福田欧曼ETX驱动桥的设计论文

摘 要福田欧曼 ETX 在汽车生产中占有很大的比重，而且驱动桥在整车中十分重要。驱动桥作为汽车四大总成之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于载货汽车显得尤为重要。为满足目前当前载货汽车的快速、高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥 。 设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展，并且通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能，所以本题设计一款结构优良的轻型货车驱动桥具有一定的实际意义。本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数，在分析驱动桥各部分结构形式、发展过程及其以往形式的优缺点的基础上，确定了总体设计方案，采用传统设计方法对驱动桥各部件主减速器、差速器、半轴、桥壳进行设计计算并完成校核。最后运用 AUTOCAD 完成装配图和主要零件图的绘制。关键词：福田欧曼 ETX；驱动桥；单级主减速器；差速器；半轴；桥壳ABSTRACTFukuda lehman ETX take a large proportion of commercial vehicles production, and the drive axle is one of the most important structure. Drive axle is the one of automobile four important assemblies, Its performance directly influence on the entire automobile, especially for the truck .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed, heavy-loaded, high efficiency, high benefit today truck, must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the trucks developing tendency. Design a simple, reliable, low cost of the drive axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production, and promote the economic development of automobile and automotive drive axle of the study and design practice, can better learn and to master modern automotive design and mechanical design of a comprehensive knowledge and skills, so the title of the fine structure of the design of a pickup vehicle drive axle has a certain practical significance.In this paper, first of all determine the structure of major components and the main design parameters, the analysis of the various parts of the structure of the bridge drive type, the form of the development process and its advantages and disadvantages of the past, determined on the basis of the design program, using the traditional design method of various parts of the drive axle Main reducer, differential, axle, axle housing was designed to calculate and complete the check. Finally complete the final assembly drawing by using AUTOCAD and mapping the main components.Keywords: Fukuda lehman ETX; Drive axle; Single reduction final drive; Differential; Axle; Drive Axle housing目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 选题背景目的及意义 .11.2 设计的基本内容、拟解决的主要问题 .3第 2 章 驱动桥的总体方案确定 .52.1 总体方案论证 .52.1.1 非断开式驱动桥 .52.1.2 断开式驱动桥 .52.2 驱动桥结构组成 .62.3 驱动桥设计要求 .62.4 主减速器结构方案的确定 .72.4.1 主减速比的计算 .72.4.2 主减速器的齿轮类型 .72.4.3 主减速器的减速形式 .92.4.4 主减速器主从动锥齿轮的支承形式及安装方法 .102.5 差速器结构方案的确定 .112.6 半轴形式的确定 .112.7 桥壳形式的确定 .122.8 本章小结 .12第 3 章 主减速器的基本参数选择与设计计算 .133.1 主减速齿轮计算载荷的计算 .133.2 主减速器齿轮参数的选择 .143.3 螺旋锥齿轮的强度计算 .16 3.4 主减速器锥齿轮轴承的设计计算 .203.5 主减速器齿轮材料及热处理 .223.6 主减速器的润滑 .233.7 本章小结 .23第 4 章 差速器设计 .244.1 概述 .244.2 对称式圆锥行星齿轮差速器原理 .244.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构 .254.4 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计 .264.5 本章小结 .29第 5 章 半轴设计 .305.1 概述 .305.2 半轴的设计与计算 .305.2.1 全浮式半轴的计算载荷的确定 .305.2.2 全浮半轴杆部直径的初选 .325.2.3 全浮半轴强度计算 .325.3 本章小结 .32第 6 章 驱动桥桥壳的设计 .336.1 概述 .336.2 桥壳的结构型式 .336.3 桥壳的受力分析及强度计算 .336.4 本章小结 .34结论 .35参考文献 .36致谢 .37附录 .38第 1 章 绪 论1.1 选题背景目的及意义从目前我国载货车销售的结构上看，由于国家基础设施建设以及市政建设的投入日益加大，重型自卸车的销量猛增；又由于货物运输向专用化、大型化发展，传统意义的重型载货车较之上年有不同程度的下挫。 对 于 国 内 卡 车 市 场 而 言 ， 虽 然 最 近 群 雄 并 起 ， 各 种 资 本 纷 纷 进 入 ， 竞 争 异 常残 酷 激 烈 ， 但 目 前 大 的 格 局 基 本 已 定 ： 解 放 、 东 风 、 重 汽 、 陕 汽 、 欧 曼 将 跻 身 第一 集 团 ； 上 汽 依 维 柯 红 岩 、 江 淮 、 北 奔 、 华 菱 做 为 第 二 集 团 ， 将 向 第 一 集 团 的 地位 不 断 发 起 冲 击 ； 而 广 汽 、 集 瑞 、 长 安 、 大 运 等 后 起 之 秀 或 许 会 后 来 居 上 、 有 所作 为 ， 有 待 市 场 考 验 。自卸车市场，占据较大数量的是东风 EQ3208 系列，占市场的 70多。该系列采用康 明斯 180 至 210 马力发动机，超大的车厢以及经济型的配置使得该车在自卸车市场具有绝对的优势。 牵引车市场受追捧的是陕汽、重汽的 S35 和 S29，良好的性价比以及大马力、大吨位的特点使得该系列产品拥有极佳的口碑。260 至 360 马力发动机、富勒变速箱、斯太尔加强桥使该车的配置光彩夺目。 货运车（包括仓栅车）竞争极为激烈，可用群雄纷争来形容，一汽的 CA1200 系列、东风的 EQ1208 系列、红岩的 CQ19 系列等都是畅销产品。重型专用车批量小、难度高，一直不为国内企业所重视，高档专用车为进口品牌所垄断，沃尔沃、曼等品牌参与国内竞争主要以专用车为主。 国外卡车的发展趋势 各国商用车制造厂家目前正采用令人惊叹的高新技术来最大限度地保障安全，提高效率。重型车的发展趋势对安全、可靠、舒适的人性化设计等方面提出更高的要求。在安全性方面，国际潮流是安装制动防抱死系统（ABS） 、翻车警告系统、电子控制制动系统（EBS） 、红外线夜视系统以及其它的驾驶室安全性措施。在欧洲，多数重型车驾驶室都要经受严格的加载、撞击与扭振试验，完全合格后方可投入批量生产。其目的是在发生翻车事故后，驾驶室不会被压扁，保证驾驶员的生存空间，车门不会自行打开，人员不会抛出车外。在舒适性方面，现在的商用车乘坐舒适性已接近轿车的水平。主要表现为驾驶室空间比轿车还要宽敞许多，各种设施一应俱全。特别是长途行驶的牵引车，不仅有音响、冷暖空调和通讯设备，而且还有卫星导航、冷热饮柜、电视、衣柜等装备；驾驶室的支点装有弹性缓冲装置，驾驶员座椅下方有空气弹簧缓冲支承，保证了驾驶员乘坐舒适平稳。 在环保性方面，柴油发动机技术的提高，为实现柴油机降低废气排放提供了基本保证。同时新技术的应用又可以帮助清洁柴油，减少废气排放。如催化微粒过滤器，它可以清除排气中 90至 95的烟尘等。 在可靠性和耐久性方面，国外先进企业中重型载货汽车的保修期大多在 60 万公里，实际上都能保证 80 万至 100 万公里无大修，而国内保修期大多在 10 万公里左右。国外重型载货汽车只要在正常情况下使用就基本不会出现故障，而国内的车初期故障率则一直较高。我国的维修保养费用在汽车运输成本中的比重远高于国外水平。福田 2006 年 3 月推出的重卡新产品欧系顶级欧曼 ETX，采用全钢结构一次性冲压成型的高顶宽体车身，其中牵引车、载货车等车身采用四点全浮式减震装置，多向可调节减震座椅。可选装 GPS 定位系统、导航系统、车载冰箱、车载电话、DVD以及电动天窗等配置。车身的迎风面积为 6.98m2（一般重卡为 7.48m2） ，风阻系数较低，可节油 12%18%。欧 曼 ETX 秉 承 了 欧 曼 重 卡 一 贯 的 高 大 威 猛 车 身 造 型 ， 彰 显 了 欧 洲 重 卡 的 阳 刚之 气 。 驾 驶 室 符 合 欧 洲 EEC 法 规 标 准 的 防 正 面 、 侧 面 碰 撞 、 顶 压 以 及 前 端 钻 进 的全 面 安 全 法 规 标 准 ， 碰 撞 安 全 性 大 大 提 高 。 在 实 现 安 全 驾 驶 的 同 时 ， 也 充 分 考 虑到 了 现 代 社 会 对 于 环 保 的 要 求 。欧曼 ETX 共分两个系列产品：洲际版和豪华版。洲际版采用欧标准的美国康明斯 ISM 发动机（Mil） 。该机在低转速 800x/min 时可提供 8801250Nm 的起步扭矩，而且可提供 28%45%的扭矩储备。豪华版主要配装潍柴动力的 06 款发动机。ETX 配装美国伊顿 S9 全同步器变速器，485 单级减速冲焊驱动桥与 13t 双级减速桥相比，该桥具有传动效率高、节油、承载能力强等优点。ETX 的离合器为 430 大摩片螺旋弹簧式。该车所用的 WEVB 发动机制动技术，可使制动器的使用寿命提高45%55%。驾 驶 室 内 部 的 轿 车 化 内 饰 ， 豪 华 优 雅 、 高 档 气 派 ， 符 合 了 现 代 人 的 审 美 情 趣 。创 新 设 计 的 轿 车 化 仪 表 台 、 采 用 了 集 成 化 控 制 。 采 用 奔 驰 技 术 的 单 杆 变 速 操 纵 系统 ， 使 驾 驶 员 长 途 驾 驶 操 纵 更 轻 便 、 更 灵 活 。 四 点 全 浮 悬 置 、 气 囊 减 震 的 座 椅 ，整 体 式 侧 裙 板 、 后 轮 罩 等 设 置 都 大 幅 度 提 高 了 整 车 的 舒 适 性 能 。重 卡 轻 量 化 作 为 目 前 市 场 的 主 流 ， 不 仅 是 企 业 技 术 与 研 发 的 核 心 ， 更 是 消 费者 购 买 的 主 选 。 一 批 掌 握 了 轻 量 化 技 术 的 重 卡 企 业 ， 已 经 在 2010 年 的 市 场 竞 争中 突 出 重 围 、 脱 颖 而 出 ， 成 为 了 用 户 的 宠 儿 。 欧 曼 凭 借 在 轻 量 化 方 面 的 领 先 技 术 和 丰 富 的 产 品 线 ， 其 轻 量 化 牵 引 车 集 轻 量化 、 安 全 可 靠 、 燃 油 经 济 性 于 一 身 ， 成 为 了 大 家 关 注 的 焦 点 。 为 满 足 不 同 类 型 用户 的 需 求 ， 欧 曼 将 产 品 细 分 为 高 速 型 、 标 准 型 和 重 载 型 。 丰 富 的 产 品 线 ， 为 欧 曼 6系 牵 引 车 的 轻 量 化 设 计 提 供 了 基 础 ， 凭 借 着 稳 定 而 卓 越 的 技 术 ， 欧 曼 6 系 轻 量化 牵 引 车 为 用 户 带 来 了 更 多 的 额 外 收 益 ， 赢 得 了 越 来 越 多 的 消 费 者 信 任 。2010 年 11 月 13 日 ， 由 国 家 知 识 产 权 局 和 世 界 知 识 产 权 组 织 主 办 的 第 十 二 届中 国 专 利 奖 评 选 活 动 中 ， 福 田 欧 曼 ETX 重 型 卡 车 的 外 观 设 计 专 利 荣 获 中 国 交 通 类外 观 设 计 唯 一 金 奖 ， 该 奖 项 为 中 国 专 利 奖 评 选 活 动 中 首 次 设 立 的 奖 项 ， 也 是 目 前国 内 外 观 设 计 专 利 领 域 的 最 高 奖 项 。福田欧曼 ETX 的上市，不但代表了我国重卡不断进步的技术水平，而且正在引领着我国卡车技术的发展趋势。1.2 设计的基本内容、拟解决的主要问题1、设计车型欧曼 3 系主要参数如表 1.1表 1.1 欧曼 3 系主要参数轮胎 9.00R20发动机最大功率 118/2600 Pemax kW/np （r/min）发动机最大转矩 255/2000 Temax Nm/nr （r/min）装载质量 6000 kg汽车满载总质量 12000 kg满载时轴荷分布 前轴 3820 后轴 8280 kg最大车速 90 km/h轮距（双胎中心线） 1900 mm2、基本内容(1) 研究驱动桥组成、结构、原理；(2) 主减速器的结构设计 ,基本参数选择及设计计算；(3) 差速器齿轮的基本参数的选择、尺寸及强度计算；(4) 驱动半轴的结构设计及强度计算；(5) 驱动桥壳的结构设计及受力分析与强度计算。3、拟解决的主要问题(1)驱动桥结构形式及布置方案的确定。(2)驱动桥零部件尺寸参数确定及校核。(3)完成驱动桥装配图和主要部分零件图。第 2 章 驱动桥的总体方案确定2.1 总体方案论证2.1.1 非断开式驱动桥普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大，这是它的一个缺点。驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下，如果单级主减速器不能满足离地间隙要求，可该用双级结构。在双级主减速器中，通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内，也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器：越野汽车为了提高离地间隙，可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方；公共汽车为了降低汽车的质心高度和车厢地板高度，以提高稳定性和乘客上下车的方便，可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方；有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度，在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时，将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货汽车上，有时采用蜗轮式主减速器，它不仅具有在质量小、尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点，而且对汽车的总体布置很方便。2.1.2 断开式驱动桥断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素，而汽车簧下部分质量的大小，对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜，提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度，减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。但是，由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。由于非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠，查阅资料，参照国内相关货车的设计,最后本课题选用非断开式驱动桥。2.2 驱动桥结构组成在多数汽车中，驱动桥包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴）及桥壳等部件如图 2.1 所示。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101.半轴2.圆锥滚子轴承3.支承螺栓4.主减速器从动锥齿轮5.油封6.主减速器主动锥齿轮7.弹簧座8.垫圈9.轮毂10.调整螺母图 2.1 驱动桥2.3 驱动桥设计要求1、选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。2、外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。3、齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。4、在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。5、具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。6、与悬架导向机构运动协调。7、结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。2.4 主减速器结构方案的确定2.4.1 主减速比的计算主减速比 对主减速器的结构形式、轮廓尺寸、质量大小影响很大。当变速器处0i于最高档位时 对汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。 的选择应在汽车总体0i设计时和传动系统的总传动比一起由整车动力计算来确定。可利用在不同的下的功率平衡图来计算对汽车动力性的影响。通过优化设计，对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择 值，可是汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。0i对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给定发动机最大功率 及其转速 的情况下，所选择的 值应能保证这些汽车有尽可能高的amxPpn0i最高车速 。这时 值应按下式来确定 5：v0i=0.377 （2.1）0ighaprivnmx车轮的滚动半径， =0.414 mr r变速器最高档传动比 1.0（为直接档） 。 ghi最大功率转速 2600r/minpn最大车速 90km/hav对于与其他汽车来说，为了得到足够的功率而使最高车速稍有下降，一般选得比最小值大 10%25% ，即按下式选择：=（0.3770.472 ） 0i ghaprivnmx（2.2）经计算初步确定 =5.14 按上式求得的 应与同类汽车的主减速比相比较，并考虑到0i 0i主、从动主减速齿轮可能的齿数对 予以校正并最后确定。2.4.2 主减速器的齿轮类型按齿轮副结构型式分，主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动（又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动）和蜗杆蜗轮式传动等形式。在发动机横置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮；在发动机纵置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动。 在现代货车车驱动桥中，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。螺旋锥齿轮主、从动齿轮轴线交于一点，交角都采用 90 度。螺旋锥齿轮的重合度大，啮合过程是由点到线，因此，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。双曲面齿轮主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。和螺旋锥齿轮相比，双曲面齿轮的优点有：1、尺寸相同时，双曲面齿轮有更大的传动比。2、传动比一定时，如果主动齿轮尺寸相同，双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有较大轴径，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，双曲面从动齿轮的直径较小，有较大的离地间隙。4、工作过程中，双曲面齿轮副既存在沿齿高方向的侧向滑动，又有沿齿长方向的纵向滑动，这可以改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。双曲面齿轮传动有如下缺点：1、长方向的纵向滑动使摩擦损失增加，降低了传动效率。2、齿面间有大的压力和摩擦功，使齿轮抗啮合能力降低。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。螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，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捏合，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。本次设计采用螺旋锥齿轮。如图 2.2。图 2.2 螺旋锥齿轮传动2.4.3 主减速器的减速形式主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比 io 的大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。通常单极减速器用于主减速比 io7.6 的各种中小型汽车上（a） 单级主减速器 （b） 双级主减速器图 2.2 主减速器如图 2.2（a）所示，单级减速驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺较简单，成本较低，是驱动桥的基本型，在货车车上占有重要地位。目前货车车发动机向低速大扭矩发展的趋势使得驱动桥的传动比向小速比发展；随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，许多货车使用条件对汽车通过性的要求降低，因此，产品不必像过去一样，采用复杂的结构提高其的通过性；与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性增加。如图 2.2（b）所示，与单级主减速器相比，由于双级主减速器由两级齿轮减速组成，使其结构复杂、质量加大；主减速器的齿轮及轴承数量的增多和材料消耗及加工的工时增加，制造成本也显著增加，只有在主减速比 较大（7.616 时，取 =0max)(195.0eTG+Pf3.2 主减速器齿轮参数的选择选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：为了磨合均匀， ， 之间应避免1z2有公约数；为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于 40；为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车 一般不小于 6；1主传动比 较大时， 尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。对于不同的主传0i1z动比， 和 应有适宜的搭配。初定主动齿轮齿数 =14，从动齿轮齿数 =29。1z2 1z2z齿轮端面模数 ,由 GB/T12368-1990，取9.753.790)4.30(33 =jmtTK6mm。主减速器齿轮的具体参数如表 3.1。=tm表 3.1 主减速器齿轮的几何尺寸计算用表序号 项 目 计 算 公 式 计 算 结 果1 主动齿轮齿数 1z142 从动齿轮齿数 2 293 模数 m64 齿面宽 F=28mm1F=44mm25 工作齿高 Hhg1=6.05mm=gh6 全齿高 2 =6mm7 法向压力角 =208 轴交角 =909 节圆直径 =dmz84mm=1d=174mm210 节锥角arctan121=90-2=271=632r序号 项 目 计 算 公 式 计 算 结 果11 节锥距 A =02sindA =97.64mm012 周节 t=3.1416 mt=18.85mm13 齿顶高21agahk2 =2.56mm1ah=3.62mm214 齿根高 =fa=3.49mm1f=6.29mm215 径向间隙 c= ghc=1.56mm16 齿根角 0arctnAf=291=63217 面锥角 ；21+=a 12a=27a=6618 根锥角=f-=2f2=29f=58219 外圆直径11cosaahd=22+=87mm1ad=177mm220 节锥顶点止齿轮外缘距离101in-a2d2sh=84.162mm01=37.295mm221 理论弧齿厚 1-ts=mSk2 =20.91mm1s=7.36mm222 齿侧间隙 B=0.2540.330 0.3mm23 螺旋角 =35螺旋锥齿轮螺旋方向 主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受的轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向。这样可使主、从动齿轮有分离的趋势，防止轮齿因卡死而损坏。所以主动锥齿轮选择为左旋，从锥顶看为逆时针运动，这样从动锥齿轮为右旋，从锥顶看为顺时针，驱动汽车前进。旋角 的选择 螺旋角 是在节锥表面的展开图上定义的，齿面宽中点处为该齿轮的名义螺旋角。螺旋角应足够大以使 1.25。因 越大传动就越干稳，噪声就越低。在一般机械FmF制造用的标准制中，螺旋角推荐用 35。法向压力角 a 的选择 法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数，也可以使齿轮运转平稳，噪音低。对于货车弧齿锥齿轮， 一般选用 20。3.3 螺旋锥齿轮的强度计算1、损坏形式及寿命在完成主减速器齿轮的几何计算之后，应对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。它们的主要特点及影响因素分述如下：（1）轮齿折断主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开始，因为齿根处齿轮的弯曲应力最大。疲劳折断：在长时间较大的交变载荷作用下，齿轮根部经受交变的弯曲应力。如果最高应力点的应力超过材料的耐久极限，则首先在齿根处产生初始的裂纹。随着载荷循环次数的增加，裂纹不断扩大，最后导致轮齿部分地或整个地断掉。在开始出现裂纹处和突然断掉前存在裂纹处，在载荷作用下由于裂纹断面间的相互摩擦，形成了一个光亮的端面区域，这是疲劳折断的特征，其余断面由于是突然形成的故为粗糙的新断面。过载折断：由于设计不当或齿轮的材料及热处理不符合要求，或由于偶然性的峰值载荷的冲击，使载荷超过了齿轮弯曲强度所允许的范围，而引起轮齿的一次性突然折断。为了防止轮齿折断，应使其具有足够的弯曲强度，并选择适当的模数、压力角、齿高及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等。齿根圆角尽可能加大，根部及齿面要光洁。（2）齿面的点蚀及剥落 齿面的疲劳点蚀及剥落是齿轮的主要破坏形式之一，约占损坏报废齿轮的 70%以上。它主要由于表面接触强度不足而引起的。1.点蚀：是轮齿表面多次高压接触而引起的表面疲劳的结果。由于接触区产生很大的表面接触应力，常常在节点附近，特别在小齿轮节圆以下的齿根区域内开始，形成极小的齿面裂纹进而发展成浅凹坑，形成这种凹坑或麻点的现象就称为点蚀。一般首先产生在几个齿上。在齿轮继续工作时，则扩大凹坑的尺寸及数目，甚至会逐渐使齿面成块剥落，引起噪音和较大的动载荷。在最后阶段轮齿迅速损坏或折断。减小齿面压力和提高润滑效果是提高抗点蚀的有效方法，为此可增大节圆直径及增大螺旋角，使齿面的曲率半径增大，减小其接触应力。在允许的范围内适当加大齿面宽也是一种办法。2.齿面剥落：发生在渗碳等表面淬硬的齿面上，形成沿齿面宽方向分布的较点蚀更深的凹坑。凹坑壁从齿表面陡直地陷下。造成齿面剥落的主要原因是表面层强度不够。例如渗碳齿轮表面层太薄、心部硬度不够等都会引起齿面剥落。当渗碳齿轮热处理不当使渗碳层中含碳浓度的梯度太陡时，则一部分渗碳层齿面形成的硬皮也将从齿轮心部剥落下来。（3）齿面胶合 在高压和高速滑摩引起的局部高温的共同作用下，或润滑冷却不良、油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时，因高温、高压而将金属粘结在一起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。它多出现在齿顶附近，在与节锥齿线的垂直方向产生撕裂或擦伤痕迹。轮齿的胶合强度是按齿面接触点的临界温度而定，减小胶合现象的方法是改善润滑条件等。（4）齿面磨损 这是轮齿齿面间相互滑动、研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒、装配中带入的杂物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不洁物所造成的不正常磨损，应予避免。汽车主减速器及差速器齿轮在新车跑合期及长期使用中按规定里程更换规定的润滑油并进行清洗是防止不正常磨损的有效方法。汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为 20 万千米或以上时，其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。因此，驱动桥齿轮的许用弯曲应力不超过210.9Nmm 。2主减速器螺旋锥齿轮的强度计算在完成主减速器齿轮的几何计算之后，应对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。螺旋锥齿轮的强度计算：(1)主减速器螺旋锥齿轮的强度计算单位齿长上的圆周力(3.5)FPp=式中： 单位齿长上的圆周力，N/mm;P作用在齿轮上的圆周力， N，按发动机最大转矩 和最大附着力maxeT矩两种载荷工况进行计算；按发动机最大转矩计算时：=883.1 (3.6)FdiTpge=2103max/m按最大附着力矩计算时:=1545 (3.7)drGp=2103/N虽然附着力矩产生的 p 很大，但由于发动机最大转矩的限制 p 最大只有 883.1/Nm可知，校核成功。轮齿的弯曲强度计算。汽车主减速器螺旋锥齿轮轮齿的计算弯曲应力)/(2w(3.8)JmzFKKTvSj=2031式中： 超载系数 1.0；0尺寸系数 = =0.772s s4.25载荷分配系数 1.11.25；mK质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，档齿轮接触良好、节及径向跳v动精度高时，取 1；J计算弯曲应力用的综合系数，见图 3.1。图 3.1 弯曲计算用综合系数 J作用下： 从