【文章內(nèi)容簡介】 技術(shù)水平提升， 形成與主機廠的同步開發(fā)能力 ；三是這種現(xiàn)象導致 其他國家主減速器 企業(yè)跨地區(qū)、跨集團的資產(chǎn)重組難以實現(xiàn)上規(guī)模、上水平的目標，其后果是 其產(chǎn)品 的技術(shù)水平、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量以及營銷服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等與跨國公司的差距進一步拉大。 由于新的競爭環(huán)境的形成，以歐美日為代表的全球性汽車產(chǎn)業(yè)鏈正在逐步構(gòu)成一個新型的汽車工業(yè)零整關(guān)系，我們可以清楚地看到世界汽 車零部件企業(yè)正紛紛從整車企業(yè)中獨立出來， 這極大地改變了原有汽車產(chǎn)業(yè)的垂直一體化分工協(xié)作模式，零部件企業(yè)與整車企業(yè)形成了對等合作、戰(zhàn)略伙伴的互動協(xié)作關(guān)系。根據(jù) Ward39。s AutoWorld的最新調(diào)研表明，日本汽車業(yè)在近幾年來通過建立起一種以追求團隊精神和協(xié)調(diào)意識，運用戰(zhàn)略聯(lián)盟或外包的形式，加強與供應(yīng)商和承銷商之間合作的新型零整體系顯得尤為富有成效。經(jīng)由細致的功能與成本比較，研究自身優(yōu)勢所在，或有可能建立起的競爭優(yōu)勢，并集中力量發(fā)展這種優(yōu)勢；同時，從維護企業(yè)品牌角度研究企業(yè)的核心環(huán)節(jié)，保留并增強這些環(huán)節(jié)上的 能力，把不具有優(yōu)勢的或非核心的一些環(huán)節(jié)分離出去，同時不斷尋求能與之達到協(xié)同的合作伙伴，共同完成價值鏈的全過程。日本企業(yè)的做法，擺脫了 “縱向一體化 ”的負面影響，將資源得以外延，借助零部件企業(yè)的資源達到快速響應(yīng)市場的目的，于是出現(xiàn)了這一新型的 “橫向一體化 ”模式。 發(fā)展趨勢： 世界汽車工業(yè)的全球化重組和我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，使汽車 主減速器產(chǎn) 業(yè)處于快速變化的環(huán)境中，我國汽車 主減速器 企業(yè)在發(fā)展戰(zhàn)略的制定和實施過 2 程中，還會不斷出現(xiàn)新的問題，對已有問題的認識也在不斷深化。這就要求我們與時俱進，開拓思想，不斷提高對問題的認 識，及時調(diào)整對策措施，從容應(yīng)對，使企業(yè)穩(wěn)步健康發(fā)展。 當今世界各國齒輪和齒輪減速器向著六高、二低、二化方向發(fā)展的總趨勢，即：高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高傳動效率；低噪聲、低成本；標準化和多樣化。由于計算機技術(shù)、信息技術(shù)和自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，齒輪減速器的發(fā)展將躍上新的臺階，從經(jīng)濟指標、產(chǎn)業(yè)鏈、宏觀政策等多個角度刻畫汽車主減速器發(fā)展變化，洞察行業(yè)發(fā)展動向，精確把握發(fā)展規(guī)律，可見中國本土汽車主減速器存在巨大發(fā)展空間。因此，此題目的設(shè)計尤為重要。 本設(shè)計 的目的和意義 隨著加入 WTO 以來我 國汽車市場的進一步開放，跨國汽車集團及零部件供應(yīng)商紛紛調(diào)整了在華戰(zhàn)略，將過去相對獨立的 “中國戰(zhàn)略 ”轉(zhuǎn)變?yōu)榉掀溟L遠利益和整體利益的 “全球戰(zhàn)略 ”，中國市場逐步成為其 “全球戰(zhàn)略 ”的重要組成部分，它們對中國市場的投資會進一步加大?？梢?預(yù) 見，跨國汽車集團及核心零部件供應(yīng)商對我國汽車產(chǎn)業(yè)的控制力會進一步增強。 主減速器是驅(qū)動橋的重要組成部分 ，其性能的好壞直接影響到車輛的動力性、經(jīng)濟性。 目前 ,國內(nèi)減速器行業(yè)重點骨干企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格及參數(shù)覆蓋范圍近幾年都在不 斷 擴展，產(chǎn)品質(zhì)量已達到國外先進工業(yè)國家同類產(chǎn)品水平，完全可承 擔起為 我國 汽車 行業(yè)提供傳動裝 置 配套的重任，部分產(chǎn)品還出口至歐美及東南亞地區(qū)。 由于計算機技術(shù)、信息技術(shù)和自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 主 減速器將有更進一步的發(fā)展。 對主減速器的研究能極大地促進我國的汽車工業(yè)的發(fā)展。 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計的目標是設(shè)計一種 輕型 商用 車的主減速器， 本設(shè)計主要研究的內(nèi)容有： 主減速器的齒輪類型、主減速器的減速形式、主減速器主動齒輪和從動錐齒輪的支承形式、 主減速比的確定、 主減速器計算載荷的確定、主減速器基本參數(shù)的選擇、主減速器齒輪的材料及熱處理、主減速器軸承的計算、對稱式圓錐行星齒輪差速器的差 速原理、對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)、對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計、全浮式半軸計算載荷的確定、全浮式半軸的直徑的選擇、全浮式半軸的強度計算、半軸花鍵的強度計算。 3 第 2章 主減速器 的 設(shè) 計 根據(jù)輕型載貨汽車的外形、輪距、軸距、最小離地間隙、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車輛重量、滿載重量以及最高車速、發(fā)動機的最大功率、最大扭矩、排量等重要的參數(shù)，選擇適當?shù)闹鳒p速比。根據(jù)上述參數(shù)，再結(jié)合汽車設(shè)計、汽車理論、汽車構(gòu)造、機械設(shè)計等相關(guān)知識，計算出相關(guān)的主減速器參數(shù)并論證設(shè)計的合理性。 主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇 主減速器的結(jié)構(gòu)型式，主要是 根據(jù)其齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速型式的不同而異。 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 。 (1)單級主減速器 如圖 。 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，廣泛用在主減速比 i、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，也有采用蝸輪傳動的。 圖 單極主減速器 圖 雙級主減速器 4 (2)雙級減速 如圖 。 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 (i≤ 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，本車不采用。 (3)雙速主減速器 雙速主減速器 用于載荷及道路狀況變化大、使用條件非常復(fù)雜的重型載貨汽車。會加大驅(qū)動橋的質(zhì)量，提高制造成本，并要增設(shè)較復(fù)雜的操縱裝置 所以本車不采用。 (4)單級貫通式主減速器、雙級貫通式主減速器 單級貫通式主減速器、雙級貫通式主減速器用于多橋驅(qū)動汽車上 ,本車為單橋驅(qū)動 ,所以不采用。 (5)主減速器附輪邊減速器 主減速器附輪邊減速器應(yīng)用于礦山、水利及其他大型工程等所用的重型汽車，工程和軍事上用的重型牽引越野汽車及大型公共汽車等，本車不采用。 綜上所述，本車采用單級主減速器。 主減速器齒輪的類型的選擇 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動橋上，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。圓柱齒輪傳動應(yīng)用于發(fā)動機橫置的前置前驅(qū)動乘用車和雙級主減速器驅(qū)動橋。在某些公共汽車、無軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時也采用蝸輪傳動。 (a) (b) (c) (d) 螺旋錐齒輪 雙曲面齒輪 圓柱齒輪傳動 蝸桿傳動 圖 主減速器的幾種齒輪類型 （ 1） 螺旋錐齒輪 其主、從動齒輪軸線相交于一點。交角可以是任意的，但在絕大多數(shù)的汽車驅(qū)動橋上，主減速齒輪副都是采用 90186。交角的布置。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩 5 對以上的輪齒同時嚙合，因此， 螺旋錐齒輪能承受大的負荷。加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而 是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另 — 端，使 得其工作平穩(wěn)，即使在高速運轉(zhuǎn)時，噪聲和振動也是很小的 [2]。 （ 2） 雙曲面齒輪 其主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角也都是采用 90186。主動齒輪軸相對于從動齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個偏移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當偏移距大到一定程度時，可使一個 齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸 緊湊 支承。這對于增強支承剛度、保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。雙曲面齒輪的偏移距使得其主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X輪副的法向模數(shù)或法 向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪當量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當?shù)穆菪F齒輪比較，負荷可提高至 175％。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選 用較少的齒數(shù)，這有利于大傳動比傳動。當要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪更為合理。因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比 i≥ 。當傳動比小于 2時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大，還導致其進入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、無噪聲，強度也高。雙曲面齒輪 的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。 （ 3） 圓柱齒輪傳動 一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋，在此不采用。 （ 4） 蝸桿傳動 與錐齒傳動相比，蝸桿傳動有如下優(yōu)點 ： 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)且無噪聲 ； ③ 便于汽車的 總布置及貫通式多橋驅(qū)動的布置 ； ④ 能傳遞大的載荷，使用壽命長 。 6 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，傳動效率較低。在此不采用。 像圓柱齒輪傳動只在節(jié)點處一對齒廓表 面為純滾動接觸而在其他嚙合點還伴隨著沿齒廓的滑動一樣，螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動都有這種沿齒廓方向的滑動。此外，雙曲面齒輪傳動還具有沿齒長方向的縱向滑動。這種滑動促使齒輪副沿整個齒面都能較好地嚙合，因而更促使其工作平穩(wěn)和無噪聲。但雙曲面齒輪的縱向滑動產(chǎn)生較多的熱量，使接觸點的溫度升高，因而需要用專門的雙曲面齒乾油來潤滑，且其傳動效率比螺旋錐齒輪略低，達 96％。其傳動效率與倔移距有關(guān)，特別是與所傳遞的負荷大小及傳動比有關(guān)。負荷大時效率高。螺旋錐齒輪也是一樣，其效率可達 99％。兩種齒輪在載荷作用下對安裝誤差的敏 感性本質(zhì)上是相同的。如果螺旋錐齒輪的螺旋角與相應(yīng)的雙曲面主、從動齒輪螺旋角的平均值相同，則雙曲面主動齒輪的螺旋角比螺旋錐齒輪的大，而其從動齒輪的螺旋角則比螺旋錐齒輪的小，因而雙曲面主動齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的大，而從動 齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的小。兩種齒輪都在同樣的機床上加工，加工成 本基本相同。然而雙曲面?zhèn)鲃拥男↓X輪較大，所以刀盤刀頂距較大，因而刀刃壽命較長。 由于本車的主減速器傳動比大于 5，且采用雙曲面齒輪可以增大離地間隙，所以不采用螺旋錐齒。 綜上所述各種齒輪類型的優(yōu)缺點 ,本文設(shè)計的 輕型 商用 車主減速器采用雙曲面齒輪 。 主減速器主動錐齒輪的支承形式 在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下，主減速器主動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錐齒輪的支承型式有以下兩種： （ 1） 懸臂式 圖 懸臂式支承 如圖 ， 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。 支承距離 b 應(yīng)大于 倍的懸臂長度 a，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的 70%還大，另外靠近齒輪 7 的軸徑應(yīng)不小于 尺寸 a。支承剛度除了與軸承開式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長度有關(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)。 當采用一對圓錐滾子軸承支承時，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，從而增強支承剛度。 其特點是結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器中。 （ 2） 跨置式 如圖 ， 齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承，故又稱兩端支承式。 跨置式 支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減 小到懸臂式支承的 1／ 30以下．而主動錐齒輪后軸承的徑向負荷比懸臂式的要減小至 1/5～ 1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高 10%左右。 圖 跨置式 支承 裝載質(zhì)量較大的汽車主減速器主動齒輪都 是采用跨置式支承。但是跨置式支承增 加了導向軸承支座，使 主減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高。乘用車和裝載質(zhì)量小的商用車，常采用結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小、成本較低的懸臂式結(jié)構(gòu)。 輕型貨 汽 車 ,采用 結(jié)構(gòu)較為簡單的 懸臂式支承 ，以降低其成本 。 主減速器從動錐齒輪的支承形式及安置方法 圖 從動雙曲面齒輪的支承 8 主減速器從動雙曲 面 齒輪 的支承剛度依軸承的形 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 。但為了增加支承剛度，應(yīng)當減小尺寸 c＋ d；為了使載荷均勻分配，應(yīng)盡量使尺寸 c等于或大于尺寸 d。 球面圓錐滾子軸承具有自動調(diào)位的性能，對軸的歪斜的敏感性較小，這一點當主減速器從動齒輪軸承的尺寸大時極為重要。向心推力軸承不需要調(diào)整，但僅見于某些小排量轎車的主減速 器中。只有當采用直齒或人字齒圓柱齒輪時，由于無軸向力，雙級主減速器的從動齒輪才可以安裝在向心球軸承上。 綜上所述，由于本車為輕型載貨汽車， 主減速器從動齒輪 不宜采 向心球軸承 ，應(yīng)采用圓錐滾子軸承支承，并用螺栓與差速器殼突緣連結(jié)。 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 主減速比的確定 主減速比 i0的大小，對于主 減速器 的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸及質(zhì)量的大小影響很大。主減速比 i0的選擇，應(yīng)在汽車總體設(shè)計時和傳動系的總傳動比（包括變速器、分動器和加力器、驅(qū)動橋等傳動裝置的傳動比）一起，由汽車的整體動力計算來確定。正如傳動系 的總傳動比及其變化范圍為設(shè)計傳動系組成部分的重要依據(jù)一樣，驅(qū)動橋的主減速比 i0是主減速器的設(shè)計依據(jù)，是設(shè)計主減速器時的原始數(shù)據(jù)。 傳動系的總傳動比（其中包括主減速比 i0），對汽車的動力性、燃料經(jīng)濟性有非常重大的影響，發(fā)動機的工作條件也和汽車傳動系的傳動比（包括主減速比）有關(guān)。 對于具有很大功率儲備的轎車、客車、長途公共汽車，尤其是對競賽汽車來說，在給定發(fā)動機最大功率的情況下，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 maxav 。這時 0i 值應(yīng)按下式來確定： 0i =maxrpa gHrnvi （ ） 式中： r —— 車輪的滾動半徑 ， 在此選用輪胎型號為 ，滾動半徑為 ； pn —— 最大功率時發(fā)動機轉(zhuǎn)速， minr ； maxav —— 汽車的最高車速， kmh ； 9 gHi —— 變速器最高檔傳動比，通常為 1 。 對于其他汽車來說，為了用稍微降低最高車速 maxav 的辦法來得到足夠的功率儲備，主減速比 0i 一般應(yīng)選得比按式（ ）求得的要大 10%～ 25%，即按下式選擇： 0i =（ ～ ）m axrpa gH FH LBrnv i i i （ ） 式中： gHi —— 變速器最高檔（直接檔或超速檔）傳動比； FHi —— 分動器或加力器高檔傳動比； LBi —— 輪邊減速傳動比。 將已給出的數(shù)據(jù)代入（ ） : 0i =（ ～ ） ? 3000110 ?? =～ 所求的 0i 值應(yīng)與同類汽車的主減速比比較，并考慮到主、從動主減速齒輪有可能的齒數(shù)，對值予以校正并最終確定 0i = 主減速器計算載荷的確定 （ 1） 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 ceT m a x 1 0 0 /c e e TT T i i k n?? ? ? ? ? mN? （ ） 式中 : 1i —— 變速器一擋傳動比，在此取 ，此數(shù)據(jù) 參考 同類車型； 0i —— 主減速器傳動比在此取 ； maxeT —— 發(fā)動機的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 300 mN? ，此數(shù)據(jù) 參考 同類車型； 0k —— 由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時的超載系數(shù)，對于一般的載貨汽車，礦用汽車和越野汽車以及液力傳動及自動變速器的各類汽車取0k =，當性能系數(shù) pf 0時可取 0k =； am —— 汽車滿載時的總質(zhì)量在此取 5455 gK ； 10 n —— 該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目在此取 1； T? —— 傳動系上傳動部分的傳動效率，在此取 。 根據(jù)以上參數(shù)可以由 (）得： ceT = 3 0 0 4 .3 5 .3 1 .0 0 .91? ? ? ?=6211 mN? （ 2） 按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 csT