【正文】 對(duì)于主減速器弧齒維齒輪，轎車選用1430’或16的壓力角，貨車選用20 的壓力角，重型貨車選用2230’的壓力角。雖然大齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角相同，但小齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的。對(duì)于轎車，平均壓力角選用19或20，對(duì)于貨車，則選用2030’。 大齒輪齒面寬： () 小齒輪齒面寬： () 主減速器準(zhǔn)雙曲面的幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 主減速器準(zhǔn)雙曲面的幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算：（因?yàn)橹鳒p速器準(zhǔn)雙曲面的幾何尺寸需要重復(fù)計(jì)算多次，所以本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用C語(yǔ)言編寫程序來完成計(jì)算，程序及結(jié)果見附錄B） 主動(dòng)齒CATIA建模 被動(dòng)齒CATIA建模 主減速器弧齒錐齒輪與準(zhǔn)雙曲面齒輪強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇 單位齒長(zhǎng)上的圓周力 在汽車工業(yè)的實(shí)踐中，主減速器齒輪的表面耐磨性常常用輪齒上單位齒長(zhǎng)的圓周P來估算： ()式中 Tce—主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算載荷，； 許用單位齒長(zhǎng)的圓周力見下表。 單位齒長(zhǎng)的圓周力汽車類別按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)/N?mm按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)/N?mm輪胎與地面的附著系數(shù)一擋直接擋轎車893321893貨車14292501429大客車982214牽引車536250 因?yàn)?主動(dòng)P=1282，而許用應(yīng)力為1429； 被動(dòng)P=，而許用應(yīng)力為250；所以合格。與齒輪尺寸及熱處理等因素有關(guān)，當(dāng) mm時(shí)，Ks＝(M s／)．當(dāng) mm時(shí)，取Ks ＝；本次計(jì)算=，故Ks=；Kv—質(zhì)量系數(shù)，它與齒輪精度(齒形誤差、周節(jié)誤差、齒圈徑向跳動(dòng))及齒輪分度圓上的切線速度對(duì)齒間載荷的影響有關(guān)，接觸好、周節(jié)及同軸度精確的情況下，取Kv＝1；J—所討論齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)(幾何系數(shù))，其數(shù)值按有關(guān)圖表查取，本次計(jì)算J=。當(dāng)要求汽車行駛20萬(wàn)公里以上時(shí)，齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)已經(jīng)超過了材料的耐久疲勞次數(shù)，所以，按Tcf計(jì)算的彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過材料的疲勞極限。 當(dāng)T=Tcf時(shí)： 查表得[]=210Mpa,故計(jì)算合格。 當(dāng)T=Tcf時(shí)，計(jì)算被動(dòng)齒輪： 查表得[]=210Mpa,故計(jì)算合格。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取Kf =1。 主動(dòng)齒輪輪齒接觸強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)T=min[Tce，Tcs] 時(shí)，計(jì)算主動(dòng)齒輪： 查表得[]=2800Mpa,故計(jì)算合格。 被動(dòng)齒輪輪齒接觸強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)T=min[Tce，Tcs] 時(shí)，計(jì)算被動(dòng)齒輪： 查表得[]=2800Mpa,故計(jì)算合格。 齒輪材料 汽車驅(qū)動(dòng)橋銑齒輪的工作條件是相當(dāng)嚴(yán)酷的，與傳動(dòng)系其它齒輪比較，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)橋齒輪材料應(yīng)滿足以下的要求： 具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面具有高的硬度以保證有較高的耐磨性； 輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性，以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷； 使用的鋼材鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理變形小或者變形規(guī)律易控制。常用的鋼號(hào)有20CrMnTi，22CrMnMo，20MnVb和20MnVn2TiB。因此，這種材料的抗彎強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力都較高。滲碳合金鋼的主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與心部的含碳量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。為改善新齒輪的磨合狀況．防止其在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪副 (或僅是大齒輪)在熱處理及精加工(如磨齒或配對(duì)研磨)—、鍍錫。齒面噴九處理有可能提高壽命25％。由于滲硫處理溫度較低，所以齒輪不會(huì)產(chǎn)生變形。 主減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 主減速器錐齒輪的支承 要使帶有錐齒輪的主減速器的主、從動(dòng)錐齒輪嚙合狀況良好，并且可靠而安靜平滑地工作，除了與齒輪加工質(zhì)量、齒輪的裝配間隙調(diào)整、軸承型式選擇以及主減速器整體的剛度有關(guān)外，還與齒輪的支承剛度有著密切的關(guān)系。 主動(dòng)錐齒輪支承有兩種型式：懸臂式支承和跨置式支承。在設(shè)計(jì)時(shí)，靠近齒輪的軸頸直徑應(yīng)不小于懸臂長(zhǎng)度a。 跨置式支承如圖b所示，其持點(diǎn)是錐齒輪的兩端均用軸承支承，這樣可以增加支承剛度，減少軸承負(fù)荷，提高齒輪的承載能力。在主減速器需要傳遞較大的轉(zhuǎn)矩的情況下，常采用跨置式支承型式。因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，在滿足支撐載荷需要的同時(shí)，還減少了使用空間。初選軸承30212，查相關(guān)手冊(cè)得到軸承所需參數(shù)：d=60mm，T=，D=110mm，A=20mm，=15；所以可以求得x值： ()為求軸承載荷須求得：b’=a+x=38+=； ()a’=b2x==； ()c’=a’+b’=+= () 錐齒輪軸承的預(yù)緊 為了增加支承剛度，提高齒輪嚙合的平穩(wěn)性，對(duì)主減速器齒輪的圓錐滾子軸承應(yīng)給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。如果軸承預(yù)緊力過大，會(huì)使軸承工作條件變壞，降低傳動(dòng)效率，加速軸承的磨損而縮短壽命，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致軸承過熱而早期損壞。預(yù)緊后的軸承摩擦力矩的最佳值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。 采用精選兩端軸承內(nèi)圈之間的套筒長(zhǎng)度、調(diào)整軸承螺母的墊圈厚度等方法，可以進(jìn)行主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊力的調(diào)整。 齒面寬中點(diǎn)處的圓周力 首先需要求出從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，Dm2： () 式中 —從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)分度圓直徑； —齒面寬； —從動(dòng)齒輪節(jié)錐角。 于是齒面寬中點(diǎn)處的圓周力P可以表示為： () 對(duì)于圓錐齒輪傳動(dòng)來說，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的；對(duì)于雙曲面齒輪傳動(dòng)來說，由于主、從動(dòng)齒輪的螺旋角不等，因此它們的圓周力也不相等，作用在雙曲面主動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)處的圓周力為： () 錐齒輪上的軸向力和徑向力 主動(dòng)小齒輪齒面上的作用力 弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪的主動(dòng)小齒輪齒面受力情況如圖所示。F垂直于節(jié)錐平面，F(xiàn)位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐的切平面內(nèi)，F(xiàn)在此切平面內(nèi)又可分解為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)錐母線方向的力廠Fs兩個(gè)分力。由幾何關(guān)系可以得出： () 因而： () () 力F可以沿小齒輪的徑向和軸向分解為兄F和F兩個(gè)分力，而力Fs也可以沿徑向和軸向分解為F和F兩個(gè)分力。主、從動(dòng)齒輪齒面上所受到的軸向力和徑向力的計(jì)算公式見下表。按公式算出的軸向力若為正值，說明軸向力與圖所示的軸向力方向相同，即離開錐頂；若為負(fù)值，軸向力方向則指向錐頂。 單級(jí)主減速器軸承的布置 主減速器軸承的載荷 利用計(jì)算得到的錐齒輪齒面上的圓周力、軸向力和徑向力，根據(jù)主減速器齒輪軸承的布置尺寸，就可以確定軸承上的載荷。在求得軸承的載荷并大致確定了主減速器的使用工況以后，就可以按照一般機(jī)械工程設(shè)計(jì)中軸承的計(jì)算方法選用適當(dāng)?shù)妮S承。 下面對(duì)軸承B進(jìn)行校核： 按照下式可求出軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷Q Q=XR+YA () 式中　　X—徑向系數(shù)　　　　　　　Y—軸向系數(shù)對(duì)單列圓錐滾子來說：當(dāng)時(shí)，X＝１，Y=0；當(dāng)時(shí)，X=，Y值及判斷參數(shù)e見軸承手冊(cè)。查表的e=因?yàn)?，大于e值，所以通過手冊(cè)得，Y=。 軸承所能承受的汽車行駛里程為： () 式中 S——汽車大修里程從上述計(jì)算中可以看出軸承的使用壽命符合使用要求。在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車上還常裝有軸間差速器，以提高通過性，同時(shí)可以避免在驅(qū)動(dòng)橋間產(chǎn)生功率循環(huán)以及由此引起的附加裁荷，以減少傳動(dòng)系零件的損傷、輪胎的磨損和燃料消耗。在一般用途的汽車上，輪間差速器常采用對(duì)稱錐齒輪式差速器如圖所示，其兩個(gè)半軸齒輪大小相同，可將轉(zhuǎn)矩大致平均分配結(jié)左、右驅(qū)動(dòng)輪。錐齒輪式差速器因其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量較小、制造容易、工作平穩(wěn)可靠而被廣泛采用。如上圖所示，設(shè)差速器殼體的角速度為，兩個(gè)半軸的角速度分別為。設(shè)T為差速器殼受到的轉(zhuǎn)矩，T、T分別為轉(zhuǎn)速快的和轉(zhuǎn)速慢的半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩，T為差速器內(nèi)摩擦力矩，則根據(jù)力矩平衡有： () () 常以差速器鎖緊系數(shù)久來表征差速器的性能，K定義為K＝T／T，由以上的幾個(gè)方程可以得出： () () 由上式可知，若不計(jì)差速器的內(nèi)摩擦力矩，即K=0，則普通錐齒輪差速器把從差速器殼傳人的轉(zhuǎn)矩平均分配給左右半軸；若計(jì)內(nèi)摩擦力矩，則轉(zhuǎn)速慢的半軸的轉(zhuǎn)矩T比轉(zhuǎn)速快的半軸的轉(zhuǎn)矩T大。由汽車行駛理論可知，增大差速器的鎖緊系數(shù)，可較好地利用左、右車輪 上的附著力，提高汽車通過性，所以現(xiàn)代汽車輪間高摩擦差速器的鎖緊系數(shù)一般為K= —。 行星齒輪球面半徑的確定 圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑，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，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。因本車為大客車，所以本次設(shè)計(jì)取=。確定后，即可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距：==118mm () 初定為= 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(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，但一般不應(yīng)少于10。 本次設(shè)計(jì)齒數(shù)分別定為10和16。 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角和： () ()式中Z1和Z2為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。算出模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得：　　　 () () 壓力角 過去汽車差速器都采用壓力角為20，齒高系數(shù)為1的格里森制齒形，這種齒形規(guī)定的最少齒數(shù)是13。所以目前大都采用壓力角為2230’。所以本次設(shè)計(jì)選用壓力角為2230’的輪齒。通常取　　　 () ()