汽车前驱动桥的结构设计

本科学生毕业设计汽车前驱动桥的结构设计 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 XX 班 学生姓名： XXX 指导教师： XXX 职 称： 实验师 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院二一三年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Structural Design of The Car Front Drive AxleCandidate：XXXSpecialty： Vehicle EngineeringClass：XXSupervisor：Experimentalist XXHeilongjiang Institute of Technology2013-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要随着现代车型的发展，普通汽车已经逐渐走进每个人的生活中。车桥设计是汽车设计中重要的环节之一，国产驱动桥在国内市场占据了绝大部分份额，但仍有一定数量的车桥依赖进口，国产车桥与国际先进水平仍有一定差距。本次设计首先通过查阅近几年来有关国内外前驱动桥设计的文献资料，综合所学专业知识，了解并掌握了汽车前驱动桥结构及工作原理，根据所给的汽车参数制定了相应的设计方案。然后通过查阅相关标准、手册资料，确定了驱动桥的主要零部件的主要设计参数，完成转向器、万向节、主减速器、差速器、半轴及桥壳的结构和尺寸设计计算，并进行相应校核，再根据所计算选取的参数画出了转向驱动桥的整体装配图、差速器装配图以及部分零件图。关键词：前驱动；转向驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳黑龙江工程学院本科生毕业设计ABSTRACTAs the development of the auto industry, car has gradually become part of everyones life. Axle design is one of the important parts of automotive design, domestic drive axle in the domestic market accounted for the lions share, but there is still a certain number of axles dependent on imports, there is still a certain gap between domestic axle and the international advanced level.Firstly, this design is lookup of the domestic and international front drive axle design documents in recent years, integrated the knowledge of our expertise we had knew and mastered the cars front drive axle structure and working principle, formulated according to the vehicle parameters to the corresponding design programs.Then refered to the relevant standard, manual data to determine the main design parameters of the main components of the drive axle, completed the structure and size of the steering, universal joints, main gear box, differential, axle and axle housing, and check, according to the calculated parameters selected to draw the overall steering drive axle assembly drawings, the differential assembly drawings as well as some parts diagram.Key words: Front drive； Steering drive axle；Main reducer； Differential； Axle； Axle housing黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘 要.ABSTRACT.第 1 章 绪 论.11.1 前言.11.1.1 概论.11.1.2 预期的成果.11.2 国内外发展状况及现状的介绍.11.3 本设计的目的与意义.31.4 本设计的主要内容.3第 2 章 驱动桥的设计.52.1 驱动桥参数.52.2 驱动桥的结构方案.52.3 本章小结 .7第三章 主减速器设计.83.1 主减速器的结构型式.83.1.1 主减速器的减速形式 .83.1.2 主减速器的齿轮类型 .83.1.3 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 .93.2 主减速器基本参数选择与设计计算.93.2.1 主减速比的确定 .90i3.2.2 主减速器齿轮计算载荷的确定 .93.2.3 主减速器齿轮基本参数的选择 .123.3 主减速器螺旋锥齿轮的强度计算 .173.3.1 单位齿长上的圆周力.173.3.2 轮齿的弯曲强度计算.183.3.3 轮齿的接触强度计算.19黑龙江工程学院本科生毕业设计3.4 主减速器锥齿轮轴承的载荷计算与型号选择 .203.4.1 锥齿轮齿面上的作用力 .203.4.2 锥齿轮的轴向力和径向力计算 .213.4.3 锥齿轮轴的轴径选择 .223.4.4 锥齿轮轴承载荷的计算 .233.5 主减速器齿轮的材料及热处理 .253.6 主减速器的润滑 .253.7 本章小结 .26第 4 章 差速器设计.284.1 差速器齿轮基本参数选择.294.2 差速器齿轮与强度计算.324.3 锥形摩擦盘的设计.334.4 本章总结 .36第 5 章 半轴设计与万向节选择.375.1 半轴的型式.375.2 半轴尺寸选取 .375.3 半轴的强度验算.385.4 半轴的结构设计及材料与热处理.395.5 万向节结构选择 .405.6 万向节尺寸计算.415.7 万向节的材料及热处理.425.8 本章总结 .42第 6 章 驱动桥壳设计.436.1 驱动桥壳的选择 .436.2 本章小结 .43结 论.44参考文献.45致 谢.46黑龙江工程学院本科生毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 前言本课题针对城市普通轿车转向驱动桥的设计。设计的主要任务是完成轿车的前转向驱动桥设计，包括驱动半轴，万向节，桥壳，车轮等部件，协调设计车辆的全局。1.1.1 概论1. 本课题解决的主要问题设计出符合课题要求的前转向驱动桥。汽车传动系的总任务是传递发动机的动力，使之适应于汽车行驶的需要。在一般汽车的机械式传动中，有了变速器还不能完全解决发动机特性与汽车行驶要求间的矛盾和结构布置上的问题。首先是因为绝大多数的发动机在汽车上的纵向安置的，为使其转矩能传给左、右驱动车轮，必须由驱动桥的主减速器来改变转矩的传递方向，同时还得由驱动桥的差速器来解决左、右驱动车轮间的转矩分配问题和差速要求。其次，需将经过变速器、传动轴传来的动力，通过驱动桥的主减速器，进行进一步增大转矩、降低转速的变化。因此，要想使汽车驱动桥的设计合理，首先必须选好传动系的总传动比，并恰当地将它分配给变速器和驱动桥。2. 本课题的设计总体思路一些汽车提供行驶的平稳性而采用独立悬挂而采用断开式驱动桥的桥壳。对载货汽车，由于它们有时会遇到坎坷不平的坏路面，要求它们的驱动桥有足够的离地间隙，以满足汽车在通过性方面的要求。驱动桥的噪声主要来自齿轮及其他传动机件。提高它们的加工精度、装配精度，增强齿轮的支承刚度，是降低驱动桥工作噪声的有效措施。驱动桥各零部件在保证其强度、刚度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下质量，以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷，从而改善汽车行驶的平顺性。1.1.2 预期的成果掌握汽车前驱动桥结构及工作原理，基于所给定的主要零部件的主要设计参数，完成转向器、万向节和自由轮毂、主减速器、差速器、半轴及桥壳的结构和尺寸设计计算，并进行相应校核。要求设计规范合理，计算准确，并计算机辅助绘图画出装配图和零件图，编写设计说明书。黑龙江工程学院本科生毕业设计21.2 国内外发展状况及现状的介绍目前国产驱动桥在国内市场占据了绝大部分份额，但仍有一定数量的车桥依赖进口，国产车桥与国际先进水平仍有一定差距。国内车桥长的差距主要体现在设计和研发能力上，目前有研发能力的车桥厂家还不多，一些厂家仅仅停留在组装阶段。实验设备也有差距，比如工程车和牵引车在行驶过程中，齿轮啮合接触区的形状是不同的，国外先进的实验设备能够模拟这种状态，而我国现在还在摸索中。在具体工艺细节方面，我国和世界水平的差距还比较大，归根结底后桥的共用时承载和驱动。在这两方面，今年来出现了一些新的变化。另外，在结构方面，单级驱动桥的使用比例越来越高；技术方面，轻量化、舒适性的要求将逐步提高。总体而言，现在汽车向节能、环保、舒适等方面发展的趋势，要求车桥向轻量化、大扭矩、低噪声、宽速比、寿命长和低生产成本。为适应不断完善社会主义市场经济体制的要求以及加入世贸组织后国内外汽车产业发展的新形势，推进汽车产业结构调整和升级，全面提高汽车产业国际竞争力，满足消费者对汽车产品日益增长的需求，促进汽车产业健康发展，特制定汽车产业发展政策。通过该政策的实施，使我国汽车产业在 2010 年前发展成为国民经济的支柱产业，为实现全面建设小康社会的目标做出更大的贡献。政府职能部门依据行政法规和技术规范的强制性要求，对汽车、农用运输车(低速载货车及三轮汽车，下同)、摩托车和零部件生产企业及其产品实施管理，规范各类经济主体在汽车产业领域的市场行为。低速载货汽车，在汽车发展趋势中，有着很好的发展前途。生产出质量好，操作简便，价格便宜的低速载货汽车将适合大多数消费者的要求。在国家积极投入和支持发展汽车产业的同时，能研制出适合中国国情，包括道路条件和经济条件的车辆，将大大推动汽车产业的发展和社会经济的提高。在新政策汽车产业发展政策中，我国要成为世界主要汽车制造国，汽车产品满足国内市场大部分需求并批量进入国际市场；汽车生产企业要形成若干驰名的汽车、摩托车和零部件产品品牌；通过市场竞争形成几家具有国际竞争力的大型汽车企业集团等等。同时，在这个新的汽车产业政策描绘的蓝图中，还包含许多涉及产业素质提高和市场环境改善的综合目标，着实令人鼓舞。然而，不可否认的是，国内汽车产业的现状离产业政策的目标还有相当的距离。自 1994 年汽车工业产业政策颁布并执行以来，国内汽车产业结构有了显著变化，企业规模效益有了明显改善，产业集中度有了一定程度提高。但是，长期以来困扰中国汽车产业发展的散、乱和低水平重复建设问题，还没有从根本上得到解决。多数企业家预计，在新的汽车产业政策的鼓励下，将会有越来越多的汽车生产企业按照市场规律组成企业联盟，实现优势互补和资黑龙江工程学院本科生毕业设计3源共享。1.3 本设计的目的与意义随着现代车型的多样化、个性化的需求与发展，越野车以其优越的克服恶劣环境的能力吸引着大众的视线。而车桥设计是汽车设计中重要的环节之一。转向桥，是指承担转向任务的车桥。一般汽车的前桥是转向桥。四轮转向汽车的前后桥，都是转向桥。它利用车桥中的转向节使两端的车轮偏转一定的角度，以实现汽车的转向。它除承担汽车的垂直载荷外，还承受纵向力和侧向力及这些力造成的力矩。转向桥通常位于汽车前部，因此也常称为前桥。各种车型的转向桥结构基本相同，主要由前梁，转向节组成。汽车驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，将转矩合理的分配给左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。驱动桥一般由主减速器，差速器，驱动车轮的传动装置和桥壳组成。对于前轮驱动汽车和全轮驱动汽车，前桥既要转向，又要传递动力，叫做转向驱动桥。通过本题目的设计，学生可综合运用汽车构造 、 汽车理论 、 汽车设计 、 机械设计 、汽车制造工艺学等课程的知识，使学生掌握运用标准、手册和查阅相关技术资料等，培养汽车设计技能，达到综合训练的效果。由于本题目模拟工程一线实际情况，学生通过毕业设计可与工程实践直接接触，使学生学会从工程一线的角度出发，合理选择各总成的结构类型，制定设计方案，正确地分析、计算、校核，并考虑制造工艺、经济、使用、维修等问题，培养未来工作的综合能力，从而可以提高学生解决实际问题的能力。1.4 本设计的主要内容本次设计主要是通过查阅近几年来有关国内外前驱动桥设计的文献资料，综合所学专业知识进行设计，所要完成的主要任务如下：(1)通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，掌握汽车前驱动桥结构及工作原理；(2)基于给定的参数确定主要零部件的主要设计参数，完成转向器、万向节和自由轮毂、主减速器、差速器、半轴及桥壳的结构和尺寸设计计算，并进行相应校核；(3)用计算机辅助绘图画出装配图和零件图，并编写设计说明书。1.5 本章小结首先，介绍了驱动桥在国内的现状，虽然国产驱动桥在国内市场占据了绝大部分份额，但仍有一定数量的车桥依赖进口，国产车桥与国际先进水平仍有一定差距。以黑龙江工程学院本科生毕业设计4及在如此严酷的竞争环境下国内企业的对策。然后，本章主要介绍了本次课题设计的目的与意义是学生可综合运用汽车构造、 汽车理论 、 汽车设计 、 机械设计 、 汽车制造工艺学等课程的知识，使学生掌握运用标准、手册和查阅相关技术资料等，培养汽车设计技能，达到综合训练的效果。使学生学会从工程一线的角度出发，合理选择各总成的结构类型，制定设计方案，正确地分析、计算、校核，并考虑制造工艺、经济、使用、维修等问题，培养未来工作的综合能力，从而可以提高学生解决实际问题的能力。 最后，明确了本次课程设计主要内容为：(1)通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，掌握汽车前驱动桥结构及工作原理；(2)基于给定的参数确定主要零部件的主要设计参数，完成转向器、万向节和自由轮毂、主减速器、差速器、半轴及桥壳的结构和尺寸设计计算，并进行相应校核；(3)用计算机辅助绘图画出装配图和零件图，并编写设计说明书。黑龙江工程学院本科生毕业设计5第 2 章 驱动桥的设计2.1 驱动桥参数汽车的主要参数包括尺寸参数，质量参数和汽车性能参数。汽车的主要尺寸参数有车身长度、车身宽度、轴距、前轮距、后轮距、离地最小间隙等。汽车的质量参数包括整车整备质量、汽车总质量、载客量、轴荷分配等。汽车性能参数主要有动力性参数、燃油经济性参数、最大功率、最大扭矩、通过性几何参数，操作稳定性参数，制动性参数等。基本参数项目数据单位车身长度4600mm车身宽度1855mm轴距2660mm整体质量1590kg前轮距1560mm后轮距1560mm离地最小间隙最大功率最大扭矩最高车速主减速比前轮胎规格后轮胎规格190125/6000224/4001805.791225/65R17225/65R17mmkw/rpmNm/rpmKm/h2.2 驱动桥的结构方案在选择驱动桥总成的结构型式时，应当从所设计汽车的类型及使用、生产条件出发，并和所设计汽车的其他部件，尤其是悬架的结构型式与特性相适应，以共同保证整个汽车预期使用性能的实现。驱动桥的总成的结构型式，按其总体布置来说有三种：普通的非断开式驱动桥、带有摆动半轴的非断开式驱动桥合和断开式驱动桥。驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，黑龙江工程学院本科生毕业设计6驱动桥应为非断开式(或称为整体式)，即驱动桥是一根连接左右驱动车轮的刚性空心梁，而主减速器、差速器及车轮传动装置(由左、右半轴组成)都装在它里面。当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。这种驱动桥无刚性的整体外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮则与车架或车身作弹性联系，并可彼此独立地分别相对于车架或车身作上下摆动，车轮传动装置采用万向传动机构。为了防止运动干涉，应采用花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向传动机构。非断开式驱动桥的桥壳是一跟支承在左右驱动车论上的刚性空心梁，而主减速器、差速器及半轴等传动机件都装在其中。这时，整个驱动桥和驱动车轮的质量以及传动轴的部分质量都是属于汽车的非悬挂质量，使汽车的非悬挂质量较大，这是普通非断开式驱动桥的一个缺点。整个驱动桥通过弹性悬架与车架连接。非断开式驱动桥的整个驱动桥和驱动车轮的质量以及传动轴的部分质量都是属于汽车的非悬挂质量。因此，在汽车的平顺性、操纵稳定性和通过性等方面不如断开式驱动桥。12图 2.1 非断开式驱动桥图 2.2 断开式驱动桥黑龙江工程学院本科生毕业设计7因本车为中档 SUV 轿车，采用的为断开时驱动桥，即采用独立悬挂式。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，独立悬架驱动桥结构虽然叫复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性，减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。2.3 本章小结首先本章主要介绍了汽车的主要参数包括尺寸参数，质量参数和汽车性能参数，以及本次驱动桥设计所给定的汽车的参数。最后介绍了汽车驱动桥的结构类型主要分为普通的非断开式驱动桥、带有摆动半轴的非断开式驱动桥和断开式驱动桥，分析并选择了本次设计的驱动桥的结构方案为断开式驱动桥。黑龙江工程学院本科生毕业设计8第三章 主减速器设计主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠小齿轮与大齿轮啮合，通过大的传动比来增加扭矩。主减速器类型较多，有单级、双级、双速、轮边减速器等。3.1 主减速器的结构型式3.1.1 主减速器的减速形式单级主减速器：由于单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑及制造成本低廉的优点，广泛用在主减速比 i07.6 的各种中、小型汽车上。根据本次课程设计所给的主传动比 i050 符合要求。(2) 节圆直径的选择可根据文献1推荐的从动锥齿轮的计算转矩中取较小值按经验公式选出：=245mm (3-7) 3322325214cdTKd式中：d2从动锥齿轮的节圆直径，mm；Kd2直径系数，Kd2=13.015.3；Tc计算转矩，Nm; Tc 为 3252 Nm根据该式可知从动锥齿轮大端分度圆直径的取值范围为 192.6mm247.20mm.参考文献5中推荐当以挡传递时，节圆直径应大于或等于以下两式算得数值maxeT2d中较小值：黑龙江工程学院本科生毕业设计14mmiiTdge243791. 5883. 3224346. 0346. 00max21mmrGdr19436215. 01024185. 0346. 085. 0346. 022即在本设计中需使200mm2d当以直接传递时，则需满足以下条件maxeT2dmmiTde207791. 5224574. 0574. 00max2最后根据上两式中所选得的值中的较大者，即可取=245mm2d2d(3) 齿轮端面模数的选择d2选定后，可按式 m=d2/z2算出从动锥齿轮大端端面模数为 4.71，并用下式校核： (3-8)93. 544. 43252)4 . 03 . 0(33TcKmm式中：Tc计算转矩，Nm ，3252Nm；Km模数系数，取 Km=0.3-0.4。由(2-7)可得模数的取值范围为 4.445.93,故模数取 4.71 合适。(4) 齿面宽的选择汽车主减速器螺旋锥齿轮与双曲面齿轮的从动齿轮齿面宽 F(mm)推荐为10：F=0.155d2 (3-9)=0.155 24537.98mm 式中：d2从动齿轮节圆直径，245mm。 并且 B 要小于 10m即 47.1mm。 考虑到齿轮强度要求取 40mm。 小锥齿轮的齿面宽一般要比大锥齿轮的大 10%,故取 44mm。(5)双曲面齿轮的偏移距 EE 值过大将使齿面纵向滑动过小，从而引起齿面早期磨损和擦伤；E 值过小则不能发挥双曲面齿轮传动的特点。轿车、轻型客车和轻型载货汽车主减速器的 E 值，不应超过从动齿轮节锥距 A0的 40%(接近于从动齿轮节圆直径 d 2的 20%)；而载货汽车、越野汽车和公共汽车等重负荷传动，E 则不应超过从动齿轮节锥距 A0的 20%(或取 E 值为 d：的 10%12%，且一般不超过 12%)。传动比愈大则 E 也应愈大，大传动比的双曲面齿轮传动，偏移距 E 可达从动齿轮节圆直径 d2的 2030。但当 E黑龙江工程学院本科生毕业设计15大干 d2的 20时，应检查是否存在根切。该车属轻负荷传动，故取 E 为 49mm。双曲面齿轮的偏移可分为上偏移和下偏移两种。由从动齿轮的锥顶向其齿面看去，并使主动齿轮处于右侧，如果主动齿轮在从动齿轮中心线的上方，则为上偏移；在从动齿轮中心线下方，则为下偏移如果主动齿轮处于左侧，则情况相反，本次设计选择的是上偏移。(6)螺旋方向从动齿轮的锥顶向其齿面看去并使主动齿轮处于右侧，这时如果主动齿轮在从动齿轮中心线上方时，则为上偏移，在下方时则为下偏移。双曲面齿轮的偏移方向与其轮齿的螺旋方向间有一定的关系：下偏移时主动齿轮的螺旋方向为左旋，从动齿轮为右旋；上偏移时主动齿轮为右旋，从动齿轮为左旋。该车取下偏移主动齿轮为左旋，从动齿轮为右旋。(7) 齿轮法向压力角的选择法向压力角大些可以增加齿轮强度，减少齿轮不发生根切的最小齿数，在格里森制规定中，轿车主减速器螺旋锥齿轮的法向压力角选用 1430或 16；载货汽车和重型汽车的法向压力角则应分别选用 20或 2230。对于双曲面齿轮，由于其主动齿轮轮齿两侧的法向压力角不等，因此应按平均压力角考虑，载货汽车选用 2230的平均压力角，轿车选用 19或 20的平均压力角。当 zl8 时，其平均压力角均选用2115。因此在本次设计中取齿轮法向压力角为 16。(8)中点螺旋角螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端的螺旋角最小，汽车主减速器弧齿锥齿轮螺旋角或双曲面齿轮副的平均螺旋角一般为 3540。乘用车选用较大的以保证较大的，使运转平稳，噪声低；商务车选用较小的值以防F止轴向力过大，通常取 35，在本设计中我们选取的螺旋角即为 35。表 3-1 圆弧螺旋锥齿轮的几何尺寸计算用表序号项目计算说明结果1主动齿轮齿数Z192从动齿轮齿数Z2523端面模数m4.71黑龙江工程学院本科生毕业设计164齿面宽F=0.155d2; 10Fm405齿工作高1ghH m7.77156齿全高单位 mm2hH m8.62877法向压力角168轴交角909节圆直径；11dmz22dmz42.39；244.410节锥角；112arctanzz22909.817；80.18311节锥距120122sin2sinddA26.38712周节3.1416tm14.79713齿顶高；12ghhh2ahK m5.925；1.79014齿根高；11hhh22hhh14.554；6.83915径向间隙gchh0.857216齿根角；110arctanhA220arctanhA28.879；14.53017面锥角；0112022124.347；109.06218根锥角；111R222R-19.062；65.65319外圆直径；011112cosddh47.387；黑龙江工程学院本科生毕业设计17022222cosddh245.01020节锥顶点至齿轮外缘距离；20111sin2dh10222sin2dh121.898；19.43621理论弧齿厚；12sts 2KsS m10.897；3.90022齿侧间隙B0.15523螺旋角3524螺旋方向主动齿轮为左旋；从动齿轮为右旋25驱动齿轮小齿轮26旋转方向主动齿轮顺时针；从动齿轮逆时针3.3 主减速器螺旋锥齿轮的强度计算3.3.1 单位齿长上的圆周力在汽车工业中，主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用于其轮齿上的假定单位压力即单位齿长的圆周力的估算，即 (3-10)FPp 式中：p单位齿长上的圆角力，Nmm；P作用在齿轮上的圆周力，N，按发动机最大转矩 Teamx和最大附着力矩 两种载荷工况进行计算，N；2rGrF从动齿轮的齿面宽，mm。按发动机最大转矩计算时：黑龙江工程学院本科生毕业设计18 (3-11)3max1102egTipdF3224 3.833 101012.7342.39402893 1.251116.25NN式中：Temax发动机最大转矩，Nm；这里是 224Nmig变速器传动比，这里为 3.833；d1主动齿轮节圆直径，42.39mm。F从动齿轮的齿面宽，40mm按最大附着力矩计算时： (3-12)322102rGrpdF 310241 0.85 0.3622 10645.03893244.4402NN式子中：汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，N；这里取 10241N2G轮胎与地面的附着系数，按表 2-3 取 0.85轮胎的滚动半径这里取 0.3622mrr主减速器从动齿轮节圆直径，244.4mm2d许用单位齿长上的圆周力如下表 3.2表 3.2 许用单位齿长上的圆周力1按发动机最大转矩计算1 档2 档直接档按最大附着力矩计算附着系数轿车8935363218930.85货车142925014290.85公共汽车9822140.85黑龙江工程学院本科生毕业设计19牵引汽车5362500.65目前，由于技术的进步，可在上述许用值的基础上增加 10%25%，从上可知设计的齿轮符合要求。3.3.2 轮齿的弯曲强度计算汽车主减速器螺旋锥齿轮的计算弯曲应力 (Nmm2) 为：w (3-13)30102JDMFKKKKTSvmscw按(Tje、Tjh)较小值校核主动齿轮的弯曲强度：302210csmwvTKKKKF z mJ 22 635 1 0.6562 1.11 44 9 4.710.214487.620MPa700MPa 从动齿轮的弯曲强度校核：302210csmwvTKKKKF z mJ 22 3252 1 0.6562 1.11 44 52 4.710.265383.936 MPa700MPa 式中：Tc齿轮的计算转矩，Nm，对于主动齿轮还需将上述计算转矩换算到主动齿轮上；主动轮上为 635 Nm，从动轮为 3252 Nm。K0超载系数；取 1Ks尺寸系数，反映材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸及热处理等有关。当端面模数 m1.6mm 时，Ks=0.6562；44 .25/mKm载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，Km1.001.10；当一个齿轮用骑马式支承时，Km1.101.25。支承刚度大时取小值；Km取 1.1Kv质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当轮齿接触良好、周节及径向跳动精度高时，可取 Kv1；黑龙江工程学院本科生毕业设计20F计算齿轮的齿面宽，45mm；Z计算齿轮的齿数；m端面模数，mm；J计算弯曲应力用的综合系数，主动齿轮为 0.214，从动齿轮 0.2653.3.3 轮齿的接触强度计算圆锥齿轮的计算接触应力 (MPa)为：j (3-14)FJKKKKKTdCvfmsjzxpj3011020.53232.62 1 0.6562 1 1042.391 40 0.147396.522800MPaMPa 式中:Tz、Tc分别为主动齿轮的工作转矩和最大转矩，Nm；Cp材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取 232.6N1/2mm；d1主动齿轮节圆直径，42.39mm；Kf表面质量系数，对于制造精确的齿轮可取 Kf=1；F齿面宽，40mm，取齿轮副中的较小值(一般为从动齿轮齿面宽)；J 一一计算接触应力的综合系数，取 0.147主、从动齿轮的接触应力是相同的。当按日常行驶转矩计算时，许用接触应jmT力为 1750MPa；当按计算转矩和计算时，许用接触应力为 2800MPa。计算时jeTjT应将上述计算转矩换算到主动齿轮上。3.4 主减速器锥齿轮轴承的载荷计算与型号选择3.4.1 锥齿轮齿面上的作用力齿宽中点处的圆周力： (3-15)m2dTF 式中： T作用在该齿轮上的转矩，作用在主减速器主动齿轮上的当量转矩见下式5：黑龙江工程学院本科生毕业设计21313333332223111max)100(.)100()100()100(1001tRgRiRtgitgitgiedzfiffiffiffifTT33331656060502240.8 3.92.5 2.7716 1.971.4 80.7100100100100100171.0374 N m其中： -发动机最大转矩maxeT-变速器在各挡的使用率，参考文献5的表 3-14 选取iRiiiffff.,321-变速器各挡的传动比gRgggiiii.,321-变速器在各挡时发动机转矩利用率，参考文献5的表 3-41 选取tRtttffff.,321其中，为变速器处于第 i 档时的发动机转矩maxeeiTiTTfeiT所以主动锥齿轮的当量转矩为=171.0374 NmdzTT 1该齿轮齿面宽中点的分度圆直径md主动齿轮有： (3-16)221sinRmmFdd=204.6-40 sin65.653=168.16从动齿轮有： (3-17)222Finddm=244.4-40 sin80.183=204.6 mm 最后解得 ； 2452N1FN 20152F式(3-16)与(3-17)中：从动齿轮齿面宽F从动齿轮节锥角2黑龙江工程学院本科生毕业设计223.4.2 锥齿轮的轴向力和径向力计算1. 轴向力主动齿轮： (3-18)cossinsin(tancos1FFaz 2452tan16 sin9.817sin35 cos9.817cos351877.5 N从动齿轮： (3-19)cossinsin(tancos2FFac 2015tan16 sin80.183sin35 cos80.183cos353082.7 N2. 径向力：主动齿轮： (3-20)sinsincos(tancos1FFRz 2452tan16 cos9.817sin35 sin9.817cos35649.1 N从动齿轮： (3-21) )sinsincos(tancos2FFRc 2015tan16 cos80.183sin35 sin80.183cos357412.7 N上述的 4 式中：锥齿轮的法向压力角 16；螺旋角 35：节锥角主动轮为 9.817从动轮为 80.1833.4.3 锥齿轮轴的轴径选择当锥齿轮齿面所受的圆周力、轴向力与径向力计算确定后，根据主减速器轴承的黑龙江工程学院本科生毕业设计23布置尺寸，即可求出轴承所受的载荷。主动锥齿轮轴的材料选用 40Cr钢，调质处理。由文献13查表 7-1 得材料的强度极限 =700MPa；查表 7-12 得 =65MPa Bb1=45MPa。 由材料力学可知，轴受转矩作用时，其强度条件为可以推出轴所满足条件的最小直径： (3-22) 3minnPcdT3600010027.52125mm其中 c 由文献13的表 7-11 中取得 c=100；n 分别为发动机的额定功率和转TP速，其值由表 2-1 中可得。即取=30 mm。 mind由装配关系可以得出最小直径的位置是安装导向轴承的，所以确定导向轴承的型号为 31306 的圆锥滚子轴承。再根据小齿轮轴和差速器的设计，小齿轮轴的轴承选用的圆锥滚子轴承的型号为 32007，差速器轴承选用的圆锥滚子轴承型号为 3221611。3.4.4 锥齿轮轴承载荷的计算较远处轴承的载荷8,11：径向力： (3-23)2121)5 . 0()(1maZRZAdFbFbFaR 2212452 45649.1 450.5 1877.5 168.161451168.9 N轴向力： AA= =1877.5 NazF较近处轴承的载荷径向力： (3-24)2121)5 . 0()(1maZRZBdFcFcFaR 2212452 190649.1 1900.5 1877.5 168.161453752.8 N黑龙江工程学院本科生毕业设计24轴向力： AB=0式(3-23)-(3-24)中：a=145mm;b=45mm;c=190mm则较远处轴承的当量载荷Q1= (3-25)YAXR 其中对于单列圆锥滚子轴承，当e 时，X=0.4；Y 值及判断参数 e 参考轴承手册或产品样本RA此设计中=e=0.546 时，X=0.4；Y=0.54RA9 .11685 .1877tan5 . 1所以0.4 1168.90.54 1877.52494.07QN此时对于 31306 型轴承，由文献13可查的它的额定动载荷 c=52.5kN，则轴承的寿命 (3-26)(60106QfcfnLpth10/36100.90 52.5 100060 367.251.5 2494.0721274.5h式中：温度系数，取 0.90tf载荷系数，对于车辆，可取=1.2-1.8，此设计取 1.5pfpf寿命指数，滚子轴承取 10/3n轴承的计算转速： ramrvn66. 2=2.66 50/0.36215=367.25 r/min轮胎的滚动半径rr黑龙江工程学院本科生毕业设计25汽车的平均行驶速度，km/h；对于轿车取为 50-55km/h；对于载货汽车amv和公共汽车可取为 30-35km/h同理，较近处轴承选用 32007 型，它的当量载荷 Q2=1168.9 N，额定动ARc=43.2KN此时此轴承的寿命=40760h。hL由参考文献5可知轴承的额定寿命 (3-27)amhvsL 300000600050h式中：s汽车的大修里程，km .小排量乘用车及客、货车的大修里程一般 15 万 km以上，大修寿命较低；排量较大的乘用车，总质量较大的货车、客车大修里程一般在30 万 km 以上，大修寿命较长；总质量大的货车在使用质量良好的柴油机时，大修寿命可达到(50-80)万 km。根据车型此设计选用 30 万 km1所以=6000 h。从上可知设计的齿轮符合要求。hL3.5 主减速器齿轮的材料及热处理汽车驱动桥主减速器的工作相当繁重，与传动系其他齿轮比较，它具有载荷大、作用时间长、载荷变化多、带冲击等特点。其损坏形式主要有齿板弯曲折断、齿面疲劳点蚀(剥落)、磨损和擦伤等。据此对驱动桥齿轮的材料及热处理应有以下要求：1(1)具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度以及较好的齿面耐磨性，故齿表面应有高的硬度；(2)轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下轮齿根部折断；(3)钢材的锻造、切削与热处理等加工性能良好，热处理变形小或变形规律性易控制，以提高产品质量、减少制造成本并降低废品率；(4)选择齿轮材料的合金元素时要适应我国的情况。例如，为了节约镍、铬等我国发展了以锰、钒、硼、钛、钼、硅为主的合金结构钢系统。汽车主减速器和差速器圆锥齿轮与双曲面齿轮目前均用渗碳合金钢制造。常用的钢号有 20CrMnTi，22CrMNmo，20CrNiMo，20MnVB 和 20Mn2TiB。黑龙江工程学院本科生毕业设计26用渗碳合金钢制造齿轮，经渗碳、淬火、回火后，轮齿表面硬度可高达HRC5864，而芯部硬度较低，当端面模数 m8 时为 HRC2945，当 m58时，为 1.01.4mm；m8 时，为 1.21.6mm。所以此设计中的渗碳层深度为 1.0mm由于新齿轮润滑不良，为了防止齿轮在运行初期产生胶合、咬死或擦伤，防止早期磨损，圆锥齿轮与双曲面齿轮副(或仅大齿轮)在热处理及精加工(如磨齿或配对研磨)后均予以厚度为 0.0050.0100.020mm 的磷化处理或镀铜、镀锡。这种表面镀层不应用于补偿零件的公差尺寸，也不能代替润滑。对齿面进行喷丸处理有可能提高寿命达 25%。对于滑动速度高的齿轮，为了提高其耐磨性可进行渗硫处理。渗硫处理时的温度低，故不会引起齿轮变形。渗硫后摩擦系数可显著降低，故即使润滑条件较差，也会防止齿轮咬死、胶合和擦伤等现象产生。3.6 主减速器的润滑主减速器及差速器的齿轮、轴承以及其他摩擦表面均需润滑，其中尤其应注意主减速器主动锥齿轮的前轴承的润滑，因为其润堵不能靠润滑油的飞溅来实现。为此，通常是在从动齿轮的前端近主动齿轮处的主减速壳的内壁上设一专门的集油槽，将飞溅到壳体内壁上的部分润滑油收集起来再经过进油孔引至前轴承圆锥滚子的小端处，由于圆锥滚子在旋转时的泵油作用，使润滑油由圆锥浪子的小端通向大端，并经前轴承前端的回油孔流回驱动桥壳中间的油盆中，使润滑油得到循环。这样不但可使轴承得到良好的润滑、散热和清洗，而且可以保护前端的油封不被损坏。为了保证有足够的润滑油能流进差速器，有的采用专门的导油匙。为了防止因温度升高而使主减速器壳和桥壳内部压力增高所引起的谓油，应在主减速器壳上或桥壳上装置通气塞，后者应避开油溅所及之处。加油孔应设置在加油方便之处，抽孔位置也决定了油面位置低处，但也应考虑到汽车在通过障碍时放油塞不易被撞掉1。根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互关系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的。例如，转弯时外侧车轮的行程总要比内侧的长。另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴黑龙江工程学院本科生毕业设计27将动力传给左右车轮，则会由于左右驱动车轮的转速虽相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。这不仅会使轮胎过早磨损、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移，易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮间都装有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学要求2。3.7 本章小结首先本章介绍了主减速器的结构型式有单级减速和双级减速两种，由于所给条件，我们选择了螺旋锥齿轮的单级减速，主动锥齿安放采用的是悬臂式，从动式锥齿轮采用骑马式。其次，我们进行了主减速器基本参数的选择，主要通过主减速比，我们计算出最低档传动、车轮打滑以及正常工作式的齿轮的计算载荷，并且根据这些计算载荷，我们选择确定了主减速器齿轮的基本参数，并将齿轮的参数制定了表格用于参考。然后，我们根据所选出来的齿轮参数，我们进行了螺旋锥齿轮的强度校核，计算出了单位齿长上的圆周力、轮齿的弯曲强度计算、轮齿的接触强度计算，最后证明所选择的圆弧锥齿轮的参数是满足本次设计所需。再次，我们对主减速器锥齿轮轴承进行校核，算出了锥齿轮轴承轴向力和径向力，确定了轴径，并计算了轴承上的载荷，算出了轴承的使用寿命，证明本次设计所选择的轴承型号是符合并满足所给条件的。最后，我们对主减速器的齿轮材料及其热处理方式进行选择，采用渗碳合金钢制造，并选择了主减速器的润滑方式。黑龙江工程学院本科生毕业设计28第 4 章 差速器设计汽车行驶学的要求和实际的车轮、道路及其相关关系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程常常是不相等的。在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右轮，则会由于左右驱动车轮的转速虽相等而行程却不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑移或滑转。最终不仅导致轮胎过早磨损，无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操作性变坏。为了消除由于左右驱动车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮之间都装有差速器，以保证汽车驱动桥两车车轮行程不等时能以相应的不同转速旋转，从而满足汽车行驶运动学的要求。 1轴承；2调整螺母；3,7差速器壳；4半轴齿轮垫片; 5半轴齿轮；6行星齿轮；8轴架；9长轴; 10行星齿轮止推片；11短轴图 4.1 差速器零件图本设计采用普通的对称式圆锥行星齿轮差速器。此种差速器由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2 个半轴齿轮，4 个行星齿轮(少数汽车采用 3 个行星齿轮，小型、微型汽车多采用 2 个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装 4 个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。如图 4.1 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计294.1 差速器齿轮基本参数选择1. 行星齿轮数目的选择1轿车常用 2 个行星齿轮，载货汽车和越野汽车多用 4 个行星齿轮，少数汽车采用3 个行星齿轮。此设计采用 2 个行星齿轮行星齿轮球面半径 RB(mm)的确定1圆锥行星齿轮差速器的尺寸通常决定于行星齿轮背面的球面半径 RB，它就是行星齿轮的安装尺寸，实际上代替了差速器圆锥齿轮的节锥距，在一定程度上表征了差速器的强度。 球面半径可根据经验公式来确定： (4-1)3jBBTKR 32.9325242.965mm式中：KB行星齿轮球面半径系数，KB=2.522.99，对于有 4 个行星齿轮的轿车和公路载货汽车取小值；对于有 2 个行星齿轮的轿车以及越野汽车、矿用汽车取最大值；取 KB=2.9计算转矩，Nm，取 3252 Nm。jTRB确定后，即可根据下式预选其节锥距：A0=(0.980.99) RB (4-2)本次设计中我们选用较大值 42.54mm行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择1为了得到较大的模数从而使齿轮有较高的强度，应使行星齿轮的齿数尽量少，但一般不应少于 10。此设计行星齿轮的齿数选 z1择 11半轴齿轮的齿数采用 1425。半轴齿轮与行星齿轮的齿数比多在 1.52 范围内。考虑到在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左、右两半轴齿轮的齿数 z2L、z2R之和，必须能被行星齿轮的数目 n 所整除，否则将不能安装。因此半轴齿轮的齿数选 z用20差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定1先初步求出行星齿轮和半轴齿轮的节锥角、：12黑龙江工程学院本科生毕业设计3028.81 (4-3) )/arctan(211zz)20/11arctan(61.19 (4-4)/arctan(122zz)11/20arctan(式中：z1、z2行星齿轮和半轴齿轮齿数。再根据下式初步求出圆锥齿轮的大端模数： (4-5)220110sin2sin2zAzAm4.1010/81.28sin54.422算出模数后，节圆直径 d 即可由下式求得： (4-6)mzd 行星齿轮节圆直径：1145.1mmmzd 10. 4半轴齿轮节圆直径：20 4.1082.0mmmzd 齿面宽的选择双曲面齿轮的轮齿面宽2(mm)推荐为：bz(0.2500.300)A0(0.2500.300)42.54 (4-6) 10.63512.762mm式中：d齿轮节圆直径，mm。并且1041Fmmm考虑到齿轮强度要求取 12mm。2. 压力角过去汽车差速器齿轮都选用 20压力角，这时齿高系数为 1，而最少齿数是13。目前汽车差速器齿轮大都选用 2230，的压力角，齿高系数为 0.8，最少齿数可减至 10，并且在小齿轮(行星齿轮)齿顶不变尖的条件下还可由切向修正加大半轴齿轮齿厚，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度。由于这种齿形的最少齿数比压力角为 20的少，故可用较大的模数以提高齿轮的强度。1此设计差速器齿轮大采用 2230的压力角，齿高系数取 0.8行星齿轮安装孔直径及其深度 L 的确定1 (4-7) 1 . 11030lnTc黑龙江工程学院本科生毕业设计3133252 1098 4 65.6 1.121.444mm 式中：T0差速器传递的转矩，3252 Nm；n行星齿轮数；2l为行星齿轮支承面中点到锥顶的距高，mm；，是半轴齿轮的齿25 . 0 dl 2d面宽中点的直径，而；220.8dd支承面的许用挤压应力，取为 98MPa。c行星齿轮安装孔的深度 L 就是行星齿轮在其轴上的支承长度。通常取1.1 21.44423.589 mm1 . 1L表 4.1 差速器齿轮的几何参数的计算5序号项目计算公式结果1行星齿轮齿数z1应尽量取小值,10112半轴齿轮齿数z2=1425,且需满足式(4-14)203模数m4.104齿面宽F=(0.250.30)A0; F10m125齿工作高hg=1.6m6.566齿全高h=1.788m+0.0517.38187压力角一般汽车:a=3022o22308轴交角o9090 o9节圆直径d1=mz1;d2=mz245.1；8210节锥角 ；; 211arctanzz122arctanzz或=90o-2128.81o ；61.19 o11节锥距Ao=2211sin2sin2dd46.79312周节t=3.1416m12.881黑龙江工程学院本科生毕业设计3213齿顶高mzzhhhhg212221370. 0430. 0;4.3381；2.221914齿根高221 1788. 1;788. 1hmhhmh2.9927；5.108915径向间隙051. 0188. 0mhhcg0.821816齿根角ooAhAh2211arctan;arctan3.6594；6.2309o17面锥角12022101;35.0409 ；64.849418根锥角222211;RR22.5791；57.530619外圆直径2220211101cos2;cos2hddhdd52.7023；84.141520节锥顶点至齿轮外缘距离2210211201sin2;sin2hdhd38.9094；43.902121理论弧齿厚mahhtSStstan)(2;2122112.3614；0.519622齿侧间隙B 0.13623弦齿厚26;26223222131121BdSSSBdSSS12.1386；0.451624弦齿高22222112114cos;4cos21dShhdShh5.0803；2.22234.2 差速器齿轮与强度计算汽车差速器齿轮的弯曲应力为：黑龙江工程学院本科生毕业设计33 (4-8)322 10smwvT KKKm n JFd 按计算转矩进行计算时：749.4MPa322 10smwvT KKKm n JFd 32 10975.6 0.6335 1.11 4.1 2 0.225 12 82749.4MPa 式中：T差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩，Nm；=975.6 nTTj/6 . 0n差速器行星齿轮数目；2J计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，见参考文献3图 4-11 查得为0.225按日常行驶平均转矩计算所得的汽车差速器齿轮的弯曲应力，应不大于210.9MPa；按计算转矩进行计算时，弯曲应力应不大于 980 MPa。从上可知设计的齿轮符合要求。4.3 锥形摩擦盘的设计为了充分利用个汽车的牵引力，保证转矩在驱动车轮件的不等分配以提高抗滑能力，创造出了各种类型的自锁式差速器。用以评定自锁式差速器性能的主要参数是它的锁紧系数。为了提高汽车的通过性，似乎是锁紧系数愈大愈好，但是过大的锁紧系数不但对汽车转向操纵的轻便灵活性、形式的稳定性、传动系的载荷、轮胎磨损和燃料消耗等，有不同程度的不良影响，而且无助于进一步提升驱动车辆的抗滑能力。因此在设计高通过性汽车时，应正确选择锁紧数值。在本论文中选择锥形摩擦盘式自锁差速器，其锁紧系数约为 2.5 左右。如下图所示：黑龙江工程学院本科生毕业设计341差速器左壳；2半轴齿轮；3行星齿轮；4行星齿轮轴；5V 形斜面；6差速器右壳；7锥形摩擦盘图 4.3 带摩擦片(盘)