=（156800+0）×0.54/0.96×1=88200N
2.8.3主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇
1. 選擇主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：
（1） 首先應(yīng)根據(jù)的大小選擇主減速器主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)、；
（2）為了使磨合均勻，和之間應(yīng)避免有公約數(shù)；
（3）為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)之和對(duì)于貨車應(yīng)不少于40；
（4）當(dāng)較大時(shí)，則盡量使取得小，以得到滿意的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙；
（5）對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適當(dāng)?shù)拇钆洹?
考慮以上因素后，選擇主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)為：=13，=25。
2.從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑及端面模數(shù)的選擇
主減速器雙曲面齒輪從動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，可根據(jù)該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（見式（2-2）、式（2-3），并取兩式計(jì)算結(jié)果中的較小者作為計(jì)算依據(jù)），按經(jīng)驗(yàn)公式選出：
=（）
式中：——從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
——直徑系數(shù)，=13～16；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；按式（2-2）、式（2-3）求得，并取其中的較小值，=18600N·m。
=(13～16)×18600=(311.7～383.6)mm,取=245mm
從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑選定后，可按m=/計(jì)算錐齒輪的大端端面模數(shù)m，單位為mm。
m =/=245／25=10mm
算出端面模數(shù)后可用下式校核：
m=（）
式中：m——齒輪大端端面模數(shù),mm；
——模數(shù)系數(shù)，取=0.3～0.4,=0.4；
——從動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m，按式（2-1）、式（2-2）求得，并取其中較小值,=18600N·m。
m=0.4×18600=10mm, 符合要求
3. 雙曲面齒輪齒寬的選擇
通常推薦圓錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng)從動(dòng)齒輪的齒寬為其節(jié)錐距的0.30倍，即=0.30,且≤10。對(duì)于汽車工業(yè)，主減速器圓弧齒錐齒輪推薦采用:
=0.155
式中：——從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，=245mm。
=0.155×245=38mm
齒面寬過大和過小，都會(huì)降低齒輪的強(qiáng)度和壽命。齒面寬大于上述規(guī)定，不但不能提高齒輪的強(qiáng)度和耐久性，還會(huì)給制造帶來困難。因?yàn)辇X面寬的加大只能從延長(zhǎng)小端著手，輪齒延長(zhǎng)的結(jié)果使小端齒溝變窄，結(jié)果使切削刀頭的頂面寬或刀盤刀頂距過窄及刀尖的圓角過小，這樣不但減小了齒根圓角半徑從而加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。如果在安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時(shí)負(fù)荷集中于輪齒小端，則易引起小端的過早損壞和疲勞。另外，齒面寬過大也會(huì)引起裝配空間的減小。
4.雙曲面小齒輪偏移距及偏移方向的選擇
選擇值時(shí)應(yīng)考慮到：值過大，將導(dǎo)致齒面縱向滑動(dòng)增大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；值過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。一般對(duì)于中、大型貨車≤（0.10～0.12）。另外，主傳動(dòng)比越大，則E也越大，但要保證齒輪不發(fā)生根切。
≤(0.10～0.12) =（0.10～0.12）×245=(25～29.4)mm；取=27mm。
雙曲面齒輪的偏移方向定義為：由從動(dòng)齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動(dòng)齒輪處于右側(cè)，這時(shí)如果主動(dòng)齒動(dòng)在從動(dòng)齒輪中心線上方，則為上偏移，在從動(dòng)齒輪中心線下方則為下偏移。在雙曲面錐齒輪傳動(dòng)中，小齒輪偏移距的大小及偏移方向是雙曲面錐齒輪傳動(dòng)的重要參數(shù)。為了增加離地間隙，本設(shè)計(jì)方案中小齒輪采用上偏移。
5.螺旋角β的選擇
螺旋角是沿節(jié)錐齒線變化的，大端的螺旋角較大，小端的螺旋角較小，齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為齒輪的中點(diǎn)螺旋角，也是該齒輪的名義螺旋角。由于偏移距的存在，使主、從動(dòng)齒輪的名義螺旋角不相等，且主動(dòng)齒輪大于從動(dòng)齒輪的。它們之差稱為偏移角ε。
選擇齒輪螺旋角時(shí)，應(yīng)該考慮它對(duì)重合度、齒輪強(qiáng)度和軸向力的大小的影響。螺旋角應(yīng)足夠大以使不小于1.25。因越大，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪音就越低。當(dāng)≥2.0時(shí)可得到很好的效果。但螺旋角過大會(huì)引起軸向力也過大，因此應(yīng)有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?
雙曲面齒輪大小中點(diǎn)螺旋角的平均值多在=35°～40°范圍內(nèi)。
“格里森”制推薦用下式來近似地預(yù)選主動(dòng)齒輪螺旋角的名義值：
=25°+5°（/）+90°/
式中：——主動(dòng)齒輪的名義螺旋角的預(yù)選值；
，——主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
——從動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
——雙曲面齒輪的偏移距，mm。
=25°+5°（25/13）+90°27/245=42°
確定從動(dòng)齒輪的名義螺旋角：
=-
式中：——雙曲面齒輪傳動(dòng)偏移角的近似值，
sin≈/(/2+/2)
——雙曲面齒輪的偏移距，mm；
——雙曲面從動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
——雙曲面從動(dòng)齒輪的齒面寬，mm。
sin≈27/（245/2+38/2）=0.19,=11°
=42°-11°=31°
雙曲面齒輪傳動(dòng)的平均螺旋角為 =（+）/2=（42°+31°）/2=36.5°
6．螺旋方向的選擇
雙曲面齒輪的螺旋方向指的是輪齒節(jié)錐線的曲線彎曲方向，分為“左旋”和“右旋”兩種。判斷左右旋向時(shí)應(yīng)從錐齒輪的錐頂對(duì)著齒面看去，如果輪齒從小端至大端的走向?yàn)轫槙r(shí)針方向則稱為右旋，反時(shí)針則稱為左旋。主、從動(dòng)齒輪的螺旋方向是相反的。與上偏移相對(duì)應(yīng)，主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)橛倚瑥膭?dòng)齒輪為左旋。
7.法向壓力角的選擇
加大法向壓力角可以提高輪齒的強(qiáng)度、減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(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小，并使齒輪端面重疊系數(shù)下降。所以對(duì)于輕負(fù)荷齒輪，一般采用小壓力角，可使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。對(duì)于雙曲面齒輪來說，雖然大齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相同的，但小齒輪兩側(cè)的壓力角是不相等，因此，其壓力角按平均壓力角考慮。在車輛驅(qū)動(dòng) 橋主減速器的“格里森”制雙曲面齒輪傳動(dòng)中，貨車選用20°的平均壓力角。
2.8.4有關(guān)雙曲面錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算方法及公式
主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 雙重收縮齒的優(yōu)點(diǎn)在于能提高小齒輪粗切工序。雙重收縮齒的齒輪參數(shù)，其大、小齒輪根錐角的選定是考慮到用一把實(shí)用上最大的刀頂距的粗切刀，切出沿齒面寬方向正確的齒厚收縮來。當(dāng)大齒輪直徑大于刀盤半徑時(shí)采用這種方法是最好的。
主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算見表3.1。
表2.8.4 主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
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)
13
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
25
3
模數(shù)
10㎜
4
齒面寬
=40㎜
5
工作齒高
17㎜
6
全齒高
=18.88㎜
7
法向壓力角
=20°
8
軸交角
=90°
9
節(jié)圓直徑
=
130㎜
=245㎜
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=27.47°
=62.53°
11
節(jié)錐距
A==
A=140.91㎜
12
周節(jié)
t=3.1416
t=31.416㎜
13
齒頂高
=11.347mm
=5.66mm
14
齒根高
=
=7.533mm
=13.22mm
15
徑向間隙
c=
c=1.88㎜
16
齒根角
=3.06°
=5.36°
17
面錐角
；
=32.83°
=65.59°
18
根錐角
=
=
=24.41°
=57.17°
19
齒頂圓直徑
=
=150.14㎜
=255.22㎜
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=119.766㎜
=59.978㎜
21
理論弧齒厚
=27.38mm
=10.32mm
22
齒側(cè)間隙
B=0.305～0.406
0.356mm
23
螺旋角
=35°
2.8.5主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
1.單位齒長(zhǎng)上的圓周力
主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用在其輪齒上單位齒長(zhǎng)上的圓周力來估算，即
=/N/mm
式中：
——作用在齒輪上的圓周力，N；
——從動(dòng)齒輪齒面寬，mm。
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
=2×10/（）
式中：——變速器一擋傳動(dòng)比；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m；
——變速器傳動(dòng)比；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，mm；
——從動(dòng)齒輪齒面寬，mm。
= 2×390×6.5×10/130×38=780N/mm
輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
2.汽車主減速器雙曲齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力為
=2×10/() N/mm
式中：——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；對(duì)于從動(dòng)齒輪，按、（見式（2-2）（2-3））兩者中之較小者和（見式（2-3））計(jì)算；對(duì)于主動(dòng)齒輪還需將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上；
——超載系數(shù)，見式（2-2）下的說明；
——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸、熱處理等有關(guān)，當(dāng)端面模數(shù)≥1.6mm時(shí)，=/25.4；=10/25.4=0.79；
——載荷分配系數(shù),當(dāng)兩個(gè)齒輪均用跨置式支承形式時(shí)， = 1.00～1.10，取=1.05；
——計(jì)算齒輪的齒面寬，mm；
——計(jì)算齒輪的齒數(shù)；
——端面模數(shù)，mm；
——計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，=0.252。
=2×10×18600×1×0.79×1.05/1×50×13×100.252=535 N/mm＜[]=700N/mm
=2×10×20040×1×0.79×1.05/50×13×10×0.252=203 N/mm＜[]=210.9N/mm
=2×10×18600×1×0.79×1.05/6.5×1×50×13×10×0.252=236.1539 N/mm＜[]=700N/mm
=2×10×20040×1×0.79×1.05/6.5×50×13×10×0.252=190.
3242N/mm ＜[]=210.9N/mm
上述主、從動(dòng)齒輪彎曲應(yīng)力中的計(jì)算轉(zhuǎn)矩按、兩者中較小者和兩種方法計(jì)算，均符合要求。
3.輪齒的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
雙曲面齒輪的齒面接觸強(qiáng)度為：
=C/[2×10/（）] N/mm
式中：C——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6N/mm
——小齒輪分度圓直徑，=70mm；
——主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；
，，——見式（2-2）下說明；
——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對(duì)其淬透性的影響，可取=1；
——表面質(zhì)量系數(shù)，取=1.0；
——從動(dòng)齒輪齒面寬，=38mm；
——齒面接觸強(qiáng)度，=0.252。
=232.6/70×[2×18600×0.79×1.05×1×10/（1×50×0.252）]
=2527＜[]=2800N/mm
2.9主減速齒輪的材料及熱處理
對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主減速器齒的材料及熱處理應(yīng)滿足如下要求：
1） 具有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度,以及較好的齒面耐磨性；故輪齒表面應(yīng)有高的硬度；
2） 齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷；
3） 鋼材鍛造、切削與熱處理加工性能良好，熱處理變形要小或變形規(guī)律易控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減小生產(chǎn)成本并降低廢品率；
4） 選擇齒輪材料合金元素時(shí)，為了節(jié)約鎳、鉻等元素，我國發(fā)展了以錳、釩、鈦、鉬、硅等元素的合金結(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。
汽車主減速器雙曲面齒輪與差速器的直齒錐齒輪，基本上都用滲碳合金鋼制造；其鋼號(hào)主要有：20CrMnTi、22CrMnMo、20MnVB、20CrNiMo、20Mn2TiB等。
用滲碳合金鋼制造齒輪，經(jīng)過滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到58～64HRC，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)>8時(shí)為29～45 HRC。當(dāng)<8時(shí)為32～45 HRC。
由于新齒輪潤(rùn)滑不良，為了防止齒輪在運(yùn)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的傳動(dòng)副在熱處理及精加工后均予以厚度為
0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面鍍層不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤(rùn)滑。
對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá)25％。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)的溫度低，故不會(huì)引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會(huì)防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。
本設(shè)計(jì)中主減速器主、從動(dòng)齒輪材料均采用20CrMnTi。
第3章 差速器的設(shè)計(jì)
3.1 差速器的功用
當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行使時(shí)，內(nèi)外兩側(cè)車輪中心在同一時(shí)間內(nèi)移過的曲線距離顯然不同，即外側(cè)車輪移過的距離大于內(nèi)側(cè)車輪，若兩側(cè)車輪都固定在同一剛性轉(zhuǎn)軸上，兩輪角速度相等，則此時(shí)外輪必然是邊滾動(dòng)邊滑移，內(nèi)輪必然是邊滾動(dòng)邊滑轉(zhuǎn)。同樣，汽車在不平路面上直線行駛時(shí)，兩側(cè)車輪實(shí)際移過曲線距離也不相等。即使路面非常平直，但由于輪胎制造尺寸誤差，磨損程度不同或充氣壓力不等，各個(gè)輪胎的滾動(dòng)半徑實(shí)際上不可能相等。因此，只要各車輪角速度相等，車輪對(duì)路面的滑動(dòng)就必然存在。這樣會(huì)加速輪胎磨損、增加汽車動(dòng)力消耗、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)性能的惡化。為了使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)，保證其純滾動(dòng)狀態(tài)，所以必需安裝差速器裝置。
3.2 差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇
本設(shè)計(jì)中采用齒輪式差速器中的對(duì)稱式錐齒輪差速器，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)可靠，所以被廣泛采用。如圖3-1。
1．對(duì)稱式錐齒輪差速器差速原理
圖3-1中，差速器殼3與行星齒輪5連成一體，形成行星架，因?yàn)樗峙c主減速器的從動(dòng)齒輪6固定在一起，故為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度分別為和。、兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為，、、三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r。
圖3-1差速器差速原理圖
當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的、、三點(diǎn)的圓周速度都相等，其值為。于是==，此時(shí)，差速器不起作用,而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。
當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)的圓周速度為=-。
于是，+=2 ，或表示為。這表明：①當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；②當(dāng)差速器殼體轉(zhuǎn)速為零時(shí)，左右半軸將等速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
2．對(duì)稱式錐齒輪差速器中的轉(zhuǎn)矩分配如圖3-2 。
圖3-2差速器轉(zhuǎn)矩分配
由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)差速器殼，行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，而兩個(gè)半軸齒輪半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩平均分配給左右兩半軸齒輪，即==/2。
當(dāng)兩半軸齒輪以不同轉(zhuǎn)速朝相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速大于右半軸轉(zhuǎn)速，則行星齒輪將按圖實(shí)線箭頭的方向繞行星齒輪軸軸頸5自轉(zhuǎn)，此時(shí)行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩方向與其轉(zhuǎn)速方向相反，如圖上虛線頭所示。此摩擦力矩使行星齒輪分別對(duì)左右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個(gè)圓周力。使傳到轉(zhuǎn)得快的左半軸上的轉(zhuǎn)矩減小而卻使傳到轉(zhuǎn)得慢的右半軸上的轉(zhuǎn)矩增加。因此，當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，=（-）/2，=（+）/2。左右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩。為了衡量
差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù)K表征，即
=（-）/=/
差速器內(nèi)摩擦力矩和其輸入轉(zhuǎn)矩之比，定義為差速器鎖緊系數(shù)。而快慢半軸的轉(zhuǎn)矩之比/，定義為轉(zhuǎn)矩比，以表示，
=/= 1+/1-
目前廣泛使用的對(duì)稱錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)一般為0.05～0.15，轉(zhuǎn)矩比為1～1.4。可以認(rèn)為無論左右驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速是否相等，而轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。
3.3 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇
1）行星齒輪數(shù)目的選擇
轎車常采用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車和越野汽車多用4個(gè)行星齒輪，少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪。據(jù)此，本方案采用4個(gè)行星齒輪，=4。
2）行星齒輪球面半徑的確定
可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 =· 來確定
式中：——球面半徑系數(shù)，=2.52～2.99之間；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩,取和兩者較小值，N·m；
——球面半徑，mm。
所以：=2.6·=69mm
行星齒輪預(yù)選節(jié)錐距：
=（0.98～0.99）=（0.98～0.99）×64=(62.72～63.36)mm,取=63mm。
3）行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇
為了得到較大的模數(shù)從而使有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)盡量小，但一般不小于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25。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的范圍內(nèi)。本次設(shè)計(jì)的行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇：取行星齒輪齒數(shù)為11，半軸齒輪齒數(shù)為22，所以半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比為22/13=1.69，在1.5～2的范圍內(nèi)，并且要滿足安裝條件：=I==11式中：——左邊半軸齒輪齒數(shù)；
——右邊半軸齒輪齒數(shù)；
n——行星齒輪數(shù)目；
I——任意整數(shù)。
4）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪的節(jié)圓直徑的初步確定
首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角、；
=arctan(/)=arctan(11/22)=26.565°
=arctan(/ ) =arctan(22/11)=63.43°
式中：，——分別為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。
大端端面模數(shù)：
=2/·sin=2×63/11×sin26.565°=6.0mm
節(jié)圓直徑為：
==6.0×11=66mm
==6.0×22=132mm
5)壓力角
目前大多選用22°30′的壓力角，齒高系數(shù)為0.8的齒型，在某些中型與中型以下貨車上采用20°的壓力角。所以，本次設(shè)計(jì)中壓力角選取為20°，齒高系數(shù)為0.8。
6）行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L
行星齒輪安裝孔的直徑中與行星齒輪軸的名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度。通常取
=1.1
=1.1=×10/[]
= mm （3-1）
式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；
——行星齒輪目數(shù)；
——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm；≈0.5,為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而≈0.8；
[]——支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為69MPa。
=0.5×0.8×245=78.4
==32.70mm
=1.1×32,70=35.97mm
3.4 差速器強(qiáng)度計(jì)算
汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為：
=2×/() MPa （3-2）
式中：——差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，N·m；其計(jì)算式為
=×0.6/ N
式中：——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按、(見式（2-1）式（2-2）)兩者中的較小者計(jì)算
——差速器行星齒輪數(shù)，=4；
——半軸齒輪齒數(shù)，=22；
，，，，，—見式（2-3）下的說明；
——尺寸系數(shù) =（m/25.4）=（5/25.4）=0.67；
——計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，=0.35。
=18600×0.6/4=2790N·m
=2××2790×1×0.79×1.05/(1×20×22×5×0.35)=979.8 MPa＜980MPa符合要求。
3.5 差速器直齒圓錐齒輪參數(shù)
表3.5 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表
序號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式 及 結(jié) 果
1
行星齒輪齒數(shù)
2
半軸齒輪齒數(shù)
3
模數(shù)
4
齒面寬
=22.2mm，取F=22m
5
齒工作高
=1.6m=9.6mm
6
齒全高
h=1.788m+0.051=10.779mm
7
壓力角
8
軸交角
9
節(jié)圓直徑
10
節(jié)錐角
11
節(jié)錐距
A===73.79mm
12
周節(jié)
t=3.1416m=18.85mm
13
齒頂高
14
齒根高
15
徑向間隙
16
齒根角
17
面錐角
18
根錐角
19
外圓直徑
20
節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離
21
理論弧齒厚
22
齒側(cè)間隙
（高精度）
第4章 車輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
4.1 車輪傳動(dòng)裝置的功用
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。在斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中．驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬向節(jié)。在一般非斷開式驅(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和輪轂連接起來。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。
4.2 半軸支承型式
半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式、3/4浮式和全浮式?，F(xiàn)在汽車基本上采用全浮式和半浮式兩種支承形式。全浮式半軸主要用于總質(zhì)量較大的商用車上。本次設(shè)計(jì)為重型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)，考慮到承載能力與結(jié)構(gòu)、成本，所以采用全浮式半軸支承。
4.3 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定
全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比計(jì)算半軸轉(zhuǎn)矩：
= N·m （4-1）
式中：
——差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)圓錐行星齒輪差速器，可取=0.6；
——變速器I擋傳動(dòng)比，=7.64；
——主減速比，=6.5。
=0.6×390×7.64×6.5=11620.44 N·m
4.4 半軸的強(qiáng)度計(jì)算
半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
=××16//≤[] （4-2）
式中：
——半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；
——半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；
——半軸桿部直徑，mm；
[]——半軸扭轉(zhuǎn)的許用應(yīng)力，可取為[]=490～588MPa。
=11620.44××16/3.14/52=421.1MPa
=421滿足≤[]=490～588MPa
半軸花鍵的剪切應(yīng)力為
= MPa （4-3）
半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為
= MPa （4-4）
式中：
——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩, =11620.44N·m；
——半軸花鍵外徑，=57mm；
——相配的花鍵孔內(nèi)徑，=49.5mm；
——花鍵齒輪，=18；
——花鍵工作長(zhǎng)度，=70mm；
——花鍵齒寬，=4.7mm；
——載荷分布的不均勻系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取為0.75。
===101.7MPa〈157MPa
===277.2<280MPa
4.5 全浮式半軸桿部直徑的初選
半軸桿部直徑：=(2.05～2.18) （4-5）
=2.1×≈55mm
式中：d——半軸桿部直徑，mm；
T——半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；
靜扭安全系數(shù)：== 滿足在1.3～1.6范圍內(nèi)。
4.6 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理
為了使花鍵的內(nèi)徑不致過多地小于半軸的桿部直徑，常常將半軸加工花鍵的端部設(shè)計(jì)得粗一些，并且適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)增多，一般為10～18齒。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑，這對(duì)減小應(yīng)力集中很有效。
關(guān)于半軸的材料，過去大都采用含鉻的中碳合金鋼，如40Cr、40CrMnMo、35CrMnTi、38CrMnSi、42CrMo等，后來推廣我國制出的的新鋼種如40MnB等作為半軸材料，效果很好。從節(jié)約較稀有的金屬、降低制造成的目標(biāo)出發(fā)，采用中碳鋼（40鋼、45鋼）制造 半軸是發(fā)展趨勢(shì)，國外已多有采用。本次設(shè)計(jì)半軸的材料選用40MnB。
半軸的熱處理過去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為388～444HB（凸緣部分的硬度允許降至248HB）。近些年來采用高頻、中頻等感應(yīng)淬火的日益增多。這種處理方法能保證半軸表面有適當(dāng)?shù)挠不瘜?。由于硬化層本身的?qiáng)度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，因此使半軸的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高得更為顯著。
第5章 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)
5.1 驅(qū)動(dòng)橋殼的功用和設(shè)計(jì)要求
驅(qū)動(dòng)橋殼的功用是支承并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等，使左右驅(qū)動(dòng)車輪的軸向相對(duì)位置固定；并和從動(dòng)橋一起支承車架及汽車的各總成質(zhì)量；汽車行駛時(shí)，承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩，并經(jīng)懸架傳給車架。
驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：
1） 減小汽車的非簧載質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷和提高汽車的行駛平順性；
2） 保證足夠的離地間隙；
3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，以利于降低成本；
4) 保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。
5）在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件和材料供應(yīng)等。
5.2 驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)方案分析
驅(qū)動(dòng)橋殼從結(jié)構(gòu)上可分為整體式橋殼和分段橋殼兩類。
1. 整體式橋殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一個(gè)剛性整體外殼或空心梁。按制造工藝的不同又可分為多種形式，常見的為整體鑄造、鋼板沖壓焊接式、中段鑄造兩端壓入鋼管和鋼管擴(kuò)張成形等形式。整體鑄造式橋殼的強(qiáng)度和剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，主要用于中、重型貨車上。但其簧下質(zhì)量較大，對(duì)汽車的行駛平順性有不利的影響。鋼板沖壓焊接式和擴(kuò)張成形式橋殼質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適用用于大量生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好，主減速器支承剛度好，拆裝、調(diào)整、維修方便，廣泛用于轎車和中、小型貨車上。
2.分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓連成一體。分段式橋殼比整體式易于鑄造，加工簡(jiǎn)便，但維修不方便 。拆檢主減速器時(shí)，必須把整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋從汽車上拆卸下來，目前已很少采用。
本次設(shè)計(jì)為中型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)。考慮其要有足夠的強(qiáng)度和剛度，具有一定的承載能力和離地間隙等方面，所以采用鑄造整體式橋殼。
5.3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算
作用在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的轉(zhuǎn)矩所引起的地面對(duì)左、右驅(qū)動(dòng)車輪的最大切向反作用力共為
= （5-1）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m；
——變速器一比；
———驅(qū)動(dòng)橋的主減速比；
——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率；
——驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑，。
==32996.3N
驅(qū)動(dòng)橋殼承受著水平方向的彎矩為
= N·m （5-2）
= 7424.17N·m
橋殼還承受因驅(qū)動(dòng)橋傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力矩，這時(shí)在兩鋼板彈簧座間橋殼承受的轉(zhuǎn)矩為
= N·m （5-3）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m
——傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比；
—傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率。
=N·m
危險(xiǎn)斷面處為圓管形
則
從而危險(xiǎn)斷面處靜彎曲應(yīng)力為
通過以上計(jì)算說明本方案設(shè)計(jì)的橋殼滿足強(qiáng)度要求。
第6章 軸承的壽命計(jì)算
6.1主減速器軸承的計(jì)算
1. 主動(dòng)齒輪軸的強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)只承受轉(zhuǎn)矩或主要承受轉(zhuǎn)矩作用的傳動(dòng)軸，其強(qiáng)度條件為
≤［］ （6-1）
式中：——軸的扭剪應(yīng)力，