CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析
61页 24000字数+说明书+任务书+开题报告+9张CAD图纸
CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析开题报告.doc
CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析说明书.doc
主动锥齿轮.dwg
从动锥齿轮.dwg
任务书.doc
十字轴.dwg
半轴.dwg
半轴齿轮.dwg
差速器右半壳.dwg
差速器左半壳.dwg
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目录.doc
行星齿轮.dwg
装配图.dwg
说明书封皮.doc
过程管理材料.doc
过程管理材料封皮.doc
目 录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
第1章 绪论1
1.1选题的目的和意义1
1.2国内外研究现状1
1.3本次设计的主要内容3
第2章 主减速器的设计4
2.1结构型式的选择4
2.1.1减速型式4
2.1.2齿轮的类型的选择4
2.1.3主动锥齿轮的支承形式7
2.1.4从动锥齿轮的支承形式及安置方法8
2.2基本参数选择与设计计算9
2.2.1计算载荷的确定9
2.2.2基本参数的选择11
2.2.3双曲面齿轮的几何尺寸计算15
2.2.4双曲面齿轮的强度计算23
2.2.5齿轮的材料及热处理28
2.3轴承的选择28
2.3.1计算转矩的确定28
2.3.2齿宽中点处的圆周力29
2.3.3双曲面齿轮所受的轴向力和径向力30
2.3.4轴承载荷的计算及轴承的选择31
2.4本章小结34
第3章 差速器设计35
3.1差速器结构形式的选择35
3.2对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理36
3.3对称式圆锥行星齿轮差速器的结构37
3.4对称式圆锥行星齿轮差速器的设计38
3.4.1差速器齿轮的基本参数的选择38
3.4.2差速器齿轮的几何计算40
3.4.3差速器齿轮的强度计算41
3.5本章小结42
第4章 驱动半轴的设计43
4.1半轴结构形式的选择43
4.2全浮式半轴计算载荷的确定44
4.3全浮式半轴的杆部直径的初选45
4.4全浮式半轴的强度计算45
4.5半轴花键的计算45
4.5.1花键尺寸参数的计算45
4.5.2花键的校核48
4.6本章小结49
第5章 主动锥齿轮的有限元分析50
5.1有限元方法与ANSYS简介50
5.2主动锥齿轮的有限元分析50
5.2.1有限元模型的生成50
5.2.2划分网格51
5.2.3齿轮静载和约束的施加与结果分析52
5.3本章小结54
结论55
参考文献56
致谢57
摘要
作为汽车关键零部件之一的车桥系统也得到相应的发展,在一般的汽车结构中,驱动桥包括主减速器(又称主传动器)、差速器、半轴及桥壳等部件。单级主减速器通常由主动齿轮和从动齿轮组成。在双级主减速器中,通常还要加一对圆柱齿轮或一组行星齿轮。在轮边减速器中则常采用普通平行轴式布置的斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。主减速器采用的最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。
本设计首先参考类似驱动桥主减速器的结构对比优缺点,确定出总体设计方案;然后确定主要部件的结构型式和主要设计参数;最后对主,从动锥齿轮,差速器圆锥行星齿轮,半轴齿轮,全浮式半轴进行校核以及对支承轴承进行了寿命校核。并对主减速器主动锥齿轮进行有限元分析。本设计采用传统的双曲面锥齿轮式单级主减速器作为CA1090的主减速器。
关键词: CA1090;主减速器;双曲面锥齿轮;轴承;行星齿轮;有限元分析
Abstract
One of the key components of a vehicle bridge system has also been a corresponding development of the automobile in the general structure, including the main gear axle (also known as the main drive device), differential, axle and axle housing and other components. Usually single-stage final drive gear and driven gear components. In the two-stage final drive, usually also add a pair of spur gear or a group of planetary gears. Reducer in the wheel is usually arranged by common parallel shaft helical gears or planetary gears. Final drive is the most widely used spiral bevel gear and hypoid gear. The drive axle design similar to the first reference to the structure of comparative advantages and disadvantages of the main gear, determined the overall design scheme; and then identify the main components of the structure type and the main design parameters; Finally, the driving and driven bevel gear, planetary gear differential cone, axle gear, full floating axle bearings were checked and were on life support check. Bevel gear final drive and initiative to the finite element method. This design uses a traditional-style hypoid bevel final drive as the CA1090 single-stage main gear.
Key word: CA1090; Main Gear; Hypoid Gears; Bearing; Planetary Gear;FEA
绪 论
选题的目的和意义
主减速器是驱动桥的重要组成部分,其性能的好坏直接影响到车辆的动力性、经济性。目前,国内减速器行业重点骨干企业的产品品种、规格及参数覆盖范围近几年都在不断扩展,产品质量已达到国外先进工业国家同类产品水平,完全可承担起为我国汽车行业提供传动装置配套的重任,部分产品还出口至欧美及东南亚地区。由于计算机技术、信息技术和自动化技术的广泛应用,主减速器将有更进一步的发展。对主减速器的研究能极大地促进我国的汽车工业的发展。
国内外研究现状
主减速器是传动系的一部分,与差速器,车轮传动装置和桥壳共同组成驱动桥。主减速器的功用是增扭,降速,改变转矩的传递方向,即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩,并将转矩传递给差速器[1]。
在现代汽车驱动桥上,主减速器种类很多,包括单级减速、双级减速、双速减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。其中应用得最广泛的是采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮的单级主减速器。在双级主减速器中,通常还要加一对圆柱齿轮(多采用斜齿圆柱齿轮),或一组行星齿轮。在轮边减速器中则常采用普通平行轴式布置的斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。在某些公共汽车、无轨电车和超重型汽车的主减速器上,有时也采用蜗轮传动。
单级螺旋锥齿轮减速器其主、从动齿轮轴线相交于一点。交角可以是任意的,但在绝大多数的汽车驱动桥上,主减速齿轮副都是采用90o交角的布置[2]。由于轮齿端面重叠的影响,至少有两对以上的轮齿同时啮合,因此,螺旋锥齿轮能承受大的负荷。加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合,面是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另—端,使得其工作平稳,即使在高速运转时,噪声和振动也是很小的。
单级双曲面齿轮其主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。其空间交叉角也都是采用90o。主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上或向下的偏移,称为上偏置或下偏置。这个偏移量称为双曲面齿轮的偏移距[3]。当偏移距大到一定程度时,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承。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[4]。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周节虽相等,但端面模数或端面周节是不等的。主动齿轮的端面模数或端面周节大于从动齿轮的。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曲率半径为大,从而使齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同,双曲面齿轮与接触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,采用双曲面齿轮更为合理。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,这对于主减速比大于4.5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轮相应的齿数多,因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作得更加平稳、无噪声,强度也高[9]。双曲面齿轮的偏移距还给汽车的总布置带来方便。例如,在乘用车上当主减速器采用下偏置(这时主动齿轮为左旋)的双曲面齿轮时,可降低传动轴的高度,从而降低了车厢地板高度或减小了因设置传动轴通道而引起的地板凸起高度,进而可使车辆的外形高度减小[5]。
单级圆柱齿轮主减速器只在节点处一对齿廓表面为纯滚动接触而在其他啮合点还伴随着沿齿廓的滑动一样,螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动都有这种沿齿廓方向的滑动[9]。此外,双曲面齿轮传动还具有沿齿长方向的纵向滑动。这种滑动有利于唐合,促使齿轮副沿整个齿面都能较好地啮合,因而更促使其工作平稳和无噪声。但双曲面齿轮的纵向滑动产生较多的热量,使接触点的温度升高,因而需要用专门的双曲面齿乾油来润滑,且其传动效率比螺旋锥齿轮略低,达96%。其传动效率与倔移距有关,特别是与所传递的负荷大小及传动比有关。负荷大时效率高。螺旋锥齿轮也是一样,其效率可达99%。两种齿轮在载荷作用下对安装误差的敏感性本质上是相同的。如果螺旋锥齿轮的螺旋角与相应的双曲面主、从动齿轮螺旋角的平均值相同,则双曲面主动齿轮的螺旋角比螺旋锥齿轮的大,而其从动齿轮的螺旋角则比螺旋锥齿轮的小,因而双曲面主动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的大,而从动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的小。两种齿轮都在同样的机床上加工,加工成本基本相同。然而双曲面传动的小齿轮较大,所以刀盘刀顶距较大,因而刀刃寿命较长。单级蜗杆-蜗轮主减速器在汽车驱本次设计的主要内容
本设计的目标是设计一种满载质量为9t的中型载货汽车的主减速器,本设计主要研究的内容有:主减速器的齿轮类型、主减速器的减速形式、主减速器主动齿轮和从动锥齿轮的支承形式、主减速器计算载荷的确定、主减速器基本参数的选择、主减速器齿轮的材料及热处理、主减速器轴承的计算、对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理、对称式圆锥行星齿轮差速器的结构、对称式圆锥行星齿轮差速器的设计、全浮式半轴计算载荷的确定、全浮式半轴的直径的选择、全浮式半轴的强度计算、半轴花键的强度计算,运用ANSYS对主动锥齿轮进行有限元分析。主减速器的设计
结构型式的选择
主减速器的结构型式,主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异。
2.1.1减速型式
主减速器的减速型式分为单级减速、双级减速、双速减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。
(1)单级主减速器
由于单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑及制造成本低廉的优点,广泛用在主减速比i<7.6的各种中、小型汽车上。单级主减速器都是采用一对螺旋锥齿轮或双曲面齿轮,也有采用蜗轮传动的。
(2)双级减速
由两级齿轮减速器组成,结构复杂、质量加大,制造成本也显著增加,因此仅用于主减速比较大(7.6<i≤12)且采用单级减速不能满足既定的主减速比和离地间隙要求的重型汽车上,本车不采用。
(3)双速主减速器
双速主减速器 用于载荷及道路状况变化大、使用条件非常复杂的重型载货汽车。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所以本车不采用。
(4)单级贯通式主减速器、双级贯通式主减速器
单级贯通式主减速器、双级贯通式主减速器用于多桥驱动汽车上,本车为单桥驱动,所以不采用。
(5)主减速器附轮边减速器
主减速器附轮边减速器应用于矿山、水利及其他大型工程等所用的重型汽车,工程和军事上用的重型牵引越野汽车及大型公共汽车等,本车不采用。
综上所述,本车采用单级主减速器。
2.1.2 齿轮的类型的选择
在现代汽车驱动桥上,主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。圆柱齿轮传动应用于发动机横置的前置前驱动乘用车和双级主减速器驱动桥。在某些公共汽车、无轨电车和超重型汽车的主减速器上,有时也采用蜗轮传动。
齿轮类型如图2.1所示:
螺旋锥齿轮 双曲面齿轮 圆柱齿轮传动 蜗杆传动
图2.1 主减速器的几种齿轮类型
(1)螺旋锥齿轮
其主、从动齿轮轴线相交于一点。交角可以是任意的,但在绝大多数的汽车驱动桥上,主减速齿轮副都是采用90o交角的布置。由于轮齿端面重叠的影响,至少有两对以上的轮齿同时啮合,因此,螺旋锥齿轮能承受大的负荷。加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合,而是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另—端,使得其工作平稳,即使在高速运转时,噪声和振动也是很小的[2]。
(2)双曲面齿轮
其主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。其空间交叉角也都是采用90o。主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上或向下的偏移,称为上偏置或下偏置。这个偏移量称为双曲面齿轮的偏移距。当偏移距大到一定程度时,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承。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周节虽相等,但端面模数或端面周节是不等的。主动齿轮的端面模数或端面周节大于从动齿轮的。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曲率半径为大,从而使齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同,双曲面齿轮与接触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,采用双曲面齿轮更为合理。一、设计目的、意义
根据汽车分类标准(GB/3730.1-2001),车辆分为商用车和乘用车,车辆总质量大于14t的商用车为重型汽车。汽车工业的发展带动了零部件及相关产业的展,作为汽车关键零部件之一的车桥系统也得到相应的发展,各生产厂家基本上形成了专业化、系列化、批量化生产的局面。
在现代汽车驱动桥上,主减速器的功用是将输入的转距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。单级主减速器通常由主动齿轮和从动齿轮组成。在双级主减速器中,通常还要加一对圆柱齿轮或一组行星齿轮。在轮边减速器中则常采用普通平行轴式布置的斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。主减速器采用的最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。在某些公共汽车和重型汽车上有时也选用蜗轮传动。
二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)
论文内容:
1)减速装置传动方案的确定
2)减速器结构设计与计算;
3)减速器的密封及轴承润滑;
4)齿轮校核轴及轴承校核;
5)基于ANSYS强度校核
研究方法:查阅图书馆电子资源和馆藏图书,了解减速器研究领域的最新发展动向;阅读关于减速器设计方面的书籍,学习前人进行减速器设计的步骤、方法和经验;向指导教师请教;同学之间互相讨论;亲自去实验室动手拆装各种类型的减速器,了解各种减速器的结构与工作原理进行减速器的设计和计算。
三、设计(论文)完成后应提交的成果
(一)计算说明部分
1.减速装置传动方案的确定,确定总体结构设计思路;
2.减速器结构设计与计算,设计减速器的主要零、部件,变速器主要传动部分的设计;
3.减速器的密封及轴承润滑;
4.齿轮校核轴及轴承校核;
5.对装置的各结构件进行工艺分析,基于ANSYS强度校核。
(二)图纸部分
1、装配图(AO一张);
2、输入零件图(A2一张);
3、零件图(A2一张);
4、齿轮零件图(A3一张);