貨車汽車后橋差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、第1章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析由于要求設(shè)計(jì)的是貨車的后驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車輪都屬于簧下質(zhì)量。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)減速驅(qū)動(dòng)橋。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， 在載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動(dòng)比小于6的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。目前的中央單級(jí)減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動(dòng)小齒輪采用騎馬式支承， 有差速鎖裝置供選用。2)中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋。在國(guó)內(nèi)目前的

2、市場(chǎng)上，中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋主要有2種類型：一類如伊頓系列產(chǎn)品，事先就在單級(jí)減速器中預(yù)留好空間，當(dāng)要求增大牽引力與速比時(shí)，可裝入圓柱行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，將原中央單級(jí)改成中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）程度高， 橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類如洛克威爾系列產(chǎn)品，當(dāng)要增大牽引力與速比時(shí)，需要改制第一級(jí)傘齒輪后，再裝入第二級(jí)圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這時(shí)橋殼可通用，主減速器不通用， 錐齒輪有2個(gè)規(guī)格。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)，作為系列產(chǎn)品而派生出來的一種型號(hào)，它們很難變型為前驅(qū)動(dòng)橋，使用受到一

3、定限制；因此，綜合來說，雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動(dòng)橋存在。3)中央單級(jí)、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當(dāng)前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。由圓錐行星齒輪式傳動(dòng)構(gòu)成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級(jí)橋組成為一系列。在該系列中，中央單級(jí)橋仍具有獨(dú)立性，可單獨(dú)使用，需要增大橋的輸出轉(zhuǎn)矩，使?fàn)恳υ龃蠡蛩俦仍龃髸r(shí)，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級(jí)橋。這類

4、橋與中央雙級(jí)減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，把增大的轉(zhuǎn)矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上 ，其“三化”程度較高。但這類橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。圓柱行星齒輪式輪邊減速橋。單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。由于輪邊減速比大，因此，中央主減速器的速比一般均小于3，這樣大錐齒輪就可取較小的直徑，以保證貨車對(duì)離地問隙的要求。這類橋比單級(jí)減速器的質(zhì)量大，價(jià)格也要貴些，而且輪穀內(nèi)具有齒輪傳動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間在公路上行駛會(huì)產(chǎn)生大量的熱量而引起過熱；因此，作為公路車用驅(qū)動(dòng)橋，它不如中央單級(jí)減速橋。況且由于隨著我國(guó)公路條件的改

5、善和物流業(yè)對(duì)車輛性能要求的變化，貨車驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化發(fā)展的趨勢(shì)，主要是單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1) 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低， 是驅(qū)動(dòng)橋的基本類型，在貨車上占有重要地位；(2) 貨車發(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，貨車使用條件對(duì)汽車通過性的要求降低。因此，貨車不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過性；單級(jí)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為單級(jí)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， 重型車產(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)采用單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋再

6、配以鑄造整體式橋殼。圖1-1meritor單后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)橹袊?guó)重汽引進(jìn)的美國(guó)rockwell公司13噸級(jí)單級(jí)減速橋的外形圖。圖1-1 meritor（美馳）單后驅(qū)動(dòng)橋第二章 主減速器設(shè)計(jì)2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，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。2.1.1 主減速器的齒輪類型因螺旋錐齒輪能承受較大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端，因此其工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲和振動(dòng)也很小。主減速器的齒輪選用螺旋錐齒輪傳動(dòng)形式。2.1.2 主減速器的減速形式由于i=5.8336，一般采用單級(jí)主減

7、速器，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)渭?jí)減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本型，在貨車上占有重要地位；目前貨車發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大扭矩發(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；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，許多貨車使用條件對(duì)汽車通過性的要求降低，因此，貨車產(chǎn)品不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過性；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，可靠性增加。2.1.3 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式1）主動(dòng)錐齒輪的支承跨置式支承的支承剛度高于懸臂式。，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)圓錐滾子軸承之間

8、的距離很小，可以縮短主動(dòng)錐齒輪軸的長(zhǎng)度，使布置更緊湊，并可減小傳動(dòng)軸夾角，有利于整車布置，所以選用跨置式。2） 從動(dòng)錐齒輪的支承為了使從動(dòng)錐齒輪背面的支承凸緣有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)筋及增強(qiáng)支承的穩(wěn)定性，從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承。 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ce （2-1） 式中：發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比，在此取7.31*5.833=42.639；發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取300；傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取0.9；該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取

9、1；由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于一般的載貨汽車，礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速器的各類汽車取=1.0，當(dāng)性能系數(shù)0時(shí)可取=2.0； （2-2）汽車滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取5500kg ；所以 0.195 =35.7516 =0,即=1.0由以上各參數(shù)可求=11512.52. 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 （2-3） 式中：汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，在此取30000n;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，取=0.85；車輪的滾動(dòng)半徑，在此取0.483m；，分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取0.9

10、，由于沒有輪邊減速器取1.0所以=136853. 按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(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確定： （2- 4）式中：汽車滿載時(shí)的總重量，在此取55000n；所牽引的掛車滿載時(shí)總重量，n，但僅用于牽引車的計(jì)算;道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取0.0150.020；在此取0.018;汽車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取0.050.09在此取0.07;汽車的性能系數(shù)在此取0；，n見式（2-1），（2-3）下的說明。所以 =2597.5式（2-1）式（2-4）參考汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)1式（4-6-1

11、2）式（4-6-14）。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)以上要求參考汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)1中表4-6-12 取=6，

12、=35，+=4140.2.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 （2-5）直徑系數(shù)，一般取13.016.0 從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，為tce和tcs中的較小者所以 =（13.016.0）=（293.5361.3）初選=315 則=/=315/35=9根據(jù)=來校核=9的選取是否合適，其中=（0.30.4）此處，=（0.30.4）=（6.779.03），因此滿足校核。3. 主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬和錐齒輪齒面過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

13、窄引起的切削刀頭頂面過窄及刀尖圓角過小，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)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過窄，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)于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用： =0.155315=48.825 在此取50一般習(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，通常小齒輪的齒面加大10%較為合適，在此取=554.中點(diǎn)螺旋角 螺旋角

14、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1.52.0時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為3540，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，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

15、。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為逆時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。6. 法向壓力角加大壓力角可以提高齒輪的強(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小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來說，規(guī)定載貨汽車可選用20的壓力角。2.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表2-1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表序 號(hào)項(xiàng) 目計(jì) 算 公 式計(jì) 算 結(jié) 果1主動(dòng)齒輪齒數(shù)62從動(dòng)齒輪齒數(shù)353端面模數(shù)9mm4齒面寬=55mm =50mm5齒工作高=13.5mm6齒全高=15.0mm7法

16、向壓力角=208軸交角=909節(jié)圓直徑=54mm=315mm10節(jié)錐角arctan=90-=14=7611節(jié)錐距a=a=159.79mm12周節(jié)t=3.1416 t=28.2744mm13齒頂高=11.565mm=1.935mm14齒根高=3.435mm=13.065mm15徑向間隙c=1.5mm16齒根角=1.231=4.67417面錐角=14.402=81.50318根錐角=8.497=75.59819齒頂圓直徑=76.797=315.6520節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離=155.546=25.09321理論弧齒厚 =20.71mm=7.56mm22齒側(cè)間隙b=0.3050.4060.4mm23

17、螺旋角=352.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。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） 齒輪的損壞形式及壽命齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點(diǎn)及影響因素分述如下： （1）輪齒折斷主要分為疲勞折斷及由于彎曲強(qiáng)度不足而引起的過載折斷。折斷多數(shù)從齒根開始，因?yàn)辇X根處齒輪的彎曲應(yīng)力最大。 疲勞折斷：在長(zhǎng)時(shí)間較大的交變載荷作用下，齒輪根部經(jīng)受交變的彎曲應(yīng)力。如果最高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。隨

18、著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致輪齒部分地或整個(gè)地?cái)嗟?。在開始出現(xiàn)裂紋處和突然斷掉前存在裂紋處，在載荷作用下由于裂紋斷面間的相互摩擦，形成了一個(gè)光亮的端面區(qū)域，這是疲勞折斷的特征，其余斷面由于是突然形成的故為粗糙的新斷面。 過載折斷：由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或齒輪的材料及熱處理不符合要求，或由于偶然性的峰值載荷的沖擊，使載荷超過了齒輪彎曲強(qiáng)度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。此外，由于裝配的齒側(cè)間隙調(diào)節(jié)不當(dāng)、安裝剛度不足、安裝位置不對(duì)等原因，使輪齒表面接觸區(qū)位置偏向一端，輪齒受到局部集中載荷時(shí)，往往會(huì)使一端（經(jīng)常是大端）沿斜向產(chǎn)生齒端折斷。各種形式的過載折斷的斷面均為粗糙的新斷面。為了

19、防止輪齒折斷，應(yīng)使其具有足夠的彎曲強(qiáng)度，并選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)、壓力角、齒高及切向修正量、良好的齒輪材料及保證熱處理質(zhì)量等。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。 （2）齒面的點(diǎn)蝕及剝落齒面的疲勞點(diǎn)蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報(bào)廢齒輪的70%以上。它主要由于表面接觸強(qiáng)度不足而引起的。點(diǎn)蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。由于接觸區(qū)產(chǎn)生很大的表面接觸應(yīng)力，常常在節(jié)點(diǎn)附近，特別在小齒輪節(jié)圓以下的齒根區(qū)域內(nèi)開始，形成極小的齒面裂紋進(jìn)而發(fā)展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點(diǎn)的現(xiàn)象就稱為點(diǎn)蝕。一般首先產(chǎn)生在幾個(gè)齒上。在齒輪繼續(xù)工作時(shí)，則擴(kuò)大凹坑的尺寸及數(shù)目，甚至?xí)饾u使齒面成塊剝落，引起

20、噪音和較大的動(dòng)載荷。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤(rùn)滑效果是提高抗點(diǎn)蝕的有效方法，為此可增大節(jié)圓直徑及增大螺旋角，使齒面的曲率半徑增大，減小其接觸應(yīng)力。在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)加大齒面寬也是一種辦法。齒面剝落：發(fā)生在滲碳等表面淬硬的齒面上，形成沿齒面寬方向分布的較點(diǎn)蝕更深的凹坑。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。造成齒面剝落的主要原因是表面層強(qiáng)度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會(huì)引起齒面剝落。當(dāng)滲碳齒輪熱處理不當(dāng)使?jié)B碳層中含碳濃度的梯度太陡時(shí)，則一部分滲碳層齒面形成的硬皮也將從齒輪心部剝落下來。（3）齒面膠合 在高壓和高速滑摩引起的局部高溫的共同作用下，或潤(rùn)滑冷卻不良、油膜破

21、壞形成金屬齒表面的直接摩擦?xí)r，因高溫、高壓而將金屬粘結(jié)在一起后又撕下來所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。它多出現(xiàn)在齒頂附近，在與節(jié)錐齒線的垂直方向產(chǎn)生撕裂或擦傷痕跡。輪齒的膠合強(qiáng)度是按齒面接觸點(diǎn)的臨界溫度而定，減小膠合現(xiàn)象的方法是改善潤(rùn)滑條件等。 （4）齒面磨損這是輪齒齒面間相互滑動(dòng)、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。研磨磨損是由于齒輪傳動(dòng)中的剝落顆粒、裝配中帶入的雜物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不潔物所造成的不正常磨損，應(yīng)予避免。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長(zhǎng)期使用中按規(guī)定里程更換規(guī)定的潤(rùn)滑油并進(jìn)行清洗是防止不正常磨損的有效方法。汽車驅(qū)動(dòng)橋的齒輪

22、，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20萬千米或以上時(shí)，其循環(huán)次數(shù)均以超過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210.9nmm.表2-2給出了汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力數(shù)值。 表2-2 汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力 nmm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tce，tcs中的較小者7002800980按式（2-4）計(jì)算出的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩tcf210.91750210.9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（

23、即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩）有關(guān)，而與汽車預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。汽車驅(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)只能用它來驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。2） 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （1） 單位齒長(zhǎng)上的圓周力在汽車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)圓周力來估算，即 nmm (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)矩和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，n； 從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取50mm. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： nmm （2-7）式中：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取300；變速器的傳動(dòng)

24、比,在此取7.31；主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取54mm.按上式 nmm按最大附著力矩計(jì)算時(shí)： nmm （2-8）式中：汽車滿載時(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)考慮汽車最大加速時(shí)的負(fù)荷增加量，在此取30000n；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0.483m按上式 nmm在現(xiàn)代汽車的設(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)提高許用數(shù)據(jù)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1786.25n/mm。（2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 n/ （29

25、） 式中：該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，nm;超載系數(shù)；在此取1.0尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，當(dāng)時(shí)，在此0.772載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用跨置式支承型式時(shí)，1.001.1; 當(dāng)一個(gè)齒輪用跨置式支承型式取1.101.25。支承剛度大時(shí)取小值。質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0;計(jì)算齒輪的齒面寬，mm;計(jì)算齒輪的齒數(shù)；端面模數(shù)，mm;計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)。載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模

26、數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。按汽車設(shè)計(jì)圖9-62選取小齒輪的0.285，大齒輪0.235.按上式466.7n/ 700n/=560.1 n/3076.9 h=所以軸承符合使用要求。對(duì)于從動(dòng)齒輪的軸承c，d的徑向力計(jì)算公式見式（2-18）和式（2-19）已知f=25450n，=9662n，=20202n，a=410mm，b=160mm.c=250mm所以，軸承c的徑向力：=10401.3n 軸承d的徑向力：=23100.5n軸承c，d均采用7315e，其額定動(dòng)載荷cr為134097n（3）對(duì)于軸承c，軸向力a=9662n，徑向力r=10401.3n，并且=0.93e，在此e值為1.

27、5tana約為0.402，由機(jī)械設(shè)計(jì)2中表18.7可查得x=0.4，y=0.4cota=1.6所以q=1.2(0.496621.610401.3)=24608.256n =28963 h所以軸承c滿足使用要求。（4）對(duì)于軸承d，軸向力a=0n，徑向力r=23100.5n，并且=.4187e 由機(jī)械設(shè)計(jì)2中表18.7可查得x=0.4，y=0.4cota=1.6 所以q=1.2(1.623100.5)=44352.96n=4064.8 h 所以軸承d滿足使用要求。此節(jié)計(jì)算內(nèi)容參考了汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)1和汽車設(shè)計(jì)3關(guān)于主減速器的有關(guān)計(jì)算。第3章 差速器設(shè)計(jì)汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的

28、路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會(huì)加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)

29、動(dòng)學(xué)要求。差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理圖3-1 差速器差速原理如圖3-1所示，對(duì)稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為和。a、b兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為c，a、b、c三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的a、b

30、、c三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖3-1），其值為。于是=，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合點(diǎn)a的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)b的圓周速度為=-。于是+=（+）+(-)即 + =2 （3-1）若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則 （3-2）式（3-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。有式（3-2）還可以得知：當(dāng)

31、任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖3-2所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。圖3-2 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器1，12-軸承；2-螺母；3，14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5，13-螺栓；6-半軸齒輪墊片；7

32、-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片；11-差速器右殼3.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇1.行星齒輪數(shù)目的選擇載貨汽車采用4個(gè)行星齒輪。2. 行星齒輪球面半徑的確定圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： m

33、m (3-3) 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.522.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的載貨汽車取小值；t計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取tce和tcs的較小值，nm.根據(jù)上式=2.6=58.7mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距a=60mm3.行星齒輪與半軸齒輪的選擇為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1425，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.52.0的范圍內(nèi)。差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除

34、，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： （3-4）式中：，左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來說， = 行星齒輪數(shù)目； 任意整數(shù)。在此=12，=20 滿足以上要求。4. 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角， =30.965 =90-=59.035再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m m=5.15由于強(qiáng)度的要求在此取m=6mm得=72mm =120mm5.壓力角目前，汽車差速器的齒輪大都采用22.5的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不

35、變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選22.5的壓力角。6. 行星齒輪安裝孔的直徑及其深度l行星齒輪的安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常?。?（3-5）式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，nm；在此取11512.5nm行星齒輪的數(shù)目,在此為4；行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm， 0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d0.8；支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 mpa根據(jù)上式 =96mm =0.596=48mm 28mm 31mm3.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算表3-1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算