汽車前驅動橋的結構設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　本科學生畢業(yè)設計</b></p><p>　　汽車前驅動橋的結構設計</p><p>　　系部名稱： 汽車與交通工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 車輛工程 09-12班 </p><p>　　學生姓名： xxxx </p>&

2、lt;p>　　指導教師： ggg </p><p>　　職 稱： 實驗師 </p><p>　　黑 龍 江 工 程 學 院</p><p><b>　　二○一三年六月</b></p><p>　　The Graduation Design for

3、 Bachelor's Degree</p><p>　　The Structural Design of The Car </p><p>　　Front Drive Axle</p><p>　　Candidate：Feng Liqiu</p><p>　　Specialty： Vehicle Engineering</p

4、><p>　　Class：09-12</p><p>　　Supervisor：Experimentalist Tianfang</p><p>　　Heilongjiang Institute of Technology</p><p>　　2013-06·Harbin</p><p><b>　　摘

5、 要</b></p><p>　　隨著現代車型的發(fā)展，普通汽車已經逐漸走進每個人的生活中。車橋設計是汽車設計中重要的環(huán)節(jié)之一，國產驅動橋在國內市場占據了絕大部分份額，但國產車橋與國際先進水平仍有一定差距，仍有一定數量的車橋依賴進口。</p><p>　　本次設計首先通過查閱近幾年來有關國內外前驅動橋設計的文獻資料，綜合所學專業(yè)知識，了解并掌握了汽車前驅動橋結構及工作原理，根據

6、所給的汽車參數制定了相應的設計方案。</p><p>　　然后通過查閱相關標準、手冊資料，確定了驅動橋的主要零部件的主要設計參數，完成轉向器、萬向節(jié)、主減速器、差速器、半軸及橋殼的結構和尺寸設計計算，并進行相應校核，再根據所計算選取的參數畫出了轉向驅動橋的整體裝配圖、差速器裝配圖以及部分零件圖。</p><p>　　關鍵詞：前驅動；轉向驅動橋；主減速器；差速器；半軸；橋殼</p>

7、;<p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As the development of the auto industry, car has gradually become part of everyone's life. Axle design is one of the important parts of automotive desig

8、n, domestic drive axle in the domestic market accounted for the lion's share, but there is still a certain number of axles dependent on imports, there is still a certain gap between domestic axle and the internationa

9、l advanced level.</p><p>　　Firstly, this design is lookup of the domestic and international front drive axle design documents in recent years, integrated the knowledge of our expertise we had knew and master

10、ed the car’s front drive axle structure and working principle, formulated according to the vehicle parameters to the corresponding design programs.</p><p>　　Then refered to the relevant standard, manual data

11、 to determine the main design parameters of the main components of the drive axle, completed the structure and size of the steering, universal joints, main gear box, differential, axle and axle housing, and check, accord

12、ing to the calculated parameters selected to draw the overall steering drive axle assembly drawings, the differential assembly drawings as well as some parts diagram.</p><p>　　Key words: Front drive； Steerin

13、g drive axle；Main reducer； Differential； Axle； Axle housing</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要Ⅰ</b></p><p>　　ABSTRACTⅡ</p><p>　　第1章 緒 論1&

14、lt;/p><p><b>　　1.1 前言1</b></p><p>　　1.1.1 概論1</p><p>　　1.1.2 預期的成果1</p><p>　　1.2 國內外發(fā)展狀況及現狀的介紹1</p><p>　　1.3 本設計的目的與意義3</p><p>　

15、　1.4 本設計的主要內容3</p><p>　　第2章 驅動橋的設計5</p><p>　　2.1 驅動橋參數5</p><p>　　2.2 驅動橋的結構方案5</p><p><b>　　2.3本章小結7</b></p><p>　　第三章 主減速器設計8</p>&

16、lt;p>　　3.1 主減速器的結構型式8</p><p>　　3.1.1主減速器的減速形式8</p><p>　　3.1.2主減速器的齒輪類型8</p><p>　　3.1.3主減速器主、從動錐齒輪的支承方案9</p><p>　　3.2 主減速器基本參數選擇與設計計算9</p><p>　　3.2.

17、1主減速比i0的確定9</p><p>　　3.2.2主減速器齒輪計算載荷的確定10</p><p>　　3.2.3主減速器齒輪基本參數的選擇13</p><p>　　3.3主減速器螺旋錐齒輪的強度計算17</p><p>　　3.3.1 單位齒長上的圓周力17</p><p>　　3.3.2 輪齒的彎曲強度

18、計算18</p><p>　　3.3.3 輪齒的接觸強度計算19</p><p>　　3.4主減速器錐齒輪軸承的載荷計算與型號選擇20</p><p>　　3.4.1錐齒輪齒面上的作用力20</p><p>　　3.4.2錐齒輪的軸向力和徑向力計算21</p><p>　　3.4.3錐齒輪軸的軸徑選擇22&

19、lt;/p><p>　　3.4.4錐齒輪軸承載荷的計算22</p><p>　　3.5主減速器齒輪的材料及熱處理24</p><p>　　3.6主減速器的潤滑25</p><p>　　3.7本章小結26</p><p>　　第4章 差速器設計27</p><p>　　4.1 差速器齒輪基本

20、參數選擇28</p><p>　　4.2 差速器齒輪與強度計算32</p><p>　　4.3 錐形摩擦盤的設計32</p><p>　　4.4本章總結35</p><p>　　第5章 半軸設計與萬向節(jié)選擇36</p><p>　　5.1 半軸的型式36</p><p>　　5.2半

21、軸尺寸選取36</p><p>　　5.3 半軸的強度驗算37</p><p>　　5.4 半軸的結構設計及材料與熱處理38</p><p>　　5.5萬向節(jié)結構選擇38</p><p>　　5.6 萬向節(jié)的材料及熱處理40</p><p>　　5.7本章總結40</p><p>　

22、　第6章 驅動橋殼設計41</p><p>　　6.1驅動橋殼的選擇41</p><p>　　6.2本章小結41</p><p><b>　　結 論42</b></p><p><b>　　參考文獻43</b></p><p><b>　　致 謝44&

23、lt;/b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　本課題針對城市普通轎車轉向驅動橋的設計。設計的主要任務是完成轎車的前轉向驅動橋設計，包括驅動半軸，萬向節(jié)，橋殼，車輪等部件，協調設計車輛的全局。</p><p&

24、gt;<b>　　1.1.1 概論</b></p><p>　　1. 本課題解決的主要問題</p><p>　　設計出符合課題要求的前轉向驅動橋。汽車傳動系的總任務是傳遞發(fā)動機的動力，使之適應于汽車行駛的需要。在一般汽車的機械式傳動中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動機特性與汽車行駛要求間的矛盾和結構布置上的問題。首先是因為絕大多數的發(fā)動機在汽車上的縱向安置的，為使其轉矩

25、能傳給左、右驅動車輪，必須由驅動橋的主減速器來改變轉矩的傳遞方向，同時還得由驅動橋的差速器來解決左、右驅動車輪間的轉矩分配問題和差速要求。其次，需將經過變速器、傳動軸傳來的動力，通過驅動橋的主減速器，進行進一步增大轉矩、降低轉速的變化。因此，要想使汽車驅動橋的設計合理，首先必須選好傳動系的總傳動比，并恰當地將它分配給變速器和驅動橋。</p><p>　　2. 本課題的設計總體思路</p><p

26、>　　一些汽車提供行駛的平穩(wěn)性而采用獨立懸掛而采用斷開式驅動橋的橋殼。對載貨汽車，由于它們有時會遇到坎坷不平的壞路面，要求它們的驅動橋有足夠的離地間隙，以滿足汽車在通過性方面的要求。驅動橋的噪聲主要來自齒輪及其他傳動機件。提高它們的加工精度、裝配精度，增強齒輪的支承剛度，是降低驅動橋工作噪聲的有效措施。驅動橋各零部件在保證其強度、剛度、可靠性及壽命的前提下應力求減小簧下質量，以減小不平路面對驅動橋的沖擊載荷，從而改善汽車行駛的平順

27、性。</p><p>　　1.1.2 預期的成果</p><p>　　掌握汽車前驅動橋結構及工作原理，基于所給定的主要零部件的主要設計參數，完成轉向器、萬向節(jié)和自由輪轂、主減速器、差速器、半軸及橋殼的結構和尺寸設計計算，并進行相應校核。要求設計規(guī)范合理，計算準確，并計算機輔助繪圖畫出裝配圖和零件圖，編寫設計說明書。</p><p>　　1.2 國內外發(fā)展狀況及現狀的

28、介紹</p><p>　　目前國產驅動橋在國內市場占據了絕大部分份額，但仍有一定數量的車橋依賴進口，國產車橋與國際先進水平仍有一定差距。國內車橋長的差距主要體現在設計和研發(fā)能力上，目前有研發(fā)能力的車橋廠家還不多，一些廠家僅僅停留在組裝階段。實驗設備也有差距，比如工程車和牽引車在行駛過程中，齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是不同的，國外先進的實驗設備能夠模擬這種狀態(tài)，而我國現在還在摸索中。</p><p&g

29、t;　　在具體工藝細節(jié)方面，我國和世界水平的差距還比較大，歸根結底后橋的共用時承載和驅動。在這兩方面，今年來出現了一些新的變化。另外，在結構方面，單級驅動橋的使用比例越來越高；技術方面，輕量化、舒適性的要求將逐步提高?？傮w而言，現在汽車向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展的趨勢，要求車橋向輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低生產成本。</p><p>　　為適應不斷完善社會主義市場經濟體制的要求以及加入世貿組織后國

30、內外汽車產業(yè)發(fā)展的新形勢，推進汽車產業(yè)結構調整和升級，全面提高汽車產業(yè)國際競爭力，滿足消費者對汽車產品日益增長的需求，促進汽車產業(yè)健康發(fā)展，特制定汽車產業(yè)發(fā)展政策。通過該政策的實施，使我國汽車產業(yè)在2010年前發(fā)展成為國民經濟的支柱產業(yè)，為實現全面建設小康社會的目標做出更大的貢獻。政府職能部門依據行政法規(guī)和技術規(guī)范的強制性要求，對汽車、農用運輸車(低速載貨車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產企業(yè)及其產品實施管理，規(guī)范各類經濟主體在汽

31、車產業(yè)領域的市場行為。低速載貨汽車，在汽車發(fā)展趨勢中，有著很好的發(fā)展前途。生產出質量好，操作簡便，價格便宜的低速載貨汽車將適合大多數消費者的要求。在國家積極投入和支持發(fā)展汽車產業(yè)的同時，能研制出適合中國國情，包括道路條件和經濟條件的車輛，將大大推動汽車產業(yè)的發(fā)展和社會經濟的提高。</p><p>　　在新政策《汽車產業(yè)發(fā)展政策》中，我國要成為世界主要汽車制造國，汽車產品滿足國內市場大部分需求并批量進入國際市場；汽

32、車生產企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產品品牌；通過市場競爭形成幾家具有國際競爭力的大型汽車企業(yè)集團等等。同時，在這個新的汽車產業(yè)政策描繪的藍圖中，還包含許多涉及產業(yè)素質提高和市場環(huán)境改善的綜合目標，著實令人鼓舞。然而，不可否認的是，國內汽車產業(yè)的現狀離產業(yè)政策的目標還有相當的距離。自1994年《汽車工業(yè)產業(yè)政策》頒布并執(zhí)行以來，國內汽車產業(yè)結構有了顯著變化，企業(yè)規(guī)模效益有了明顯改善，產業(yè)集中度有了一定程度提高。但是，長期以來困

33、擾中國汽車產業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復建設問題，還沒有從根本上得到解決。多數企業(yè)家預計，在新的汽車產業(yè)政策的鼓勵下，將會有越來越多的汽車生產企業(yè)按照市場規(guī)律組成企業(yè)聯盟，實現優(yōu)勢互補和資源共享。</p><p>　　1.3 本設計的目的與意義</p><p>　　隨著現代車型的多樣化、個性化的需求與發(fā)展，越野車以其優(yōu)越的克服惡劣環(huán)境的能力吸引著大眾的視線。而車橋設計是汽車設計中重要的環(huán)節(jié)之

34、一。轉向橋，是指承擔轉向任務的車橋。一般汽車的前橋是轉向橋。四輪轉向汽車的前后橋，都是轉向橋。它利用車橋中的轉向節(jié)使兩端的車輪偏轉一定的角度，以實現汽車的轉向。它除承擔汽車的垂直載荷外，還承受縱向力和側向力及這些力造成的力矩。轉向橋通常位于汽車前部，因此也常稱為前橋。各種車型的轉向橋結構基本相同，主要由前梁，轉向節(jié)組成。汽車驅動橋位于傳動系的末端，其基本功用是增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉矩，將轉矩合理的分配給左、右驅動車輪具有汽車

35、行駛運動學所要求的差速功能；同時，驅動橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。驅動橋一般由主減速器，差速器，驅動車輪的傳動裝置和橋殼組成。對于前輪驅動汽車和全輪驅動汽車，前橋既要轉向，又要傳遞動力，叫做轉向驅動橋。通過本題目的設計，學生可綜合運用《汽車構造》、《汽車理論》、《汽車設計》、《機械設計》、《汽車制造工藝學》等課程的知識，使學生掌握運用標準、手冊和查閱相關技術資料等，培養(yǎng)汽車設計技能，達到綜合訓練<

36、/p><p>　　1.4 本設計的主要內容</p><p>　　本次設計主要是通過查閱近幾年來有關國內外前驅動橋設計的文獻資料，綜合所學專業(yè)知識進行設計，所要完成的主要任務如下：</p><p>　　(1)通過比較不同方案和方法選取最佳方案進行設計，掌握汽車前驅動橋結構及工作原理；</p><p>　　(2)基于給定的參數確定主要零部件的主要設計

37、參數，完成轉向器、萬向節(jié)和自由輪轂、主減速器、差速器、半軸及橋殼的結構和尺寸設計計算，并進行相應校核；</p><p>　　(3)用計算機輔助繪圖畫出裝配圖和零件圖，并編寫設計說明書。</p><p><b>　　1.5 本章小結</b></p><p>　　首先，介紹了驅動橋在國內的現狀，雖然國產驅動橋在國內市場占據了絕大部分份額，但仍有一定

38、數量的車橋依賴進口，國產車橋與國際先進水平仍有一定差距。以及在如此嚴酷的競爭環(huán)境下國內企業(yè)的對策。</p><p>　　然后，本章主要介紹了本次課題設計的目的與意義是學生可綜合運用《汽車構造》、《汽車理論》、《汽車設計》、《機械設計》、《汽車制造工藝學》等課程的知識，使學生掌握運用標準、手冊和查閱相關技術資料等，培養(yǎng)汽車設計技能，達到綜合訓練的效果。使學生學會從工程一線的角度出發(fā)，合理選擇各總成的結構類型，制定設

39、計方案，正確地分析、計算、校核，并考慮制造工藝、經濟、使用、維修等問題，培養(yǎng)未來工作的綜合能力，從而可以提高學生解決實際問題的能力。 </p><p>　　最后，明確了本次課程設計主要內容為：</p><p>　　(1)通過比較不同方案和方法選取最佳方案進行設計，掌握汽車前驅動橋結構及工作原理；</p><p>　　(2)基于給定的參數確定主要零部件的主要設計參數，

40、完成轉向器、萬向節(jié)和自由輪轂、主減速器、差速器、半軸及橋殼的結構和尺寸設計計算，并進行相應校核；</p><p>　　(3)用計算機輔助繪圖畫出裝配圖和零件圖，并編寫設計說明書。</p><p>　　第2章 驅動橋的設計</p><p><b>　　2.1 驅動橋參數</b></p><p>　　汽車的主要參數包括尺寸參

41、數，質量參數和汽車性能參數。</p><p>　　汽車的主要尺寸參數有車身長度、車身寬度、軸距、前輪距、后輪距、離地最小間隙等。汽車的質量參數包括整車整備質量、汽車總質量、載客量、軸荷分配等。汽車性能參數主要有動力性參數、燃油經濟性參數、最大功率、最大扭矩、通過性幾何參數，操作穩(wěn)定性參數，制動性參數等。</p><p><b>　　基本參數</b></p>

42、<p>　　2.2 驅動橋的結構方案</p><p>　　在選擇驅動橋總成的結構型式時，應當從所設計汽車的類型及使用、生產條件出發(fā)，并和所設計汽車的其他部件，尤其是懸架的結構型式與特性相適應，以共同保證整個汽車預期使用性能的實現。驅動橋的總成的結構型式，按其總體布置來說有三種：普通的非斷開式驅動橋、帶有擺動半軸的非斷開式驅動橋合和斷開式驅動橋。</p><p>　　驅動橋的結

43、構形式與驅動車輪的懸架形式密切相關。當車輪采用非獨立懸架時，驅動橋應為非斷開式(或稱為整體式)，即驅動橋是一根連接左右驅動車輪的剛性空心梁，而主減速器、差速器及車輪傳動裝置(由左、右半軸組成)都裝在它里面。當采用獨立懸架時，為保證運動協調，驅動橋應為斷開式。這種驅動橋無剛性的整體外殼，主減速器及其殼體裝在車架或車身上，兩側驅動車輪則與車架或車身作彈性聯系，并可彼此獨立地分別相對于車架或車身作上下擺動，車輪傳動裝置采用萬向傳動機構。為了防

44、止運動干涉，應采用花鍵軸或一種允許兩軸能有適量軸向移動的萬向傳動機構。</p><p>　　非斷開式驅動橋的橋殼是一跟支承在左右驅動車論上的剛性空心梁，而主減速器、差速器及半軸等傳動機件都裝在其中。這時，整個驅動橋和驅動車輪的質量以及傳動軸的部分質量都是屬于汽車的非懸掛質量，使汽車的非懸掛質量較大，這是普通非斷開式驅動橋的一個缺點。整個驅動橋通過彈性懸架與車架連接。非斷開式驅動橋的整個驅動橋和驅動車輪的質量以及傳

45、動軸的部分質量都是屬于汽車的非懸掛質量。因此，在汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性和通過性等方面不如斷開式驅動橋。[12]</p><p>　　圖2.1 非斷開式驅動橋</p><p>　　圖2.2 斷開式驅動橋</p><p>　　因本車為中檔SUV轎車，采用的為斷開時驅動橋，即采用獨立懸掛式。斷開式驅動橋的簧下質量較小，又與獨立懸掛相配合，致使驅動車輪與地面的接觸情況及對

46、各種地形的適應性比較好，獨立懸架驅動橋結構雖然叫復雜，但可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性，減小車輪和車橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。</p><p><b>　　2.3本章小結</b></p><p>　　首先本章主要介紹了汽車的主要參數包括尺寸參數，質量參數和汽車性能參數，以及本次驅動橋設計所給定的汽車的參數。</p>&l

47、t;p>　　最后介紹了汽車驅動橋的結構類型主要分為普通的非斷開式驅動橋、帶有擺動半軸的非斷開式驅動橋和斷開式驅動橋，分析并選擇了本次設計的驅動橋的結構方案為斷開式驅動橋。</p><p>　　第三章 主減速器設計</p><p>　　主減速器是汽車傳動系中減小轉速、增大扭矩的主要部件，它是依靠小齒輪與大齒輪嚙合，通過大的傳動比來增加扭矩。主減速器類型較多，有單級、雙級、雙速、輪邊減速

48、器等。</p><p>　　3.1 主減速器的結構型式</p><p>　　3.1.1主減速器的減速形式</p><p>　　單級主減速器：由于單級主減速器具有結構簡單、質量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比i0<7.6的各種中、小型汽車上。根據本次課程設計所給的主傳動比i0<7.6的特點，采用單級主減速器優(yōu)勢突出。</p>

49、<p>　　3.1.2主減速器的齒輪類型</p><p>　　在現代汽車驅動橋上，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。</p><p>　　螺旋錐齒輪的主從齒輪軸線相交于一點，交角可以是任意的，但是絕大多數的汽車驅動橋上，主減速齒輪副都采用90°交角的布置方案，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，因此螺旋錐齒輪能承受較大的符合。加之其輪齒

50、不是在齒的全長同時嚙合，而是逐漸由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉向另一端，因此其工作平穩(wěn)，即使在告訴時，噪聲和振動也很小。而且螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的都有沿著齒廓方向的滑動，并且雙曲面?zhèn)鲃舆€具有齒長方向的縱向滑動，導致雙曲面齒輪產生更多的熱量，使接觸點的溫度升高，傳動效率相比于螺旋錐齒輪的傳動效率略低，達96%，因此在本次設計當中，我們采用的是螺旋錐齒輪傳動。</p><p>　　(a)螺旋錐齒輪傳動；(b) 雙曲面齒輪

51、</p><p>　　圖3.1 螺旋錐齒輪與栓曲面齒輪傳動</p><p>　　3.1.3主減速器主、從動錐齒輪的支承方案</p><p>　　在殼體結構及軸承型式已定的情況下，主減速器主動齒輪的支承型式及安置方法，對其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確嚙合并具有較高使用壽命的重要因素之一。</p><p>　　現在汽車主減速器主動錐齒輪的支

52、承型式有懸臂式、騎馬式兩種。裝載質量為2t以上的汽車主減速器主動齒輪都是采用騎馬式支承。但是騎馬式支承增加了導向軸承支座，是主減速器結構復雜，成本提高。轎車和裝載質量小于2t的貨車，常采用結構簡單、質量較小、成本較低的懸臂式結構。在這里采用懸臂式結構合理。</p><p>　　主減速器從動錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在支承之間的分布而定。為了增加支承剛度，支承間的距離應盡可能縮小。兩端支承多采

53、用圓錐滾子軸承，安裝時應使他們的圓錐滾子的大端相向朝內，小端相背朝外。</p><p>　　1—螺母; 2—后橋凸緣; 3—油封; 4—前軸承; 5—主動錐齒輪調整墊片;</p><p>　　6—隔套; 7—墊片; 8—位置調整墊片; 9—后軸承;10—主動錐齒輪</p><p>　　圖3.2 主動錐齒輪及調整裝置零件圖</p><p

54、>　　3.2 主減速器基本參數選擇與設計計算</p><p>　　主減速比、驅動橋的離地間隙和計算載荷，是主減速器設計的原始數據，應在汽車總體設計時就確定。</p><p>　　3.2.1主減速比i0的確定</p><p>　　主減速比對主減速器的結構型式、輪廓尺寸、質量大小以及當變速器處于最高檔位時汽車的動力性和燃料經濟性都有直接影響。選擇應在汽車總體設計時

55、和傳動系的總傳動比一起由整車動力計算來確定。可利用在不同下的功率來研究對汽車動力性的影響。通過優(yōu)化設計，對發(fā)動機與傳動系參數作最佳匹配的方法來選擇值，可使汽車獲得最佳的動力性和燃料經濟性。在本設計中，主傳動比是已知確定的，其值。</p><p>　　3.2.2主減速器齒輪計算載荷的確定</p><p>　　通常是將發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅動車輪打滑時這兩種情況下。作用于主

56、減速器從動齒輪上的轉矩的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應力的計算載荷，即：</p><p><b>　　按照最低檔傳動比求</b></p><p>　　汽車變速器最低檔傳動比選擇，應根據汽車最大爬坡度、驅動車輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅動車輪的滾動半徑等綜合考慮、確定。</p><p&

57、gt;　　由最大爬坡度要求的變速器Ⅰ檔傳動比：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　式子中：</b></p>&

58、lt;p>　　M——汽車質量，本車質量為1590Kg；</p><p>　　G——重力加速度為9.8；</p><p>　　—道路最大阻力系數取0.7；</p><p>　　——驅動車輪的滾動半徑這里為360.15mm；</p><p>　　Te max——發(fā)動機最大轉矩為224N?m，</p><p>

59、;　　——主減速比為5.791，</p><p>　　η——傳動系的傳動效率0.9</p><p>　　據車輪與路面的附著條件：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　式子中：</

60、b></p><p>　　G2汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給地面的載荷這里?。?lt;/p><p>　　φ——道路的附著系數為0.85；</p><p>　　變速器的最低檔變化取值范圍是 </p><p>　　根據現有市場上的變速器我們選著其最低檔的傳動比為</p><p>　　汽車的車輪型號為225/65R17則

61、其半徑為：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—從動齒輪轉矩，N?m；</p><p>　　—發(fā)動機最大轉矩，取N?m；</p><p>　　—驅動橋數，取(選擇2WD車型)；</p>

62、<p><b>　　—分動器傳動比，；</b></p><p>　　—主減速器傳動比，；</p><p>　　—變速器傳動效率，；</p><p><b>　　—超載系數，；</b></p><p>　　—變速器最低擋傳動比，；</p><p>　　代入式(3-3

63、)，有N?m。</p><p>　　2. 按驅動輪打滑轉矩確定從動錐齒圓柱齒輪的計算轉矩</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—計算轉矩，N?m；</p><p>　　—滿載情況下前驅動橋對水平地面的

64、的靜載荷，為N；</p><p>　　—輪胎與路面間的附著系數，在安裝一般輪胎的汽車在良好的混凝土或瀝青路上，取0.85，對于安裝防測滑輪胎的乘用車可取1.25，對于越野車一般取1.0；</p><p>　　—車輪的滾動半徑，取362.15m；</p><p>　　—主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比，取1；</p><p>　　—主減速器主

65、動齒輪到車輪之間的傳動效率，為0.97；</p><p>　　代入式(3-4)，有</p><p><b>　　N?m</b></p><p>　　因此最小值為N?m。</p><p>　　3. 上面求得的計算載荷，是最大轉矩而不是正常持續(xù)轉矩，不能用它作為疲勞損壞的依據。對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正

66、常持續(xù)轉矩是根據所謂平均比牽引力的值來確定的，即主減速器從動齒輪的平均計算轉矩(N·m)為：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　= 635N·m </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　

67、—汽車滿載總重，18900 N</p><p>　　—所牽引的掛車滿載總重，但僅用于牽引車；</p><p>　　—道路滾動阻力系數，計算時轎車取=0.010～0.015；載貨汽車取0.015～0.020；越野汽車取0.020～0.035；該車取0.010</p><p>　　—汽車正常使用時的平均爬坡能力系數。通常轎車取0.08；載貨汽車和城市公共汽車取0.05～

68、0.09；長途公共汽車取0.06～0.10，越野汽車取0.09～0.30。該車取0.08；</p><p>　　—汽車或汽車列車的性能系數：</p><p>　　==-6.6由于計算為負，取0值。則=0</p><p>　　3.2.3主減速器齒輪基本參數的選擇</p><p>　　1. 主動齒輪的轉矩計算</p><p&g

69、t;<b>　　N·m</b></p><p><b>　　N·m</b></p><p>　　2. 主減速器錐齒輪的參數選擇</p><p><b>　　(1) 齒數的選擇</b></p><p>　　對于單級主減速器，當i0較大時，則應盡量使主動齒輪的齒

70、數取值小些，以得到滿意的驅動橋離地間隙。當i0≥6時，z1的最小值可取為5，但為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強度，Z1最好大于5。當i0較小(如i0=3.5～5)時，引可取為7～12，但這時常常會因主、從動齒輪齒數太多、尺寸太大而不能保證所要求的橋下離地間隙。為了磨合均勻，主、從動齒輪的齒數z1，z2之間應避免有公約數；為了得到理想的齒面重疊系數，其齒數之和對于載貨汽車應不少于40，對于轎車應不少于50。</p><p>

71、;　　本車的主減速比為5.791，主減速比較小，參考文獻[5]表3-10、3-13后選用Z1=9，Z2=52；實際主減速比為5.778；Z1+Z2=61>50符合要求。</p><p>　　(2) 節(jié)圓直徑的選擇</p><p>　　可根據文獻[1]推薦的從動錐齒輪的計算轉矩中取較小值按經驗公式選出：</p><p>　　=245mm

72、 (3-7) </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　d2——從動錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；</p><p>　　Kd2——直徑系數，Kd2=13.0～15.3；</p><p>　　Tc——計算轉矩，N·m; Tc 為3252 N·m</p><

73、;p>　　根據該式可知從動錐齒輪大端分度圓直徑的取值范圍為 192.6mm～247.20mm.參考文獻[5]中推薦當以Ⅰ擋傳遞時，節(jié)圓直徑應大于或等于以下兩式算得數值中較小值：</p><p><b>　　=243mm</b></p><p><b>　　=194mm</b></p><p>　　即在本設計中需使20

74、0mm</p><p>　　當以直接傳遞時，則需滿足以下條件</p><p><b>　　=207mm</b></p><p>　　最后根據上兩式中所選得的值中的較大者，即可取=245mm</p><p>　　(3) 齒輪端面模數的選擇</p><p>　　d2選定后，可按式m=d2/z2算出從動

75、錐齒輪大端端面模數為4.71，并用下式校核：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Tc——計算轉矩，N·m； 3252N·m</p><p>　　Km——模數系數，取Km=0.3-0.4。</p&g

76、t;<p>　　由(2-7)可得模數的取值范圍為4.44～5.93,故模數取4.71合適。</p><p>　　(4) 齒面寬的選擇</p><p>　　汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的從動齒輪齒面寬F(mm)推薦為[10]：</p><p>　　F=0.155d2

77、(3-9)</p><p>　　=0.155245＝37.98mm </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　d2——從動齒輪節(jié)圓直徑，245mm。</p><p>　　并且B要小于10m　即47.1mm。</p><p>　　考慮到齒輪強度要求取40mm。</

78、p><p>　　小錐齒輪的齒面寬一般要比大錐齒輪的大10%,故取44mm。</p><p>　　(5)雙曲面齒輪的偏移距E</p><p>　　E值過大將使齒面縱向滑動過小，從而引起齒面早期磨損和擦傷；E值過小則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動的特點。轎車、輕型客車和輕型載貨汽車主減速器的E值，不應超過從動齒輪節(jié)錐距A0的40%(接近于從動齒輪節(jié)圓直徑d 2的20%)；而載貨汽車

79、、越野汽車和公共汽車等重負荷傳動，E則不應超過從動齒輪節(jié)錐距A0的20%(或取E值為d：的10%～12%，且一般不超過12%)。傳動比愈大則E也應愈大，大傳動比的雙曲面齒輪傳動，偏移距E可達從動齒輪節(jié)圓直徑d2的20％～30％。但當E大干d2的20％時，應檢查是否存在根切。該車屬輕負荷傳動，故取E為49mm。</p><p>　　雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種。由從動齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動齒輪

80、處于右側，如果主動齒輪在從動齒輪中心線的上方，則為上偏移；在從動齒輪中心線下方，則為下偏移如果主動齒輪處于左側，則情況相反，本次設計選擇的是上偏移。</p><p><b>　　(6)螺旋方向</b></p><p>　　從動齒輪的錐頂向其齒面看去并使主動齒輪處于右側，這時如果主動齒輪在從動齒輪中心線上方時，則為上偏移，在下方時則為下偏移。雙曲面齒輪的偏移方向與其輪齒

81、的螺旋方向間有一定的關系：下偏移時主動齒輪的螺旋方向為左旋，從動齒輪為右旋；上偏移時主動齒輪為右旋，從動齒輪為左旋。</p><p>　　該車取下偏移主動齒輪為左旋，從動齒輪為右旋。</p><p>　　(7) 齒輪法向壓力角的選擇</p><p>　　法向壓力角大些可以增加齒輪強度，減少齒輪不發(fā)生根切的最小齒數，在格里森制規(guī)定中，轎車主減速器螺旋錐齒輪的法向壓力角

82、選用14°30′或16°；載貨汽車和重型汽車的法向壓力角則應分別選用20°或22°30′。對于雙曲面齒輪，由于其主動齒輪輪齒兩側的法向壓力角不等，因此應按平均壓力角考慮，載貨汽車選用22°30′的平均壓力角，轎車選用19°或20°的平均壓力角。當zl≥8時，其平均壓力角均選用21°15′。</p><p>　　因此在本次設計中取齒輪法

83、向壓力角為16°。</p><p><b>　　(8)中點螺旋角</b></p><p>　　螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小，汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為35°~40°。乘用車選用較大的以保證較大的，使運轉平穩(wěn)，噪聲低；商務車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取35

84、6;，在本設計中我們選取的螺旋角即為35°。</p><p>　　表3-1 圓弧螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算用表</p><p>　　3.3主減速器螺旋錐齒輪的強度計算</p><p>　　3.3.1 單位齒長上的圓周力</p><p>　　在汽車工業(yè)中，主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用于其輪齒上的假定單位壓力即單位齒長的圓周力的估算，

85、即</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　p——單位齒長上的圓角力，N／mm；</p><p>　　P——作用在齒輪上的圓周力，N，按發(fā)動機最大轉矩Teamx和最大附著力矩 兩種載荷工況進行計算，N；</p>

86、<p>　　F——從動齒輪的齒面寬，mm。</p><p>　　按發(fā)動機最大轉矩計算時：</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Temax——發(fā)動機最大轉矩，N·m；這里是224N?m</p>

87、<p>　　ig——變速器傳動比，這里為3.833；</p><p>　　d1——主動齒輪節(jié)圓直徑，42.39mm。</p><p>　　F——從動齒輪的齒面寬，40mm</p><p><b>　　最終求得圓周力</b></p><p>　　按最大附著力矩計算時：</p><p>

88、<b>　　(3-12)</b></p><p><b>　　式子中：</b></p><p>　　——汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷，N；這里取10241N</p><p>　　——輪胎與地面的附著系數，按表2-3取0.85</p><p>　　——輪胎的滾動半徑這里取0.3622m&l

89、t;/p><p>　　——主減速器從動齒輪節(jié)圓直徑，244.4mm</p><p><b>　　最后算的</b></p><p>　　許用單位齒長上的圓周力如下表3.2</p><p>　　表3.2 許用單位齒長上的圓周力[1]</p><p>　　目前，由于技術的進步，可在上述許用值的基礎上增加10

90、%—25%，從上可知設計的齒輪符合要求。</p><p>　　3.3.2 輪齒的彎曲強度計算</p><p>　　汽車主減速器螺旋錐齒輪的計算彎曲應力 (N／mm2)為：</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　按(Tje、Tjh)較小值校核</p><p>　　主動

91、齒輪的彎曲強度：</p><p>　　從動齒輪的彎曲強度校核：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Tc——齒輪的計算轉矩，N·m，對于主動齒輪還需將上述計算轉矩換算到主動齒輪上；主動輪上為635 N·m，從動輪為3252 N·m。</p><p>　　K0——超

92、載系數；取1</p><p>　　Ks——尺寸系數，反映材料性質的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關。當端面模數m≥1.6mm時，Ks==0.6562；</p><p>　　Km——載荷分配系數，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，Km＝1.00~1.10；當一個齒輪用騎馬式支承時，Km＝1.10~1.25。支承剛度大時取小值；Km取1.1</p><p>　　Kv——

93、質量系數，對于汽車驅動橋齒輪，當輪齒接觸良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取Kv＝1；</p><p>　　F——計算齒輪的齒面寬，mm；</p><p>　　Z——計算齒輪的齒數；</p><p>　　m——端面模數，mm；</p><p>　　J——計算彎曲應力用的綜合系數，主動齒輪為0.214，從動齒輪0.265</p>&

94、lt;p>　　3.3.3 輪齒的接觸強度計算</p><p>　　圓錐齒輪的計算接觸應力 (MPa)為：</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　Tz、Tc——分別為主動齒輪的工作轉矩和最大轉矩，N·m；<

95、;/p><p>　　Cp——材料的彈性系數，對于鋼制齒輪副取232.6N1/2／mm；</p><p>　　d1——主動齒輪節(jié)圓直徑，42.39mm；</p><p>　　Kf——表面質量系數，對于制造精確的齒輪可取Kf=1；</p><p>　　F——齒面寬，40mm，取齒輪副中的較小值(一般為從動齒輪齒面寬)；</p><

96、p>　　J一一計算接觸應力的綜合系數，取0.147</p><p>　　帶入上述的參數，最后得到</p><p>　　主、從動齒輪的接觸應力是相同的。當按日常行駛轉矩計算時，許用接觸應力為1750MPa；當按計算轉矩和計算時，許用接觸應力為2800MPa。計算時應將上述計算轉矩換算到主動齒輪上。</p><p>　　3.4主減速器錐齒輪軸承的載荷計算與型號選擇

97、</p><p>　　3.4.1錐齒輪齒面上的作用力</p><p>　　齒寬中點處的圓周力： </p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　T—作用在該齒輪上的轉矩，作用在主減速器主動齒輪上的當量轉矩見下

98、式[5]：</p><p><b>　　其中： </b></p><p><b>　　--發(fā)動機最大轉矩</b></p><p>　　--變速器在各擋的使用率，參考文獻[5]的表3-14選取</p><p>　　--變速器各擋的傳動比</p><p>　　--變速器在各擋時發(fā)

99、動機轉矩利用率，參考文獻[5]的表3-41選取</p><p>　　其中，為變速器處于第i檔時的發(fā)動機轉矩</p><p>　　所以主動錐齒輪的當量轉矩為=171.0374 N?m</p><p>　　--該齒輪齒面寬中點的分度圓直徑</p><p><b>　　主動齒輪有：</b></p><p&g

100、t;<b>　　(3-16)</b></p><p>　　=204.6-40sin65.653°=168.16</p><p><b>　　從動齒輪有：</b></p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　=244.4-40sin80.183

101、°</p><p>　　=204.6 mm </p><p>　　最后解得 ； </p><p>　　式(2-15)與(2-16)中：</p><p><b>　　--從動齒輪齒面寬</b></p><p><b>　　--從動齒輪節(jié)錐角&

102、lt;/b></p><p>　　3.4.2錐齒輪的軸向力和徑向力計算</p><p><b>　　1. 軸向力</b></p><p><b>　　主動齒輪：</b></p><p><b>　　(3-18)</b></p><p><b&

103、gt;　　=1877.5 N</b></p><p><b>　　從動齒輪：</b></p><p><b>　　(3-19)</b></p><p><b>　　=3082.7 N</b></p><p><b>　　徑向力</b></

104、p><p><b>　　主動齒輪：</b></p><p><b>　　(3-20)</b></p><p><b>　　=649.1 N</b></p><p><b>　　從動齒輪：</b></p><p><b>　　(

105、3-21) </b></p><p><b>　　=7412.7 N</b></p><p><b>　　上述的4式中：</b></p><p>　　——錐齒輪的法向壓力角16°；</p><p><b>　　——螺旋角35°：</b></

106、p><p>　　——節(jié)錐角主動輪為9.817°從動輪為80.183°</p><p>　　3.4.3錐齒輪軸的軸徑選擇</p><p>　　當錐齒輪齒面所受的圓周力、軸向力與徑向力計算確定后，根據主減速器軸承的布置尺寸，即可求出軸承所受的載荷。主動錐齒輪軸的材料選用40Cr鋼，調質處理。由文獻[13]查表7-1得材料的強度極限 =700MPa；查表

107、7-12得 =65MPa =45MPa。</p><p>　　由材料力學可知，軸受轉矩作用時，其強度條件為</p><p>　　可以推出軸所滿足條件的最小直徑：</p><p><b>　　(3-22) </b></p><p><b>　　=27.52mm</b></p><p

108、>　　其中c由文獻[13]的表7-11中取得c=100；；n分別為發(fā)動機的額定功率和轉速，其值由表2-1中可得。即取=30 mm。 </p><p>　　由裝配關系可以得出最小直徑的位置是安裝導向軸承的，所以確定導向軸承的型號為31306的圓錐滾子軸承。再根據小齒輪軸和差速器的設計，小齒輪軸的軸承選用的圓錐滾子軸承的型號為32007，差速器軸承選用的圓錐滾子軸承

109、型號為32216[11]。</p><p>　　3.4.4錐齒輪軸承載荷的計算</p><p>　　較遠處軸承的載荷[8,11]：</p><p><b>　　徑向力：</b></p><p><b>　　(3-23)</b></p><p><b>　　=1168

110、.9 N</b></p><p>　　軸向力：AA= =1877.5 N</p><p><b>　　較近處軸承的載荷</b></p><p><b>　　徑向力：</b></p><p><b>　　(3-24)</b></p><p>&

111、lt;b>　　=3752.8 N</b></p><p><b>　　軸向力：AB=0</b></p><p>　　式(2-23)-(2-24)中：</p><p>　　a=145mm;b=45mm;c=190mm</p><p>　　則較遠處軸承的當量載荷</p><p>&l

112、t;b>　　Q1=</b></p><p>　　其中對于單列圓錐滾子軸承，當<e 時，X=1；Y=0</p><p>　　當>e時，X=0.4；Y值及判斷參數e參考軸承手冊或產品樣本</p><p>　　此設計中=>e==0.546時，X=0.4；Y=0.54</p><p>　　所以Q=2494.07 N

113、</p><p>　　此時對于31306型軸承，由文獻[13]可查的它的額定動載荷c=52.5kN，則</p><p><b>　　軸承的壽命</b></p><p>　　=21115h (3-25)</p><p><b>　　式中：</b><

114、;/p><p>　　——溫度系數，取0.90</p><p>　　——載荷系數，對于車輛，可取=1.2-1.8，此設計取1.5</p><p>　　——壽命指數，滾子軸承取10/3</p><p>　　n——軸承的計算轉速： </p><p>　　=2.6650/0.36215</p><p>　　

115、=367.25 r/min</p><p><b>　　——輪胎的滾動半徑</b></p><p>　　——汽車的平均行駛速度，km/h；對于轎車取為50-55km/h；對于載貨汽車和公共汽車可取為30-35km/h</p><p>　　同理，較近處軸承選用32007型，它的當量載荷Q2==1168.9 N，額定動c=43.2KN</p&

116、gt;<p>　　此時此軸承的壽命=40760h。</p><p>　　由參考文獻[5]可知軸承的額定壽命</p><p><b>　　(3-26)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　s——汽車的大修里程，km .小排量乘用車及客、貨車的大修里程一

117、般15萬km以上，大修壽命較低；排量較大的乘用車，總質量較大的貨車、客車大修里程一般在30萬km以上，大修壽命較長；總質量大的貨車在使用質量良好的柴油機時，大修壽命可達到(50-80)萬km。根據車型此設計選用30萬km[1]</p><p>　　所以=6000 h。從上可知設計的齒輪符合要求。</p><p>　　3.5主減速器齒輪的材料及熱處理</p><p>

118、　　汽車驅動橋主減速器的工作相當繁重，與傳動系其他齒輪比較，它具有載荷大、作用時間長、載荷變化多、帶沖擊等特點。其損壞形式主要有齒板彎曲折斷、齒面疲勞點蝕(剝落)、磨損和擦傷等。據此對驅動橋齒輪的材料及熱處理應有以下要求：[1]</p><p>　　(1)具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應有高的硬度；</p><p>　　(2)輪齒芯部應有適當的韌性以適

119、應沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷；</p><p>　　(3)鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律性易控制，以提高產品質量、減少制造成本并降低廢品率；</p><p>　　(4)選擇齒輪材料的合金元素時要適應我國的情況。例如，為了節(jié)約鎳、鉻等我國發(fā)展了以錳、釩、硼、鈦、鉬、硅為主的合金結構鋼系統(tǒng)。</p><p>　　汽車主減速器和

120、差速器圓錐齒輪與雙曲面齒輪目前均用滲碳合金鋼制造。常用的鋼號有20CrMnTi，22CrMN?mo，20CrNiMo，20MnVB和20Mn2TiB。</p><p>　　用滲碳合金鋼制造齒輪，經滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度可高達HRC58～64，而芯部硬度較低，當端面模數m>8時為HRC29～45，當m<8時為HRC32～45。</p><p>　　對于滲碳層深度有如下的

121、規(guī)定：當端面模數m≤5時，為0.9～1.3mm；m>5～8時，為1.0～1.4mm；m>8時，為1.2～1.6mm。所以此設計中的滲碳層深度為1.0mm</p><p>　　由于新齒輪潤滑不良，為了防止齒輪在運行初期產生膠合、咬死或擦傷，防止早期磨損，圓錐齒輪與雙曲面齒輪副(或僅大齒輪)在熱處理及精加工(如磨齒或配對研磨)后均予以厚度為0.005～0.010～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種

122、表面鍍層不應用于補償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。</p><p>　　對齒面進行噴丸處理有可能提高壽命達25%。對于滑動速度高的齒輪，為了提高其耐磨性可進行滲硫處理。滲硫處理時的溫度低，故不會引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數可顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現象產生。</p><p>　　3.6主減速器的潤滑</p><p>　　主減速器

123、及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，其中尤其應注意主減速器主動錐齒輪的前軸承的潤滑，因為其潤堵不能靠潤滑油的飛濺來實現。為此，通常是在從動齒輪的前端近主動齒輪處的主減速殼的內壁上設一專門的集油槽，將飛濺到殼體內壁上的部分潤滑油收集起來再經過進油孔引至前軸承圓錐滾子的小端處，由于圓錐滾子在旋轉時的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐浪子的小端通向大端，并經前軸承前端的回油孔流回驅動橋殼中間的油盆中，使?jié)櫥偷玫窖h(huán)。這樣不但可使軸承得到良好