手动机械式分动器设计

1、 手动机械式分动器设计 摘要本设计主要根据越野汽车的相关技术参数进行手动机械式分动器的设计。根据匹配车型的使用条件和车辆参数选择分动器的结构形式，并按照分动器系统的设计步骤和要求，具体进行了分动器轴、齿轮等零部件的相关设计工作和校核工作，最后绘制了二维图纸。关键词：分动器；手动机械式；设计 Design Of Manual Mechanical Actuator Abstract The design is based mainly on the Off-road vehicle related parameters at the design of the manual mechanical

2、 actuator. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the actuator sub-system design steps and requirements, mainly related to design work, including the center distance of actuators, bevel gear and other parameters. And actuators, gears and other parts

3、of the design and verification of the relevant work.Keywords: Actuator; Manual Mechanical; Design 目录摘要Abstract1 绪论.11.1 分动器简介.11.2 分动器构造及原理.21.3 分动器类型.31.4 分动器的功用和设计要求.42 分动器结构方案的选择.52.1 传动方案.52.2 齿轮的安排.62.3 换挡结构形式63 分动器主要参数的选择.83.1 传动比分配.83.2 中心距A.84 分动器齿轮参数的确定.94.1 模数.94.2 压力角.94.3 螺旋角.94.4 齿宽.104

4、.5 各档齿轮齿数的分配.105 分动器结构元件145.1 齿轮.145.2 轴及相关零件.146 啮合套传动副的设计计算.197 零件的校核.207.1 齿轮的校核.217.2 轴的校核238 总结.24参考文献.25致谢.26附录.271 绪论越野车需要经常在坏路和无路情况下行驶，尤其是军用汽车的行驶条件更为恶劣，这就要求增加汽车驱动轮的数目，因此，越野车都采用多轴驱动。例如，如果一辆前轮驱动的汽车两前轮都陷入沟中，那汽车就无法将发动机的动力通过车轮与地面的磨擦产生驱动力而继续前进。而假如这辆车的四个轮子都能产生驱动力的话，那么，还有两个没陷入沟中的车轮能正常工作，使汽车继续行驶。在多轴驱

5、动的汽车上，为了将输出的动力分配给各驱动桥设有分动器。1.1 分动器简介装于多桥驱动汽车的变速器后，用于传递和分配动力至各驱动桥，兼作副变速器之用。常设两个档，低档又称为加力档。为了不使后驱动桥超载常设联锁机构，使只有结合前驱动桥以后才能挂上加力档，并用于克服汽车在坏路面上和无路地区的较大行程阻力及获得最低稳定车速。高速档为直接档或为减速档。（1）带轴间差速器的分动器各输出轴可以以不同的转速旋转，而转矩分配则由差速器传动比决定。据此，可将转矩按轴荷分配到各驱动桥。装有这种分动器的汽车，不仅挂加力档时可使全轮驱动，以克服坏路面和无路地区地面的较大阻力，而且挂分动器的高档时也可使全轮驱动，以充分利

6、用附着重量及附着力，提高汽车在良好路面上的牵引性能。（2）不带轴间差速器的分动器各输出轴可以以相同的转速旋转，而转矩分配则与该驱动轮的阻力及其传动机构的刚度有关。这种结构的分动器在挂低档时同时将接通前驱动桥；而挂高档时前驱动桥则一定与传动系分离，使变为从动桥以避免发生功率循环并降低汽车在好路面上行驶时的动力消耗及轮胎等的磨损。（3）装有超越离合器的分动器利用前后轮的转速差使当后轮滑转时自动接上前驱动桥，倒档时则用另一超越离合器工作。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩，是越野车汽车传动系中不可缺少的传动部件，它的前部与汽车变速箱联接，将其输出的动力经适当变速后同

7、时传给汽车的前桥和后桥，此时汽车全轮驱动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。大多数分动器由于要起到降速增矩的作用而比变速箱的负荷大，所以分动器中的常啮齿轮均为斜齿轮，轴承也采用圆锥滚子轴承支承。1.2 分动器的构造及原理分动器的输入轴与变速器的第二轴相连，输出轴有两个或两个以上，通过万向传动装置分别与各驱动桥相连。 图1-1 北京吉普切诺基汽车行星机构AMC207型分动器分动器内除了具有高低两档及相应的换档机构外，还有前桥接合套及相应的控制机构。当越野车在良好路面上行驶时，只需后轮驱动，可以用操纵手柄控制前桥接合套，切断前驱动桥输出轴的动力。分动器的工作要求：（1）先接前桥，后挂低速档；（2

8、）先退出低速档，再摘下前桥；上述要求可以通过操纵机构加以保证。1.3 分动器类型（1）分时四驱(Parttime 4WD) 这是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是一般越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。最显著的优点是可根据实际情况来选取驱动模式，比较经济。（2）全时四驱(Fulltime 4WD)这种传动系统不需要驾驶人选择操作，前后车轮永远维持四轮驱动模式，行驶时将发动机输出扭矩按50：50设定在前后轮上，使前后排车轮保持等量的扭矩。全时驱动系统具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，有了全时四驱系统

9、，就可以在铺覆路面上顺利驾驶。但其缺点也很明显，那就是比较废油，经济性不够好。而且，车辆没有任何装置来控制轮胎转速的差异，一旦一个轮胎离开地面，往往会使车辆停滞在那里，不能前进。 （3）适时驱动(Realtime 4WD)采用适时驱动系统的车辆可以通过电脑来控制选择适合当下情况的驱动模式。在正常的路面，车辆一般会采用后轮驱动的方式。而一旦遇到路面不良或驱动轮打滑的情况，电脑会自动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，自然切换到四轮驱动状态，免除了驾驶人的判断和手动操作，应用更加简单。不过，电脑与人脑相比，反应毕竟较慢，而且这样一来，也缺少了那种一切尽在掌握的征服感和驾驶乐趣。1.4

10、分动器的功用和设计要求分动器的功用就是将分动器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与分动器的输出轴用万向传动装置连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连。汽车全轮驱动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。对分动器的设计要求要满足以下几点：1） 便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑；2） 保证汽车必要的动力性和经济性；3） 换档迅速、省力、方便；4） 工作可靠。不得有跳档及换档冲击等现象发生；5） 分动器应有高的工作效率；6） 分动器的工作噪声低。2 分动器结构方案的选择分动器的结构形式是多种多样的，各种

11、结构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随着主观和客观条件的变化而变化。因此在设计过程中我们应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化，最后确定较合适的方案。机械式具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛应用。本设计采用的结构方案如图2-1所示。 图2-1 分动器传动方案2.1 传动方案分动器的设计类比于变速器和减速器的设计。现在汽车大多数都采用中间轴式变速器，采用输入轴与后轮输出轴同轴的形式，输入轴的后端经轴承在后轮输出轴的轴孔内，后轮输出要经过两对齿轮副的传递，因此传动效率有所降低。2.2 齿轮的安

12、排各齿轮副的相对安装位置，对于整个分动器的结构布置有很大的影响，要考虑到以下几个方面的要求：1）整车总布置根据整车的总布置，对分动器输入轴与输出轴的相对位置和分动器的轮廓形状以及换挡机构提出要求2）驾驶员的使用习惯 3）提高平均传动效率4）改善齿轮受载状况 各挡位齿轮在分动器中的位置安排，考虑到齿轮的受载状况。承受载荷大的低挡齿轮，安置在离轴承较近的方，以减小铀的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。分动器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高挡齿轮安排在离两支承较远处。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小，故齿轮的偏载也小。2.3 换档结构形式目前用于齿轮传动中的换挡结构形式主要

13、有三种： 1）滑动齿轮换挡 通常是采用滑动直齿轮进行换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击，会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大。所以这种换挡方式，一般仅用在较低的档位上，例如变速器中的一挡和倒挡。采用滑动斜齿轮换挡，虽有工作平稳、承裁能力大、噪声小的优点，但它的换挡仍然避免不了齿端面承受冲击。2）啮合套换挡 用啮合套换挡，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合的斜齿轮。而斜齿轮上另外有一部分做成直的结合齿，用来与啮合套相啮合。3）同步器换挡 现在大多数汽车的变速器都采用同步器。使用同步器可减轻接合齿在换挡时引起的

14、冲击及零件的损坏。并且具有操纵轻便，经济性和缩短换挡时间等优点，从而改善了汽车的加速性、经济性和山区行驶的安全性。其缺点是零件增多，结构复杂，轴向尺寸增加，制造要求高，同步环磨损大，寿命低。但是近年来，由于同步器广泛使用，寿命问题已解决。比如在其工作表面上镀一层金属，不仅提高了耐腐性，而且提高了工作表面的摩擦系数。3 分动器主要参数的选择本设计选用亚川汽车齿轮集团有限公司的1800F33A分动箱，主要适用于东风军用越野车。3.1 传动比分配根据分动箱型号给出的参数，分动器高速级传动比：；低速级传动比：。3.2 中心距A将中间轴与第二轴之间的距离称为中心距A。它是一个基本参数，其大小不仅对分动器

15、的外形尺寸、体积质量大小，而且对齿轮的接触强度有影响。中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当保证齿轮有必要的接触强度来确定。分动器的轴经轴承安装在壳体上，从布置轴承的可能与方便和不影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。根据经验公式：式中，为分动器中心距（mm）；KA为中心距系数，取KA=8.912；Temax为输入最大扭矩（Nm）；i低为低速档传动比；为分动器传动效率，取95%。可确定中心距：A=8.92.050.95=96.3129.8mm取中心距A=130mm。4 分动器齿轮参数的确定4.1 模数为了防止两轴研合到一起引起两周对接卡死，输入轴与后桥输出轴间留

16、有0.5mm的间隙，IK段是齿轮轴上的齿轮3，分度圆直径KL段安装轴承，查表取孔径70mm的30214型圆锥滚子轴承，其尺寸为dDTBCa=70mm125mm26.25mm24mm21mm25.8mm，故，LM段根据端盖结构取，MN段安装轴承，查表选取孔径为65mm的30213型圆锥滚子轴承，其尺寸为dDTBCa=65mm120mm24.75mm23mm20mm23.8mm取NO段安装输出轴联轴器，取。3）中间轴de段是啮合套外齿轮8，分度圆直径，啮合套齿轮8与两边的齿轮7、2各留有0.5mm的间隙，齿轮7、2的总齿宽为45mm，齿轮2、4间留有间隙5mm，所以，bc、fg段安装轴承，取孔径为

17、50mm的30210型圆锥滚子轴承，ab、gh段做成螺纹用于轴的两端固定，取。4）中桥输出轴ef段安装齿轮5，取，bc、fg段安装轴承，取孔径为60mm的30212型圆锥滚子轴承，其尺寸为dDTBCa=60mm110mm23.75mm22mm19mm22.3mm，de、cd段根据结构取，ab段渐开线齿轮分度圆直径，gh段安装联轴器，。5）前桥输出轴cd段齿轮分度圆直径，bc段安装一对圆锥滚子轴承，取孔径为50mm的30210型圆锥滚子轴承，ab段安装联轴器，取。6 啮合套传动副的设计计算啮合套轮齿为直齿，其齿廓曲线为渐开线，啮合角为20，模数取3mm，齿顶高系数，其他参数与普通齿轮一样，齿数一

18、般为3080。高、低速换档啮合套，取z=32，则分度圆直径为，结合套宽28mm；接前桥、断前桥啮合套，取z=18，则分度圆直径为d=318mm=54mm，结合套宽28mm。齿轮7、2上的小齿轮齿宽均选10mm，大齿轮小齿轮间距均选5mm。7 零件的校核当挂上低速档时传递的转矩最大，因此只要校核低速档时的强度就可以了。挂上低速档时：输入轴传递的转矩中间轴传递的转矩后桥输出轴传递的转矩后桥输出轴齿轮受力分析：7.1 齿轮的校核对齿轮进行分析可知，后桥输出轴上的常啮合齿轮副受力最大。因此校核后桥输出轴上的齿轮副。7.1.1 轮齿接触强度校核齿轮材料选为20CrMnTi，渗碳淬火处理，齿面硬度5268

19、HRC，7级精度（GB 10095-88）。齿面接触应力1） 选=1. 3。2） 。3） b=30mm。4） d3=153.44mm。5） 由机械设计图10-26查得，0.78，则 +=1.54。6） u=i34=1.44。7） 由机械设计图10-30选取区域系数=2.37。8） 由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数=189.8MPa。9） 由机械传动装置设计手册图2-12查得=1650MPa。按机械传动装置设计手册表2-27中说明，许用接触应力 =0.9=1485MPa。计算：满足条件。7.1.2 齿根弯曲强度校核齿根弯曲应力1） 计算载荷系数圆周速度v=2.33m/s由机械设计表10

20、-2查得使用系数=1.25；根据v=2.33m/s，7级精度，由机械设计图10-8查得=1.05；由机械设计表10-3查得齿间载荷分配系数=1.2；由机械设计表10-4查得=1.05；由机械设计图10-13查得=1.035。K=1.251.051.21.035=1.632） 查取齿形系数。由机械设计表10-5查得=2.44，=2.62。3）查取应力校正系数。由机械设计表10-5查得=1.654，=1.59。4）计算纵向重合度。=0.318tan=0.31830/153.4425tan20.2052=0.5725）根据纵向重合度，从机械设计图10-28查得螺旋角影响系数=0.91。6）计算弯曲疲

21、劳许用应力。取安全系数S=1.25，则=MPa=798MPa由此计算：7.2 轴的校核后桥输出轴强度最弱，因此首先对其校核。对于30214型圆锥滚子轴承，a=25.8mm，因此作为悬臂梁的轴长L=15mm+10mm+24mm-25.8mm=23.2mm。按弯扭合成应力校核轴的强度，取=0.6，轴的计算应力轴的材料为20Cr，渗碳淬火，由机械设计表15-1查得。因此，故安全。8 总结分动器是传动系中的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。分动器的结构对汽车的动力性、燃油经济性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。本设计依据高低档传动比设计越野汽车手动机械式分动器。其特点是结构简单、紧凑、传动效

22、率高、噪声低。着重对分动器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算，同时对各结构件进行分析设计。 参考文献（1）机械设计手册，机械工业出版社，2004（2）汽车设计，清华大学出版社，2001（3）BOSCH汽车工程手册（中文第二版），北京理工大学出版社，2004（4）郭新华，汽车构造，高等教育出版社，2008（5）王望予，汽车设计，机械工业出版社，2004（6）王黎钦、陈铁鸣，机械设计，哈尔滨工业大学出版社，2008（7）裘文言，机械制图及CAD基础，上海交通大学出版社，2004（8）朱龙根，机械零件设计手册，机械工业出版社，1997（9）Chris Longhurst，The Transm

23、ission Bible（10）T.K.Garrett，The Motor Vehicle 致谢在这次为期两个多月的毕业设计，我收获良多，获得了许多珍贵的知识，学到了在许多书本上不可能收录的东西。例如如何最大限度的利用规范，如何把规范里的明文规定运用到实际上去，如何独立思考，如何与人相处融洽等等。总之，这次毕业设计使我在身心都得到了锻炼，在此十分感谢我的导师李宏刚，以及在设计上给予我莫大帮助的同学，朋友。最后再次说声感谢。 附录Off-road vehicles need roads and access roads are often in a bad case of driving, es

24、pecially military vehicles driving conditions become more severe, which requires increasing the number of car wheel, therefore, have adopted the multi-axis drive off-road vehicles. For example, if a front wheel drive car into a ditch two front wheels are in, that car will not be able to power the engine friction with the ground through the wheels have driven and continue to move forward. And if