【文章內(nèi)容簡介】 KS — 尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)m? ， KS =4 Km — 載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均采用騎馬式支承型式時(shí)， Km =~；當(dāng)一個(gè)齒輪采用騎馬式支承時(shí)， Km =~。支承剛度大時(shí)取小值 。 vK — 質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(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 vK =1 ； F — 計(jì)算齒輪的直面寬， mm； Z— 計(jì)算齒輪的齒數(shù)； m— 齒輪的端面模數(shù)， mm； J— 計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，該車后橋取 J= 則有： σ w =2 1000 39 178。 計(jì)算得σ w =，其中尺寸系數(shù) KS =，汽車主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為 700MPa 。因?yàn)?700，所以很容易看出后橋齒輪能滿足彎曲強(qiáng)度要求。 齒輪的接觸強(qiáng)度計(jì)算： 汽車主減速器雙曲面齒輪的接觸應(yīng)力公式為： FJK KKKKTdC v fmsozpj31102 ??? （ 215） 式中： pC — 材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取 mmN /21 ； zsmvo TKKKK , — 見式（ 214）下的說明； fK — 表面質(zhì)量系數(shù)，一般 情況下，對于制造精確地齒輪可取 fK =1； J — 計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)，它綜合考慮了嚙合齒面的相對半徑、載荷作用位置、輪齒間的載荷分配、有效齒寬及慣性系數(shù)等因素的影響， J =； 代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到：σ j = 3?? ??????= 汽車主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為 2800MPa ，因?yàn)?2800，所以可以看出后橋設(shè)計(jì)齒輪的彎曲應(yīng)力滿足接觸強(qiáng)度要求。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3章 差速器設(shè)計(jì) 根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪道路以及它們之間的相互關(guān)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾動(dòng)的行程往往是有差別的。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車輪的行程要比內(nèi)側(cè)的長。另外，即使汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所 滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車輪軸將動(dòng)力傳給左右車輪，則會(huì)由于左右驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)速雖相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)使輪胎過早磨損、無益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí) 失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有以不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。 汽車輪間差速器結(jié)構(gòu)型式的選擇 齒輪式差速器 齒輪式差速器有圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。 按兩側(cè)的輸出轉(zhuǎn)矩是否相等，齒輪式差速器有對稱式（等轉(zhuǎn)矩式）和不對稱式（不等轉(zhuǎn)矩式）兩類。對稱式主要用做汽車輪間差速器或由平衡懸架聯(lián)系的兩驅(qū)動(dòng)橋（ 66或 64 汽車的中、后驅(qū)動(dòng)橋）之間 的軸間差速器。不對稱式差速器用做前、后驅(qū)動(dòng)橋之間（ 44 汽車）或前驅(qū)動(dòng)橋與中、后驅(qū)動(dòng)橋之間（ 66 汽車）的軸間差速器。汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。又可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器等 。 普通圓錐齒輪式差速器 普通錐齒輪差速器鎖緊系數(shù)一般為 ～ ，兩半軸轉(zhuǎn)矩比 Kb=～ ，這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。但當(dāng)汽 車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)很小時(shí)，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛 。 摩擦片式差速器 摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)可達(dá) ， Kb可達(dá) 4。這種差速器結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，可明顯提高汽車通過性。 強(qiáng)制鎖止式差速器 當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪處于附著系數(shù)較小的路面時(shí)，可通過液壓或氣動(dòng)操縱，嚙合接合器 (即差速鎖 )將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)。采用差速鎖將普通錐齒 輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高，從而提高了汽車通過性。當(dāng)然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與地面間的附著力，汽車也無法行駛。 強(qiáng)制鎖止式差速器可充分利用原差速器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車上都裝用差速鎖。 汽車后橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真 16 滑塊凸輪式差速器 滑塊凸輪式差速器 是 一種高摩擦自鎖差速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件材料 選擇 、機(jī)械加工、熱處 理 、化學(xué)處理等方面均有較高的技術(shù)要求。 蝸輪式差速器 蝸輪式差速器也是一種高摩擦自鎖差速器。 其 半軸轉(zhuǎn)矩比可高達(dá) ，鎖緊系數(shù)達(dá) ～ 。但在如此高的內(nèi)摩擦情況下，差速器磨損快、壽命短。當(dāng)把半軸轉(zhuǎn)矩比降到 ～ ，鎖緊系數(shù)降到 ～ 時(shí)，可提高該差速器的使用壽命。由于這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。 牙嵌式自由輪差速器 牙嵌式自由輪差速器是自鎖式差速器的一種。 其 半軸轉(zhuǎn)矩比是可變的，最大可為無窮大。該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。 差速器類型選擇結(jié) 果 目前， 汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、 質(zhì)量 較小等優(yōu)點(diǎn) ，故 本論文 以 普通對稱式圓錐行星齒輪差速器作為 研究對象 。 差速齒輪的基本參數(shù)選擇： 行星齒輪球面半徑 RB 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背面的球面半徑 RB ，它是行星齒輪的安裝尺寸。 RB = BK 3 jT (31) 式中： BK — 行星齒輪球面半徑系數(shù)， BK =— ，對于有 4 個(gè)行星齒輪的 轎車和公路載荷汽車取小值；對于有兩個(gè)行星齒輪的轎車以及越野汽車、礦用汽車取大值； jT — 計(jì)算扭矩， N m，取 jeT 、 ?jT 中較小值。 RB = 3 = 節(jié)錐距的確定： A0 =（ — ） RB （ 32） 計(jì)算： A0 = = mm 行星齒輪齒數(shù) 1Z 和半軸齒輪齒數(shù) 2Z 的選擇。 為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪盡量少，但一般不應(yīng)該少于 10。半軸齒輪齒數(shù)采用 14— 25. 根據(jù)所選車型以及其用途情況，其后橋需要較為緊湊且要保證齒輪有足夠的強(qiáng)度特點(diǎn)去： 1Z =10； 2Z =14 差速器圓錐齒輪模數(shù)以及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定如下： 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角 ?1 、 ?2 : ?1 =arctan（ 1Z / 2Z ） （ 33） ?2 =arctan（ 2Z / 1Z ） （ 34） 計(jì)算 : ?1 =arctan(10/14)= ?2 =arctan（ 14/10） = 計(jì)算圓錐齒輪的大端面模數(shù)： m=（ 2A0 / 1Z ） sin?1 =（ 2A0 / 2Z ） sin?2 （ 35） 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 由以上數(shù)據(jù)可算 m= 再進(jìn)行節(jié)圓直徑計(jì)算： d=Zm （ 36） 所以可知道： d1 =44 mm d2 = mm 差速器的行星半軸齒輪壓力角 a 的確定如下： 過去汽車差速器都選用 20176。壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為 1，而最少齒數(shù)是 13。目前，汽車差速器齒輪大都選用 22176。30? 的壓力角，齒高系數(shù)為 ，最少齒數(shù)可減至 10，并且在小齒輪 (行星齒輪 )齒頂不變尖的條件下還可由切向修正加大半軸齒輪齒厚，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 20176。的少，故可用較大的模數(shù)以提高齒輪的強(qiáng)度。 考慮所選車使用道路環(huán)境選擇 a=22176。30?[15] 對汽車差速器直齒錐齒輪的進(jìn)行幾何尺寸計(jì)算： 表 31 差速器直齒錐齒輪幾何尺寸表 序號 項(xiàng)目 計(jì)算公式及結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) Z1 =10 2 半軸齒輪齒數(shù) Z2 =14 3 模數(shù) m= 4 齒面寬 F= = 5 齒工作高 hg == 6 齒全高 h=+= 7 壓力角 22176。 30? 8 軸交角 90176。 9 節(jié)圓直徑 d1 =44； d2 = 10 節(jié)錐角 ?1 =。?2 = 11 節(jié)錐距 A0 = 12 周節(jié) t== 13 齒頂高 h1 ?=hg h2 ?=。h2 ?= 14 齒根高 h1 ?= ?=。h2 ?= ?= 15 徑向間隙 C=hhg = 16 齒根角 δ 1 =arctan（ h1 ?/A0 ） =；δ2 =arctan（ h2 ?/A0 ） = 17 面錐角 ?0 1 =?1 +δ 2 =； ?0 2 =?2 +δ1 = 汽車后橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真 18 18 根錐角 ?R 1 =?1 δ 1 =； ?R 2 =?2 δ2 = 19 外圓直徑 d0 1 =d1 +2h1 ?cos?1 =；d0 2 =d2 +2h2 ?cos?2 = 20 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外院距離 x 0 1 =d1 /2h1 ?sin?1 =。x 0 2 =d2 /2h2 ?sin?2 = 21 理論弧齒厚 s1 =。s2 = 22 齒側(cè)間隙 B= 23 弦齒厚 S 1x =。S 2x = 24 弦齒高 h 1x =。h 2x = 由于行星齒輪在差速器工作之中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用，僅在左右驅(qū)動(dòng)輪有差速時(shí)候才進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動(dòng)，所以只需要對差速器齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，疲勞壽命則不需要考慮。 彎曲應(yīng)力為： σ w =2 1000 Ko T ks km /kv F Z2 ㎡ J (37) 式中： T— 差速器一個(gè)行星齒輪給予一半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩， N m T=Tj Tj — 計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按 jeT 、 ?jT 兩者中的較小者和 Tj m 計(jì)算； n— 行星齒輪數(shù)目； Z2 — 半軸齒輪數(shù)目； Ko 、 kv 、 ks 、 F、 m— 見前面的說明； J— 計(jì)算汽車差速器 齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)； T= m σ w =2 1000 Ko T ks km /kv F Z2 ㎡ J =2021 1 14 = 按 jeT 、 ?jT 兩種計(jì)算轉(zhuǎn)矩中的較小者進(jìn)行計(jì)算時(shí)，彎曲應(yīng)力應(yīng) 不大于 980MPa。 由于 980 齒輪的強(qiáng)度達(dá)到要求。 至此差速器齒輪，及半軸齒輪與行星齒輪計(jì)算完畢。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 4 章 基于 SolidWorks后橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)建模 主要零部件建模 后橋建模主要包括：主減速器主動(dòng)齒輪建模、從動(dòng)齒輪建模；差速器半軸齒輪建模、行星齒輪建模、差速器橋殼建模以及各個(gè)零部件的裝配。具體建模過程是在軟件中操作的，模型在論文附件中。本文只列出建模的截圖。 圖 41 減速器大齒輪 圖 42減速器大齒輪 汽車后橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真 20 圖 43減速器小齒輪 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 44減速器小齒輪 圖 45差速器小齒輪 1 汽車后橋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真 22