北京BJ1041整体式驱动桥设计【货车】

北京BJ1041整体式驱动桥设计【货车】,货车,北京,BJ1041,整体,驱动,设计 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目: 北京BJ1041 整体式驱动桥设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程B07-1班 学 生 姓 名: 孔湛淞 导 师 姓 名: 鲍 宇 开 题 时 间: 2011.02.28 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日 SY-025-BY-3 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 孔湛淞 院系 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程B07-1班 指导教师姓名 鲍 宇 职称 高级实验师 从事 专业 汽车运用 是否外聘 □是■否 题目名称 北京BJ1041整体式驱动桥设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 近几年，我国驱动桥总成市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励驱动桥总成产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对驱动桥总成市场的关注越来越密切，这使得驱动桥总成市场的发展研究需求增大。 1、国外研究现状 现在，世界上货车普遍采用两种驱动桥结构—单级减速双曲线螺旋锥齿轮副；带轮边减速(行星齿轮传动)的双级主减速器。后者更适宜于最大程度地满足用户不同需要。 在西欧，带轮边减速的双级主减速器后驱动桥只占整个产品的40%，且有呈下降趋势，在美国只占10%。其原因是这些地区的道路较好，采用单级减速双曲线螺旋锥齿轮副成本较低，故大部分均采用这种结构。而亚洲、非洲和南美国家则采用带轮边减速的双级主减速器的驱动桥，用于非道路和恶劣道路使用的车辆(工程自卸车、运水车等)。 国外汽车驱动桥已普遍采用限滑差速器《N一Pin牙嵌式或多片摩擦盘式》、湿式行车制动器等先进技术。限滑差速器大大减少了轮胎的磨损，而湿式行车制动器则提高了主机的安全性能，简化了维修工作。国内仅一部分车使用N一Pin牙嵌式差速器。限滑差速器成本较高，因而在多数国产驱动桥上一直没有得到应用。目前向国内提供限滑差速器的制造商主要是美国TraCtech公司和德国采埃孚公司。美国Tractech公司在苏州的工厂即将建成投产，主要生产N一Pin牙嵌式、多片摩擦盘式和户下O比例扭矩(三周节)差速器(锁紧系数3.5)。国内如徐工、鼎盛天工等主机制造商等原来自制一部分N一Pin牙嵌式差速器，后因质量不过关而放弃。国内有几个制造商生产比例扭矩差速器，但均为单周节，锁紧系数138，较三周节要小得多。徐州良羽传动机械有限公司在停车制动器(液压)上也做了一些工作，主要用于重型卡车产品，但国产此类产品的可靠性还有待提高。 美国戴纳(Dana)公司斯皮赛尔重型车桥和制动器部最近研制成新一代货车用中型和重型科尔德(Gold)系列车桥，其中一种重型单级减速驱动桥和两种中型单级减速驱动桥已投人生产。除供应纳维斯塔国际公司和麦克货车公司用外，并将积极开拓世界市场。新型科尔德重型523压S单级桥标定载荷1044Okg，采用新设计的恒齿高准双曲面齿轮，直径470m垃。该齿轮采用专利工艺加工，齿根全圆弧倒角，比传统的准双曲面齿轮更坚固。该齿轮具有表面塑性变形小，产生的热量少，使用寿命长，效率高等优点，据试验表明，新的523作S车桥比先前10440kg车桥的使用寿命提高2倍，如在523于S车轿上加装控制式差速锁还能大大提高在恶劣环境下的牵引力。来用整体式球墨铸铁外壳制成的5135一和5150一S两种型号的中型桥，额定载荷分别为6129kg和6810kg，传动比值范围3.07、4.78。这两种车桥是为低断面轮胎，较高速度车辆而设计的。其为快速和长途运输需求而安装锥形滚柱轴承具有较高承载能力;其高频淬火的车桥轴使用寿命长，适用多种润滑剂的三唇橡胶油封密封性能好。 国外轻型货车驱动桥开发技术已经非常的成熟，建立新的驱动桥开发模式成为国内外驱动桥开发团体的新目标。驱动桥设计新方法的应用使得其开发周期缩短，成本降低，可靠性增加。 2、国内研究现状 我国驱动桥制造企业的开发模式主要由测绘、引进、自主开发三种组成。主要存在技术含量低，开发模式落后，技术创新力不够，计算机辅助设计应用少等问题。一些企业技术力量相对要好些的企业，测绘的是从国外引进的原装桥，并且这些企业一般具有较为完善的开发体系和流程，也具有较完善的试验手段，但是开发过程属于对国外的仿制，对其逆向研究后结合自我情况生产。 总之，我国汽车驱动桥的研究设计与世界先进驱动桥设计技术还有一定的差距，我国车桥制造业虽然有一些成果，但都是在引进国外技术、仿制、再加上自己改进的基础上了取得的。个别比较有实力的企业，虽有自己独立的研发机构但都处于发展的初期。在科技迅速发展的推动下，高新技术在汽车领域的应用和推广，各种国外汽车新技术的引进，研究团队自身研发能力的提高，我国的驱动桥设计和制造会逐渐发展起来，并跟上世界先进的汽车零部件设计制造技术水平。 按结构形式，驱动桥可分为三大类： 　　(1).中央单级减速驱动桥 是驱动桥结构中最为简单的一种，是驱动桥的基本形式，在重型卡车中占主导地位。一般在主传动比小于6 的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。目前的中央单级减速器趋于采用双曲线螺旋伞齿轮，主动小齿轮采用骑马式支承，有差速锁装置供选用。 　 (2).中央双级减速驱动桥 　　在国内目前的市场上，中央双级驱动桥主要有2 种类型：一类载重汽车后桥设计，如伊顿系列产品，事先就在单级减速器中预留好空间，当要求增大牵引力与速比时，可装入圆柱行星齿轮减速机构，将原中央单级改成中央双级驱动桥，这种改制“三化”（即系列化，通用化，标准化）程度高，桥壳、主减速器等均可通用，锥齿轮直径不变；另一类如洛克威尔系列产品，当要增大牵引力与速比时，需要改制第一级伞齿轮后，再装入第二级圆柱直齿轮或斜齿轮，变成要求的中央双级驱动桥，这时桥壳可通用，主减速器不通用，锥齿轮有2 个规格。由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时，作为系列产品而派生出来的一种型号，它们很难变型为前驱动桥，使用受到一定限制；因此，综合来说，双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。 　　(3).中央单级、轮边减速驱动桥 轮边减速驱动桥较为广泛地用于油田、建筑工地、矿山等非公路车与军用车上。当前轮边减速桥可分为2类：一类为圆锥行星齿轮式轮边减速桥；另一类为圆柱行星齿轮式轮边减速驱动桥。圆锥行星齿轮式轮边减速桥由圆锥行星齿轮式传动构成的轮边减速器，轮边减速比为固定值2，它一般均与中央单级桥组成为一系列。在该系列中，中央单级桥仍具有独立性，可单独使用，需要增大桥的输出转矩，使牵引力增大或速比增大时，可不改变中央主减速器而在两轴端加上圆锥行星齿轮式减速器即可变成双级桥。这类桥与中央双级减速桥的区别在于：降低半轴传递的转矩，把增大的转矩直接增加到两轴端的轮边减速器上，其“三化”程度较高。但这类桥因轮边减速比为固定值2，因此，中央主减速器的尺寸仍较大，一般用于公路、非公路军用车。圆柱行星齿轮式轮边减速桥，单排、齿圈固定式圆柱行星齿轮减速桥，一般减速比在3至4.2之间。由于轮边减速比大，因此，中央主减速器的速比一般均小于3，这样大锥齿轮就可取较小的直径，以保证重型卡车对离地问隙的要求。这类桥比单级减速器的质量大，价格也要贵些，而且轮谷内具有齿轮传动，长时间在公路上行驶会产生大量的热量而引起过热；因此，作为公路车用驱动桥，它不如中央单级减速桥。 3、选题目的和意义 汽车驱动桥是汽车的重大总成，承载着汽车的满载簧荷重及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。例如，驱动桥包含主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴及轮边减速器）、桥壳和各种齿轮。综上所诉，汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛，对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺，设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展，并且通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能，所以本题设计一款结构优良的轻型货车驱动桥具有一定的意义。 二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 1、设计的基本内容 （1）选题的背景、目的及意义； （2）汽车后驱动桥的总体结构设计； （3）主减速器总成的设计； （4）差速器的设计； （5）后桥壳的设计； （6）半轴的设计。 2、拟解决的主要问题 （1）主减速器结构选择和参数计算。 （2）差速器结构选择和参数计算。 （3）半轴形式选择和参数计算。 （4）桥壳的结构形式的选择。 三、技术路线（研究方法） 调研并查阅相关资料 确定总体方案 驱动桥壳结构设计 驱动半轴结构设计 差速器结构设计 主减速器结构设计 完成绘图和设计说明书 主减速器参数计算 差速器参数计算 驱动桥壳参数计算 驱动半轴参数计算 强度校核 利用AUTO CAD绘图 四、进度安排 （1） 第1周：查阅参考资料，收集相关技术资料，掌握汽车驱动桥设计方法。 （2） 第2周：结合任务书制定设计方案，撰写开题报告。 （3） 第3-5周：整理资料、提出问题、撰写设计说明书草稿、绘制装配草图 （4） 第6周：继续绘制图纸。完成汽车后驱动桥的总体结构设计；主减速器总成的设计。 （5） 第7周：绘制零件图，继续绘制图纸。完成差速器的设计；后桥壳的设计；半轴的设计 （6） 第8周：接受中期检查。 （7） 第9周：对中期检查的不足之处进行修改。进一步完成设计。 （8） 第10-11周：对设计草图进行修改，绘制图纸。撰写设计说明书。 （9） 第12周：完成设计图纸及说明书。 （10）第13周：说明书及图纸送审，根据审阅老师意见进行修改。 （11）第14周：预答辩。 （12）第15-16周：修改预答辩中发现的问题准备答辩。 （13）第17周：答辩。 五、参考文献 [1]刘惟信主编.汽车设计[M].第一版.北京:清华大学出版社，2001. [2]刘惟信主编.汽车车桥设计[M].第一版.北京:清华大学出版社，2004. [3]《汽车工程编写组》编辑委员会.汽车工程手册设计篇[M].第一版.北京:人民交通出版社，2001. [4]冯健璋主编.汽车理论[M].第二版.北京:机械工业出版社，2007. [5]陈家瑞主编.汽车构造(下册) [M].第三版.北京：人民交通出版社，2000. [6]黄景宇主编.汽车典型结构图册[M].第一版.北京：人民交通出版社，2008. [7]朱龙根主编.机械设计[M].第一版.北京:机械工业出版社，2006. [8]王国权.汽车设计指导书[M].北京:机械工业出版社，2009. [9]王霄峰.汽车底盘设计[M]. 北京:清华大学出版社，2010. [10]高杰.驱动桥单级主减速器总成[J].现代零部件 2004,09. [11]王铁.汽车后桥的非保守模糊可靠度设计[J].农业机械学报2008. [12]陈珂.汪永超.汽车后桥差速器齿轮结构设计优化研究[J].机械传动2008. [13]吴训成，毛世民．点接触齿面啮合分析的基本公式及其应用研究[J]．机械设计，2000. [14]阮军.谈差速器行星齿轮轴结构的改进.山西焦煤科技[J].2008. [15]John Fenton. Handbook of Automotive Powertrain and Chassis Design. London: Professional Eegineering Publisng,1998. [16]LechnerG,Naunheimerh.AutomotiveTransmissions:Fundamentals,Selction,Design and Application.Berlin:Springer,1999. 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）中期检查表 填表日期 2011年 4月18 日 迄今已进行 8 周剩余 9 周 学生姓名 孔湛淞 院系 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程B07-1 指导教师姓名 鲍 宇 职称 高级实验师 从事 专业 汽车运用 是否外聘 □是■否 题目名称 北京BJ1041整体式驱动桥设计 学 生 填 写 毕业设计（论文）工作进度 已完成主要内容 待完成主要内容 完成驱动桥各组成部分的设计，（主减速器基本参数选择及设计计算；差速器齿轮的基本参数的选择及强度计算；驱动半轴的结构设计及强度计算；驱动桥壳的结构设计及受力分析与强度计算）。 驱动桥总装图A0草图。 　设计说明书的整理 装配图（A0）的修改 主要零件图的绘制 存在问题及努力方向 在驱动桥的设计过程中，虽然完成对尺寸的设计及各部件的校核，但对驱动桥的可组成的加工工艺不是十分了解，对设计造成困难，在以后的设计中要逐步了解工艺、及各部件的公差配合。 学生签字：孔湛淞 指导教师 意 见 指导教师签字： 年 月 日 教研室 意 见 教研室主任签字： 年 月 日 SY-025-BY-5 毕业设计指导教师评分表 学生姓名 孔湛淞 院系 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆B07-1班 指导教师姓名 鲍宇 职称 高级实验师 从事 专业 汽车运用 是否外聘 □是■否 题目名称 北京BJ1041整体式驱动桥设计 序号 评 价 项 目 满分 得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 工作态度： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅人评分表 学生 姓名 孔湛淞 专业 班级 车辆B07-1班 指导教 师姓名 鲍宇 职称 高级实验师 题目 北京BJ1041整体式驱动桥设计 评阅组或预答辩组成员姓名 出席 人数 序号 评 价 项 目 满分 得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 回答问题： 正确□ 基本正确□ 基本不正确□ 不能回答所提问题□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 　 评阅人或预答辩组长签字： 年 月 日 注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。 毕业设计答辩评分表 学生 姓名 孔湛淞 专业 班级 车辆B07-1班 指导 教师 鲍宇 职 称 高级实验师 题目 北京BJ1041整体式驱动桥设计 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 出席 人数 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性 15 5 毕业设计答辩准备情况 5 6 毕业设计自述情况 20 7 毕业设计答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录、评语： 自述思路与表达能力：好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 回答问题： 正确□ 基本正确□ 基本不正确□ 不能回答所提问题□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 　 答辩组长签字： 年 月 日 毕业设计（论文）成绩评定表 学生姓名 孔湛淞 性别 男 院系 汽车与交通工程学院 专业 车辆工程 班级 车辆B07-1班 设计（论文）题目 北京BJ1041整体式驱动桥设计 平时成绩评分（开题、中检、出勤） 指导教师姓名 鲍宇 职称 高级实验师 指导教师 评分（X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（Y） 答辩组组长 职称 答辩组 评分（Z） 毕业设计（论文）成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任签字（盖章）： 院系公章： 年 月 日 注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 优秀毕业设计（论文）推荐表 题 目 北京BJ1041整体式驱动桥设计 类别 毕业设计 学生姓名 孔湛淞 院（系）、专业、班级 汽车与交通工程学院车辆B07-1班 指导教师 鲍宇 职 称 高级实验师 设计成果明细： 答辩委员会评语： 答辩委员会主任签字（盖章）： 院、系公章： 年 月 日 备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它 毕业设计（论文）过程管理材料 题 目 北京BJ1041整体式 驱动桥设计 学生姓名 孔湛淞 院系名称 汽车与交通工程学院 专业班级 车辆工程B07-1班 指导教师 鲍宇 职 称 高级实验师 教研室 车辆工程教研室 起止时间 2011.2.28～2011.6.24 教 务 处 制 本科学生毕业设计 北京BJ1041 整体式驱动桥设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程B07-1班 学生姓名： 孔湛淞 指导教师： 鲍宇 职 称： 高级实验师 黑 龙 江 工 程 学 院 二○一一年六月 黑龙江工程学院本科生毕业设计 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design Of Integral Axle Candidate：Kong Zhansong Specialty：Vehicle　Engineering　 Class：B07-1 Supervisor：Senior Experimentalist. Bao Yu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 摘 要 驱动桥是汽车的重要总成部件，也是汽车总成中的重要承载件，所以驱动桥的好坏直接影响着汽车整体的性能和零件的使用寿命等。驱动桥由主减速器、差速器、半轴及桥壳四部分组成，其基本功用是降速增扭，把发动机的动力传递给左右车轮，并使汽车在转向时保证左右车轮的差速功能，此外，还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。 本设计首先论述了驱动桥的总体结构，在分析了驱动桥的结构形式及优缺点后确定总体设计方案：主减速器采用螺旋锥齿轮的单级主减速器，差速器采用圆锥行星齿轮差速器，半轴采用全浮式半轴，桥壳采用整体式桥壳。本设计主要完成了单级减速器、圆锥行星齿轮差速器、全浮式半轴的设计和桥壳的计算和校核及材料选取等工作。 关键词：整体式；驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳 42 ABSTRACT Drive axle assembly is an important vehicle components and an important bearing in the vehicle assembly parts, so drive axle of a direct impact on overall vehicle performance and component life.Drive axle from the final drive, differential, axle and axle housing of four parts, the basic skills by using a spin-down twist, the engine's power passed to the left and right wheels, and to ensure the car when the steering wheel left and right differential function, in addition, but also act on the road and bear the car frame or between the vertical force, vertical force and lateral force.Discusses the design of the first drive axle of the overall structure of the analysis of the drive axle of the structure and determine the advantages and disadvantages of design options: with integral drive axle, main reducer reducer reducer type single stage, the main spiral bevel gear reducer gears, planetary gear differential with conical differential, axle with full floating type, with cast axle Integral axle.The design was completed for a single-stage reducer, planetary gear differential cone, full floating axle half shaft design and Check and material selection and so on. Keywords: Integral; Drive Axle; Final Drive; Differential; Axle; Drive Axle Housing 目 录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 设计目的及意义 1 1.2 国内外驱动桥研究状况 1 1.3 设计主要内容 3 第2章 驱动桥的总体方案确定 4 2.1驱动桥的种类结构和设计要求 4 2.1.1汽车车桥的种类 4 2.1.2驱动桥的种类 4 2.1.3驱动桥结构组成 4 2.1.4 驱动桥设计要求 5 2.2 设计车型主要参数 5 2.3主减速器结构方案的确定 5 2.3.1 主减速器的齿轮类型及选择 5 2.3.2 主减速器的减速形式及选择 7 2.3.3 主减速器主从动锥齿轮的支承形式及安装方法 8 2.4 差速器结构方案的确定 9 2.5半轴的分类及方案的确定 10 2.6 桥壳的分类及方案的确定 10 2.7本章小结 11 第3章 主减速器设计 12 3.1概述 12 3.2主减速器齿轮参数的选择与强度计算 12 3.2.1 主减速器计算载荷的确定 12 3.2.2 主减速器齿轮参数的选择 13 3.2.3 主减速器齿轮强度计算 16 3.2.4 主减速器轴承计算 21 3.3主减速器齿轮材料及热处理 27 3.4主减速器的润滑 28 3.5 本章小结 28 第4章 差速器设计 29 4.1概述 29 4.2对称式圆锥行星齿轮差速器原理 29 4.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构 30 4.4对称圆锥行星锥齿轮差速器的设计 31 4.4.1 差速器齿轮的基本参数选择 31 4.4.2 差速器齿轮的几何尺寸计算 33 4.4.3 差速器齿轮的强度计算 34 4.4.4 差速器齿轮的材料 35 4.5 本章小结 36 第5章 半轴设计 37 5.1概述 37 5.2半轴的设计与计算 37 5.2.1全浮式半轴的计算载荷的确定 37 5.2.2半轴杆部直径的初选 38 5.2.3 全浮式半轴强度计算 39 5.2.4 全浮式半轴花键强度计算 39 5.2.5 半轴材料与热处理 40 5.3 本章小结 41 第6章 驱动桥桥壳的设计 42 6.1概述 42 6.2桥壳的受力分析及强度计算 42 6.2.1 桥壳的静弯曲应力计算 42 6.2.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度 44 6.2.3 汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算 44 6.2.4 汽车紧急制动时的桥壳强度计算 46 6.2.5 汽车受最大侧向力时桥壳强度计算 47 6.3 本章小结 51 结论 52 参考文献 53 致谢 54 附录A 55 附录B …………………………………………………………………………………………………59 第1章 绪 论 1.1 设计目的及意义 近几年，我国驱动桥总成市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励驱动桥总成产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对驱动桥总成市场的关注越来越密切，这使得驱动桥总成市场的发展研究需求增大。 作为汽车关键零部件之一的汽车驱动桥也得到相应的发展，各生产厂家在研发和生产过程中基本上形成了专业化、系列化、批量化的局面，汽车驱动桥是汽车的重要总成，承载着汽车车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛，对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺，设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展，并且通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能，所以基于北京BJ1041C4DG轻型货车设计一款结构优良的整体式驱动桥具有一定的实际意义。 1.2 国内外驱动桥研究状况 1、国外研究现状 国外整体式驱动桥开发技术已经非常的成熟，建立新的驱动桥开发模式成为国内外驱动桥开发团体的新目标。驱动桥设计新方法的应用使得其开发周期缩短，成本降低，可靠性增加。国外的最新开发模式和驱动桥新技术包括： (1) 并行工程开发模式 并行工程开发模式是对在一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的机械产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,然后通过模块的选择和组合构成不同产品的一种设计方法，能够缩短新产品的设计时间、降低成本、提升质量、提高市场竞争力,以DANA为代表的意大利企业多已采用了该类设计方法, 优点是: 减少设计及工装制造的投入, 减少了零件种类, 提高规模生产程度, 降低制造费用, 提高市场响应速度等。 (2) 模态分析 模态分析是对工程结构进行振动分析研究的最先进的现代方法与手段之一。它可以定义为对结构动态特性的解析分析(有限元分析)和实验分析(实验模态分析)，其结构动态特性用模态参数来表征。模态分析技术的特点与优点是在对系统做动力学分析时，用模态坐标代替物理学坐标，从而可大大压缩系统分析的自由度数目，分析精度较高。驱动桥的振动特性不但直接影响其本身的强度，而且对整车的舒适性和平顺性有着至关重要的影响。因此，对驱动桥进行模态分析，掌握和改善其振动特性，是设计中的重要方面。 (3) 驱动桥壳的有限元分析方法 有限元法不需要对所分析的结构进行严格的简化，既可以考虑各种计算要求和条件，也可以计算各种工况，而且计算精度高。有限元法将具有无限个自由度的连续体离散为有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的问题。只要确定了单元的力学特性，就可以按照结构分析的方法求解，使分析过程大为简化，配以计算机就可以解决许多解析法无法解决的复杂工程问题。目前，有限元法己经成为求解数学、物理、力学以及工程问题的一种有效的数值方法，也为驱动桥壳设计提供了强有力的工具。 (4) 高性能制动器技术 在发达国家驱动桥产品中, 已出现了自循环冷却功能的湿式制动器桥、带散热风送的盘式制动器桥、适于ABS的蹄、鼓式和盘式制动器桥、带自动补偿间隙的盘式制动器等配置高性能制动器桥, 同时制动器的布置位置也出现了从桥臂处分别向桥包总成和轮边端部转移的趋势。前种处理方式易于散热, 后种处理方式为了降低成本, 甚至有厂商把制动器的壳体与桥壳铸为一体, 既易于散热，又利于降低材料成本, 但这对铸造技术、铸造精度和加工精度都提出了极高的要求。 (5) 电子智能控制技术进入驱动桥产品 电子智能控制技术已经在汽车业得到了快速发展，如，现代汽车上使用的ABS(制动防抱死控制)、ASR（驱动力控制系统）等系统[1]。 2、国内研究现状 我国驱动桥制造企业的开发模式主要由测绘、引进、自主开发三种组成。主要存在技术含量低，开发模式落后，技术创新力不够，计算机辅助设计应用少等问题。一些企业技术力量相对要好些的企业，测绘的是从国外引进的原装桥，并且这些企业一般具有较为完善的开发体系和流程，也具有较完善的试验手段，但是开发过程属于对国外的仿制，对其逆向研究后结合自我情况生产。 总之，我国汽车驱动桥的研究设计与世界先进驱动桥设计技术还有一定的差距，我国车桥制造业虽然有一些成果，但都是在引进国外技术、纺制、再加上自己改进的基础上了取得的。个别比较有实力的企业，虽有自己独立的研发机构但都处于发展的初期。在科技迅速发展的推动下，高新技术在汽车领域的应用和推广，各种国外汽车新技术的引进，研究团队自身研发能力的提高，我国的驱动桥设计和制造会逐渐发展起来，并跟上世界先进的汽车零部件设计制造技术水平[2]。 1.3 设计主要内容 1、驱动桥结构形式及布置方案的确定。 2、驱动桥零部件尺寸参数确定及校核： （1）完成主减速器的基本参数选择与设计计算及校核； （2）完成差速器的设计与计算及校核； （3）完成半轴的设计与计算及校核； （4）完成驱动桥桥壳的受力分析及强度计算。 3、AUTOCAD完成驱动桥装配图和主要部分零件图。 第2章 驱动桥的总体方案确定 2.1 驱动桥的分类和设计要求 2.1.1 汽车车桥的种类 汽车的驱动桥与从动桥统称为车桥，车桥通过悬架与车架（或承载式车身）相连，它的两端安装车轮，其功用是传递车架（或承载式车身）于车轮之间各方向的作用力及其力矩。 根据悬架结构的不同，车桥分为整体式和断开式两种。当采用非独立悬架时，车桥中部是刚性的实心或空心梁，这种车桥即为整体式车桥；断开式车桥为活动关节式结构，与独立悬架配用。在绝大多数的载货汽车和少数轿车上，采用的是整体式非断开式。断开式驱动桥两侧车轮可独立相对于车厢上下摆动。 根据车桥上车轮的作用，车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种类型。其中，转向桥和支持桥都属于从动桥，一般货车多以前桥为转向桥，而后桥或中后两桥为驱动桥。 2.1.2 驱动桥的种类 驱动桥位于传动系末端，其基本功用首先是增扭、降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并合理的分配给左、右驱动车轮，其次，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩。 驱动桥分为断开式和非断开式两种。驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切相关。当驱动车轮采用非独立悬挂时，例如在绝大多数的载货汽车和部分小轿车上，都是采用非断开式驱动桥，其桥壳是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁，主减速器、差速器和半轴等所有的传动件都装在其中；当驱动车轮采用独立悬挂时，则配以断开式驱动桥[4]。 2.1.3 驱动桥结构组成 在多数汽车中，驱动桥包括主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴）及桥壳等部件如图2.1所示。 　 　 1　　 　 2　 3 4 5 6 1－轮毂　 2－半轴 　3－钢板弹簧座 4－主减速器从动锥齿轮 5－主减速器主动锥齿轮 6－差速器总成 图2.1 驱动桥 2.1.4 驱动桥设计要求 1、选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。 2、外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。 3、齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。 4、在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。 5、具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和 力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。 6、与悬架导向机构运动协调。 7、结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。 2.2设计车型主要参数 1、整车总质量m=4495kg 2、发动机最大转矩=201Nm 3、变速器一档传动比=5.557 4、主减速器传动比=5.83 2.3 主减速器结构方案的确定 2.3.1主减速器的齿轮类型及选择 按齿轮副结构型式分，主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动（又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动）和蜗杆蜗轮式传动等形式。 在发动机横置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮；在发动机纵置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动。 在现代货车车驱动桥中，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。 螺旋锥齿轮如图2.2（a）所示主、从动齿轮轴线交于一点，交角都采用90度。螺旋锥齿轮的重合度大，啮合过程是由点到线，因此，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。 双曲面齿轮如图2.2（b）所示主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。和螺旋锥齿轮相比，双曲面齿轮的优点有： 1、尺寸相同时，双曲面齿轮有更大的传动比。 2、传动比一定时，如果主动齿轮尺寸相同，双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有较大轴径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。 (b) (a) 图2.2 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮 3、当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮的直径较小，有较大的离地间隙。 4、工作过程中，双曲面齿轮副既存在沿齿高方向的侧向滑动，又有沿齿长方向的纵向滑动，这可以改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。 双曲面齿轮传动有如下缺点： 1、长方向的纵向滑动使摩擦损失增加，降低了传动效率。 2、齿面间有大的压力和摩擦功，使齿轮抗啮合能力降低。 3、双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。 4、双曲面齿轮必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油。 螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时捏合，螺旋锥齿轮能承受大的载荷，而且工作平稳，即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的,所以本次设计采用螺旋锥齿轮。 2.3.2主减速器的减速形式及选择 主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比io的大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。通常单极减速器用于主减速比io≤7.6的各种中小型汽车上。 　　　　　 　 （a） 单级主减速器 　 　　 （b） 双级主减速器 图2.3主减速器 如图2.3（a）所示，单级减速驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺较简单，成本较低，是驱动桥的基本型，在货车车上占有重要地位。目前货车车发动机向低速大扭矩发展的趋势使得驱动桥的传动比向小速比发展；随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，许多货车使用条件对汽车通过性的要求降低，因此，产品不必像过去一样，采用复杂的结构提高其的通过性；与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性增加。 如图2.3（b）所示，与单级主减速器相比，由于双级主减速器由两级齿轮减速组成，使其结构复杂、质量加大；主减速器的齿轮及轴承数量的增多和材料消耗及加工的工时增加，制造成本也显著增加，只有在主减速比较大（7.6<）且采用单级主减速器不能满足既定的主减速比和离地间隙等要求是才采用。通常仅用在装在质量10t以上的重型汽车上。 本次设计货车主减速比=5.83，所以采用单级主减速器。 2.3.3主减速器主从动锥齿轮的支承形式及安装方法 1、主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择 现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承形式有如下两种： （1）悬臂式 悬臂式支承结构如图2.4所示，其特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴径，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两端的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子向外。悬臂式支承结构简单，支承刚度较差，多用于传递转钜较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。 图2.4 锥齿轮悬臂式支承 （2）骑马式 骑马式支承结构如图2.5所示，其特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，在需要传递较大转矩情况下，最好采用骑马式支承。 图2.5 主动锥齿轮骑马式支承 采用骑马式（跨置式）支承结构时，齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承，故又称两端支承式。跨置式支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的1／30以下．而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/5～1/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。跟据实际情况，所设计的为轻型货车所以采用骑马式支撑。 当主动锥齿轮安装在圆锥滚子轴承上时，为了减小悬臂长度增加支撑间距离，应使两轴承的小端朝内相向，大端朝外，这样也便于结构的布置、轴承预紧度的调整及轴承的润滑。 2、主减速器从动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择 从动锥齿轮只有跨置式一种支撑形式如图2.6所示，两端支承多采用圆锥滚子轴承，安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内，而小端相向朝外。为了防止从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移，圆锥滚子轴承应用两端的调整螺母调整。主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并用细牙螺钉以精度较高的紧配固定在差速器壳的凸缘上，从动齿轮节圆直径较大时采用螺栓和差速器壳固定在一起[6]。 图2.6 从动齿轮支撑形式 本次设计主动锥齿轮采用骑马式支撑（圆锥滚子轴承），从动锥齿轮采用骑马式支撑（圆锥滚子轴承）。 2.4 差速器结构及方案的确定 根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互联系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的。例如，拐弯时外侧车轮行驶总要比内侧长。另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求 车轮行程不等。在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮，则会由于左右车轮的转速虽然相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。这不仅会是轮胎过早磨、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移，易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮间都有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以下不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学的要求。 差速器的结构型式选择，应从所设计汽车的类型及其使用条件出发，以满足该型汽车在给定的使用条件下的使用性能要求。 差速器的结构型式有多种，大多数汽车都属于公路运输车辆，对于在公路上和市区行驶的汽车来说，由于路面较好，各驱动车轮与路面的附着系数变化很小，因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器，作为安装在左、右驱动车轮间的所谓轮间差速器使用；对于经常行驶在泥泞、松软土路或无路地区的越野汽车来说，为了防止因某一侧驱动车轮滑转而陷车，则可采用防滑差速器。后者又分为强制锁止式和自然锁止式两类。自锁式差速器又有多种结构式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的[7]。 本次设计任务选用：对称式圆锥行星齿轮差速器，因为它结构简单，工作平稳可靠，适用于本次设计的汽车驱动桥。 2.5 半轴的分类及方案的确定 驱动车轮的传动装置置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。其结够型式与驱动桥的结构型式密切相关，在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向接传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半铀齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。根据半轴外端支撑形式分为半浮式，3/4浮式，全浮式。 半浮式半轴以其靠近外端的轴颈直接支撑在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有圆锥面的轴颈及键与轮毂相固定。具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。主要用于质量较小，使用条件好，承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。 3/4浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支撑着轮毂，而半轴则以其端部与轮毂想固定，因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势，这将急剧降低轴承的寿命，所以未得到推广。 全浮式半轴的外端和以两个轴承支撑于桥壳的半轴套管上的轮毂相联接，由于其工作可靠，广泛应用于轻型及以上的各类汽车上。 根据北京BJ1041C4DG车型及设计要求，本设计采用全浮半轴。 2.6 桥壳的分类及方案的确定 桥壳的结构型式大致分为可分式，组合式整体式三种。 1、可分式桥壳 可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，每一部分均由一个铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维修都很不方便，桥壳的强度和刚度也比较低。过去这种所谓两段可分式桥壳见于轻型汽车，由于上述缺点现已很少采用。 2、组合式 组合式桥壳又称为支架式桥壳，对加工精度要求较高，刚度较差，通常用于微型汽车、轿车、轻型以下载货汽车。 3、整体式桥壳 整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一整体的空心粱，其强度及刚度都比较好。且桥壳与主减速器壳分作两体，主减速器齿轮及差速器均装在独立的主减速壳里，构成单独的总成，调整好以后再由桥壳中部前面装入桥壳内，并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都十分方便。 整体式桥壳按其制造工艺的不同又可分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张成形式三种。 钢板冲压焊接整体式桥壳是由钢板冲压焊接成的桥壳主体、两端再焊上带凸缘的半轴套管及钢板弹簧座组成。其制造工艺简单、材料利用率高、废品率低生产率高极、及制造成本低等优点外，还有足够的强度和刚度，特别是其质量小，但是比有些铸造桥壳可靠，由于钢板冲压焊接整体式桥壳有一系列优点，近年来不但应用于轿车，轻型货车、中型载货车上得到了广泛的应用。本次设计驱`用钢板冲压焊接式整体桥壳。 2.7 本章小结 本章设计首先确定了主减速比，用以确定其它参数。对主减速器型式确定中主要从主减速器齿轮的类型、主减速器的减速形式、主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择、从动锥齿轮的支承方式和安装方式的选择，从而确定逐步给出驱动桥各个总成的基本结构，分析了驱动桥各总成结构组成。基本确定了驱动桥四个组成部分主减速器、差速器、半轴、桥壳的结构。 第3章 主减速器设计 3.1概述 主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。对发动机纵置的汽车，其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力。 3.2主减速器齿轮参数的选择与强度计算 3.2.1主减速器齿轮计算载荷的确定 1、按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩 /n （3.1） 式中：——发动机最大转矩201； ——由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比 ——上述传动部分的效率，取=0.9； ——超载系数，取=1.0； n——驱动桥数目1。 =201 5.5575.83 1 0.9/1=5860.67 2、按驱动轮在良好路面上打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 （3.2） 式中： ——汽车满载时驱动桥给水平地面的最大负荷，N；42后轮单胎轴荷分配前轴35%后轴65%可初取： =×9.865%=28633.15N ——轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取=0.85； 对于越野汽车，取=1.0； ——车轮滚动半径，6.50-16查表0.357m； ——分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和传动比，分别取0.96和1。 ==8688.83 通常是将发动机最大转矩配以传动系最低档传动比时和驱动车轮打滑时这两种情况下作用于主减速器从动齿轮上的转矩（）的较小者，作为载货汽车计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷。 由式（3.1），式（3.2）求得的计算载荷，是最大转矩而不是正常持续转矩，不能用它作为疲劳损坏依据。汽车的类型很多，行驶工况又非常复杂，轿车一般在高速轻载条件下工作，而矿用车和越野车在高负荷低车速条件下工作，对于公路车辆来说，使用条件较非公路用车稳定，其正常持续转矩是根据所谓平均牵引力的值来确定的，即主减速器的平均计算转矩。 3、按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 = （3.3） 式中：——汽车满载总重N, =44051N ——所牵引的挂车满载总重，N，仅用于牵引车取=0； ——道路滚动阻力系数，初取 =0.015； ——汽车正常使用时的平均爬坡能力系数。初取=0.05； ——汽车性能系数 （3.4） 当 =57.04>16时，取=0。 ===1383.91 3.2.2 主减速器齿轮参数的选择 1、 主、从动齿数的选择 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：为了磨合均匀，，之间应避免有公约数；为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40；为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车一般不小于6；主传动比较大时，尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。对于不同的主传动比，和应有适宜的搭配。 主减速器的传动比为5.83，初定主动齿轮齿数z1=7，从动齿轮齿数z2=40。 2、从动锥齿轮节圆直径及端面模数的选择 根据从动锥齿轮的计算转矩见式3.1和式3.2并取两式计算结果中较小的一个作为计算依据，按经验公式选出： （3.5） 式中：——直径系数，取=13～16； ——计算转矩，，取，较小的。取=5860.67。 计算得，=234.38～288.47mm，初取=260mm。 选定后，可按式算出从动齿轮大端模数，并用下式校核 （3.6） 式中：——模数系数，取=0.3~0.4； ——计算转矩，，取。 ==5.4~7.2 由GB/T12368-1990，取=6.5mm，满足校核。 所以有：=45.5mm =260mm。 3、螺旋锥齿轮齿面宽的选择 通常推荐圆锥齿轮从动齿轮的齿宽F为其节锥距的0.3倍。对于汽车工业，主减速器螺旋锥齿轮面宽度推荐采用： F=0.155=40.3mm 4、螺旋锥齿轮螺旋方向 主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受的轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向。这样可使主、从动齿轮有分离的趋势，防止轮齿因卡死而损坏。 所以主动锥齿轮选择为左旋，从锥顶看为逆时针运动，这样从动锥齿轮为右旋，从锥顶看为顺时针，驱动汽车前进。 5、 旋角的选择 螺旋角是在节锥表面的展开图上定义的，齿面宽中点处为该齿轮的名义螺旋角。螺旋角应足够大以使1.25。因越大传动就越干稳，噪声就越低。在一般机械制造用的标准制中，螺旋角推荐用35°。 6、法向压力角a的选择 压力角可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重叠系数下降，一般对于“格里森”制主减速器螺旋锥齿轮来说，载货汽车可选用20°压力角[8]。 7、主从动锥齿轮几何计算 计算结果如表3.1 表3.1 主减速器齿轮的几何尺寸计算用表 序号 项 目 计 算 公 式 计 算 结 果 1 主动齿轮齿数 7 2 从动齿轮齿数 40 3 模数 6.5 4 齿面宽 =40.3 5 工作齿高 10.14mm 6 全齿高 =11.26mm 7 法向压力角 =20° 8 轴交角 =90° 9 节圆直径 = 45.5mm =260mm 10 节锥角 arctan =90°- =9.92° =80.08° 11 节锥距 A== A=132.08mm 12 周节 t=3.1416 t=20.42mm 13 齿顶高 =8.385mm =1.755mm 14 齿根高 = =2.875mm =9.505mm 15 径向间隙 c= c=1.12mm 16 齿根角 =1.24° =4.12° 17 面锥角 ； =14.04° =81.32° 18 根锥角 = = =8.68° =75.96° 19 外圆直径 = =62.02mm =260.6mm 20 节锥顶点止齿轮外缘距离 =128.56mm =21.02mm 21 理论弧齿厚 =15.103mm =5.317mm 22 齿侧间隙 B=0.178~0.228 0.3mm 23 螺旋角 =35° 3.2.3螺旋锥齿轮的强度计算 1、损坏形式及寿命 在完成主减速器齿轮的几何计算之后，应对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。 齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。它们的主要特点及影响因素分述如下： （1）轮齿折断 主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开始，因为齿根处齿轮的弯曲应力最大。 疲劳折断 在长时间较大的交变载荷作用下，齿轮根部经受交变的弯曲应力。如果最高应力点的应力超过材料的耐久极限，则首先在齿根处产生初始的裂纹。随着载荷循环次数的增加，裂纹不断扩大，最后导致轮齿部分地或整个地断掉。在开始出现裂纹处和突然断掉前存在裂纹处，在载荷作用下由于裂纹断面间的相互摩擦，形成了一个光亮的端面区域，这是疲劳折断的特征，其余断面由于是突然形成的故为粗糙的新断面。 过载折断 由于设计不当或齿轮的材料及热处理不符合要求，或由于偶然性的峰值载荷的冲击，使载荷超过了齿轮弯曲强度所允许的范围，而引起轮齿的一次性突然折断。 为了防止轮齿折断，应使其具有足够的弯曲强度，并选择适当的模数、压力角、齿高及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等。齿根圆角尽可能加大，根部及齿面要光洁。 （2）齿面的点蚀及剥落 齿面的疲劳点蚀及剥落是齿轮的主要破坏形式之一，约占损坏报废齿轮的70%以上。它主要由于表面接触强度不足而引起的。 ①点蚀：是轮齿表面多次高压接触而引起的表面疲劳的结果。由于接触区产生很大的表面接触应力，常常在节点附近，特别在小齿轮节圆以下的齿根区域内开始，形成极小的齿面裂纹进而发展成浅凹坑，形成这种凹坑或麻点的现象就称为点蚀。一般首先产生在几个齿上。在齿轮继续工作时，则扩大凹坑的尺寸及数目，甚至会逐渐使齿面成块剥落，引起噪音和较大的动载荷。在最后阶段轮齿迅速损坏或折断。减小齿面压力和提高润滑效果是提高抗点蚀的有效方法，为此可增大节圆直径及增大螺旋角，使齿面的曲率半径增大，减小其接触应力。在允许的范围内适当加大齿面宽也是一种办法。 ②齿面剥落：发生在渗碳等表面淬硬的齿面上，形成沿齿面宽方向分布的较点蚀更深的凹坑。凹坑壁从齿表面陡直地陷下。造成齿面剥落的主要原因是表面层强度不够。例如渗碳齿轮表面层太薄、心部硬度不够等都会引起齿面剥落。当渗碳齿轮热处理不当使渗碳层中含碳浓度的梯度太陡时，则一部分渗碳层齿面形成的硬皮也将从齿轮心部剥落下来。 （3）齿面胶合 在高压和高速滑摩引起的局部高温的共同作用下，或润滑冷却不良、油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时，因高温、高压而将金属粘结在一起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。它多出现在齿顶附近，在与节锥齿线的垂直方向产生撕裂或擦伤痕迹。轮齿的胶合强度是按齿面接触点的临界温度而定，减小胶合现象的方法是改善润滑条件等。 （4）齿面磨损 这是轮齿齿面间相互滑动、研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒、装配中带入的杂物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不洁物所造成的不正常磨损，应予避免。汽车主减速器及差速器齿轮在新车跑合期及长期使用中按规定里程更换规定的润滑油并进行清洗是防止不正常磨损的有效方法。 汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为20万千米或以上时，其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。因此，驱动桥齿轮的许用弯曲应力不超过210.9N／mm.表3.2给出了汽车驱动桥齿轮的许用应力数值。 表3.2汽车驱动桥齿轮的许用应力 ( N／mm) 计算载荷 主减速器齿轮的许用弯曲应力 主减速器齿轮的许用接触应力 差速器齿轮的许用弯曲应力 ，中的较小者 700 2800 980 210.9 1750 210.9 实践表明，主减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷（即平均计算转矩）有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩和最大附着转矩并不是使用中的持续载荷，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据[9]。 2、主减速器螺旋锥齿轮的强度计算 （1）单位齿长上的圆周力 在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算，即 （3.7） 式中：——单位齿长上的圆周力，N/mm； P——作用在齿轮上的圆周力，N，按发动机最大转矩和最大附着力矩两种载荷工况进行计算。 按发动机最大转矩计算时： （3.8） 式中：——发动机输出的最大转矩，在此取201； ——变速器的传动比； ——主动齿轮节圆直径，在此取45.5mm.； 按上式计算一档时： N／mm 表3.3 许用单位齿长上的圆周力 (N／mm) 类别 档位 一档 二档 直接档 轿车 893 536 321 载货汽车 1429 250 公共汽车 982 214 牵引汽车 536 250 （2）轮齿的弯曲强度计算 汽车主减速器螺旋锥齿轮轮齿的计算弯曲应力为 （3.10） 式中：——齿轮计算转矩，对从动齿轮，取，较小的者即=5860.67和=1383.91来计算；对主动齿轮应分别除以传动效率和传动比得=1005.26，=237.377； ——超载系数，1.0； ——尺寸系数==0.71； ——载荷分配系数取=1； ——质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，档齿轮接触良好、节及径向跳动精度高时，取1； J——计算弯曲应力用的综合系数，见图3.1，=0.23，=0.19。 按计算： 主动锥齿轮弯曲应力=520.71 N／mm<700 N／mm 从动锥齿轮弯曲应力=634.1N／mm<700 N／mm 按计算：主动锥齿轮弯曲应力=122.95 N／mm<210.9 N／mm 从动锥齿轮弯曲应力=151.86 N／mm<210.9N／mm 综上所述由表3.2，计算的齿轮满足弯曲强度的要求。 相啮合齿轮的齿数 求 综 合 系 数 J 的 齿 轮 齿 数 图3.1 弯曲计算用综合系数J （3）轮齿的接触强度计算 螺旋锥齿轮齿面的计算接触应力（N／mm）为： （3.11） 式中：——主动齿轮计算转矩分别为=1005.26=237.377； ——材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取232.6； ——主动齿轮节圆直径，45.5mm； ，，同3.10； ——尺寸系数，=1； ——表面质量系数，对于制造精确的齿轮可取1； F——齿面宽，取齿轮副中较小值即从动齿轮齿宽40.3mm； J—— 计算应力的综合系数，J =0.128，见图3.2所示。 小齿轮齿数 接触强度计算用J 大齿轮齿数 图3.2 接触强度计算综合系数J 按计算，=1154.49<2800 N／mm 按计算，=1327.69<1750 N／mm 由表3.2轮齿齿面接触强度满足校核。 3.2.4主减速器的轴承计算 轴承的计算主要是计算轴承的寿命。设计时，通常是先根据主减速器的结构尺寸初步确定轴承的型号，然后验算轴承寿命。影响轴承寿命的主要外因是它的工作载荷及工作条件，因此在验算轴承寿命之前，应先求出作用在齿轮上的轴向力、径向力、圆周力，然后再求出轴承反力，以确定轴承载荷。 1、作用在主减速器主动齿轮上的力 如图3.4所示锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切向方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。 图3.4 主动锥齿轮工作时受力情况 为计算作用在齿轮的圆周力，首先需要确定计算转矩。汽车在行驶过程中，由于变速器挡位的改变，且发动机也不全处于最大转矩状态，故主减速器齿轮的工作转矩处于经常变化中。实践表明，轴承的主要损坏形式为疲劳损伤，所以应按输入的当量转矩进行计算。作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩可按下式计算[10]： 　(3.13) 式中：——发动机最大转矩，在此取201N·m； 　　　，…——变速器在各挡的使用率，可参考表3.4选取0.5％，2％，5％，15％，77.5％； 　　　，…——变速器各挡的传动比5.557，3.65，2.37，1.54，1； 　　　，…——变速器在各挡时的发动机的利用率，可参考表3.4选取50％，60％，70％，70％，60％。 经计算=193.73 N·m 齿面宽中点的圆周力P为： =10050.84N （3.14） 式中：T——作用在该齿轮上的转矩。主动齿轮的当量转矩； ——该齿轮齿面宽中点的分度圆直径。对于螺旋锥齿轮 所以：＝38.55mm =220.3mm； ——从动齿轮的节锥角80.753°。 计算螺旋锥齿轮的轴向力与径向力根据条件选用表3.5中公式。 表3.4　及的参考值 变速器 档位 车型 轿车 公共汽车 载货汽车 III挡 IV挡 IV挡 IV挡带 超速档 IV挡 IV挡带 超速档 V挡 <80 >80 I II III IV V 1 9 90 1 4 20 75 0.8 2.5 16 80..7 2 6 27 65 1 4 15 50 — 1 3 11 85 0.5 3.5 7 59 — 0.5 2 5 15 77.5 I II III IV V 60 60 50 70 65 60 60 65 60 50 50 70 70 60 60 70 70 60 60 — 50 60 70 60 50 60 70 70 — 50 60 70 70 60 注：表中，其中——发动机最大转矩，；——汽车总重，。 表3.5 圆锥齿轮轴向力与径向力 主动齿轮 轴向力 径向力 螺旋方向 旋转 方向 右 左 顺时针 反时针 右 左 反时针 顺时针 主动齿轮的螺旋方向为左；旋转方向为顺时针： =8175.02 N （3.15） = 3204.19 N （3.16） 从动齿轮的螺旋方向为右：旋转方向为逆时针： =3204.19（N） （3.17） =8175.02（N） （3.18） 式中：——齿廓表面的法向压力角20； ——主动齿轮的节锥角9.91； ——从动齿轮的节锥角80.09。 2、主减速器轴承载荷的计算 轴承的轴向载荷就是上述的齿轮的轴向力。但如果采用圆锥滚子轴承作支承时，还应考虑径向力所应起的派生轴向力的影响。而轴承的径向载荷则是上述齿轮的径向力，圆周力及轴向力这三者所引起的轴承径向支承反力的向量和。当主减速器的齿轮尺寸，支承形式和轴承位置已初步确定，计算出齿轮的轴向力、径向力圆周力后，则可计算出轴承的径向载荷。 对于采用骑马式的主动锥齿轮和骑马式的从动锥齿轮的轴承径向载荷，如图3.5所示 图3.5 主减速器轴承的布置尺寸 轴承A，B的径向载荷分别为 = （3.19） （3.20） 式中：已知=10050.84N，=3204.19N，=8175.02N , ＝38.55mm, a=34mm，b=1