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1600 型多轴 驱动 汽车 分动器 设计

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II1600型多轴驱动汽车分动器设计摘 要1600型多轴驱动汽车分动器作为我国较先进的军用和民用汽车分动器，有着广泛的用途和重要的作用。在多轴驱动的汽车上，为了将输出的动力合理的分配给各驱动桥，设有分动器。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到个驱动桥，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，其输出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。越野汽车在良好的道路行驶时，为减少功率消耗及传动系机件和轮胎磨损，一般要切断通向前桥的动力。在越野行驶时，根据需要接合前桥并采用低速档，增加驱动轮数和驱动力。本文概述了分动器的现状和发展趋势，介绍了分动器领域的最新发展状况，对工作原理做了阐述。本设计选用机械式分动器，其具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点。主要说明了三轴式分动器的设计和计算过程，选择合理的结构方案进行设计，对分动器高低档齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算，并进行了受力分析、强度和刚度校核计算，对一些标准件进行了选型以及壳体得设计。关键词：分动器，三轴式，高低档，校核，齿轮传动1600 multi-axis drive vehicle sub-actuator designABSTRACTMore advanced as Chinas military and civilian vehicles in the 1600 multi-axis drive vehicle actuator of the actuator of a wide range of uses and important role. Multi-axis drive the car, the output power to a reasonable allocation of each drive axle, with sub-actuators. In the function of the actuator is the transmission output of the power assigned to a drive axle, and further increases the torque. Lateral is a gear transmission system, it alone is fixed on the frame, universal gear output shaft and the sub-actuator output shaft connected to a number of root sub-actuator output shaft, respectively, the universal drive device connected with the drive axle. Off-road vehicle in good road, in order to reduce power consumption and drive train parts and tire wear, and generally cut off the momentum of the forward bridge. In the off-road, according to the need to joint the front axle and low profile, the number of increase in the driving wheel and the driving force. This article provides an overview of the status quo and development trend of sub-actuator, the latest developments in the sub-field of actuator working principle. This design uses a mechanical actuator, which has the advantages of simple structure, high transmission efficiency, low manufacturing cost and reliable. Illustrates the three-axis actuator design and calculation process, structure design, made a detailed sub-actuator high-low gear and shaft and bearing design calculations and stress analysis, strength and the stiffness checking calculations, selection and shell have designed a number of standard parts.Keywords: Transfer, Trysail type, Check, High low-grade, Gear transmissionIIIII目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 概述11.2 分动器类型和发展11.3 分动器的功用及意义21.4 设计内容2第2章 分动器结构的确定及主要参数的计算32.1 设计所依据的主要技术参数32.2分动器的设计要求32.3 分动器结构方案的选择32.4 传动方案42.5 齿轮的安排42.6 换挡结构形式52.7分动器壳体52.8分动器的操纵机构设计62.9 分配各级传动比62.10 本章小结8第3章 分动器的齿轮设计93.1 齿轮的材料选择93.2 齿轮模数103.3 齿形压力角及螺旋角103.4 齿轮的强度计算113.5 高速档第一级齿轮设计113.6 低速档第一级齿轮设计143.7 第二级齿轮设计183.8 齿轮损坏的原因和形式203.9 本章小结21第4章 轴的设计224.1输入轴的设计224.2中间轴的设计234.3 花键的形式和尺寸244.4输入轴的校核26341600型多轴驱动汽车分动器设计4.5本章小结29结 论30参考文献31致 谢32附 录33第1章 绪 论1.1 概述1600型多轴驱动汽车分动器作为我国较先进的军用和民用汽车分动器，有着广泛的用途和重要的作用17。越野车需要经常在坏路和无路的情况下行驶，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15。例如，如果一辆两驱驱动的汽车两个轮子都陷入沟中，那汽车就无法将发动机的动力通过车轮与地面的摩擦产生驱动力而继续前进。而假如这辆车的四个轮子都能产生驱动力的话，那么还有两个没陷入沟中的车轮能正常工作，使汽车继续行驶。在多轴驱动的汽车上，为了将输出的动力合理的分配给各驱动桥，设有分动器。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到驱动桥，并且增大扭矩。分动器也是齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与变速器的输出轴相连接，分动器的输出轴有若干个，分别经万向传动装置与各驱动桥相连15。此分动器设有高低档，以进一步扩大在困难地区行驶时的传动比。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，一般要切断通前桥动力。在越野行驶时，根据需要接合前桥并采用低速档，增加驱动轮数和驱动力。1.2 分动器类型和发展分时驱动(Parttime 4WD) 这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SUV最常见的驱动模式。最显著的优点是可根据实际情况来选取驱动模式，比较经济。全时驱动(Fulltime 4WD)这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(Realtime 4WD)采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。分动器已经发展到第五代：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，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；第三代分动器增加了同步器，使多轴驱动车辆具备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；第五代分动器壳体采用压铸铝合金材料、齿型链传动输出，其低挡位采用行星斜齿轮机构，使其轻便可靠、传动效率高、操纵简单、结构紧凑、噪音更低。分动器的结构特点是前输出轴传动系统皆采用低噪声的多排链条传动。链传动相对齿轮传动的优点有传动平稳、嗓声小、中心距误差要求低、轴承负荷较小及防止共振。分动器功能上的特点是转矩容量大、重量轻、传动效率高、噪音小、换挡轻便准确，大大改善了多驱动车辆的转矩分配，进而提高了整车性能。本设计为1600型多轴驱动汽车手动三轴式分动器的设计，驾驶者可以在4驱和6驱之间进行手动选择。对提高整车安全性、可靠性、舒适性等方面采取了重大改进后开发的车型17。提高了汽车的性能，本车型的分动器选用机械式分动器。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10。1.3 分动器的功用及意义分动器的功用就是将分动器输出的动力分配到驱动桥，并且增大扭矩。分动器也是齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与分动器的输出轴相连接，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3。由于部分车辆发动机输出的转矩比较大，即使在高速运转时仍可输出较大的转矩，加上变速箱的传动比变化范围较大，能够很好地满足车辆的使用要求，因此，依据越野车的的主要技术指标、发动机功率、转速和车辆行驶条件，来确定分动器的结构型式的选择、设计参数的选取及各大零部件的设计计算。1.4 设计内容本次设计主要是依据1600型多轴驱动汽车分动器的有关参数，通过分动器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的三轴式分动器。本设计主要完成下面一些主要工作：1、掌握汽车分动器结构及工作原理，绘出结构原理简图。2、确定主要零部件（齿轮、轴等）主要设计参数，并对关键部位进行校核。3、确定零部件结构尺寸。4、使用AutoCAD完成工程图纸。5、编写设计说34第2章 分动器结构的确定及主要参数的计算2.1 设计所依据的主要技术参数本设计是根据1600型多轴驱动汽车手动三轴式分动器而开展的，原始数据：1) 最大输入扭矩：18000Nm；2) 最大输入转速：2800rpm；3) 速比：高档：0.89；低档：1.536。分动器的主要参数（中心距、齿轮模数、轴径等）选择可按照变速器的参数选择计算公式进行。2.2分动器的设计要求分动器也是齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与分动器的输出轴相连接，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。汽车全轮驱动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。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；2.3 分动器结构方案的选择分动器的结构形式是多种多样的，各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2.1所示图 2.1 分动器传动示意图2.4 传动方案分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，由汽车构造中汽车分动器的结构图，采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15。2.5 齿轮的安排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。2.6 换挡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。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。2.7分动器壳体壳体采用灰铸铁铸造工艺。根据强度要求壳体壁厚取25mm；壳体侧面的内壁与转动齿轮齿顶之间留有58mm的间隙；齿轮齿顶到分动器底部之间留有不小于15mm的间隙。为了注油和放油，在分动器上设计有注油孔和放油孔。注油孔位置位于壳体的中部，它的作用是加油和油面检视用。放油孔设计在壳体的最低处，放油螺塞采用永恒磁性螺塞，可以吸住存留于润滑油内的金属颗粒。为了保持分动器内部为大气压力，在分动器顶部装有通气塞。2.8分动器的操纵机构设计分动器的操纵机构为机械式，其高低档的变换和前桥驱动桥的接合、分离都采用啮合套和换挡叉式结构，换挡轻便灵活。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摩擦，一般均切断通前桥动力。在越野行驶时，若需低速档动力，则为了防止后桥及中桥超载，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特殊要求：非先接上前桥，不得挂上低速档；非先退出低速档，不得摘下前桥。2.9 分配各级传动比为了增强汽车在不好道路的驱动力，目前，四驱车一般用2个档位的分动器，分为高档和低档.本设计也采用2个档位。选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。高速档；低速档取 则 ；1、 计算高速档下各轴的运动参数1、 各轴转速轴 轴 轴2、 各轴最大输入扭矩轴 轴 轴 输出扭矩 3、 各轴最大输入功率轴 轴 轴 输出功率 高速档下齿轮的运动和动力参数表：表2.1 高速档下齿轮的运动和动力参数数据功率扭矩转速传动比轴名输入输出输入输出52775171180001764028000.7421.2506849671282712570377448674770147831448731452、低速档下计算各轴运动和动力参数、各轴转速轴 轴 轴、各轴最大输入扭矩轴 轴 轴 、输出扭矩 各轴最大输入功率轴 轴 轴 输出功率 低速档下齿轮的运动和动力参数表：表2.1 低速档下齿轮的运动和动力参数数据功率扭矩转速传动比轴名输入输出输入输出52775171180001764028001.281.25068496722128216852187.548674770255022499218232.10 本章小结本章主要阐述了分动器方案的选择，根据各换挡结构形式的优缺点选择换挡形式，通过齿轮的形式确定了传动的形式，说明了壳体和操纵机构的设计。根据本车的主要参数，通过计算确定了输入转矩，为齿轮的齿数分配及轴的选择提供了依据。第3章 分动器的齿轮设计3.1 齿轮的材料选择1、齿轮材料的选择原则(1)满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 350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能，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大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁；中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常采用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢，经正火或调质处理后，再进行切削加工即可；硬齿面齿轮（硬度350HBS）常采用低碳合金钢切齿后再表面渗碳淬火或中碳钢（或中碳合金钢）切齿后表面淬火，以获得齿面、齿芯韧的金相组织，为消除热处理对已切轮齿造成的齿面变形需进行磨齿。但若采用渗氮处理，其齿面变形小，可不磨齿，故可适用于内齿轮等无法磨齿的齿轮。2、齿轮材料的选择现代汽车分动器齿轮大都采用渗碳合金钢制造，使轮齿表面的高硬度与轮齿心部的高韧性相结合，以大大提高其接触强度、弯曲强度及耐磨性。在选择齿轮的材料及热处理时也应考虑其加工性能及制造成本。国产汽车分动器齿轮的常用材料是20CrMnTi,也有采用20Mn2TiB，20MnVB，20MnCr5的。这些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理，以提高表面硬度，细化材料晶粒。为消除内应力，还要进行回火。分动器齿轮轮齿表面渗碳层深度的推荐范围如下： 渗碳层深度0.81.2mm3.55 渗碳层深度0.91.3mm 渗碳层深度1.01.6mm渗碳齿轮在淬火、回火后，要求轮齿的表面硬度为HRC5863，心部硬度为HRC3348。某些轻型以下的载货汽车和轿车等分动器的小模数（）齿轮，采用了40Cr或35Cr钢并进行表面氰化处理。这种中碳铬钢具有满意的锻造性能及良好的强度指标，氰化钢热处理后变形小也是优点。但由于氰化层较薄且钢的含碳量又高，故接触强度和承载能力均受到限制。3.2 齿轮模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。所选模数应符合国家标准GB/T13571987的规定，。接合齿和啮合套多采用渐开线齿形。由于工艺上的考虑，同分动器中的结合齿采用同一模数。选取较小模数并增多齿数有利于换挡。3.3 齿形压力角及螺旋角齿形与分度圆交点的径向线与该点的齿形切线所夹的锐角被称为分度圆压力角 。一般所说的压力角,都是指分度圆压力角。汽车变速器的齿形、压力角及螺旋角按表3.1选取。表3.1 汽车分动器齿轮的齿形、压力角与螺旋角 项目车型齿形 压力角螺旋角轿车高齿并修形的齿形，一般货车GB1356-78规定的标准齿形重型车GB1356-78规定的标准齿形低挡、倒挡齿轮，小螺旋角压力角较小时，重合度较大，传动平稳，噪声较低；压力角较大时，可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度。对于轿车，为加大重合度以降低噪声，应取用小些的压力角；对于货车，为提高齿轮承载能力，应取用大些的压力角。实际上，因国家规定的标准压力角为，所以分动器齿轮采用的压力角为。斜齿轮在分动器中得到广泛应用。选取斜齿轮的螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声、齿轮的强度和轴向力有影响。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。实验还证明：随着螺旋角的增大，齿的强度也相应提高。不过当螺旋角大于 时，其抗弯强度骤然下降，而接触强度仍继续上升。因此，从提高低挡齿轮的抗弯强度出发，并不希望用过大的螺旋角，以 1525为宜；而从提高高挡齿轮的接触强度和增加重合度着眼，应当选用较大的螺旋角。但螺旋角太大，会使轴向力及轴承载荷过大。初选低速档啮合齿轮螺旋角=20。3.4 齿轮的强度计算与其它机械设备用变速器比较，不同用途汽车的分动器齿轮使用条件是相似的。此外，汽车分动器齿轮用的材料、热处理方法、加工方法、精度级别、支撑方式也基本一致。如汽车分动器齿轮用低碳合金钢制造，采用剃齿或磨齿精加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度不低于7级。因此，比用于通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算汽车齿轮，同样可以获得较为准确的结果。3.5 高速档第一级齿轮设计1、选取齿轮类型、精度等级、材料及齿轮、载重汽车齿轮传动，选用6级精度。、根据传动方案，选用斜齿轮圆柱齿轮传动。、由表7-1选择齿轮材料为，渗碳淬火处理，小齿轮硬度，大齿轮硬度。4、 选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。2、按齿根弯曲疲劳强度进行设计齿根弯曲疲劳设计公式： 1、 小齿轮传递的扭矩： 2、 试选载荷系数，选。3、 确定齿宽系数，两支承相对小齿轮做不对称布置，根据表7-7，取。4、 初选螺旋角。5、 计算斜齿轮当量齿数：，6、 确定齿形系数和应力校正系数，查表7-5，得 7、 由图7-8查得：小齿轮的弯曲弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲弯曲疲劳强度极限8、 由图7-6查得：弯曲疲劳寿命系数， 、计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数 由式7-1得： 、计算大小齿轮的并加以比较大齿轮数值大、查取端面重合度，取啮合角 由图7-22查取端面重合度 、螺旋角影响系数 查图7-25，取螺旋角影响系数 取标准值3、尺寸计算、计算小齿轮分度圆直径 、计算齿轮的圆周速度 、计算齿宽、计算齿宽和齿高比5、 计算载荷系数查表7-2，取使用系数查图7-14，取动载系数查表7-3，取齿间载荷分配系数查表7-4，取按接触疲劳强度计算的齿向载荷分配系数查图7-17，取按弯曲强度计算的齿向分布系数弯曲强度载荷系数6、 按实际载荷系数校正模数可以得出前面取合适7、 螺旋角的确定中心距：圆整中心距螺旋角8、 计算斜齿轮相关参数圆整取，4、按齿轮接触强度校核、确定接触强度载荷系数 、计算接触强度许用应力查图7-9 取接触疲劳强度极限查图7-7 取接触疲劳寿命系数 取失效概率1%，安全系数S=1按脉动循环变应力确定许用接触应力 、确定弹性影响系数 查表7-6 取、确定区域载荷系数 查图7-21 取、校核接触强度 按齿面接触疲劳强度公式： 满足接触强度，所选参数合适。5、几何尺寸计算 、分度圆直径 、齿顶高 、齿根高 、齿顶圆直径 、齿根圆直径 3.6 低速档第一级齿轮设计1、选取齿轮类型、精度等级、材料及齿轮、载重汽车齿轮传动，选用6级精度。、根据传动方案，选用斜齿轮圆柱齿轮传动。、由表7-1选择齿轮材料为，渗碳淬火处理，小齿轮硬度，大齿轮硬度。、选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。2、 按齿根弯曲疲劳强度进行设计1、 小齿轮传递的扭矩2、 试选载荷系数 3、 确定齿宽系数确定齿宽系数，两支承相对小齿轮做不对称布置，根据表7-7，取、初选螺旋角。、计算斜齿轮当量齿数：，、确定齿形系数和应力校正系数，查表7-5，得 、由图7-8查得：小齿轮的弯曲弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲弯曲疲劳强度极限、由图7-6查得：弯曲疲劳寿命系数， 、计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数 由式7-1得： 、计算大小齿轮的并加以比较大齿轮数值大、查取端面重合度，取啮合角 由图7-22查取端面重合度 、螺旋角影响系数 查图7-25，取螺旋角影响系数 取标准值3、尺寸计算、计算小齿轮分度圆直径 、计算齿轮的圆周速度 、计算齿宽、计算齿宽和齿高比、计算载荷系数查表7-2，取使用系数查图7-14，取动载系数查表7-3，取齿间载荷分配系数查表7-4，取按接触疲劳强度计算的齿向载荷分配系数查图7-17，取按弯曲强度计算的齿向分布系数弯曲强度载荷系数、按实际载荷系数校正模数可以得出前面取合适、中心距、螺旋角的确定中心距：圆整中心距螺旋角 取4、变位齿轮的传动设计 、确定啮合角 、中心距变动系数 、确定总变位系数 查机械设计手册第三卷（亲大同编） 表14-1-11及图14-1-5得 5、齿轮参数计算 、基圆直径 、齿顶高 、齿根高 、齿顶圆直径 、齿根圆直径 、节圆直径 6、按齿面接触疲劳强度校核、确定接触强度载荷系数 、计算接触强度许用应力查图7-9 取接触疲劳强度极限查图7-7 取接触疲劳寿命系数 取失效概率1%，安全系数S=1 、确定弹性影响系数 查表7-6 取、确定区域载荷系数 、校核接触强度 按齿面接触疲劳强度公式： 满足接触强度，所选参数合适。3.7 第二级齿轮设计1、选取齿轮类型、精度等级、材料及齿轮、载重汽车齿轮传动，选用6级精度。、根据传动方案，选用斜齿轮圆柱齿轮传动。、由表7-1选择齿轮材料为，渗碳淬火处理，小齿轮硬度，大齿轮硬度。、选齿轮齿数 。模数2、尺寸计算、计算小齿轮分度圆直径 、中心距：圆整中心距、斜齿轮相关参数 3、几何尺寸计算、齿顶高 、齿根高 、齿顶圆直径 、齿根圆直径 4、按齿面接触疲劳强度校核、确定接触强度载荷系数 计算齿轮圆周速度 查表7-2，取使用系数查图7-14，取动载系数查表7-3，取齿间载荷分配系数查表7-4，取按接触疲劳强度计算的齿向载荷分配系数查图7-17，取按弯曲强度计算的齿向分布系数弯曲强度载荷系数：、计算接触强度许用应力查图7-9 取接触疲劳强度极限查图7-7 取接触疲劳寿命系数 取失效概率1%，安全系数S=1 、确定弹性影响系数 查表7-6 取、确定区域载荷系数 查图7-21 取、校核接触强度 按齿面接触疲劳强度公式： 满足接触强度，所选参数合适。齿轮的设计参数如表3.3所示：表3.3 齿轮各参数数据齿轮高速档低速档常啮合齿轮齿数输入轴齿轮中间轴齿轮输入轴齿轮中间轴齿轮齿轮3029222228传动比i0.891.5361.536螺旋角模数mn（mm）888齿顶高系数11 1分度圆压力角n2020 20分度圆直径d（mm）256.14187.84230.23174.66238.51中心距A（mm）230217220齿顶高ha（mm）813.9611.68 8齿根高hf（mm）104.04/6.32 10有效齿宽b（mm）131.11131.11131.113.8 齿轮损坏的原因和形式 齿轮在啮合过程中，轮齿根部产生弯曲应力，过渡转角处又有应力集中，故当齿轮受到足够大的载荷作用，其根部的弯曲应力超过材料的许用应力时，轮齿就会断裂。这种由于强度不够而产生的断裂，其断面为一次性断裂所呈现的粗状颗粒面。在汽车分动器中这种情况很少发生。而最常见的断裂则是由于在重复载荷作用下使齿根受拉面的最大应力区出现疲劳裂缝而逐渐扩展到一定深度后所产生的折断，其疲劳断面在疲劳裂缝部分呈光滑表面，而突然断裂部分呈粗粒状表面14。分动器低挡小齿轮由于载荷大而齿数少、齿根较弱，其主要破坏形式就是这种弯曲疲劳断裂。齿面点蚀是常用的高挡齿轮齿面接触疲劳强度的形式。齿面长期在脉动的接触应力作用下，会逐渐产生大量与齿面成尖角的小裂缝。啮合时由于齿面的相互挤压，使充满了润滑油的裂缝处油压增高，导致裂缝的扩展，最后产生剥落，使齿面上产生大量的扇形小麻点，即是所谓点蚀。点蚀使齿形误差加大而产生动载荷，甚至可能引起轮齿折断。通常是靠近节圆根部齿面处的点蚀较靠近节圆顶部齿面出的点蚀严重；主动小齿轮较被动大齿轮严重。对于高速重载齿轮，由于齿面相对滑动速度高、接触压力大且接触区产生高温而使齿面间的润滑油膜破坏，使齿面直接接触。在局部高温、高压下齿面互相熔焊粘连，齿面沿滑动方向形成撕伤痕迹的损坏形式成为齿面胶合。在一般汽车变速器中，产生胶合损坏的情况较少。增大轮齿根部齿厚，加大齿根圆角半径，采用高齿，提高重合度，增多同时啮合的轮齿对数，提高轮齿柔度，采用优质材料等，都是提高轮齿弯曲疲劳强度的措施。合理选择齿轮参数及变位系数，增大齿廓曲率半径，降低接触应力，提高齿面强度等，可提高齿面的接触强度。采用黏度大、耐高温、耐高压的润滑油，提高油膜强度，提高齿面强度，选择适当的齿面表面处理方法和镀层等，是防止齿面胶合的措施。3.9 本章小结 本章主要是对齿轮的模数、齿形、压力角及螺旋角的确定，根据中心距计算了齿轮的基本参数，确定了齿轮的齿数，在齿轮的计算中，需要对分动器全面考虑，最大平衡各方面关系，通过对齿轮的校核，完成了对齿轮的设计。第4章 轴的设计4.1输入轴的设计图4.1 输入轴1、输入轴上的功率、转速、扭矩 2、作用在齿轮上的力 所以 3、初步确定轴的最小直径 先按式（12-2）初步估算轴的最小直径 选取轴的材料为，调质处理 根据表12-5 取 得 输入轴的最小直径显然是安装联轴器处额的轴径。为了使所选的轴直径 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩，查表15-1 取，则：按照计算得出的应小于联轴器的公称转矩的条件。查手册适用型鼓型齿轮式联轴器，轴孔直径d=120mm，故取半联轴器长度L=212mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L=167mm 取1-2段长度l=160mm。4、轴的结构设计、为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，轴肩高度：又由于2-5段安装轴承，故2-3段的直径。 、初步选择滚动轴承，因为轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选用单圆锥滚子轴承。查取机械设计手册选取32928型单列圆锥滚子轴承，其尺寸为 取、为了满足轴承右侧定位，2-3轴段右端需制出一轴肩，轴肩高度： 取 齿轮1,3宽度分别为， 换挡啮合套宽度为80mm 取、 4.2中间轴的设计图4.1 中间轴1、中间轴上的功率、转速、扭矩 高速档： 低速档： 2、作用在齿轮上的力 所以 高速档： 低速档： 3、初步确定轴的最小直径 先按式（12-2）初步估算轴的最小直径 选取轴的材料为，调质处理 根据表12-5 取 得 4、轴的结构设计、由于中间轴最小端需要安装轴承，故取。 、初步选择滚动轴承，因为轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选用单圆锥滚子轴承。查取机械设计手册选取32922型单列圆锥滚子轴承，其尺寸为 取、为了满足轴承右侧定位，2-3轴段两端需制出轴肩，轴肩高度： h=8mm取 4.3 花键的形式和尺寸 由于输入扭矩较大，所以各处的连接采用渐开线花键连接。渐开线花键应用在：（1）齿轮和啮合套之间的配合； （2）联轴器和轴之间的配合； （3）行星架与输出轴之间的配合。 试选用模数为5mm，齿数38的渐开线花键（GB/T 3478.1-1995）1校核花键强度是否满足需要： 1）计算公式： 静连接 T扭矩 ； 齿间载荷不均匀系数 取=0.7 ； Z花键齿数l齿的工作长度； h键齿的工作高度；dm平均直径。 渐开线花键参数：（1）齿数Z=22（2）模数m=5mm（3）压力角=30（4）公差等级与配合类别7h（GB/T 3478.1-1995）（5）大经Dee=195mm（6）渐开线花键起始圆直径最大值 （7）小径Die=m（Z-1.5）=182.5mm（8）作用齿厚最大值（9）实际齿厚最小值 T+ 齿槽宽和齿厚总公差 T+=40i1+160i2 i1=2.777 i2=0.9023 T+=0.255mm（10）实际齿厚最大值（11）作用齿厚最小值 查表6.3-3 机械设计手册（机械工业出版社）（12）周节累积公差 齿根圆最小弧率半径 齿形公差 齿向公差 （查表6.3-32）（13）2）高速档齿轮上的花键和低速档齿轮上的花键一致，参数如上。3)啮合套上的内花键 INT 渐开线花键参数：（1）齿数Z=22（2）模数m=5mm（3）压力角=30（4）公差等级与配合类别7H（GB/T 3478.1-1995）（5）大经Dei=m（Z+1.5）=197.5mm（6）渐开线花键起始圆直径最大值 （7）内花键小径（8）作用齿槽宽最小值（9）实际齿槽宽最大值（10）实际齿槽宽最小值（11）作用齿槽宽最大值（12）周节累积公差 齿根圆最小弧率半径 齿形公差 齿向公差 （查表6.3-32）4.4输入轴的校核1、轴的受力分析 轴传递的转矩： 轴上齿轮受力分析： 根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于32928型圆锥滚子轴承，a=33.8mm，因此作为悬臂梁的轴长 。2、轴的空间受力简图 3、各力的计算 所以按弯曲扭合成应力校核轴的强度，进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，即危险截面的强度。根据式12-5 以及扭转切应力为脉动循环 取 W=4095938。轴的材料为调质处理由表12-1查得轴的计算应力故安全4、截面校核 、截面1 A 2 B只受扭矩作用。虽然键、轴肩及过度配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是由扭转强度较为宽裕确定的，所以无需校核。 截面C上虽然应力最大，但应力集中不大，而且此处轴径最大，故截面C不需要校核。 截面4 D 5 E显然不需要校核，所以该轴只需要校核截面3的两侧。、截面3左侧抗弯截面系数，抗扭截面系数，截面3左侧弯矩，截面3上的扭矩，截面上的弯曲应力，截面上的扭转切应力，轴的材料为调质处理，查表12-1得，截面C由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取因，径插值后可查得，。又由附图3-1可得轴的材料的敏感性系数为，。故有效应力集中系数为，由附图3-2的尺寸系数由附图3-3得扭转剪切尺寸系数。轴按磨削加工由附图3-4得表面质量系数为，轴经表面强化处理，按式3-12，得 ，。又由3-1及3-2得碳钢的特性系数取，取。于是，计算安全系数值：，4.5本章小结本章通过对机械式分动器的分析，设计出轴的结构，并设计出的轴选出了匹配的轴承，达到正确的装配关系，在合理的装配关系条件下还要进行强度的校核，满足了设计、使用需要。结 论分动器现在已经成为军用车和越野车不可缺少的部分，其主要功能是把变速器输出动力分配给各驱动桥。机械式分动器具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，在很多车上有这广泛的应用。本设计的主要内容是设计东风EQ1092F型汽车分动器，以东风EQ1092F型汽车的整车参数为依据，综合地考虑了使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，完成了分动器输入扭矩的计算，传动方案的确定，壳体和操纵机构的设计，分动器各挡传动比分配的确定，齿形、压力角及螺旋角的确定，分动器齿轮参数的选择，分动器各挡齿轮齿数分配，分动器齿轮的设计计算，分动器轴和轴承的设计计算，利用CAD画装配图和零件图等设计任务。 参考文献 1孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.高等教育出版社，2006,5.2濮良贵，纪名刚.机械设计M.高等教育出版社，2006,5.3张为春.汽车构造M.机械工业出版社，2003,10.4王之栎，王大康.机械设计综合课程设计M.机械工业出版社，2007,8.5刘鸿文.材料力学M.高等教育出版社，2004,1.6卜炎.机械设计传动装置设计手册（上册）M.机械工业出版社，1999,4.7卜炎.机械设计传动装置设计手册（下册）M.机械工业出版社，1999,4.8大连理工大学工程画教研室.机械制图M.高等教育出版社，2003,8.9余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,2000. 10刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社,2001.11王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社,2000.12陈家瑞.汽车构造M.北京:人民交通出版社，2001.13张洪欣.汽车底盘设计M.北京:机械工业出版社,1998.14成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社，2004.15臧杰，阎岩，汽车构造M北京：机械工业出版社2005.16史建鹏, 孙庆合.分动器转矩分配比确定理论研究J. 汽车工程 , 2007,10. 17舒联.东风沙漠越野车系列介绍J.商用汽车 , 2004,3.18高敬.汽车变速器变速传动机构可靠性分析J.科技创新导报 , 2009.19 Letterman. Modern manual transmissions-innovative solutions for a mature technology.VDI-Brighter Nr.1943 Germany 200620FriedrichEhrlinger.MANUFACTURING TECHNOLOGY & MACHINE TOOL , 2007致 谢本次毕业设计是在导师耐心指导下完成的，从课题的选择到设计的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，毕业设计的每一部分都倾注了老师大量的心血。除了敬佩师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在感谢老师的同时，也不会忘岭老师的指点和帮助，是老师在开题答辩时发现了我设计的误区，及时为我指明了设计的方向，也是老师在中期答辩时发现设计存在的不足，及时让我发现不足并完善了设计。感谢对我的培养以及各位老师对我的指导，正是由于他们的毫不保留的倾囊相授，我才能在大学这段时间掌握机械设计的基础理论知识，顺利完成各项难关，从而形成了一定的专业素养和扎实的专业技能。这些都是我能够完成本次毕业设计的有力保障。经过几个月来的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声。作为一个学生，由于经验的不足，有许多考虑不周全的地方，正是因为有了臧老师的指导，同学的帮助，本次毕业设计才得以顺利完成。感谢你们！最后我还要感谢培养我长大的含辛茹苦的父母，感谢他们的养育之恩，感谢们多年来对我的学业的大力支持！附 录附录A 英文科技文献Suvs in bad roads or often, especially under the situation and military vehicles driving conditions, this requires more severe increase the number of vehicles driving wheel, therefore, by more than off-road vehicles driving. For example, if a single shaft drive vehicle driving wheel into two ditch (this happens in bad road often meet), then the vehicle can through the wheel and the friction force and move on. If the vehicle is more, even if the drive shaft driving wheel part, the driver to drive wheels still can continue to work, vehicle. In many shaft drive vehicle, the output power to be allocated to each drive shaft with transfer.Transfer Fen Dongxiang called, the basic structure and the gearbox similar, is a gear transmission system. Transfer outfit in bridge drive the car transmission and distribution, used to drive, power transmission and vice. Standing two files, cheap and strength. In order not to make driving axle overload, have standing chain drive engagement before after only, can hang strength and overcome the car in bad roads and road of large area and the lowest stable driving resistance speed. For direct files or high-grade to slow. Off-road vehicle in good roads, to reduce the power consumption of the transmission parts and tire wear, general to cut through front axle. On a cross-country driving, front axle and adopted according to the jointing, increase speed and driving wheel drive.Transfer according to the structure can be divided between the differential with axle shaft, dont take between transfer described. Application cases of overrunning clutch and equipped with transfer transfer.(1) With the differential between shaft and the output shaft transfer in different speed, torque distribution by differential transmission. Accordingly, can according to the shaft torque distribution proportion to Hollywood to drive the distribution. With the car, not only the transfer hanged when can make full strength gear wheel drive, to overcome bad roads and road surface area, and the larger hanging transfer high resistance at also can make whole wheel drive, to make full use of adhesive weight and adhesion, improve the car in good road traction.(2) With the differential between shaft and the output shaft transfer has the same speed and torque distribution and the driving wheels of resistance and transmission mechanism of stiffness. This structure in hung low at the same time transfer will connect front axle axles, And when the high-end axles front axle hangs with transmission is certain to become a follower bridge, to prevent and reduce automobile in power cycle good road of power consumption and tare wear etc.(3) Containing overrunning clutch, using the sense of transfer speed skating when seeking after turn automatically when connected to the former axles, reverse when working with another overrunning clutch.Some transfer fat oil gear and transmission chain. Transfer adopts splash lubrication more.Transfer has developed into the fifth generation: the first generation of transfer basically is fission structure, straight gear, gear shaft operation, iron shell, The second generation transfer though fission, but has changed from the structure of inclined gear transmission, single shift shaft operation and aluminum alloy shells to a certain extent, improve the transmission efficiency, easy the shift, reduces the noise and consumption, The third generation transfer increased synchronizer, make the multiracial vehicle in procession shift function, The first generation of major changes in transfer adopts conjoined structure and planetary gear, chain and optimized shift and greatly improve the transmission efficiency and performance, The fifth generation transfer adopts die-casting aluminum alloy material, shell, the tooth type chain output by low gears planetary gear inclined, make its lightweight transmission efficiency and rel