【正文】 第1章 緒 論輕型貨車在汽車行業(yè)中占有較大的比重，而主減速器是輕型貨車的一個(gè)重要部件，其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車輛的動(dòng)力性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性等多方面的設(shè)計(jì)要求。這就對(duì)主減速器設(shè)計(jì)人員提出較高的要求。在我國(guó)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式中以手工繪圖或采用AutoCAD 繪制二維平面圖，做出成品進(jìn)行試驗(yàn)為主，無(wú)法滿足快速設(shè)計(jì)的需求，造成產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)成本高。利用PRO/E及ANSYS軟件對(duì)主減速器的主要零件進(jìn)行建模和分析校核，能夠大大提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，為輕型貨車的研發(fā)縮短了寶貴的時(shí)間。同時(shí)，選擇輕型貨車減速器設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，可以對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程進(jìn)行一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更最重要的是培養(yǎng)了我們綜合分析問(wèn)題、理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)我們調(diào)查研究，正確熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等資料、工具的能力, 鍛煉自己的設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料、繪圖等獨(dú)立工作能力,為以后的工作打下基礎(chǔ)。 國(guó)內(nèi)外主減速器研究現(xiàn)狀改革開放以來(lái)，中國(guó)的汽車工業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，尤其是加入WTO以后，我國(guó)的汽車市場(chǎng)對(duì)外開發(fā)，汽車工業(yè)逐漸成為世界汽車整體市場(chǎng)的一個(gè)重要組成部分。同樣，車用減速器也隨著整車的發(fā)展不斷成長(zhǎng)和成熟起來(lái)。隨著高速公路網(wǎng)狀況的改善和國(guó)家環(huán)保法規(guī)的完善，環(huán)保、舒適、快捷成為客車和貨車市場(chǎng)的主旋律。對(duì)整車主要總成之一的驅(qū)動(dòng)橋而言，小速比、大扭矩、傳動(dòng)效率高、成本低逐漸成為客車和貨車主減速器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。產(chǎn)品上，國(guó)內(nèi)卡車市場(chǎng)用戶主要以承載能力強(qiáng)、齒輪疲勞壽命高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、易維護(hù)等特點(diǎn)的產(chǎn)品為首選。目前己開發(fā)的產(chǎn)品，如陜西漢德引進(jìn)德國(guó)公司技術(shù)的485單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，一汽集團(tuán)和東風(fēng)公司的13噸級(jí)系列車橋?yàn)榇淼闹鳒p速器技術(shù)，都是在有效吸收國(guó)外同類產(chǎn)品新技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求開發(fā)出來(lái)的高性能、高可靠性、高品質(zhì)的車橋產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本代表了國(guó)內(nèi)車用減速器發(fā)展的方向。通過(guò)整合和平臺(tái)化開發(fā)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)形成了45460、480、500等眾多成型穩(wěn)定產(chǎn)品，并被用戶廣泛認(rèn)可和使用。設(shè)計(jì)開發(fā)上，設(shè)計(jì)軟件先后應(yīng)用于主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和齒輪加工中，有限元分析、數(shù)模建立、虛擬試驗(yàn)分析等也被采用。齒輪設(shè)計(jì)也初步實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程的電算化。新一代減速器設(shè)計(jì)開發(fā)的突出特點(diǎn)是:不僅在產(chǎn)品性能參數(shù)上進(jìn)一步進(jìn)設(shè)計(jì)上完全遵從模塊化設(shè)計(jì)原則，產(chǎn)品配套實(shí)現(xiàn)車型的平臺(tái)化，造型和結(jié)構(gòu)更加合理，更宜于組織批量生產(chǎn)，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，更能應(yīng)對(duì)頻繁的車型換代和產(chǎn)品系列化的特點(diǎn)，這些都對(duì)基礎(chǔ)件產(chǎn)品提出愈來(lái)愈高的配套要求，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上不斷地進(jìn)行二次開發(fā)和持續(xù)改進(jìn)，以滿足快速多變的市場(chǎng)需求。與國(guó)外相比，我國(guó)的車用減速器開發(fā)設(shè)計(jì)不論在技術(shù)上、制造工藝上，還是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齒輪制造技術(shù)缺乏獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落后。目前比較突出的問(wèn)題是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱、工藝創(chuàng)新及管理水平低，企業(yè)管理方式較為粗放，相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔次，缺乏有國(guó)際影響力的產(chǎn)品品牌，行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步的步伐，提高管理水平，加快與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，開發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)中國(guó)國(guó)情的高檔車用減速器總成，由仿制到創(chuàng)新，早日縮小并消除與世界先進(jìn)水平的差距。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家，如重汽集團(tuán)、福田汽車、江淮汽車等通過(guò)與國(guó)外卡車巨頭，如沃爾沃、通用、五十鈴、現(xiàn)代、奔馳、雷諾等進(jìn)行合資合作，在車橋減速器的開發(fā)上取得了顯著的進(jìn)步。目前，上汽集團(tuán)、東風(fēng)、一汽、北汽等各大汽車集團(tuán)也正在開展合作項(xiàng)目，希望早日實(shí)與世界先進(jìn)技術(shù)的接軌，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)開發(fā)的新突破[3]?？傮w來(lái)說(shuō)，車用減速器發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)是向著六高、二低、二化方向發(fā)展，即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高傳動(dòng)效率，低噪聲、低成本，標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用。從發(fā)動(dòng)機(jī)的大馬力、低轉(zhuǎn)速的發(fā)展趨勢(shì)以及商用車的最高車速的提升來(lái)看，公路用車橋減速器應(yīng)該向小速比方向發(fā)展:在最大輸出扭矩相同時(shí)齒輪的使用壽命要求更高。在額定軸荷相同時(shí)，車橋的超載能力更強(qiáng)。主減速器齒輪使用壽命更長(zhǎng)、噪音更低、強(qiáng)度更大，潤(rùn)滑密封性能更好。整體剛性好，速比范圍寬。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)出小型低速載貨汽車主減速器、差速器、等傳動(dòng)裝置及橋殼等部件。使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品使用方便，材料使用最少，經(jīng)濟(jì)性能最高。 a. 提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更舒適，更機(jī)動(dòng)，更方便，動(dòng)力性更好，污染更少。 b. 改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益了解輕型商用車主減速器的基本結(jié)構(gòu)，基本形狀，工作原理和設(shè)計(jì)方法，再依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的主減速器作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的主減速器。首先確定主減速器的結(jié)構(gòu)形式；其次，據(jù)所給汽車參數(shù)合理的分配主減速器主、從動(dòng)齒輪模數(shù)，齒數(shù)，計(jì)算出主減速器的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)主減速器齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核；然后選擇合適該汽車使用的差速器類型，并對(duì)行星齒輪和半軸齒輪模數(shù)，齒數(shù)進(jìn)行合理的分配并計(jì)算校核， 最后，利用Pro/E建模ANSYS軟件對(duì)主減速器的主要零件進(jìn)行分析校核，設(shè)計(jì)出符合該汽車使用的主減速器，并繪制出裝配圖和零件圖。 第2章 主減速器結(jié)構(gòu)方案確定 輕型貨車參數(shù)車型：東風(fēng)EQ1060F驅(qū)動(dòng)形式：42裝載質(zhì)量：3噸總質(zhì)量：6噸發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率：71kw 轉(zhuǎn)速：3200轉(zhuǎn)/分發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩：245 轉(zhuǎn)速：2200轉(zhuǎn)/分輪胎型號(hào)：—16主減速器比：i0=變速器傳動(dòng)比ig 低檔— ；高檔 V擋—最高車速：90 km/h 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案主減速器中必須保證主、從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。 主動(dòng)錐齒輪的支承主動(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。懸臂式支承結(jié)構(gòu)( a)的特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長(zhǎng)的軸頸，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長(zhǎng)度倪和增加兩支承間的距離b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承承受，而反向軸向力則由另一軸承承受。為了盡可能地增加支承剛度，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70％還大，另外靠近齒輪的軸徑應(yīng)不小于尺寸a。為了方便拆裝，應(yīng)使靠近齒輪的軸承的軸徑比另一軸承的支承軸徑大些?？拷X輪的支承軸承有時(shí)也采用圓柱滾子軸承，這時(shí)另一軸承必須采用能承受雙向軸向力的雙列圓錐滾子軸承。支承剛度除了與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長(zhǎng)度有關(guān)以外，還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關(guān)[4]。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。 (a)主動(dòng)錐齒輪懸臂式 (b)主動(dòng)錐齒輪跨置式 (c)從動(dòng)錐齒輪 主減速器錐齒輪的支承形式跨置式支承結(jié)構(gòu)( b)的特點(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，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)相對(duì)安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)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。但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承導(dǎo)向軸承所需要的軸承座，從而使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。另外，因主、從動(dòng)齒輪之間的空間很小，致使主動(dòng)齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制，有時(shí)甚至布置不下或使齒輪拆裝困難?？缰檬街С兄械膶?dǎo)向軸承都為圓柱滾子軸承，并且內(nèi)外圈可以分離或根本不帶內(nèi)圈。它僅承受徑向力，尺寸根據(jù)布置位置而定，是易損壞的一個(gè)軸承[5]。在本設(shè)計(jì)中，由于載荷量超過(guò)2噸，故采用跨置式。 從動(dòng)錐齒輪的支承 從動(dòng)錐齒輪輔助支承 主、從動(dòng)錐齒輪的許用偏移量從動(dòng)錐齒輪的支承( c)，其支承剛度與軸承的形式、支承間的距離及軸承之間的分布比例有關(guān)。從動(dòng)錐齒輪多用圓錐滾子軸承支承。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％。為了使載荷能盡量均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使尺寸c等于或大于尺寸d。在具有大的主傳動(dòng)比和徑向尺寸較大的從動(dòng)錐齒輪的主減速器中，為了限制從動(dòng)錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移，在從動(dòng)錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支承()。輔助支承與從動(dòng)錐齒輪背面之間的間隙，應(yīng)保證偏移量達(dá)到允許極限時(shí)能制止從動(dòng)錐齒輪繼續(xù)變形。主、[6]。 主減速器齒輪的類型分析主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。螺旋錐齒輪傳動(dòng)螺旋錐齒輪傳動(dòng)()的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。 (a)螺旋錐齒輪傳動(dòng) (b)雙曲面齒輪傳動(dòng) (c)圓柱齒輪傳動(dòng) (d)蝸桿傳動(dòng) 主減速器齒輪傳動(dòng)形式雙曲面齒輪傳動(dòng)雙曲面齒輪傳動(dòng)()的主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距E的存在，使主動(dòng)齒輪螺旋角β1大于從動(dòng)齒輪螺旋角β2。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動(dòng)齒輪圓周力之比： ()式中：FF2 主、從動(dòng)齒輪的圓周力,N。β1 、β2 主、從動(dòng)齒輪的螺旋角。螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的齒線任意一點(diǎn)A的切線TT與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)連線之間的夾角。在齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為中點(diǎn)螺旋角()。通常不特殊說(shuō)明，則螺旋角系指中點(diǎn)螺旋角。雙曲面齒輪傳動(dòng)比為： ()式中：i0s 雙曲面齒輪傳動(dòng)比；r1 主動(dòng)齒輪平均分度圓半徑，mm；r2 從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑，mm。螺旋錐齒輪傳動(dòng)比i0L為： ()令，則i0s=Ki0L。由于β1β2，所以系數(shù)K1，～[7]。圓柱齒輪傳動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)()一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋()和雙級(jí)主減速器貫通式驅(qū)動(dòng)橋。 蝸桿傳動(dòng)蝸桿()傳動(dòng)與錐齒輪傳動(dòng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動(dòng)比(可大于7)。(2)在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無(wú)噪聲。(3)便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置。(4)能傳遞大的載荷，使用壽命長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，調(diào)整容易。但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動(dòng)效率較低。蝸桿傳動(dòng)主要用于生產(chǎn)批量不大的個(gè)別重型多橋驅(qū)動(dòng)汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的大客車上[8]。 發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)轎車驅(qū)動(dòng)橋 主減速器的減速形式主減速器的減速形式可分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單雙級(jí)貫通、單雙級(jí)減速配以輪邊減速等[9]。 單級(jí)主減速器 單級(jí)主減速器可由一對(duì)圓錐齒輪、一對(duì)圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是其主傳動(dòng)比i0不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動(dòng)齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動(dòng)齒輪熱處理困難。單級(jí)主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動(dòng)橋中。雙級(jí)主減速器與單級(jí)相比，在保證離地間隙相同時(shí)可得到大的傳動(dòng)比，i0一般為7～12。但是尺寸、質(zhì)量均較大，成本較高。它主要應(yīng)用于中、重型貨車、越野車和大客車上。 整體式雙級(jí)主減速器有多種結(jié)構(gòu)方案：第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為圓柱齒輪()；第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為行星齒輪；第一級(jí)為行星齒輪，第二級(jí)為錐齒輪()；第一級(jí)為圓柱齒輪，第二級(jí)為錐齒輪()。對(duì)于第一級(jí)為錐齒輪、第二級(jí)為圓柱齒輪的雙級(jí)主減速器，可有縱向水平()、斜向()和垂向()三種布置方案。在具有錐齒輪和圓柱齒輪的雙級(jí)主減速器中分配傳動(dòng)比時(shí)，～，～，這樣可減小錐齒輪嚙合時(shí)的軸向載荷和作用在從動(dòng)錐齒輪及圓柱齒輪上的載荷，同時(shí)可使主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)適當(dāng)增多，使其支承軸頸的尺寸適當(dāng)加大，以改善其支承剛度，提高嚙合平穩(wěn)性和工作可靠性。 雙級(jí)主減速器雙速主減速器()內(nèi)由齒輪的不同組合可獲得兩種傳動(dòng)比。它與普通變速器相配合，可得到雙倍于變速器的擋位。雙速主減速器的高低擋減速比是根據(jù)汽車的使用條件、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及變速器各擋速比的大小來(lái)選定的。大的主減速比用于汽車滿載行駛或在困難道路上行駛，以克服較大的行駛阻力并減少變速器中間擋位的變換次數(shù)；小的主減速比則用于汽車空載、半載行駛或在良好路面上行駛，以改善汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和提高平均車速。雙速主減速器的換擋是由遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，一般有電磁式、氣壓式和電一氣壓綜合式操縱機(jī)構(gòu)。由于雙速主減速器無(wú)換擋同步裝置，因此其主減速比的變換是在停車時(shí)進(jìn)行的。雙速主減速器主要在一些單橋驅(qū)動(dòng)的重型汽車上采用[10]。(a) (b) (c) (d) (e) 雙級(jí)主減速器布置方案貫通式主減速器( a,b)根據(jù)其減速形式可分成單級(jí)和雙級(jí)兩種。單級(jí)貫通式主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量小，并可使中、后橋的大部分零件，尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性等優(yōu)點(diǎn)，主要用于輕型多橋驅(qū)動(dòng)的汽車上。根