【正文】 團和東風(fēng)公司的 13 噸級系列車橋為代表的主減速器技術(shù)，都是在有效吸收國外同 類產(chǎn)品新技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)市場需求開發(fā)出來的高性能、高可靠性、高品質(zhì)的車橋產(chǎn)品。通過整合和平臺化開發(fā)，目前國內(nèi)市場形成了 45460、 480、 500 等眾多成型穩(wěn)定產(chǎn)品，并被用戶廣泛認可和使用。齒輪設(shè)計也初步實現(xiàn)了計算機編程的電算化。 國內(nèi)與國外差距 我國的車用減速器開發(fā)設(shè)計不論在技術(shù)上、制造工藝上，還是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齒輪制造技術(shù)缺乏獨立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 3 后 (國外己實現(xiàn)計算機編程化、電算化 )。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進步的步伐，提高管理水平，加快與國際先進水平接軌，開發(fā)設(shè)計適應(yīng)中國國情的高檔車用減速器總成，由仿制到創(chuàng)新，早日縮小并消除與世界先進水平的差距。 課題研究內(nèi)容 汽車主減速器是 汽車驅(qū) 動橋中的一個重要部件，汽車驅(qū)動橋處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動力合理的分配給左、右驅(qū)動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力。 本次設(shè)計主要先了解驅(qū)動橋的原理，對 BJ2022 汽車 驅(qū)動橋中的主減速器、差速器、半軸等重要部件等進行了詳細的 設(shè)計。 在本設(shè)計中還采用了 AutoCAD 繪圖軟件 進行了零件 圖的繪制，通過對 AutoCAD 的編輯工具與命令的運用，掌握了從 AutoCAD 基礎(chǔ) 零件的繪制到 各類零件圖的創(chuàng)建與繪制的方法，并且理解了機械圖繪制的工作流程。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 4 第二章 主減速器的設(shè)計 主減速器概述 汽車主減速器有單級式、雙級式 等幾種。 廣泛用在主減速比 0 ? 的各種中、小型汽車上 。 單級主減速器有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪等兩種形式。在此選用準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動，雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪齒輪傳動具有更大的傳動比。還有就是雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃渝F齒輪的螺旋角較大，同時嚙合的齒數(shù)較多，重合度更大，即可提高傳動的平穩(wěn)性。所以一般情況下，當(dāng)要求傳動比大于 而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪傳動更合理。 從動雙曲面錐齒輪 從動錐齒輪的支承選擇跨置式的，這種支承可以增大 支承剛度，使軸承負荷減小，齒輪嚙合條件改善。通常是將發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩配以傳動系最低擋傳動比時和驅(qū)動車輪在良好路面上開始滑轉(zhuǎn)時這兩種情況下作用在主減速器從動齒輪上的轉(zhuǎn)矩的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應(yīng)力的載荷。 m)； dK 為猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)，液力自動變矩器： dK =1，具有手動操縱的機械變速器的高性能賽車： dK =3，一般情況下取 dK =2。 m， k 為液力變矩器變矩系數(shù)， k = ； 1i 為低擋傳動比， 1i = ； fi 為分動器傳動比，fi =； oi 為總傳動比， oi =； ? 為傳動效率， ? =； n 為計算驅(qū)動橋數(shù)； n =2。22 rcs mmG m rT i????? ? (22) 式中： 39。該車無輪邊減速器，故 97%m? ? ， 1mi ? ； 帶入公式得： 1 4 6 0 0 1 .2 1 0 .3 6 5 6 5 9 2 .5 81 0 .9 7csT N m? ? ?? ? ?? 3）、 按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 cfT 汽車的類型很多，行駛工況又非常復(fù)雜，轎車一般在高速輕載條件下工作，而礦用汽車和越野汽車則常在高負荷低車速條件下工作，沒有簡單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉(zhuǎn)矩。設(shè) cmT 是確定的最大計算轉(zhuǎn)矩，則 min( , )cm ce csT T T? cmT 用于進行靜強度計算和用做選擇錐齒輪主要參數(shù)的依據(jù)。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 8 4）、主動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩為： 0cZGTT i?? (24) 式中， ZT 為主動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 ( mN? )； cT 為從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩即c csTT? ； 0i 為主傳動比； G? 為主、從動錐齒輪間的傳動效率。本文取 90%。 主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動齒輪的齒數(shù) 1Z 和 2Z ，主、從動錐齒輪大端分度圓直徑 1d 、 2d ，端面模數(shù) tm ，主、從動錐齒輪齒面寬 1b 和 2b ，中點螺旋角 ? ，法向壓力角 ? 等。 傳動比（12ZZ ） 推薦的主動齒輪最小齒數(shù)（ 1Z ） 主動齒輪齒數(shù)允許范圍（ 2Z ） 17 15－ 19 15 12－ 16 11 10－ 14 10 9－ 12 9 8－ 10 8 7－ 9 7 6－ 9 6 5－ 8 6 5－ 7 5 5－ 6 表 參考表 ，選取 1Z =8 ， 2Z =37 2）、從動錐齒輪大端分度圓直徑 2d 和端面模數(shù) tm 2d 可根據(jù)經(jīng)驗公式初選，即 2 32 dCd K T? (25) 式中：2dK—— 直徑系數(shù)，一般取 ～ ； cT —— 從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，為 ceT 和 csT 中的較小者。 式中： tm 齒輪大端端面模數(shù)； mk 模數(shù)系數(shù)，取 ? ～ ； 3）、從動齒輪齒面寬 2b 雙曲面齒輪的齒面寬一般取為： 259 d m m m m? ? ? ? 故初取從動齒輪齒面寬 2 40b mm? 4）、雙曲面齒輪的偏移距 E 對于轎車、輕型客車、貨車 ， E 值不應(yīng)超過從動齒輪節(jié)錐距 0A 的 40%，或接近于 2d 的 20%。但是， 在選擇螺旋角的時，應(yīng)考慮它對齒面重疊系數(shù)輪齒強度和軸向力的影響。 汽車主減速器錐齒輪的平均螺旋角為 35176。而商用車選用較小的 ? 值以防止軸向力過大，通常取 35176。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 11 6）、螺旋方向 主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運動，這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順 時針，驅(qū)動汽車前進。但對于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。對于雙曲面齒輪，從動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相等的，但是主動齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角 是 不相等的?；?20176。或 22176。本 設(shè)計是 BJ2022 越野車，因此法向壓力角為 ? 為 20176。 壓力角 6 1gth Hm? 齒工作高 gh , 1H 查表 取 7 2 th Hm? 齒全高 h , 2H 查表 取 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 12 8 ? 90176。 小齒輪節(jié)錐角 11 2190???? 176。2 ath Km? 大齒輪 齒頂高 39。39。1h 16 39。 小齒輪齒根角 20 2 2 0arctan hA? ?? 176。 小齒輪面錐角 22 02 2 1? ? ??? 176。 小齒輪根錐角 24 2 2 2R? ? ??? 176。01 1 1 12 cosd d h ??? 小齒輪外緣直徑 26 39。201 1 1sin2d h???? 小齒輪節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離 28 39。 螺旋角 表 載貨、公共、牽引汽車或壓力角為 20186。 螺旋角 ? 35176。 齒工作高系數(shù)1H 齒 全 高 系 數(shù)2H 大齒輪齒頂高系數(shù) aK +? ?212 zz 表 錐齒輪的大齒輪理論齒厚 KS z2 6 7 8 9 10 11 30 40 50 60 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 14 主減速器錐齒輪強度計算 在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，要驗算其強度，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠地工作。汽車驅(qū)動橋的齒輪，承受的是交變負荷，其主要損壞形式是疲勞。 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。 1）、主減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪的強度計算 單位齒長上的圓周力 在汽車工業(yè)中，主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用在其齒輪上的假定單位壓力即單位齒長的圓周力來估算，即 2Fp b? (27) 式中： F — 作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 emaxT 和最大附 著力矩 2 rGr? 兩種載荷工況進行計算； 2b — 從動齒輪的齒面寬，在此取 40mm 。 帶入公式得： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 15 3 3m a x1 210 18 0 3. 93 10 / 63 1. 61 /56 4022egTip N m m N m mdb? ??? ? ?? 按最大附著力矩計算： 322 2102rGrp db? ?? (29) 式中： 2G — 汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷，對于后驅(qū)動橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時的負荷增加量，在此為 14600N ； ? — 輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取 ； r — 輪胎的滾動半徑，在此取 。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 16 故上述兩種計算方法均符合標(biāo)準(zhǔn)。計算彎曲應(yīng)力時本應(yīng)采用輪齒中點圓周力與中點端面模數(shù)，今用 大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進行修正。 帶入公式得： 3 221 22 1 0 1 6 0 9 . 9 1 1 . 0 0 . 7 2 1 . 1 0 5 0 9 . 8 2 / 7 0 0 /1 . 0 4 4 8 7 0 . 2 9w N m m N m m? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 3 222 22 1 0 6 5 9 2 . 5 8 1 . 0 0 . 7 2 1 . 1 0 6 2 6 . 0 7 / 7 0 0 /1 . 0 4 0 3 7 7 0 . 2 3w N m m N m m? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 所以主減速器齒輪滿足彎曲強度要求。一般情況下，對于制造精確的齒輪可取 ； J — 計算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)）。 帶入公式得： 3 222 3 2 . 6 2 1 6 0 9 . 9 1 1 . 0 1 . 0 1 . 1 0 1 . 0 1 0 2 2 9 5 . 1 2 / 2 8 0 0 /5 6 1 . 0 4 0 0 . 2 9j N m m N m m? ? ? ? ? ? ?? ? ??? 由于主、從動齒輪大小幾乎相當(dāng)，所以均滿足接觸強度要求。其損壞形式主要有輪齒根部彎曲折斷、齒面疲勞點蝕、磨損和 擦傷等。 汽車主減速器用的螺旋錐齒輪、雙曲面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 。 用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達到58～ 64HRC，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù) 8m? 時為 32～ 45HRC。這種表面不應(yīng)用 于補償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。滲硫處理時溫度低，故不引起齒輪變形。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 19 第三章 差速器的設(shè)計 差速器概述 汽車在行使過程中，左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負荷不均勻而引起車輪滾動半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行使阻力不等等。為此，在驅(qū)動橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強制鎖止式差速器。齒輪差速器分圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。 查閱汽車車橋設(shè)計， 經(jīng)方案論證，差速器結(jié)構(gòu)形式選擇對稱式圓錐行星齒輪差速器。由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車 上也很可靠等優(yōu)點，最廣泛地用在轎車、 客車和各種公路用載貨汽車以及一些越野汽車上，但用到越野汽車上需要采取防滑措施。 行星齒輪球面半徑 BR 的選擇 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度。 帶入公式得： 33 2 .9 9 6 5 9 2 .5 8 5 6 .0 6B B