中型载货汽车驱动桥设计毕业设计说明书

1、沈阳建筑大学城市建设学院 毕业设计说明书 毕 业 设 计 题 目 中型载货汽车驱动桥设计 系专业班级 交通与机械工程系交通运输12-1班 学 生 姓 名 张执晶 性别 男 指 导 教 师 王文钊 职称 工程师 2016年5月27日摘要本次毕业设计的题目是中型载货货车驱动桥设计。驱动桥是汽车传动系统的重要组成部件，位于传动系的末端，其功用是增大由传动轴或变速器传来的转矩，将其传给驱动轮并使其具有差速功能。所以中型载货汽车驱动桥设计有着重要的实际意义。在本次设计中，根据当今驱动桥的发展情况确定了驱动桥各部件的设计方案。其中根据本次设计的车型为中型载货货车，故主减速器的形式采用单级主减速器，而差速器

2、则采用目前被广泛应用的对称式锥齿轮差速器，其半轴为全浮式支撑。在本次设计中完成了对主减速器、差速器、半轴、桥壳及轴承的设计计算及校核并通过以上计算满足了驱动桥的各项功能。此外本设计还应用了较为先进的设计软件，如用AUTOCAD软件绘图。本次设计除了要保持驱动桥有足够的强度、刚度和足够的使用寿命，以及足够的其他性能。并且还要做到零件的通用化和标准化。关键词：驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳AbstractThe graduation project is the subject of a medium goods vehicle driver in the design of the bri

3、dge. Bridge drive vehicle drive system is an important component parts，its function is increasing drive shaft or transmission came from the torque，and its transmission to a driving wheel differential function. So the design of the medium truck driving axle has important practical significance.In the

4、 design of the bridge under the current drive the development of the driver identified the components of the bridge design. According to the design of this model for the medium-sized cars，so the main reducer in the form of a single stage main reducer，and the current differential is being widely used

5、 symmetric bevel gear differential; its axle for the whole floating - Support. In the completion of the design of the main reducer，differential and axle，bearings and the bridge shell calculation and design verification. Through the above calculation and the drive to meet the various functions of the

6、 bridge. In addition the design of a more advanced design tools，such as AUTOCAD software graphics.The design in addition to keep the drive bridge has sufficient strength，stiffness and sufficient service life，as well as enough other performance. And to do the part of the general and standardized.Key

7、words：Drive Bridge；the main reducer；differential and axle；Shell Bridge目录第一章 绪论11.1驱动桥简介11.2驱动桥设计的基本要求11.3中型载货汽车驱动桥的国内外研究现状21.3.1国内研究现状21.3.2国外研究现状2第二章 驱动桥结构方案分析42.1驱动桥结构形式的分类42.2断开式驱动桥42.3非断开式驱动5第三章 驱动桥主减速器设计73.1主减速器简介73.2主减速器结构形式的选择73.3主减速器锥齿轮的选择83.3.1螺旋锥齿轮传动83.4主减速器齿轮的支撑103.5主减速器轴承的预紧113.6锥齿轮啮合的调整

8、113.7润滑123.8螺旋锥齿轮的设计123.8.1主减速比的确定123.8.2主减速器齿轮计算载荷的确定133.8.3主减速器齿轮基本参数的选择143.8.4主减速器螺旋齿轮的强度计算173.9主减速齿轮的材料及热处理20第四章 差速器的设计214.1差速器的功用214.2差速器结构形式的选择214.3差速器齿轮的基本参数选择234.4差速器圆锥齿轮几何参数264.5 差速器强度计算26第五章 车轮传动装置的设计285.1车轮传动装置的功用285.2半轴支承型式285.3全浮式半轴计算载荷的确定285.4半轴的强度计算295.5全浮式半轴杆部直径的初选305.6半轴的结构设计及材料与热处理

9、30第六章 驱动桥壳设计326.1驱动桥壳的功用和设计要求326.2驱动桥壳结构方案分析326.3驱动桥壳的受力分析与强度计算336.3.1驱动桥壳的静弯曲应力计算336.3.2在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算356.3.3汽车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算356.3.4汽车紧急制动时的桥壳强度计算37结论40参考文献41致谢42附录一 中文译文附录二 外文资料原文沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文）中型载货汽车驱动桥设计第一章 绪论1.1驱动桥简介驱动桥是汽车传动系的重要组成部分，一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳等组成。其基本功用是：将万向传动装置传来的发动机转矩通过主

10、减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降速增矩；通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮差速的作用，必要时保证内、外车轮以不同的转速转向；承受作用于路面、车架和车身之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩等。与此同时，它还存在着两个问题，一是将发动机输出扭矩，通过万向传动轴将动力传递到驱动轮上，达到更好的车轮牵引力与转向力的有效发挥，进而提高汽车的行驶能力。二是差速器向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽最大可能以纯滚动的形式作不等距运动，减少轮胎与地面之间的摩擦。因此，通过对中型载货汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的

11、学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。1.2驱动桥设计的基本要求 驱动桥设计的是否合理直接影响到汽车使用性能的好坏。因此，设计驱动桥时应当满足如下基本要求：(1) 选择适当的主减速比，以保证汽车具有最佳的动力性和燃油经济性。(2) 外轮廓尺寸要小，保证汽车具有足够大的离地间隙，以达到汽车通过性要求。(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，具有较高的传动效率。(5) 在保证足够高的强度和刚度状态下，尽可能降低质量，特别是簧下质量，以减少不平路面状态下的冲击，进而改善汽车行驶平顺性。工艺性好，结构尽量简单。(6) 与悬架导向机构运动协调；对于转向驱动桥

12、，还应与转向机构运动协调。(7) 结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修、调整方便。伴随着汽车向大功率发动机和轻量化方向的发展以及路面条件的改善，近年来主减速比有减小的趋势，以满足高汽车速行驶的要求。1.3中型载货汽车驱动桥的国内外研究现状1.3.1国内研究现状我国中型载货汽车驱动桥制造行业主要有测绘、引进、自主开发三种模式。但大多数都存在技术含量低，开发模式落后，技术创新力不够，计算机辅助设计应用少等问题。国内的大多数中小企业中，在测绘市场中销路较好的产品是它们的主要开发模式。尤其是一部分小微型企业或民营企业由于技术含量低，开发资金的不足，专门测绘、仿制市场上销售较旺的汽车车桥售往我国不健全

13、的各配件市场。这种开发模式是无法从根本上改变我国驱动桥产品开发水平的。中国驱动桥产业发展过程中存在诸多问题，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力相对密集型的产品；技术密集类产品明显落后于发达工业国家；生产要素中决定性作用正在不断削弱；产业能源消耗较大、产出率低下、环境污染较严重、对自然资源破坏力严重；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。我国汽车驱动桥的研究设计与世界先进驱动桥设计技术还有一定的差距，我国中型货车车桥制造业虽然有一些成果，但都是在引进国外技术、仿制、再加上自己改进的基础上了取得的。个别比较有实力的企业，虽有自己独立的研发机构但都处于发展的初期。目前

14、，我国中型载货汽车驱动桥行业正处于发展阶段，在科技迅速发展的推动下，高新技术在汽车领域的应用和推广，各种国外汽车新技术的引进，科究团队自身研发能力的提高，我国的中型载货汽车驱动桥设计和制造会逐渐发展起来，并跟上世界先进的汽车零部件设计制造技术水平。1.3.2国外研究现状国外中型载货汽车驱动桥主要采用模块化技术和模态分析进行驱动桥的设计分析，模块化设计是在一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计方法。以DANA为代表的意大利企业多已采用了该类设计方法，模态分析是对工程结构进行振动分析

15、研究的最先进的现代方法与手段之一。它可以定义为对结构动态特性的实验分析(实验模态分析)和解析分析(有限元分析)，其结构动态特性用模态参数来表征。模态分析技术的特点是在对系统做动力学分析时，用模态坐标代替物理学坐标，从而可大大压缩系统分析的自由度数目，分析精度较高。优点在于可以大大减少设计及装备制造的投入，减少了零件种类，扩大生产规模程度，降低制造成本，提高市场响应速度等。国外企业为减少驱动桥的振动特性，对驱动桥进行模态分析，调整驱动桥的强度，改善整车的舒适性和平顺性。自20世纪90年代以来，由于电子计算机的飞速发展，有限元法在工程上获得了广泛应用。目前，有限元法己经成为求解数学、物理、力学以及

16、工程类问题的一种有效的数值方法，也为驱动桥壳设计提供了强有力的工具。最重要的是为汽车领域的飞速发展提供了强大的技术支撑。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10图1-1 驱动桥1.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44第二章 驱动桥结构方案分析2.1驱动桥结构形式的分类驱动桥按结构形式可以分断开式和非断开式两类。驱动车轮采用独立悬架时，应采用断开式驱动桥；驱动车轮采用非独立悬架时，则应采用非断开式驱动桥。因此，前者又称为独立悬架驱动桥；后者称为非独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构相对复杂，却可以大大提

17、高汽车在不平路面上的行驶平顺性。为了提高汽车行驶平顺性和通过性，有些轿车和越野车部分或全部驱动轮采用独立悬架，与此相应，主减速壳固定在车架上。驱动桥壳应制成分段并通过铰链连接，这种驱动桥称为断开式驱动桥。非断开式驱动桥则是通过弹性悬架与车架连接，由于半轴套管与主减速器壳是刚性连成一体的，因而两侧的半轴和驱动轮不可能在横向平面内做相对运动。故称这种驱动桥为非断开式驱动桥，亦称为整体式驱动桥。2.2断开式驱动桥断开式驱动桥由于无刚性的整体外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，通过万向节实现两侧驱动车轮装置传动。为了防止运动被干涉，应采用滑动花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向传动机构。另外

18、，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。决定汽车行驶平顺性的主要因素是汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置，由于汽车弹簧部分质量较小，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

19、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。其特点是结构复杂，成本较高，但却大大增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷小，提高了零部件的使用寿命；驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大提升了车轮的抗侧滑能力；合理设计的独立悬架导向机构，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。应用：在高通过性的越野汽车和轿车上应用比较广泛。图2-1 断开式驱动桥2.3非断开式驱动整体式驱动桥(或称为非断开式桥壳)，即驱动桥壳是一根连接左右驱动

20、车轮的刚性空心梁，而主减速器、差速器及车轮传动装置(由左右半轴组成)都装在它里面。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，导致汽车簧下质量变大，这是它的一个缺点。驱动桥的轮廓尺寸大小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。在给定减速比的情况下，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

21、；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。特点：结构简单、制造工艺好、成本低、工作可靠、维修调整容易，但整个驱动桥均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷存在不利。 应用：广泛应用于各种载货汽车客车及多数的越野汽车和部分小轿车上。图2-2 非断开式驱动桥1一土减速器 2一套筒 3一差速器 4、7一半轴 5一调整螺母 6一调整垫片 8一桥壳本次设计为中型载货汽车驱动桥设计。由于非断开式驱

22、动桥与断开式驱动桥相比，其结构简单、成本低、工作相对可靠，维修和调整方面也很简单，驱动车轮又采用非立悬架，所以本次设计采用非断开式驱动桥。第三章 驱动桥主减速器设计3.1主减速器简介主减速器的功用是将传动轴输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时具有改变转矩旋转方向的作用。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。主减速器一般根据所采用的齿轮型式、主动和从动齿轮的装置方法以及减速型式的不同而互异。3.2主减速器结构形式的选择主减速器结构形式是根据齿轮类型、减速形式及主从动齿轮的支撑形式不同分类。为了满足不同的使用要求，主减速器的形式也不同。按参加减速传动的齿

23、轮副数目可分为单级主减速器和双级主减速器。单级主减速器多采用一对弧齿锥齿轮或双曲面齿轮传动，广泛应用于主传动比的汽车上。乘用车、质量较小的商用车都采用单级主减速器，它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、制造成本低等优点；双级主减速器是由两级齿轮减速组成的主减速器，第一级是锥齿轮、第二级是圆柱齿轮传动，与单级主减速器相比，在保证有足够的离地间隙同时可得较大的传动比，一般为712。为了清晰地说明，下面将列表单级主减说明速器和双级主减速器的优缺点。表3-1单级与双级主减速器对比表单级主减速器双级主减速器类别结构简单复杂质量较小较大成本较低较高减速比应用范围轿车，轻，中型货车中，重型货车，大客车由于本次设

24、计的主减速比，故采用单级主减速器。3.3主减速器锥齿轮的选择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。3.3.1螺旋锥齿轮传动在发动机横置的中型载货汽车驱动桥上，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双曲面齿轮式传动。为了减少驱动桥的外轮廓尺寸，主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮而采用螺旋锥齿轮。因为螺旋锥齿轮不发生根切（齿轮加工中产生轮齿根部切薄现象，致使齿轮强度大大降低）的最小齿数比直齿轮的最小齿

25、数少，使得螺旋锥齿轮在同样的传动比下主减速器结构较紧凑。此外，螺旋锥齿轮还具有运转平稳、噪声小等优点，在中型载货汽车上得到广泛应用。近年来，有些汽车的主减速器采用双曲面锥齿轮（车辆行业中简称双曲面传动）传动。双曲面锥齿轮传动与圆锥齿轮相比，双曲面齿轮传动不仅工作平稳性更好，弯曲强度和接触强度更高。另外，还可使主动齿轮的轴线相对于从动齿轮轴线偏移。当主动双曲面齿轮轴线向下偏移时，可降低主动锥齿轮和传动轴位置，从而有利于降低车身及整车重心高度，提高汽车行使的稳定性。但是，双曲面齿轮传递转矩时，齿面间有较大的相对滑动，且齿面间压力很大，齿面油膜很容易被破坏。为减少摩擦，提高效率，必须采用含防刮伤添加

26、剂的双曲面齿轮油，绝不允许用普通齿轮油代替，否则齿面会被迅速擦伤和磨损，大大降低使用寿命。图3-1螺旋锥齿轮传动为了更清晰地说明，下面将列表说明螺旋锥齿轮和双曲面齿轮的优缺点。表3-2螺旋锥齿轮与双曲面齿轮对比表类别螺旋锥齿轮双曲面齿轮结构示意图轴线垂直相交于一点垂直但不相交偏移距无有螺旋角齿轮尺寸相同时传动比小传动比大传动比一定从动齿轮尺寸相同时主动齿轮直径小主动齿轮直径大主动齿轮尺寸相同时从动齿轮直径大从动齿轮直径小纵向滑移无有重合度小大齿轮强度小大传动效率0.950.90抗胶合能力高低轴向力小大轴承寿命大小润滑油普通特殊传动比范围其他加工容易热处理简单成本低存在E经方案论证，由于主减速器

27、传动比为，又结合螺旋锥齿轮一系列的优点，所以本次设计主减速器的齿轮采用螺旋锥齿轮传动（如图3-1示）。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，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。为保证齿轮副的正常啮合，必须将支承轴承进行预紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。3.4主减速器齿轮的支撑现代汽车中主减速器主动锥齿轮支承有两种形式：悬臂式和跨置式支承。如图3-2所示。 (1)悬臂式 （2）跨置式图3-2 主减速器锥齿轮的支承形式跨置式支撑的结构特点是在锥齿轮两端的轴上

28、均有固定轴承，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，跨置式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安装的圆锥滚子轴承之间的距离相对较小，可以缩短主动齿轮轴的长度，使布置更紧凑，并可以减小传动轴夹角，使整车布置更完美。但是跨置式的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变得复杂。跨置式支撑拆装困难，导向轴承也更容易损坏。悬臂式支承的结构特点是在锥齿轮大端一侧安装个较长的轴，并在其上安装一对圆锥滚子轴承。两轴承的圆锥滚子的大端应朝外，这样可以减小悬臂长度和增加两支承间的距离，使支撑刚度得到改善。为了尽可能的地增加支承刚度

29、，支承距离应大于2.5倍的悬臂长度。为了方便拆装，要让靠近齿轮的轴承轴径比另一轴承的支承轴径大些。悬臂式支承结构相对简单，支承刚度差，用于传动转矩较小的减速器上。从动锥齿轮的支承刚度决定于轴承的形式、支承间的距离及载荷在轴承之间的分布比例。从动锥齿轮多采用圆锥滚子轴承，为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子轴承大端应向内，以减小尺寸，且距离应不小于从动齿轮大端分度圆直径的65%。为了使载荷均匀分配在两轴承上，应尽量使尺寸。本次设计采用的是悬臂式，因为其结构简单，用于传递转矩较小的轿车、轻型货车的单级主减速器。3.5主减速器轴承的预紧为了减小在锥齿轮传动过程中产生的轴向力使齿轮轴的轴向位移，以提高轴

30、的支承刚度，保证锥齿轮的正常啮合，装配主减速器时，圆锥滚子轴承应有一定的装配预紧度。但是过紧，则传动效率低，且加速磨损。工程上用预紧力矩表示预紧度的大小。预紧力矩的合理值应该依据试验确定。对于主动锥齿轮轴承的预紧力矩一般为13Nm。主动锥齿轮圆锥滚子轴承的预紧度的调整，可利用调整垫片厚度的方法，调整转动叉形凸缘，如发现预紧度过紧则增加垫片的总厚度；反之减小垫片的总厚度。支承差速器壳的圆锥滚子轴承的预紧度的调整，可利用轴承外侧的调整螺母或主减速器壳与轴承盖之间的调整垫片来调整。3.6锥齿轮啮合的调整锥齿轮啮合的调整是在圆锥滚子轴承预紧度调整之后进行的。它包括齿面啮合印迹和齿侧间隙的调整。（1）齿

31、面啮合印迹的调整，首先在主动锥齿轮轮齿上涂以红色颜料，然后用手让主动齿轮往复转动，于是在从动锥齿轮轮齿的两工作面上便出现红色印迹。若从动锥齿轮轮齿正转和逆转工作面上的印迹位于齿高的中间偏于小端，并占齿面宽度并占齿面宽度的60%以上，则为正确啮合。正确啮合的印迹位置可通过主减速壳与主动锥齿轮轴承座之间的调整垫片的总厚度而获得。（2）啮合间隙的调整方法是拧动支承差速器壳的圆锥滚子轴承外侧的调整螺母，以改变从动锥齿轮的位置。轮齿啮合间隙应在0.150.40mm范围内。为保持已调好的差速器圆锥滚子轴承预紧度不变，一端调整螺母拧入的圈数应等于另一端调整螺母拧出的圈数。如果间隙大于规定值，应使从动锥齿轮靠

32、近主动锥齿轮，反之离开。3.7润滑螺旋锥齿轮工作时，齿面间会存在较大的相对滑动，且齿面间压力很大，齿面油膜易被破坏，为减少摩擦，提高效率，必须使用含有防刮伤添加剂的螺旋锥齿轮油。主减速器壳中所储齿轮油，靠从动锥齿轮转动时甩溅到各齿轮、轴和轴承上进行润滑。为保证主动齿轮轴前端的两个圆锥滚子轴承得到润滑，需在主减速器壳体中铸出进油道和回油道。当齿轮转动时，飞溅起的润滑油从进油道通过轴承座的孔进入两圆锥滚子轴承大端的润滑油经回油道流回主减速器内。加油孔应设在加油方便之处，放油孔应设在桥壳最低处。差速器壳应开孔使润滑油进入，保证差速器齿轮和滑动表面的润滑。在主减速壳体上必须装有通气塞，以防止壳体内温度

33、过高使气压过大导致润滑油渗漏。3.8螺旋锥齿轮的设计 3.8.1主减速比的确定 3-1式中：车轮滚动半径； 发动机最高转速； 最高车速； 最高档传动比；将数据代入3-1得： 3.8.2主减速器齿轮计算载荷的确定通常是将发动机最大转矩配以传动系最低挡传动比时和驱动车轮在良好路面上开始滑转时这两种情况下作用在主减速从动齿轮上的转矩（、）的较小者，作为汽车在强度计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算机载荷，即 3-2 3-3式中： 猛踏离合器所产生的动载系数，对于性能系数的汽车；发动机最大转矩； 液力变矩器变矩系数；分动器传动比；传动系传动部分的传动效率；该汽车的驱动桥目数； 汽车满载时的最大

34、负荷； 最大加速度时汽车的后轴负荷转移系数；轮胎对地面的附着系数；车轮的滚动半径； 主加速器从动齿轮到车轮之间的传动比； 主减速器主动锥齿轮到车轮之间的传动效率。 主动锥齿轮的计算转矩为： 3-4式中：为主动螺旋锥齿轮的计算转矩，； 为主传动比，取3.91； 为主、从动螺旋锥齿轮间的传动效率。（计算时，对于螺旋锥齿轮副，取95%；对于双曲面齿轮副，当时，取85%，当时，取90%。）代入公式3-4得： 3.8.3主减速器齿轮基本参数的选择(1)选择主、从动齿轮齿数时应考虑以下因素： 首先应根据的大小选择主减速器主、从动齿轮的齿数、。 为了使磨合均匀，和之间应避免有公约数。 为了得到理想的齿面重叠

35、系数，主、从动齿轮齿数之和对于货车应不少于40。 当较大时，则尽量取得小，以得到满意的驱动桥离地间隙。反之，则取大。 对于不同的主传动比，和应有适当的搭配。考虑以上因素后，选择主、从动齿轮齿数为：，。(2)从动锥齿轮节圆直径及端面模数的选择主减速器螺旋锥齿轮从动齿轮的节圆直径，可根据该齿轮的计算转矩，按经验公式选出： 3-5式中：从动锥齿轮的节圆直径； 直径系数，； 计算转矩。 从动锥齿轮节圆直径选定后，可按计算锥齿轮的大端端面模数。 3-5算出端面模数后可用下式校核： 3-6式中：齿轮大端端面模数；模数系数，取；从动齿轮计算转矩。， 符合要求。模数标准化取(3)主、从动锥齿轮齿面宽和对于从动

36、锥齿轮齿面宽，推荐不大于其节锥距的0.30倍，即，而且。对于汽车工业，主减速器圆弧齿锥齿轮推荐采用: 3-7式中：从动齿轮节圆直径。 齿面宽过大和过小，都会降低齿轮的强度和寿命。齿面宽大于上述规定，不但不能提高齿轮的强度和耐久性，还会给制造带来困难。因为齿面宽的加大只能从延长小端着手，轮齿延长的结果使小端齿沟变窄，结果使切削刀头的顶面宽或刀盘刀顶距过窄及刀尖的圆角过小，这样不但减小了齿根圆角半径从而加大了应力集中，还降低了刀具的使用寿命。如果在安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因，使齿轮工作时负荷集中于轮齿小端，则易引起小端的过早损坏和疲劳。另外，齿面宽过大也会引起装配空间的减小。(5

37、) 螺旋角的选择弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的。汽车主减速器弧齿锥齿轮螺旋角的平均螺旋角一般为。轿车选用较大的值以保证较大的F，使运转平稳，噪音低。取(6) 螺旋方向的选择从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。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轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。(7) 法向压力角的选择加大法向压力角可以提高轮齿的强度、减少齿轮不发生根切的最少齿数。但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮端面重叠系数下降

38、。所以对于轻负荷齿轮，一般采用小压力角，可使齿轮运转平稳、噪声低。对于螺旋锥齿轮来说，虽然大齿轮轮齿两侧的压力角是相同的，但小齿轮两侧的压力角是不相等，因此，其压力角按平均压力角考虑。在车辆驱动桥主减速器的“格里森”制螺旋锥齿轮传动中，中型载货汽车选用20°的平均压力角。表3-3主、从动锥齿轮参数名称公式结果主动锥齿轮齿数15从动锥齿轮齿数43模数/7主动锥齿轮齿面宽41从动锥齿轮齿面宽37主动锥齿轮节圆直径105从动锥齿轮节圆直径240法向压力角 20°中心螺旋角 35°3.8.4主减速器螺旋齿轮的强度计算(1)单位齿长圆周力对于中型载货汽车，主减速器锥齿轮的表

39、面耐磨性，常用轮齿上的单位齿长圆周力来估算，即： 3-8式中：轮齿上的单位齿长圆周力； 作用在轮齿上的圆周力 从动齿轮齿面宽按发动机最大转矩计算时 3-9式中：变速器传动比，常取一挡传动比，； 主动斜齿圆柱齿轮分度圆直径mm，； 分动器传动比，取1； 发动机最大转矩； 液力变矩器变矩系数，取1； 计算驱动桥数，1； 变速器传动效率， 所计算的齿轮齿面宽； 由于猛接离合器而产生的动载系数，取1；将各参数代入式3-9得： 故可知锥齿轮的表面耐磨性符合要求。(2) 主减速器螺旋锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为 3-10 式中：该齿轮的计算转矩； 过载系数； 尺寸系数，反映材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸、热

40、处理等有关，当端面模数时，； 载荷分配系数，取； 计算齿轮的齿面宽； 主、从动轮分度圆直径； 端面模数； 计算弯曲应力用的综合系数。 上述主、从动齿轮弯曲应力中的计算转矩按、两者中较小者方法计算，均符合要求。(3) 轮齿的接触强度计算螺旋锥齿轮的齿面接触强度为： 3-11式中：材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取； 小齿轮分度圆直径；主动齿轮计算转矩； ，见上说明； 尺寸系数，它考虑了齿轮尺寸对其淬透性的影响，可取； 表面质量系数，取； 从动齿轮齿面宽； 齿面接触强度。 故符合要求。3.9主减速齿轮的材料及热处理对驱动桥主减速器齿的材料及热处理应满足如下要求：(1)具有较高的弯曲疲劳强度和表面接触

41、疲劳强度，以及较好的齿面耐磨性；故轮齿表面应有高的硬度；(2)齿轮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)钢材锻造、切削与热处理加工性能良好，热处理变形要小或变形规律易控制，以提高产品质量、缩短制造时间、减小生产成本并降低废品率；(4)选择齿轮材料合金元素时，为了节约镍、铬等元素，我国发展了以锰、钒、钛、钼、硅等元素的合金结构钢系统。汽车主减速器螺旋锥齿轮与差速器的直齿锥齿轮，基本上都用渗碳合金钢制造，其钢号主要有：20CrMnTi、22CrMnMo、20MnVB、20CrNiMo、20Mn2TiB等。用渗碳合金钢制造齿轮，经过渗碳、淬火、回火后，轮齿表面硬度应达到5

42、864HRC，而芯部硬度较低，当端面模数时为2945 HRC。当时为3245 HRC。由于新齿轮润滑不良，为了防止齿轮在运行初期产生胶合、咬死或擦伤，防止早期磨损，圆锥齿轮与双曲面齿轮的传动副在热处理及精加工后均予以厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面镀层不应用于补偿零件的公差尺寸，也不能代替润滑。对齿面进行喷漆处理有可能提高寿命达25。对于滑动速度高的齿轮，为了滑动速度高的齿轮，为了提高其耐磨性，可以进行渗硫处理。渗硫处理时的温度低，故不会引起齿轮变形。渗硫后摩擦系数可显著降低，故即使润滑条件较差，也会防止齿轮咬死、胶合和擦伤等现象产生。本设计中主减速器主、从动齿轮

43、材料均采用20CrMnTi。第四章 差速器的设计4.1差速器的功用当汽车行驶到弯路转弯时，内外两侧车轮在同一时间内移过的曲线距离显然不同，即外侧车轮行驶的距离大于内侧车轮，若两侧车轮都固定在同一刚性转轴上，两轮角速度相等，则此时外轮必然是边滚动边滑移，内轮必然是边滚动边滑转。同样，汽车在不平路面上直线行驶时，两侧车轮实际移过曲线距离也不相等。即使路面非常平直，但由于轮胎制造尺寸误差，磨损程度不同或充气压力不等，也会导致各个轮胎的滚动半径不相等。因此，只要各车轮角速度相等，车轮对路面的滑动就必然存在。这样会加速轮胎磨损、增加汽车动力消耗、转向和制动性能的恶化。为了使两侧驱动轮以不同角速度旋转，保

44、证其纯滚动状态，所以必须安装差速器装置。4.2差速器结构形式的选择本设计中采用的是普通锥齿轮式差速器中的对称式锥齿轮差速器，由于其结构简单、工作平稳可靠，所以被广泛使用。图4-1 普通的对称式圆锥齿轮差速器1，12-螺母；2-螺母；3，14-锁止垫片；4-差速器左壳；5，13-螺栓； 6-半轴齿轮垫片；7-半轴齿轮；8-行星齿轮轴；9-行星齿轮 10-行星齿轮垫片；11-差速器右壳(1)对称式锥齿轮差速器差速原理在图4-2中，差速器壳3与行星齿轮5连成一体，形成行星架，因为它又与主减速器的从动齿轮6固定在一起，故为主动件，设其角速度为；半轴齿轮1和2为从动件，其角速度分别为和。、两点分别为行星

45、齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中心点为，、三点到差速器旋转轴线的距离均为r。图4-2差速器差速原理图当行星齿轮绕差速器轴线公转时，处在同一半径上的、三点的圆周速度相等，其值为。于是，此时，差速半轴角速度等于差速器壳3的角速度。当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度自转时，啮合点的圆周速度为，啮合点的圆周速度为。于是+=2 这表明：当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；当差速器壳体转速为零时，左右半轴将等速反向转动。(2)对称式锥齿轮差速器中的转矩分配如图4-3。图4-3对称式锥齿轮差速器中的转矩分配由主减速器传来的转矩，经差速器壳，行星齿轮

46、和行星齿轮轴传给半轴齿轮。行星齿轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮半径也是相等的。因此，当行星齿轮没有自转时，总是将转矩平均分配给左右两半轴齿轮，即。当两半轴齿轮以不同转速朝相同方向转动时，设左半轴转速大于右半轴转速，当左右驱动车轮存在转速差时，。左右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩。为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数K表征，即 4-1差速器内摩擦力矩和其输入转矩之比，定义为差速器锁紧系数。而快慢半轴的转矩之比/，定义为转矩比，以表示， 4-2目前广泛使用的对称锥齿轮差速器的锁紧系数一般为0.050.15，转矩比为11.4。可以认为无论左右驱动转速是否相等，而转

47、矩基本上总是平均分配的。4.3差速器齿轮的基本参数选择(1)行星齿轮数目的选择轿车常采用2个行星齿轮，载货汽车和越野汽车多用4个行星齿轮，少数汽车采用3个行星齿轮。据此，本方案采用4个行星齿轮，。(2)行星齿轮球面半径的确定 4-3式中：球面半径系数，之间； 计算转矩，取和两者较小值； 球面半径。 行星齿轮预选节锥距代入得 ： (3)行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择为了得到较大的模数进而提高强度，应使行星齿轮的齿数应尽量小，但一般不小于10。半轴齿轮的齿数采用1425。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在1.52的范围内。本次设计的行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择：取行星齿轮齿数为12，半轴齿轮齿

48、数为24，所以半轴齿轮与行星齿轮的齿数比为24/12=2，在1.52的范围内，并且要满足安装条件：式中：左边半轴齿轮齿数； 右边半轴齿轮齿数； 行星齿轮数目； 任意整数。(4)差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮的节圆直径的初步确定首先初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角、： 式中：，分别为行星齿轮和半轴齿轮齿数。大端端面模数，标准化取节圆直径为： (5)压力角目前大多选用22°30的压力角，齿高系数为0.8的齿型，在某些中型与中型以下货车上采用20°的压力角。所以，本次设计中压力角选取为20°，齿高系数为0.8。(6)行星齿轮轴直径及及支撑长度L通常取 4-4 式中：差速器传递的转矩； 行星齿轮目数； 行星齿轮支承面中点至锥顶的距离；， 为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而； 支承面的许用挤压应力，取为98MPa。 4.4差速器圆锥齿轮几何参数（1）行星齿轮齿数： （2）半轴齿轮齿数： （3）模数： （4）齿面宽： （5）齿工作高： （6）齿全高： （7）压力角： （8）轴交角： （9）节圆直径： （10）节锥角： （11）节锥距： （12）周节： 4.5 差速器强度计算汽车差速器齿轮的弯曲应力为：