5噸級(jí)的貨車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)【雙級(jí)主減速器】,雙級(jí)主減速器,貨車(chē),驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì),雙級(jí)主,減速器 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 摘 要 驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)的重要組成部分，它的性能的好壞直接影響整車(chē)性能。其一般由主減速器、差速器、半軸及橋殼四部分組成，基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右車(chē)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；此外，還要承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。此次設(shè)計(jì)先論述了驅(qū)動(dòng)橋的總體結(jié)構(gòu)，在分析驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)型式、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：采用整體式驅(qū)動(dòng)橋，主減速器的減速型式采用雙級(jí)減速器，主減速器齒輪采用螺旋錐齒輪，差速器采用圓錐行星齒輪差速器，半軸采用全浮式型式，橋殼采用鑄造整體式橋殼。此次設(shè)計(jì)中，主要完成了雙級(jí)減速器、圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸的設(shè)計(jì)和橋殼的校核及材料選取等工作。 關(guān)鍵字：驅(qū)動(dòng)橋、雙級(jí)主減速器、弧齒錐齒輪、 ABSTRACT Driving axle assembly is one of the important vehicle carrying pieces and can directly impact on the whole vehicle's performance and its effective life. Driving Axle is consisted of Main Decelerator, 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 thesis at first. On the basis of the analysis of the structure and the developing process of Driving Axle, the design adopted the Integral Driving Axle, Double Reduction Gear for Main Decelerator’s deceleration form, Spiral Bevel Gear for Main Decelerator’s gear, Full Floating for Axle and Casting Integral Axle Housing for Axle Housing. In the design, we accomplished the design for Double Reduction Gear, tapered Planetary Gear Differential Mechanism, Full Floating Axle, the checking of Axle Housing and the election of the material and so on. Key words: Driving Axle；Double Main Decelerator；Single Reduction Final Drive 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1選題的目的和意義 1 1.2研究現(xiàn)狀 1 1.2.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 1 1.2.2國(guó)外現(xiàn)狀 2 第2章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 4 第3章 主減速器設(shè)計(jì) 5 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 5 3.1.1 主減速器的齒輪類(lèi)型 5 3.1.2 主減速器的減速形式 5 3.1.3 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 5 3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 6 3.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 6 3.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 8 3.2.3主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 10 3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 10 3.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 14 3.2.6 主減速器軸承的計(jì)算 15 第4章 差速器設(shè)計(jì) 22 4.1 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 22 4.2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 23 4.3 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 24 4.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 24 4.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 26 4.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 26 第5章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 28 5.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 28 5.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 29 5.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 29 5.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 30 第6章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 31 6.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) 31 6.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 32 6.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 32 6.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 35 6.2.3 汽車(chē)以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 35 結(jié) 論 38 致 謝 39 參考文獻(xiàn) 40 附 錄 41 IV 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 緒論 1.1選題的目的和意義 驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要部件,實(shí)現(xiàn)著減速增扭,改變傳動(dòng)方向,實(shí)現(xiàn)差速的作用；驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的知識(shí)比較廣，有利于鍛煉學(xué)生的能力。隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，車(chē)型的多樣化、個(gè)性化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。驅(qū)動(dòng)橋性能直接影響整車(chē)的性能和有效使用壽命。一般由橋殼、主減速器、差速器和半殼等元件組成，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，承載著汽車(chē)的滿(mǎn)載簧荷重及地面經(jīng)車(chē)輪、車(chē)架及承載式車(chē)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(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車(chē)的可靠性與耐久性有重要影響外，也對(duì)汽車(chē)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。通過(guò)重型貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì),鍛煉學(xué)生獨(dú)立的思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,同時(shí)鍛煉學(xué)生掌握驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的步驟和過(guò)程,鍛煉學(xué)生查閱工具書(shū)的能力和自學(xué)能力.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和工作能力.隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展及汽車(chē)技術(shù)的提高，驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，制造工藝都在日益完善。驅(qū)動(dòng)橋也和其他汽車(chē)總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)方式達(dá)到驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的系列化或變型的目的，通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車(chē)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。因此，此題目的設(shè)計(jì)尤為重要。 1.2研究現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)內(nèi)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。國(guó)內(nèi)的大多數(shù)中小企業(yè)中，測(cè)繪市場(chǎng)銷(xiāo)路較好的產(chǎn)品是它們的主要開(kāi)發(fā)模式。特別是一些小型企業(yè)或民營(yíng)企業(yè)由于自身的技術(shù)含量低，開(kāi)發(fā)資金的不足，專(zhuān)門(mén)測(cè)繪、仿制市場(chǎng)上銷(xiāo)售較旺的汽車(chē)的車(chē)橋售往我國(guó)不健全的配件市場(chǎng)。這種開(kāi)發(fā)模式是無(wú)法從根本上提高我國(guó)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平的。中國(guó)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中存在許多問(wèn)題，許多情況不容樂(lè)觀(guān)，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。我國(guó)汽車(chē)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(chē)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。我國(guó)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)業(yè)正處在發(fā)展階段，在科技迅速發(fā)展的推動(dòng)下，高新技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，各種國(guó)外汽車(chē)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(chē)零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平。 1.2.2國(guó)外現(xiàn)狀 國(guó)外驅(qū)動(dòng)橋主要采用模塊化技術(shù)和模態(tài)分析進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)分析，模塊化設(shè)計(jì)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. 以DANA為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類(lèi)設(shè)計(jì)方法, 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。 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(lèi), 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。國(guó)外企業(yè)位減少驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)特性，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行模態(tài)分析，調(diào)整驅(qū)動(dòng)橋的強(qiáng)度，改善整車(chē)的舒適性和平順性。 20世紀(jì)60年代以來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應(yīng)用。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。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。驅(qū)動(dòng)橋的參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)對(duì)象模型的尺寸用變量及其關(guān)系表示，而不需要確定具體數(shù)值，是CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動(dòng)繪圖的功能。目前它是CAD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要的、且待進(jìn)一步研究的課題。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來(lái)，可以大大提高設(shè)計(jì)速度，并減少信息的存儲(chǔ)量。未來(lái)的驅(qū)動(dòng)橋智能化控制系統(tǒng)已經(jīng)在汽車(chē)業(yè)得到了快速發(fā)展，現(xiàn)代汽車(chē)上使用的制動(dòng)防抱死控制、電子穩(wěn)定控制裝置、驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)等系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)等手段來(lái)控制驅(qū)動(dòng)力，即在汽車(chē)起步，加速時(shí)減少驅(qū)動(dòng)力,防止驅(qū)動(dòng)力超過(guò)輪胎與路面的附著力而導(dǎo)致車(chē)輪空轉(zhuǎn)打滑，保持最佳的驅(qū)動(dòng)力,改善汽車(chē)的方向穩(wěn)定性和操縱性。另外，汽車(chē)電子控制系統(tǒng)和總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的迅速發(fā)展，如線(xiàn)控?fù)Q擋、線(xiàn)控轉(zhuǎn)向、線(xiàn)控制動(dòng)等的研究開(kāi)發(fā)。概念車(chē)底盤(pán)—滑板結(jié)構(gòu)就是總線(xiàn)控制、燃料電池驅(qū)動(dòng)的，加上不同形狀車(chē)身的轎車(chē)，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)，通用公司宣傳，這種車(chē)有可能在未來(lái)10年上市。當(dāng)線(xiàn)控這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)，汽車(chē)將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向機(jī)全都不見(jiàn)了，當(dāng)然四個(gè)輪子還是要的。到那時(shí)，汽車(chē)就可以說(shuō)是一臺(tái)裝在輪子上的計(jì)算機(jī)了。 第2章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 由于要求設(shè)計(jì)的是5噸級(jí)的后驅(qū)動(dòng)橋，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開(kāi)式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪都屬于簧下質(zhì)量。 中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋。在國(guó)內(nèi)目前的市場(chǎng)上，中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋主要有2種類(lèi)型：一類(lèi)如伊頓系列產(chǎn)品，事先就在單級(jí)減速器中預(yù)留好空間，當(dāng)要求增大牽引力與速比時(shí)，可裝入圓柱行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，將原中央單級(jí)改成中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這種改制程度高， 橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類(lèi)如洛克威爾系列產(chǎn)品，當(dāng)要增大牽引力與速比時(shí)，需要改制第一級(jí)傘齒輪后，再裝入第二級(jí)圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這時(shí)橋殼可通用，主減速器不通用，錐齒輪有2個(gè)規(guī)格。 由于上述中央雙級(jí)減速橋均是在中央單級(jí)橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)，作為系列產(chǎn)品而派生出來(lái)的一種型號(hào)，它們很難變型為前驅(qū)動(dòng)橋，使用受一定限制；因此，綜合來(lái)說(shuō)，雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來(lái)發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來(lái)的驅(qū)動(dòng)橋存在。如圖2-1解放驅(qū)動(dòng)橋?yàn)橹袊?guó)最早的雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋。 圖2-1 解放CA1091型驅(qū)動(dòng)橋 第3章 主減速器設(shè)計(jì) 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(lèi)型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。 3.1.1 主減速器的齒輪類(lèi)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(dòng)，其特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線(xiàn)垂直交于一點(diǎn)。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩個(gè)以上的輪齒同時(shí)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(zhǎng)上同時(shí)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(dòng)小。而弧齒錐齒輪還存在一些缺點(diǎn)，比如對(duì)嚙合精度比較敏感，齒輪副的錐頂稍有不吻合就會(huì)使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲增大；但是當(dāng)主傳動(dòng)比一定時(shí)，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪小，從而可以得到更大的離地間隙，有利于實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的總體布置。另外，弧齒錐齒輪與雙曲面錐齒輪相比，具有較高的傳動(dòng)效率，可達(dá)99%。 3.1.2 主減速器的減速形式 目前重型汽車(chē)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，許多重型汽車(chē)使用條件對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低，因此，重型汽車(chē)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，雙級(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。 3.1.3 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 作為一個(gè)5噸級(jí)的驅(qū)動(dòng)橋，傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩不是很大，所以主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承。齒輪以其齒輪大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支持與一對(duì)軸承的外側(cè)。 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在軸承之間的分布即載荷離兩端軸承支承中心間的距離之比例而定。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的支承凸緣有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)筋及增強(qiáng)支承的穩(wěn)定性，距離應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑的70%。兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使他們的圓錐滾子大端朝內(nèi)相向，小端朝外相背。 3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 3.2.1.1 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 （3-1） 式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比，在此取6.24，此數(shù)據(jù)此參解放CA141車(chē)型； ——發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，此數(shù)據(jù)參考解放CA141車(chē)型在此取380； ——傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取0.9； ——該汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取1； ——由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于一般的載貨汽車(chē)，礦用汽車(chē)和越野汽車(chē)以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速器的各類(lèi)汽車(chē)取=1.0，當(dāng)性能系數(shù)>0時(shí)可取=2.0； （3-2）——汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的總質(zhì)量在此取20000 ； 所以 0.195 =25.66>16 ，即=1.0。由以上各參數(shù)可求 ==2134.08 3.2.1.2 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （3-3） 式中 ——汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，預(yù)設(shè)后橋所承載5474N的負(fù)荷; ——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車(chē)，取=0.85；對(duì)于越野汽車(chē)取1.0；對(duì)于安裝有專(zhuān)門(mén)的防滑寬輪胎的高級(jí)轎車(chē)，計(jì)算時(shí)可取1.25; ——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為8.25-20，滾動(dòng)半徑為 0.46m； ，——分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取0.95，由于沒(méi)有輪邊減速器取1.0 所以==3493.4 3.2.1.3 按汽車(chē)日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 對(duì)于公路車(chē)輛來(lái)說(shuō)，使用條件較非公路車(chē)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(lái)確定： （3-4） 式中 ——汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的總重量，參考解放CA141車(chē)型在此取9310N； ——所牽引的掛車(chē)滿(mǎn)載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車(chē)的計(jì)算； ——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取0.015~0.020；在此取0.015 ——汽車(chē)正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取0.05~0.09在此取0.05 —— 汽車(chē)的性能系數(shù)在此取0； ，，n——見(jiàn)式（3-1），（3-3）下的說(shuō)明。 所以 ==2807.89 式（3-1）～式（3-4）參考《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》式（3-10）～式（3-12）。 3.2.2 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(dòng)齒輪的齒數(shù)、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、主從動(dòng)齒輪齒面寬、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。 3.2.2.1 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪及圓柱齒輪齒數(shù) 選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)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。 3）為了嚙合平穩(wěn)噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對(duì)于貨車(chē)一般不小于6。 4）主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿(mǎn)意的離地間隙。 5）對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配，而對(duì)于普通雙級(jí)主減速器來(lái)說(shuō)，由于第一級(jí)的減速比比第二級(jí)小些，這時(shí)，第一級(jí)主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)可選得交大，約在9～15范圍內(nèi)。第二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)和可選在6810的范圍內(nèi)。 根據(jù)以上要求參考《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》中表3-12 表3-13取=11 =25 =13 =49 3.2.2.2 從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù) 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即 （3-5） ——直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0 ——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為T(mén)ce和Tcs中的較小者 所以 =（13.0～16.0）=（167～205） 初選=180 則=/=180/25=7.2，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表23.4-3中選取8 則=184 根據(jù)=來(lái)校核=8選取的是否合適，其中=（0.3～0.4）。此處，=（0.3～0.4）=（7.7～10.2），因此滿(mǎn)足校核。 3.2.2.3 主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬 對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿(mǎn)足，對(duì)于汽車(chē)主減速器圓弧齒輪推薦采用： =0.155184=28.5 在此取29 一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大10%較為合適，在此取=32。 3.2.2.4 中點(diǎn)螺旋角 螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端螺旋角最小，弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好，但過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。 小的值以防止軸向力過(guò)大，通常取37.4°。 3.2.2.5 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(chē)前進(jìn)。 3.2.2.6 法向壓力角 加大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，中型載貨汽車(chē)可選用20°的壓力角。 3.2.2.7 主減速器主、從動(dòng)圓柱齒輪基本參數(shù)的選擇 中心距 mm （3-6） 式中 ——見(jiàn)式（3-3）下的說(shuō)明，式（3-6）參考《驅(qū)動(dòng)橋橋設(shè)計(jì)》式（3-25） 所以 ，初選A=183mm 齒寬 ，取，因?yàn)榕c嚙合所以==65。 =4.57 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表23.4-3中取 3.2.3主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 詳見(jiàn)附錄表-1及附錄表-2 3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 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。 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力(Nmm)見(jiàn)附錄-3 3.2.4.2 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （1）單位齒長(zhǎng)上的圓周力 在汽車(chē)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 N／mm (3-7) 式中 P——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)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(jì)算，N； ——從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取32mm. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： N／mm （3-8） 式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取380； ——變速器的傳動(dòng)比； ——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取88mm. 按上式 N／mm 按最大附著力矩計(jì)算時(shí)： N／mm （3-9） 式中 ——汽車(chē)滿(mǎn)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5474N； ——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0.46m 按上式=727 N／mm 在現(xiàn)代汽車(chē)的設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長(zhǎng)上的圓周力有時(shí)提高許用數(shù)據(jù)的20%～25%。經(jīng)驗(yàn)算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。其中上述兩種方法計(jì)算用的許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力[p]都為1400N/mm （2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車(chē)主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 N/ （3-10） 式中 ——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m; 　——超載系數(shù)；在此取1.0 　——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)， 　　　　當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.77 　——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用懸臂式支承型式時(shí)，＝1.00～1.10式式支承時(shí)取1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值。 　——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0; 　——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)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)。　　　 　　　　載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。按圖2-1選取大齒輪＝0.182。 按上式 =34 N/<210.3 N/ 所以主減速器齒輪滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度要求。 圖3-1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J (3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算 　　錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為 N/　　　　　 (3-11) 式中 ——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩； 　 ——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6/mm; 　 ，，——見(jiàn)式(3-9)下的說(shuō)明； ——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取1.0； ——表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒，磨齒等），即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)（如鍍銅，磷化處理等）。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取1.0 ——計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱(chēng)幾何系數(shù)）。它綜合考慮了嚙合齒面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)的因素的影響，按圖3-2選取=0.135 按上式=1005 〈1750 N/。主、從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力相等。所以均滿(mǎn)足要求。以上公式（3-6）～（3-10）以及圖3-1，圖3-2均參考《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》 圖3-2 接觸計(jì)算用綜合系數(shù) 3.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系的其它齒輪相比，具有載荷大，作用時(shí)間長(zhǎng)，載荷變化多，帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求： （1）具有較高的疲勞彎曲強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度； （2）輪齒心部應(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)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率； （4）選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國(guó)的情況。 汽車(chē)主減速器用的螺旋錐齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi 用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過(guò)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到58～64HRC，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)〉8時(shí)為29～45HRC。 由于新齒輪接觸和潤(rùn)滑不良，為了防止在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動(dòng)副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對(duì)研磨）后均予與厚度0.005～0.010～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面不應(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，為了提高其耐磨性，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低，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。 3.2.6 主減速器軸承的計(jì)算 3.2.6.1 錐齒輪齒面上的作用力 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(xiàn)方向的軸向力及垂直于齒輪軸線(xiàn)的徑向力。 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(chē)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： 　(3-12) 式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取380N·m； 　　　，…——變速器在各擋的使用率，可參考表2-3選?。? 　　　，…——變速器各擋的傳動(dòng)比； 　　　，…——變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率，可參考表3-1選取； 表3-1　及的參考值 經(jīng)計(jì)算為479Ｎ·ｍ 對(duì)于圓錐齒輪的齒面中點(diǎn)的分度圓直徑 經(jīng)計(jì)算＝64mm =414m。式（3-11）參考《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》［１］。 （1） 齒寬中點(diǎn)處的圓周力 ＝　N　 (3-13) 式中 ——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩見(jiàn)式(3-11); ——該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑. 按上式主減速器主動(dòng)錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力 ==9.6KN （2）錐齒輪的軸向力和徑向力 圖3-3 主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖 如圖3-3，主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮?，從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，F(xiàn) 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，在A(yíng)點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)分解成兩個(gè)相互垂直的力F和，F(xiàn)垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線(xiàn)的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線(xiàn)方向的圓周力F和沿節(jié)圓母線(xiàn)方向的力。F與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn)與之間的夾角為法向壓力角，這樣就有： （3-14） （3-15） （3-16） 于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力A和徑向力R分別為 （3-17） （3-18） 由式（3-16）可計(jì)算 8519.13N 由式（3-17）可計(jì)算 =7134N 式（3-12）～式（3-17）參考《汽車(chē)設(shè)計(jì)》。 3.2.6.2 主減速器軸承載荷的計(jì)算 軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時(shí)，還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力，圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。當(dāng)主減速器的齒輪尺寸，支承形式和軸承位置已確定，則可計(jì)算出軸承的徑向載荷。 對(duì)于采用懸臂式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，如圖3-4所示 軸承A，B的徑向載荷分別為 R= （3-19） （3-20） 根據(jù)上式已知=8519.13N，=7134N，a=101.5mm ，b=51mm，c=152.5mm 所以軸承A的徑向力 圖3-4 主減速器軸承的布置尺寸 ==4370N 其軸向力為0 軸承B的徑向力 R==7572N （1）對(duì)于軸承A，只承受徑向載荷所以采用圓柱滾子軸承42608E，此軸承的額定動(dòng)載荷Cr為102.85KN，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷Q=X·R=1×15976=15976N。 所以有公式 s (3-21) 式中 ——為溫度系數(shù)，在此取1.0; ——為載荷系數(shù)，在此取1.2。 所以==2.703×10s。 此外對(duì)于無(wú)輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來(lái)說(shuō)，主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 r/min (3-22) 式中 ——輪胎的滾動(dòng)半徑，m ——汽車(chē)的平均行駛速度，km/h;對(duì)于載貨汽車(chē)和公共汽車(chē)可取30～35 km/h，在此取32.5 km/h。 所以有上式可得==163.89 r/min 而主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速=163.89×4.444=728 r/min。所以軸承能工作的額定軸承壽命： h (3-23) 式中 ——軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min。 由上式可得軸承A的使用壽命=6188 h 若大修里程S定為100000公里，可計(jì)算出預(yù)期壽命即 = h (3-24) 所以==3076.9 h。和比較，>，故軸承符合使用要求。 （2）對(duì)于軸承B，在此并不是一個(gè)軸承，而是一對(duì)軸承，對(duì)于成對(duì)安裝的軸承組的計(jì)算當(dāng)量載荷時(shí)徑向動(dòng)載荷系數(shù)X和軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y值按雙列軸承選用，e值與單列軸承相同。在此選用7514E型軸承。 在此徑向力R=13364N 軸向力A=20202N，所以=1.513076.9 h= 所以軸承符合使用要求。 對(duì)于從動(dòng)齒輪的軸承C，D的徑向力計(jì)算公式見(jiàn)式（3-19）和式（3-20）已知F=25450N，=14000N，=6000N，a=410mm，b=160mm.c=250mm 所以，軸承C的徑向力： ==1040.3N 軸承D的徑向力： ==2310.5N 軸承C，D均采用7315E，其額定動(dòng)載荷Cr為134097N （3）對(duì)于軸承C，軸向力A=9662N，徑向力R=10401.3N，并且=0.93〉e，在此e值為1.5tana約為0.402，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表18.7可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6。所以Q==1.2(0.4×9662＋1.6×10401.3)=24608.256N 。 ===28963 h> 所以軸承C滿(mǎn)足使用要求。 （4）對(duì)于軸承D，軸向力A=0N，徑向力R=2310.5N，并且=.4187〉e 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表18.7可查得X=0.4，Y=0.4cota=1.6。所以Q==1.2×(1.6×23100.5)=44352.96N ===4064.8 h > 所以軸承D滿(mǎn)足使用要求。 此節(jié)計(jì)算內(nèi)容參考了《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》和《汽車(chē)設(shè)計(jì)》關(guān)于主減速器的有關(guān)計(jì)算。 第4章 差速器設(shè)計(jì) 4.1 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 圖4-1 差速器差速原理 如圖4-1所示，對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件其角速度為 和 。A、B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C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離均為。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖4-1），其值 為。 于是， 即差速器不起差速作用，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)（圖），嚙合點(diǎn)A的圓周速度為 。 嚙合點(diǎn)B的圓周速度為 。 于是 +=（+）+(-) 即 + =2 （4-1） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則 （4-2） 式（4-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。 有式（4-2）還可以得知：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)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 4.2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖4-2所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類(lèi)車(chē)輛上。 圖4-2 普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器 1，12-軸承；2-螺母；3，14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5，13-螺栓； 6-半軸齒輪片；7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片； 11-差速器右殼 4.3 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。 4.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 4.3.1.1 行星齒輪數(shù)目的選擇 載貨汽車(chē)采用4個(gè)行星齒輪。 4.3.1.2 行星齒輪球面半徑的確定 圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： mm (4-3) 式中 ——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取3.52～3.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的載貨汽車(chē)取小值； T——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，N·m. 根據(jù)上式=2.6=76mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距A=75mm 4.3.1.3 行星齒輪與半軸齒輪的選擇 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25，大多數(shù)汽車(chē)的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.5～2.0的范圍內(nèi)。 差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線(xiàn)周?chē)?，否則，差速器將無(wú)法安裝，即應(yīng)滿(mǎn)足的安裝條件為： （4-4） 式中：，——左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器來(lái)說(shuō)，= ——行星齒輪數(shù)目； ——任意整數(shù)。 在此=12，=20 滿(mǎn)足以上要求。 4.3.1.4 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角， ==31° =90°-=59° 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m m====6 由于強(qiáng)度的要求在此取m=10mm， 得=72mm ，=6×20=120mm 4.3.1.5 壓力角α 目前，汽車(chē)差速器的齒輪大都采用22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選22.3°的壓力角。 4.3.1.6 行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L 行星齒輪的安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的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： （4-5） 式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取16768N·m ——行星齒輪的數(shù)目；在此為4 ——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm， ≈0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d≈0.8； ——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 MPa 根據(jù)上式 =96mm =0.5×96=48mm ≈34mm ≈37mm 4.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 詳見(jiàn)附錄表-4 4.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車(chē)輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度為 = MPa (4-6) 式中 ——差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式，其中，為差速器的行星齒輪數(shù)； ——半軸齒輪齒數(shù)； 、、、——見(jiàn)式（3-9）下的說(shuō)明； ——計(jì)算汽車(chē)差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖4-1可查得=0.229 圖4-2 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) 根據(jù)上式==949MPa<980 MPa 所以，差速器齒輪滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度要求。此節(jié)內(nèi)容圖表參考了《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》中差速器設(shè)計(jì)一節(jié)。 第5章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置位于汽車(chē)傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器的半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。在一般的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車(chē)輪的輪轂聯(lián)接起來(lái)，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是載貨汽車(chē)，采用全浮式結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)半軸的主要尺寸是其直徑，在設(shè)計(jì)時(shí)首先可根據(jù)對(duì)使用條件和載荷工況相同或相近的同類(lèi)汽車(chē)同形式半軸的分析比較，大致選定從整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的布局來(lái)看比較合適的半軸半徑，然后對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核。 5.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算轉(zhuǎn)矩可有求得，其中，的計(jì)算，可根據(jù)以下方法計(jì)算，并取兩者中的較小者。 若按最大附著力計(jì)算，即 （5-1） 式中 ——輪胎與地面的附著系數(shù)取0.8； ——汽車(chē)加速或減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，可取1.2～1.4在此取1.3。 根據(jù)上式=2846 N 若按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算，即 （5-2） 式中 ——差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)于普通圓錐行星齒輪差速器取0.6； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m； ——汽車(chē)傳動(dòng)效率，計(jì)算時(shí)可取1或取0.9； ——傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比； ——輪胎的滾動(dòng)半徑，m。 上參數(shù)見(jiàn)式（4-1）下的說(shuō)明。 根據(jù)上式=2759.59 N 在此2759.59N ==2846.60.46=1320.8N·m 5.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進(jìn)行 （5-3） 根據(jù)上式=（32.4～44.3）mm，根據(jù)強(qiáng)度要求在此取40mm。 5.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 首先是驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： MPa （5-4） 式中：——半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m在此取17946.1N·m； 　　　——半軸桿部的直徑，mm。 根據(jù)上式＝＝169 MPa< =(490～588) MPa 所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 5.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為 MPa (5-5) 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 MPa （5-6） 式中：——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，N·m ，在此取10060N·m; ——半軸花鍵的外徑，mm，在此取40mm; ——相配花鍵孔內(nèi)徑，mm，在此取35mm; ——花鍵齒數(shù)；在此取20 ——花鍵工作長(zhǎng)度，mm，在此取80mm; ——花鍵齒寬，mm，在此取3.925mm; ——載荷分布的不均勻系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.75。 根據(jù)上式可計(jì)算得==44.7 MPa ==67.4 MPa 根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力[]不應(yīng)超過(guò)71.05 MPa，擠壓應(yīng)力[]不應(yīng)超過(guò)196 MPa，以上計(jì)算均滿(mǎn)足要求。 此節(jié)的有關(guān)計(jì)算參考了《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》中關(guān)于半軸的計(jì)算的內(nèi)容。 第6章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋殼的主要功用是支承汽車(chē)質(zhì)量，并承受有車(chē)輪傳來(lái)的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車(chē)身，它同時(shí)又是主減速器，差速器和半軸的裝配體。 驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)要求： (1) 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常，并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力； (2) 在保證強(qiáng)度和剛度的情況下，盡量減小質(zhì)量以提高行駛的平順性； (3) 保證足夠的離地間隙； (4) 結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低； (5) 保護(hù)裝于其中的傳動(dòng)系統(tǒng)部件和防止泥水浸入； (6) 拆裝，調(diào)整，維修方便。 考慮的設(shè)計(jì)的是載貨汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式采用鑄造整體式橋殼。 6.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) 通常可采用球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。在球鐵中加入1.7%的鎳，解決了球鐵低溫（-41°C）沖擊值急劇降低的問(wèn)題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長(zhǎng)的無(wú)縫鋼管作為半軸套筒，并用銷(xiāo)釘固定。如圖6-1所示，每邊半軸套管與橋殼的壓配表面共四處，由里向外逐漸加大配合面的直徑，以得到較好的壓配效果。鋼板彈簧座與橋殼鑄成一體，故在鋼板彈簧座附近橋殼的截面可根據(jù)強(qiáng)度要求鑄成適當(dāng)?shù)男螤?，通常多為矩形。安裝制動(dòng)底板的凸緣與橋殼住在一起。橋殼中部前端的平面及孔用于安裝主減速器及差速器總成，后端平面及孔可裝上后蓋，打開(kāi)后蓋可作檢視孔用。 鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點(diǎn)在于可制成復(fù)