震源车主减速器的设计.doc

目目 录录 1 绪论 1 1 1 主减速器国内外状况及趋势 1 1 2 课题研究目的和意义 1 1 3 主要研究内容 2 2 主减速器结构方案分析 2 3 主减速器的总成设计 3 3 1 主减速器结构形式选择 4 3 1 1 主减速器的齿轮类型选择 4 3 1 2 主减速器的减速形式选择与分析 6 3 1 3 主减速器齿轮计算载荷的分析和确定 7 3 2 主减速器齿轮强度计算 8 3 2 1 单位齿长上的圆周力 8 3 2 2 齿轮的弯曲强度计算 11 3 3 齿轮的接触强度计算 12 4 主减速器各零件设计确定 13 4 1 齿轮设计 13 4 2 轴的设计 14 5 结论 15 参考文献 16 谢辞 18 附录 18 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 1 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 0 震源车主减速器的设计 德州学院 汽车工程工程学院 交通运输 201001503091 摘 要 本文参照减速比 发动机最大输出扭矩 变速器一档传动比等震源车主减速器参数 对 主减速器及其零部件进行设计 该设计在不设置副变速比的情况下通过增加传动比 并且选择合理齿 轮的结构及支撑方式 可有效提升牵引力 具有结构简单 工作平稳可靠的特点 关键词 主减速器 震源车 传动比 齿轮 轴 1 绪论 1 1 主减速器国内外状况及趋势 经过数十年的发展 我国的汽车行业有了突飞猛进的发展 汽车的也随着人类的需 要而变得越来越专业化 不再是单一的载客载人 新兴了一些专用车型 例如 震源车 水泥搅拌车 悬杆臂车 洒水车 街道清洁车等专业性很强的汽车 同时也出现了许多 我们国家自主研发有着自主知识产权的汽车 不再是单一的合作式生产 随着汽车发展 的多样性与多变性 与其相关的配套产业为了满足汽车的需求也在不断的变化 所以主 减速器产业也一直在变化 在发展 国外由于工业革命影响 他们的汽车工业及产业相对的比较先进技术比较成熟 他 们对产品的研发效率高设计时间短 不像是我们一样还采用纯手工人工计算 而是采用 了先进的计算机计算 改革开放时期我国积极引进吸取先进的汽车技术再加上一批专业 的汽车人才的不断实践和探索 对主减速器作了多次重大的技术改进 进而使得主减速 器的结构设计都更加合理和先进 通过采用 CAD 技术 有限元分析等一些先进的手段 为主减速器的设计提供了先进的技术平台 使得我们国内的产品得到了快速的发展 不 断地拉近了我们与国外汽车业的差距 1 2 课题研究目的和意义 由于受工业革命影响较晚 我国的工业产业起步较晚 工业技术相对落后 而汽车 产业作为对工业技术要求较高产业受到影响较为严重 虽然有着良好的发展势头 但是 我国的汽车产业与相关技术仍然与国外有着巨大差距 虽然随着国家政策的提倡科研人 员的不断研究 使得我国汽车设计 制造工艺都在日益完善 但是面对激烈的市场竞争 国际竞争 提高汽车的的性能 降低成本 维修方便成为现代汽车发展计首先考虑的问 题 而主减速器优化就是一个途径 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 1 传统的主减速器设计方法一般运用物理学的力学理论 数学的图表记录 相关的手 册数据 运用物理学和数学的公式依据以生产经验为基础进行设计的 现代设计是一种 以设计理论为指导计算机技术为核心的全新设计 虽然不同于传动设计与其有着区别 但又不完全独立于传统设计 是对传统设计的深入 丰富 创新 和发展 当然这也是 科学技术发展所必然的 利用这种方法指导设计可以提高设计的科学性和准确性 1 本 文采用传统与现行结合的设计方法 结合计算机 CAD 技术 使本设计趋于合理化和科学 化 1 3 主要研究内容 结合相关参考文献和实际设计要求 在参考以往的研究成果和国内外发展现状 确 定主要研究内容如下 1 针对震源车为设计对象 进行分析对比 数据计算 进行主减速器的结构选择 2 进行主减速器 差速器 计算和校核以及对主减速器的选型 3 利用 CAD 完成主减速器装备图及主要零件图 2 主减速器桥结构方案分析 生活中 我们的工作使用和需求是多变的不同的 所以我们对主减速器形式结构的 选择也是多变的不同的 实际生产中应用范围最广泛的当属单级和双级主减速器 其区分区别是齿轮副数目 轿车轻 中型汽车对于动力性以及传动比要求不高多以一般采用单级主减速器 常见得 有桑塔纳 2000GSI 奥迪 100 等 双级式主减速器相比较单级主减速器有较大的传动比 所以当要求主减速器具有较大的主传动比时一般采用双级主减速器 例如 菲亚特 682N3 重型载重车 越野车 大型客车对传动比和离地间隙有较大的需求一般采用轮边 减速器 例如斯太尔汽车 按齿轮副结构形式分析 有圆柱齿轮式 又可分为轴线固定式和行星齿轮式 其中 圆锥齿轮室和准双曲面齿轮式两者可以进行结合使用 在实际工作中 我们对主减速器的选择受很多因素影响 但是传动比 动力性 和 汽车最小离地间隙对我们的选择影响最大 对于一些对传动比 动力性 汽车最小离地 间隙要求交比较的汽车一般采用单级主减速器 例如 轿车 轻 中型货车等 另外生 活中有许多对驱动力要求很大的 采用驱动桥非贯通式和贯通式设置的多轴驱动汽车 由于非贯通式驱动桥在进行动力传输时 需要传动轴数目较多 并且驱动桥个零件利用 率 相互协调性和通过性较低 再者结构形态复杂总体布置困难 所以贯通式驱动桥设 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 2 置就凭借着传动轴数量少 各驱动桥零件的利用率和通用性高 总体结构形态简单 体 积质量轻巧等优点取代了非贯通式设置成为了主流 而在物理学角度看 体积和质量小 了物体所受阻力就小了进而物体能够达到较大的速度和加速度 所以现在的车不管什么 型号都尽量向着微型方面发展 这样能够节省资源并且提高工作和运行时的效率 3 主减速器总成的设计 一般汽车在运行时涉及到安全性 平稳性 动力性 以及车内杂音噪音等问题 2 虽然这可能与很多因素有关但是主减速器起着决定性作用 由于主减速器起着改变转矩 改变转向及车辆牵引的作用 因此该部件设计非常关 键 应该与车辆高度匹配 所以在满足自身功能和要求的前提下 要对自身的强度 刚 度要求和整车的通过性进行计算分析并检验 震源车整车参数如表 3 1 所示 3 表 3 1 震源车整车参数 序 号主 要 内 容参 数 1发动机最大功率 kw 360 2发动机最大输出扭矩 N m 1700 3主减速比5 286 4轮距 mm 1852 5簧距 mm 950 6轴距 mm 4325 7变速器一档传动比6 0 8满载后桥载荷 kg 13000 9汽车满载重心高度 mm 1419 11轮胎12 00R20 12最高转速 r min 1800 13轮辋8 00v 20 15汽车总量 kg 8900 16后桥总量 kg 800 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 3 图 3 1 震源车主减速器 3 1 主减速器的结构形式选择 3 1 1 主减速器的齿轮类型选择 一般主减速器的齿轮包括 双曲面齿轮 弧齿锥齿轮 圆柱齿轮和涡轮蜗杆等形式 4 如图 3 2 所示 1 弧齿锥齿轮传动 弧齿锥齿轮弧齿锥齿轮 齿线呈圆弧状 因为齿线呈圆弧 容易磨齿 可获得高精 度的齿轮 因此其在工作时工作平稳噪声和震动小 如果齿轮副锥顶出现稍不吻合的情 况这对于啮合精度要求很高的弧形锥齿轮来说是致命的打击 将直接影响其工作条件 导致齿轮的磨损严重 噪声变大 影响使用寿命 2 双曲面齿轮传动 双曲面齿轮传动的特点 主从动齿轮的轴线相互垂直但不相交 且主动齿轮轴线相 对从动齿轮轴线向上或向下偏移一距离 E 叫做偏移距 5 如果使一个齿轮轴从另一个齿 轮轴的上面通过 就需要偏移距足够大 这样才能在齿轮两边布置尺寸紧凑的支撑 才 能保证齿轮正确齿合 增强支撑刚度 提高齿轮的使用寿命 双曲面传动中一对啮合的双曲面齿轮法向量模数相等 由于大齿轮的螺旋角小于小 齿轮的小齿轮的端面模数大于大齿轮的端面模数 所以双曲面传动的小齿轮有更大的强 度和刚度 现实中当轮廓尺寸有限又需求大的传动比 通常都会采用双曲面齿轮 原因是双曲 面主动齿轮螺旋角比螺旋锥齿轮的大 即减少其不产生根切的最少齿数比螺旋锥齿轮的 多 所以在这个条件下大传动比传动时 双曲面齿轮有优势 另外这样进入平均啮合的 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 4 齿数也比较多 工作会比螺旋锥齿轮更加平稳 安静 强度高 也更有利于汽车的总体 布置 另外双曲面齿轮与螺旋锥齿轮相比 进行传动的主动齿轮直径一样 则从动齿轮 的直径大的一定是螺旋锥齿轮 所以在主减速比 i0 不小于 4 5 的传动时采用双曲面齿轮 比较合理 螺旋锥齿轮主动齿轮相对于螺旋锥齿轮来说一般比较小 并且可以合理的利 用差速器空间 所以当传动比小于 2 时 一般选用螺旋锥齿轮 3 圆柱齿轮传动 圆柱齿轮传动广泛应用于发动机横置的前置前驱动乘用车驱动桥和双级主减速器驱 动桥以及轮边减速器 螺旋锥齿轮 双曲面齿轮 圆柱齿轮传动 蜗杆传动 图 3 2 主减速器的几种齿轮类型 4 蜗杆传动 蜗杆蜗轮传动用于两轴交叉 90 度 但彼此既不相交也不平行的情况下 通常在蜗轮 传动中蜗杆是主动件蜗轮是被动件 现代汽车中又有一些一车采用涡杆涡轮传动 在震 源车上发动机高速转动车辆低速行驶时为了和较大轮胎之间匹配需要传动比在 8 14 而 蜗轮蜗杆的传动比一般为 7 80 所以一级蜗轮传动减速器相对于结构形势复杂轮廓尺寸 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 5 过大总质量过重并且传动效率很低的二级蜗轮减速器更为适合本车 与其他齿轮传动相 比 蜗轮蜗杆传动有着结构紧凑能够获得较大传动比 工作时工况条件安稳没有杂音 并且传动功率范围大能够进行自锁 另外蜗轮一般采用有色金属制造所以其体积小质量 轻结构简单便于总体布置 不但能够传递较大载荷而且使用年限也比较长 但是由于造 价昂贵制造成本过高所以也没有在现实中得到广泛的推广 以下是我们通过查阅资料分析求证进而为震源车选择的主减速器的双曲面齿轮图 其中当小齿轮左旋 大齿轮右旋时 下偏移 当小齿轮右旋 大齿轮左旋时 上偏移 图 3 3 双曲面齿轮的偏移方向和距离 3 1 2 主减速器的减速形式选择与分析 实际工作中我们是按着不同的使用需求对主减速器进行选择的 主减速器的结构形式 在实际生活中是按不同的工作需求进行不同的选择的 由于震源车也分中型和重型所以 一般结构形态比较简单总体质量轻巧生产制造成本低廉使用操作便捷的单机主减速器被 广泛应用于轿车轻型和中型汽车上 当然也包括中型震源车 而双级主减速器和有着置 于两侧车轮附近形成独立部件的轮边减速器则大多应用于重型震源车大型客车越野汽车 等重型车上 考虑到研发时长生产制造的成本 还有实际工作中使用操作是否便捷结构形态是否 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 6 简单 体积和质量是否轻巧是否便于总体布置等情况输入主减速比 i 5 286 7 6 所以 选择单机主减速器 3 1 3 主减速器齿轮计算载荷的分析和确定 转矩是主减速器锥齿轮的计算载荷 通常按最低档传动比与发动机最大转矩 Temax确 定从动锥齿轮计算转矩 Tjh通过对比分析驱动车轮打滑时主减速器从动齿轮上的转矩 选 择出比较小的作为震源车主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷 即 3 nKiTT TTLeje 0max 1 3 LBLB r jh i rG T 2 2 本文中 3 3 nKiTT TTLeje 0max 24262 74 N m 1700 6 0 5 286 1 0 9 2 60642 2 N m 3 4 LBLB r jh i rG T 2 1300 9 8 0 85 0 56 1 1 后桥从动齿轮的齿数和主动齿轮齿数根据整车匹配参数计算给定 Z2 37 Z1 7 其它 参数取最低档传动比和发动机最大转矩 Temax确定从动锥齿轮计算转矩 Tjh 通过对比和数 据分析得出驱动车轮打滑时作用于主减速器从动齿轮上的转矩 7 这里我们取作用在从 动齿轮上的扭矩中的最小值 8 所以经过上述计算后我们得到发动机引起的扭矩值 24262 74 N m 通过计算分Tc 析后我们得到齿轮参数如表 3 2 所示 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 7 3 2 主从动齿轮参数表 齿轮参数主动齿轮从动齿轮 齿数737 端面模数13 1013 10 齿宽 mm 7676 偏置距 mm 7070 节锥角 12 44 76 8 面锥角 16 57 77 5 根锥角 11 67 72 8 中点螺旋角 45 36 82 分度圆分度圆直径 mm 84 85410 71 分度圆直径 mm 91 7484 7 螺旋方向左右 法向压力角 22 5 22 5 轴交角 90 90 刀盘直径 mm 266 7266 7 3 2 主减速器齿轮强度的计算 为了保证主减速器齿轮在工作中能够达到我们预期的齿轮强度 经久耐用的使用年 限 我们在对其进行完理论分析及几何计算后 我们会运用一定的公式计算其齿轮强度 值 对照相应参数 检验其是否满足需求 齿轮在工作中会出现齿轮断齿 齿轮表面收腐蚀 齿轮表面部分削落 齿轮间的相 互磨损 齿轮面胶合在一起等 这些都会影响齿轮的正常运行 当然这些有的我们可以 控制避免有的不能控制避免 所以在对齿轮的生产制造过程中 就要求我们对于原材料 的选择 齿轮加工时的精度 加工时热处理是否正确 以及齿轮的设计是否合理等进行 严格的把关 因为这些都是造成齿轮损坏影响齿轮使用寿命的重要原因 当然不真确的 使用条件也会造成齿轮损坏 当然即使上面的我们全部进行了严格的控制 我们仍然不 能忘了对齿轮进行强度检验 目前的强度计算多为近似计算 强度的计算仅供参考 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 8 3 2 1 单位齿长上的圆周力 我们可以通过公式计算出单位齿长上的圆周力 公式主要参数 P 和参数 FFPp 对圆周力起着决定影 P 就是作用在齿轮上的圆周力 N 最大附着力矩和发动机最大转矩 Teamx两种载荷工况就是进行计算的依据 9 F 从动齿轮的齿面宽 mm 3 5 FPp 由于本文的主动齿轮参数和从动齿轮参数都是采用发动机最大转距来计算得来的 所以计算圆周力时我们也采用发动机最大转距来进行计算 尽可能地保证数据的精准性 和一致性 3 6 Fd iT p ge 2 10 1 3 max 式中 Temax 发动机所能输出的最大转矩 N m ig 变速器传动比 通常选用取直接档或者 1 进行计算 d1 主动齿轮节圆直径 mm 对于多桥驱动汽车还应该考虑到驱动桥数及分动器传动比和驱动桥数 根据 I 档计算单位齿长上的圆周力 1 p 1429N mm 3 1 2 1700 6 0 0 9 10 1423 2 84 85 76 pN mmp 圆周力根据直接档计算单位齿长上 2 p 250 N mm 3 2 2 1700 0 9 10 237 16 2 84 85 76 pN mmp 表 3 3 许用单位齿长上的圆周力 p N mm 档位1 档直接档 圆周力 p N mm1429250 对照上面表格可知我们计算所得数值可以满足驱动桥主从动齿轮耐磨性工作需求 3 2 2 轮齿的弯曲强度计算 汽车主减速器双曲面齿轮轮齿与螺旋锥齿轮的计算弯曲应力 N mm2 为 w 3 3 2 0 10 2 JmzFK KKKT v msj w 7 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 9 式中 Tj 齿轮的计算转矩 N m 把上述计算转矩换算到主动齿轮上就是主动齿轮 的数据 K0 超载系数 Ks 尺寸系数 与齿轮的加工尺寸及预热处理有关 能够直接的反映材料性质 是否均匀 当端面模数 m 1 6mm 时 Ks 4 4 25 m Km 载荷分配系数 当两个齿轮都采用骑马式支承型式支撑时 Km 1 001 10 当一个齿轮用骑马式支承型式支撑时 Km 1 101 25 支承刚度大时 取小值 10 Kv 质量系数 当汽车驱动桥齿轮接触良好 周节及径向跳动精度高时 可取 Kv 1 F 一 计算齿轮的齿面宽 mm Z 计算齿轮的齿数 m 端面模数 mm J 计算弯曲应力用的综合系数 此后桥取 J 0 255 Ks 0 8474 413 1 25 4 则 367 58 700 3 2 2 24262 74 1 0 8474 1 1 10 1 76 37 13 10 255 w a Mp w a Mp 表 3 4 汽车驱动桥齿轮的许用应力 计算载荷 主减速器齿轮的许用弯曲 应力 主减速器齿轮的许用接触 应力 按计算得出的最大计算转 矩 Tje Tj 中的较小者 7002800 按平均计算转矩 Tjm210 91750 那么齿轮的弯曲强度安全系数 n 为 w w n 700 1 904 367 58 通过计算所得数据对照图表可知后桥齿轮能满足弯曲强度要求 3 3 轮齿的接触强度计算 双曲面齿轮齿面与圆锥齿轮的计算接触应力 MPa 为 j 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 10 3 8 3 max1 1 3 0max1 1 102 T T FJK KKKKT d C v fmsp j 式中 Cp 材料的弹性系数 对于钢制齿轮副取 232 6N1 2 mm T1 T1max 分别为主动齿轮的工作转矩和最大转矩 N m d1 主动齿轮节圆直径 mm F 齿面宽 mm 取齿轮副中的较小值 一般为从动齿轮齿面宽 Kf 表面质量系数 对于制造精确的齿轮可取 Kf 1 J 计算接触应力的综合系数 此后桥 J 0 16 T1max 0 24262 74 4831 58 5 286 0 95 G Tc NM i 通常式 3 8 简化为 3 9 3 1max0 1 210 psmf j v CTK K K K dK FJ 则 2443 7MPa 2800MPa 3 232 62 481 58 1 1 1 1 10 84 851 76 0 16 j 那么齿轮的接触强度安全系数 n 为 2800 1 146 2443 7 j j n 通过计算数据可以确定齿轮能满足接触强度要求 4 主减速各零件设计确定 4 1 齿轮的设计 主减速器齿轮的工作强度较高 承受载荷较大 因此为了防止其磨损 腐蚀 胶合 断裂等情况选择能够提高齿面硬度的 45 号钢 对于软齿面硬度小于等于 350 的外啮合闭 式传动可按式 m 0 07 0 02 a 初选模数 m 对硬齿面大于等于 350 的外啮合闭式齿轮采 用式 m 0 016 0 0315 初选模数 本设计齿轮的模数选择计算数值 13 后附详细齿轮图 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 11 图 4 1 主减速器齿轮 4 2 轴的设计 根据工作条件 为了满足轴的工作强度要求选用 45 号钢 正火处理 硬度范围 271 到 255HBS 可采用扭曲强度计算轮的最小直径 公式 轮的最小直径 3 0min n p Ad mmd45 1 4 1 mm n p Ad45 1800 1429 50 33 0min 通过这个公式同理可以算出 查mmd52 2 mmd55 3 mmd60 4 mmd66 5 表的 L 283mm 取 mml82 11 mml73 12 mml36 13 mml58 14 mml12 15 图 4 2 主减速器轴图 详细轴图见附图 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 12 5 5 结论结论 本文是针对某一型号震源车主减速进行的设计研究 采用传统设计与现代科技相结合 的方法完成了主减速器及其零件的设计而且采用的单机主减速器可以保证震源车在不设 置副变速器的情况下 增加传动器的传动比 从而提升牵引力保证其稳定性 为了传递 较大的转矩该车后驱动桥主动锥齿轮的支承形式采用骑马式支承 而为了减小在运行过 程中因轴承能力和支承刚度不够导致齿隙变化 产生噪音 增加磨损 采用具有较大支 承刚度的圆锥滚子轴承 本次设计既结构简单 工作平稳可靠 且被大多数汽车厂所生 产 减少了成本 又能保证产品的质量 而且相关零件设计的都比较合理 符合实际应用情况 不但有着良好的动力性和经 济性 而且修理简单 保养方便 制造容易 但是不排除本设计在实际工作中存在一些 问题 因为汽车的理想工作状态基本达不到所以一定会存在一些小问题 这就需要我们 及时发现及时改正 调整设计尽量使本设计更加完美 能够更好的工作 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 13 参考文献参考文献 1 王聪兴 冯茂林 现代设计方法在驱动桥设计中的应用 J 公路与汽运 2004 17 19 2 刘惟信 汽车设计 M 北京 清华大学出版社 2001 3 唐善政 汽车驱动桥噪声的试验研究与控制 J 汽车科技 2000 4 成大先 机械设计手册 M 北京 化学工业出版社 1993 5 陈家瑞 汽车构造 M 北京 机械工业出版社 2003 6 余志生 汽车理论 M 北京 机械工业出版社 1990 7 王望予 汽车设计 M 北京 机械工业出版社 2005 8 林军 周晓军 陈子辰 陈庆春 汽车驱动桥总成在线自动检测系统 J 机械与电子 2000 79 80 9 王铁 张国忠 周淑文 路面不平度影响下的汽车驱动桥动载荷 J 东北大学学报 2003 158 159 10 温芳 黄华梁 基于模糊可靠度约束的差速器行星齿轮传动优化设计 J 2004 62 63 德州学院 汽车工程学院 2014 届 交通运输专业 毕业设计 14 The design of focal reducer owners College of Automotiv