东风EQ2080越野汽车三轴式分动器设计

摘 要越野车需要经常在坏路和无路情况下行驶，尤其是军用汽车的行驶条件更为恶劣。这就要求增加汽车驱动轮的数目，因此，越野车都采用多轴驱动。分动器的功用就是将分动器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与分动器的输出轴用万向传动装置连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连。本文主要说明了越野车分动器的设计计算过程，主要分为设计和工艺两大部分。设计部分较详细的叙述了分动器的设计过程，选择结构方案、主要参数、齿轮设计、轴设计、计算校核、其他结构部件的设计。工艺部分主要对典型零件的工艺过程进行了分析，确定了各类零件的材料。关键词：分动器；三轴式；齿轮；轴；齿轮传动；校核wd on 4wd s is s to is a is by wd s is of s of 摘 要. . 述. .动器的发展.速器的工作原理及功用. 研究的目的、依据和意义. 究的方法. 3第2章分动器主要参数和结构的选择与计算. 计初始数据. 动器高低档传动比的确定. . 档结构形式. 和齿轮的结构. 的结构.轮的安排. 中心距. 轮参数. 数.力角.旋角.宽.顶高系数.本章小结. 10第3章齿轮的设计计算与校核.齿轮的设计与计算.算各个齿轮的参数.轮齿的校核. .本章小结. 18第4章轴的设计与计算及轴承的选择与校核. 的设计计算. 的尺寸初选.键的形式和尺寸.的结构. 轴的校核. . 24第5章分动器操纵机构及工艺分析. 分动器结构件的选择. 合套计算.动器壳体.分动器的操纵机构. 艺分析. 体加工工艺.叉加工工艺.轮加工工艺.的加工工艺.成的装配.本章小结. 29致 谢. 30参考文献. 31第1章绪 述本文以东风动器用来传递发动机的转矩和转速到各个驱动轮，目的是当汽车在坏路和无路情况下行驶工况下，使汽车获得足够的牵引力和速度，同时使汽车在最有利的工况范围内工作。分动器设有高速档和低速档。对分动器的设计要求要满足以下几点：1）便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑；2）保证汽车必要的动力性和经济性；3）换档迅速、省力、方便；4）工作可靠。不得有跳档及换档冲击等现象发生；5）分动器应有高的工作效率；6）分动器的工作噪声低。除此之外，分动器还应该满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装容易、维修方便等要求。时四驱(是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是一般越野车或四驱显著的优点是可根据实际情况来选取驱动模式，比较经济。全时四驱(种传动系统不需要驾驶人选择操作，前后车轮永远维持四轮驱动模式，行驶时将发动机输出扭矩按50：50设定在前后轮上，使前后排车轮保持等量的扭矩。全时驱动系统具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，有了全时四驱系统，就可以在铺覆路面上顺利驾驶。但其缺点也很明显，那就是比较废油，经济性不够好。而且，车辆没有任何装置来控制轮胎转速的差异，一旦一个轮胎离开地面，往往会使车辆停滞在那里，不能前进。适时驱动(用适时驱动系统的车辆可以通过电脑来控制选择适合当下情况的驱动模式。在正常的路面，车辆一般会采用后轮驱动的方式。而一旦遇到路面不良或驱动轮打滑的情况，电脑会自动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，自然切换到四轮驱动状态，免除了驾驶人的判断和手动操作，应用更加简单。不过，电脑与人脑相比，反应毕竟较慢，而且这样一来，也缺少了那种一切尽在掌握的征服感和驾驶乐趣。从结构和功能来看，分动器可分为两大类。一般齿轮式分动器一般齿轮式分动器驱动前、后桥的两根输出轴，在接合前驱动啮合套时为刚性连接。这类分动器结构简单，过去在各类全轮驱动的汽车上广泛使用，其缺点是不能保证前、后轮的地面速度相等，在行驶过程中不可避免地要产生功率循环现象，这将使驱动轮载荷大幅度增加，轮胎及机件磨损加剧，燃油经济性下降。为此，需在分动器中另设分离前桥驱动的装置(啮合套)，在汽车通过滑溜路段时可以接合前桥。另外，一般齿轮式分动器分配给前、后桥的转矩比例不定(随此两桥所受附着力的比例而变)。这样虽然会增加附着条件较好驱动桥的驱动力，但可能使该桥因超载而损坏。因此，目前采用这类分动器的汽车越来越少。带轴间差速器的分动器轴间差速器的分动器在前、后输出轴和之间有一个行星齿轮式轴间差速器。它正好克服了上述缺点，两根输出轴可以不同的转速旋转，并按一定的比例将转矩分配给前、后驱动桥，既可使前桥经常处于驱动状态，又可保证各车轮运动协调，所以不需另设接离前桥驱动的装置。在选用带轴间差速器的分动器时，尽量使前、后桥转矩分配接近于轴荷分配，并使任一桥的最大输入转矩不超过该桥的允许输入转矩。为了避免在某一桥的车轮打滑时完全丧失驱动力，这类分动器需设轴间差速锁，以便在某一桥车轮出现打滑的情况下将分动器的前、后输出轴锁为一体，提高通过性。动器的发展至今，轻型汽车所用分动器已经发展到了第五代产品。分动器的设计结构与传动系统基本决定了它的性能、档次,亲子装。第一代的分动器基本上为分体结构，直齿轮传动，双换档轴操作，铸铁壳体。第二代分动器虽然也是分体结构，但已改为全斜齿齿轮传动，单换档轴操作和铝合金壳体。因而，在一定程度上提高了传动效率、简便了换档、降低了噪音与油耗。第三代分动器在上代的基础上增加了同步器，使四轮驱动系统具备汽车在行进中换档的功能,第四代分动器的重大变化在于采用了联体结构以及行星齿轮加链传动，从而优化了换档及大大提高了传动效率和性能；第五代分动器壳体。速器的工作原理及功用分动器一般都设有高低档，以进一步扩大在困难地区行驶时的传动比及排挡数目。越野汽车在良好道路行驶时，为减小功率消耗及传动系机件和轮胎磨损，一搬要切断通前桥动力。在越野行驶时，若需低速档动力，则为了防止后桥和中桥超载，应使低速档动力由所有驱动桥分担。为此，对分动器操纵机构有如下要求：非先接上前桥不得挂上抵速档，非先退出低速档，不得摘下前桥。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与变速器的输出轴用万向传动装置连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连。在多轴驱动的汽车上，为了将输出的动力分配给各驱动桥设有分动器。究的目的、依据和意义21世纪，汽车工业成为中国经济发展的支柱产业之一，汽车企业对各系统部件的设计需求旺盛。其实，汽车与人一样，也是有着整套健康系统的有机结合体。发动机是心脏，车轮、底盘与悬挂是躯干与四肢，而分动器也是越野车中的核心，如果汽车丧失了分动器这个中心环节，心脏、四肢与躯干再好，汽车只能如同植物人般成为废铁一堆！可以说，分动器是伴随着越野汽车工业出现的必然产物，是越野汽车上的必需品。分动器是用来传递发动机转矩和转速到各个驱动轮上，因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，对越野车而言，其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天，车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标，而分动器的设计如果不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大。通过本题目的设计，学生可综合运用汽车构造、汽车理论、汽车设计、机械设计、液压传动等课程的知识，达到综合训练的效果。由于本题目模拟工程一线实际情况，学生通过毕业设计可与工程实践直接接触，从而可以提高学生解决实际问题的能力。究的方法本次设计主要是通过查阅近几年来有关国内外分动器设计的文献资料，结合所学专业知识进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，通过计算选择分动器中心距；计算分动器的齿轮的结构参数并对其进行校核计算；计算选择轴与轴承，同时对其进行校核，对同步器、换挡操纵机构等结构件进行分析计算。计初始数据最高车速： 80Km/40353 5320000r/小输入转速：600r/动器高低档传动比的确定主减速比的计算：0i =ag 180 =数和传动比： 21r （了增强汽车的不好道路的驱动力，目前，四驱车一般用2个档位的分动器，分为高档和抵挡，本设计也采用2个档位。选择最低档传动比时，车爬坡时车速不高，空气阻力可以忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面见的滚动阻力及爬坡阻力。故有： r 式中， 发动机最大转矩；0i 主减速器传动比；T 传动系效率；r车轮半径；f 滚动阻力系数； 爬坡度，取 =则由最大爬坡度要求的分动器抵挡传动比为：Te rg iT 0 Te rg iT 0 （中， 2G 汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷；为附着系数， Te rg iT 通过公式（111，在本设计中，取7根据一档传动比可求得低档传动比即： gg rF 高 ；低速级传动比： 低 。种结构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随着主观和客观条件的变化而变化。因此在设计过程中我们应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化，最后确定较合适的方案。机械式具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛应用。本设计采用的结构方案如图2动器的设计类比于变速器和减速器的设计。现在汽车大多数都采用中间轴式变速器，由汽车构造中用输入轴与后轮输出轴同轴的形式，输入轴的后端经轴承在后轮输出轴的轴孔内，后轮输出要经过两对齿轮副的传递，因此传动效率有所降低。档结构形式目前用于齿轮传动中的换挡结构形式主要有三种：1）滑动齿轮换挡通常是采用滑动直齿轮进行换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击，会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大。所以这种换挡方式，一般仅用在较低的档位上，例如变速器中的一挡和倒挡。采用滑动斜齿轮换挡，虽有工作平稳、承裁能力大、噪声小的优点，但它的换挡仍然避免不了齿端面承受冲击。2）啮合套换挡用啮合套换挡，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合的斜齿轮。而斜齿轮上另外有一部分做成直的接合齿，用来与啮合套相啮合。这种结构既具有斜齿轮传动的优点，同时克服了滑动齿轮换挡时，冲击力集中在12个轮齿上的缺陷。因为在换挡时，由啮合套以及相啮合的接合齿上所有的轮齿共同承担所受到的冲击，所以啮合套和接合齿的轮齿所受的冲击损伤和磨损较小。它的缺点是增大了分动器的轴向尺寸，未能彻底消陈齿轮端面所受到的冲击。本设计中倒挡采用这种换挡方式。3）同步器换挡现在大多数汽车的变速器都采用同步器。使用同步器可减轻接合齿在换挡时引起的冲击及零件的损坏。并且具有操纵轻便，经济性和缩短换挡时间等优点，从而改善了汽车的加速性、经济性和山区行驶的安全性。其缺点是零件增多，结构复杂，轴向尺寸增加，制造要求高，同步环磨损大，寿命低。但是近年来，由于同步器广泛使用，寿命问题已解决。比如在其工作表面上镀一层金属，不仅提高了耐腐性，而且提高了工作表面的摩擦系数。的结构设计轴时主要考虑以下几个问题：轴的直径和长度，轴的结构形状，轴的强度和刚度，轴上花键的形式和尺寸等轴的结构形状应保证齿轮、啮合套及轴承等安装、固定，并与工艺要求有密切关系。本设计中，输入轴和低速档齿轮做成一体，前端通过矩形花键安装半联轴器，其后端通过滚针轴承安装在后桥输出轴齿轮内腔里。高速档齿轮通过普通平键固定在输入轴上。中间轴有旋转式和固定式两种，本设计中采用旋转式中间轴。中间轴与啮合套的齿座做成一体，两端通过圆锥滚子轴承支撑。高、低速档齿轮均用滚针轴承安装在轴上，常啮合齿轮通过花键固定在轴上。中间轴两端做有螺纹，用来定位轴承，螺纹不应淬硬。后桥输出轴与其上齿轮做成一体，齿轮做有内腔以安装输入轴，齿轮悬臂布置，采用两个圆锥滚子轴承支撑。中桥输出轴上的齿轮用平键固定在轴上，与前桥输出轴对接处做有渐开线花键，通过啮合套可以与前桥输出轴上的渐开线花键联接，用以接上、断开前桥输出。各档齿轮与轴之间有相对旋转运动的，无论装滚针轴承、衬套(滑动轴承)还是钢件对钢件直接接触，轴的表面粗糙度均要求很高，不低于 面硬度不低于截面尺寸避免相差悬殊。轮的安排分动器齿轮可以与轴设计为一体或者与轴分开，然后用键、过盈配合或者滑动、滚动支撑等方式之一与轴联接。输入轴上的低速档齿轮与轴制成一体制成齿轮轴，高速挡齿轮用平键固定在输入轴上；中间轴上的齿轮均设计成与轴分开的形式，并以滚针轴承联接；后桥输出轴上的齿轮与轴做成一体。各齿轮副的相对安装位置，对于整个分动器的结构布置有很大的影响，要考虑到以下几个方面的要求：1）整车总布置；根据整车的总布置，对分动器输入轴与输出轴的相对位置和分动器的轮廓形状以及换挡机构提出要求；2）驾驶员的使用习惯；3）提高平均传动效率；4）改善齿轮受载状况；各挡位齿轮在分动器中的位置安排，考虑到齿轮的受载状况。承受载荷大的低挡齿轮，安置在离轴承较近的方，以减小铀的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。分动器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高挡齿轮安排在离两支承较远处。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小，故齿轮的偏载也小。心距是一个基本参数，其大小不仅对分动器的外形尺寸、体积个质量大小，而且对轮齿的接触强度有影响。中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。分动器的轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与方便和不影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。根据经验公式： 3 低式中，为分动器中心距（2； m）；i 低为低速档传动比； g 为分动器传动效率，取96%。可确定中心距： ）（）（ 整中心距A=130数齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求、载荷等。决定齿轮模数的因素很多，其中最主要的是载荷的大小。由于高档齿轮和低档齿轮载荷不同，股高速挡和低速档的模数不宜相同。从加工工艺及维修观点考虑，同一齿轮机械中的齿轮模数不宜过多。根据国家标准8的规定，选取各齿轮副模数如下：常啮合齿轮：速档：速挡：合套采用渐开线齿形，取m=3 压力角理论上对于乘用车，15、16、小些的压力角；对商用车，25等大些的压力角。国家规定的标准压力角为20，所以分动器齿轮普遍采用的压力角为20。旋角实验证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。在齿轮选用大些的螺旋角时，使齿轮啮合的重合度增加，因而工作平稳、噪声降低。斜齿轮传递转矩时，要产生轴向力并作用到轴承上。两轴式分动器螺旋角：2025。宽载能力高。但齿轮受载后，由于齿向误差及轴的挠度变形等原因，沿齿宽方向受力不均匀，因而齿宽不宜太大。直齿 c ， 齿宽系数，齿 ， 合各个齿轮的情况，均为斜齿轮，齿宽选为30用啮合套或同步器换挡时，其接合齿的工作宽度初选时可取为244 齿顶高系数在齿轮加工精度提高以后，先确定分动器的高低档传动比，然后根据变速器中心距选变速器的中心距。然后确定齿轮的模数，压力角，螺旋角，齿宽等参数，为下一章齿轮参数的计算做准备。）确定低速档齿轮副齿数在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据档数、传动比和传动方案来分配各档齿轮的齿数。齿数和： 01 圆整取S=61。根据经验数值，一轴低速档齿轮齿数在428之间选取。不妨通过下列关系对着三个数值得出的参数进行比较。同齿数时传动比对比4 25 26 27 287 36 35 34 335 36 37 38 396 25 24 23 22I 低 比较可以得出5，6时，i 低=面以5为例对计算过程进行说明：5，6 n 61 修正中心距，取A=130。重新确定螺旋角，其精确值应为： 14 面根据方程组： 14 20243 确定常啮合齿轮副齿数分别为 2536z 43 z， 。重新确定螺旋角，其精确值为： 14134 2）确定其他齿轮的齿数齿轮5为中桥输出轴齿轮，因此齿轮5与后桥输出轴齿轮4各参数应相同。低速档齿轮： 根据： 53636)1(743 36734 z可以得出： 67 776 ，取 于是可得： 。， 6 z 圆整取 。， 3547z 76 精确值为： 23(76167 A 计算各个齿轮的参数（1）计算低速挡齿轮1、2参数：实际传动比为： 121 =2m =425/12120 =m =436/ 912120 =14415511 = =111 2 ff = ff =2 = =）计算高速挡齿轮6 7参数：模数为3， 76 = 613518 。实际传动比为： 782 =7666 633666 = =666 2 ff = ff =76366v = =）常啮合齿轮3 4参数：模数为4 43 = 912120 。实际传动比： 343 =分度圆直径： 4333 3443533 = =33 2 ff = ff =43333v = =此齿轮5与后桥输出轴齿轮4各参数应相同。足工作条件的要求不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。2、合理选择材料配对如对硬度350使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。3、考虑加工工艺及热处理工艺分动器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值：m m 法m 面硬度3；心部硬度8。对于氰化齿轮，面硬度348 。对于大模数的重型汽车分动器齿轮，可采用2502些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理，以提高表面硬度，细化材料晶面粒。此只要校核低速档时的强度就可以了。挂上低速档时输入轴传递的转矩： 11 00 21212 00 2313 对齿轮进行分析可知，后桥输出轴上的常啮合齿轮副受力最大。因此校核后桥输出轴上的齿轮副。后桥输出轴齿轮分析：ta 00117922 333 碳淬火处理，齿面硬度5268级精度（齿面接触应力： 14 1.选 . 333 0117922 。0械设计图10 ， 3 1 + 2 =.u=械设计图10Z =械设计表10Z =械传动装置设计手册图2= 2=1650机械传动装置设计手册表