【正文】 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 求： 具有較高的疲勞彎曲強(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； 輪齒心部應(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； 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)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并降低廢品率； 選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國(guó)的情況。選取小齒輪的 = 大齒輪 = 。汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩 ceT和最大附著轉(zhuǎn)矩 csT 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)。的其他汽車錐齒輪的 1H 、 2H 和 aK 主動(dòng)齒輪齒數(shù)1Z 5 6 7 8 9 10 11 從動(dòng)齒輪最小齒數(shù) 2minZ 34 33 32 31 30 29 26 法 向 壓 力 角? 20186。 大齒輪面錐角 23 1 1 1R? ? ??? 176。2h , aK 查表 取 15 39。33′ 。 7）、法向壓力角 ? 法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切得最少齒數(shù)。 螺旋角應(yīng)足夠大，但螺旋角過(guò)大會(huì)使軸 向力過(guò)大，因此兼顧考慮。將各數(shù)據(jù)代入公式得： 6 5 9 2 .5 8 1 6 0 9 .9 14 .5 5 0 .9ZT N m? ? ?? 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 在選定主減速比，主減速器的減速形式，齒輪類型及計(jì)算載荷以后，可根據(jù)這些已知參數(shù)選擇主減速器齒輪的最主要的幾項(xiàng)參數(shù)。2m — 負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù) ； 2G — 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)后橋來(lái)說(shuō)還應(yīng)考慮到汽車加速時(shí)的負(fù)荷增大量； 14600N； ? — 輪胎對(duì)路面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，取 ?? ；對(duì)越野汽車取 ?? ；對(duì)于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級(jí)轎車取 ?? ；此車 ?取 1； r— 車輪的滾動(dòng)半徑； ； m? ， mi — 分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比 (例如輪邊減速器等 )。 基本參數(shù) 的 選擇與計(jì)算載荷的確定 齒輪計(jì)算載荷的確定 由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準(zhǔn)確地算出主減速器齒輪的計(jì)算載荷是比較困難的。 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。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)汽車設(shè)計(jì)的原則與步驟，進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算， 還對(duì)各部件進(jìn)行了強(qiáng)度的校核 。新一代減速器設(shè)計(jì)開(kāi)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(kāi)發(fā)和持續(xù)改進(jìn)，以滿足快速多變的市場(chǎng)需求。 國(guó)內(nèi)主減速器的狀況 現(xiàn)在國(guó)家大力發(fā)展高速公路網(wǎng)，環(huán)保、舒適、快捷成為汽車市場(chǎng)的主旋律。在一般汽車的機(jī)械式傳動(dòng)中，有了變速器還不能解決發(fā)動(dòng)機(jī)特性與汽車行駛要求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問(wèn)題。齒輪與齒輪軸的設(shè)計(jì)與校核 。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括有：方案選擇，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進(jìn) 。 研究的基本內(nèi)容 主減速器的作用 汽車傳動(dòng)系的總?cè)蝿?wù)是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 主減速器的工作原理 從變速器或分動(dòng)器經(jīng)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置輸入驅(qū)動(dòng)橋的轉(zhuǎn)矩首先傳到主減速器，主減速器的一對(duì)齒輪增大轉(zhuǎn)矩并 相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)方向。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。 本次設(shè)計(jì)主要先了解驅(qū)動(dòng)橋的原理，對(duì) BJ2022 汽車 驅(qū)動(dòng)橋中的主減速器、差速器、半軸等重要部件等進(jìn)行了詳細(xì)的 設(shè)計(jì)。 單級(jí)主減速器有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪等兩種形式。 從動(dòng)雙曲面錐齒輪 從動(dòng)錐齒輪的支承選擇跨置式的，這種支承可以增大 支承剛度，使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善。22 rcs mmG m rT i????? ? (22) 式中： 39。本文取 90%。但是， 在選擇螺旋角的時(shí)，應(yīng)考慮它對(duì)齒面重疊系數(shù)輪齒強(qiáng)度和軸向力的影響。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)汽車前進(jìn)?；?22176。2 ath Km? 大齒輪 齒頂高 39。 小齒輪面錐角 22 02 2 1? ? ??? 176。 螺旋角 表 載貨、公共、牽引汽車或壓力角為 20186。 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)，而與汽車預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。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)端面模數(shù)，今用 大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。其損壞形式主要有輪齒根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、磨損和 擦傷等。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車 上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛地用在轎車、 客車和各種公路用載貨汽車以及一些越野汽車上，但用到越野汽車上需要采取防滑措施。 差速器的四個(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。2d 為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而 39。 m h? ??， 39。201 1 1sin2d h???? ， 39。汽車在行駛過(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。為了減小懸臂長(zhǎng)度 a 和增大支承間距 b ，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端相向朝內(nèi)，而大端朝外，以使 b 拉長(zhǎng)、 a 縮短，從而增強(qiáng)支承剛度。 其軸的各段的尺寸為： 第 1 段：主動(dòng)錐齒輪，其齒寬為 44mm ，大端分度圓直徑為 56mm ，齒頂圓中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 直徑為 ； 第 2 段：直徑為 47mm ，寬度為 4mm ； 第 3 段：直徑為 41mm ,長(zhǎng) 4mm； 第 4 段： 這段與軸承相配合，其選用的軸承代號(hào)為 30209,，其小徑為 45mm ，大徑為 85mm ，小徑寬為 ，其軸的直徑為 45mm ，寬度為 20mm ； 第 5 段： 直徑為 41mm ， 長(zhǎng) 30mm； 第 6 段：這段與軸承配合，其選用的軸承代號(hào)為 30207，其小徑為 35mm ，大徑為 72mm ，小徑寬度為 。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 32 圖 主動(dòng)錐齒輪軸受力圖 求出水平面上的彎矩并畫(huà)出彎矩圖： 6 0 .9 6 6 8 .5 1aVM R N m? ? ? ?后 規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)，其齒輪受到的彎矩為正，后齒輪受到的彎矩為負(fù)，前齒輪受到的彎矩為正，如圖 所示： 圖 垂直面上彎矩圖 求出垂直面上的彎矩并畫(huà)出彎矩圖： 6 0 .9 3 4 2 .8 6aRM A N m? ? ? ?后 根據(jù)上面的方向，彎矩圖如圖 所示： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 33 圖 垂直面上彎矩圖 合成彎矩可得： 22 7 5 1 .3a V a RM M M N m? ? ? ?后 由上面的圖可知，在后軸承受力點(diǎn)上的彎矩最大。 圓柱銷的選擇 參照《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇公稱直徑為 6 的圓柱銷 。 全浮式半軸，其特點(diǎn)是輪轂通過(guò)一對(duì)滾錐軸承支承在半軸套筒上。 式中： ? 半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力， MPa ； T半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， Nm? ； d 半軸桿部直徑， mm ； []? 半軸扭轉(zhuǎn)的許用應(yīng)力，取 [ ] 550MPa? ? 。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 半軸計(jì)算載荷的確定 計(jì)算載荷的確定 m a x 1 00. 6 18 0 3. 93 4. 5519 31 .2eT T i iNm??? ? ? ??? (413) 式中： ? 差速器分配系數(shù)，對(duì)圓錐行星齒輪差速器可取 ? =； 1i 變速器一 擋傳動(dòng)比 ； 0i 主減速比。 半軸的設(shè)計(jì) 半軸概述 驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，在斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置，且多采用等速萬(wàn)向節(jié)；在一般的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪和車輪的輪轂聯(lián)接起來(lái)。2d 為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而 39。 主動(dòng)錐齒輪軸的校核 齒輪上受到的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 mN? ，齒輪的圓周力 =，軸向力 ? ，徑向力 ? ，并還知道兩軸承受徑向力和軸向力分別為 ?前 ， ?后 ； 0?前A ， ?后 。 軸承的的選擇，在這里選擇主動(dòng)錐齒輪后軸承為圓錐滾子軸承 30209 型，前軸承為圓錐滾子軸承 30207 型 。 齒寬中點(diǎn)處的圓周力 齒寬中點(diǎn)處的圓周力為 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 2mTP d? (42) 式中： T — 作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩； md — 該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑； 2 2 2 21122sinmmmd d bZddZ???? 式中： 1md ， 2md — 主、從動(dòng)齒面寬中點(diǎn)分度圓的直徑； 2b — 從動(dòng)齒輪齒寬； 2d — 從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑； 1Z ， 2Z — 主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)； 2? — 從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角。 帶入公式得： 322 1 0 3 9 5 5 . 5 5 1 . 0 1 . 1 0 8 8 2 . 9 4 9 8 01 . 0 5 2 0 2 2 0 . 2 2 4 4w M P a M P a? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? 所以差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。39。12gh h h??，39。最小齒數(shù)可減少 到 10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，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。 帶入公式得： 33 2 .9 9 6 5 9 2 .5 8 5 6 .0 6B B jR K T m m m m? ? ? 差速器行星齒輪球面半徑 BR 確定以后，可根據(jù) 0 ( ) BAR? ，來(lái)預(yù)選其節(jié)錐距。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。 用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過(guò)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到58～ 64HRC，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù) 8m? 時(shí)為 32～ 45HRC。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取 ； J — 計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)）。 帶入公式得： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 3 3m a x1 210 18 0 3. 93 10 / 63 1. 61 /56 4022egTip N m m N m mdb? ??? ? ?? 按最大附著力矩計(jì)算： 322 2102rGrp db? ?? (29) 式中： 2G — 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，在此為 14600N ； ? — 輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取 ； r — 輪胎的滾動(dòng)半徑，在此取 。 齒工作高系數(shù)1H 齒 全 高 系 數(shù)2H 大齒輪齒頂高系數(shù) aK +? ?212 zz 表 錐齒輪的大齒輪理論齒厚 KS z2 6 7 8 9 10 11 30 40 50 60 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，要驗(yàn)算其強(qiáng)度，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠地工作。01 1 1 12 cosd d h ??? 小齒輪外緣直徑 26 39。1h 16 39。 壓力角 6 1gth Hm? 齒工作高 gh , 1H 查表 取 7 2 th Hm? 齒全高 h , 2H 查表 取 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 8 ? 90176。對(duì)于雙曲面齒輪，從動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相等的，但是主動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角 是 不相等的。而商用車選用較小的 ? 值以防止軸向力過(guò)大，通常取 35176。 傳動(dòng)比（12ZZ ） 推薦的主動(dòng)齒輪最小齒數(shù)（ 1Z ） 主動(dòng)齒輪齒數(shù)允許范圍（ 2Z ） 17 15－