汽車主減速器設(shè)計(jì)

汽車主減速器設(shè)計(jì)主減速器設(shè)計(jì)3.2主減速器設(shè)計(jì)3.2.1主減速器的結(jié)構(gòu)型式

主減速器的結(jié)構(gòu)型式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速型式的不同而異。

（1）主減速器齒輪的類型

在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)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。在雙級主減速器中，通常還要加一對圓柱齒輪（多采用斜齒圓柱齒輪），或一組行星齒輪。在輪邊減速器中則常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)或行星齒輪傳動(dòng)。在某些公共汽車、無軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時(shí)也采用蝸輪傳動(dòng)。

（2）主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置方法

在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下，主減速器主動(dòng)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。

現(xiàn)在汽車主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式有以下兩種：

懸臂式

齒輪以其輪齒大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。為了增強(qiáng)支承剛度，應(yīng)使兩軸承支承中心間的距離齒輪齒面寬中點(diǎn)的懸臂長度大兩倍以上，同時(shí)比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，并使齒輪軸徑大于等于懸臂長。當(dāng)采用一對圓錐滾子軸承支承時(shí)，為了減小懸臂長度和增大支承間的距離，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端相向朝內(nèi)，而大端朝外，以縮短跨距，從而增強(qiáng)支承剛度。

（3）主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置方法

主減速器從動(dòng)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(yīng)盡可能縮小。兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使他們的圓錐滾子的大端相向朝內(nèi)，小端相背朝外。為了防止從動(dòng)齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承也應(yīng)預(yù)緊。

轎車和輕型載貨汽車主減速從動(dòng)錐齒輪采用無輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配合固定在差建界殼的突緣上。這種方法對增強(qiáng)剛性效果較好，中型和重型汽車主減速從動(dòng)錐齒輪多采用有幅式結(jié)構(gòu)并有螺栓或鉚釘與差速器殼突緣連結(jié)。

（4）主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整

支承主減速器齒輪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。預(yù)緊力的大小與安裝形式、載荷大小、軸承剛度特性及使用轉(zhuǎn)速有關(guān)。

主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整，可通過精選兩軸承內(nèi)圈間的套筒長度、調(diào)整墊圈厚度、軸承與軸肩之間的調(diào)整墊片等方法進(jìn)行。近年來采用波形套筒調(diào)整軸承預(yù)緊度極為方便，波形套筒安裝在兩軸承內(nèi)圈間或軸承與軸肩間。

(5)主減速器的減速型式

主減速器的減速型式分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。

單級主減速器

由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用在主減速比i0<7.6的各種中、小型汽車上。單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動(dòng)的。

雙級主減速器

由兩級齒輪減速器組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大(7.6<i0≤12)且采用單級減速不能滿足既定的主減速比和離地間隙要求的重型汽車上。以往在某些中型載貨汽車上雖有采用，但在新設(shè)計(jì)的現(xiàn)代中型載貨汽車上已很少見。這是由于隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提高、車輛整備質(zhì)量的減小以及路面狀況的改善，中等以下噸位的載貨汽車往具有更高車速的方向發(fā)展，因而需采用較小主減速比的緣故。雙曲面齒輪式單級貫通式主減速器，是利用了雙曲面齒輪傳動(dòng)主動(dòng)齒輪軸線相對于從動(dòng)齒輪軸線的偏移，將一根貫通軸穿過中橋井通向后橋。但這種結(jié)構(gòu)受主動(dòng)齒輪最少齒數(shù)和偏移距大小的限制，而且主動(dòng)齒輪的工藝性差，通常主動(dòng)齒輪的最小齒數(shù)是8，因此主減速比的最大值只能在5左右，故多用于輕型汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)用于大型汽車時(shí)刷需增設(shè)輪邊減速器或加大分動(dòng)器傳動(dòng)比。

蝸輪傳動(dòng)為布置貫通橋帶來極大方便，且其工作平滑無聲，在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下也可得到大的傳動(dòng)比，適于各種噸位貫通橋的布置和汽車的總體布置。但由于需用青銅等有色金屬為材料而未得到推廣。

雙級貫通式主減速器

用于主減速比i0>5的中、重型汽車的貫通橋。它又有錐齒輪—圓柱齒輪式和圓柱齒輪錐齒輪式兩種結(jié)構(gòu)型式。

錐齒輪—圓柱齒輪雙級貫通式主減速器的特點(diǎn)是有較大的總主減速比(因兩級減速的減速比均大于1)，但結(jié)構(gòu)的高度尺寸大，特別是主動(dòng)錐齒輪的工藝性差，而從動(dòng)錐齒輪又需要采用懸臂式安置，支承剛度差，拆裝也不方便。

與錐齒輪—圓柱齒輪式雙級貫通式主減速器相比，圓柱齒輪—錐齒輪式雙級貫通式主減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，高度尺寸減小，但其第一級的斜齒圓柱齒輪副的減速比較小，有時(shí)甚至等于1。為此，有些汽車在采用這種結(jié)構(gòu)布置的同時(shí)，為了加大驅(qū)動(dòng)橋的總減速比而增設(shè)輪邊減速器；而另一些汽車則將從動(dòng)錐齒輪的內(nèi)孔做成齒圈并裝入一組行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，以增大主減速比。按齒輪及其布置型式，輪邊減速器有行星齒輪式及普通圓柱齒輪式兩種類型。

3.2.2主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算

主減速比i0、驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。

1．主減速比i0的確定

主減速比對主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。i0的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比iT一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定?？衫迷诓煌琲0下的功率平衡田來研究i0對汽車動(dòng)力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，對發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇i0值，可使汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。

對于具有很大功率儲備的轎車、長途公共汽車尤其是競賽車來說，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax及其轉(zhuǎn)速np，的情況下，所選擇的i0值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速vamax。這時(shí)i0值應(yīng)按下式來確定：

式中rr——車輪的滾動(dòng)半徑，m；貨車

1429

250

1429

0.85

公共汽車

982

214

0.85

牽引汽車

536

250

0.65

2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算

汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力

(N／mm2)為

式中Tj——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N?m，對于主動(dòng)齒輪還需將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上；

K0—一超載系數(shù)；

Ks——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)m≥1.6mm時(shí)，Ks=；

Km——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，Km＝1.00~1.10；當(dāng)一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)，Km＝1.10~1.25。支承剛度大時(shí)取小值；

Kv——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)輪齒接觸良好、周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取Kv＝1；

F一—計(jì)算齒輪的齒面寬，mm；

Z——計(jì)算齒輪的齒數(shù)；

m——端面模數(shù)，mm；

J—一計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，見圖9—61～圖9—64。

汽車主減速器齒輪的損壞形式主要是疲勞損壞，而疲勞壽命主要與日常行駛轉(zhuǎn)矩即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩有關(guān)，Tj或升Tjh只能用來檢驗(yàn)最大應(yīng)力，不能作為疲勞壽命的計(jì)算依據(jù)。

3)輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算

圓錐齒輪與雙曲面齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力

(MPa)為

式中T1、T1max——分別為主動(dòng)齒輪的工作轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，N?m；

Cp——材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6N1/2／mm；

d1——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，mm；

Kf——表面質(zhì)量系數(shù)，對于制造精確的齒輪可取Kf=1；

F——齒面寬，mm，取齒輪副中的較小值(一般為從動(dòng)齒輪齒面寬)；

J一一計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)，可由圖9—65一圖9—68查取。

主、從動(dòng)齒輪的接觸應(yīng)力是相同的。當(dāng)按日常行駛轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)，許用接觸應(yīng)力為1750MPa；當(dāng)按計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)，許用接觸應(yīng)力為2800MPa。計(jì)算時(shí)應(yīng)將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上。

3.2.4主減速器齒輪的材料及熱處理

汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作相當(dāng)繁重，與傳動(dòng)系其他齒輪比較，它具有載荷大、作用時(shí)間長、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒板彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕(剝落)、磨損和擦傷等。據(jù)此對驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求：

（1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度；

（2）輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷；

（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(chǎn)品質(zhì)量、減少制造成本并降低廢品率；

（4）選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適應(yīng)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(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。

汽車主減速器和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，22CrMnMo，20CrNiMo，20MnVB和20Mn2TiB。

用滲碳合金鋼制造齒輪，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度可高達(dá)HRC58～64，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)m>8時(shí)為HRC29~45，當(dāng)m<8時(shí)為HRC32~45。

對于滲碳層深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù)m≤5時(shí)，為0.9~1.3mm；m>5～8時(shí)，為1.0~1.4mm；m>8時(shí)，為1.2~1.6mm。

由于新齒輪潤滑不良，為了防止齒輪在運(yùn)行初期產(chǎn)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。這種表面鍍層不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。

對齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá)25%。對于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性可進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)的溫度低，故不會引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)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(xiàn)象產(chǎn)生。

3.2.5主減速器的潤滑

主減速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，其中尤其應(yīng)注意主減速器主動(dòng)錐齒輪的前軸承的潤滑，因?yàn)槠錆櫠虏荒芸繚櫥偷娘w濺來實(shí)現(xiàn)。為此，通常是在從動(dòng)齒輪的前端近主動(dòng)齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，將飛濺到殼體內(nèi)壁上的部分潤滑油收集起來再經(jīng)過進(jìn)油孔引至前軸承圓錐滾子的小端處，由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐