【導(dǎo)讀】汽車主減速器及差速器是汽車傳動(dòng)中最重要的部件之一。它能夠?qū)⑷f(wàn)向傳動(dòng)。裝置傳來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動(dòng)車輪，以實(shí)現(xiàn)降速增扭。本次設(shè)計(jì)的是有關(guān)BJ2022汽車的主減速器和差速器，并要使其具有通過(guò)性。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)。并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，描述了主減速器的組成和差速器的差速原理和差速過(guò)。軸的設(shè)計(jì)過(guò)程中著重齒輪的布置，并對(duì)其受最大載荷的危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。

　　

【正文】 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。 由上式可以算出： 1 mm? ， 2 mm? 。 主減速器主動(dòng)錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力 1 2 17 1. 98 10 00 47 .5 5 72 33 .6 5PN? ? ? ? ? 錐齒輪的軸向力和徑向力 一級(jí)減速機(jī)構(gòu)作用在主、從動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力 A 和徑向力 R 分別為： ? ?11 ta n s in s in c o sc o sPA ? ? ? ??? ?? (43) ? ?11 ta n c o s s in s inc o sPR ? ? ? ??? ?? (44) 由上面已知可得： 11???? 29 軸和軸承的計(jì)算 主動(dòng)錐齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算：對(duì)于軸是用懸臂式支撐的，如圖 所示，齒輪以其齒輪大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對(duì)軸承上。為了增加支承剛度，應(yīng)使兩軸承的支承中心距 b 比齒輪齒面寬中點(diǎn)的懸臂長(zhǎng)度 a 大兩倍以上，同時(shí)尺寸 b應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的 70%還大，并使齒輪軸徑大于或小于懸臂長(zhǎng) a 。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。由于圓錐滾子軸承在潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑油只能從圓錐滾子軸承的小端通過(guò)離心力流向大端，所以在殼體上應(yīng)該有通入兩軸承間的右路管道和返回殼體的回油道。 圖 主動(dòng)齒 輪的支持型式 另外，為了拆裝方便，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪后軸承（緊靠齒輪大端的軸承）的支承軸徑大于其前軸承的支持軸徑。 根 據(jù) 上 面 可 算 出 軸 承 支 承 中 心 距 170% d mm??，在這里取 mm? 。 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 。 由此可得到： 12( c o s 4 )2baa?? ? ? (45) 式中： 2a — 軸承的最小安裝尺寸，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》書可查得 2 5a mm? 。 則 mm? ，取 a = 。 30 齒輪軸承徑向載荷的計(jì)算 軸承 A、 B 的徑向載荷分別為： ? ? ? ?22 11 0 . 5R P a R a A db? ? ? ? ? ?前 (46) ? ? ? ?22 11= 0 .5R P c R c A db ? ? ? ? ?后 (47) 式中： a b mm? ? ? 帶入公式得： ??前后 主動(dòng)錐齒輪軸參數(shù) 設(shè)計(jì) 圖 主減速器錐 齒輪軸 此軸為花鍵軸，初選為 3 md K T? (48) K 取 ， mT 為變速器輸出的最大轉(zhuǎn)矩， 則 34 1 8 0 3 .9 3 3 5 .6 4d m m? ? ? ? 由于花鍵為標(biāo)準(zhǔn)件，所以查表得花鍵內(nèi)徑 32mm ，外徑 35mm 。 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 。其軸的直徑為 35mm ，寬度為 16mm ； 第 7 段：花鍵軸，花鍵 小徑 為 32mm ， 大徑 為 35mm ，花鍵軸寬為 40mm ； 第 8 段：螺栓軸，螺栓直徑為 M30。螺栓長(zhǎng)度為 40mm 。 由 此 計(jì)算可得主動(dòng)錐齒輪的總長(zhǎng)度為 201mm 。 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 。其軸承所受的軸向力與軸受到的軸向力是一對(duì)作用力與反作用力，徑向力也是一對(duì)作用力與反作用力。規(guī)定齒輪受的軸 向力和徑向力為正，前、后軸承給軸的力的方向分別與錐齒輪受的力方向相反，則為負(fù)；徑向力 前R? 為正， 后R? 為負(fù)。后面花鍵軸和螺栓軸可以不用計(jì)算，其結(jié)果不受多大影響。 32 圖 主動(dòng)錐齒輪軸受力圖 求出水平面上的彎矩并畫出彎矩圖： 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： 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。 計(jì)算危險(xiǎn)截面上的軸的直徑，軸的材料選擇 20CrMnTi，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)等處理，彎曲許用應(yīng)力 1[ ] 150b MPa?? ? ，則： 312 8 .3 50 .1[ ]bMd m m????后 (49) 由于軸最小處的直徑也大于 ，所以校核成功。 行星齒輪軸的設(shè)計(jì) 行星齒輪軸直徑 d 及支承長(zhǎng)度 L 行星齒輪軸直徑 d 為 30 10[ ]cdTd nr??? (410) 34 式中： 0T — 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，在此取 ? ； n— 行星齒輪的數(shù)目，在此為 4 ； dr — 行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x， 39。? ， 39。2d 為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而 39。? ； ? ?c? — 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 98MPa 。 帶入公式得： 3 30 10 6 5 9 2 . 5 8 1 0 1 9 . 5 51 . 1 [ ] 1 . 1 9 8 4 4 0cdTd m mnr?? ?? ? ?? ? ? 圓整后 取行星齒輪軸徑為 20mm。 行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度 L 為 1. 1 1. 1 20 22L d mm? ? ? ? 普通平鍵的選擇 由于軸徑在 17~22 這個(gè)范圍內(nèi)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇 bh? 為66? 的普通平鍵，鍵的長(zhǎng)度為 20。 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 。 計(jì)算載荷的確定 m ax 1 0180 eT T i iNm?? ? ??? (411) 式中： maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 1i 變速器一擋傳動(dòng)比； 35 0i 主減速比。 行星齒輪軸的強(qiáng)度計(jì)算 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 3331016321 10002016403 .29TdMPa????????? (412) 取 [ ] 550MPa? ? ，則 ][??? ，即 20d mm? 滿足強(qiáng)度要求。 式中： ? 行星齒輪軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力， MPa ； T行星齒輪軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， Nm? ； d 行星齒輪軸的桿部直徑， mm ； []? 行星齒輪軸的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，取 [ ] 550MPa? ? 。 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)。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置還應(yīng)包括輪邊減速器， 這時(shí)半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主 動(dòng)齒輪聯(lián)接起來(lái)。 半軸的型式主要取決于半軸的支承型式。普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端支承型式或受力狀況的不同可分為半浮式， 3/4 浮式和全浮式三種。 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。這種半軸在理論上僅受到轉(zhuǎn)矩，而不承受其他的路面反力。全浮式半軸廣泛用于中、重型貨車。本設(shè)計(jì)采用的半軸支承形式是全浮式半軸支承。 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。 如果傳動(dòng)系中尚有其他減速裝置，還應(yīng)考慮其對(duì)半軸轉(zhuǎn)矩的影響，即在上述計(jì)算公式等式的右側(cè)，應(yīng)乘以其減速裝置的傳動(dòng)比。 半軸桿部直徑的選擇 在設(shè)計(jì)時(shí)，全浮式半軸桿部直徑的初步選取可按下式進(jìn)行； 333310[ ] 10 550Tdmm??????? (414) 圓整后取 30d mm? 式中： d 半軸的桿部直徑， mm ； T半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， mN? ； ][? 半軸 的 扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力， MPa 。 半軸的強(qiáng)度計(jì)算 扭 轉(zhuǎn)應(yīng)力： 37 3331016193 10003016364 .46TdMPa????????? (415) 取 [ ] 550MPa? ? ，則 ][??? ，即 30d mm? 滿足強(qiáng)度要求。 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? ? 。 38 第五章 結(jié)論 主減速器以及差速器 總成是驅(qū)動(dòng)橋和動(dòng)力傳遞重要的部件，對(duì)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力、可靠保證動(dòng)力傳輸和提高汽車使用壽命都有很大的影響。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了 BJ2022 汽車主減速器、差速器總 成的設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括其主要零部件尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算和材料的選擇等。 1) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋工作條件的要求，進(jìn)行了齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的所有齒輪可以滿足強(qiáng)度要求。 2) 差速器的差速功用是實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)彎的直接影響因素，差速齒輪的嚙合至關(guān)重要，保證了其中心線重合、節(jié)錐角相加為 90 度。 3） 對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行校核，主減速器和差速器在運(yùn)行過(guò)程中處于較高速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)符合溫度與疲勞強(qiáng)度。 主減速器總成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，符合實(shí)際應(yīng)用，具有很好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，主減速器總成及零部件的設(shè)計(jì)能盡量滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化 和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求，修理、保養(yǎng)方便，機(jī)件工藝性好，制造容易。 這次的設(shè)計(jì)是對(duì)四年所學(xué)過(guò)的知識(shí)的一個(gè)復(fù)習(xí)，包括汽車構(gòu)造、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖等等。很多知識(shí)以前只是停留在理論上的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在我們把理論運(yùn)用到了實(shí)踐中，又有了更為深刻的認(rèn)識(shí)。任何的事情都不可能達(dá)到完美，我們的設(shè)計(jì)更是這樣的。通過(guò)反復(fù)的演算、修改、優(yōu)化才能使我們的結(jié)果趨于合理，才會(huì)使圖形效果更理想。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，也對(duì)自己做了一個(gè)總結(jié)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)給我最大的感受就是結(jié)果不是最重要的，我們享受的是一個(gè)努力的過(guò)程和認(rèn)真的態(tài)度。 但此設(shè)計(jì)過(guò)程仍有 許多不足，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，有些設(shè)計(jì)參數(shù)是按照以往經(jīng)驗(yàn)值得出，這樣就帶來(lái)了一定的誤差。另外，在一些小的方面，由于時(shí)間問(wèn)題，做得還不夠仔細(xì)，懇請(qǐng)各位老師同學(xué)給予批評(píng)指正。 39 參考文獻(xiàn) [1]吉林大學(xué)汽車工程系 .汽車構(gòu)造 [M].人民交通出版社， [2]成偉華 .汽車概論 [M].重慶大學(xué)出版社， [3]王望予 .汽車設(shè)計(jì)（第 4 版） [M].機(jī)械工業(yè)出版社， [4]王樹風(fēng) .汽車構(gòu)造 [M].國(guó)防工業(yè)出版社， [5]余志生 .汽車?yán)碚?（第 3 版） [M].機(jī)械工