【正文】 轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動車輪，并使左、右驅(qū)動車輪有汽車行駛運(yùn)動所要求的差速功能 。 為了提高汽車行駛平順性 和通過性，現(xiàn)在汽車的驅(qū)動橋也在不斷的改進(jìn)。 驅(qū)動橋是汽車傳動系統(tǒng)中主要總成之一。因此，設(shè)計中要保證 :所選擇的主減速比應(yīng)保證汽車在給定使用條件下有最佳的動力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性： (1) 當(dāng)左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時，驅(qū)動橋必須能合理的解決左右車輪的轉(zhuǎn)矩分配問題，以充分利用汽車的牽引力； (2) 具有必要的離地間隙以滿足通過性的要求； (3) 驅(qū)動橋的各零部件在滿足足 夠的強(qiáng)度和剛度的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量輕，特別是應(yīng)盡可能做到非簧載質(zhì)量，以改善汽車的行駛平順性； (4) 能承受和傳遞作用于車輪上的各種力和轉(zhuǎn)矩； (5) 齒輪及其它傳動部件應(yīng)工作平穩(wěn)，噪聲小； 2 (6) 對傳動件應(yīng)進(jìn)行良好的潤滑，傳動效率要高； (7) 結(jié)構(gòu)簡單，拆裝調(diào)整方便。近年來大多數(shù)重型汽車都向大功率和大扭矩方向發(fā)展，主要采取貫通式兩級減速的驅(qū)動橋（主減速器和輪邊減速器），以滿足惡劣的工作環(huán)境 。 主減速器的齒輪類型 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和渦輪蝸桿等形式。當(dāng)偏移距大到一定程度時，可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。這對于增強(qiáng)支承剛度、保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)度和剛度。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的 3 最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)，這有利于大傳動比傳動。因?yàn)槿绻３謨煞N傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比 i0≥ 的傳動有其優(yōu)越性。 圖 21 雙曲面齒輪的偏移距和偏移方向 由于雙曲面主動齒輪螺旋 角的增大，還導(dǎo)致其進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、無噪聲，強(qiáng)度也高。 主減速器的減速形式 主減速器的減速型式分為單級減速、雙續(xù)減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。在設(shè)計 上述重型汽車、大型公共汽車的驅(qū)動橋時，為了使變速器、分動器、傳動軸 4 等總成不致因承受過大轉(zhuǎn)矩而使它們的尺寸及質(zhì)量過大，應(yīng)將傳動系的傳動比以盡可能大的比率分配給驅(qū)動橋。當(dāng)其值大于 12 時，則需采用單級 (或雙級 )主減速器附加輪邊減速器的結(jié)構(gòu)型式，將驅(qū)動橋的一部分減速比分配給安裝在輪轂中間或近旁的輪邊減速器。 綜合考慮整車成本和驅(qū)動橋的研發(fā)與制造成本及輸入?yún)?shù)主減速比的實(shí)際情況，選擇結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕，制造成本低的單級貫通式主減速器附輪邊減速器。 懸臂式齒輪一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。當(dāng)采用一對圓錐滾子軸承支承時，為了減小懸臂長度和增大支承間的距離，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端相向朝內(nèi)，而大端朝外，以縮短跨距，從而增強(qiáng)支承剛度。齒輪承載能力較懸臂式可提高 10%左右。但是騎馬式支承增加了導(dǎo)向軸承支座，是主減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高。為了增強(qiáng)支承剛度，支承間的距離（ c+d）應(yīng)盡量縮小。兩端支承采用圓錐滾子軸承，安裝時硬是它們的圓錐滾子大端朝內(nèi)相向，小端朝外相背。 在具有大主傳動比和徑向尺寸較大的從動錐齒輪的主減速器中，為了限制從動錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移，在從動錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支 6 承（圖 23）。主、從動齒輪在載荷作用下的偏移量許用極限值，如圖 24 所示。 所以： ? ? mN )( ??? ???? PHRmmrTacf fffni rGGT ? = ? ? )392021254000( ???? ?? = mN? 錐齒輪主要參數(shù)的選擇 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 、 從動錐齒輪 大端分度 圓 直 徑 2D 、端面模 數(shù) tm 、主 從動錐齒輪齒面寬 1b 和 2b 、中 點(diǎn) 螺旋角 ? 、法向 壓力 角 ? 等。 （ 2） 為 了得到理想的 齒面 重合度和高的 輪齒彎 曲 強(qiáng) 度，主、 從動齒輪齒數(shù)和 應(yīng) 不小于 40。 （ 4） 主傳動 比 0i 較 大 時 ， 1z 盡 量取得小一些，以便得到 滿意 的離地 間 隙。 根據(jù)以上要求，這里取 1z =9 2z =37，能夠滿足條件： 1z +2z =46〉 40 9 2. 從動錐齒輪大端分度圓直徑 2D 和端面模數(shù) tm 對 于雙 級主減 速器，增大尺寸 2D 會 影 響驅(qū)動橋殼的 離地 間 隙， 減 小 2D 又會 影 響 跨置式主 動齒輪 的前支承座的安 裝 空 間 和差速器的安 裝 。 所以 2D =（ ～ ） 3 . =3 . =280mm 初選 2D =280mm 則 tm = 2D / 2z =280/37= 參考《機(jī)械設(shè)計手冊》選取 ?tm 8mm ，則 2D =296mm 根據(jù) tm = 3 cm TK 來校核 sm =8mm 選取的是否合適，其中 mK =（ ～ ） 此處， tm =3 =，因此滿足校核條件。此外，安裝時有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時載荷集中于輪齒小端，會引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會降低。 汽車主減速器弧齒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 37176。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向。這樣可使主、從動齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。對于弧齒錐齒輪這里取 а＝ 20176。一般對于乘用車和總質(zhì)量不大的商用車，E；且 E40%A；對于總質(zhì)量較大的商用車， E（ ~） D，且 E20%A。 E=20%D=50。 8 軸交角 ? EMBED ? =90176。 1? 1? =176。 11 節(jié)錐距 A0 =11sin2 ?d =22sin2 ?d A0 = 12 周節(jié) t= m t= 續(xù)表 21 主減 速器 圓 弧 錐齒輪 的幾何尺 寸計 算用表 序號 項(xiàng) 目 計 算 公 式 計 算 結(jié) 果 13 齒頂高 mhh aa *? ah =㎜ 14 齒根高 fh =? ?mcha **? fh =8㎜ 15 徑向間隙 c= mc* c= 16 齒根角 0arctan Ahff ?? f?=176。 2a? =176。 2f? =176。在進(jìn)行 強(qiáng)度計算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。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)度不足而引起的過載折斷。 ① 疲勞折斷：在長時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。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地斷掉。 ② 過載折斷：由于設(shè)計不當(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，使載荷超過了齒輪彎曲強(qiáng)度所允許的范圍，而引起輪 13 齒的一次性突然折斷。各種形式的過載折斷的斷面均為粗糙的新斷面。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。它主要由于表面接觸強(qiáng)度不足而引起的。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。在齒輪繼續(xù)工作時，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載荷。減小齒面壓力和提高潤滑效果是提高抗點(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。 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。造成齒面剝落的主要原因是表面層強(qiáng)度不夠。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，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。它多出現(xiàn)在齒 14 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。 （ 4）吃面磨損 這是輪齒齒面間相互滑動、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。研磨磨損是由于齒輪傳動中的剝落顆粒、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。 汽車驅(qū)動橋的齒輪，承受的是交變負(fù)荷，其主要損壞形式是疲勞。 在要求使用壽命為 20 萬千米或以上時，其循環(huán)次數(shù)均以超過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。 2. 單位齒長上的圓周力 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圓周力來估算，即： 2bPp? (25) 式中： P—— 作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax 和最大附著力矩 rrG?2 兩種載荷工況進(jìn)行計算， N； 2b —— 從動齒輪的齒面寬。 按上式等于 ／ mm。經(jīng)驗(yàn)算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。m； 0K —— 超載系數(shù)；在此取 ； 16 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，在此等于 ； mK —— 載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時， mK ＝～ 式式支承時取 ～ 。 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)等對彎曲應(yīng)力計算的影響。按圖五選取小齒輪的 J ＝ ，大齒輪 J ＝ 。 4. 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計算 錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為 bJK KKKTKdC vfmspj 301102 ??? (29) 式中： T —— 主動齒輪的計算轉(zhuǎn)矩； 17 pC —— 材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取 21N /mm； b —— 齒輪的齒面寬 54； 0K ， vK ， mK —— 見前式的說明； sK —— 尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對其淬透性的影響，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）。它綜合考慮了嚙合齒面的相對曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)的因素的影響。所以均滿足要求。小齒輪調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為 217～255HBS 平均硬度為 :236HBS 大齒輪正火處理，齒面硬度為 162～ 217HBS 平均硬度為 190HBS，大、小齒輪齒面平均硬度差為 46HBS，在 30～ 50HBS 范圍內(nèi)，選用 8 級精度。 主減速器軸承載荷的計算 軸承的計算主要是計算軸承的壽命。影響軸承壽命的主要外因是它的工作載荷及工作條件，因此在驗(yàn)算軸承壽命之前，應(yīng)先求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力、圓周力，然后再求出軸承反力，以確定軸承載荷。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。 按上式主減速器主動錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力 F = （ 2） 最齒輪的軸向力和徑向力 如圖 25，主動錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮?，從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r針， FT 為 作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn) A處的法向力，在 A點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)T 分解成兩個相互垂直的力 FN 和 fF ， FN 垂直于 OA 且位于 ∠ OO′A 所在的平面， fF 位于以 OA 為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。 F 與 fF 之間的夾角為螺旋角 ? ， FT 與fF 之間的夾角為法向壓力角 ? ，這樣就有： ?? coscosTFF ? =Ftcos20cos37=55640 （ 216） 所以 Ft=55640 22 ??? c o s/tans in FFF TN ?? =55640sin20 （ 217） 所以 Fn=19030 ??? t a ns i nc o s FFF TS ?? = （ 218） 于是，作用在主動錐齒輪齒面上的軸向力 A 和徑向力 R 分別為 ： ? ???????? c oss i ns i ntanc osc oss i n ???? FFFF SNaz =19030sin20+ cos20=25538 （ 219） ? ???????? s i ns i nc ostanc oss i