轻型货车驱动桥设计.doc

青岛理工大学毕 业 设 计（论 文）题目：轻型货车驱动桥的设计院 别： 汽车与交通学院 专业班级： 交通运输专业2010级运升一班 学生姓名： 徐永刚 学 号： 201020292 指导教师： 薛斌 2012年 6 月 15 日毕业设计(论文)任务书专业 交通运输 班级2010级 运升一班 姓名 徐永刚 下发日期3月5日题目轻型货车驱动桥的设计专题汽车设计设计（论文）主要内容1.驱动桥概述2.驱动桥选型3.驱动桥结构设计、计算主要技术参数或要求1.设计主要参数2.针对小型货车3.设计要求4.完成轻型货车驱动桥方案设计、理论计算、相关零件选型、CAD制图。进度及完成日期3月14日4月15日 收集各种资料，完成实习日记、实习报告；4月15日4月17日 完成开题报告4月18日4月27日 完成总体方案设计4月28日5月04日 完成相关计算5月05日5月08日 毕业设计初稿完成5月09日5月18日 完成相关元件选型5月19日5月31日 毕业设计二稿完成，待修改6月01日6月12日 完善设计，绘制图纸6月13日6月15日 完成毕业设计终稿、毕业设计周记、图纸6月16日6月17日 上交所有材料，准备毕业答辩指导教师签字日期教研室主任签字日期教学院长签字日期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日指 定 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日答 辩 评 语成 绩 评 定中期成绩(30%)末期成绩总评(100%)答辩委员会主席（签字）指导教师评定成绩(20%)指定评阅人评定成绩(20%)答辩成绩(30%)摘 要 设计说明书阐述的内容是关于轻型货车驱动桥总成设计和计算过程。 驱动桥是汽车行驶系的重要组成部分，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左右车轮，并使左右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能。所以其设计质量直接关系到整车性能的好坏。在前言部分，对驱动桥各总成及其选用形式作了简明的说明。在方案论证部分，对驱动桥及其总成结构形式的选择作了具体的说明。本设计选用了单级减速器，采用的是双曲面齿轮啮合传动，尽量的简化结构，缩减尺寸，有效的利用空间，充分减少材料浪费，减轻整车质量。由于是轻型货车，主要形式在路面较好的条件下，因此没有使用差速锁。在设计计算与强度校核部分，对主减速器主从动齿轮、差速器齿轮、传动装置和花键等重要部件的参数作了选择。同时也对以上的几个部件进行了必要的校核计算。在工艺部分，对本设计的制造和装配工艺，作了简要的分析。致谢部分是对本次毕业设计的一些看法和心得体会，并对帮助和指导过我的老师和同学表示衷心的感谢和深深的敬意。关键词 ： 驱动桥，轻型货车，主减速器，差速器ABSTRACTThe main content of this bachelor paper is the process of the design and calculation of the drive axle for light truck.As one of main component of vehicle drive line ,its basic effect is to enlarge the torques that comes from the drive shafts or directly from the transmission ,and distributes the torques to side wheels ,and make the differential drive axle has an important effect on vehicle performance ,therefore, we should keep a serious and earnest attitude during the course of design .In the exordium party ,it has short and sweet introduced the assembly and pattern selection for drive axle .In the part of selection and argumentation ,a concrete description of structure form of drive axle its assemblies are made .In this design ,it has selected the single grade main-reducer drive axle ,it is two hypoid gears , it can simplify the structure ,reduce the size ,make effect use of the space and materials, reduce the whole quality .As it is for mini-bus and often use on good rods, so it dosent use differential block . In the part of designing conclusion and strength check ,parameter of the essential units such as the speed reduction differential , wheel drive mechanism and so on are selected .At the same time ,the author makes the strength check to the main speed reduction ,differential wheels drive mechanism.In the technology of drive ring gear shaft is analyzed, afterwards its dimensional chain is calculated. In the conclusion , the auther makes a brief summary about this Graduation Project . And the author gives his heartily thanks and respects to the guide teachers and classmates, who helped and supervised the author a lot .Key words : Drive axle ，Light truck , Main-reducer ，Differential gear 目 录1. 前言11.1 驱动桥设计研究的目的及意义11.2 国内外研究现状及发展趋势21.3 论文的主要研究内容32.驱动桥结构方案分析43.主减速器的设计63.1主减速器的结构形式的选择63.1.1主减速器的齿轮类型选择73.1.2主减速器的减速形式的选择83.1.3 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案123.2 主减速器基本参数的选择与计算载荷的确定143.2.1 主减速器齿轮计算载荷的确定143.2.2 主减速器齿轮基本参数的确定153.3 主减速器锥齿轮强度的计算163.3.1 单位齿长圆周力163.3.2 轮齿的弯曲强度计算173.3.3 轮齿的接触强度183.4 主减速器轴承的计算193.4.1 锥齿轮的轴向力和径向力计算203.4.2 锥齿轮轴承的载荷计算与轴承强度校核213.5主减速器齿轮的材料224.差速器的设计244.1 差速器结构形式的选择254.2 差速器齿轮主要参数选择274.3 差速器齿轮强度计算275. 半轴的设计285.1 半轴的形式的选择285.2 半轴的结构设计和校核、材料选择285.2.1半轴的结构设计与校核295.2.2 半轴的材料选择296. 驱动桥壳设计306.1 桥壳的结构型式选择306.2 驱动桥壳的强度计算327.驱动桥的结构元件357.1 支承轴承的预紧357.2 锥齿轮啮合调整367.3 润滑368. 结论379.致谢3810.参考文献3911.附录401 前 言汽车的驱动桥位于传动系末端，其基本功用是将传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降速增大转矩；通过主减速器圆锥齿轮副或双曲面齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向；通过桥壳壳体和车轮实现承载及传力作用。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳等组成，转向驱动桥还有等速万向节。为了提高汽车行驶平顺性和通过性，现代汽车的驱动桥也在不断改进。与独立悬架相配合的断开式驱动桥相对于非独立悬架配合的整体式驱动桥在平顺性和通过性方面都得到改进。随着时代的发展和科技的进步，驱动桥将会得到进一步的发展。驱动桥是汽车传动系统中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好坏。因此，设计驱动桥是应满足如下基本要求；（1） 选择适当的主减速比，以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。（2） 外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性要求。（3） 齿轮及其他传动件工作平稳，噪音小。（4） 在各种载荷和转速工况下高的传动效率。（5） 具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩：在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，以减少不平路面的冲击载荷，提高汽车行驶平顺性。（6） 与悬架导向机构运动协调；对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。（7） 结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修、调整方便。1.1 驱动桥设计研究的目的及意义驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及设计要求讲解详细地分析了驱动桥总成的结构形式及布置方法；全面介绍了驱动桥车轮的传动装置和桥壳的各种结构型式与设计计算方法。汽车驱动桥是汽车的重大总成，承载着汽车的满载簧荷重及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构形式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操纵稳定性等有直接影响。另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。例如，驱动桥包含主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置、桥壳和各种齿轮。因此，汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛。对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺。因此，通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车与机械设计的全面知识。驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬挂形式密切相关，当驱动车轮采用非独立悬挂时，都是采用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥。与非断开式驱动桥相比较，断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量，从而改善汽车行驶平顺性，提高了平均行驶速度；减小了其策划行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；增加了汽车的离地间隙，由于驱动车轮与路面的接触情况及对各种地形的适应性较好，增强了车轮的抗侧滑能力，若与之配合的独立导向机构设计合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。但其结构复杂，成本高。断开式驱动桥在乘用车和部分越野车上广泛应用。非断开式驱动桥结构简单，成本低，工作可靠，但其簧下质量较大，对汽车的行驶平顺性和降低动载荷有不利的影响。此次设计的研究目的在于通过对汽车整体的匹配性设计完成驱动桥的主减速器、差速器等部件型号的设计与计算，并完成校核的设计过程。1.2 国内外研究现状及发展趋势目前我国正在大力发展汽车产业，驱动桥对于汽车的平衡性和操纵稳定性都将会有很大影响，后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所以在加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操纵性能变好。维修费用低也是后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会有很大差别。如果变速器出了故障，对于后轮驱动的汽车就不需要对差速器进行维修，但是对于前轮驱动的汽车来说也许就有这个必要了，因为这两个部件是坐在一起的，所以后轮驱动必然会使得乘车更加安全、舒适，从而带来可观的经济效益。因此国内驱动桥研究的重点在于：从桥壳的制造技术上寻求制造工艺先进、制造效率高、成本低的方法，从齿轮的加工形式上车桥内部的主从动齿轮、行星齿轮及圆柱齿轮逐渐采用精磨加工，以满足汽车高速行驶要求及法规对于噪声的控制。1.3 论文的主要研究内容（1）对汽车驱动桥各零部件参数的选择。（2）汽车驱动桥方案的确定。（3）主减速器及差速器等零部件的强度计算及校核。2 驱动桥结构方案分析 驱动桥总成的结构形式，按其总体布置分为两种形式，即断开式驱动桥和非断开式驱动桥。驱动车轮采用独立悬架时，应选用断开式驱动桥；驱动车轮采用非独立悬架时，则应选用非断开式驱动桥。 断开式驱动桥的结构特点是没有连接左右驱动车轮刚性整体外壳或梁，主减速器、差速器及其壳体安装在车架或车身上，通过万向传动装置驱动车轮。此时，主减速器、差速器和部分车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮经独立悬架与车架或车身作弹性连接，因此可以彼此独立地相对于车架或车身上下摆动。为了防止车轮跳动时因轮距变化而使万向传动装置与独立悬架导向装置产生运动干涉，在设计车轮传动装置时，应采用滑动花键轴或允许轴向适量移动的万向传动机构。非断开式驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁，主减速器、差速器和半轴等所有传动件都装在其中。此时，驱动桥、驱动车轮均属簧下质量。非断开式驱动桥和断开式驱动桥相比较，断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量，从而改善汽车行驶平顺性，提高了平均行驶速度；减小了汽车行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；增加了汽车离地间隙；由于驱动车轮与路面的接触情况及对各种地形的适应性较好，增强了汽车的抗侧滑能力；若与之配合的独立悬架导向机构设计合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。但其结构较复杂，成本高。断开式驱动桥在乘用车和部分越野车上应用广泛。非断开式驱动桥结构简单，成本低，工作可靠，广泛采用于各种商用车和部分乘用车上。但由于各种商用车和部分乘用车上。但由于其簧下质量较大，对汽车的行驶平顺性和降低载荷有不利影响。为了提高汽车的载质量和通过性，总质量较大的商用车大多采用多桥驱动方式，而各驱动桥又采用贯通式布置形式，如图2-1所示 图2-1汽车贯通式驱动桥结构简图1.输入轴凸缘 2.轴间差速器锁 3.轴间差速器 4.贯通用圆柱齿轮5.轮间差速器锁 6.8.半轴 7.输出轴 9.轮间差速器 10.主减速器3 主减速器的设计主减速器设计的好坏直接关系到驱动桥的平稳性、噪音、异响等问题。因此主减速器的设计非常关键既要与整车匹配好，又要满足自身功能和性能要求，设计时既要考虑传动系统的匹配性，又要考虑自身的强度、刚度和整车的通过性，也就是说它与发动机输出扭矩，功率，变速箱的传动性以及整车承载能力密切相关。表3-1驱动桥输入参数序号主要名称参数1汽车总质量(Kg)53602后桥总质量(Kg)14103发动机最大输出扭矩（Nm）2054发动机最大功率（KW）585变速器一档传动比6.46路面附着系数0.77汽车满载质心高度（mm）12008鼓式制动器（mm）4202209最高转速(r/min)330010满载后桥载荷(Kg)383011轮胎7.50-2012主减速比6.6713轮距（mm）165014轮辋5.00S-2015簧距（mm）85016轴距（mm）3300主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。为满足不同的使用要求，主减速器的结构形式也是不同的。按参加减速传动的齿轮副数目分，有单级式主减速器和双级式主减速器。在双级式主减速器中，若第二级减速器齿轮有两副，兵分置于两侧车轮附近，实际上成为独立部件，则称为轮边减速器。按主减速器传动比挡数分，有单速式和双速式。前者的传动比是固定的，后者有两个传动比供驾驶员选择，以适应不同行驶条件的需要。按齿轮副结构形式分，有圆柱齿轮式、圆锥齿轮式和准双曲面齿轮式。3.1 主减速器的结构形式的选择3.1.1 主减速器的齿轮类型选择主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。1. 弧齿锥齿轮传动弧齿锥齿轮的特点是主、从动齿轮的轴线垂直相交于一点。由于齿轮断面重叠影响，至少有两对以上的齿轮同时啮合，因此可以承受较大的载荷，加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐由齿的一端连续平稳地转向另一端，所以工作平稳，噪声和振动小，但弧齿锥齿轮对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍不吻合就会使工作条件急剧变坏，并加剧齿轮的摩擦和使嗓音变大。2. 双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动的特点是主从动齿轮的轴线相互垂直但不相交，且主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线向上或向下偏移一距离E，称为偏移距。当偏移距达到一定程度时，可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴旁通过。这样就能在每个齿轮的两边布置尺寸紧凑的支撑。这对于增强支承刚度、保证轮齿正确啮合从而提高齿轮寿命大有好处。双曲面齿轮的偏移距使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮的螺旋角。因此，双曲面传动齿轮副的法向模数或法向轴节虽相等，但端面模数或端面轴节是不相等的。主动齿轮的端面模数大于从动齿轮的。这一情况就使得双曲面齿轮传动的主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮传动的主动齿轮有更大的直径和更好的强度和刚度，其增大的程度与偏移距的大小有关。另外，由于双曲面传动的主动齿轮的直径及螺旋角都较大，所以相啮合齿轮的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮当量半径为大，从而使齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同，双曲面齿轮与应力相当的螺旋锥齿轮比较，负荷可提高至175%。双曲面主动齿轮的螺旋角较大，则不产生根切的最少齿数可减少，所以可选用较少的齿数，这有利于大传动比传动。当要求传动比大而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮更合理。因为如果保持两种传动的主动齿轮直径一样。则双曲面从动齿轮的直径比螺旋锥齿轮的要小，这对于主减速器比i4.5的传动有其优越性。当传动比小于2时，双曲面主动齿轮相对于螺旋锥齿轮主动齿轮就显得过大，这时选用螺旋锥齿轮更合理，因为后者具有较大的差速器可利用空间。由于双曲面主动齿轮螺旋角的增大，还导致其进入啮合的平均齿数要比螺旋锥齿相应的齿数多，因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作的更加平稳、无噪声，强度也高。双曲面齿轮的偏移距还给汽车的总布置带来方便。3. 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动广泛应用于发动机横置的前置前驱动乘用车驱动桥和双级减速器驱动桥以及轮边减速器。4. 蜗杆传动蜗杆蜗轮传动在汽车驱动桥上也得到了一定的应用。在超轻型汽车上，当高速发动机与相对较低车速和较大轮胎之间的配合要求有较大的主减速比时，主减速器采用一蜗轮传动最为方便，而采用其他齿轮时就需要结构较复杂，轮廓尺寸及质量较大，效率较低的双级减速。与其他齿轮传动相比，它具有体积及质量小、传动比大、运转非常平稳、便于汽车的总体布置及贯通式驱动桥的布置、传递载荷大，使用寿命长，传动效率高，结构简单，拆装方便，调整容易等一系列的优点。其缺点是要用昂贵的有色金属的合金制造，材料成本高，因此未能在大批量生产的汽车上采用。图3.1主减速器齿轮传动形式a) 弧齿锥齿轮传动 b) 双曲面齿轮传动 c) 圆柱齿轮传动 d) 蜗杆传动轻型货车驱动桥设计，根据以上的对比分析可知，该驱动桥主减速器齿轮应选用双曲面齿轮。3.1.2主减速器的减速形式的选择根据减速形式特点不同，主减速器分类如下：表3-2主减速器分类主减速器单级主减速器双级主减速器整体式分开式双速主减速器贯通式主减速器单级贯通式双级贯通式单双级减速配轮边减速影响汽车减速形式选择的因素有汽车类型、使用条件、驱动桥处的离地间隙、驱动桥数和布置形式以及主传动比i，其中，i的大小影响汽车的动力性和经济性。1. 单级主减速器 单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、制造成本低优点，因而广泛应用于主传动比i7.6的汽车上。总质量较小的汽车都采用单级主减速器。单级主减速器多采用一对弧齿锥齿轮或双曲面齿轮传动，也有采用一对圆柱齿轮传动或蜗杆传动的。2. 双级主减速器 双级主减速器的主要结构特点是由两级齿轮减速组成的主减速器。与单级主减速器相比，双级主减速器在保证离地间隙相同时可得到大的传动比，i一般为712；但其尺寸、质量均较大，结构复杂，制造成本也显著增加，因此主要用在总质量较大的商用车。以往在某些中型载货汽车上虽采用，但在新设计的现代中型载货汽车上已很少见。是由于随着发动机功率的提高、车辆整备质量的减小以及路面状况的改善，中等以下吨位的载货汽车往往具有更高车速的发展方向，因而需要采用较小主减速比的缘故。 根据结构特点不同，双级主减速器分为整体式和分开式两种。分开式双级主减速器的第一级设于驱动桥中部，称为中央减速器；第二级设于轮边，称为轮边减速器。 整体式双级主减速器有多种结构方案：第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮；第一级为锥齿轮，第二级为行星齿轮；第一级为行星齿轮，第二级为锥齿轮；第一级为圆柱齿轮，第二级为锥齿轮。 对于第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮的双级主减速器，可有纵向水平布置、斜向布置和垂直布置三种方案。纵向水平布置可以使总成的垂向轮廓尺寸减小，从而降低汽车的质心高度；但使纵向尺寸增加，用在长轴距汽车上可少量减小传动轴长度。因此，它不宜用于短轴距汽车，因为过短的传动轴会导致万向传动轴夹角加大。垂向布置使驱动桥纵向尺寸减小，可减小万向传动轴夹角；但由于主减速器壳固定在桥壳的上方，不仅使垂向轮廓尺寸增大，而降低了刚度，不利于齿轮工作。这种布置可便于贯通式驱动桥的布置。斜向布置对传动轴布置和提高桥壳刚度有利。图3-2双级主减速器布置方案3. 双速主减速器 双级主减速器（如图3.3所示）内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。它与普通变速器相配合，可得到双倍于变速器的档位。双速主减速器的高、低档传动比，是根据汽车的使用条件、发动机功率及变速器各档传动比的大小来选定的。大的主传动比用于汽车满载行驶或困难道路上行驶、半载行驶或在良好路面上行驶，以改善汽车的燃油经济性和提高平均车速。 对于载荷及道路状况变化大、使用条件非常复杂的轻型载货汽车来说，要想选择一种主减速器比来是汽车在满载甚至牵引爬坡或通过坏路面时具有足够的动力性，是非常困难的。为了提高汽车对各种使用条件的适应性，有的轻型载货汽车采用两种减速比并可根据行驶条件来选择合适档位的双速主减速器。它与变速器各档相配合，就可以得到两倍于变速器的档位。显然，它比仅仅在变速器中设置超速档，即仅仅改变传动比而不增加档位数，更为有利。当然，用双速主减速器代替半衰期的超速档，会加大驱动桥的质量，提高制造成本，并要增设较复杂的操纵装置，因此它有时被多挡变速器所代替。图3-3双级主减速器a) 圆柱齿轮式 b)行星齿轮式1. 太阳齿轮 2. 齿圈 3. 行星齿轮架 4. 行星齿轮 5. 接合轮4. 贯通式主减速器（1）单级贯通式主减速器用于多桥驱动汽车的贯通桥上，其优点是结构简单、主减速器的质量较小、尺寸紧凑，并可使中，后桥的大部分零件，尤其是使桥壳、半轴等主要零件具有互换性。它又分为双曲面齿轮式和蜗轮式两种结构型式。 根据减速齿轮形式不同，单级贯通式主减速器又可分为双曲面齿轮式及蜗杆式两种结构。双曲面齿轮式单级贯通式主减速器是利用双曲面齿轮副轴线偏移的特点，将一根贯通轴穿过中桥并通向后桥。但是这种结构受主动齿轮最少齿数和偏移距大小的限制，且主动齿轮工艺性差，主传动比最大值仅在5左右，故多用于总质量较小汽车的贯通式驱动桥上。当用于总质量较大的汽车时，可通过增设轮边减速器或加大分动器传动比等方法来加大总传动比。蜗杆式单级贯通式主减速器在结构质量较小的情况下可得到较大的传动比，适用于各种吨位多桥驱动汽车的贯通式驱动桥的布置。此外，它还具有工作平衡无声、便于汽车总布置的优点。（2）双级贯通式主减速器对于总质量较大的多桥驱动轿车，由于主传动比较大，多采用双级贯通式主减速器。根据齿轮的组合方式的不同，可分为锥齿轮圆柱式和圆柱齿轮锥齿轮两种形式。锥齿轮圆柱齿轮式双级贯通式主减速器可得到较大的主传动比，但是结构高度尺寸大，主动锥齿轮工艺性差，从动锥齿轮采用悬臂式支承，支承刚度差，拆装也不方便。圆柱齿轮锥齿轮式双级贯通式主减速器的第一级圆柱齿轮副有利于贯通式布置，兼具减速作用。若仅用于贯通，可取其传动比为1.为此，有些汽车采用这种结构布置的同时，为了加大驱动桥的总减速比而增设轮边减速器；而另外一些汽车则将从动锥齿轮的内孔做成齿圈并装入一组行星齿轮减速机构，以增大主减速比。所以，综合考虑整车成本和驱动桥的研发与制造成本及输入参数主减速比（i=6.47.6）的实际情况，选择结构简单，体积小，质量轻，制造成本低的单级主减速器。3.1.3 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案主减速器必须保证主、从动齿轮有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、齿轮的装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关外，还与齿轮的支承刚度有关。（1）主动锥齿轮的支承主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。悬臂式支承的结构特点是，在锥齿轮大端一侧有较长的轴，并在其上安装一对圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两支承间的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。为了尽可能地增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a，且应比齿轮节圆直径的70%还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于尺寸a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承轴径比另一轴承的支承轴颈大些。靠近齿轮的支承轴承有时也采用圆柱滚子轴承，这时另一轴承必须采用能承受双向轴向力的双列圆锥滚子轴承。支承刚度除了与轴承形式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度大小有关以外，还与轴承与轴及轴承与座孔之间的配合紧度有关。（如图3-4所示）图3-4 主减速器锥齿轮的支承形式a) 主动锥齿轮悬臂式支承形式 b) 主动锥齿轮跨置式支承形式c) 从动锥齿轮支承形式悬臂式支承结构简单，支承刚度较差，用于传递转矩较小的主减速器上。跨置式支承的结构特点是在锥齿轮两端的轴上均有轴承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，因此齿轮的承载能力高于悬臂式。此外，由于齿轮大端一侧轴颈上的两个相对安装的圆锥滚子轴承之间的距离很小，可以缩短主动锥齿轮的长度，使布置更紧凑，并可减小传动轴夹角，有利于整车布置。但是跨置式支承必须在主减速器壳体上有支承导向轴承所需要的轴承座，使主减速器壳体结构复杂，加工成本提高。另外，因主、从动齿轮之间的空间很小，致使主动齿轮的导向轴承尺寸受到限制，有时甚至布置不下或使齿轮拆装困难。跨置式支承中的导向轴承都为圆柱滚子轴承，并且内、外圈可以分离或根本不带内圈，它仅承受径向力，尺寸根据布置位置而定，是易损坏的一个轴承。 通过以上的对比分析，在需要传递较大转矩情况下，最好采用跨置式支承（2）从动锥齿轮的支承从动锥齿轮的支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及载荷在轴承之间的分布有关。从动锥齿轮多用圆锥滚子轴承支承。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置加强肋以增强支承稳定性，c+d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴上，应尽量使尺寸c等于或大于尺寸d。在具有大主传动比和径向尺寸较大的从动锥齿轮的主减速器中，为了限制从动锥齿轮因受轴向力作用而产生偏移，在从动锥齿轮的外缘背面加设辅助支承。辅助支承与从动锥齿轮背面之间的间隙，应保证当偏移量达到允许极限，即与从动锥齿轮背面接触时，能够制止从动锥齿轮继续偏移。主、从动齿轮在载荷作用下的偏移量许用极限值，（如图3-5所示）。支承面与从动锥齿轮背面间的安装间隙应不大于0.25mm。图3-5 主、从动锥齿轮的许用偏移量3.2 主减速器基本参数的选择与计算载荷的确定3.2.1 主减速器齿轮计算载荷的确定通常是将发动机最大转矩配以传动系最低档传动比时和驱动车轮打滑时这两种情况下作用于主减速器从动齿轮上的转矩（T、T）的较小者，作为载货汽车和越野汽车在强度计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷。即 （3-1） （3-2）上述公式中：-发动机最大转矩，Nm -由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比 -上述传动部分的效率，取=0.85 -超载系数，对于一般载货汽车取=1 -该车驱动桥的数目 -汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，N，对后桥来说还应考虑到汽车加速时的负荷增大量 -轮胎对路面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取=0.85 -车轮的滚动半径，m -分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和减速比=3.2.2 主减速器齿轮基本参数的确定主、从动齿轮的齿数根据整车匹配参数计算计算给定其他参数取发动机最大转矩配以传动系最低档传动比时作用在从动齿轮的转矩与汽车驱动轮打滑时作用在从动齿轮上的扭矩中的最小值。因此，根据以上计算结果，取发动机引起的扭矩表3-3根据计算结果齿轮参数齿轮参数主动齿轮从动齿轮齿数640端面模数8.02齿宽42.5偏置距下偏置35节锥角8.5面锥角根锥角中点螺旋角分度圆直径48.1025320.675中点分度圆直径38,6029225.679螺旋方向左右法向压力角轴交角刀盘直径（mm）323.853.3 主减速器锥齿轮强度的计算 在选好主减速器锥齿轮的主要参数后，可根据所选择的齿形计算锥齿轮的几何尺寸，而后根据所确定的计算载荷进行强度校核，以保证锥齿轮有足够的强度和寿命。 轮齿损坏形式主要有弯曲疲劳折断、过载折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、吃面磨损等。下面所介绍的强度验算是近似的，在实际设计中还要依据台架和道路试验及实际使用情况等来检验。3.3.1 单位齿长圆周力主减速器锥齿轮的表面耐磨性，常用齿轮上的单位齿长圆周力来估算，即 （3-3）式中：P为轮齿上的单位齿长圆周力（N/mm），F为作用在轮齿上的圆周力（N），为从动齿轮的齿面宽（mm）。按发动机最大转矩计算时： （3-4）式中： -发动机最大转矩，Nm -变速器传动比，常取1挡及直接挡进行计算 -主动齿轮节圆直径，mm根据挡计算单位齿长上的圆周力：根据直接挡计算单位齿长上的圆周力：所以：， 表3-4单位齿长圆周力许用值表参数汽车类别按发动机最大转矩计算时按驱动轮打滑转矩计算时轮胎与地面的附着系数挡挡挡乘用车8935363218930.85商用车货车1429-2501429客车982-214-所以，根据以上计算可知驱动桥主从动齿轮耐磨性较好。3.3.2 轮齿的弯曲强度计算汽车主减速器螺旋锥齿轮与双曲面齿轮轮齿的计算弯曲应力 （3-5）式中： -齿轮的计算转矩，Nm, 对于主动齿轮还需要将上述计算转矩换算到主动齿轮上超载系数-尺寸系数，反应材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸及热处理等有关。-载荷分配系数，跨置式取1.0-1.1，悬臂式取1.01.25-质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当轮齿接触良好、周节及径向跳动精度高时，可取=1.0b-计算齿轮的齿面宽，mmZ-计算齿轮的齿数m-端面模数，mmJ-计算弯曲应力用的综合系数，后桥取J=0.255，=则： 所以：表3-5汽车驱动桥齿轮的需用应力表：计算载荷主减速器齿轮的许用弯曲应力主减速器齿轮的许用接触应力差速器齿轮的许用弯曲应力按计算得出的最大计算转矩中的较小者7002800980按平均计算转矩210.91750210.9齿轮的弯曲强度安全系数n为：n= 所以驱动桥齿轮能满足强度要求。3.3.3 轮齿的接触强度圆锥齿轮轮齿的齿面接触应力为： （3-6）上式中：-主动齿轮最大转矩，Nm-锥齿轮轮齿的齿面接触应力MPa -综合弹性系数，对于钢制齿轮副取232.6主动齿轮节圆直径，mm-齿面品质系数，对于制造精确的齿轮，=1.0b-齿面宽，mm，取齿轮副中的较小值J-齿面接触强度的综合系数，J=0.16则： 所以齿轮的接触强度安全系数n为： 因此驱动桥能满足接触强度要求3.4 主减速器轴承的计算 轴承的计算主要是计算轴承的寿命。通常是根据主减速器的结构尺寸初步选定轴承的型号，然后验算轴承寿命。在验算之前，首先应求出作用在齿轮上的轴向力、径向力、然后再求出轴承反力，以确定轴承载荷。（如图3-6所示）图3-6主动锥齿轮齿面受力图3.4.1 锥齿轮的轴向力和径向力计算（1）齿宽中点处的圆周力： 式中，T为作用在从动齿轮上的转矩；T=615Nmd为从动齿轮齿宽中点处的分度圆直径，所以，（2）主动锥齿轮的轴向力和径向力上图为主动锥齿轮齿面受力图，其螺旋方向为左旋，从锥顶看旋转方向为逆时针。为作用在节锥面上的齿面宽中点A处的法向力；在A点处的螺旋方向的法平面内，分解成两个相互垂直的力和。垂直于OA且位于角OOA所在的平面，位于以OA为切线的节锥切平面内。在此切平面内又可分解成沿切线方向的圆周力F和沿节锥母线方向的力。F与之间的夹角为螺旋角，与之间的夹角为法向压力角。表3-6齿面上的轴向力和径向力计算公式主动齿轮轴向力径向力螺旋方向旋转方向右顺时针主动齿轮从动齿轮主动齿轮从动齿轮左逆时针右逆时针主动齿轮从动齿轮主动齿轮从动齿轮左顺时针根据表中公式可计算出主、从动锥齿轮的轴向力和径向力，主动锥齿轮：A=127.81KN R=41.35KN从动锥齿轮：A=41.35KN R=127.81KN3.4.2 锥齿轮轴承的载荷计算与轴承强度校核当锥齿轮齿面上所受的圆周力、轴向力和径向力计算确定后，根据主减速器齿轮轴承的布置尺寸，即可求出轴承所受的载荷。下图为单级主减速器悬臂式支承的尺寸布置图（3-7）图3-7单级主减速器轴承布置尺寸（1）悬臂式支承主动锥齿轮的轴承载荷 （3-7） （3-8）（2）跨置式主、从动锥齿轮轴承的径向载荷 （3-9） （3-10）经上式计算得主动齿轮径向载荷为 ； 从动齿轮的径向载荷，3.5主减速器齿轮的材料汽车驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点，是传动系中的薄弱环节。锥齿轮材料应满足如下要求：（1）具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。（2）轮齿心部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。（3）锻造性能、可加工性及热处理性能良好，热处理后的变形小或变形规律易控制。（4）选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的材料，而是选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。渗碳合金钢的优点是表面可得到渗碳含量较高的硬化层，具有相当高的耐磨性和抗压性，而心部较软，具有良好的韧性，所以该材料的抗弯强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。