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文档简介
摘要本设计是关于长安欧诺商务车传动系统中的重要组成部分之一后桥齿轮。后桥齿轮是汽车传动系统的重要一环,它通过与其他齿轮的啮合,将发动机的动力传递到车轮,以此驱动汽车前进或后退。因此,后桥齿轮的设计必须能够确保动力传递的顺畅和高效。在设计后桥齿轮时,我们需要考虑的关键因素包括齿轮的材料、结构、齿形以及精度等。材料的选择直接影响到齿轮的强度、耐磨性和抗疲劳性,因此必须根据使用环境和负载情况进行合理选择。结构上,后桥齿轮需要具有足够的刚性和稳定性,以承受高速旋转和复杂工况下的各种力。齿形设计则需要考虑到啮合性能、噪声和振动等因素,以提高传动的平稳性和可靠性。随着汽车工业的不断发展,对后桥齿轮的性能要求也越来越高。因此,在设计过程中,我们需要不断创新和优化,采用先进的设计理念和制造技术,以提高后桥齿轮的性能和可靠性。同时,我们还需要关注行业内的最新动态和技术趋势,以便及时将新技术应用到后桥齿轮设计中,推动汽车传动系统的发展。关键词:后桥;材料;强度;耐磨性;抗疲劳性;稳定性;AbstractThisdesignpertainstotherearaxlegear,acrucialcomponentinthetransmissionsystemoftheChanganOunuocommercialvehicle.Therearaxlegearplaysavitalroleintransmittingenginepowertothewheelsthroughmeshingwithothergears,therebyfacilitatingthevehicle'sforwardorbackwardmovement.Therefore,itisimperativetoensuresmoothandefficientpowertransmissioninthedesignofrearaxlegears.Keyconsiderationsinthedesignprocessincludematerialselection,structuraldesign,toothprofile,andgearaccuracy.Materialchoicedirectlyimpactsthegear'sstrength,wearresistance,andfatigueresistance,necessitatingarationalselectionbasedontheintendedusageenvironmentandloadconditions.Structurally,therearaxlegearmustpossesssufficientrigidityandstabilitytowithstandtheforcesencounteredduringhigh-speedrotationandcomplexoperationalscenarios.Thetoothprofiledesignshouldconsiderfactorslikemeshingperformance,noisereduction,andvibrationcontroltoenhancethesmoothnessandreliabilityofthetransmissionsystem.Astheautomotiveindustrycontinuestoevolve,theperformancestandardsforrearaxlegearsareconstantlyrising.Therefore,itisessentialtocontinuouslyinnovateandoptimizethedesignprocess,adoptingadvanceddesignconceptsandmanufacturingtechniquestoimprovetheperformanceandreliabilityofrearaxlegears.Additionally,keepingabreastofthelatestindustrydevelopmentsandtechnologicaltrendsiscrucialtotimelyintegratenewtechnologiesintothedesignofrearaxlegears,therebyadvancingthedevelopmentofautomotivedrivetrains.Keywords:Rearaxle,material,strength,abrasionresistance,fatigueresistance,stability;
第一章绪论1.1论文研究背景以及意义齿轮传动系统中,内部非线性激励如误差激励和啮合冲击激励,是引发系统振动、噪声及齿轮早期失效的关键因素。鉴于噪声是评估后桥质量的重要标准,控制齿轮噪声显得尤为重要。基于局部共轭理论与赫兹接触原理,后桥齿轮副在实际负载下会产生弹性变形,其齿面接触区域呈椭圆形。为了优化齿轮传动系统,减少啮合冲击并提升啮合性能,齿轮工程师们一直致力于研究多参数耦合下的后桥齿轮副接触印痕及接触性能,并探索它们对传动误差变化的影响规律。这一研究既具有挑战性,也至关重要。REF_Ref29171\w\h[1]1.2国内外研究现状齿轮在机械传动中具有举足轻重的地位,然而据统计,多数的机械故障往往与齿轮问题息息相关,这使得齿轮故障的诊断研究备受重视。REF_Ref29997\w\h[4]在重型车辆后桥齿轮油污染和故障检测领域,当前主流的齿轮损伤检测技术主要分为两大类:一是振动检测技术,二是油液检测技术。REF_Ref30242\w\h[2]由于齿轮在啮合传动过程中会受到诸如材料类型、热处理工艺、工作环境等多重因素的影响,因此可能会遭遇轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合以及齿面磨损等常见故障,这些都是齿轮失效的常见表现。REF_Ref30242\w\h[6]1.2.1国外研究现状自20世纪初,齿轮传动所引发的振动和噪声问题就已受到人们的关注,并启动了相关研究。然而,直到20世纪60年代中期,振动和噪声才被确立为评估齿轮传动性能的重要指标。1968年,英国学者H.Optiz系统地阐述了齿轮的噪声和振动与齿轮传动误差、传动功率及精度之间的函数关系。REF_Ref32277\w\h[7]进入70年代末,齿轮故障诊断的频域法开始受到广泛重视,吸引了众多研究者投身其中。例如,Randall.R.B等人对齿轮箱的持续运动过程表现出浓厚兴趣,他们研究了齿轮箱运行周期内的动态信息,并基于齿轮的振动信号提出了故障恢复方法。这一方法同样被应用于齿轮磨损和裂纹的故障诊断中,均取得了显著成效。REF_Ref32561\w\h[8]随着研究的深入,人们在齿轮故障诊断方面取得了更多进展,能够在很大程度上准确判断齿轮的失效形式。P.D.McFaddenREF_Ref32620\w\h[9]等人提出了一种齿轮故障检测方法,他们首先通过频谱图了解齿轮振动信号的时域和频域分布情况,然后利用图像处理技术对提取的振动信号进行分析和处理。而C.SreepradhREF_Ref7634\w\h[10]等人在齿轮故障诊断方面取得了重大突破,他们将诊断成功率提高到了95%以上。这一成就得益于人工神经网络的应用,该网络能够根据齿轮的振动、温度和扭矩情况有效预测齿轮的磨损状况。1.2.2国内研究现状在过去,由于我国的机械化程度相对较低,重型机械的使用并不广泛,因此在国外齿轮故障诊断研究如火如荼的时候,我国在这一领域的研究尚未起步。然而,随着我国工业化进程的加速,机械装置的应用日益增多,齿轮故障问题也逐渐凸显。为了应对这一挑战,国内领先的科研院校率先开展了齿轮故障诊断的相关研究。在改革开放的大背景下,我们积极引进并学习了国外的先进技术、研究方法和测试手段,逐步形成了较为系统的研究体系。旋转机械的故障诊断一直是技术人员面临的难题,但随着我国齿轮诊断技术的不断进步,这些技术也被成功应用于旋转机械的故障诊断中。REF_Ref2102\w\h[11]程军圣等研究者为了更有效地突出齿轮振动信号的故障特性并精准捕捉故障信息,创新性地结合了VPMCD和EMD分析方法,从而显著提高了故障诊断的准确性。REF_Ref2598\w\h[12]喻洪平等人则在这一领域取得了更大的进展,他们设计的监测系统能够满足工业生产实时测试的需求。其团队基于快速傅里叶变换实现了齿轮噪声的计算机辅助测试技术,并对误差的来源及减小方法进行了系统的研究。REF_Ref2774\w\h[13]近年来,随着科学技术的迅猛发展,计算机技术也被广泛应用于齿轮的故障诊断中。展望未来,齿轮故障诊断技术的发展将主要体现在以下四个方面:综合诊断法的应用、智能化发展、故障机理的深入研究和远程故障诊断的实现。这些方向将共同推动齿轮故障诊断技术向更高水平迈进。1.综合诊断法:在某些复杂系统中,特别是那些需要高度精密齿轮传动系统来满足工作需求的场景,如高温、振荡等极端恶劣的工作环境,故障往往更为隐蔽和难以捉摸。若仅依赖单一的诊断技术,可能会在系统发生故障时无法及时且准确地识别,从而导致不必要的损失。为了应对这一挑战,综合诊断法应运而生。综合诊断法的核心在于将各种故障诊断方法进行有机融合,取长补短,从而显著提升诊断的精确度和速度。这种方法能够充分发挥每种诊断技术的优势,同时弥补其不足,确保在齿轮传动故障诊断中能够发挥最大的价值。通过综合应用多种诊断手段,我们可以更全面、更深入地了解系统的运行状态,及时发现并处理潜在故障,为系统的稳定、高效运行提供有力保障。REF_Ref5553\w\h[14]2.向智能化发展:随着科技的不断进步,将最新的科学技术应用于齿轮故障诊断中已成为必然趋势。这种智能化的发展将使诊断方法更加多元化和高效。特别是人工智能技术的引入,为齿轮故障诊断带来了革命性的变化。在齿轮故障诊断过程中,人工智能可以应用于信号提取与检测、故障模式预判以及解决方案制定等多个环节。通过智能算法的处理和分析,我们能够更准确地识别故障信号,预测可能的故障模式,并提供针对性的解决方案。然而,在现实中,由于检测人员专业知识的匮乏,传统的诊断方法往往效果不够理想。通用的知识规则在实际应用中也存在很大的局限性,难以普及和推广。因此,我们必须加大对智能化齿轮故障诊断技术的研究力度,推动其向更加系统、完善的方向发展。REF_Ref5677\w\h[15]将人工智能与齿轮故障诊断相结合,不仅可以提高诊断的准确性和效率,还可以为故障诊断技术的发展注入新的活力。这将有助于我们更好地应对复杂的齿轮故障问题,保障机械设备的稳定运行,推动工业领域的持续发展。3.深入剖析齿轮系统故障机理与研究先进诊断方法:齿轮传动系统因其复杂的结构和多变的工作环境而备受关注。这类系统常常需要在高温、高压、振荡等极端条件下长期运行,因此故障的发生率和复杂性都相对较高。目前,我国在齿轮传动系统的结构力学模型和故障产生机理方面的研究尚显薄弱,缺乏深入的理解和掌握先进的分析测试手段。近年来,国内研究人员已经在该领域取得了一些进展,如时变参数模型法、盲信号分离技术REF_Ref5717\w\h[16]、AR模型分析法REF_Ref5756\w\h[17]以及EEMD能量熵分析法REF_Ref6739\w\h[18]等。然而,这些研究方法的理论基础仍在不断完善中,需要更多的实践验证和深入探索。为了更有效地应对齿轮系统的故障挑战,我们必须深入剖析其故障机理,并致力于研究更为先进的故障诊断方法。这包括对齿轮系统的各个组成部分进行详细的力学分析,了解其在不同工作条件下的性能变化,以及探索各种可能的故障模式和原因。同时,我们还需要建立详细、完整且权威的数学模型和专家知识库,以便更准确地预测和诊断故障,提供及时有效的解决方案。这将是一个长期而艰巨的任务,但对于提高我国齿轮系统的可靠性和性能具有重要意义。4.实现远程故障诊断:当前,国内在齿轮故障的远程诊断技术方面仍然处于起步阶段。尽管在某些诊断功能上我们已经取得了突破,但与现代设备诊断的高标准相比,还存在显著的差距。传统的诊断方法往往表现出不稳定和不准确的问题,这无法满足现代工业对故障诊断的精确性和及时性的需求。为了克服这些挑战,将产品的设计系统和诊断系统集成在一起显得尤为重要。这种集成能够确保在设计阶段就充分考虑到故障诊断的需求,从而在产品中嵌入更为智能和高效的诊断功能。同时,将综合诊断技术与远程诊断相融合,可以充分利用两者的优势,实现更快速、更准确的故障诊断。展望未来,这种融合的诊断技术将成为行业发展的必然趋势。通过远程诊断,我们可以实现对齿轮故障的及时发现和处理,避免因故障导致的生产中断和设备损坏,从而为企业节省大量的维护成本和时间成本。因此,加大在远程故障诊断技术方面的研究和投入,对于提升我国工业领域的整体竞争力具有重要意义。REF_Ref7144\w\h[19]1.3本文主要研究内容本文来源于长安欧诺商务车后桥开发项目,希望通过本论文的研究,从而为后桥齿轮的设计提供理论依据及数据支撑。具体研究内容如下:从后桥齿轮设计出发分析后桥齿轮主体结构方案确定后桥齿轮主体机构的设计对主减速器、差速器齿轮的参数进行尺寸计算及校核对齿轮的材料进行选取、进行热处理以及齿轮的润滑系统进行分析齿轮三维模型的建立本论文运用AutoCAD工程制图、solidworks三维建模、ANSYS仿真分析等先进手段,结合整车对后桥齿轮进行分析设计。1.4论文的章节安排针对以上论文,本文的章节安排如下:1.第一章为绪论部分,主要是阐述论文研究背景,简单介绍后桥齿轮的主体结构2.第二章为对主减速器齿轮结构的分析,对主减速器的载荷、齿轮的齿数模数等几何参数进行计算以及强度计算,最后对主减速器齿轮的材料进行选取,进行各种热处理工艺才提高齿轮的耐久性‘对齿轮的润滑系统进行分析。3.第三章对差速器齿轮的结构分析,对差速器齿轮的基本参数进行选择,对行星齿轮与半轴齿轮的齿数进行选择,以及最后的安装。4.第四章为整个齿轮三维模型的建立。5.第五章长安欧诺商务车后桥齿轮的设计的结论与展望。第二章主减速器齿轮设计2.1主减速齿轮计算载荷的确定为了确定作用于主减速器从动齿轮上的计算载荷,考虑两种极端条件:一是当发动机输出最大转矩且传动系统处于最低档传动比时的情况;二是驱动车轮滑动时的情况。在这两种情况下,取较小的转矩值作为从动齿轮的计算载荷,用于验算其最大应力。即:/n=1642.86()(2.1)=2974.40()(2.2)式中:——发动机最大扭矩,本车取N.m;——最低档传动比;已知;ηT——传动效率,ηT=0.9;K0——超载系数,对于商务汽车取K0=1;G2——汽车满载最大负荷,取G2=8540.7N;Φ——轮胎附着系数,取Φ=1.0;Rr——车轮滚动半径,Rr=334.334mm;ηLB=0.96,iLB=1。这种方法考虑了发动机的最大扭矩、传动系统的最低档传动比、传动部分的效率、超载系数、驱动桥数目、汽车满载时对地面的最大负荷、轮胎与路面的附着系数以及车轮的滚动半径等多个因素。通过这些参数,可以通过公式(2.1)和(2.2)计算得到主减速器从动齿轮的计算载荷:==1215.82()(2.3)式中:——汽车满载总重,N;——道路滚动阻力系数,通常0.015~0.020,取=0.018;——爬坡能力系数。通常0.09~0.30,取=0.15;——汽车性能系数(2.4)当=26.86>16取=02.2主减速器齿轮参数的选择1.齿数的选择:齿数的选择直接关系到整个传动系统的性能,包括效率、耐久性以及驱动桥的离地间隙,这对于确保车辆的运行性能和可靠性至关重要。主减速比(i0)是决定齿数选择的关键因素。当主减速比较大时,为了获得理想的驱动桥离地间隙,推荐使主动齿轮的齿数(Z1)尽可能小。具体而言,当i0大于或等于6时,Z1的最小值可以是5,但为了确保更平稳的啮合和更高的疲劳强度,Z1最好大于5。相反,当i0较小,即在3.5到5的范围内时,Z1的建议值在7到12之间。这是因为,如果主从齿轮的齿数过多,可能导致齿轮尺寸过大,从而无法保证足够的离地间隙。为了确保磨合过程的均匀性,主动齿轮和从动齿轮的齿数(Z1和Z2)应该避免有公约数。这有助于分散接触点,减少特定区域的磨损。同时,为了获取理想的齿面重叠系数,齿轮的总齿数(Z1+Z2)应不小于50,这有利于改善啮合过程,减少振动和噪音,提高传动的平滑性。根据上述原则和考虑到本车的主减速比,最终确定的主动齿轮和从动齿轮的齿数分别为10和43。这种选择兼顾了设计的理想性能和实际的应用需求,展现了在复杂工程设计中如何平衡理论与实践、性能与可行性的过程。2.节度圆直径地选择:节度圆直径的选择基于从动锥齿轮的计算转矩,其中考虑了式(2.2)和式(2.3)计算得到的转矩值,并取两者中较小的一个作为计算依据。通过使用经验公式,确定从动锥齿轮的节圆直径为177mm。这一步骤是齿轮设计中的基础,直接关系到齿轮的基本尺寸和承载能力:=177mm(2.5)式中:d2——从动锥齿轮直径,mm;Kd2——直径系数,取Kd2==13~16;Tj——计算转矩;取Tje与TjΦ中较小者:3.齿轮的端面模数是基于节圆直径的选择确定的,关键在于保证齿轮具有足够的强度和刚度,同时也便于制造和装配。在本设计中,从动齿轮的大端模数被选为4.5,这提供了一个良好的基础,以进行进一步的强度校核和设计优化,并用下式校核=4.54.齿面宽的选择关系到齿轮的接触强度和疲劳寿命。对于汽车主减速器螺旋锥齿轮,推荐的齿面宽度为38.75mm,但在初步设计阶段可取为30mm。这一选择平衡了齿轮的承载能力和空间限制,确保了齿轮的有效接触和强度。F=0.155=38.75mm,可初取F=30mm。5.在设计螺旋锥齿轮时,通常将主动齿轮设为左旋,从动齿轮设为右旋。这样的设计可以使得两齿轮的轴向力互相斥离,从而减少轴承的载荷,提高整个传动系统的稳定性和寿命。6.螺旋角是影响齿轮传动效率和负载分布的重要参数。在一般机械制造中,推荐使用35°的螺旋角。这一角度提供了良好的抗载能力和运行平稳性,同时也便于制造:2.2.1主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算主减速器锥齿轮的几何尺寸计算见表2.1表2.1主减速器锥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102从动齿轮齿数433模数4.54齿面宽FF=30mm5工作齿高7.2456全齿高=8.0467法向压力角=16°8轴交角=90°9节圆直径=45mm=193.5mm10节锥角arctan=90°-=13.091°=76.908°11节锥距A==A=100mm12周节t=3.1416t=14.137mm13齿顶高=6.075mm=1.125mm14齿根高==1.971mm=6.921mm15径向间隙C=c=0.846mm16齿根角=1.1348°=3.9289°17面锥角;=17.06995°=3.9289°18根锥角===11.12°=72.9291°19齿顶圆直径==56.83424mm=194.0096mm20节锥顶点止齿轮外缘距离=95.374mm=21.404mm21理论弧齿厚=27.38mm=3.9915mm22齿侧间隙B=0.102~0.1520.125mm23螺旋角=35°24螺旋方向减少轴向力,提高传动的稳定性主动齿轮为左旋,从动齿轮为右旋25驱动齿轮小齿轮小齿轮26驱动方向指明力的传递方向,这对确保齿轮系统的正确安装和运行至关重要主动齿轮为顺时针,从动齿轮为反时针2.2.2主减速器螺旋锥齿轮的强度计算在进行主减速器螺旋锥齿轮的强度计算之前,了解齿轮可能的破坏形式及其影响因素是至关重要的。这有助于选择合适的计算方法和安全系数,确保齿轮设计的可靠性和耐久性。主要的齿轮破坏形式包括:疲劳破坏:疲劳破坏是齿轮最常见的破坏形式之一,通常发生在齿面或齿根。齿面接触疲劳(也称为点蚀)产生的小坑点可能会扩展成更大的疲劳裂纹,最终导致齿面层片状剥落。齿根疲劳裂纹则是由于交变应力引起的,可能导致齿轮齿断裂。磨损:磨损是在长时间运行过程中由于齿轮之间的相对滑动而引起的材料逐渐损失。如果润滑不足或齿轮材料选择不当,磨损会加速,影响齿轮的传动精度和寿命。塑性变形:在极端载荷下,齿轮的齿面或齿根可能发生塑性变形。这种变形会改变齿轮的啮合条件,可能导致传动不平稳,增加噪音和振动。断齿:断齿是齿轮承受过大冲击载荷或疲劳裂纹扩展至关键尺寸时的突然破坏,严重影响齿轮箱的正常工作。。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①单位齿长上的圆周力(2.6)式中:——单位齿长上的圆周力,N/mm;F——作用在齿轮上的圆周力,N;按发动机最大转矩计算时:=1260.74N/mm(2.7)按最大附着力矩计算时:=836.22(2.8)②轮齿的弯曲强度计算。(2.9)式中:——超载系数1.0;——尺寸系数——载荷分配系数1.1~1.25;——质量系数,取1;3.轮齿的接触强度计算螺旋锥齿轮齿面的计算接触应力(MPa)为:(2.10)式中:——材料的弹性系数,取232.6;=1,=1,=1.11,=1;——表面质量系数,取1;J——计算应力的综合系数,=0.1875。=666.7MPa<=1750MPa=2373.45MPa<=2800MPa,由以上数据可以得到如图2.1、图2.2图2.1主动齿轮图2.2从动齿轮2.3主减速器齿轮的材料及热处理2.3.1主减速器齿轮的材料选取主减速器不仅负责承受较大的载荷,而且其工作环境复杂,需经受长时间的运作以及频繁且多变的载荷条件,包括冲击负荷。因此,齿轮的损坏模式多样,主要包括齿根弯曲折断、齿面疲劳点蚀、磨损和擦伤等。基于这些条件,驱动桥齿轮材料及其热处理需满足以下几点要求:1.高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度:齿轮材料应具备优良的弯曲疲劳强度与接触疲劳强度,并且齿面需要有较高的硬度以提高耐磨性。这是因为齿轮在运行过程中,尤其是齿面,会经历复杂的应力状态,包括重复的压缩和拉伸应力,这要求齿轮材料必须能够承受这些应力而不发生疲劳损伤。2.良好的韧性:齿轮的轮齿芯部应具有适当的韧性,以便能够吸收和分散冲击载荷,防止冲击条件下轮齿根部的折断。这要求齿轮材料在高硬度的表面下保持一定的韧性,以保证在遇到突然冲击时不会发生脆性断裂。3.加工性能优良:选用的钢材应具有良好的锻造、切削和热处理等加工性能,以便在热处理过程中控制变形,从而提高产品的质量、降低制造成本并减少废品率。这意味着材料的选择和热处理工艺的优化对于生产效率和成本控制至关重要。4.合理选用合金元素:在选择齿轮材料的合金元素时,应考虑到资源的可得性和成本效益。例如,我国开发的以锰、钒、硼、钛、钼、硅为主的合金结构钢系统,旨在节约如镍、铬等稀缺资源,同时保证材料性能满足设计要求。2.3.2主减速器齿轮的热处理主减速器齿轮的热处理是一个关键的工艺过程,旨在提高齿轮的硬度、耐磨性、耐疲劳性以及确保齿轮的尺寸稳定性。主减速器齿轮热处理的主要步骤和技术要求:1.预加热:在进行主要的热处理前,对齿轮进行预加热,以增加齿轮整体温度,减小热应力和温度梯度,确保后续热处理过程的均匀性。预加热温度和时间根据齿轮材料、尺寸和热处理要求来确定。2.加热:通过提高齿轮的温度,使其达到适合热处理的阶段。加热温度和时间的选择取决于齿轮材料和所需的组织结构和性能变化。3.保温:在加热后,齿轮需要进行一定时间的保温,以确保所需的相变和组织结构形成。保温时间根据齿轮材料和所需的组织结构和性能变化来确定。4.冷却:在完成保温后,齿轮需要进行冷却过程,以固化材料的组织结构和性能。淬火是齿轮热处理中的重要步骤。主减速器齿轮具体的热处理方法包括:1.表面淬火:如高频淬火(适用于小尺寸齿轮)和火焰淬火(适用于大尺寸齿轮)。表面淬火的淬硬层包括齿根底部时,其效果最好,齿面硬度可达特定范围。2.渗氮:渗氮可以确保齿轮在变形最小的条件下,达到很高的齿面硬度和耐磨性,提高承载能力。3.渗碳淬火:渗碳淬火齿轮具有相对较大的承载能力,但必须经过精加工工序来消除热处理变形,以保证精度。渗碳淬火齿轮的硬度从齿轮表面至深层逐渐降低。当前,汽车主减速器和差速器圆锥齿轮及双曲面齿轮普遍采用渗碳合金钢制造,这种材料经过渗碳、淬火、回火后,在确保芯部具有良好韧性的同时,能使齿轮表面硬度达到HRC58~64,适应模数m≤8的条件。渗碳深度根据端面模数有明确规定,确保了齿轮的耐用性和抗疲劳性。此外,为防止新齿轮在初期运行时由于润滑不良而产生的胶合、咬死或擦伤,推荐在圆锥齿轮与双曲面齿轮副的草热处理及精加工后进行磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面处理,虽不作为公差尺寸的补偿,也不能替代润滑,但可有效预防早期磨损。齿面的喷丸处理可提高齿轮寿命约25%,而对于高滑动速度的齿轮,通过渗硫处理可显著提高耐磨性,降低摩擦系数,即使在润滑条件较差的情况下,也能有效防止齿轮的咬死、胶合和擦伤现象,这些措施都体现了对齿轮材料及热处理工艺的深入理解和科学应用,是确保齿轮系统可靠性和寿命的关键。2.4主减速器齿轮的润滑长安欧诺商务车的后桥齿轮润滑系统是其动力传输系统中至关重要的部分,其主要功能是确保齿轮在运转过程中得到充分的润滑,以减小摩擦、降低磨损,并提高齿轮的使用寿命。以下是关于后桥齿轮润滑系统的详细分析:1.润滑系统设计:后桥齿轮的润滑系统通常包括润滑油箱、油泵、油道以及油滤器等关键部件。润滑油箱负责储存润滑油,油泵则通过动力驱动将润滑油从油箱中抽出,并通过油道输送到后桥齿轮的各个部位。油滤器则起到过滤杂质、保持润滑油清洁的作用。2.润滑油的选择:对于后桥齿轮来说,选择合适的润滑油至关重要。通常,需要选择粘度适中、抗磨性能好、耐高温的润滑油,以确保齿轮在各种工作条件下都能得到良好的润滑。此外,定期更换润滑油也是保持润滑系统性能的重要措施。3.润滑效果与监控:有效的润滑系统能够确保齿轮在运转过程中保持适当的油膜厚度,不仅有助于降低摩擦和磨损,而且能够有效地将齿轮在运转过程中产生的热量带走。起到降温的作用。为了监控润滑系统的性能,通常会设置油压传感器和油温传感器,以便及时发现并解决潜在的问题。4.维护与保养:为了保持后桥齿轮润滑系统的良好性能,需要定期进行维护和保养。这包括检查润滑油的油位和质量、清洗油滤器、更换老化的油封和密封件等。此外,还需要注意避免润滑油的污染和混入杂质,以免对齿轮造成损害。5.在主减速器及差速器的设计中,润滑系统的设计是保证其长期稳定运行的关键因素之一。良好的润滑不仅能减少齿轮、轴承以及其他摩擦表面的磨损,还有助于散热、清洁,并防止锈蚀。尤其对于主减速器中的主动锥齿轮前轴承的润滑,需要特别注意,因为这一部分的润滑不可依赖于润滑油的飞溅来实现。在实际应用中,通过在主减速壳内壁靠近主动齿轮处设立专门的集油槽,有效地收集飞溅到壳体内壁上的润滑油。这部分油液之后通过靠近油孔的路径引导至前轴承圆锥滚子的小端。得益于圆锥滚子在旋转时产生的泵油作用,润滑油能够从圆锥滚子的下端通向大端,并经由前轴承前端的回油孔流回至驱动桥壳的中间油盆中,从而实现润滑油的循环使用。这一设计不仅确保了轴承的良好润滑、有效的散热和清洁,而且还保护了前端油封不被损坏,延长了设备的使用寿命和维护周期。此外,为了保证差速器获得充足的润滑油,某些设计采用了专门的倒油匙来引导润滑油。综上所述,长安欧诺商务车的后桥齿轮润滑系统是一个复杂而重要的系统,它关系到齿轮的正常运转和车辆的行驶安全。因此,需要对其进行精心的设计和维护,以确保其能够发挥最佳的性能。2.5本章小结本章主要是为了进行主减速器齿轮的设计。计算主减速器从动齿轮载荷,在各种极端条件下确定出最终载荷为1215.82;最终确定的主动齿轮和从动齿轮的齿数分别为10和43;最终确定的主动齿轮和从动齿轮的齿数分别为10和43;确定从动锥齿轮的节圆直径为177mm;齿轮的端面模数确定为4.5、齿面宽的选择关系到齿轮的接触强度和疲劳寿命,对于汽车主减速器螺旋锥齿轮,推荐的齿面宽度为38.75mm,但在初步设计阶段可取为30mm;螺旋角是影响齿轮传动效率和负载分布的重要参数,推荐使用35°的螺旋角;接着进行主减速器螺旋锥齿轮的强度计算,计算出弯曲疲劳强度为666.7MPa;计算出接触强度为2373.45MPa主减速齿轮的材料的选取至关重要,要有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度、良好的韧性、加工性能优良、合理选用合金元素。在选择齿轮材料的合金元素时,应考虑到资源的可得性和成本效益。例如,我国开发的以锰、钒、硼、钛、钼、硅为主的合金结构钢系统,旨在节约如镍、铬等稀缺资源,同时保证材料性能满足设计要求。主减速器齿轮的热处理是一个关键的工艺过程,通过渗硫处理可显著提高耐磨性,降低摩擦系数,即使在润滑条件较差的情况下,也能有效防止齿轮的咬死、胶合和擦伤现象,这些措施都体现了对齿轮材料及热处理工艺的深入理解和科学应用,是确保齿轮系统可靠性和寿命的关键。最后是齿轮系统的润滑,良好的润滑不仅能减少齿轮、轴承以及其他摩擦表面的磨损,还有助于散热、清洁,并防止锈蚀。尤其对于主减速器中的主动锥齿轮前轴承的润滑。通过对润滑系统设计、润滑油的选择、润滑的效果与监控、定期的维护与保养以确保齿轮在运转过程中得到充分的润滑,以减小摩擦、降低磨损,并提高齿轮的使用寿命。第3章差速器齿轮设计3.1差速器齿轮的基本参数选择如图3.1所示,差速器是汽车驱动系统的重要组成部分,它允许驱动轮以不同的速度旋转,而不影响驱动力的传递。这在汽车转弯时尤为重要,因为内侧轮子走的路径比外侧轮子短,所以内侧轮子需要较慢的速度以减少轮胎的滑动和磨损。图3.1齿轮差速器的工作原理图在设计差速器齿轮时,必须仔细考虑其基本参数,包括:1.从动齿轮尺寸:从动齿轮的尺寸直接关系到差速器壳的设计和装配。它必须与主减速器的从动齿轮协调一致,确保两者能够无缝配合工作。2.主动齿轮尺寸:主动齿轮的尺寸也必须适配差速器的设计,尤其是在确保足够的强度和寿命的同时,满足差速器内部空间的限制。3.轮廓尺寸:差速器的外部轮廓尺寸受到其安装空间的限制,特别是当差速器壳装在主减速器从动齿轮上时,以及从动齿和主动齿轮导向轴承支座的空间限制。4.轴承支座:轴承支座必须设计得足够坚固,以确保差速器齿轮在不同载荷下都能稳定工作。在差速器的工作中,内部齿轮必须能够自由旋转,并且通过星轮(卫星齿轮)和侧齿轮(行星齿轮)来允许轮轴以不同的速度转动。如图4.1,ω1和ω2分别表示左右车轮的角速度,ω3表示差速器壳体的角速度。力矩P则均匀分布到两个车轮上,即使它们的旋转速度不同。此外,图示也表现了通过差速作用,左右车轮承受的压力差ΔP。正确设计差速器能够保证车辆转弯时的动态稳定,提高行驶的舒适性和安全性。3.1.1行星齿轮数目的选择球面半径:=29.735~35.281(mm)(3.1)圆整取=35mm式中:——行星齿轮球面半径系数,2.52~2.99,取2.99;节锥距:=(0.98~0.99)=34.30~34.65mm(3.2)取34.50mm3.1.2行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择对于行星齿轮来说,较少的齿数有利于获得较大的模数,从而增强齿轮的强度。但是,齿数过少可能会影响齿轮的啮合,从而影响差速器的平滑运转和噪音水平。通常,行星齿轮的齿数不应少于10,以保持适当的啮合和运行性能。而半轴齿轮通常选择14至25的齿数范围。这个齿数范围允许足够的接触面积来分散载荷,减少每个齿面上的应力,同时也容许设计的灵活性来适配不同车型和驱动需求。行星齿轮与半轴齿轮的齿数比在实际应用中大多位于1.5至2的范围内。这个齿数比提供了平衡的动力分配给两个轮轴,允许差速器在车辆转弯时有效地工作。齿数比的选择同时考虑到了传动比、尺寸限制以及制造成本。在本例中,如果行星齿轮的齿数取为10,半轴齿轮的齿数取为20,这就形成了一个2:1的齿数比,这个比例不仅能够提供良好的承载能力,同时也能保持差速器的紧凑设计,确保在有限的空间内实现高效的动力传输。在任何圆锥行星齿轮式差速器中,左、右两半轴齿轮的齿数之和,必须能被行星齿轮的数目n所整除,否则将不能安装,即应满足:=10(3.3)差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定先初步求出行星齿轮和半轴齿轮的节锥角:(3.4)式中:——行星齿轮和半轴齿轮齿数。再根据下式初步求出圆锥齿轮的大端模数:=3.104(3.5)取标准模数6;式中:在前面已初步确定。算出模数后,节圆直径d即可由下式求得:(3.6)3.1.3压力角汽车差速器齿轮的设计常采用一个较大的压力角,这样的选择有助于齿轮的强度和刚度,允许在小齿轮(如行星齿轮)上实现较少的齿数,而不至于导致齿顶变尖,这通常与一般的齿轮设计中所采用的20°压力角相比,可以减少至10个齿。较大的压力角提供的是更大的齿面接触长度,在同等载荷条件下,齿面接触应力较低,有利于提高齿轮的疲劳寿命。齿高系数通常取为0.8,这个系数决定了齿轮齿高的大小,一个较小的齿高系数有助于提高齿轮的几何强度,同时允许齿轮设计更加紧凑。通过选择合适的齿高系数,可以在保持足够强度的同时减小齿轮的尺寸,这对于空间受限的差速器内部结构尤为重要。利用切相修正(ProfileShifting),在不改变小齿轮齿顶形状的前提下,可以通过加大半轴齿轮(大齿轮)的齿厚来实现齿轮的等强设计。这样的修正不仅改善了齿轮的接触比和载荷分布,而且在传动过程中能减少齿轮的应力集中,提高整个齿轮组的强度和寿命。此外,等强度设计还意味着行星齿轮和半轴齿轮可以更均匀地分摊载荷,这在保持差速器紧凑尺寸的同时,提高了整个传动系统的可靠性。通过对行星齿轮数目的选择、对齿数的选择等等、以及压力角的确定可以利用AutoCAD工程制图对行星齿轮与半轴齿轮的结构进行绘制:如图3.1行星齿轮、图3.2半轴齿轮图3.1行星齿轮图3.2半轴齿轮3.1.4行星齿轮安装孔直径及其深度L的确定行星齿轮安装孔与行星齿轮名义直径相同,而行星齿轮安装孔的深度L就是行星齿轮在其轴上的支承长度。=35.97(mm)=32.70mm(3.7)式中:差速器传递的转矩24942;n——行星齿轮数4;——行星齿轮支承面中点到锥顶的距离,mm.,是半轴齿轮齿面宽中点处的直径,l=64mm;[]——支承面的许用挤压应力,取69MPa.3.2差速器齿轮的几何尺寸计算与强度计算如表4.1,锥齿轮的几何尺寸计算。表3.1汽车差速器锥齿轮的几何尺寸计算表序号项目计算1行星齿轮齿数2半轴齿轮齿数3模数4齿面宽=30.2mm,取F=30mm5齿工作高=1.6m=5.6mm6齿全高h=1.788m+0.051=6.039mm7压力角8轴交角9节圆直径10节锥角11节锥距A===39.1mm12周节t=3.1416m=10.9956mm13齿顶高3.77125mm1.8287mm14齿根高mmmm15径向间隙16齿根角mmmm17面锥角mmmm18根锥角mmmm19外圆直径mmmm20节锥顶点至齿轮外缘距离mmmm21理论弧齿厚mmmm22齿侧间隙差速器齿轮的设计要求确保齿轮在车辆正常使用期间不会因为弯曲应力超出材料的强度极限而发生破坏。由于差速器在大部分行驶情况下,并不经历大的转速差异,其内部齿轮的载荷变化相对较小。因此,行星齿轮在正常的直线行驶中,确实更像是一个等臂推力杆,传递扭矩而不产生相对滚动。在转弯或者车轮失去牵引力时,差速器允许车轮以不同的速度旋转,行星齿轮会与半轴齿轮产生相对滚动,但这种情况不是持续发生的。由于这种相对滚动的频率较低,疲劳破坏不是差速器齿轮设计的主要考虑因素。相反,差速器齿轮的设计主要考虑弯曲强度,以确保在极端工况下,如快速转弯时,齿轮仍能承受由于不同轮速产生的载荷。汽车差速器齿轮的弯曲应力为(4.8)式中:T——差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩,;(4.9)n——差速器行星齿轮数目4;——半轴齿轮齿数20;——超载系数1.0;——质量系数1.0;——尺寸系数——载荷分配系数1.1;F——齿面宽30mm;m——模数3.5;J——计算汽车差速器齿轮弯曲应力的总和系数0.226。当扭矩T=815.725Nm时,计算得到的工作弯曲应力σw=564.342MPa,这个值低于材料的许用强度极限980MPa。表明在较高扭矩下,齿轮保持了足够的强度,是合格的。对于较小扭矩T=185.937Nm,工作弯曲应力σw=148.645MPa,同样低于材料的许用强度极限210MPa。表明在较低扭矩下齿轮强度也是合格的。综合考虑这两种工况,得出结论,齿轮的设计强度满足要求。3.3本章小结本章节主要是对差速器齿轮的设计。节锥距选取为34.50mm、行星齿轮的齿数取为10,半轴齿轮的齿数取为20、行星齿轮和半轴齿轮的节锥角分别为26.565°、63.43°;圆锥齿轮的大端模数为3.104;节圆直径d为70mm;星齿轮安装孔的深度L就是行星齿轮在其轴上的支承长度。并得知当扭矩T=815.725Nm时,计算得到的工作弯曲应力σw=564.342MPa,这个值低于材料的许用强度极限980MPa。表明在较高扭矩下,齿轮保持了足够的强度,是合格的。对于较小扭矩T=185.937Nm,工作弯曲应力σw=148.645MPa,同样低于材料的许用强度极限210MPa。表明在较低扭矩下齿轮强度也是合格的。综合考虑这两种工况,得出结论,齿轮的设计强度满足要求。第四章螺旋锥齿轮三维模型的建立4.1如何建立螺旋锥齿轮的三维模型图4.1螺旋锥齿轮大概操作步骤如下:1.新建零件:首先,打开SolidWorks软件,点击“文件”菜单,选择“新建”来创建一个新的零件。接下来,选择合适的单位和标准,并确定零件的名称和保存路径。2.创建基本形状:通过选择相应的绘图工具,在绘图区域中进行绘制。根据螺旋锥齿轮的设计要求,使用合适的绘图命令和工具来创建齿轮的基本形状。3.添加特征:在绘制基本形状后,通过添加各种特征来完善模型。对于螺旋锥齿轮,可能需要添加的特征包括凸台、倒角等。此外,重点是创建螺旋锥齿轮的特定形状和齿面。4.生成齿面:根据螺旋锥齿轮的齿面设计要求,可能需要使用SolidWorks的高级功能或插件来生成齿面。这通常涉及到复杂的数学计算和几何关系,以确保齿面的精确性和准确性。5.进行布尔运算:根据需要,可以使用SolidWorks中的布尔运算工具,如“实体布尔减运算”,来从基本形状中去除不需要的部分,以创建出所需的齿轮形状。6.保存并检查模型:完成建模后,保存模型并对其进行仔细检查,确保所有尺寸和特征都符合设计要求。4.2本章小结通过建立螺旋锥齿轮的三维模型可以更直观地验证螺旋锥齿轮的设计是否符合要求,如尺寸、形状、配合度等。此外,模型还可以用于优化设计,通过模拟不同参数下的齿轮性能,找到最佳的设计方案;可以为螺旋锥齿轮的加工制造提供精确的指导。制造人员可以根据模型确定加工路径、切削参数等,提高加工精度和效率;利用三维模型,可以对螺旋锥齿轮的运动进行动态分析,了解其在不同工况下的性能表现。这有助于预测齿轮的寿命、承载能力、传动效率等关键指标,为实际应用提供重要参考;在装配过程中,三维模型可以用于指导齿轮与其他部件的装配顺序和配合方式,确保装配精度。同时,模型还可以用于虚拟调试,提前发现潜在的问题并进行改进。综上所述,螺旋锥齿轮建立三维模型在设计、制造、运动分析、装配调试以及教学研究等方面都具有重要作用。随着技术的不断发展,三维建模将在螺旋锥齿轮的设计与应用中发挥越来越大的作用。第五章长安欧诺商务车后桥齿轮设计的结论与展望5.1后桥齿轮设计的发展的结论长安欧诺商务车后桥齿轮的设计,作为车辆动力传输系统的重要组成部分,车辆的行驶稳定性、安全性以及燃油经济性均受到直接影响。1.结构设计合理:长安欧诺商务车的后桥齿轮采用了先进的结构设计,通过优化齿形、齿距和齿高等参数,实现了较高的传动效率和较低的磨损率。这种设计有助于提升车辆的行驶性能和延长齿轮的使用寿命。2.材料选择恰当:齿轮采用了高强度、耐磨损的合金钢材料,经过精密加工和热处理工艺,具有良好的机械性能和抗疲劳性能。这有助于确保齿轮在高负荷、高转速的工作环境下仍能保持稳定的工作状态。3.润滑系统完善:后桥齿轮的润滑系统设计合理,通过有效的油路设计和润滑油选择,实现了良好的润滑效果。这有助于降低齿轮工作时的摩擦损失和热量产生,提高齿轮的工作效率和可靠性。5.2新技术、新材料在齿轮设计中的应用前景1.进一步优化结构设计:随着科技的发展和制造工艺的进步,未来可以进一步探索和优化后桥齿轮的结构设计,以提高传动效率、降低噪音和振动。例如,可以采用更先进的齿形设计和更精确的加工技术来提升齿轮的性能。2.开发新型材料:未来可以研发具有更高强度、更耐磨损和更低重量的新型材料,用于制造后桥齿轮。这不仅可以提升齿轮的性能和寿命,还可以降低车辆的整备质量,提高燃油经济性。3.智能化和集成化:随着智能化和集成化技术的发展,未来可以考虑将传感器、控制器等智能元件集成到后桥齿轮中,实现对其工作状态的实时监测和智能调控。这有助于提高车辆的行驶安全性和维护便利性。综上所述,长安欧诺商务车后桥齿轮的设计已经取得了显著成果,但仍具有较大的优化和发展空间。未来可以通过不断的技术创新和工艺改进,进一步提升后桥齿轮的性能和可靠性,为车辆提供更加稳定、高效的动力传输保障。参考文献邓杰.某汽车后桥齿轮优化设计[J].重庆理工大学,2022(1):8-10\t"/https/34263054423230556a6d256d76542e4bfa9406e6cd29112c574da523/reader/SBGX201919049"王嘉琪.二级齿轮减速器的失效形式及改善措施[J].设备管理与维修,2019(19).8-10\t"/https/34263054423230556a6d256d76542e4bfa9406e6cd29112c574da523/reader/JXQD201605009"赵丽娟;刘晓东;李苗;.齿轮故障诊断方法研究进展[J].机械强度,2016(05).8-10ZhaoJun,ZhangDan,WangJinGuang.Failurecauseandvibrationdiagnosisofgearbox[J].Chinashiprepair,2018,21(5):8-10.WangW.J.;McFaddenP.D..Earlydetectionofgearfailurebyvibrationanalysis--ii.interpretationofthetime-frequencydistributionusingimageprocessingtechniques[J].MechanicalSystemsandSignalProcessing,19
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