CLYX01-031@汽车主减速器参数优化软件设计
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机械毕业设计车辆工程全套
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CLYX01-031@汽车主减速器参数优化软件设计,机械毕业设计车辆工程全套
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I 摘 要 汽车主减速器作为汽车驱动桥中重要的传力部件，是汽车最关键的部件之一。 与国外相比，我国的车用减速器开发设计不论在技术上、制造工艺上，还是在成本控制上都存在不小的差距。 主减速器设计的好坏关系到汽车的动力性、经济性以及噪声、寿命等诸多方面。如何协调好各方关系、合理匹配设计参数，以达到满足使用要求的最优目标，是主减速器设计中最重要的问题。 本文 力求改变以往的设计方式，提出针对汽车主减速器整体的最优化设计方法，针对 汽车设计中的主减速器参数设计 开发 计算软件， 通过人机交互方式完成主减速器的参数设计，并考 虑通过软件进行参数优化（汽车主减速器传动比 , 主减速器螺旋锥齿轮结构参数）， 实现解决复杂计算这一单一功能的目的，实现汽车主减速器参数的最佳匹配，达到充分发挥汽车整体性能、节约能耗、降低成本、提高设计质量和效率。本文 在 vb 语言程序基础上采用参数优化设计方法对汽车主减速器的齿轮机构进行优化，使寻优过程得到简化，确保可靠地获得全局最优解。能够缩短主减速器参数设计计算时间、减轻工程技术人员的劳动强度。 关键词： 主减速比；锥齿轮；参数优化 ；计算软件；软件设计 nts II ABSTRACT Main reducer drive car in a car, the power transmission components, an important is one of the most key parts of the car. In China compared with foreign countries, the development of design whether vehicle reducer in technology and the manufacturing process, or in the cost control there are considerable disparity. The stand or fall of main reducer design relation to car power, economy and noise, life, and other aspects. How to coordinate all relations, the rational matching design parameters to meet the requirements of the use of optimum target, it is the Lord speed reducer design in the most important question. This paper tries to change in the past, and puts forward the design way of the whole car advocate reducer for optimum design method, the main reducer for automobile design parameter design development calculation software through the man-machine interactive way fulfilling the reducer, and consider the parameter design parameter optimization (by software, Lord car advocate reducer transmission structure parameter of spiral bevel gear reducer to solve the complex calculation and the realization of the purpose of the single function, and to make the Lord, the best matching parameters of speed reducer to give full play to car performance, saving energy consumption, reduce cost, improve the design quality and efficiency. In this paper, based on vb language program using parameters optimization design method for the car advocate reducer, gear mechanism to optimize the optimization process is simplified, ensure reliable to obtain the global optimal solution. Can shorten the main reducer parameter design calculation time, reduce labor intensity of engineering and technical personnel. Keywords: Lord deceleration ratio; Bevel gear; Parameter optimization; Calculation software; Software design nts III 目 录 摘要 Abstract 第 1 章 绪论 1 1.1 课题研究的目的和意义 1 1.2 课题的国内外发展 状 况 1 1.2. 1 国内外 机械软件技术 的 发展 状 况 1 1.2.2 国内外 基于 Visual Basic 6.0 的软件在机械方面 的 发展 状 况 3 1.3 课题研究的主要内容 及技术路线 3 第 2 章 汽车主减速器的设计方法 5 2.1 主减速器的结构形式 5 2.2 基本参数选择与计算载荷的确定 10 2.3 锥齿轮强度计算 14 2.4 锥齿轮 轴承的载荷 计算 16 2.5 锥 齿轮的材料及热处理 17 2.6 本章小结 18 第 3 章 汽车主减速器参数优化 软件设计 20 3.1 汽车主减速器参数优化 软件编程语言的选择 及语言的使用概述 20 3.1.1 汽车主减速器参数优化 软件编程语言的选择 20 3.1.2 汽车主减速器参数优化 软件编程语言的 使用概述 21 3.2 汽车主减速器参数优化 软件设计体系 25 3.2.1 汽车主减速器参数优化 软件系统运行平台 25 3.2.2 汽车主减速器参数优化 软件系统实现功能 25 3.3 汽车主减速器参数优化 软件设计 25 3.4 本章小结 43 第 4 章 汽车主减速器参数优化 软件的测试 44 4.1 汽车主减速器参数优化 软件测试 概述 44 4.2 汽车主减速器参数优化 软件的测试 44 nts IV 4.3 本 章小结 57 结论 58 参考文献 59 致谢 60 附录 61 附录 A 外文文献原文 61 附录 B 外文文献中文翻译 63 nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的目的和意义 汽车问世百余年来，特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业的发展以来，汽车己为世界经济的发展、为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，为人类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献。近年来随着汽车技术的迅猛发展，对汽车传动系承载能力以及工作可靠性的要求越来越高，汽车主减速器作为汽车传动系统的关键总成，其主要功能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。主减速器的结构对汽车的动力性、经济性与轻便性、传动的平稳性 与效率等都有直接的影响。 许多乘用车和总质量较小的商用车采用了发动机横置的前置前驱布置，都是单级式主减速器，其具有结构紧凑、质量小、制造成本低和传递效率高、高速性能好的优点，通过软件设计方法来设计汽车主减速器是非常重要的。软件设计是以数学规划为理论基础，以计算机为工具，寻求机械设计问题最佳方案的现代设计方法之一，现在已经有很多成熟的软件程序可供选择，但传统的方法存在着求解过程复杂和寻优过程容易陷入局部最优解的问题。通常主减速器设计多是仅从某一角度考虑，单一的改善其某一方面参数，而没有将其参数优化有效结合起来 。因此，本课题力求改变以往的设计方式，提出针对汽车主减速器整体的最优化设计方法， 针对 汽车设计中的主减速器参数设计 开发 计算软件， 通过人机交互方式完成主减速器的参数设计，并考虑通过软件进行参数优化（汽车主减速器传动比 , 主减速器双曲面齿轮结构参数）， 实现解决复杂计算这一单一功能的目的，实现汽车主减速器参数的最佳匹配，达到充分发挥汽车整体性能、节约能耗、降低成本、提高设计质量和效率。本课题在 VB 语言程序基础上采用参数优化设计方法对汽车主减速器的齿轮机构进行优化，使寻优过程得到简化，确保可靠地获得全局最优解。能够缩 短主减速器参数设计计算时间、减轻工程技术人员的劳动强度。 1.2 课题的国内外发展 状况 1.2.1 国内外 机械软件技术 的 发展 状况 主减速器的参数计算主要是传动齿轮的基本参数和尺寸参数计算。自从汽车零部件设计引入计算机辅助设计方法后，这一功能的实现已经变得比较容易。现今国外大型的汽车企业都有自己的减速器齿轮设计计算系统，比如瑞典的克林贝nts 2 格齿轮设计系统、德国的 Calculation Base 主锥设计系统等等。 早在上世纪 60 年代， 国外的一些 CAD 公司就已经开发出一些实用的三维绘图软件，三维绘图技术的进步为 汽车零部件的设计引入了全新的概念。伴随着三维绘图软件的日益成熟 ， 国外大型的汽车生产厂家开始引入参数化设计方法来取代以前繁琐的手工设计 ， 目前参数化设计手段已经相当完善。作为汽车的重要部件，主减速器的设计也引入了参数化设计方法。生产厂家利用所设计的主减速器开发平台根据新设计的主减速器尺寸在以前产品的基础上更改相关的尺寸参数建立三维模型图。 不论是在设计还是制造方面，与外国企业相比我国的汽车企业差距都非常明显。但是经过多年的努力，我国的主减速器设计系统软件方面已经取得了一定的成就。其中比较出名的有可以应用于主减速 器齿轮设计的齿轮专家系统，哈工大开发的主减速嚣齿轮设计平台等等。 其实软件不仅在汽车方面有广泛的应用，在其他的机械区域里同样有着比较广泛的应用。 1、 2009,06,01，厦门大学的沈一凛发表了硕士学位论文：数 控 弯丝机线材成形软件设计。 根据数控弯丝机的实际工作要求，完成其机械结构部分的设计，并且自行开发出界面友好的操作软件，能实现包括模型显示和仿真运动等在内的一系列功能。 2、 2005,11， 农业机械学报第 36卷第 11期发表了：农业机械动态仿真软件开发与模拟。 现有的一些计算机仿真平台如 ADAMS,UG 等具有 很大的通用性 ， 功能齐全 ， 但价格昂贵 ， 专业性差 ， 且需要大量的计算机资源配合系统的运行 ， 在仿真速度 ， 系统的可扩展性方面难以满足农机设计人员的要求 。 各种农业机械有其自身的特殊性 ， 对不断更新的农业机械型号 ， 应用类型 ， 需要有相应的仿真功能 。 而现有软件的模式 ， 内容都比较固定 ， 不利于变动性大的研究 。 因此开发一种操作简单 ， 成本低的仿真系统 对农业机械具有一定的意义。 3、 2004,11，农机化研究第 6 期，基于 UNIX 的机械软件设计思想研究。 主要 探讨了基于 UNIX 利用 socket 建立客户机 /服务器模式实现编程 的方法 ， 解决了 C/S 模式中异种操作系统上的数据传输问题 。 利用这种方式可以方便地进行客户端和服务器端的程序编制 ， 定制所需的模块 ， 通过实例程序的运行 ， 达到了预期的要求 。 为开发一种网络功能强大 ， 可以实现异种机和异种操作系统互连的软件打下了基础 。 4、 2008,12,16， 东南大学硕士学位论文：光纤光栅传感系统研究及软件设计。波长解调技术是 FBG 传感器在工程技术领域应用的关键技术，也是 FBG 传感技nts 3 术实用化的重 点和难点之一。此 文提出了一种基于可调谐 Fabry-Perot 滤波器的光纤布拉格光栅传感系统的波长解调方案 ，在此基础上完成了主机应用软件的设计。 5、 2007,08,01， 西安理工大学硕士学位论文：基于 PMAC 的数控试验台机械系统设计及软件开发。 开放式 数控系统是现代数控系统发展的方向，本文结合陕西 省数控加 工 技术重点实验室科研项 目，采用 “ IPC+PMAC”结构的 开 放式数控结构，将 PMAC 控制卡及其扩展卡 装入电器 控制箱，通过标准串口 RS232 与上位机实现通讯，这样构成主从式双微处理器 结构，由 PMAC 运动控制器对机械本体的 X、 Y、 Z、 A 和 B 五 个轴进行实时控制，建立 了五 坐标数控技术试验台。 1.2.2 国内外基于 Visual Basic 6.0 的软件在机械方面 的发展状 况 VB 作为程序语言在机械方面上的用途也是比较广泛的。 1、 2006,11， 北京工业大学学报第 32 卷第 11 期： 基于 VB 的点焊质量超声检测软件设计。在超声检测点焊连接质量的基本原理基础上，通过 VB 6.0 调用Tektronix 公司提供的 TekVISA Activex 控件，利用网口通讯实现了数字示波器中超声信号数据的传输、存储和显示；通过分析找出了信号的特征参量，并实现了对焊点连接质量的评价。该软件实现了对焊点检测质量的数量统计。经实际检测验证，整个系统操 作性好。 2、 2008,08， 机械自动化第 4 期：基于 VB 的机械优化设计软件的研究。针对各种优化算法。用 VB 开发了用于进行机械优化设计的软件，该软件基于Windows 系统。以 Visual Basic 的窗体界面为工作平台 ， 并用其中 3 种具有代表性的优化设计方法进行了一顶计算分析。实例对比分析表明了该软件分析的可靠性和准确性。 3、 2005,01， 微计算机应用第 26 卷第 1 期：基于 VB 的汽车点火线圈测试平 台软件设计。该文实现了点火线圈测试系统中对上位机系统软件的要求，包括串行通信，对硬件端口的读写以及对数据库的管理和 维护。 1.3 课题研究的主要内容及技术路线 1、 课题研究的主要内容 本课题研究的主要任务 是对汽车主减速器齿轮机构 的研究与设计计算软件，具体 内容包括： 汽车工程设计类 计算软件国内外 技术现状 ； 汽车主减速器设计算法和设计 流程 ； 对 汽车主减速器参数 计算软件的设计，包括： 单级主减速器的设计 、 双级主减速器的设计 和 参数优化设计 ； nts 4 用查询得到的数据对所设计的计算软件进行测试 ； 对所开发的汽车主减速器参数优化计算软件的操作规程等使用方法进行了介绍。 2、 课题研究的技术路线 技术路线如图 1.1 所示。 图 1.1 技术路线流程图 nts 5 第 2 章 汽车主减速器的设计方法 双速主减速器，单级贯通式主减速器，双级贯通式主减速器，轮边减速器 等 ，在对上面的 减速形式相对应的设计 方法进行分析与对比的基础之上， 得知 各种各样的 设计方 法 。 汽车主减速器的减速形式 很多， 其中常见的有单级主减速器，双级主减速器， 在计算的过程中都是十分复杂的， 但是 单级主减速器设计方法 是各种设计方 法 的基 础，只有掌握了这种设计方 法才能够 了解 并掌握 其他的 设计方法。 本课题分别 涉及 了单级主减速器和双级主减速器 的软件设计， 在此仅 对 本设计所 涉及的方法进行介绍 ，对上述的 各种设计方 法就不再一一介绍。 2.1 主减速器的结构形式 2.1.1 主减速器的齿轮类型 主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。 1、 螺旋锥齿轮传动 螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点， 如图 2.1 所示。齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外，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，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。但是在工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。 2、 双曲面齿轮传动 双曲面齿轮传动的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离 E，此距离称为偏移距。 如图 2.1所示。 由于偏移距正的存在，使主动齿轮螺旋角 1 大于从动齿轮螺旋角2 。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比 2121coscosFFnts 6 式中， F1、 F2分别为主、从动齿轮的圆周力； 1、 2分别为主、从动齿轮的螺旋角。 螺旋角是指在锥齿轮节锥表面展开图上的齿线任意一点 A 的切线 TT与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面宽中点处的螺旋角称为中点螺 旋角。通常不特殊说明，则螺旋角系指中点螺旋角。双曲面齿轮传动比为 rrrFrFis112211220 c o sc o s 式中， is0为双曲面齿轮传动比； r1、 r2分别为主、从动齿轮平均分度圆半径。 螺旋锥齿轮传动比为 1201 rri 图 2.1 主减速器齿轮传动形式 令12 c o s/c o s K ，则Ls Kii 00 。由于21 ，所以系数 K1，一般为 1.25 1.50。这说明： 1)当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动有更大的传动比。 2)当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。 3)当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮直径比相应的螺旋锥齿轮为小，因而有较大的离地间隙。 另外，双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动还具有如下优点： nts 7 1)在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在 沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。 2)由于存在偏移距，双曲面齿轮副使其主动齿轮的 1 大于从动齿轮的2 ，这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约 30。 3)双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮为大，其结果使齿面的接触强度提高。 4)双曲绵主动齿轮的变大 ，则不产生根切的最小齿数可减少，故可选用较少的齿数，有利于增加传动比。 5)双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。 6)双曲面主动齿轮轴布置在从动齿轮中心上方，便于实现多轴驱动桥的贯通，增大传动轴的离地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向传动轴的高度，有利于降低轿车车身高度，并可减小车身地板中部凸起通道的高度。 但是，双曲面齿轮传动也存在如下缺点： 1)沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。双曲面齿轮副传动效率约为 96，螺旋锥齿轮副的传动效率约为 99。 2)齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。 3)双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。 4)双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油，螺旋锥齿轮传动用普通润滑油即可。 由于双曲面齿轮具有一系列的优点，因而它比螺旋锥齿轮应用更广泛。 一般情况下，当要求传动比大于 4.5而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮传动更合理。这是因为如果保持主动齿轮轴径不变，则双曲面从动齿轮直径比螺旋锥齿轮小。当传动比小于 2时，双曲面主动齿轮相对螺旋锥齿轮主动齿轮显得过 大，占据了过多空间，这时可 选用螺旋锥齿轮传动，因为后者具有较大的差速器可利用空间。对于中等传动比，两种齿轮传动均可采用。 3、 圆柱齿轮传动 圆柱齿轮传动一般采用斜齿轮， 如图 2.1 所示， 广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥 和双级主减速器贯通式驱动桥，如图 2.2。 nts 8 图 2.2 发动机横置的前置前驱动乘用车驱动桥 4、 蜗杆传动 蜗杆传动与锥齿轮传动相比有如下优点： 1)在轮廓尺寸和结构质量较小的情况下，可得到较大的传动比 (可大于 7)。 2)在任何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声。 3)便于汽车的总布 置及贯通式多桥驱动的布置。 4)能传递大的载荷，使用寿命长。 5)结构简单，拆装方便，调整容易。 但是由于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，故成本较高；另外，传动效率较低。 蜗杆传动主要用于生产批量不大的个别重型多桥驱动汽车和具有高转速发动机的大客车上。 2.1.2 主减速器主 、 从动锥齿轮的支承方案 主减速器中必须保证主、从动齿轮具有良好的啮合状况，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、装配调整及轴承、nts 9 主减速器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度密切相关。 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。 图 2.3 主减速器锥齿轮的支撑形式 如图 2.3， 悬臂式支承结构的特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴颈，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度 a 和增加两支承间的距离凸 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的 轴径比另一轴承的支承轴径大些。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 2.3， 跨置式支承结构的特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，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，可以缩短主动齿轮轴的长度，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，从而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nts 10个轴承。 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， 如图 2.3， 其支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及轴 承之间的分布比例有关。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设置加强肋以增强支承稳定性， c 十 d 应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的 70。为了使载荷能尽量均匀分配在两轴承上，应尽量使尺寸 c 等于或大于尺寸 d。 在具有大的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。 如图 2.4 所示。 辅助支承与从动锥齿轮背面之间的间隙，应保证偏移量 达到允许极限时能制止从动锥齿轮继续变形。主、从动齿轮受载变形或移动的许用偏移量如图 2.4 所示。 图 2.4 辅助支撑与许用偏移量 2.2 基本参数选择与计算载荷的确定 2.2.1 计算载荷的确定 汽车主减速器锥齿轮的切齿法有格里森和奥里 康两种方法，这里仅介绍格里森齿制锥齿轮计算载荷的三种确定方法。 1 按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的计算转矩ceTniikiTkT fedce01ma x （ 2.21） nts 11式中，ceT为计算转矩（ N.m）；d k为猛接离合器所产生的动载系数，货车： 1dk；maxeT为发动机最大转矩； n 为计算驱动桥数；1i为变速器一档传动比； 为发动机到万向传动轴之间的传动效率。 2 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩csTmmrce irmGT22 （ 2.22） 式中，csT为计算转矩（ N.m）；2G为满载状况下一个驱动桥上的静载荷（ N ）； 2m为汽车 最大加速度时的 后 轴负荷转移系数 ， 轿车：4.12.12 m ，货车 ： 2.11.12 m ； 为轮胎与路面间的附着系数 ；rr 为车轮滚动半径（ m）；m i为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；m为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率。 3 按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cfTnirFTmmrtcf （ 2.23） 式中，cfT为计算转矩（ N.m）；t F为汽车日常行驶平均牵 引力 （ N） 。 用式 （ 2.21） 和式 （ 2.22） 求得的计算转矩是从动锥齿轮的最大转矩，不同于用式 （ 2.23） 求得的日常行驶平均转矩。当计算锥齿轮最大应力时，计算转矩 Tc 取前面两种的较小值，即 Tc=minTce,Tcs；当计算锥齿轮的疲劳寿命时， Tc 取cfT。 主动锥齿轮的计算转矩为 Gcz iTT0（ 2.24） 式中，zT为主动锥齿轮的计算转矩（ N.m）；0 i为主传动比；G为主、从动锥齿轮间的传动效率。计算时，对于弧齿锥齿轮福，G取 95%；对于双曲面齿轮副，当0i6 时，G取 85%，当0i=1.6mm 时， 25.0)4.25/(ss mk ，当 ms1.6mm 时，sk=0.5；mk为齿面载荷分配系数，跨置式结构：mk 1.0 1.1， 悬臂式结构：mk 1.101.25；vk为质量系数，当轮齿接触良好，齿距及径向跳动精度高时 ，rk1.0； b 为所计算的齿轮齿面宽 (mm)； D 为所讨论齿轮大端分度圆直径(mm)； Jw 为所计算齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取法见参考文献 10。 上述按 minTce,Tcs计算的最大弯曲应力不超过 700MPa；按 Tcf 计算的疲劳弯曲应力不应超过 210MPa，破坏的循环次数为 6x106。 3 轮齿接触强度 锥齿轮轮齿的齿面接触应力为 参数 汽车类别 按发动机最大转矩计算时的 p (Nmm-1) 按驱动轮打滑转 矩计算时的 p /(N.mm-1) 轮胎与地面 的附着系数 一挡 二挡 直接挡 - 轿车 893 536 321 893 0.85 货车 1429 - 250 1429 大客车 982 - 214 - 牵引车 536 - 250 - 0.65 nts 16301102 jvfmszpj bJkkkkkTDc （ 2.35） 式中，j为锥齿轮轮齿的齿面接触应力 (MPa)；1D为主动锥齿轮大端分度圆直径 (mm)； b 取1b和2b的较小值 (mm)；sk为尺寸系数，它考虑了齿轮尺寸对淬透性的影响，通常取 1.0；sk为齿面品质系数，它取决于齿面的表面粗糙度及表面覆盖层的性质 (如镀铜、磷化处理等 )，对于制造精确的齿轮 ，sk取 1.0；pc为综合弹性系数，钢对钢齿轮，pc取232.6N1/2mm；jJ为齿面接触强度的综合系数，取法见参考文献 10；0k、mk、vk见式 (2.34)的说明。 上述按 minTce,Tcs计算的最大接触应力不应超过 2800MPa，按 Tcf 计算的疲劳接触应力不应超过 1750MPa。主、从动齿轮的齿面接触应力是相同的 。 2.4 锥齿轮轴承的载荷计算 1 锥齿轮齿面上的作用力 锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切线方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。 (1) 齿宽中点处的圆周力 齿宽中点处的圆周力 F 为 2/T2F mD (2.41) 式中， T 为作用在从动齿轮上的转矩； Dm2 为从动齿轮齿宽中点处的分度圆直径， 由式 (2.42)确定，即 222 s in DD m (2.42) 式中， D2 为从动齿轮大端分度圆直径； b2 为从动齿轮齿面宽；2为从动齿轮节锥角。 由 F1 F2 = cos1 cos2 可知，对于弧齿锥齿轮副，作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的；对于双曲面齿轮副，它们的圆周力是不等的。 (2) 锥齿轮的轴向力和径向力 图 2.5 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。 FT 为作用 在节锥面上的齿面宽中点 Ants 17处的法向力。在 A 点处的螺旋方向的法平面内， FT分解成两个相互垂直的力 FN和 Ff。 FN垂直于 OA 且位于 OOA 所在的平面， Ff 位于以 OA 为切线的节锥切平面内。 Ff 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 Fs。 F 与 Ff 之间的夹角为螺旋角 ， FT 与 Ff 之间的夹角为法向压力角 。这样有 F=FTcoscos (2.43) FN=FTsina=Ftana cos (2.44) Fs=FTcossin=Ftan (2.45) 于是作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力 Faz 和径向力 Frx 分别为 Faz=FNsin+Fscos (2.46) Frz=FNcos-Fssin (2.47) 若主动锥齿轮的螺旋方向和旋转方向改变时，主、从动齿轮齿面上所受的轴向力和径向力见表 2.2。 2锥齿轮轴承的载荷 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。图 2.5 为单级主减速器的悬臂式支承的尺寸布置图，各轴承的载荷计算公式见表 2.2 表 2.2 齿面上的轴向力和径向力 2.5 锥齿轮的材料及热处理 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。它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 主动小齿轮 轴向力 径向力 螺旋方向 旋转方向 右 顺时针 主动齿轮 Faz=F/cos(tansin-sincos) 主动齿轮 Frz=F/cos(tancos+sinsin) 左 逆时针 从动齿轮 Fac=F/cos(tansin+sincos) 从动齿轮 Frz=F/cos(tancos-sinsin) nts 18保证有高的耐磨性。 2)轮齿芯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、切削加工性能及热处理性能良好，热处理后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含碳量较高的硬化层 (一般碳的质量分数为 0.8 1.2 )，具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软 ，具有良好的韧性，故这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗透层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层剥落。 为改善新齿轮的磨合，防止其在运行初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理及精加工后，作厚度为 0.005 0.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高 25的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理 以提高耐磨性。渗硫后摩擦因数可显著降低，即使润滑条件较差，也能防止齿面擦伤、咬死和胶合。 2.6 本章小节 本章 介绍 了 汽车主减速器的设计方法 ， 此设计方法 是本软件开发的基础， 在汽车主减速器设计方法中重点讲解了结构形式的选择 、 计算载荷的 确定 、 基本参数的选择 、 齿轮尺寸的 计算、 齿轮强度的计算 、 轴承载荷的 计算、 齿轮材料 等。 nts 19图 2.5 齿面受力 与轴承分布尺寸 nts 20第 3 章 汽车主减速器参数优化 软件设计 3.1 汽车主减速器参数优化 软件编程语言的选择及语言 使用概述 3.1.1 汽车主减速器参数 优化 软件编程语言的选择 几种常见的编程语言有： VF 编程语言， VC 编程语言， VB 编程语言， Delphi编程语言， Java 编程语言和 SQL 编程语言。 下面介绍这几种编程语言的特点： VF： 是 Visual FoxPro 的缩写， 它 是由 Microsoft 在 FoxPro 的基础上推出的功能强大、可视化、面向对象的数据库编程语言，同时它也是一种强大的数据库管理系统。 VC： Visual C ，微软公司高级可视化计算机程序开发语言。 C 语言被人们称为近十年来对计算机程序设计最大的贡献之一。它有高级语言简单易用的特性，又可以完 成汇编语言才能做的许多工作。因此， C 语言特别适合用来编写各种复杂软件。如果说 BASIC 语言是初学者和业余爱好者的编程语言的话，那么C 语言就是专业人员的编程语言了。 Delphi：特尔斐，古希腊城市名，被古希腊人当成世界的中心，因有阿波罗神殿而出名。在电脑英语中指美国宝兰 (Borland)公司的一种可视化、面向对象、事件驱动的电脑编程语言。 Java： 它 集面向对象、平台无关性、稳固性、安全性、多线程等诸多特性于一体，增加了异常处理、网络编程等方面的功能，特别适合于 Internet 应用的开发，是实现 “ 一个世界 ，一个网络 ” 构想的关键。用 Java 编写的各类软件能真正做 “ Write Once， Run anywhere(一次写成 ， 到处运行 )” 。 SQL： Structure Query Language，结构化查询语言。 SQL 是关系数据库管理系统中的一种简明扼要、面向集合的语言，它对一个或多个数据表进行查询，产生一个结果数据表。 VB： Visual Basic 的缩写，微软公司高级可视化计算机程序开发语言。这是一种功能极强的面向对象的可视化程序设计语言。 VB6.0 具有直观的界面设计、短小精练的语言风格和易学易用的语法特点， 它简单易学、人机对话方便、程序运用调试方便 。 根据上述各种编程语言的特点可知： VF 更加适用于关于数据库编程方面的nts 21软件； VC 可以说是专业人员的编程语言，掌握起来有一定的难度； Delphi 很少被人知道，普及不广泛，遇到问题时不知向谁请教； Java 适合于 Internet 应用的开发 ； SQL 是关系数据库管理系统的语言 。综上所述，只有 VB 编程语言才更加的适用于此设计的编程。此外， VB6.0 具有 如下 功能特点： 具有面向对象的可视化设计工具 事件驱动的编程机制 事件的驱动是非常适合图形用户界面的编程方式。用户的操作即事件掌握着程序的运行流向。每个事件都能驱动一段程序的运行，这样的应用程序代码较短，使得程序既易于编写又易于维护。 提供了易学易用的应用程序集成开发环境 在 VB6.0 集成开发环境中，用户可设计界面、编写代码和调试程序，把应用程序编译成可执行文件，直至把应用程序制作成安装盘，以便能够在脱离Windows 环境中进行。 结构化的程序设计语言 VB6.0 具有丰富的数据类型，众多的内部函数，模块化、 结构化的程序设计机制，结构清晰，简单易学。 完 备的 HELP 联机帮助功能 3.1.2 汽车主减速器参数优化 软件编程语言的使用概述 一个应用程序建立之前，首先要建立一个新的工程，然后再在里面存放一些所需的控件，这个新的工程好比一个大的容器，它能承载着你需要的东西。建立一个应用程序分为以下几步进行： 建立用户界面的对象； 对象属性的设置； 对象事件过程及编程； 调试、保存和运行程序。 1、 建立用户界面的对象 一个新的工程建立好后，接着就是要建立界面的对象，这里所说的对象是指窗体和控件。窗体在程序设计阶段被称为窗体设计器窗口，是程序员的工作平台；在程序设计运行阶段被称为用户界面窗口，是用户与程序交互的工作台。控件是由 VB6.0 系统或用户预先定义好的，以按钮、图标、文本框及菜单条等形式存放在工具箱中，用以完成程序设计中特定功能的一组工具。用户只需要选中自己想用的控件，然后在相应的位置 “ 画 ” 出来，一个大小由自己决定的控件就出现在窗体上 。 nts 222、 对象属性的设置 对象建立 好后，就要为其设置属性值。属性是对象的参数。每个对象都对应着一段预先编写的子程序代码，当调用这段子程序时，就可以将属性的设定值作为参数传送给该子程序，来取代其原来的默认属性值，达到改变对象属性的目的。 这里只简单介绍 4 个常用控件的属性。 窗体 (Form)的属性 窗体属性的设置和窗体的外观和操作密切相关。在程序运行阶段被称为用户界面窗口，是用户与程序交互的操作台。因此，窗体属性的设置在本软件中至关重要。 窗体的属性多达 50 余种，这里不能一一介绍。因为在实际应用中，大多数属性都可 采用系统提供的默认值。一般情况下，设计者不必对每一个对象的各个属性一一进行设置，而只有在其默认值不能满足要求时，才需要用户去设置新的属性值，其中常用到的属性如下： Caption：窗体标题，是出现在窗体标题栏的文本内容。默认使用窗体名的默认值。 Font：此属性的设置主要包括：字体、字体样式、字体大小、效果的设置。 ForeColor、 BackColor：分别用来设置对象上显示文本或图形的前景颜色和背景颜色。 StartUpPosition：一共有四个属性选择，考虑视觉效果，属性设置选择 屏幕中心，即窗体 在运行期间始终位于屏幕的中心。 Picture：该属性用于设置窗体中要显示的图片。在属性窗口中，可以单击 Picture 设置框右边的 “” ，打开一个 “ 加载图片 ” 对话框，用户可以选择一个图形文件装入，也可以在代码窗口中通过 LoadPicture 函数加载图形文件。 WindowsState：取值为 0 表示有窗口边界的正常窗口状态， 1 表示以图标方式显示的最小状态， 2 表示无边框充满整个屏幕的最大化状态。 标签 (Lable)的属性 标签主要是用来显示（输出）文本信息，但是不能作为输入信 息的界面，也就是标签控件的内容只能用 Caption 属性来设置或修改，而不能直接编辑。 标签的主要属性有 30 多个。大多数属性的默认值设置能够满足一般情况下的要求，只有少数的属性值用户有时要进行修改。这些常用的要修改的属性值，除了上面已介绍过的属性 Caption、 Font、 ForeColor 外，再简单介绍如下两个属性： AutoSize：一共有两个属性设置 True 和 False，即是否根据内容自动调nts 23节标签的大小以适应其内容的显示，但系统不会自动换行处理。 BackStyle：一共有两个属性设置 Transparent 和 Opaque，当选择Transparent，则 Lable 的背景样式设置为透明的，可以与窗体的颜色相容。 文本框 (TextBox)的属性 文本框既可以用来输出或显示文本信息，除了前面已经介绍的属
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