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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
RL3220用13噸級(jí)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程B07-6班
學(xué)生姓名： 唐金鵬
指導(dǎo)教師： 李涵武
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二O一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of RL3220’s 13t Drive Axle
Candidate：Tang Jinpeng
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B07-6
Supervisor：Associate Professor Li Hanwu
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)課題是13噸級(jí)重型載貨汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì),汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)底盤(pán)的重要組成部分,一般由主減速器，差速器，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和橋殼等組成，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋還有等速萬(wàn)向節(jié)。它的作用是將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳來(lái)的動(dòng)力折過(guò)90度角,改變力的傳遞方向,并由主減速器降低轉(zhuǎn)速,增大轉(zhuǎn)矩后,經(jīng)差速器分配給左右半軸和驅(qū)動(dòng)輪。汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)的重大總成,承載著汽車(chē)的滿載以及地面經(jīng)車(chē)輪、車(chē)架及承載式車(chē)身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷;驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車(chē)的可靠性與耐久性有重要形影外，也對(duì)汽車(chē)的行駛性能，如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過(guò)性、機(jī)動(dòng)性和操作穩(wěn)定性等有直接影響，另外，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋在汽車(chē)的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成，因此，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的種類(lèi)十分的廣泛，對(duì)這些零部件的設(shè)計(jì)制造涉及很多的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝，通過(guò)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。
關(guān)鍵詞： 驅(qū)動(dòng)橋；設(shè)計(jì)；計(jì)算；零件；CAD
II
ABSTRACT
This design task is 13 tonnage heavy cargo automobile driving axle design, car driving axle is an important part of car chassis, general by main reducer, differential, wheel rotation device and bridge shell and other components, steering axles and patterned constant speed universal it is the role of the power transmission device universal coming over 90 degree Angle folding, change directionandthetransmission force of calm And the main reducer reduce speed, and increase torque, assigned to the differential around half shaft and the drive wheels cars driving axle is the great assembly car, bearing the car carrying and ground via wheel frame and integral by suspension of body vertical force to lead its transverse force longitudinal strength and impact load torque,; Driving axle also delivers the drivetrain And impact load; Driving axle also delivers the transmission, the maximum torque is under bridge housing, cars driving axle backlash torque structure form and design parameters in addition to the reliability of the automobile and durability are important for car around outside, also driving performance, such as dynamic economy through sexual mobility and smooth operating stability, etc have straight In addition, automobile driven axle of the various auto assembly in also covers the mechanical parts components such as varieties most portion assembly of large assembly, therefore, automobile driving axle design of mechanical parts and components involved the species is widespread For these parts of the design and manufacture of modern machinery involved a lot of car manufacturing process, through the drive axle of studying and designing practice, can better learning and mastery of the modern car design and mechanical design of the comprehensive knowledge and skills
Keywords: driving axle; Design; Calculation; Parts; CAD
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………….I
Abstract………………………………………………….……….....................................II
第1章 緒論 ……………………………………………………………………….…….1
1.1汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的意義和目的…………………………………………………….1
1.2汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………….1
1.3 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋不同機(jī)構(gòu)形式的比較…………………………………………………3
1.3.1驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)………………………………………………………….3
1.3.2汽車(chē)車(chē)橋的種類(lèi)……………………………………………………………….3
1.3.3驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成……………………………………………………………….4
1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容…………………………………………………………...............9
1.5 設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)…………………………………………………………...............9
第2章 主減速器的設(shè)計(jì)…………………………………………………………..….10
2.1主減速器的結(jié)構(gòu)形式……………………………………………………………..10
2.1.1主減速器的齒輪類(lèi)型…………………………………………………...…11
2.1.2主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承形式…………………………………...11
2.2主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………..12
2.2.1主減速器計(jì)算載荷的確定………………………………………………...12
2.2.2主減速器基本參數(shù)的選擇...........................................................................13
2.2.3主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算…………………………………...16
2.2.4主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………...……17
2.2.5主減速器軸承的載荷計(jì)算…………………………………………….......19
2.3 本章小結(jié)………………………………………………………………… …23
第3章 差速器設(shè)計(jì)………………………………………………………………….…24
3.1對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理…………………………………...…...24
3.2對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)………………………………………..........25
3.3對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)……………………………………………..25
3.3.1差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇…………………………………………...26
3.3.2差速器齒輪的幾何計(jì)算……………………………………………......….28
3.3.3差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………...29
3.4本章小結(jié)………………………………………………………………………….29
第4章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………………31
4.1結(jié)構(gòu)形式分析…………………………………………………………………......31
4.2全浮式半軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………......…33
4.3半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………………......…34
4.4半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理…………………………………………......…35
4.5本章小結(jié)…………………………………………………………………………..35
第5章驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) ……………………………………………………….……..37
5.1鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu)……………………………………………………......…37
5.2橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………......…38
5.2.1橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算………………………………………………....….38
5.2.2在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算…………………………….39
5.2.3汽車(chē)以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼的強(qiáng)度計(jì)算………………………....….39
5.2.4汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算……………………………………….…41
5.3本章小結(jié)…………………………………………………………………………41
結(jié)論……………………………………………………………………………………...…45
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………….46
致謝………………………………………………………………………………………...62
附錄………………………………………………………………………………………...63
第1章 緒 論
1.1汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的意義和目的
對(duì)于大噸位重載汽車(chē)來(lái)說(shuō)，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車(chē)和客車(chē)，以及輕型商用車(chē)都要大得多，以便能夠以較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國(guó)際上石油價(jià)格的上漲，汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)乘用車(chē)，對(duì)于自卸汽車(chē)，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車(chē)生產(chǎn)商來(lái)提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)軸—驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過(guò)程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。
1.2汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋研究現(xiàn)狀及發(fā)展
1.2.1汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的研究現(xiàn)狀
本設(shè)計(jì)課題是13噸級(jí)重型載貨汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì),汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋是汽車(chē)底盤(pán)的重要組成部分,一般由主減速器，差速器，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和橋殼等組成，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋還有等速萬(wàn)向節(jié)。它的作用是將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳來(lái)的動(dòng)力折過(guò)90度角,改變力的傳遞方向,并由主減速器降低轉(zhuǎn)速,增大轉(zhuǎn)矩后,經(jīng)差速器分配給左右半軸和驅(qū)動(dòng)輪。汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)汽車(chē)的重大總成,承載著汽車(chē)的滿載以及地面經(jīng)車(chē)輪、車(chē)架及承載式車(chē)身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷;驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車(chē)的可靠性與耐久性有重要形影外，也對(duì)汽車(chē)的行駛性能，如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過(guò)性、機(jī)動(dòng)性和操作穩(wěn)定性等有直接影響，另外，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋在汽車(chē)的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成，因此，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的種類(lèi)十分的廣泛，對(duì)這些零部件的設(shè)計(jì)制造涉及很多的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝，通過(guò)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。
驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，由驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成、功用、工作特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要求為基本，因此，能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車(chē)生產(chǎn)的成本，推動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。研究驅(qū)動(dòng)橋的工作特征，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，是非常重要的和必須的。隨著汽車(chē)向采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化方向的發(fā)展以及路面條件的改善，近年來(lái)主減速比有減小的趨勢(shì)，以滿足高速行駛的要求。
? 對(duì)于大噸位重載汽車(chē)來(lái)說(shuō)，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車(chē)和客車(chē)，以及輕型商用車(chē)都要大得多，以便能夠以較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國(guó)際上石油價(jià)格的上漲，汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)乘用車(chē)，對(duì)于自卸汽車(chē)，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車(chē)生產(chǎn)商來(lái)提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)法寶。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)軸—驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過(guò)程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。
1.2.2驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質(zhì)量基本上能夠滿足國(guó)產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械的使用需求，呈現(xiàn)了明顯的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：由進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品向國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端產(chǎn)品向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進(jìn)國(guó)外技術(shù)向自主研發(fā)發(fā)展。在技術(shù)方面，通過(guò)不斷提高自身鑄鍛造技術(shù)及工藝水平來(lái)保證研發(fā)產(chǎn)品制造質(zhì)量；通過(guò)利用先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計(jì)輔助手段來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的；通過(guò)不斷學(xué)習(xí)吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)與國(guó)際接軌的目標(biāo)，從而提高產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力；通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)及方法來(lái)提高產(chǎn)品的性能，滿足市場(chǎng)需求，推進(jìn)機(jī)電一體化進(jìn)程。
目前國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)橋生產(chǎn)廠家分為四種類(lèi)型。
一是與國(guó)際知名品牌廠家合作，利用國(guó)內(nèi)本土資源優(yōu)勢(shì)及國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)支持生產(chǎn)。如1995年柳工與德國(guó)采埃孚公司在柳州建立的合資公司，除生產(chǎn)采埃孚高技術(shù)水平雙變外，還生產(chǎn)采埃孚高技術(shù)水平驅(qū)動(dòng)橋，供中國(guó)高技術(shù)及出口裝載機(jī)、平地機(jī)等配套，為中國(guó)高技術(shù)水平驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。成工引進(jìn)了卡特三節(jié)式濕式橋的樣機(jī)，成功開(kāi)發(fā)了成工的三節(jié)式系列濕式橋，已批量推向了市場(chǎng)。2005年，東風(fēng)車(chē)橋通過(guò)與美國(guó)德納公司合資合作，雙方斥巨資已經(jīng)建成國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、效益最佳、管理最好的商用車(chē)橋公司，逐步融入全球汽車(chē)零部件大循環(huán)之中。徐州美馳車(chē)橋有限公司是由美國(guó)的阿文美馳公司和徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司共同投資的合資公司，公司投資總額2408.7萬(wàn)美元，注冊(cè)資本1680.3萬(wàn)美元，其中美方股比為60%、中方為40%，擁有員工1000多人，其中工程技術(shù)人員100多人，主要產(chǎn)品包括各種輪式車(chē)輛用剛性橋、從動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向貫通驅(qū)動(dòng)橋、貫通橋。
二是通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，依托本土的環(huán)境優(yōu)勢(shì)建立的民族企業(yè)，占據(jù)著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的大部份額。如引進(jìn)意大利菲亞特技術(shù)、依托于中國(guó)一拖旗下的一拖（洛陽(yáng)）開(kāi)創(chuàng)裝備科技有限公司就是典型的代表。其農(nóng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品已從16馬力覆蓋至200馬力，所生產(chǎn)的80-160馬力驅(qū)動(dòng)橋在市場(chǎng)上占據(jù)著主導(dǎo)地位，有“中國(guó)第一橋”的美譽(yù)。此外，山東的前進(jìn)橋廠、煙臺(tái)捷林達(dá)橋廠以及新昌齒輪箱廠也在不斷借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展。
三是一些主機(jī)廠家根據(jù)自身需要，利用自身資源自產(chǎn)自用，也是國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋的一種發(fā)展模式。比如常發(fā)集團(tuán)生產(chǎn)的中小馬力拖拉機(jī)上用的驅(qū)動(dòng)橋就是典型的生產(chǎn)自用型。此外，龍工、徐工等工程機(jī)械廠家也生產(chǎn)自己整機(jī)上所用的驅(qū)動(dòng)橋，但這種模式僅為自給自足，很難滿足外部市場(chǎng)需求。
四是國(guó)際知名品牌傳動(dòng)系生產(chǎn)商進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)，成立的獨(dú)資企業(yè)。如卡拉羅青島的公司、德納在無(wú)錫的工廠以及EME在陜西成立的銷(xiāo)售公司等。由于剛剛進(jìn)駐中國(guó)市場(chǎng)，暫時(shí)還處于競(jìng)爭(zhēng)上的劣勢(shì)，還無(wú)法對(duì)本土企業(yè)造成太大的威脅，但隨著國(guó)際交流日趨密切，這些企業(yè)最終必將成為民族產(chǎn)業(yè)不可小視的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
1.3汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋不同結(jié)構(gòu)形式的比較
1.3.1 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的種類(lèi)
車(chē)橋通過(guò)懸架與車(chē)架（或承載式車(chē)身）相連，它的兩端安裝車(chē)輪，其功用是傳遞車(chē)架（或承載式車(chē)身）于車(chē)輪之間各方向的作用力及其力矩。
根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同，車(chē)橋分為整體式和斷開(kāi)式兩種。當(dāng)采用非獨(dú)立懸架時(shí)，車(chē)橋中部是剛性的實(shí)心或空心梁，這種車(chē)橋即為整體式車(chē)橋；斷開(kāi)式車(chē)橋?yàn)榛顒?dòng)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立懸架配用。
根據(jù)車(chē)橋上車(chē)輪的作用，車(chē)橋又可分為轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種類(lèi)型。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋，一般貨車(chē)多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，而后橋或中后兩橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋。
1.3.2 驅(qū)動(dòng)橋的種類(lèi)
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)的重要的組成部分處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，并使左、石驅(qū)動(dòng)車(chē)輪具有汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
在一般的汽車(chē)結(jié)構(gòu)中、驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器（又稱主傳動(dòng)器）、差速器、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件如圖1.1所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1－半軸 2－圓錐滾子軸承 3－支承螺栓 4－主減速器從動(dòng)錐齒輪 5－油封
6－主減速器主動(dòng)錐齒輪 7－彈簧座 8－墊圈 9－輪轂 10－調(diào)整螺母
圖1.1 驅(qū)動(dòng)橋
對(duì)于各種不同類(lèi)型和用途的汽車(chē)，正確地確定上述機(jī)件的結(jié)構(gòu)型式并成功地將它們組合成一個(gè)整體——驅(qū)動(dòng)橋，乃是設(shè)計(jì)者必須先解決的問(wèn)題。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車(chē)和部分小轎車(chē)上，都是采用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。
本次設(shè)計(jì)采用非獨(dú)立懸架，整體式驅(qū)動(dòng)橋。這種類(lèi)型的車(chē)一般的設(shè)計(jì)多采用雙級(jí)減速器，它與單級(jí)減速器相比，在保證離地間隙的同時(shí)可以增大主傳動(dòng)比。
1.3.3 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成
1、主減速器
主減速器的結(jié)構(gòu)形式，主要是根據(jù)其齒輪類(lèi)型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安裝
（1）主減速器齒輪的類(lèi)型 在現(xiàn)代汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。
螺旋錐齒輪如圖1.2（1）所示主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過(guò)程是由點(diǎn)到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。
雙曲面齒輪如圖1.2（2）所示主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點(diǎn)有：
①尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
②傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
(1)螺旋錐齒輪 （2）雙曲面齒輪
圖1.2 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪
③當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。
④工作過(guò)程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，又有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)，這可以改善齒輪的磨合過(guò)程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
雙曲面齒輪傳動(dòng)有如下缺點(diǎn)：
①長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)使摩擦損失增加，降低了傳動(dòng)效率。
②齒面間有大的壓力和摩擦功，使齒輪抗嚙合能力降低。
③雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。
④雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤(rùn)滑油。
（2）主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇 現(xiàn)在汽車(chē)主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式有如下兩種：
①懸臂式 懸臂式支承結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長(zhǎng)的軸徑，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長(zhǎng)度a和增加兩端的距離b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子向外。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛度較差，多用于傳遞轉(zhuǎn)鉅較小的轎車(chē)、輕型貨車(chē)的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖1.3 錐齒輪懸臂式支承
②騎馬式 騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用騎馬式支承。
圖1.4 主動(dòng)錐齒輪騎馬式支承
（3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇 從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使它們的圓錐滾子大端相向朝內(nèi)，而小端相向朝外。為了防止從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)用兩端的調(diào)整螺母調(diào)整。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無(wú)輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上[5]。
（4）主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整 支承主減速器的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。分析可知，當(dāng)軸向力于彈簧變形呈線性關(guān)系時(shí)，預(yù)緊使軸向位移減小至原來(lái)的1/2。預(yù)緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當(dāng)預(yù)緊力超過(guò)某一理想值時(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。
主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用套筒與墊片，從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母。
（5）主減速器的減速形式 主減速器的減速形式分為單級(jí)減速（如圖1.5）、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車(chē)的類(lèi)型及使用條件有關(guān)，有時(shí)也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車(chē)性能所要求的主減速比io的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比io≤7.6的各種中小型汽車(chē)上。
（1） 單級(jí)主減速器 （2） 雙級(jí)主減速器
圖1.5 主減速器
2、差速器
根據(jù)汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車(chē)輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明：汽車(chē)在行駛過(guò)程中左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是有差別的。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車(chē)輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長(zhǎng)。另外，即使汽車(chē)作直線行駛，也會(huì)由于左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路面垂向波形的不同，或由于左右車(chē)輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車(chē)輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求
車(chē)輪行程不等。在左右車(chē)輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸將動(dòng)力傳給左右車(chē)輪，則會(huì)由于左右車(chē)輪的轉(zhuǎn)速雖然相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車(chē)輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)是輪胎過(guò)早磨、無(wú)益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車(chē)輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車(chē)輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車(chē)左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，后者保證了汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車(chē)輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車(chē)的類(lèi)型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車(chē)在給定的使用條件下的使用性能要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車(chē)都屬于公路運(yùn)輸車(chē)輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此幾乎都采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車(chē)也很可靠的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪間的所謂輪間差速器使用；對(duì)于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無(wú)路地區(qū)的越野汽車(chē)來(lái)說(shuō)，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)而陷車(chē)，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類(lèi)。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的。
3、半軸
驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車(chē)傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。在斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬(wàn)向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬(wàn)向節(jié)。在一般非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來(lái)。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪連接起來(lái)。
半浮式半軸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車(chē)和輕型載貨汽車(chē)。
3/4浮式半軸，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢(shì)，這將急劇降低軸承的壽命，故未得到推廣。
全浮式半軸廣泛應(yīng)用于輕型以上的各類(lèi)汽車(chē)上，本設(shè)計(jì)采用此種半軸。
4、橋殼
驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車(chē)上的主要零件之一，非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽車(chē)荷重的作用，并將載荷傳給車(chē)輪。作用在驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過(guò)橋殼傳到懸掛及車(chē)架或車(chē)廂上。因此橋完既是承載件又是傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置（如半軸）的外殼。
在汽車(chē)行駛過(guò)程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車(chē)的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車(chē)的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車(chē)的類(lèi)型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。
結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：可分式、整體式、組合式。
按制造工藝不同分類(lèi)：
鑄造式——強(qiáng)度、剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，用于中重型貨車(chē)，本設(shè)計(jì)采用鑄造橋殼。
鋼板焊接沖壓式——質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產(chǎn)，轎車(chē)和中小型貨車(chē)，部分重型貨車(chē)。
1.4 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
（1） 完成驅(qū)動(dòng)橋的主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇；
（2） 完成主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算；
（3） 完成差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
（4） 完成半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
（5） 完成驅(qū)動(dòng)橋橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算；
（6） 繪制裝配圖及零件圖。
1.5設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)
設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：
車(chē)型
載貨汽車(chē)
空載質(zhì)量
10170kg
空載時(shí)前軸質(zhì)量
3030kg
空載時(shí)后軸質(zhì)量
4930kg
滿載質(zhì)量
20410kg
滿載時(shí)前軸質(zhì)量
6245kg
滿載時(shí)后軸質(zhì)量
17525kg
輪距
前：1928mm 后：1847mm
最大爬坡度
＞28%
最高車(chē)速
86km/h
變速器一檔傳動(dòng)比
10.12
主減速器傳動(dòng)比
5.286
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
770Nm
輪胎規(guī)格
GB516-8219
第2章 主減速器設(shè)計(jì)
2.1主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類(lèi)型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。
驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求：
（1）所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車(chē)既有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
（2）外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。
（3）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)協(xié)調(diào)。
（4）在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車(chē)平順性。
（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。
按主減速器的類(lèi)型分，驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下：
（1）中央單級(jí)減速器。此是驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)中最為簡(jiǎn)單的一種，是驅(qū)動(dòng)橋的基本形式，在載重汽車(chē)中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動(dòng)比較小的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。
（2）中央雙級(jí)主減速器。
由于上述中央雙級(jí)減速橋均是在中央單級(jí)橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)，綜合來(lái)說(shuō)，雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來(lái)發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來(lái)的驅(qū)動(dòng)橋存在。
（3）中央單級(jí)、輪邊減速器。
綜上所述，中央單級(jí)主減速器。它還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
（l）結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本類(lèi)型，在重型汽車(chē)上占有重要地位；
(2) 載重汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢(shì)，使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比向小速比發(fā)展；
(3) 隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，汽車(chē)使用條件對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低。
(4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性提高。
單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度看，載重車(chē)產(chǎn)品在主減速比小于6的情況下，應(yīng)盡量選用單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。
所以此設(shè)計(jì)采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，再配以鑄造整體式橋殼，如圖2.3所示。
圖2.3 中央主減速器
2.1.1主減速器的齒輪類(lèi)型
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。在此選用雙曲面齒輪，其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)具有更大的傳動(dòng)比，雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，同時(shí)可以嚙合的齒數(shù)較多，平穩(wěn)性更強(qiáng)。
2.1.2主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式
圖2.4 主動(dòng)錐齒輪懸臂式支承 圖2.5 主動(dòng)錐齒輪跨置式
圖2.6 從動(dòng)錐齒輪支撐形式
主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。查閱資料、文獻(xiàn)，經(jīng)方案論證，采用跨置式支承結(jié)構(gòu)（如圖2.5示）?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾樱过X輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的1／30以下．而主動(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以選用跨置式。
從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖2.5示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)是c等于或大于d。
2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1主減速器計(jì)算載荷的確定
1. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce= （2.1）
式中：
Tce—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =770
n—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，3；
if—變速器傳動(dòng)比，if=10.12；
i0—主減速器傳動(dòng)比，i0=5.286；
η—變速器傳動(dòng)效率，取η=0.9；
k—液力變矩器變矩系數(shù)，K=1；
Kd—由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1；
i1—變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=1；
代入式（2.1），有：Tce=12357.19
2. 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（2.2）
式中——汽車(chē)滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，后橋所承載120133.26N的負(fù)荷;
——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用車(chē)，取=0.85；對(duì)于越野汽車(chē)取1.0；對(duì)于安裝有專(zhuān)門(mén)的防滑寬輪胎的高級(jí)轎車(chē)，計(jì)算時(shí)可取1.25;
——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為GB516-82 9.0～20，則車(chē)論的滾動(dòng)半徑為0.456m；
，——分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取0.9，由于沒(méi)有輪邊減速器取1.0
所以==59497.8
3. 按汽車(chē)日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
對(duì)于公路車(chē)輛來(lái)說(shuō)，使用條件較非公路車(chē)輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來(lái)確定
（2.3）
式中：——汽車(chē)滿載時(shí)的總重量，20410N；
——所牽引的掛車(chē)滿載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車(chē)的計(jì)算；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取0.015~0.020；在此取0.018
——汽車(chē)正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)可取0.05~0.09在此取0.08；
——汽車(chē)的性能系數(shù)在此取0；
——主減速器主動(dòng)齒輪到車(chē)輪之間的效率,取0.9；
——主減速器從動(dòng)齒輪到車(chē)輪之間的傳動(dòng)比,取1；
n——驅(qū)動(dòng)橋數(shù),取3。
所以=2597.47
2.2.2主減速器基本參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)和、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、主從動(dòng)錐齒輪齒面寬和、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。
(1)主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
1）為了磨合均勻，，之間應(yīng)避免有公約數(shù)。
2）為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40。
3）為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對(duì)于商用車(chē)一般不小于6。
4）主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。
5）對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。
根據(jù)以上要求，這里取=7=37，能夠滿足條件：+=44〉40
(2)從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。
可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即
（2.4）
——直徑系數(shù)，一般取13.0～15.3；
——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為T(mén)ce和Tcs中的較小者。
所以=（13.0～15.3）=（318.5～374.8）
初選=346.79
則=/=346.79/37=9.37
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取9，則=333
根據(jù)=來(lái)校核=9選取的是否合適，其中=（0.3～0.4）
此處，=（0.3～0.4）=（7.35～9.80），因此滿足校核條件。
(3) 主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬和
錐齒輪齒面過(guò)寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過(guò)窄及刀尖圓角過(guò)小，這樣不但會(huì)減小了齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)力，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時(shí)載荷集中于輪齒小端，會(huì)引起輪齒小端過(guò)早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過(guò)寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過(guò)窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會(huì)降低。
對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對(duì)于汽車(chē)主減速器雙曲面齒輪推薦采用：
=0.155333=51.62在此取52
一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常使小齒輪的齒面比大齒輪大10%，在此取=57
（4）中點(diǎn)螺旋角
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端螺旋角最小。
弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好，但過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。汽車(chē)主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°～40°，而商用車(chē)選用較小的值以防止軸向力過(guò)大，通常取35°。
(5) 螺旋方向
主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開(kāi)錐頂方向。這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢(shì)，防止輪齒因卡死而損壞。
所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)。
(6) 法向壓力角
法向壓力角大一些可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過(guò)小，并使齒輪的端面重合度下降。對(duì)于弧齒錐齒輪，乘用車(chē)的а一般選用14°30‘或16°,商用車(chē)的а為20°或
22°30‘。這里取а＝20°
2.2.3主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算
表2.1 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
項(xiàng) 目
計(jì) 算公式
計(jì) 算 結(jié) 果
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
7
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
37
端面模數(shù)
9mm
齒面寬
=57mm =52mm
工作齒高
18 mm
全齒高
=22.68 mm
法向壓力角
=20°
軸交角
=90°
小齒輪軸線的偏移距E
E=0.15d
E=40mm
分度圓直徑
=
63 mm
=333 mm
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=10.71°
=79.29°
節(jié)錐距
A==
取A=171.40 mm
周節(jié)
t=3.1416
t=28.27 mm
齒頂高
=7.97 mm
齒根高
=
=14.71 mm
徑向間隙
c=
c=2.25 mm
齒根角
=2.71°
面錐角
=13.42°
=82.06°
根錐角
=
=
=8°
=76.58°
齒頂圓直徑
=
=80.69 mm
=336.36 mm
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=164.83 mm
=22.66 mm
理論弧齒厚
=27.38 mm =10.32 mm
齒側(cè)間隙
B=0.305～0.406
0.4 mm
螺旋角
=35°
2.2.4主減速器雙曲面錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
在選好主減速器齒輪的主要參數(shù)后，應(yīng)根據(jù)所選的齒形計(jì)算錐齒輪的幾何尺寸，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
(1)單位齒長(zhǎng)圓周力
在汽車(chē)主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算，即
N／mm (2.6)
式中：P——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算,單位為N；
——從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取52mm.
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
N／mm （2.7）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取770；
——變速器的傳動(dòng)比10.12；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取63mm.
按上式p=4757.26N／mm
按最大附著力矩計(jì)算時(shí):N／mm （2.8）
式中：——汽車(chē)滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋還應(yīng)考慮汽車(chē)最大加速時(shí)的負(fù)荷增加量，在此取120133.26N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85：
——輪胎的滾動(dòng)半徑，在此取0.456m
按上式p=5378.11 N／mm
在現(xiàn)代汽車(chē)的設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長(zhǎng)上的圓周力有時(shí)提高許用資料的20%～25%。經(jīng)驗(yàn)算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。其中上述兩種方法計(jì)算用的許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力[p]都為1865N/mm，故滿足條件。
(2)齒輪彎曲強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為： = （2.9）
式中：
—錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力，MPa；
—齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，對(duì)從動(dòng)齒輪，取中的較小值，為12357.19 Nm； 主動(dòng)齒輪取為2597.47Nm；
k0—過(guò)載系數(shù)，一般取1；
ks—尺寸系數(shù)，0.722；
km—齒面載荷分配系數(shù)，懸臂式結(jié)構(gòu)，km=1.05；
kv—質(zhì)量系數(shù)，取1；
b—所計(jì)算的齒輪齒面寬；b=52mm
D—所討論齒輪大端分度圓直徑；D=333mm
Jw—齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取0.03
將各參數(shù)代入式（2.7），有：主動(dòng)錐齒輪，=325.46MPa；從動(dòng)錐齒輪，=425.58MPa；
按照文獻(xiàn)[1], 主從動(dòng)錐齒輪的≤[]=700MPa，輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。
(3)輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的接觸強(qiáng)度:σj= （2.10）
式中：
σj—錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力，MPa；
D1—主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑，mm；D=63mm
b—主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬較小值；b=52mm
kf—齒面品質(zhì)系數(shù)，取1.0；
cp—綜合彈性系數(shù)，取232N1/2/mm；
ks—尺寸系數(shù)，取1.0；
Jj—齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取0.01；
Tz—主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩；Tz=2597.47N.m
k0、km、kv選擇同式（2.7）
將各參數(shù)代入式 （2.10），有：σj=1971.99MPa
按照文獻(xiàn)《汽車(chē)設(shè)計(jì)》，σj≤[σj]=2800MPa，輪齒接觸強(qiáng)度滿足要求。
汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的齒輪，承受的是交變負(fù)荷，其主要損壞形式是疲勞。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點(diǎn)蝕引起的剝落。在要求使用壽命為20萬(wàn)千米或以上時(shí)，其循環(huán)次數(shù)均以超過(guò)材料的耐久疲勞次數(shù)。因此，驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用彎曲應(yīng)力不超過(guò)210.9N／mm.表2.2給出了汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力數(shù)值。
表2.2 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力N／mm
計(jì)算載荷
主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
主減速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
差速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
按式（2.1）、式（2.3）計(jì)算出的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tec，Tcs中的較小者
700
2800
980
按式（2.4）計(jì)算出的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf
210.9
1750
210.9
實(shí)踐表明，主減速器齒輪的疲勞壽命主要與最大持續(xù)載荷（即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩）有關(guān)，而與汽車(chē)預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tec和最大附著轉(zhuǎn)矩Tcs并不是使用中的持續(xù)載荷，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)只能用它來(lái)驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。
2.2.5主減速器軸承的載荷計(jì)算
(1)錐齒輪齒面上的作用力
錐齒輪在工作過(guò)程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
為計(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。
經(jīng)估算,這里取=1987
對(duì)于雙曲面齒輪的齒面中點(diǎn)的分度圓直徑;
經(jīng)計(jì)算＝53.33mm =281.91mm。
上式參考《汽車(chē)設(shè)計(jì)》。
(1) 齒寬中點(diǎn)處的圓周力
齒寬中點(diǎn)處的圓周力為: ＝N (2.11)
式中：——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩=1987 ；
——該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑.
按上式主減速器從動(dòng)錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力
==14.10KN
由可知，對(duì)于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的。
（2）錐齒輪的軸向力和徑向力
圖2.5主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖
如圖2.5所示，主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮?，從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，F(xiàn) 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，在A點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)分解成兩個(gè)相互垂直的力F和，F(xiàn)垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)圓母線方向的力。F與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn)與之間的夾角為法向壓力角，這樣就有：
（2.12）
（2.13）
（2.14）
于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力和徑向力分別為
（2.15）
（2.16）
有式（2.15）可計(jì)算=10781.34N
有式（2.16）可計(jì)算=4204.21N
式（2.12）～式（2.16）參考《汽車(chē)設(shè)計(jì)》。
(2)主減速器錐齒輪軸承載荷的計(jì)算
軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時(shí)，還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力，圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。當(dāng)主減速器的齒輪尺寸，支承形式和軸承位置已確定，則可計(jì)算出軸承的徑向載荷。
對(duì)于采用跨置式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，如圖2.6所示
表2.3 軸承