轮边减速器总成的设计.pdf

设计研究汽车科技增刊2008年2月汪振晓李增辉(东风汽车公司技术中心，武汉430056)摘要：介绍了轮边减速器的一般设计方法，包括结构方案选型、基本参数设计、强度校核、部件CAE分析等，填补国内轮边减速器设计的空白也为今后相关产品的开发提供参考。关键词：轮边减速器：设计流程；CAE分析中图分类法：U4632122文献标识码：A文章编号：100525502008)S1-0032-04轮边减速器一般为双级减速驱动桥中安装在轮毂中间或附近的第二级减速器采用轮边减速器可以使中间主减速器的外形尺寸减小保证车辆具有足够的离地间隙，由于轮边是最后的一级减速其前面的半轴、差速器及主减速器的从动轮等零件的尺寸都可以减小。由于采用轮边减速器的驱动桥结构相对较复杂，成本较高。只有当驱动桥总减速比大于12的工程机械、重型车和对离地间隙有特殊要求的越野车。才推荐采用轮边减速器。收稿日期：2008-01a71结构方案选型按齿轮及布置方式分：行星齿轮式及普通圆柱齿轮式两种类型。常见的行星齿轮式轮边减速器为单排圆柱行星齿轮机构。多在国内外工程机械的驱动桥上采用。由于其太阳轮、齿圈和行星齿轮架等有关零件在轮边减速器中起的作用有所变化单排圆柱行星齿轮式轮边减速器有图1a、图1b、图1c所示的三种结构方案。单排圆柱行星齿轮式轮边减速器的减速比矗。，可按行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式并根据在该行星机构中的主动件、从动件和固定件而求出：(1)当太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星齿5电磁环境适应技术电磁环境适应技术就是电磁兼容能力它包括两个方面。其一抗干扰即设备暴露在外部磁场中能够持续提供可靠服务的能力：其二设备产生的电磁场应该保持在不产生干扰的最低水平。简单的说就是不干扰其它设备也不受其它设备的干扰。随着越野汽车电子电器设备的大幅度增加整车电磁环境日益复杂对其电磁兼容能力要求越来越高。整车电磁兼容性应该满足国家法规、IECCISPR、ISO、GJB等相应标准的要求。在整车电器设备的选择和匹配时就要将电磁兼容对于扰预防和抑制作为考虑重点成品必须通过电磁兼容测试。6结论本文根据越野汽车高温、低温、涉水、高海拔、电磁环境等极端环境的使用要求结合具体的使32用要求和设计开发实践。提出了一些针对性技术措施。参考文献：1汽车摩托车标准汇编M天津：中国汽车技术研究中心标准化研究所20032Bosch汽车工程手册M北京：北京理工大学出版社，199193Bosch汽车电气和电子M北京：北京理工大学出版社，2004Of卜roadVehicleLimitEnvironmentalAdaptabilityTechnologyZHOUZhong-sheng，JINGDa-yong(DFMTechnicalCenter，Wuhan430056，China)Abstract：ThispaperdiscussestheoffroadvehicleBadapt-abilitytechnologyforthehightemperature，lowtemperature，fordinginwater，high-altitude，EMCetclimitenvironmentalThispaperprovidessomedesignreferenceforthedevelopmentoflleo肛roadvehiclesKeywords：off-roadvehicle；heattemperature；lowtempera-ture；fordinginwater；highaltitude；EMC万方数据轮边减速器总成的设计，汪振晓李增辉设计-硼究(8)(b)(c)a)太阳轮为主动件，齿圈为从动件行星齿轮策为固定件b)太阳轮为主动件。行星齿轮架为从动件，齿圈为固定件c)齿圈为主动件行星齿轮架为从动件太阳轮为固定件1太阳轮；2齿囤；3行星齿轮架；4行星齿轮；5半轴；6桥壳：7驱动车轮图l单排圆柱行星齿轮式轮边减速器的结构方案轮架固定(图la)时：讧詈=_a一争(1)。庐蔷2_a_-i【1)(2)太阳轮为主动件，行星齿轮架为从动件，齿圈固定(图lb)时：讧詈=1+a=1+舞(2)(3)齿圈为主动件，行星齿轮架为从动件，太阳轮固定(图lc)时：i庐詈=，+=，+吾(3)式(1)、式(2)和式(3)中，nil,n2、no分别为太阳轮、齿圈和行星齿轮架的转速，互、历分别为太阳轮和齿圈的齿数。对于普通圆柱式轮边减速器。结构如图2所示其减速比为：一血一兰1庐i孝2瓦一式中，nt。、n：分别为主动轮、从动轮的转速，z，。、z，：分别为主动轮和从动轮的齿数。1主动齿轮；2从动齿轮；3轮边驱动轴；4驱动车轮图2普通圆柱齿轮式轮边减速器结构方案根据整车和驱动桥的要求来选择轮边减速器的结构型式，对越野车来说，考虑到离地间隙，推荐选择普通圆柱齿轮式，如选用大尺寸轮胎，给其它系统预留更多的空间也可采用行星齿轮式。2基本参数选择与设计计算21减速比减速比对轮边减速器的结构型式轮廓尺寸及质量影响很大应根据总体设计和传动系的总速比(变速器速比、分动器速比、驱动桥主减速比)一起考虑，并通过整车动力性的计算后确定。通常轮边减速比是固定的，需调整的是主减速比。22齿轮计算载荷准确地计算出齿轮的计算载荷很困难。通常将传动系最低挡速比时的发动机最大转矩情况下作用在主、从动齿轮上的转矩，作为最大应力的计算载荷。2。3齿轮基本参数(1)齿轮型式齿轮采用渐开线通常采用渐开线圆柱齿轮有两种型式：一种为直齿；一种为斜齿。(2)中心距根据最大输入扭矩。初选中心距A。AV矿式中，足为一般取1719；肘为轮边减速器最大输入扭矩。越野车底盘更多的是由主减速器和轮边减速器相对位置的布置考虑轮边驱动轴的许用工作夹角决定的。(3)齿数五、五应避免有公约数。(4)模数推荐数值。轻、中型车255；重型车45。6。f5)压力角压力角增大，则齿轮承载能力增强。但过大齿顶会变尖。一般情况下，直齿圆柱齿轮标准压力角选200，对于越野车可选25。(6)齿宽加大齿宽能提高承载能力过宽则影响载荷分配，故B=45。8m。24齿轮强度校核(1)按发动机最大使用扭矩计算一般按格里森计算程序计算齿轮的几何参数及应力值计算过程中须根据经验反复调整参数寻求最优的结果。如按日产柴计算程序，则采用与之相等效的日产齿轮材料。日产材料SCr420H、SCM420H对应的国内材料分别为20CrH、20CrMoH。To=絮盈式中，兀为齿轮计算载荷；k为发动机最大扭矩；is为变速器一挡速比；如分动器低挡速比；南为主减速器速比；n为驱动桥个数。齿轮计算程序所采用扭矩为最大扭矩死。(2)台架试验考核采用最大扭矩按驱动车轮打滑计算：33万方数据设计研究汽车科技增刊2008年2月乃：单札式中，n为齿轮计算载荷；G为驱动桥承载质量；妒为路面附着系数，通常取o7；k为轮边减速器速比；rd为车轮滚动半径。25齿轮热处理采用渗碳淬火一般经验推荐有效硬化层深为模数的15一20；表面硬度：HRC58-石a4；心部硬度：HRC26-40：特殊重载齿轮心部硬度控制在HRC2“35。26齿轮强度校核齿轮手册推荐常啮合的圆柱齿轮许用接触疲劳应力为l300l500MPa变速器1挡齿轮许用接触疲劳应力为l9002000MPa日产柴的标准将变速器1挡齿轮许用接触疲劳应力提高为3000MPa。轮边减速器强度校核在国内没有现成的标准。经过大量的台架试验和道路试验并参考日产柴和伊顿标准确定：接触应力呒不大于3000MPa，弯曲应力叽不大于650MPa。27验证方法确定死为实验参考值，采用汽车驱动桥台架试验方法(QC，I5331999)中关于疲劳试验部分的内容主减速器输出扭矩参数作为轮边减速器的输入参数，对应的评价标准(QCT5341999)，总成疲劳寿命指标：最低寿命不低于30万次平均中值寿命不低于50万次，样品数量取3。常见的失效模式：轮齿断裂；齿面剥落；齿面点蚀；轴承损坏；轴类零件断裂、变形或工作面烧蚀；壳体开裂；油封漏油。3其他零部件的选择及计算31轴承主要计算轮毂轴承，其他轴承可根据经验选取。(1)寿命计算轴承的运行负荷主要为路面施加于车轮的径向负荷和轴向负荷。额定寿命公式二庐(c僻)式中，帕为轴承基本额定寿命；cr为轴承基本额定动载荷；只为轴承当量动载荷；8为轴承寿命指数，球轴承取3，圆锥滚子和圆柱滚子轴承取103。(2)允许应力及肩部高度滚珠型允许应力为4200MPa滚子型允许应力为4000MPa。肩部高度：轴承旋转体和轨道的接触面为椭圆。(3)刚性34轮毂轴承的刚性由旋转体、轮毂及外圈的弹性变量来决定。变形量可利用结构解析(FEM)来计算。(4)强度利用FEM对轴承的凸缘强度倾斜刚性进行解析的同时，还需考虑紧凑的外形。(5)配合一般轴承处于运行状态下会有少许游隙而轴承组装后游隙为负值状态使预压法得以适用。作用：受力情况下刚性可以提高；抑制轴的振动，提高旋转精度；防止外部振动引起滚道的磨蚀。经验：靠测量轮毂轴的起动力矩确定预紧值包括油封阻力前提下，通过台架试验确定一个精确值。首先拧紧内螺母并转动轮毂使轴承处于正确的安装位置。拧紧力矩同相应螺纹规格对应，然后将螺母松15。l，4圈，或再装锁紧螺母。或采用其他方式保证内螺母不松动。(6)润滑保证轴承滚动面或滑动面形成油膜一般采用润滑油GL-4，军用越野车建议采用GL一5。由于相对主减速器来说结构简单。通常采用飞溅润滑形式。(7)密封同油封一起考虑。(8)带ABS一种主动式半导体传感器带有内置的偏压磁一些没有。前者用于一般的感应环。后者需多极磁性偏码器，分径向型和轴向型。3-2壳体(1)材料轮边减速器由于是最后一级传动总成整个传动系中处于受力最复杂的环节因此壳体材料对总成的可靠性影响很大。推荐材料：球铁QT400、QT450、QTS00或铸钢。由于壳体具备承担悬架和转向系统运动学等功能不建议采用铸铝件。(2)设计要点同整车和悬架系统优化设计共同确定包容角即主销内倾角和车轮外倾角的和由于主销内倾角控制半度公差，包容角公差不得超过0250。设计时最好保证主销旋转中心点同球笼旋转中心点重合可以避免输入轴产生附加弯矩给运动带来不利影响。壳体保证足够润滑冷却性能，容积尽量缩小，满足轻量化要求，装车后最低处预留带磁铁的放油螺塞位置。(3)CAE分析汽车行驶过程中，驱动力、轮荷、车轮转向力、制动力以及惯性力都会传递给壳体主要考虑以下六种工况：稳态工况；大跳动工况；制动+跳动工况；驱万方数据越野汽车悬架车架及车身扭转刚度匹配的研究，周忠胜陈建贤设计-硼究避哥流牵凰熬荤麴厘荤雾赶鼹圃鏖厘鲤固蓟霆周忠胜陈建贤(东风汽车公司技术中心，武汉430056)摘要：从越野汽车大比例扭转使用环境出发，首先分析了整车、悬架、车架、车身扭转变形，继而从提高越野汽车越野行驶最大平均车速，保证乘员舒适性、通过性、可靠性、轻量化水平角度出发，探讨了悬架、车架、车身(车箱)扭转刚度的匹配思路和方法。关键词：越野汽车；悬架；车架；车身；扭转刚度中图分类号：U4623文献标识码：A文章编号：10052550(2008)S10035-04越野行驶最大平均车速是汽车越野机动性的核心技术指标越野行驶最大平均车速越高汽车的机动性越高。但是越野路面最大平均车速的提升意味着地面对车辆的冲击载荷的增大意味着车轮接地性能(车辆通过性)的降低。意味着乘员舒适性的降低。怎样在提升越野行驶最大平均车速，提高越野机动性的前提下，保证乘员的舒适性、车辆行驶安全性、车辆通过性、整车各主要部件可靠性、整车轻量化是越野汽车设计的重要工作。明确获得用户需求和清晰地确定车辆实际使用环境是汽车研制核心工作。越野汽车与其他车辆最收稿13期：2008-0l一1l大的不同就是大比例地行驶在越野路面上此时整车扭转变形大、扭转载荷高。对这种大扭转使用环境的设计也反映了越野汽车设计水平的高低。悬架、车架、车身作为越野汽车主要承载和受力部件。起着承载整车部件和载荷。实现整车行驶和操控性能吸收地面冲击满足乘员舒适性和货物完好性要求等作用。三者的总质量占越野车总质量的50左右，因此三者对车辆承载能力、舒适性、通过性、轻量化和可靠性有着重要的影响。由于越野汽车大比例越野路面行驶要求一般越野汽车采用非承载式车身结构既车架和车身分开。有独立的车架。车架和车身(驾驶室、车箱)通过动+跳动工况；驱动+跳动+转向工况；转向工况。计算出各工况下最大形变位移和最大应力。判断依据：考虑安全系数和使用要求，结构设计须考虑材料轻量化。由设计师做出判断。最终由台架试验和道路试验验证。33油封的设计油封：考虑油的介质、工作温度和旋转方向等。而根据经验采用不同材质和结构。通常采用丁晴橡胶和丙烯酸脂。考虑耐高温、对耐寒性和弹性要求相对低些。可选用丙烯酸脂；考虑橡胶弹性，耐高温性相对低，可选用丁晴橡胶；另现在较广泛采用耐热和耐油性好但成本稍高的氟橡胶。4结束语轮边减速器在国内外工程机械驱动桥和军用越野车驱动桥上广泛使用。本文探讨了轮边减速器的一般设计流程，从结构选型，基本参数设计计算，齿轮强度校核，轴承寿命计算，壳体CAE分析等一一加以介绍，为轮边减速器的设计开发提供参考。