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車輛工程專業(yè)課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 班 級(jí) 12級(jí)車輛 工程 姓 名 黃揚(yáng)顯 學(xué) 號(hào) 20120665130 成 績(jī) 指導(dǎo)老師 盧隆輝 設(shè)計(jì)課題 某型輕型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 2015 年 11 月 15 日 整車性能參數(shù)（已知） 驅(qū)動(dòng)形式： 62后輪 軸距： 3800mm 輪距前/后： 1750/1586mm 整備質(zhì)量 4310kg 額定載質(zhì)量： 5000kg 空載時(shí)前軸分配軸荷45%，滿載時(shí)前軸分配軸荷26% 前懸/后懸： 1270/1915mm 最高車速： 110km/h 最大爬坡度： 35% 長(zhǎng)寬高： 6985 、2330、 2350 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)： YC4E140—20 最大功率： 99.36kw/3000rmp 最大轉(zhuǎn)矩： 380Nm/1200～1400mm 變速器傳動(dòng)比： 7.7 4.1 2.34 1.51 0.81 倒檔傳動(dòng)比： 8.72 輪胎規(guī)格： 9.00—20 離地間隙： >280mm 1總體設(shè)計(jì) 3 1.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 4 1.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 4 2 主減速器設(shè)計(jì) 4 2.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 5 2.1.1 螺旋錐齒輪傳動(dòng) 5 2.2 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 5 2.2.1 主動(dòng)錐齒輪的支承 5 2.2.2 從動(dòng)錐齒輪的支承 6 2.3 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì) 6 2.3.1 主減速比i的確定 6 2.3.2 主減速器錐齒輪的主要參數(shù)選擇 7 2.4 主減速器錐齒輪的材料 8 2.5 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 9 2.5.1 單位齒長(zhǎng)圓周力 9 2.5.2 齒輪彎曲強(qiáng)度 10 2.5.3 輪齒接觸強(qiáng)度 10 2.6 主減速器錐齒輪軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 2.6.1 錐齒輪齒面上的作用力 11 2.6.2 錐齒輪軸承的載荷 12 2.6.3 錐齒輪軸承型號(hào)的確定 14 3 差速器設(shè)計(jì) 15 3.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 15 3.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計(jì) 16 3.3 差速器齒輪的材料 18 3.4 普通錐齒輪式差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 18 4 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 19 4.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式 20 4.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 20 致謝 23 參考文獻(xiàn) 23 1總體設(shè)計(jì) 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(lái)的轉(zhuǎn)矩,并將動(dòng)力合理地分配給左、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力力和橫向力。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)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求： 1)所選擇的主減速比應(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。 3)齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 4)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)協(xié)調(diào)。 7)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。 1.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。 1.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。 2 主減速器設(shè)計(jì) 主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于汽車在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。 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(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 2.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 2.1.1 螺旋錐齒輪傳動(dòng) 按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)、圓柱齒輪式傳動(dòng)（又可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)即行星齒輪式傳動(dòng)）和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。 在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。 為了減少驅(qū)動(dòng)橋的外輪廓尺寸，主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪而采用螺旋錐齒輪。因?yàn)槁菪F齒輪不發(fā)生根切（齒輪加工中產(chǎn)生輪齒根部切薄現(xiàn)象，致使齒輪強(qiáng)度大大降低）的最小齒數(shù)比直齒輪的最小齒數(shù)少，使得螺旋錐齒輪在同樣的傳動(dòng)比下主減速器結(jié)構(gòu)較緊湊。此外，螺旋錐齒輪還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，汽車上獲得廣泛應(yīng)用。 查閱文獻(xiàn)[1]、[2]，經(jīng)方案論證，主減速器的齒輪選用螺旋錐齒輪傳動(dòng)形式（如圖3-1示）。螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)捏合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造也簡(jiǎn)單。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。 2.2 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 2.2.1 主動(dòng)錐齒輪的支承 主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)（如圖3-2示）。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承，故又稱兩端支承式?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾樱过X輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的1／30以下．而主動(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。 裝載質(zhì)量為2t以上的汽車主減速器主動(dòng)齒輪都是采用跨置式支承。本課題所設(shè)計(jì)的YC1090貨車裝載質(zhì)量為5t，所以選用跨置式。 2.2.2 從動(dòng)錐齒輪的支承 從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖3-3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)是c等于或大于d。 2.3 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì) 主減速比i、驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。 2.3.1 主減速比i的確定 主減速比對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。i的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比i一起由整車動(dòng)力計(jì)算來(lái)確定。可利用在不同i下的功率平衡田來(lái)研究i對(duì)汽車動(dòng)力性的影響。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來(lái)選擇i值，可使汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車、長(zhǎng)途公共汽車尤其是競(jìng)賽車來(lái)說(shuō)，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的i值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時(shí)i值應(yīng)按下式來(lái)確定： = （2-1） 式中——車輪的滾動(dòng)半徑， =0.508m igh——變速器量高檔傳動(dòng)比。igh =1 對(duì)于其他汽車來(lái)說(shuō)，為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車速稍有下降，i一般選擇比上式求得的大10％～25％，即按下式選擇： （2-2） 式中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。 根據(jù)所選定的主減速比i0值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級(jí)、雙級(jí)等以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。 把np=3600r/n , =110km/h , r=0.508m , igh=1代入（2-1）有：0.377（0.508x3600r/n）/110k/m 計(jì)算出 i=6.50 從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce Tec== （2-3） 式中： Tce—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =380Nm n—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，1； if—變速器傳動(dòng)比，if=7.7； i0—主減速器傳動(dòng)比，i0=6.50； η—變速器傳動(dòng)效率，η=0.96； k—液力變矩器變矩系數(shù)，K=1； Kd—由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1； i1—變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=0.81； 代入式（2-3），有： Tce≈7201 Nm 主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩T=12305 Nm 2.3.2 主減速器錐齒輪的主要參數(shù)選擇 a)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； 為了嚙合平穩(wěn)、噪音小和具有高的疲勞強(qiáng)度，大小齒輪的齒數(shù)和不少于40在轎車主減速器中，小齒輪齒數(shù)不小于9。 查閱資料，經(jīng)方案論證，主減速器的傳動(dòng)比為6.33，初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1=6，從動(dòng)齒輪齒數(shù)z2=38。 b）主、從動(dòng)錐齒輪齒形參數(shù)計(jì)算 按照文獻(xiàn)[3]中的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，結(jié)果見表2-1。 從動(dòng)錐齒輪分度圓直徑dm2=14=304.48mm 取dm2=304mm 齒輪端面模數(shù) 表2-1主、從動(dòng)錐齒輪參數(shù) 參 數(shù) 符 號(hào) 主動(dòng)錐齒輪 從動(dòng)錐齒輪 分度圓直徑 d=mz 64 304 齒頂高 ha=1.56m-h2;h2=0.27m 6.77 4.42 齒根高 hf=1.733m-ha 4.33 6.68 齒頂圓直徑 da=d+2hacosδ 90 376 齒根圓直徑 df=d-2hfcosδ 60 270 齒頂角 θa 241′ 321′ 齒根角 θf(wàn)=arctan 321′ 241′ 分錐角 δ=arctan 14 76 頂錐角 δa 1541′ 7821′ 根錐角 δf 1139′ 7419′ 錐距 R= 132 132 分度圓齒厚 S=3.14mz 9 9 齒寬 B=0.155d2 47 47 c）中點(diǎn)螺旋角β 弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的。汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角的平均螺旋角一般為35～40。貨車選用較小的β值以保證較大的εF，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。取β=35。 d）法向壓力角α 法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，也可以使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。對(duì)于貨車弧齒錐齒輪，α一般選用20。 e) 螺旋方向 從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。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)方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可以使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢(shì)，防止輪齒卡死而損壞。 2.4 主減速器錐齒輪的材料 驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求： a） 具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。 b） 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。 c） 鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。 d） 選擇合金材料是，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 汽車主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過(guò)多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。 為改善新齒輪的磨合，防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。 2.5 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 2.5.1 單位齒長(zhǎng)圓周力 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) P= （2-4） 式中： ig—變速器傳動(dòng)比，常取一擋傳動(dòng)比，ig=7.7 ； D1—主動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑mm；D=64mm 其它符號(hào)同前； 將各參數(shù)代入式（2-4），有： P≈1355 N/mm 按照文獻(xiàn)[1],P≤[P]=1429 N/mm，錐齒輪的表面耐磨性滿足要求。 2.5.2 齒輪彎曲強(qiáng)度 錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為： = = （2-5） 式中： —錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力，MPa； T—齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； k0—過(guò)載系數(shù)，一般取1； ks—尺寸系數(shù)，0.682； km—齒面載荷分配系數(shù)，懸臂式結(jié)構(gòu)，km=1.25； kv—質(zhì)量系數(shù)，取1； b—所計(jì)算的齒輪齒面寬；b=47mm D—所討論齒輪大端分度圓直徑；D=304mm Jw—齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取0.03； 對(duì)于主動(dòng)錐齒輪， T=7201 Nm；從動(dòng)錐齒輪，T=12305Nm； 將各參數(shù)代入式（2-5），有： 主動(dòng)錐齒輪， ≈647MPa； 從動(dòng)錐齒輪， =563MPa； 按照文獻(xiàn)[1], 主從動(dòng)錐齒輪的≤[]=700MPa，輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。 2.5.3 輪齒接觸強(qiáng)度 錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為： σj= = （2-6） 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=64mm b—主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬較小值；b=47mm kf—齒面品質(zhì)系數(shù)，取1.0； cp—綜合彈性系數(shù)，取232N1/2/mm； ks—尺寸系數(shù)，取1.0； Jj—齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取0.01； Tz—主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩；Tz=1516.4N.m k0、km、kv選擇同式（3-5） 將各參數(shù)代入式 （3-6），有： σj=2722MPa 按照文獻(xiàn)[1]，σj≤[σj]=2800MPa，輪齒接觸強(qiáng)度滿足要求。 2.6 主減速器錐齒輪軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 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線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力以及垂直于齒輪軸線的徑向力。 a） 齒寬中點(diǎn)處的圓周力F F== (2-7) 式中： T—作用在從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩； Dm2—從動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，由式（2-8）確定，即 Dm2=D2-b2sinγ2 =304mm-47mm*sin76 (2-8) 式中： D2—從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑；D2=304mm b2—從動(dòng)齒輪齒面寬；b2=47mm γ2—從動(dòng)齒輪節(jié)錐角；γ2=76 將各參數(shù)代入式(2-8)，有： Dm2=258mm 將各參數(shù)代入式(2-7)，有： F=3000N 對(duì)于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的。 b） 錐齒輪的軸向力Faz和徑向力Frz（主動(dòng)錐齒輪） 作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Faz和徑向力分別為 Faz= (2-9) Frz= (2-10) 將各參數(shù)分別代入式(3-9) 與式(3-10)中，有： Faz= 2752N，F(xiàn)rz=142N 2.6.2 錐齒輪軸承的載荷 當(dāng)錐齒輪齒面上所受的圓周力、軸向力和徑向力計(jì)算確定后，根據(jù)主減速器齒輪軸承的布置尺寸，即可求出軸承所受的載荷。圖2-4為單級(jí)主減速器的跨置式支承的尺寸布置圖: 圖2-4單級(jí)主減速器軸承布置尺寸 圖2—4中各參數(shù)尺寸： a=46mm，b=22mm，c=90.5mm，d=60.5mm，e=40,Dm2=304mm。 由主動(dòng)錐齒輪齒面受力簡(jiǎn)圖（圖2-5所示），得出各軸承所受的徑向力與軸向力。 圖3-5主動(dòng)錐齒輪齒面受力簡(jiǎn)圖 軸承A：徑向力 Fr= （2-11） 軸向力 Fa=Faz （2-12） 將各參數(shù)代入式（2-11）與（2-12），有： Fr=3997N，F(xiàn)a=2752N 軸承B：徑向力 Fr= （2-13） 軸向力 Fa=0 （2-14） 將各參數(shù)代入式（2-13）與（2-14），有： Fr=1493N，F(xiàn)a=0N 軸承C：徑向力 Fr= （2-15） 軸向力 Fa=Faz （2-16） 將各參數(shù)代入式（2-15）與（2-16），有： Fr=2283N，F(xiàn)a=2752N 軸承D：徑向力 Fr= （2-17） 軸向力 Fa=0 （2-18） 將各參數(shù)代入式（2-17）與（2-18），有： Fr=1745N，F(xiàn)a=0N 軸承E：徑向力 Fr= （2-19） 軸向力 Fa=0 （2-20） 將各參數(shù)代入式（2-19）與（2-20），有： Fr=1245N，F(xiàn)a=0N 2.6.3 錐齒輪軸承型號(hào)的確定 軸承A 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P （2-21） 查閱文獻(xiàn)[2]，錐齒輪圓錐滾子軸承e值為0.36，故 >e，由此得X=0.4,Y=1.7。另外查得載荷系數(shù)fp=1.2。 P=fp（XFr+YFa）=1.2(0.4x2752N+1.7x3997N) （2-22） 將各參數(shù)代入式（2-22）中，有： P=7533N 軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)負(fù)荷C′r C′r== （2-23） 式中： ft—溫度系數(shù)，查文獻(xiàn)[4]，得ft=1； ε—滾子軸承的壽命系數(shù)，查文獻(xiàn)[4]，得ε=10/3； n—軸承轉(zhuǎn)速，r/min； L′h—軸承的預(yù)期壽命，7000h； 將各參數(shù)代入式（3-23）中，有； C′r=24061N 初選軸承型號(hào) 查文獻(xiàn)[3]，初步選擇Cr =24330N> C′r的圓錐滾子軸承7206E。 驗(yàn)算7206E圓錐滾子軸承的壽命 Lh = = （2-23） 將各參數(shù)代入式（2-23）中，有： Lh =3987h<5000h 所選擇7206E圓錐滾子軸承的壽命低于預(yù)期壽命，故選7207E軸承,經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)軡M足。軸承B、軸承C、軸承D、軸承E強(qiáng)度都可按此方法得出，其強(qiáng)度均能夠滿足要求。 3 差速器設(shè)計(jì) 差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，用來(lái)保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。 3.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器。 普通齒輪式差速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器要圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。 強(qiáng)制鎖止式差速器就是在對(duì)稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。差速鎖在軍用汽車上應(yīng)用較廣。 查閱文獻(xiàn)[5]經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)形式選擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪(少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車多采用2個(gè)行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個(gè)行星齒輪的差逮器采用十字軸結(jié)構(gòu))，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛地用在轎車、客車和各種公路用載貨汽車上．有些越野汽車也采用了這種結(jié)構(gòu)，但用到越野汽車上需要采取防滑措施。例如加進(jìn)摩擦元件以增大其內(nèi)摩擦，提高其鎖緊系數(shù)；或加裝可操縱的、能強(qiáng)制鎖住差速器的裝置——差速鎖等。 3.2 普通錐齒輪式差速器齒輪設(shè)計(jì) a) 行星齒輪數(shù)n 通常情況下，貨車的行星齒輪數(shù)n=4。 b) 行星齒輪球面半徑Rb 行星齒輪球面半徑Rb反映了差速器錐齒輪節(jié)錐矩的大小和承載能力。 Rb=Kb=2.5 （3-1） 式中： Kb—行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb=2.5～3.0，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的轎車取最大值； Td—差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； 將各參數(shù)代入式（3-1），有： Rb=34 mm c）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)z1和z2 為了使輪齒有較高的強(qiáng)度，z1一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)z2在14～25選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.5～2.0的范圍內(nèi)，且半軸齒輪齒數(shù)和必須能被行星齒輪齒數(shù)整除。 查閱資料，經(jīng)方案論證，初定半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比=2，半軸齒輪齒數(shù)z2=24，行星齒輪的齒數(shù) z1=12。 d） 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2及模數(shù)m 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2分別為 γ1= =arctan （3-2） γ2= =arctan （3-3） 將各參數(shù)分別代入式（4—2）與式（4—3），有： γ1=27，γ2=63 錐齒輪大端模數(shù)m為 m= = （3-4） 將各參數(shù)代入式（3-4），有： m=5.497 查閱文獻(xiàn)[3]，取模數(shù)m=5.5 e）半軸齒輪與行星齒輪齒形參數(shù) 按照文獻(xiàn)[3]中的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，結(jié)果見表3-1。 f） 壓力角α 汽車差速齒輪大都采用壓力角α=2230′，齒高系數(shù)為0.8的齒形。 表3-1半軸齒輪與行星齒輪參數(shù) 參 數(shù) 符 號(hào) 半軸齒輪 行星齒輪 分度圓直徑 d 141 96 齒頂高 ha 1.83 3.76 齒根高 hf 4.43 2.5 齒頂圓直徑 da 144 103 齒根圓直徑 df 133 84 齒頂角 θa 419′ 231′ 齒根角 θf(wàn) 231′ 419′ 分度圓錐角 δ 63 27 頂錐角 δa 6719′ 2931′ 根錐角 δf 6029′ 2241′ 錐距 R 47 46 分度圓齒厚 s 9 9 齒寬 b 20 27 g)行星齒輪軸用直徑d 行星齒輪軸用直徑d（mm）為 d= = （3-5） 式中： T0—差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩，nm； n—行星齒輪數(shù)； rd—行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x，mm； [σc]—支承面許用擠壓應(yīng)力，取98 MPa； 將各參數(shù)代入式（4-5）中，有： d=15.7mm，取16mm。 3.3 差速器齒輪的材料 差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。在此選用20CrMnTi。 3.4 普通錐齒輪式差速器齒輪強(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)常處于嚙合傳動(dòng)狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行使不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(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)度計(jì)算。輪齒彎曲應(yīng)力σw（MPa）為 σw= = （3-6） 式中： n—行星齒輪數(shù)； J—綜合系數(shù)，取0.01； b2—半軸齒輪齒寬，mm； d2—半軸齒輪大端分度圓直徑，mm； T—半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nm），T=0.6 T0； ks、km、kv按照主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)轉(zhuǎn)矩選??； 將各參數(shù)代入式（4-6）中，有： σw=852 MPa 按照文獻(xiàn)[1], 差速器齒輪的σw≤[σw]=980 MPa，所以齒輪彎曲強(qiáng)度滿足要求。 4 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋殼的主要功用是支撐汽車質(zhì)量，并承受由車輪轉(zhuǎn)來(lái)的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車身；它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體。 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求： 1）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，它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)度和剛度的前提下，盡量減小質(zhì)量以提高行駛平順性。 3)保證足夠的離地間隙。 4)保證工藝性好，成本低。 5)保證裝于其上的傳動(dòng)系部件和防止泥水浸入。 6)拆裝、調(diào)整、維修方便。 4.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式 橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為可分式 a）可分式橋殼 可分式橋殼的整個(gè)橋殼由一個(gè)垂直接合面分為左右兩部分，每一部分均由一個(gè)鑄件殼體和一個(gè)壓入其外端的半軸套管組成。半軸套管與殼體用鉚釘聯(lián)接。在裝配主減速器及差速器后左右兩半橋殼是通過(guò)在中央接合面處的一圈螺栓聯(lián)成一個(gè)整體。其特點(diǎn)是橋殼制造工藝簡(jiǎn)單、主減速器軸承支承剛度好。但對(duì)主減速器的裝配、調(diào)整及維修都很不方便，橋殼的強(qiáng)度和剛度也比較低。過(guò)去這種所謂兩段可分式橋殼見于輕型汽車，由于上述缺點(diǎn)現(xiàn)已很少采用。 b）整體式橋殼 整體式橋殼的特點(diǎn)是將整個(gè)橋殼制成一個(gè)整體，橋殼猶如一整體的空心粱，其強(qiáng)度及剛度都比較好。且橋殼與主減速器殼分作兩體，主減速器齒輪及差速器均裝在獨(dú)立的主減速殼里，構(gòu)成單獨(dú)的總成，調(diào)整好以后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi)，并與橋殼用螺栓固定在一起。使主減速器和差速器的拆裝、調(diào)整、維修、保養(yǎng)等都十分方便。 整體式橋殼按其制造工藝的不同又可分為鑄造整體式、鋼板沖壓焊接式和鋼管擴(kuò)張成形式三種。 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，主要用于總質(zhì)量較大的貨車上。 C）組合式橋殼 組合式橋殼是將之減速器殼與部分橋殼鑄為一體，而后用無(wú)縫鋼管分別壓入殼體兩端，兩者之間用塞焊或銷釘固定。它的優(yōu)點(diǎn)是從動(dòng)齒輪軸承的支承剛度較好，主減速器的裝配、調(diào)整比可分式橋殼方便；然而要求有較高的加工精度，故常用于乘用車和總質(zhì)量較小的商用車上。 4.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 我國(guó)通常推薦：計(jì)算時(shí)將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡(jiǎn)化成一種典型的計(jì)算工況 1)當(dāng)牽引力或制動(dòng)力最大時(shí)，橋殼鋼板彈簧座處危險(xiǎn)端面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： (4-1) (4-2) 式中——地面對(duì)車輪垂直反力在橋殼板簧座處危險(xiǎn)端面引起的垂直平面內(nèi)的彎矩，； ——橋殼板簧座到車輪面的距離； ——牽引力或制動(dòng)力（一側(cè)車輪上的）在水平平面內(nèi)引起的彎矩，； ——牽引或制動(dòng)時(shí)，上述危險(xiǎn)斷面所受的轉(zhuǎn)矩，； 、——分別為橋殼危險(xiǎn)斷面垂直平面和水平面彎曲的抗彎截面系數(shù)； ——危險(xiǎn)斷面的抗扭截面系數(shù)。 將數(shù)據(jù)帶入式（4-1）、（4-2）得： =400 N/mm2 =250 N/mm2 橋殼許用彎曲應(yīng)力為300-500N/mm2，許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為150-400N/mm2?？慑懺鞓驓と≥^小值，鋼板沖壓焊接橋殼取最大值。 2)當(dāng)側(cè)向力最大時(shí)，橋殼內(nèi)、外板簧座處斷面的彎曲應(yīng)力σi、σ。分別為 = （4-3） （4-4) 式中， 、為內(nèi)、外側(cè)車輪的地面垂直反力；rr 車輪滾動(dòng)半徑；為側(cè)滑時(shí)的附著系數(shù)。 將數(shù)據(jù)帶入式（4-3）、（4-4）得： N/mm2 N/mm2 3) 當(dāng)汽車通過(guò)不平路面時(shí)，危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力σ為： 式中，各字母參數(shù)同上。將數(shù)據(jù)代入得： N/mm2 橋殼的許用彎曲應(yīng)力為300~500Mpa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為150~400Mpa。可鍛鑄鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊接橋殼取最大值。 設(shè)計(jì)總結(jié) 這次設(shè)計(jì)是盧老師帶領(lǐng)的，期間得到了盧老師的很多幫助，非常感謝。 經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，我深刻的體會(huì)到了汽車設(shè)計(jì)的不易。作為一個(gè)車輛工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，我們?cè)O(shè)計(jì)的車的質(zhì)量好壞，關(guān)系重大。車的質(zhì)量好了，可以使人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)受到很好的保護(hù)。但是如果車的質(zhì)量不好的話，則使人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)受到危害。作為一個(gè)汽車方面的人來(lái)說(shuō)，身上的擔(dān)子是很重的。 由于設(shè)計(jì)時(shí)間很短，疏漏在所難免，還請(qǐng)老師見諒。 所以，我們一定得學(xué)好專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出很安全的車來(lái)，為祖國(guó)的繁榮發(fā)展做出自己應(yīng)盡的貢獻(xiàn)。 致謝 感謝再設(shè)計(jì)期間所有幫助過(guò)我的老師跟同學(xué)，非常感謝。這次設(shè)計(jì)的完成離不開你們。 參考文獻(xiàn) [1] 余志生主編.汽車?yán)碚?[M] 第3版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. 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