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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
重型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
院系名稱：
專業(yè)班級(jí)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design for Driving Axle of Heavy Truck
Candidate：
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)的題目是重型車輛車橋設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)車輪具有汽車行駛運(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架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
本設(shè)計(jì)首先論述了驅(qū)動(dòng)橋的組成，再分析驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)型式，確定總體設(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單級(jí)減速器，主減速器齒輪采用螺旋錐齒輪，差速器采用普通對(duì)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(jì)中，主要完成了單級(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CAD繪圖等工作。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；主減速器；差速器；半軸；橋殼；CAD；設(shè)計(jì)；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
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(dòng)橋研究的目的和意義 1
1.3 驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋發(fā)展趨勢 2
1.4 主要研究內(nèi)容 4
第2章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案擬定 5
2.1 驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋的種類 5
2.1.3 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 5
2.2 設(shè)計(jì)要求 10
2.2.1 適用車型 10
2.2.2 設(shè)計(jì)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(jì) 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(dòng)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(jì)計(jì)算 13
3.2.1 主減速比i0的確定 13
3.2.2 主減速器計(jì)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(jì)算 17
3.2.5 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 18
3.3 主減速器軸承的載荷計(jì)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(jì)算 25
3.3.3 錐齒輪軸承型號(hào)的確定 27
3.4 本章小結(jié) 28
第4章 差速器設(shè)計(jì) 29
4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 29
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 30
4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 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(jì)算 33
4.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 34
4.4 本章小結(jié) 36
第5章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 37
5.1 全浮式半軸計(jì)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(jì)算 39
5.4 半軸花鍵的選擇及強(qiáng)度計(jì)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(jì)算 42
5.5 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 43
5.6 本章小結(jié) 43
第6章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 44
6.1 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)概述 44
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 44
6.2.1 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 44
6.2.2 汽車側(cè)向力最大時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)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(jì)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
3
附 錄A
The structure of driving axle
The driving axle is in the power power transmission the terminal, its basic function increases the torque which transmits by the drive shaft or the transmission gearbox, and power reasonable assignment for left and right driving gear, moreover also withstands the function vertical sets up, the longitudinal force and the transverse force between the road surface and the frame or the automobile body.The driving axle generally by the main gear box, the differential device, the wheel transmission device and the driving axle shell and so on is composed.
1.Driving axle design：
The driving axle design must satisfy following basic request:
1). Choice main reduction gear ratios ought to be able to guarantee the automobile has the best power and the fuel economy.
2). External dimensions must be small, guaranteed has the necessity ground clearance.
3). Gears and other transmission piece works do steadily, the noise is small.
4). Has the high transmission efficiency under each kind of rotational speed and the load.
5). Under the guarantee enough intensity, the rigidity condition, should make every effort the quality to be small, under the reed the quality should be as far as possible small in particular, improves the automobile smoothness.
6). Coordinated with the suspension fork guidance organization movement, regarding changes the driving axle, but also should coordinate with the rotation gear movement.
7). Structures are simple, the processing technology capability is good, the manufacture is easy, disassembling, the adjustment is convenient.
2.Driving axle classification
The driving axle minute non-separation type with separates the type two big kinds.
1).Non-separation type driving axle
The non-separation type driving axle also is called the integral-type driving axle, its rear axle drive pipe and main gear box shell with shaft casing rigidly connected whole Liang, thus the both sides rear axle and the driving gear swing related, passes the elastic part and the frame is connected.It by the driving axle shell 1, the main gear box, the differential device and the rear axle is composed.
2). Separation type driving axle
The driving axle uses the independent suspension fork, namely the main gear box shell fixes on the frame, the both sides rear axle and the driving gear can be opposite in the rolling plane in the chassis have the relative motion to be called the separation type driving axle.
In order to coordinates with the independent suspension fork, fixes the main gear box shell in the frame (or automobile body) on, the driving axle shell partition and through the hinge joint, or no longer has the driving axle shell other parts besides the main gear box shell.In order to meet the need which about the driving gear independence beats, between the differential device and between wheel rear axle each section connects with the universal joint.
3.Drive axle of composition
Mainly by the reducer drive, and half axle and drive axle shell, etc.
1) .Main reducer
The speed reducer is usually used to change the direction of transmission, reduce speed and increase torque, guarantee cars have enough force and appropriate speed. Main reducer, have more single type, double, double speed reducer, wheel edges.
a). Single main reducer
By a reduction gear reducer realization of single reducer, called. Its simple structure, light weight, dongfeng BQl090, light, medium sized truck was widely used in automobile.
b). Double main reducer
In some large trucks, load demand is bigger than the slow, with single main reducer drive, driven gear diameter increases, affect to the ground clearance drive, so using twice. Usually called doublestage reducer. Two groups of double reduction gear reducer, increasing torsional twice slowdown.
To improve the tapered gear pair of meshing smoothness and strength, the level of spiral bevel gears reduction gear pair is. Second gear pair is helical gears for support.
Active tapered gear rotating, drive driven circular gear rotating, thus completing silver. Level Article 2 the initiative of cylindrical gears and driven tapered gear coaxial and rotate together, and bring about a follower of cylindrical gears rotate, 2. Because a follower of cylindrical gears installed in differential shell, so, when a follower of cylindrical gears turning, through the differential and half shaft is driven wheel rotation.
2).Differential
Around half shaft are used to connect differential wheel, can make the sides with different velocity rotating torque simultaneously. Ensure the normal scroll wheel. Some more, in the car driver bridge or in the breakthrough of thansfer transmission shaft with differential between, also called the bridge between differential. Its role in the car is in turn or flat road to drive wheels, and generate differential between the role.
Current domestic cars and other cars are adopted symmetric bevel gear ordinary differential. Symmetrical type gear differential planetary gear, half of planetary gear axle shaft gear, or a cross (direct axis) and differential shell, etc.
Most current car using differential planetary gear, ordinary bevel gear differential by two or four conical planetary gear and planetary gear axle, two cone half shaft gear and differential shell, etc.
3). Half axle
Half shaft are coming to the differential wheel, drive torque to move the car wheel rotation, the solid shaft. Due to the different structure, installation of hub axial force and the different also. Therefore, half shaft are divided into the floating, use, three/four floating three types.
a). Howo fou-point suspending half axle
General big, medium-sized cars are adopted the floating structure. Half of the spline shaft inside with the half shaft with differential gears connected to the end of the half shaft are forging flanges, bolts and wheel connection. Hub through two far apart WenCheng tapered roller bearings in half a collar. Half a collar and driving axle shell pressure to drive, composition. Use this form, half shaft bearing no direct link with the bridge housing, half shaft driving torque and not only bear any moment under this half shaft are called "the floating" half axle. The so-called "float" means half shaft are not bending load.
The float, the half axle shaft for lugs and made one. But there are some heavy trucks to lugs, and made the individual parts of the spline shaft in the half. Therefore, both ends of the spline shaft is used, can HuanTou.
b). Use half axle
Use of half axle within the same with the client, not withstand float bending-torsional. The client through a direct bearing on the inside of half axle shell. This means that will support the half axle under bending moment. Therefore, the half sleeve torque, except under bending moment, local use half shaft is called. This structure is mainly used for certain.
The red flag brand limousines CA7560 type of thing. The half shaft are not bending moment, the client will inherit all external use, so called bending support.
c). 3/4 floating half axle
Three-quarters of floating half shaft are short of bending degree between use and the floating. This type of half axle currently used in XiaoWoChe, only on individual applications, such as M20 type car. Warsaw,
4). The bridge housing
a). Integral bridge housing
Integral bridge housing for the intensity and rigidity, and facilitate the good performance of the installation, adjustment and maintenance, and widely used. Integral bridge housing for manufacturing methods, which can be divided into different midway through the whole cast type, the steel casting and stamping steel welding etc.
b). Drive axle shell segmented
Section type bridge housing generally fall into two, one will DuanLianCheng two by bolts. Bridge housing is segmented to casting and machining.
附 錄B
驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)造
驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。
驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)：
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
（2）外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。
?。?）齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
?。?）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。
（5）在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。
（6）與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)。
?。?）結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。
驅(qū)動(dòng)橋的分類
驅(qū)動(dòng)橋分非斷開式與斷開式兩大類。
1、非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
非斷開式驅(qū)動(dòng)橋也稱為整體式驅(qū)動(dòng)橋，其半軸套管與主減速器殼均與軸殼剛性地相連一個(gè)整體梁，因而兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪相關(guān)地?cái)[動(dòng)，通過彈性元件與車架相連。它由驅(qū)動(dòng)橋殼1，主減速器，差速器和半軸組成。
2、斷開式驅(qū)動(dòng)橋
驅(qū)動(dòng)橋采用獨(dú)立懸架，即主減速器殼固定在車架上，兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪能在橫向平面相對(duì)于車體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的則稱為斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
為了與獨(dú)立懸架相配合，將主減速器殼固定在車架（或車身）上，驅(qū)動(dòng)橋殼分段并通過鉸鏈連接，或除主減速器殼外不再有驅(qū)動(dòng)橋殼的其它部分。為了適應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立上下跳動(dòng)的需要，差速器與車輪之間的半軸各段之間用萬向節(jié)連接。
驅(qū)動(dòng)橋的組成
驅(qū)動(dòng)橋主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。
1、主減速器
主減速器一般用來改變傳動(dòng)方向，降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，保證汽車有足夠的驅(qū)動(dòng)力和適當(dāng)?shù)乃倨?。主減速器類型較多，有單級(jí)、雙級(jí)、雙速、輪邊減速器等。
?。?）單級(jí)主減速器
由一對(duì)減速齒輪實(shí)現(xiàn)減速的裝置，稱為單級(jí)減速器。其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，東風(fēng)BQl090型等輕、中型載重汽車上應(yīng)用廣泛。
?。?）雙級(jí)主減速器
對(duì)一些載重較大的載重汽車，要求較大的減速比，用單級(jí)主減速器傳動(dòng)，則從動(dòng)齒輪的直徑就必須增大，會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級(jí)減速器。雙級(jí)減速器有兩組減速齒輪，實(shí)現(xiàn)兩次減速增扭。
為提高錐形齒輪副的嚙合平穩(wěn)性和強(qiáng)度，第一級(jí)減速齒輪副是螺旋錐齒輪。二級(jí)齒輪副是斜齒因拄齒輪。
主動(dòng)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)從動(dòng)圓銀齒輪旋轉(zhuǎn)，從而完成一級(jí)減速。第二級(jí)減速的主動(dòng)圓柱齒輪與從動(dòng)圓錐齒輪同軸而一起旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)從動(dòng)圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第二級(jí)減速。因從動(dòng)圓柱齒輪安裝于差速器外殼上，所以，當(dāng)從動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過差速器和半軸即驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
2、差速器
差速器用以連接左右半軸，可使兩側(cè)車輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)同時(shí)傳遞扭矩。保證車輪的正常滾動(dòng)。有的多橋驅(qū)動(dòng)的汽車，在分動(dòng)器內(nèi)或在貫通式傳動(dòng)的軸間也裝有差速器，稱為橋間差速器。其作用是在汽車轉(zhuǎn)彎或在不平坦的路面上行駛時(shí)，使前后驅(qū)動(dòng)車輪之間產(chǎn)生差速作用。
目前國產(chǎn)轎車及其它類汽車基本都采用了對(duì)稱式錐齒輪普通差速器。對(duì)稱式錐齒輪差速器由行星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸（十字軸或一根直銷軸）和差速器殼等組成。
目前大多數(shù)汽車采用行星齒輪式差速器，普通錐齒輪差速器由兩個(gè)或四個(gè)圓錐行星齒輪、行星齒輪軸、兩個(gè)圓錐半軸齒輪和左右差速器殼等組成。
3、半軸
半軸是將差速器傳來的扭矩再傳給車輪，驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)汽車行駛的實(shí)心軸。由于輪轂的安裝結(jié)構(gòu)不同，而半軸的受力情況也不同。所以，半軸分為全浮式、半浮式、3／4浮式三種型式。
?。?）全浮式半軸
一般大、中型汽車均采用全浮式結(jié)構(gòu)。 半軸的內(nèi)端用花鍵與差速器的半軸齒輪相連接，半軸的外端鍛出凸緣，用螺栓和輪轂連接。輪轂通過兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的圓錐滾子軸承文承在半軸套管上。半軸套管與后橋殼壓配成一體，組成驅(qū)動(dòng)橋殼。用這樣的支承形式，半軸與橋殼沒有直接聯(lián)系，使半軸只承受驅(qū)動(dòng)扭矩而不承受任何彎矩，這種半軸稱為“全浮式”半軸。所謂“浮”意即半軸不受彎曲載荷。
全浮式半軸，外端為凸緣盤與軸制成一體。但也有一些載重汽車把凸緣制成單獨(dú)零件，并借花鍵套合在半軸外端。因而，半軸的兩端都是花鍵，可以換頭使用。
?。?）半浮式半軸
半浮式半軸的內(nèi)端與全浮式的一樣，不承受彎扭。其外端通過一個(gè)軸承直接支承在半軸外殼的內(nèi)側(cè)。這種支承方式將使半軸外端承受彎矩。因此，這種半袖除傳遞扭矩外，還局部地承受彎矩，故稱為半浮式半軸。這種結(jié)構(gòu)型式主要用于小客車。
圖示為紅旗牌CA7560型高級(jí)轎車的驅(qū)動(dòng)橋。其半軸內(nèi)端不受彎矩，而外端卻要承受全部彎矩，所以稱為半浮式支承。
?。?）3／4浮式半軸
3／4浮式半軸是受彎短的程度介于半浮式和全浮式之間。此式半軸目前應(yīng)用不多，只在個(gè)別小臥車上應(yīng)用，如華沙M20型汽車。
?。?）橋殼
1） 整體式橋殼
整體式橋殼因強(qiáng)度和剛度性能好，便于主減速器的安裝、調(diào)整和維修，而得到廣泛應(yīng)用。整體式橋殼因制造方法不同，可分為整體鑄造式、中段鑄造壓入鋼管式和鋼板沖壓焊接式等。
2） 分段式驅(qū)動(dòng)橋殼
分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓1將兩段連成一體。分段式橋殼比較易于鑄造和加工。
摘 要
本次設(shè)計(jì)的題目是重型車輛車橋設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)車輪具有汽車行駛運(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架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
本設(shè)計(jì)首先論述了驅(qū)動(dòng)橋的組成，再分析驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)型式，確定總體設(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單級(jí)減速器，主減速器齒輪采用螺旋錐齒輪，差速器采用普通對(duì)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(jì)中，主要完成了單級(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CAD繪圖等工作。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；主減速器；差速器；半軸；橋殼；CAD；設(shè)計(jì)；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.
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Key words: Drive axle；Main reducer；Differential；Axle；Bridge shell；CAD；Design；Check
I
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 驅(qū)動(dòng)橋研究的目的和意義 1
1.3 驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋發(fā)展趨勢 2
1.4 主要研究內(nèi)容 4
第2章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案擬定 5
2.1 驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋的種類 5
2.1.3 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 5
2.2 設(shè)計(jì)要求 10
2.2.1 適用車型 10
2.2.2 設(shè)計(jì)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(jì) 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(dòng)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(jì)計(jì)算 13
3.2.1 主減速比i0的確定 13
3.2.2 主減速器計(jì)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(jì)算 17
3.2.5 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 18
3.3 主減速器軸承的載荷計(jì)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(jì)算 25
3.3.3 錐齒輪軸承型號(hào)的確定 27
3.4 本章小結(jié) 28
第4章 差速器設(shè)計(jì) 29
4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 29
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 30
4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 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(jì)算 33
4.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 34
4.4 本章小結(jié) 36
第5章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 37
5.1 全浮式半軸計(jì)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(jì)算 39
5.4 半軸花鍵的選擇及強(qiáng)度計(jì)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(jì)算 42
5.5 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 43
5.6 本章小結(jié) 43
第6章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 44
6.1 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)概述 44
6.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 44
6.2.1 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 44
6.2.2 汽車側(cè)向力最大時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)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(jì)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
56
第1章 緒 論
1.1 研究背景
汽車自上個(gè)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(dòng)橋作為汽車中重要的組成部分，在整車設(shè)計(jì)中十分重要。良好驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)可大大提高汽車對(duì)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(dòng)橋的設(shè)計(jì)，制造工藝都在日益完善。驅(qū)動(dòng)橋也和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在機(jī)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)組織的專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。面對(duì)著日趨激烈的競爭，提高驅(qū)動(dòng)橋的性能，降低成本，維修方便成了現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)首先考慮的問題。
驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)是以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)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(jì)是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的深入、豐富和發(fā)展 ,而非獨(dú)立于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的全新設(shè)計(jì)。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心 ,以設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo) ,是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主要特征。利用這種方法指導(dǎo)設(shè)計(jì)可以減小經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的盲目性和隨意性 ,提高設(shè)計(jì)的主動(dòng)性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。同樣 ,對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的研究不應(yīng)僅停留在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法上 ,而應(yīng)借助于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法以精益求精。本文采用現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)方法 ,結(jié)合計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)，以促進(jìn)其設(shè)計(jì)過程趨于合理化和科學(xué)化。
1.2 驅(qū)動(dòng)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(duì)汽車安全性認(rèn)識(shí)的提高，驅(qū)動(dòng)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(jì)出性能更加出色的驅(qū)動(dòng)橋，以提高汽車的動(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)國內(nèi)汽車業(yè)也
面臨著與國外汽車業(yè)同臺(tái)競爭的壓力。只有在價(jià)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(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、試驗(yàn)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(jià)值。本課題研究的驅(qū)動(dòng)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(chǔ)備技術(shù)和擴(kuò)大產(chǎn)品的配套能力。
1.3 驅(qū)動(dòng)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(duì)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(dòng)橋的更新?lián)Q代在多方面受制于國外，這對(duì)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(jì)算機(jī)技術(shù)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)驅(qū)動(dòng)橋作了多次重大的技術(shù)改進(jìn)，完成了數(shù)個(gè)噸位驅(qū)動(dòng)橋的產(chǎn)品系列，使得設(shè)計(jì)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(dòng)橋企業(yè)紛紛采用CAD、CAE技術(shù)、有限元分析，為驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái)，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(dòng)橋發(fā)展趨勢
隨著我國公路條件的改善和物流業(yè)對(duì)車輛性能要求的變化，汽車驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化發(fā)展的趨勢。單級(jí)橋與雙級(jí)橋的主要區(qū)別及用途 單級(jí)橋有主減速器，一級(jí)減速。橋包尺寸大，離地間隙小，相對(duì)雙級(jí)橋而言，其通過性較差，主要用于公路運(yùn)輸車輛。雙級(jí)橋有主減速器減速、輪邊減速器減速，形成二級(jí)減速。由于是二級(jí)減速，主減速器減速速比小，主減速器總成相對(duì)較小，橋包相對(duì)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(duì)等領(lǐng)域。
單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋是驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢，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，重型貨車使用條件對(duì)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(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性提高。單級(jí)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢為單級(jí)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jí)減速驅(qū)動(dòng)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(jià)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(huì)越來越低，重型貨車市場價(jià)格將會(huì)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(gè)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(huì)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(xiàng)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(jiān)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(shí)，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(gè)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(tái)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(huì)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(dòng)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(dòng)效率相對(duì)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(duì)復(fù)雜。導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)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(jì)，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(dòng)橋產(chǎn)品的合理比例是占整個(gè)重型汽車驅(qū)動(dòng)橋的25％，驅(qū)動(dòng)橋的主流產(chǎn)品是單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品。未來中卡車橋?qū)⒂傻湫偷乃固珷栯p級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋向單級(jí)橋方向發(fā)展。GB1589的頒布實(shí)施，鼓勵(lì)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(huì)形成以下產(chǎn)品格局：公路運(yùn)輸以10t及以上單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋、承載軸為主，工程、港口等用車以10t級(jí)以上雙級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋?yàn)橹?。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(dòng)橋總成也向傳動(dòng)效率高的單級(jí)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(dòng)橋?qū)⑹菃渭?jí)驅(qū)動(dòng)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(jì)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(duì)重型載貨汽車為設(shè)計(jì)對(duì)象，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)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(jì)算及校核；
3.利用CAD完成驅(qū)動(dòng)橋裝備圖及主要零件圖。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案擬定
2.1 驅(qū)動(dòng)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(shí)，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?yàn)榛顒?dòng)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(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種類型。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋，一般貨車多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，而后橋或中后兩橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋。
2.1.2 驅(qū)動(dòng)橋的種類
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車的重要的組成部分處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)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(dòng)車輪，并使左、石驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋包括主減速器（又稱主傳動(dòng)器）、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件如圖2.1所示。
對(duì)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(gè)整體——驅(qū)動(dòng)橋，乃是設(shè)計(jì)者必須先解決的問題。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開式驅(qū)動(dòng)橋。非獨(dú)立懸架，整體式驅(qū)動(dòng)橋。這種類型的車一般的設(shè)計(jì)多采用單級(jí)減速器，它可以保證足夠大的離地間隙同時(shí)也可以增大主傳動(dòng)比。
2.1.3 驅(qū)動(dòng)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(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安裝方法。
驅(qū)動(dòng)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(dòng)錐齒輪 5－油封
6－主減速器主動(dòng)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(dòng)橋
（1）主減速器齒輪的類型，在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。
螺旋錐齒輪如圖2.2所示主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點(diǎn)到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。
雙曲面齒輪如圖2.3所示主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點(diǎn)有：
①尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
②傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
圖2.2 螺旋錐齒輪 圖2.3 雙曲面齒輪
③當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。
④工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，又有沿齒長方向的縱向滑動(dòng)，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(dòng)有如下缺點(diǎn)：
①長方向的縱向滑動(dòng)使摩擦損失增加，降低了傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)錐齒輪的支承形式有如下兩種：
①懸臂式 懸臂式支承結(jié)構(gòu)如圖2.4所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸徑，其上安裝兩個(gè)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(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖2.4 錐齒輪懸臂式支承
②騎馬式 騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖2.5所示，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(dòng)錐齒輪騎馬式支承
（3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇，從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。
主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用套筒與墊片，從動(dòng)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(jí)減速（如圖2.5）、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)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(shí)也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比io的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比io≤7.6的各種中小型汽車上。
2、差速器
根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長。即使汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車輪軸將動(dòng)力傳給左右車輪，則會(huì)由于左右車輪的轉(zhuǎn)速雖然相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)是輪胎過早磨、無益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車的類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運(yùn)輸車輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此幾乎都采用了結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車輪間的所謂輪間差速器使用；對(duì)于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的。
3、半軸
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與輪轂連接起來。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。
半浮式半軸具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。
3/4浮式半軸，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(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動(dòng)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(dòng)車輪上的牽引力、制動(dòng)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(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)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(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(jì)要求
表2.1 設(shè)計(jì)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(dòng)比
7.285
額定功率
104kw（最高車速時(shí)3000r/min時(shí)）
最大轉(zhuǎn)矩
330Nm（1200－1400r/min時(shí)）
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(dòng)橋的種類、組成并由所選車型選擇了非斷開式驅(qū)動(dòng)橋、單級(jí)主減速器、普通對(duì)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(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。
驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)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(dòng)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(jí)減速器
此是驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)中最為簡單的一種(如圖3.1示)，是驅(qū)動(dòng)橋的基本形式， 在載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動(dòng)比較小的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。
圖3.1 單級(jí)主減速器 圖3.2 雙級(jí)主減速器
2、中央雙級(jí)主減速器
中央雙級(jí)減速橋（如圖3.2）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)使用的。雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動(dòng)橋存在。
3、中央單級(jí)輪邊減速器
中央單級(jí)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(dòng)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(dòng)機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢，使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)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(duì)汽車通過性的要求降低；
(4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性提高。
單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢為單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。
所以此設(shè)計(jì)采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)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(dòng)，其特點(diǎn)是主、從動(dòng)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(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。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。
3.1.2 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承形式
主動(dòng)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)?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾?，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小。
圖3.3 主動(dòng)錐齒輪懸臂式支承 圖3.4 主動(dòng)錐齒輪跨置式
從動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)計(jì)算
3.2.1 主減速比i0的確定
對(duì)于載貨汽車來說，為了得到足夠的功率儲(chǔ)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(dòng)半徑， =0.487m；
igh—變速器最高檔傳動(dòng)比。igh =1；
i—分動(dòng)器或加力器的高檔傳動(dòng)比；
iLB—輪邊減速器的傳動(dòng)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(jì)算載荷的確定
1、按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
Tce=TemaxiTLK0ηT/n （3.2）
式中：Tce—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；
Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =330 N·m
n—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，1；
—由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比；為變速器1擋傳動(dòng)比與主減速器傳動(dòng)比的乘積，此處為46.11；
ηT—變速器傳動(dòng)效率，取ηT =0.9；
K0—超載系數(shù)，對(duì)于一般載貨汽車、礦用汽車和越野車以及液力傳動(dòng)的各類汽車取K0=1；
代入式（3.2），有：
Tce=13694.67 N·m
主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T=2163.45 N·m
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Tcs
Tcs=G2Φrr/ηLBiLB （3.3）
式中：G2—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，對(duì)于4×2的貨車滿載時(shí)后橋承載全車重量的60%—68%，此處取64%，則取 G2=50270N;
Φ—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，取=0.85；對(duì)于越野汽車取1.0；對(duì)于安裝有專門的防滑寬輪胎的高級(jí)轎車，計(jì)算時(shí)可取1.25;
rr—車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為8.25R20，則車論的滾動(dòng)半徑為0.487m；
ηLB，iLB—分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)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(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf
對(duì)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(shí)的總重量，78547N；
—所牽引的掛車滿載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車的計(jì)算；
—道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取0.015~0.020；取0.016
—汽車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)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(dòng)齒輪到車輪之間的效率；取為0.9
—主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比；
n—驅(qū)動(dòng)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(dòng)齒輪的齒數(shù)z1和z2、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)mt、主從動(dòng)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(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2
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，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(dòng)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(duì)于商用車z1一般不小于6。
（4）主傳動(dòng)比i0較大時(shí)，z1盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。
（5）對(duì)于不同的主傳動(dòng)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(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)mt
對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸D2會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小D2又會(huì)影響懸置式主動(dòng)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(yàn)公式初選，即
（3.5）
式中：—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，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(dòng)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(huì)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(huì)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(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)載荷集中于輪齒小端，會(huì)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會(huì)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(huì)降低。
對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬b應(yīng)滿足b≤10m，對(duì)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(shí)應(yīng)考慮它對(duì)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(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，ε在1.5～2.0時(shí)效果最好，但β過大，會(huì)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(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錐頂方向。這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。
所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。
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(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，并使齒輪的端面重合度下降。對(duì)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(jì)算
表3.1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
項(xiàng)目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
6
從動(dòng)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(jì)算用表
項(xiàng)目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 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(jì)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(jì)算錐齒輪的幾何尺寸，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。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)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(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60mm.
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
（3.7）
式中：—發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取330 N·m；
—變速器的傳動(dòng)比，常取1擋及直接擋傳動(dòng)比進(jìn)行計(jì)算；
—主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取60mm.
當(dāng)按1擋傳動(dòng)比進(jìn)行計(jì)算時(shí)有：
當(dāng)按直接擋傳動(dòng)比進(jìn)行計(jì)算時(shí)有：
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
（3.8）
式中：—汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時(shí)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(dòng)半徑，在此取0.487m；
按上式 =1711.3 N／mm
在現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長上的圓周力有時(shí)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(duì)于按照發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)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(jì)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(jì)算轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)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(jì)算；對(duì)于主動(dòng)齒輪還需轉(zhuǎn)換到主動(dòng)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(shí)，ks= ，此處取ks=0.79
km—齒面載荷分配系數(shù)，當(dāng)只有一個(gè)齒輪采用騎馬式支承形式時(shí)，km =1.10～1.25，此處取km =1.10；
kv—質(zhì)量系數(shù)，取1；
b—所計(jì)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(duì)于主動(dòng)齒輪J=0.165.對(duì)于從動(dòng)齒輪J=0.2252；
當(dāng)按Tce，Tcs中較小的一個(gè)計(jì)算時(shí)，Tc1 =2163.45Nm, Tc2 =13694.67 Nm, 將各參數(shù)代入式（3.8），有：
主動(dòng)：
從動(dòng)：
當(dāng)按Tcf計(jì)算時(shí)，Tc1 =510.3 Nm, Tc2=3230.2 Nm , 將各參數(shù)代入式（3.9），有：
主動(dòng)：
從動(dòng)：
當(dāng)按Tce，Tcs中較小的一個(gè)計(jì)算時(shí)，汽車主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為700MPa;按Tcf計(jì)算時(shí)，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(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑，mm；d1 =60mm
b—主、從動(dòng)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(duì)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(dòng)錐齒輪計(jì)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(jì)算；
當(dāng)按Tce，Tcs［見式（3.2）、（3.3）］兩者中之較小者計(jì)算時(shí)，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(jì)算時(shí)，Tcf =510.3 N·m，將各參數(shù)代入式（3.10），有：
σj==1123.5MPa
主、從動(dòng)齒輪的接觸應(yīng)力式相同的。當(dāng)按Tcf計(jì)算時(shí)，許用接觸應(yīng)力為1750MPa；當(dāng)按Tce，Tcs兩者中之較小者計(jì)算時(shí)，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(jì)算轉(zhuǎn)矩）有關(guān)，而與汽車預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩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(jì)算時(shí)只能用它來驗(yàn)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(jì)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(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中，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Td進(jìn)行計(jì)算。
（3.11）
式中：—發(fā)動(dòng)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(dòng)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(shí)的發(fā)動(dòng)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(duì)工作時(shí)間或使用率fgi
車型
檔位數(shù)
最高檔傳動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率
車型
變速器檔位
轎車
公共汽車
載貨汽車
Ⅲ檔
Ⅳ檔
Ⅳ檔
Ⅳ檔帶超速檔
Ⅳ檔
Ⅳ檔帶超速檔
Ⅴ檔
KT<80
KT>80
fTi/%
Ⅰ
60
70
65
70
70
50
50
50
Ⅱ
60
65
60
70
70
60
60
60
Ⅲ
50
60
50
60
60
70
80
70
Ⅳ
60
50
60
60
60
80
70
Ⅴ
—
—
60
超速檔
75
70
將以上數(shù)據(jù)代入式（3.10），則有：
解得=436.15 N.m
對(duì)于圓錐齒輪的齒面中點(diǎn)的分度圓直徑
（3.12）
（3.13）
式中：d2—從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，取d2=380mm；
b—從動(dòng)齒輪齒面寬，取b=64mm；
—從動(dòng)齒輪節(jié)錐角，取=81.027°；
z1、z2—主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)，z1 =6， z2=38.
將以上結(jié)果代入式（3.12）、