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手動(dòng)機(jī)械式分動(dòng)器設(shè)計(jì)
摘要
本設(shè)計(jì)主要根據(jù)越野汽車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)機(jī)械式分動(dòng)器的設(shè)計(jì)。根據(jù)匹配車型的使用條件和車輛參數(shù)選擇分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式，并按照分動(dòng)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求，具體進(jìn)行了分動(dòng)器軸、齒輪等零部件的相關(guān)設(shè)計(jì)工作和校核工作，最后繪制了二維圖紙。
關(guān)鍵詞：分動(dòng)器；手動(dòng)機(jī)械式；設(shè)計(jì)
Design Of Manual Mechanical Actuator
Abstract
The design is based mainly on the Off-road vehicle related parameters at the design of the manual mechanical actuator. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the actuator sub-system design steps and requirements, mainly related to design work, including the center distance of actuators, bevel gear and other parameters. And actuators, gears and other parts of the design and verification of the relevant work.
Keywords: Actuator; Manual Mechanical; Design
目錄
摘要
Abstract
1 緒論……………………………………………………………………………………………….1
1.1 分動(dòng)器簡(jiǎn)介…………………………………………………………………………………….1
1.2 分動(dòng)器構(gòu)造及原理………………………………………………………………………….2
1.3 分動(dòng)器類型…………………………………………………………………………………….3
1.4 分動(dòng)器的功用和設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………….4
2 分動(dòng)器結(jié)構(gòu)方案的選擇…………………………………………………………………..5
2.1 傳動(dòng)方案………………………………………………………………………………………..5
2.2 齒輪的安排…………………………………………………………………………………….6
2.3 換擋結(jié)構(gòu)形式…………………………………………………………………………………6
3 分動(dòng)器主要參數(shù)的選擇…………………………………………………………………..8
3.1 傳動(dòng)比分配…………………………………………………………………………………….8
3.2 中心距A………………………………………………………………………………………….8
4 分動(dòng)器齒輪參數(shù)的確定…………………………………………………………………..9
4.1 模數(shù)……………………………………………………………………………………………….9
4.2 壓力角α………………………………………………………………………………………..9
4.3 螺旋角β………………………………………………………………………………………..9
4.4 齒寬…………………………………………………………………………………………….10
4.5 各檔齒輪齒數(shù)的分配…………………………………………………………………….10
5 分動(dòng)器結(jié)構(gòu)元件……………………………………………………………………………14
5.1 齒輪…………………………………………………………………………………………….14
5.2 軸及相關(guān)零件……………………………………………………………………………….14
6 嚙合套傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………..19
7 零件的校核…………………………………………………………………………………..20
7.1 齒輪的校核…………………………………………………………………………………..21
7.2 軸的校核………………………………………………………………………………………23
8 總結(jié)…………………………………………………………………………………………….24
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………….25
致謝…………………………………………………………………………………………………….26
附錄…………………………………………………………………………………………………….27
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)
1 緒論
越野車需要經(jīng)常在壞路和無(wú)路情況下行駛，尤其是軍用汽車的行駛條件更為惡劣，這就要求增加汽車驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)目，因此，越野車都采用多軸驅(qū)動(dòng)。例如，如果一輛前輪驅(qū)動(dòng)的汽車兩前輪都陷入溝中，那汽車就無(wú)法將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)車輪與地面的磨擦產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力而繼續(xù)前進(jìn)。而假如這輛車的四個(gè)輪子都能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的話，那么，還有兩個(gè)沒(méi)陷入溝中的車輪能正常工作，使汽車?yán)^續(xù)行駛。在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車上，為了將輸出的動(dòng)力分配給各驅(qū)動(dòng)橋設(shè)有分動(dòng)器。
1.1 分動(dòng)器簡(jiǎn)介
裝于多橋驅(qū)動(dòng)汽車的變速器后，用于傳遞和分配動(dòng)力至各驅(qū)動(dòng)橋，兼作副變速器之用。常設(shè)兩個(gè)檔，低檔又稱為加力檔。為了不使后驅(qū)動(dòng)橋超載常設(shè)聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，使只有結(jié)合前驅(qū)動(dòng)橋以后才能掛上加力檔，并用于克服汽車在壞路面上和無(wú)路地區(qū)的較大行程阻力及獲得最低穩(wěn)定車速。高速檔為直接檔或?yàn)闇p速檔。
（1）帶軸間差速器的分動(dòng)器
各輸出軸可以以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則由差速器傳動(dòng)比決定。據(jù)此，可將轉(zhuǎn)矩按軸荷分配到各驅(qū)動(dòng)橋。裝有這種分動(dòng)器的汽車，不僅掛加力檔時(shí)可使全輪驅(qū)動(dòng)，以克服壞路面和無(wú)路地區(qū)地面的較大阻力，而且掛分動(dòng)器的高檔時(shí)也可使全輪驅(qū)動(dòng)，以充分利用附著重量及附著力，提高汽車在良好路面上的牽引性能。
（2）不帶軸間差速器的分動(dòng)器
各輸出軸可以以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩分配則與該驅(qū)動(dòng)輪的阻力及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)的分動(dòng)器在掛低檔時(shí)同時(shí)將接通前驅(qū)動(dòng)
橋；而掛高檔時(shí)前驅(qū)動(dòng)橋則一定與傳動(dòng)系分離，使變?yōu)閺膭?dòng)橋以避免發(fā)生功率循環(huán)并降低汽車在好路面上行駛時(shí)的動(dòng)力消耗及輪胎等的磨損。
（3）裝有超越離合器的分動(dòng)器
利用前后輪的轉(zhuǎn)速差使當(dāng)后輪滑轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)接上前驅(qū)動(dòng)橋，倒檔時(shí)則用另一超越離合器工作。
分動(dòng)器的功用就是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩，是越野車汽車傳動(dòng)系中不可缺少的傳動(dòng)部件，它的前部與汽車變速箱聯(lián)接，將其輸出的動(dòng)力經(jīng)適當(dāng)變速后同時(shí)傳給汽車的前橋和后橋，此時(shí)汽車全輪驅(qū)動(dòng)，可在冰雪、泥沙和無(wú)路的地區(qū)地面行駛。大多數(shù)分動(dòng)器由于要起到降速增矩的作用而比變速箱的負(fù)荷大，所以分動(dòng)器中的常嚙齒輪均為斜齒輪，軸承也采用圓錐滾子軸承支承。
1.2 分動(dòng)器的構(gòu)造及原理
分動(dòng)器的輸入軸與變速器的第二軸相連，輸出軸有兩個(gè)或兩個(gè)以上，通過(guò)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置分別與各驅(qū)動(dòng)橋相連。
圖1-1 北京吉普切諾基汽車行星機(jī)構(gòu)AMC207型分動(dòng)器
分動(dòng)器內(nèi)除了具有高低兩檔及相應(yīng)的換檔機(jī)構(gòu)外，還有前橋接合套及相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)。當(dāng)越野車在良好路面上行駛時(shí)，只需后輪驅(qū)動(dòng)，可以用操縱手柄控制前橋接合套，切斷前驅(qū)動(dòng)橋輸出軸的動(dòng)力。分動(dòng)器的工作要求：
（1）先接前橋，后掛低速檔；
（2）先退出低速檔，再摘下前橋；上述要求可以通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)加以保證。
1.3 分動(dòng)器類型
（1）分時(shí)四驅(qū)(Part－time 4WD)
這是一種駕駛者可以在兩驅(qū)和四驅(qū)之間手動(dòng)選擇的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由駕駛員根據(jù)路面情況，通過(guò)接通或斷開(kāi)分動(dòng)器來(lái)變化兩輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)模式，這也是一般越野車或四驅(qū)SUV最常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)模式。最顯著的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選取驅(qū)動(dòng)模式，比較經(jīng)濟(jì)。
（2）全時(shí)四驅(qū)(Full－time 4WD)
這種傳動(dòng)系統(tǒng)不需要駕駛?cè)诉x擇操作，前后車輪永遠(yuǎn)維持四輪驅(qū)動(dòng)模式，行駛時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩按50：50設(shè)定在前后輪上，使前后排車輪保持等量的扭矩。全時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的駕駛操控性和行駛循跡性，有了全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，就可以在鋪覆路面上順利駕駛。但其缺點(diǎn)也很明顯，那就是比較廢油，經(jīng)濟(jì)性不夠好。而且，車輛沒(méi)有任何裝置來(lái)控制輪胎轉(zhuǎn)速的差異，一旦一個(gè)輪胎離開(kāi)地面，往往會(huì)使車輛停滯在那里，不能前進(jìn)。
（3）適時(shí)驅(qū)動(dòng)(Real－time 4WD)
采用適時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛可以通過(guò)電腦來(lái)控制選擇適合當(dāng)下情況的驅(qū)動(dòng)模式。在正常的路面，車輛一般會(huì)采用后輪驅(qū)動(dòng)的方式。而一旦遇到路面不良或驅(qū)動(dòng)輪打滑的情況，電腦會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并立即將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩
分配給前排的兩個(gè)車輪，自然切換到四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，免除了駕駛?cè)说呐袛嗪褪謩?dòng)操作，應(yīng)用更加簡(jiǎn)單。不過(guò)，電腦與人腦相比，反應(yīng)畢竟較慢，而且這樣一來(lái)，也缺少了那種一切盡在掌握的征服感和駕駛樂(lè)趣。
1.4 分動(dòng)器的功用和設(shè)計(jì)要求
分動(dòng)器的功用就是將分動(dòng)器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。分動(dòng)器也是一個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，它單獨(dú)固定在車架上，其輸入軸與分動(dòng)器的輸出軸用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置連接，分動(dòng)器的輸出軸有若干根，分別經(jīng)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置與各驅(qū)動(dòng)橋相連。汽車全輪驅(qū)動(dòng)，可在冰雪、泥沙和無(wú)路的地區(qū)地面行駛。
對(duì)分動(dòng)器的設(shè)計(jì)要求要滿足以下幾點(diǎn)：
1） 便于制造、使用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊；
2） 保證汽車必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；
3） 換檔迅速、省力、方便；
4） 工作可靠。不得有跳檔及換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；
5） 分動(dòng)器應(yīng)有高的工作效率；
6） 分動(dòng)器的工作噪聲低。
2 分動(dòng)器結(jié)構(gòu)方案的選擇
分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，各種結(jié)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)隨著主觀和客觀條件的變化而變化。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們應(yīng)深入實(shí)際，收集資料，調(diào)查研究，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并盡可能地考慮到產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后確定較合適的方案。機(jī)械式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的結(jié)構(gòu)方案如圖2-1所示。
圖2-1 分動(dòng)器傳動(dòng)方案
2.1 傳動(dòng)方案
分動(dòng)器的設(shè)計(jì)類比于變速器和減速器的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在汽車大多數(shù)都采用中間軸式變速器，采用輸入軸與后輪輸出軸同軸的形式，輸入軸的后端
經(jīng)軸承在后輪輸出軸的軸孔內(nèi)，后輪輸出要經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪副的傳遞，因此傳動(dòng)效率有所降低。
2.2 齒輪的安排
各齒輪副的相對(duì)安裝位置，對(duì)于整個(gè)分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)布置有很大的影響，要考慮到以下幾個(gè)方面的要求：
1）整車總布置
根據(jù)整車的總布置，對(duì)分動(dòng)器輸入軸與輸出軸的相對(duì)位置和分動(dòng)器的輪廓形狀以及換擋機(jī)構(gòu)提出要求
2）駕駛員的使用習(xí)慣
3）提高平均傳動(dòng)效率
4）改善齒輪受載狀況
各擋位齒輪在分動(dòng)器中的位置安排，考慮到齒輪的受載狀況。承受載荷大的低擋齒輪，安置在離軸承較近的方，以減小鈾的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過(guò)多。分動(dòng)器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過(guò)高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高擋齒輪安排在離兩支承較遠(yuǎn)處。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。
2.3 換檔結(jié)構(gòu)形式
目前用于齒輪傳動(dòng)中的換擋結(jié)構(gòu)形式主要有三種：
1）滑動(dòng)齒輪換擋
通常是采用滑動(dòng)直齒輪進(jìn)行換擋，但也有采用滑動(dòng)斜齒輪換擋的?；瑒?dòng)直齒輪換擋的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、容易制造。缺點(diǎn)是換擋時(shí)齒端面承受很大的沖擊，會(huì)導(dǎo)致齒輪過(guò)早損壞，并且直齒輪工作噪聲大。所以這種換擋方式，一般僅用在較低的檔位上，例如變速器中的一擋和倒擋。采用滑動(dòng)斜齒輪換擋，雖有工作平穩(wěn)、承裁能力大、噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，但它的換擋仍然避免不了齒端面承受沖擊。
2）嚙合套換擋
用嚙合套換擋，可將構(gòu)成某傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪，制成常嚙合的斜齒
輪。而斜齒輪上另外有一部分做成直的結(jié)合齒，用來(lái)與嚙合套相嚙合。
3）同步器換擋
現(xiàn)在大多數(shù)汽車的變速器都采用同步器。使用同步器可減輕接合齒在換擋時(shí)引起的沖擊及零件的損壞。并且具有操縱輕便，經(jīng)濟(jì)性和縮短換擋時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，從而改善了汽車的加速性、經(jīng)濟(jì)性和山區(qū)行駛的安全性。其缺點(diǎn)是零件增多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸增加，制造要求高，同步環(huán)磨損大，壽命低。但是近年來(lái)，由于同步器廣泛使用，壽命問(wèn)題已解決。比如在其工作表面上鍍一層金屬，不僅提高了耐腐性，而且提高了工作表面的摩擦系數(shù)。
3 分動(dòng)器主要參數(shù)的選擇
本設(shè)計(jì)選用亞川汽車齒輪集團(tuán)有限公司的1800F33A分動(dòng)箱，主要適用于東風(fēng)軍用越野車。
3.1 傳動(dòng)比分配
根據(jù)分動(dòng)箱型號(hào)給出的參數(shù)，分動(dòng)器高速級(jí)傳動(dòng)比：；低速級(jí)傳動(dòng)比：。
3.2 中心距A
將中間軸與第二軸之間的距離稱為中心距A。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)分動(dòng)器的外形尺寸、體積質(zhì)量大小，而且對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)保證齒輪有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。分動(dòng)器的軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置軸承的可能與方便和不影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：
式中，為分動(dòng)器中心距（mm）；KA為中心距系數(shù)，取KA=8.9～12；Temax為輸入最大扭矩（Nm）；i低為低速檔傳動(dòng)比；為分動(dòng)器傳動(dòng)效率，取95%。
可確定中心距：
A=8.9~123650×2.05×0.95=96.3~129.8mm
取中心距A=130mm。
4 分動(dòng)器齒輪參數(shù)的確定
4.1 模數(shù)
齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取因素又很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求、載荷等。決定齒輪模數(shù)的因素很多，其中最主要的是載荷的大小。由于高檔齒輪和低檔齒輪載荷不同，高速擋和低速檔的模數(shù)不宜相同。從加工工藝及維修觀點(diǎn)考慮，同一齒輪機(jī)械中的齒輪模數(shù)不宜過(guò)多。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1357—78的規(guī)定，選取各齒輪副模數(shù)如下：
常嚙合齒輪：mn=4mm；
低速檔：mn=4mm，
高速擋：mn=3mm。
嚙合套采用漸開(kāi)線齒形，取m=3mm。
4.2 壓力角α
壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)于轎車，為加大重合度以降低噪聲，應(yīng)取用小些的壓力角；對(duì)于貨車，為提高齒輪承載能力，應(yīng)取用大些的壓力角。實(shí)際上，因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為，所以分動(dòng)器齒輪采用的壓力角為。
4.3 螺旋角β
螺旋角β一般范圍為10°～35°。螺旋角增大使齒輪嚙合系數(shù)增加、工作平穩(wěn)、噪聲降低、另外齒輪的強(qiáng)度也有所提高。但螺旋角太大，會(huì)使軸向力及軸承載荷過(guò)大。初選低速檔嚙合齒輪螺旋角β=20°。關(guān)于螺旋
角的方向，輸入軸齒輪采用右旋，這樣可使第一軸所受的軸向力直接經(jīng)過(guò)軸承蓋作用在分動(dòng)器殼體上，避免了因軸向力一二兩軸抱死的現(xiàn)象。中間軸齒輪全部采用左旋，因此中間軸上同時(shí)嚙合的兩對(duì)齒輪軸向力方向相反，軸向力可互相抵消一部分。
4.4 齒寬
齒輪寬度大，承載能力高。但齒輪受載后，由于齒向誤差及軸的撓度變形等原因，沿齒寬方向受力不均勻，因而齒寬不宜太大。
齒寬可根據(jù)下列公式初選：直齒輪b=(4.5-7.5)m,斜齒輪b=(6.0-8.5)mn。
綜合各個(gè)齒輪的情況，均為斜齒輪，齒寬選為30mm。
4.5 各檔齒輪齒數(shù)的分配
4.5.1 確定低速檔齒輪副齒數(shù)
在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。
齒數(shù)和：
取S=61
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，一軸低速檔齒輪齒數(shù)在z1=24～28之間選取。通過(guò)下列關(guān)系對(duì)著三個(gè)數(shù)值得出的參數(shù)進(jìn)行比較。
表 4-1 不同齒數(shù)時(shí)傳動(dòng)比對(duì)比
z1
z2
Z3
Z4
I低
24
37
35
26
2.075
25
36
36
25
2.074
26
35
37
24
2.075
27
34
38
23
2.081
28
33
39
22
2.089
通過(guò)比較可以得出z1=25，z2=36時(shí)，i低=2.074，與設(shè)計(jì)要求2.05最接近。
下面以z1=25為例對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明：
z1=25，z2=36
修正中心距，取A=130。
重新確定螺旋角β，其精確值應(yīng)為
下面根據(jù)方程組：
確定常嚙合齒輪副齒數(shù)分別為。
重新確定螺旋角β，其精確值為
4.5.2 確定其他齒輪的齒數(shù)
齒輪5為中橋輸出軸齒輪，因此齒輪5與后橋輸出軸齒輪4各參數(shù)應(yīng)相同。
低速檔齒輪：
根據(jù)，
可以得出
于是可得，取
重新確定螺旋角β，其精確值為
表4-2 各齒輪基本參數(shù)
齒輪
高速檔
低速檔
常嚙合
齒輪齒數(shù)
輸入軸
中間軸
輸入軸
中間軸
輸出軸
中間軸
齒輪6
齒輪7
齒輪1
齒輪2
齒輪3
齒輪4
47
35
25
36
36
25
實(shí)際傳動(dòng)比i
0.745
1.44
1.44
螺旋角β
法面模數(shù)mn
3
4
4
法面齒頂高系數(shù)
1
1
1
法面頂隙系數(shù)
0.25
0.25
0.25
端面模數(shù)mt
3.1707
4.2623
4.2623
分度圓壓力角
20°
20°
20°
分度圓直徑d
149.02
110.98
106.56
153.44
153.44
106.56
中心距A
130
130
130
中心距變動(dòng)系數(shù)
0
0
0
齒頂高h(yuǎn)a
3
4
4
齒根高h(yuǎn)f
3 .75
5
5
齒全高h(yuǎn)
6.75
9
9
有效齒寬b
30
30
30
當(dāng)量齒數(shù)zv
55.49
41.32
30.25
43.56
43.56
30.25
5 分動(dòng)器結(jié)構(gòu)元件
5.1 齒輪
分動(dòng)器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或者與軸分開(kāi)，然后用鍵、過(guò)盈配合或者滑動(dòng)、滾動(dòng)支撐等方式之一與軸聯(lián)接。輸入軸上的低速檔齒輪與軸制成一體制成齒輪軸，高速擋齒輪用平鍵固定在輸入軸上；中間軸上的齒輪均設(shè)計(jì)成與軸分開(kāi)的形式，并以滾針軸承聯(lián)接；后橋輸出軸上的齒輪與軸做成一體。
5.2 軸及相關(guān)零件
設(shè)計(jì)軸時(shí)主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：軸的直徑和長(zhǎng)度，軸的結(jié)構(gòu)形狀，軸的強(qiáng)度和剛度，軸上花鍵的形式和尺寸等。
5.2.1 軸的尺寸初選
在已經(jīng)確定了中心距A 后，第二軸和中間軸中部直徑可以初步確定，d=0.45A=0.45×130mm=58.5mm。在草圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，將最大直徑確定為如下數(shù)值：輸入軸dmax=60，中間軸dmax=60mm，輸出軸dmax=70mm。
5.2.2 軸的結(jié)構(gòu)
軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)保證齒輪、嚙合套及軸承等安裝、固定，并與工藝要求有密切關(guān)系。本設(shè)計(jì)中，輸入軸和低速檔齒輪做成一體，前端通過(guò)矩形花鍵安裝半聯(lián)軸器，其后端通過(guò)滾針軸承安裝在后橋輸出軸齒輪內(nèi)腔里。高速檔齒輪通過(guò)普通平鍵固定在輸入軸上。中間軸有旋轉(zhuǎn)式和固定式兩種，本設(shè)計(jì)中采用旋轉(zhuǎn)式中間軸。中間軸與嚙合套的齒座做成一體，兩端通過(guò)圓錐滾子軸承支撐。高、低速檔齒輪均用滾針軸承安裝在軸上，常嚙合齒輪通過(guò)花鍵固定在軸上。中間軸兩端有螺紋，用來(lái)定位軸承。后橋
輸出軸與其上齒輪做成一體，齒輪有內(nèi)腔以安裝輸入軸，齒輪懸臂布置，采用兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐。中橋輸出軸上的齒輪用平鍵固定在軸上，與前橋輸出軸對(duì)接處有漸開(kāi)線花鍵，通過(guò)嚙合套可以與前橋輸出軸上的漸開(kāi)線花鍵聯(lián)接，用以接上、斷開(kāi)前橋輸出。
5.2.3 花鍵的形式和尺寸
輸入軸的花鍵部分直徑可按下式初選，式中K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=4.0～4.6；Temax為最大輸入轉(zhuǎn)矩（Nm）。d=34.65～39.85mm，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)》表6-58，取輸入軸矩形花鍵尺寸：
。
其中N為鍵數(shù)，d為小徑，D為大徑，B為鍵寬
其他各花鍵的形式和尺寸根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和尺寸確定，具體參數(shù)列為下。
后橋輸出軸矩形花鍵：
；
前橋輸出軸矩形花鍵：
；
中橋輸出軸矩形花鍵：
5.2.4 軸承的選用
分動(dòng)器的軸經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)，常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸承等。軸承的選用受到結(jié)構(gòu)的限制，并隨所承受載荷的特點(diǎn)不同而不同，在此設(shè)計(jì)中選用圓錐滾子軸承裝于殼體上，軸承的直徑根據(jù)分動(dòng)器中心距和軸的直徑確定，保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于6mm。在齒輪與軸不是固定聯(lián)接，并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方，采用滾針軸承。
5.2.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）輸入軸
輸入軸的最小直徑在安裝聯(lián)軸器的花鍵處，聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取KA=1.3，則：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)》手冊(cè)表6-97，選用YL11型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑為45mm，故取，，CD段裝有圓錐滾子軸承，查《機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)》表6-67選孔徑為50mm的30210型圓錐滾子軸承與之配合其尺寸為d×D×T×B×C×a=50mm×90mm×21.75mm×20mm×17mm×20mm，故取DE段固定齒輪，故取，根據(jù)整體結(jié)構(gòu)取FG處是齒輪軸上的紙輪6，分度圓直徑GH段安裝滾針軸承，由于只承受彎矩故可取，滾針軸承尺寸d×D×C=40×45×27。
2）后橋輸出軸
為了防止兩軸研合到一起引起兩周對(duì)接卡死，輸入軸與后橋輸出軸間留有0.5mm的間隙，IK段是齒輪軸上的齒輪3，分度圓直徑KL段安裝軸承，查表取孔徑70mm的30214型圓錐滾子軸承，其尺寸為d×D×T×B×C×a=70mm×125mm×26.25mm×24mm×21mm×25.8mm，故，LM段根據(jù)端蓋結(jié)構(gòu)取，MN段安裝軸承，查表選取孔徑為65mm的30213型圓錐滾子軸承，其尺寸為d×D×T×B×C×a=65mm×120mm×24.75mm×23mm×20mm×23.8mm取NO段安裝輸出軸聯(lián)軸器，取。
3）中間軸
de段是嚙合套外齒輪8，分度圓直徑，，嚙合套齒輪8與兩邊的齒輪7、2各留有0.5mm的間隙，齒輪7、2的總齒寬為45mm，齒輪2、4間留有間隙5mm，所以，bc、fg段安裝軸承，取孔徑為50mm的30210型圓錐滾子軸承，，ab、gh段做成螺紋用于軸的兩端固定，取。
4）中橋輸出軸
ef段安裝齒輪5，取，bc、fg段安裝軸承，取孔徑為60mm的30212型圓錐滾子軸承，其尺寸為d×D×T×B×C×a=60mm×110mm×23.75mm×22mm×19mm×22.3mm，，de、cd段根據(jù)結(jié)構(gòu)取，，ab段漸開(kāi)線齒輪分度
圓直徑，gh段安裝聯(lián)軸器，。
5）前橋輸出軸
cd段齒輪分度圓直徑，bc段安裝一對(duì)圓錐滾子軸承，取孔徑為50mm的30210型圓錐滾子軸承，，ab段安裝聯(lián)軸器，取。
6 嚙合套傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算
嚙合套輪齒為直齒，其齒廓曲線為漸開(kāi)線，嚙合角為20°，模數(shù)取3mm，齒頂高系數(shù)，其他參數(shù)與普通齒輪一樣，齒數(shù)一般為30～80。
高、低速換檔嚙合套，取z=32，則分度圓直徑為，結(jié)合套寬28mm；接前橋、斷前橋嚙合套，取z=18，則分度圓直徑為d=3×18mm=54mm，結(jié)合套寬28mm。齒輪7、2上的小齒輪齒寬均選10mm，大齒輪小齒輪間距均選5mm。
7 零件的校核
當(dāng)掛上低速檔時(shí)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大，因此只要校核低速檔時(shí)的強(qiáng)度就可以了。
掛上低速檔時(shí)：
輸入軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
后橋輸出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
后橋輸出軸齒輪受力分析：
7.1 齒輪的校核
對(duì)齒輪進(jìn)行分析可知，后橋輸出軸上的常嚙合齒輪副受力最大。因此校核后橋輸出軸上的齒輪副。
7.1.1 輪齒接觸強(qiáng)度校核
齒輪材料選為20CrMnTi，滲碳淬火處理，齒面硬度52~68HRC，7級(jí)精度（GB 10095-88）。
齒面接觸應(yīng)力
1） 選=1. 3。
2） 。
3） b=30mm。
4） d3=153.44mm。
5） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-26查得，0.78，則 +=1.54。
6） u=i34=1.44。
7） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-30選取區(qū)域系數(shù)=2.37。
8） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8MPa。
9） 由《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖2-12查得==1650MPa。
按《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2-27中說(shuō)明，許用接觸應(yīng)力 []=0.9=1485MPa。
計(jì)算：
滿足條件。
7.1.2 齒根彎曲強(qiáng)度校核
齒根彎曲應(yīng)力
1） 計(jì)算載荷系數(shù)
圓周速度v==2.33m/s
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查得使用系數(shù)=1.25；根據(jù)v=2.33m/s，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得=1.05；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)==1.2；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4查得=1.05；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13查得=1.035。
K==1.25×1.05×1.2×1.035=1.63
2） 查取齒形系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得=2.44，=2.62。
3）查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得=1.654，=1.59。
4）計(jì)算縱向重合度。
=0.318tanβ=0.318×30/153.44×25×tan20.2052°=0.572
5）根據(jù)縱向重合度，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=0.91。
6）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取安全系數(shù)S=1.25，則
[]=MPa=798MPa
由此計(jì)算：
7.2 軸的校核
后橋輸出軸強(qiáng)度最弱，因此首先對(duì)其校核。
對(duì)于30214型圓錐滾子軸承，a=25.8mm，因此作為懸臂梁的軸長(zhǎng)
L=15mm+10mm+24mm-25.8mm=23.2mm。
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，取α=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
軸的材料為20Cr，滲碳淬火，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得。因此，故安全。
8 總結(jié)
分動(dòng)器是傳動(dòng)系中的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、傳動(dòng)平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。本設(shè)計(jì)依據(jù)高低檔傳動(dòng)比設(shè)計(jì)越野汽車手動(dòng)機(jī)械式分動(dòng)器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、傳動(dòng)效率高、噪聲低。著重對(duì)分動(dòng)器齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)對(duì)各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
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（9）Chris Longhurst，The Transmission Bible
（10）T.K.Garrett，The Motor Vehicle
致謝
在這次為期兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我收獲良多，獲得了許多珍貴的知識(shí)，學(xué)到了在許多書(shū)本上不可能收錄的東西。例如如何最大限度的利用規(guī)范，如何把規(guī)范里的明文規(guī)定運(yùn)用到實(shí)際上去，如何獨(dú)立思考，如何與人相處融洽等等?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我在身心都得到了鍛煉，在此十分感謝我的導(dǎo)師李宏剛，以及在設(shè)計(jì)上給予我莫大幫助的同學(xué)，朋友。最后再次說(shuō)聲感謝。
附錄
Off-road vehicles need roads and access roads are often in a bad case of driving, especially military vehicles driving conditions become more severe, which requires increasing the number of car wheel, therefore, have adopted the multi-axis drive off-road vehicles. For example, if a front wheel drive car into a ditch two front wheels are in, that car will not be able to power the engine friction with the ground through the wheels have driven and continue to move forward. And if the car's four wheels driving force can be generated, then, did not fall into the ditch and two wheels working, making the car kept running. In multi-axis drive the car, the output power to be allocated to each drive axle with sub-actuators. Installed in multi-drive vehicle of transmission after the bridge for the transmission and distribution power to the drive axle, double vice transmission purposes. Standing two files, also known as low-grade afterburner file. After the drive axle in order not to overload the permanent interlocking institutions, so that only the combination of front axle to hang after the afterburner file, and is used to overcome the bad roads and vehicles in roadless areas of greater resistance and a minimum travel speed and stability. High gear reducer for direct file or files.
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