【導(dǎo)讀】國(guó)內(nèi)外主減速器行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)··············································1. 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容··································································2. 第2章主減速器的設(shè)計(jì)·························································3. 主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇···············&#18

　　

【正文】 TR R ST??? ? ? （ ） 2 6RTz?? （ ） 由 式 （ ） 與 （ ） 聯(lián)立可得 : 21( )aSKz??? ? ? （ ） 2 1 2( ) Sz? ? ?? ? ? ? （ ） 20 aK —— 大齒輪齒頂高系數(shù)取 TR?? —— 傾根錐母線收縮齒齒根角齒頂角之和 2 0 .1 5 3 3 6 .7 7 ( 0 .0 2 8 1 .0 6 ) 6 7 .1 2 39。 1 .1 2? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 ( 2 8 6) 336 .77 67. 12 380 .34 39。 4? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2） 大齒輪齒頂高 239。h 2 2 0 239。 39。 ( ) si nmmh h A A ?? ? ? （ ） 20 ?? （ ） 0A —— 大齒輪節(jié)錐距 由式 （ ） ， （ ） 得： 0 0 .5 2 6 0 .0 5 1 3 3 .3 8si n 7 7 .1 2A ???? 2 39。 6 ( 133 .38 114 .54 ) sin 2 7h ? ? ? ? ? ? （ 3） 大齒輪齒跟高 239。39。h 2 2 0 239。39。 39。39。 ( ) si nmmh h A A ?? ? ? （ ） 239。39。mh —— 大齒輪齒寬中點(diǎn)處齒跟高 由式 （ ） 得： 239。39。 6 ( 133 .38 114 .54 ) sin 4 11. 84h ? ? ? ? ? ? （ 4） 徑向間隙 0 .1 5 0 .0 5 0 .1 5 9 .7 6 0 .0 5 1 .5 1gmCh? ? ? ? ? ? （ 5） 大齒輪齒全高 2 2 239。 39。39。 h h? ? ? ? ? （ 6） 大齒輪齒工作高 22 13 .0 1 1. 51 11 .5gh h C? ? ? ? ? （ 7） 大齒輪的面錐角 21 02 2 2 2 ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 8） 大齒輪的根錐角 2 2 2 77 .1 2 6. 34 70 .7 8R? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 9） 大齒輪外圓直徑 220 2 239。 c o s 1 . 7 7 c o s 7 7 . 1 2 2 6 0 . 0 5 2 6 0 . 8 40 . 5 0 . 5hdd ? ??? ? ? ? ? （ 10） 小齒輪面錐角 01 2sin c os c os c os 70. 78 c os 11. 61 2R? ? ?? ? ? ? ? ? 01 ? ?? （ 11） 小齒輪的根錐角 1 02sin c o s c o s c o s 7 8 .2 4 c o s 1 1 .6 1 0 .2 0R? ? ?? ? ? ? ? ? 1 ? ?? （ 12） 小齒輪的齒頂高和齒根高 齒頂高 :1 1 1 .539。 1 .5 1 5 .7 522ghh C m m? ? ? ? ? 齒根高； 1139。39。 39。 1 3 .0 1 5 .7 5 7 .2 6h h h m m? ? ? ? ? 表 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸參數(shù)表 序 號(hào) 項(xiàng) 目 符號(hào) 數(shù)值 1 主動(dòng)齒輪齒數(shù) 1z 8 2 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 2z 35 3 端面模數(shù) m 4 主動(dòng)齒輪齒面寬 ZF mm 5 從動(dòng)齒輪齒 面寬 CF mm 6 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑 1d mm 7 從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑 2d 22 8 主動(dòng)齒輪節(jié)錐角 1? 176。 9 從動(dòng)齒輪節(jié)錐角 2? 176。 10 節(jié)錐距 0A 11 偏移距 E 30mm 12 主動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角 1? 176。 13 從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角 2? 176。 14 平均螺旋角 ? 176。 15 刀盤名義半徑 dr 16 從動(dòng)齒輪齒 頂角 2? 176。 17 從動(dòng)齒輪齒根角 2? 176。 18 主動(dòng)齒輪齒頂高 139。h 19 從動(dòng)齒輪齒頂高 239。h mm 20 主動(dòng)齒輪齒根高 139。39。h 21 從動(dòng)齒輪齒根高 239。39。h 22 螺旋角 ? 35176。 23 徑向間隙 C 24 從動(dòng)齒輪的齒工作高 gh 25 主動(dòng)齒輪的面錐角 01? 176。 26 從動(dòng)齒輪的面錐角 02? 176。 27 主動(dòng)齒輪的根錐角 1R? 176。 28 從動(dòng)齒輪的根錐角 2R? 176。 23 29 最小齒側(cè)間隙允許值 minB 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。 齒輪的損壞形式及壽命 齒輪的損壞形式常見(jiàn)的有輪齒折斷 、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點(diǎn)及影響因素分述如下： （ 1）輪齒折斷 主要分為疲勞折斷及由于彎曲強(qiáng)度不足而引起的過(guò)載折斷。折斷多數(shù)從齒根開(kāi)始，因?yàn)辇X根處齒輪的彎曲應(yīng)力最大。 ① 疲勞折斷：在長(zhǎng)時(shí)間較大的交變載荷作用下，齒輪根部經(jīng)受交變的彎曲應(yīng)力。如果最高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力超過(guò)材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致輪齒部分地或整個(gè)地?cái)嗟?。在開(kāi)始出現(xiàn)裂紋處和突然斷掉前存在裂紋處，在載荷作用 下由于裂紋斷面間的相互摩擦，形成了一個(gè)光亮的端面區(qū)域，這是疲勞折斷的特征，其余斷面由于是突然形成的故為粗糙的新斷面。 ② 過(guò)載折斷：由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或齒輪的材料及熱處理不符合要求，或由于偶然性的峰值載荷的沖擊，使載荷超過(guò)了齒輪彎曲強(qiáng)度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。此外，由于裝配的齒側(cè)間隙調(diào)節(jié)不當(dāng)、安裝剛度不足、安裝位置不對(duì)等原因，使輪齒表面接觸區(qū)位置偏向一端，輪齒受到局部集中載荷時(shí)，往往會(huì)使一端（經(jīng)常是大端 ） 沿斜向產(chǎn)生齒端折斷。各種形式的過(guò)載折斷的斷面均為粗糙的 新斷面。 為了防止輪齒折斷，應(yīng)使其具有足夠的彎曲強(qiáng)度，并選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)、壓力角、齒高及切向修正量、良好的齒輪材料及保證熱處理質(zhì)量等。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。 （ 2）齒面的點(diǎn)蝕及剝落 齒面的疲勞點(diǎn)蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報(bào)廢齒輪的 70%以上。它主要由于表面接觸強(qiáng)度不足而引起的。 ① 點(diǎn)蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。由于接觸區(qū)產(chǎn)生很大的表面接觸應(yīng)力，常常在節(jié)點(diǎn)附近，特別在小齒輪節(jié)圓以下的齒根區(qū)域內(nèi)開(kāi)始，形 成極小的齒面裂紋進(jìn)而發(fā)展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點(diǎn)的現(xiàn)象就稱為點(diǎn)蝕。一 24 般首先產(chǎn)生在幾個(gè)齒上。在齒輪繼續(xù)工作時(shí)，則擴(kuò)大凹坑的尺寸及數(shù)目，甚至?xí)饾u使齒面成塊剝落，引起噪音和較大的動(dòng)載荷。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤(rùn)滑效果是提高抗點(diǎn)蝕的有效方法，為此可增大節(jié)圓直徑及增大螺旋角，使齒面的曲率半徑增大，減小其接觸應(yīng)力。在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)加大齒面寬也是一種辦法。 ② 齒面剝落：發(fā)生在滲碳等表面淬硬的齒面上，形成沿齒面寬方向分布的較點(diǎn)蝕更深的凹坑。凹坑壁從齒表面陡直地 陷下。造成齒面剝落的主要原因是表面層強(qiáng)度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會(huì)引起齒面剝落。當(dāng)滲碳齒輪熱處理不當(dāng)使?jié)B碳層中含碳濃度的梯度太陡時(shí)，則一部分滲碳層齒面形成的硬皮也將從齒輪心部剝落下來(lái)。 （ 3）齒面膠合 在高壓和高速滑摩引起的局部高溫的共同作用下，或潤(rùn)滑冷卻不良、油膜破壞形成金屬齒表面的直接摩擦?xí)r，因高溫、高壓而將金屬粘結(jié)在一起后又撕下來(lái)所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。它多出現(xiàn)在齒頂附近，在與節(jié)錐齒線的垂直方向產(chǎn)生撕裂或擦傷痕跡。輪齒的膠合強(qiáng)度是按齒面接觸點(diǎn)的臨界溫度而定，減小 膠合現(xiàn)象的方法是改善潤(rùn)滑條件等。 （ 4）齒面磨損 這是輪齒齒面間相互滑動(dòng)、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。研磨磨損是由于齒輪傳動(dòng)中的剝落顆粒、裝配中帶入的雜物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不潔物所造成的不正常磨損，應(yīng)予避免。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長(zhǎng)期使用中按規(guī)定里程更換規(guī)定的潤(rùn)滑油并進(jìn)行清洗是防止不正常磨損的有效方法。 汽車驅(qū)動(dòng)橋的齒輪，承受的是交變負(fù)荷，其主要損壞形式是疲勞。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點(diǎn)蝕引起的剝落。在要求使用壽命為 20 萬(wàn)千米或以上時(shí)，其循 環(huán)次數(shù)均 以超過(guò)材料的耐久疲勞次數(shù)。 實(shí)踐表明，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。汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tec 和最大附著轉(zhuǎn)矩 Tcs 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)。 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （ 1） 單位齒長(zhǎng)上的圓周力 在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算，即 25 2bPp? N／ mm () 式中： P—— 作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax 和最大附著力矩 rrG?2 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算， N； 2b —— 從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取 . 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) 213m ax210bdiTp ge ?? N／ mm （ ） 式中： maxeT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 300 mN? ； gi —— 變速器的傳動(dòng)比在此取 ； 1d —— 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取 ； 按 式 （ ） 得： 3300 10 1150 2p ????? N／ mm 在現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長(zhǎng)上的圓周力有時(shí)提高許用數(shù)據(jù)的 20%～ 25%。經(jīng)驗(yàn)算以上數(shù)據(jù)在許用范圍內(nèi)。 （ 2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 JmzbK KKKTvms???? ?????? 203102? N/ 2mm （ ） 式中： T —— 該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 300ceT ? N m, 88cfT ? N m。 0K —— 超載系數(shù)；在此取 。 sK —— 尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)， 當(dāng)ｍ ? 時(shí)， 4 ?，在此 4 ?＝ mK —— 載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)， mK ＝ ～ 式式支承時(shí)取 ～ 。支承剛度大時(shí)取最小值 。 vK —— 質(zhì)量系數(shù)，對(duì)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 。 b —— 計(jì)算齒輪的齒面寬 。 z —— 計(jì)算齒輪的齒數(shù) 8。 m —— 端面模 。 26 J —— 計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù) 、 載荷 作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。 參照 圖 取 J = 圖 計(jì)算用彎曲綜合系數(shù) J 按 88cfT ? N m 計(jì)算疲勞彎曲應(yīng)力 322 1 0 8 8 4 . 3 0 . 9 1 0 . 7 4 1 . 21 3 8 . 0 9 8 0 . 2 8 7 . 4 3? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?＝ 135 N/ 2mm 210 N/ 2mm 按 300ceT ? N m計(jì)算疲勞彎曲應(yīng)力 322 1 0 3 0 0 4 . 3 0 . 9 1 0 . 7 4 1 . 21 3 8 . 0 9 8 0 . 2 8 7 . 4 3? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?＝ 479 N/ 2mm 700 N/ 2mm 所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求 。 (3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算 錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為 bJK KKKTKdC vfmspj 301102 ??? N/ 2mm () 式中： T —— 主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩； pC—— 材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取 21N /mm。 0K ， vK ， mK —— 見(jiàn)式 ()下的說(shuō)明 。 sK —— 尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的 情況下，可取 。 fK —— 表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒，磨齒等）， 即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)（如鍍銅，磷化處理等）。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)）。它綜合考慮了嚙合齒 面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系 27 數(shù)的因素的影響，按 圖 選取 J =。 圖 接觸計(jì)算用綜合系數(shù) 按 ceT 計(jì)算： 32 3 2 . 6 2 3 0 0 0 . 9 4 . 3 1 0 . 7 4 1 . 2 1 1 05 9 . 4 3 1 3 8 . 0 9 0 . 2 0j? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??=2027 2mm 〈 2800N/ 2mm 按 cfT 計(jì)算： 32 3 2 . 6 2 8 8 0 . 9 4 . 3 1 0 . 7 4 1 . 2 1 1 05 9 . 4 3 1 3 8 . 0 9 0 . 2 0j? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??=1109 2mm 〈 1750N/ 2mm 主減速器齒輪的材 料及熱處理 驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系的其它齒輪相比，具有載荷大，作用時(shí)間長(zhǎng)，載荷變化多，帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求： ，以及較好的齒面耐磨性，故 齒表面應(yīng)有高的硬度； 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 、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)成本并將低廢品率； 。 汽車主減速器用的螺旋錐齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。在此，齒輪所采用的鋼為 20CrMnTi 28 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，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù) m 〉 8時(shí)為 29～ 45HRC[11]。 由于新齒輪接觸和潤(rùn)滑不良，為了防止在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動(dòng)副（或僅僅 大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對(duì)研磨）后均予與厚度 ～ ～ 的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤(rùn)滑 [3]。 對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá) 25％。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會(huì)防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生 [5]。 主減速器軸承的選擇 計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定 錐齒輪在工作過(guò)程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解 為沿齒輪切向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。 為計(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。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。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 dT 進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算 : 31333