【正文】 計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： ① 縱向力 2X （驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)，其最大值為 ?2Z ，附著系數(shù) ? 在計(jì)算時(shí)取 ，沒有側(cè)向力作。在一般的非斷開式驅(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與車輪的輪轂聯(lián)接起來，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式， 3/4 浮式和全浮式，在此由于是載重汽車，采用全浮式結(jié)構(gòu)。 此節(jié)內(nèi)容圖表參考了《汽車車橋設(shè)計(jì)》 [1]中差速器設(shè)計(jì)一節(jié)。輪齒彎曲強(qiáng)度 w? 為 w? = JmbzK KKTKvms2203102? MPa (36) 式中： T —— 差速器一個(gè)行星齒輪 傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式 nTT ?? 在此 T 為 N ?? ?? 1?h = 2?h = 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減 速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對運(yùn)動(dòng)。239。1201 sin2 ?? hd ?? 239。2R? =176。2o? =176。 2? =176。 1fh =mm 15 徑向間隙 c =h gh = + c = 16 齒根角 1? =01arctanAhf 。 mzzh a?????????????????????? 2122 1ah = 2ah = 14 齒根高 1fh = 1ah 。 9 節(jié)圓直徑 11 mzd ? ； 22 mzd ? 1001?d 1802?d 10 節(jié)錐角 211 arctanzz?? ， 12 90 ?? ??? 1? =176。b≤10m 30mm 5 工作齒高 mhg ? gh =16mm 6 全齒高 ?? mh 7 壓力角 ? 176。2 ≈ 2d ； ??c? —— 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa 根據(jù)上式 39。2 ， d39。 m；在此取 49984N的壓力角。的少， 故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。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。 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m m=110sin2 ?zA = 220sin2 ?zA = ?? = 由于強(qiáng)度的要求在此取 m=10mm 得 101011 ??? mzd =100mm 22 mzd ? =10 18=180mm α 目前，汽車差速器的齒輪大都采用 176。 2? =90176。 在此 1z =10， 2z =18 滿足以上要求。半軸齒輪的齒數(shù)采用 14～ 25，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比1z / 2z 在 ～ 的范圍內(nèi)。 m. 根據(jù)上式 BR = 49984 = 所以預(yù)選其節(jié)錐距 A0 =96mm 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。 BR 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的背面的球面半徑 BR ，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。 當(dāng)行星齒輪 4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5以角速度 4? 自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合 點(diǎn) A的圓周速度為 1? r = 0? r + 4? r ，嚙合點(diǎn) B的圓周速度為 2? r = 0? r 4? r 。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半 徑 r 上的A、 B、 C 三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖 31），其值為 0? r 。 A、 B兩點(diǎn)分別為行星齒輪 4與半軸齒輪 1和 2的嚙合點(diǎn)。差速器殼 3與行星齒輪軸 5連成一體，形成行星架。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第 3章 差速器設(shè)計(jì) 汽車 在行駛過程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往不等。 所以軸承 D 滿足使用要求。 所以軸承 C 滿足使用要求。 所以軸承符合使用要求。在此選用 7514E 型軸承。 ，故軸承符合使用要求。 =amvS h (223) 所以 hL39。 所以有上式可得 2n = ? = r/min 而主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 1n = =728 r/min 所以軸承能工作的額定軸承壽命： nLLh 60? h hL (222) 式中 : n —— 軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速， r/min。 所以 L = 63103 10 ?????????? ??= 108 s 此外對于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說，主減速器的從動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速 2n為 ramrvn ? r/min (221) 式中： r —— 輪胎的滾動(dòng)半徑， m amv —— 汽車的平均行駛速度， km/h。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 所以有公式 610?????????? ?QfCrfLpt s (220) 式中 :tf —— 為溫度系數(shù)，在此取 。 對于采用騎馬式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷，如圖 24 所示 圖 24 主減速器軸承的布置尺寸 軸承 A， B的徑向載荷分別為 RA = ? ? ? ? 22 maZRZ dFbFbFa ????? （ 218） ? ? ? ? 22 maZRZB dFcFcFaR ?????? （ 219） 根據(jù)上式已知 aZF =20202N， RZF =9662N， a=134mm ， b=84mm， c=50mm 所以軸承 A的徑向力 AR = ? ? ? ? 22 1 ?????? =15976N 其 軸向力為 0 軸承 B的徑向力 RB = ? ? ? ? 22 1 ?????? =13364N （ 1）對于軸承 A，只承受徑向載荷所以采用圓柱滾子軸承 42608E，此軸承的額定動(dòng)載荷 Cr 為 ，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=X而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力，圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。 速器軸承載荷的計(jì)算 軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。 fF 在此平面內(nèi)又可分為沿切線方向的圓周力 F 和沿節(jié)圓母線方向的力 Fs 。 (1) 齒寬中點(diǎn)處的圓周力 齒寬中點(diǎn)處的圓周力為 F ＝mdT2 N (212) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 式中： T —— 作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩見 式 (211)。 m； 1if ， 2if ? iRf —— 變速器在各擋的使用率，可參考表 23選??； 1gi ， 2gi ? gRi —— 變速器各擋的傳動(dòng)比； 1Tf ， 2Tf ? TRf —— 變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率，可參考表 23 選??； 表 23 if 及 Tf 的參考值 經(jīng)計(jì)算 dT 為 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。 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。 主減速器軸承的計(jì)算 1．錐齒輪齒面上的作用力 錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。 對齒面進(jìn)行 噴丸處理有可能提高壽命達(dá) 25％。 由于新齒輪接觸和潤滑不良，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（如磨齒或配對研磨）后均予與厚度 ～ ～ 的磷化處理或鍍銅、鍍錫。 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。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。所以均滿足要求。一般情況下，對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)）。 圖 21 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) J 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 (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 (210) 式中： T —— 主動(dòng)齒 輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩； pC—— 材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取 21N /mm。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。 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)。 b —— 計(jì)算齒輪的齒面寬， mm。支承剛度大時(shí)取最小值。 m。經(jīng)驗(yàn)算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。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)只能用它來驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。因此，驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用彎曲應(yīng)力不超過 ／ mm2 .表 22 給出了汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力數(shù)值。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點(diǎn)蝕引起的剝落。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長期使用中按規(guī)定里程更換規(guī)定的潤滑油并進(jìn)行清洗是防止不正常磨損的有效方法。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。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)象的方法是改善潤滑條件等。 （ 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)在一起后又撕下來所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。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。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)加大齒面寬也是一種辦法。在最后階段輪齒迅速 損壞或折斷。一般首先產(chǎn)生在幾個(gè)齒上。 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。 （ 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。 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。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。在開始出現(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。如果最高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。折斷多數(shù)從齒根開始，因?yàn)辇X根處齒輪的彎曲應(yīng)力最大。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 1） 齒輪的損壞形式及壽命 齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。 主減速器圓弧錐齒輪的強(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。 2f? =176。 2a? =176。 11 節(jié)錐距 A0 =11sin2 ?d =22sin2 ?d A0 = ㎜ 12 周節(jié) t= m t= ㎜ 13 齒頂高 mhh aa *? ah =13 ㎜ 14 齒根高 fh =? ?mcha **? fh = ㎜ 15 徑向間隙 c= m