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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
驅(qū)動橋作為汽車四大總成之一，它的性能好壞直接影響整車性能，而對于載貨汽車顯得尤為重要。當采用大功率發(fā)動機輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載貨汽車的快速、高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個高效、可靠的驅(qū)動橋。
本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一款用于輕型載貨貨車后驅(qū)動橋，設(shè)計中對驅(qū)動橋的主減速器、差速器進行了類型的分析、選擇、計算及校核。根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩、滾動半徑等重要參數(shù)，選擇最大及最小傳動比。結(jié)合運用汽車設(shè)計、汽車理論、機械設(shè)計、機械原理等知識，完成相關(guān)計算及校核，畫出裝配圖及零件圖。
在驅(qū)動橋的總成設(shè)計中，參考了一些國家相關(guān)標準，同時考慮到和其他汽車總成之間的協(xié)調(diào)，爭取做到滿足汽車使用要求的同時，能減少自身的重量，以減少制造成本。驅(qū)動橋個零件設(shè)計時，需要選取各種各樣的參數(shù)，參數(shù)的選擇是根據(jù)具體的條件來的，有些參數(shù)在樹上找不到相應(yīng)根據(jù)所以必須的選擇時根據(jù)具體的條件來的，有些參數(shù)在書上找不到，相應(yīng)的根據(jù)，所以必須查閱相關(guān)的工具書籍和資料，以保證設(shè)計的科學(xué)性和準確性。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋；軸荷分配；動力性；通過性；操作穩(wěn)定性；
ABSTRACT
Drive axle assembly of a vehicle one of the four, it directly affects the performance of vehicle performance, and is particularly important for the truck. When using large high-power engine output torque to meet the current truck's fast, efficient, cost-effective and necessary, must be with an efficient, reliable drive axle.
The design task is to design a light-laden truck used after the drive axle, drive axle design on the main gear box, differential for the type of analysis, selection, calculation and checking. Based on the maximum torque, the rolling radius and other important parameters, select the maximum and minimum transmission ratio. Combination of automotive design, automotive theory, mechanical design, mechanical principles of such knowledge, complete the relevant calculation and check, draw assembly drawings and part drawings.
In the drive axle assembly design, with reference to some of the relevant national standards, taking into account the assembly and coordination between other cars, and strive to achieve to meet automotive requirements, while reducing the weight of its own, in order to reduce manufacturing costs. Drive axle design of parts, need to select a variety of parameters, parameter selection is based on specific conditions, some parameters can not find the tree must be the appropriate choice according to specific conditions to, and some parameters can not find in the book, the corresponding basis, so the books must be access to relevant tools and information to ensure that the design of scientific and accurate.
Keywords: Drive axle; Axle load distribution; Dynamic; Through sex; Operational stability
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒 論 1
1.1選題的目的及意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3相關(guān)領(lǐng)域已有的研究成果 3
1.4設(shè)計的主要內(nèi)容 4
1.5設(shè)計的主要數(shù)據(jù) 4
第二章 主減速器的設(shè)計 6
2.1主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇 6
2.1.1主減速器的減速型式 6
2.1.2主減速器齒輪的類型的選擇 7
2.1.3主減速器主動錐齒輪的支承形式 9
2.1.4主減速器從動錐齒輪的支承形式及安置方法 10
2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算 11
2.2.1主減速器計算載荷的確定 11
2.2.2主減速器基本參數(shù)的選擇 13
2.2.3主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計算 17
2.2.4主減速器雙曲面齒輪的強度計算 25
2.2.5主減速器齒輪的材料及熱處理 30
2.3主減速器軸承的選擇 30
2.3.1計算轉(zhuǎn)矩的確定 30
2.3.2齒寬中點處的圓周力 31
2.3.3雙曲面齒輪所受的軸向力和徑向力 31
2.3.4主減速器軸承載荷的計算及軸承的選擇 32
2.4本章小結(jié) 37
第三章 差速器的設(shè)計 38
3.1差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 38
3.2對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 40
3.3對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 41
3.4對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計 41
3.4.1差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 41
3.4.2差速器齒輪的幾何計算 44
3.4.3差速器齒輪的強度計算 45
3.5本章小結(jié) 46
第四章 驅(qū)動半軸的設(shè)計 48
4.1半軸結(jié)構(gòu)形式的選擇 48
4.2全浮式半軸計算載荷的確定 50
4.3全浮式半軸的桿部直徑的初選 51
4.4全浮式半軸的強度計算 51
4.5半軸花鍵的計算 51
4.5.1花鍵尺寸參數(shù)的計算 51
4.5.2花鍵的校核 52
4.6本章小結(jié) 53
結(jié) 論 54
參考文獻 55
致 謝 56
附 錄 57
61
第一章 緒 論
1.1選題的目的及意義
通過對本課題的研究，了解關(guān)于驅(qū)動橋相關(guān)的知識。驅(qū)動橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當采用大功率發(fā)動機輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個高效、可靠的驅(qū)動橋本課題的設(shè)計主要保證汽車在給定的條件下具有良好的動力性和燃油經(jīng)濟性。根據(jù)給定參數(shù)設(shè)計驅(qū)動橋主減速器的減速形式，對驅(qū)動橋總體進行方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外，汽車驅(qū)動橋涵蓋大量的機械零件、部件等的（例如，主減速器、差速器以及各種齒輪等），因此驅(qū)動橋設(shè)計涉及的機械零部件及元件及為廣泛，通過對驅(qū)動橋的設(shè)計，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計與機械設(shè)的全面知識和技能。
隨著工業(yè)和國防現(xiàn)代化的發(fā)展，無論對公路運輸還是非公路運輸?shù)能囕v都提出了更高的要求。近年來，在交通建設(shè)和物流增長的推動下，中國的汽車市場進入空前的繁榮的時期。由于汽車的重型化和高速化，不僅對整車性能提出了更高的要求，對汽車驅(qū)動橋的性能要求也相應(yīng)提高。
汽車驅(qū)動橋具有產(chǎn)量大、品種多，對產(chǎn)品性能、壽命、質(zhì)量和成本等方面要求高的特點，因此，即使在設(shè)計和制造時考慮的很周密，也都必須通過試驗來檢測。通過試驗可以檢驗設(shè)計思想的正確與否，設(shè)計意圖能否實現(xiàn)，設(shè)計產(chǎn)品能否滿足使用要求以及是否達到國家標準、行業(yè)標準或者企業(yè)標準。由于汽車的工作條件復(fù)雜，汽車鎖設(shè)計的技術(shù)領(lǐng)域極為廣泛，許多理論問題研究得還不夠充分，因此，汽車試驗技術(shù)在汽車工業(yè)中有著極為重要的作用。汽車試驗是幫助人們深入了解汽車及其零部件再實際工況中各種故障的本質(zhì)及其規(guī)律，是推動汽車技術(shù)進步的極為重要的方法，是保證產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力的重要手段。
汽車生產(chǎn)過程中的檢測技術(shù)，作為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分，是監(jiān)督龍智生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。汽車生產(chǎn)過程的檢測不僅可以準確的判斷這些質(zhì)量性能指標和工藝技術(shù)參數(shù)是否打到設(shè)計要求，更重要的是用過檢測數(shù)據(jù)的分析處理，能夠正確判斷這些性能指標和技術(shù)參數(shù)失控的狀況和生產(chǎn)的原因。一方面可以通過檢測設(shè)備的信息反饋，對工藝設(shè)備及時調(diào)整來消除失控現(xiàn)象；另一方面也為產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計部門采取有效的改進措施消除失控現(xiàn)象，提供可靠的科學(xué)依據(jù)，從而達到保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定生產(chǎn)過程的目的。盡管產(chǎn)品的高質(zhì)量是制造過程中實現(xiàn)的，但從某種角度出發(fā)，仍然可以說，沒有檢測就沒有產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，一個國家或企業(yè)的檢測技術(shù)水平，是國家或企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的集中體現(xiàn)和反映。
雖然國外汽車檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到較高的階段，但是國內(nèi)的汽車檢測可以說是剛剛起步，對于驅(qū)動橋綜合性能的檢測，國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一的標準和試驗方法，因此，制定適應(yīng)多種型號驅(qū)動橋的試驗方法，開發(fā)可以實現(xiàn)不同型號驅(qū)動橋的在線檢測系統(tǒng)既有重要的額意義
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前國產(chǎn)驅(qū)動橋在國內(nèi)市場占據(jù)了絕大部分份額，但仍有一定數(shù)量的車橋依賴進口，國產(chǎn)車橋與國際先進水平仍有一定差距。國內(nèi)車橋唱的差距主要體現(xiàn)在設(shè)計和研發(fā)能力上，目前有研發(fā)能力的車橋廠家還不多，一些廠家僅僅停留在組裝階段。實驗設(shè)備也有差距，比如工程車和牽引在行駛過程中，齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是不同的，國外先進的實驗設(shè)備能夠模擬這種狀態(tài)，二我國現(xiàn)在還在摸索中。
在具體工藝細節(jié)方面，我國和世界水平的差距還比較大，歸根接地后橋的功用是承載和驅(qū)動。這兩方面，近年來出現(xiàn)了一些新的變化。另外，在結(jié)構(gòu)方面，單機驅(qū)動橋的使用比例越來越高；技術(shù)方面，輕量化、舒適性的要求將逐步提高。總固體而言，現(xiàn)在汽車向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展的趨勢，要求車橋向輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低生產(chǎn)成本。
驅(qū)動橋涵蓋大量的機械零件、部件, 例如，主減速器、差速器、半軸、橋殼以及各種齒輪等。
汽車主減速器是汽車驅(qū)動橋中的主要總成結(jié)構(gòu)之一，是汽車傳動系最主要的傳動部件，主要由主減速器殼體、主減速器螺旋錐齒輪副和差速器總成組成。其功用是（1）降速增距；（2）改變旋轉(zhuǎn)方向90度；（3）滿足汽車轉(zhuǎn)彎及在不平路面上行駛時，左右驅(qū)動輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；（4）產(chǎn)生驅(qū)動力。除此之外，主減速器的功能在于當變速器處于最高檔位時，使汽車有足夠的牽引力，適當?shù)淖罡哕囁俸土己玫娜加徒?jīng)濟性。驅(qū)動橋按結(jié)構(gòu)分為整體式驅(qū)動橋（采用非獨立懸架）和斷開式驅(qū)動橋（采用獨立懸架）。按參加減速傳動的齒輪數(shù)目分為單級式主減速器（中小型車）和雙級式主減速器（中大型車）。按主減速器傳動比檔數(shù)分為單速式和雙速式。按齒輪副結(jié)構(gòu)形式分（1）圓柱齒輪式：（2）行星齒輪式：（3）圓錐齒輪式：（4）準雙曲面齒輪式。
在現(xiàn)代汽車的主減速器上，應(yīng)用最廣泛的齒輪型式是“格里森”（Gleason）制或“奧利康”（Oerlikon）制螺旋錐齒輪或雙曲面?zhèn)鲃?。在雙級主減速器中，通常還加一對圓柱齒輪（多為斜齒圓柱齒輪，也有的采用直齒或人字行齒圓柱齒輪）或一組行星齒輪。在輪邊減速器中常采用普通的平行軸式布置的一對外嚙合斜齒圓柱齒輪傳動或行星齒輪傳動。
現(xiàn)代汽車上的差速器通常按其工作特性分為齒輪式差速器和放滑差速器兩大類。
（1）齒輪式差速器：當左右驅(qū)動輪存在轉(zhuǎn)速差時，差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。這種差速器轉(zhuǎn)矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當汽車在壞路上行駛時，卻嚴重影響通過能力。例如當汽車的一個驅(qū)動輪陷入泥濘路面是，雖然另一驅(qū)動輪在良好路面上，汽車卻往往不能前進（俗稱打滑）。此時在泥濘路面上的驅(qū)動輪原地滑轉(zhuǎn)，在良好路面上的車輪卻靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪與路面之間的附著力較小，路面只能通過此輪對半軸作用較小的反作用力矩，因此差速器分配給此輪的轉(zhuǎn)矩也較小，盡管另一驅(qū)動輪與良好路面間的附著力較大，但因平均分配專局的特點，使這一驅(qū)動輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪等量的轉(zhuǎn)矩，以致驅(qū)動力不足以克服行駛阻力，汽車不能前進，而動力則消耗在滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪上。此時加大油門不僅不能使汽車前進，反而浪費燃油，加速肌腱磨損，尤其使輪胎磨損加劇。有效的解決辦法是：挖掉滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪下的稀泥或由此輪下墊干土、碎石、樹枝、干草等。
（2）防滑差速器：為提高汽車在壞錄上的通過能力，某些越野汽車及高級轎車上裝置防滑差速器。防滑差速器的特點是，當一側(cè)驅(qū)動輪在壞路上滑轉(zhuǎn)是，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩給在良好路面上的驅(qū)動輪，以充分利用這一驅(qū)動輪的附著力來產(chǎn)生足夠的驅(qū)動力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。
1.3相關(guān)領(lǐng)域已有的研究成果
主減速器中的差速器總成是實現(xiàn)汽車行駛、保證汽車良好通過性的關(guān)鍵部件，對主減速器傳動性能的研究也主要集中在差速器性能的研究及其性能檢測上。要提高汽車的通過性，就必須加大轉(zhuǎn)矩在兩側(cè)驅(qū)動輪的不等分配。王建華等對限滑差速器的結(jié)構(gòu)類型、主要性能和評價方法進行了分析和總結(jié)，并通過試驗得到了差速器傳動效率、鎖緊系數(shù)和轉(zhuǎn)矩分配等主要參數(shù)的性能曲線。張敦良專門研究了粘性式限滑差速器轉(zhuǎn)矩特性，分析了粘性式限滑差速器的特性，建立了粘性式限滑差速器轉(zhuǎn)矩輸出特性的數(shù)學(xué)模型，分析影響轉(zhuǎn)矩輸出地因素，并通過差速器臺架試驗對差速器的實際的轉(zhuǎn)矩輸出特性進行了實驗驗證。靳立強等設(shè)計了導(dǎo)球式限滑差速器，分析了這種差速器的結(jié)構(gòu)和性能，并將其和其他的限滑差速器在結(jié)構(gòu)和性能上做了比較。王立華等研究一種新型高摩擦式防滑差速器的運動性能和力學(xué)性能，分析了摩擦片式防滑差速器的結(jié)構(gòu)、動力傳遞路線，建立了運動學(xué)分析模型和力學(xué)分析模型，給出了差速器運動過程中的速度關(guān)系以及這種差速器內(nèi)摩擦力矩的計算公式。張鵬對粘性式限滑差速器的性能做了進一步的研究，從動力學(xué)角度出發(fā)，建立了裝有限滑差速器的整車動力學(xué)模型，研究了限滑差速器的整車性能的影響，并通過整車試驗，研究了裝有普通差速器和限滑差速器對整車性能的影響，并通過整車試驗，研究了裝有普通差速器和限滑差速器的整車性能，從而驗證了限滑差速器的性能及其優(yōu)越性。尹繼瑤，李宗研究了牙嵌式自由輪差速器，分析了結(jié)構(gòu)特點和工作原理，并對牙嵌式差速器的運動學(xué)和動力學(xué)模型進行了研究。李軍等對多軸驅(qū)動車輛的差速器進行了研究，，建立了多軸驅(qū)動車輛的多自由度運動模型，分行了差速器在閉鎖和正常工作兩種狀態(tài)下汽車的操縱穩(wěn)定性能。王忠會等研究了行星齒輪式橋間差速器，分析了差速器的傳動原理、差速特性和扭矩分配特性，通過力學(xué)分析和運動學(xué)分析模型，說明這種差速器可明顯提高全輪驅(qū)動汽車的形式通過性能。
通過上述文獻可以看出，防滑差速器等高摩擦差速器是差速器發(fā)展的重點，其搞摩擦、高內(nèi)摩擦力矩和良好的轉(zhuǎn)矩分配性能是普通的對稱式行星車輪差速器無法相比的，但是普通的對稱式行星車輪差速器在國內(nèi)汽車行業(yè)中仍占據(jù)重要的市場，國內(nèi)對這方面的研究還比較少。在大型客車尤其是大型載貨汽車中，主減速器傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，差速器的內(nèi)摩擦力矩較大，分析對稱式行星齒輪差速器的性能，開發(fā)可以實現(xiàn)差速性能檢測的試驗系統(tǒng)仍然有著重要的意義。
1.4設(shè)計的主要內(nèi)容
本設(shè)計為載貨汽車后驅(qū)動橋的設(shè)計與研究，要求完成
1. 主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動橋橋殼和差速鎖的結(jié)構(gòu)形式選擇
2. 主減速器的參數(shù)選擇與設(shè)計計算
3. 差速器與差速鎖的設(shè)計與計算
4. 半軸的設(shè)計與計算
5. 驅(qū)動橋殼的受力分析及強度計算
6. 利用CAD繪制裝配圖和零件圖
1.5設(shè)計的主要數(shù)據(jù)
整車性能參數(shù)
（1） 驅(qū)動形式 6х2后輪
（2） 軸距 3950mm
（3） 輪距前/后 1690/ 1586
（4） 整車質(zhì)量 5110kg
（5） 額定載荷質(zhì)量 1995kg
（6） 前懸/后懸 1080/1960
（7） 最高車速 90km/時
（8） 發(fā)動機型號 YN38CR CY4102-C3C
（9） 最大功率/最大轉(zhuǎn)速 88Kw/2800rpm
（10） 最大轉(zhuǎn)矩 102N.M
（11） 車輪滾動半徑 390mm
第二章 主減速器的設(shè)計
2.1主減速器的結(jié)構(gòu)型式的選擇
主減速器的結(jié)構(gòu)型式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速型式的不同而異。
2.1.1主減速器的減速型式
主減速器的減速型式分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。
(1)單級主減速器
如圖2.1所示為單級主減速器。由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比i<7.6的各種中、小型汽車上。單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動的。
圖2.1單極主減速器 圖2.2雙級主減速器
(2)雙級減速
如圖2.2所示為雙級主減速器。由兩級齒輪減速器組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大(7.6
0時可取=2.0；
（2.2）
——汽車滿載時的總質(zhì)量在此取7105 .
所以由式（2.2）得：
即<0 所以=1.0
——該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目在此取1；
——傳動系上傳動部分的傳動效率，在此取0.9。
根據(jù)以上參數(shù)可以由(2.1）得：
（2）按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩
（2.3）
式中：
——汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷，在此取69629N，
——輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取=0.6；對越野汽車取=1.0；對于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級轎車取=1.25；在此取=0.6；
——車輪的滾動半徑為 0.390m；
，——分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和傳動比，取0.9，由于沒有輪邊減速器取1.0。
所以由公式（2.3）得:
（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
對于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定：
（2.4）
式中：
——汽車滿載時的總重量，在此取69629N;
——所牽引的掛車滿載時總重量，但僅用于牽引車的計算；
——道路滾動阻力系數(shù)，對于載貨汽車可取0.015~0.020；在此取0.015；
——汽車正常行駛時的平均爬坡能力系數(shù)，對于載貨汽車可取0.05~0.09在此取0.05；
——汽車的性能系數(shù)在此取0；
，——分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅(qū)動車輪之間的傳動效率和傳動比，取0.9，由于沒有輪邊減速器取1.0；
——該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目在此取1；
——車輪的滾動半徑，在此選用輪胎型號為7.50-16，滾動半徑為 0.394m。
所以由式（2.4）得：
2.2.2主減速器基本參數(shù)的選擇
（1）主、從動錐齒輪齒數(shù)和
選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素：
①為了磨合均勻，，之間應(yīng)避免有公約數(shù)；
②為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40；
③為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強度對于商用車一般不小于6；
④主傳動比較大時，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙；
⑤對于不同的主傳動比，和應(yīng)有適宜的搭配。
（2）從動錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
對于單級主減速器，增大尺寸會影響驅(qū)動橋殼的離地間隙，減小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。
可根據(jù)經(jīng)驗公式初選，即
（2.5）
——直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0；
——從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，，為和中的較小者取其值為7711.2；
由式（2.5）得：
初選=295 則齒輪端面模數(shù)
==43×6.86=294.98
（3）主，從動齒輪齒面寬的選擇。
齒面過寬并不能增大齒輪的強度和壽命，反而會導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過窄及刀尖圓角過小，這樣不但會減小了齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)力，還降低了刀具的使用壽命。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。另外，齒面過寬也會引起裝配空間減小。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強度會降低。
另外,由于雙曲面齒輪的幾何特性,雙曲面小齒輪齒面寬比大齒輪齒面寬要大。一般取大齒輪齒面寬=0.155=0.155294.98=45.72mm，小齒輪齒面寬=1.1=1.145.72=50.29mm
（4）小齒輪偏移距及偏移方向的選擇
載貨汽車主減速器的E值，不應(yīng)超過從從動齒輪節(jié)錐距的20%（或取E值為d的10%~12%，且一般不超過12%）。傳動比愈大則E值也應(yīng)愈大，大傳動比的雙曲面齒輪傳動，偏移距E可達從動齒輪節(jié)圓直徑的20％～30％。但當E大干的20％時，應(yīng)檢查是否存在根切。
E=(0.1~0.12) =(0.1~0.12)294.98=29.50~35.40mm
初選E=34mm
a b
c d
圖2.7 雙曲面齒輪的偏移方式
雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種，如圖2.7所示：由從動齒輪的錐頂向其齒面看去并使主動齒輪處于右側(cè)，這時如果主動齒輪在從動齒輪中心線上方時，則為上偏移，在下方時則為下偏移。其中a、b是下偏移，c、d是上偏移。雙曲面齒輪的偏移方向與其輪齒的螺旋方向間有一定的關(guān)系：下偏移時主動齒輪的螺旋方向為左旋，從動齒輪為右旋；上偏移時主動齒輪為右旋，從動齒輪為左旋。本減速器采用下偏移。
（5）螺旋角的選擇
雙曲面齒輪螺旋角是沿節(jié)錐齒線變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端螺旋角最小，齒面寬中點處的螺旋角稱為齒輪中點螺旋角。螺旋錐齒輪中點處的螺旋角是相等的。二對于雙曲面齒輪傳動，由于主動齒輪相對于從動齒輪有了偏移距，使主動齒輪和從動齒輪中點處的螺旋角不相等。且主動齒輪的螺旋角大，從動齒輪的螺旋角小。
選時應(yīng)考慮它對齒面重合度，輪齒強度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時嚙合的齒越多，傳動越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時效果最好，但過大，會導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器雙曲面齒輪大小齒輪中點處的平均螺旋角多為35°～40°。
主動齒輪中點處的螺旋角可按下式初選:
=++ （2.6）
--主動輪中點處的螺旋角，mm；
，——主、從動輪齒數(shù)；分別為8，43；
——雙曲面齒輪偏移距, 34mm；
——從動輪節(jié)圓直徑，294.98mm；
由式（2.6）得:
從動齒輪中點螺旋角可按下式初選:
——雙曲面齒輪傳動偏移角的近似值；
——雙曲面從動齒輪齒面寬為45.72mm；
=-=46.96°-=35.35°
、從動齒輪和主動齒輪中點處的螺旋角。
平均螺旋角 。
（6） 螺旋方向的選擇。
主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。如圖2.8所示，螺旋方向與雙曲面齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當變速器掛前進擋時，應(yīng)使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，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。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。
圖2.8 雙曲面齒輪的螺旋方向及軸向推力
（7）法向壓力角
加大壓力角可以提高齒輪的強度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，對于雙曲面齒輪，由于其主動齒輪輪齒兩側(cè)的法向壓力角不等，因此應(yīng)按平均壓力角考慮，載貨汽車選用22°30′或20°的平均壓力角，在此選用20°的平均壓力角。
2.2.3主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸計算
（1） 大齒輪齒頂角與齒根角
如圖2.9標準收縮齒和雙重收縮齒各有其優(yōu)缺點，采用哪種收縮齒應(yīng)按具體情況而定。雙重收縮齒的優(yōu)點在于能提高小齒輪粗切工序的效率。雙重收縮齒的輪齒參數(shù)，其大、小齒輪根錐角的選定是考慮到用一把使用上最大的刀頂距的粗切刀，切出沿齒面寬方向正確的齒厚收縮來。當大齒輪直徑大于刀盤半徑時采用這種方法是最好的，不是這種情況而要采用雙重收縮齒，齒高的急劇收縮將使小端的齒輪又短又粗。標準收縮齒在齒高方向的收縮好，但可能使齒厚收縮過多，結(jié)果造成小齒輪粗切刀的刀頂距太小。這種情況可用傾錐根母線收縮齒的方法或仔細選用刀盤半徑加以改善，即當雙重收縮齒會使齒高方向收縮過多，而標準收縮齒會使齒厚收縮過多時，可采用傾錐根母線收縮齒作為兩者之間的這種。
圖2.9（a）標準收縮齒和 （b）雙重收縮齒
大齒輪齒頂角和齒根角為了得到良好的收縮齒,應(yīng)按下述計算選擇應(yīng)采用采用雙重收縮齒還是傾錐根母線收縮齒。
①用標準收縮齒公式來計算及
（2.7）
（2.8）
（2.9）
（2.10）
（2.11）
（2.12）
（2.13）
（2.14）
（2.15）
由（2.7）與（2.15）聯(lián)立可得:
（2.16）
（2.17）
（2.18）
（2.19）
（2.20）
式中： ,——小齒輪和大齒輪的齒數(shù)；
——大齒輪的最大分度圓直徑,已算出為294.98mm；
——大齒輪在齒面寬中點處的分度圓半徑；
——在節(jié)錐平面內(nèi)大齒輪齒面寬中點錐距mm；
——大齒輪齒面寬中點處的齒工作高；
——大齒輪齒頂高系數(shù)取0.15；
——大齒輪齒寬中點處的齒頂高；
——大齒輪齒寬中點處的齒跟高；
——大齒輪齒面寬中點處的螺旋角；
——大齒輪的節(jié)錐角；
——齒深系數(shù)取3.7；
——從動齒輪齒面寬。
所以：
②計算標準收縮齒齒頂角與齒根角之和。
③ （2.21）
（2.22）
（2.23）
（2.24）由式（2.20）與（2.24）聯(lián)立可得:
（2.25）
——刀盤名義半徑,按表選取為114.30mm
——輪齒收縮系數(shù)
④當為正數(shù)時,為傾根錐母線收縮齒，應(yīng)按傾根錐母線收縮齒重新計算及。
⑤按傾根錐母線收縮齒重新計算大齒輪齒頂角及齒跟角。 （2.26）
（2.27）
（2.28）
（2.29）
由式（2.25）與（2.25）聯(lián)立可得:
（2.30）
（2.31）
——大齒輪齒頂高系數(shù)取0.15
——傾根錐母線收縮齒齒根角齒頂角之和
（2）大齒輪齒頂高
（2.32）
（2.33）
——大齒輪節(jié)錐距.
由式（2.31），（2.32）得：
（3）大齒輪齒跟高.
（2.34）
——大齒輪齒寬中點處齒跟高
由式（2.33）得：
（4）徑向間隙
（5）大齒輪齒全高
（6）大齒輪齒工作高
（7）大齒輪的面錐角
（8）大齒輪的根錐角
（9）大齒輪外圓直徑
（10）小齒輪面錐角
（11）小齒輪的根錐角
（12）小齒輪的齒頂高和齒根高
齒頂高:
齒根高；
表2.2 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸參數(shù)表
序 號
項 目
符號
數(shù)值
1
主動齒輪齒數(shù)
8
2
從動齒輪齒數(shù)
43
3
端面模數(shù)
6.86 mm
4
主動齒輪齒面寬
50.29 mm
5
從動齒輪齒面寬
45.72 mm
6
主動齒輪節(jié)圓直徑
54.88 mm
7
從動齒輪節(jié)圓直徑
294.98mm
8
主動齒輪節(jié)錐角
10.54°
9
從動齒輪節(jié)錐角
79.46°
10
節(jié)錐距
150.02mm
11
偏移距
34mm
12
主動齒輪中點螺旋角
46.96°
13
從動齒輪中點螺旋角
35.35°
14
平均螺旋角
41.16°
15
刀盤名義半徑
114.30mm
16
從動齒輪齒頂角
1.14°
17
從動齒輪齒根角
6.46°
18
主動齒輪齒頂高
6.86mm
19
從動齒輪齒頂高
1.6 mm
20
主動齒輪齒根高
5.31mm
21
從動齒輪齒根高
10.57mm
22
螺旋角
35°
23
徑向間隙
1.55mm
24
從動齒輪的齒工作高
10.62mm
25
主動齒輪的面錐角
16.86°
26
從動齒輪的面錐角
80.6°
27
主動齒輪的根錐角
9.21°
28
從動齒輪的根錐角
73.0°
29
最小齒側(cè)間隙允許值
0.175mm
2.2.4主減速器雙曲面齒輪的強度計算
在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，應(yīng)對其強度進行計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠性地工作。在進行強度計算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
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、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點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度不足而引起的過載折斷。折斷多數(shù)從齒根開始，因為齒根處齒輪的彎曲應(yīng)力最大。
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。如果最高應(yīng)力點的應(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。隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴大，最后導(dǎo)致輪齒部分地或整個地斷掉。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。
②過載折斷：由于設(shè)計不當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度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。此外，由于裝配的齒側(cè)間隙調(diào)節(jié)不當、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，往往會使一端（經(jīng)常是大端）沿斜向產(chǎn)生齒端折斷。各種形式的過載折斷的斷面均為粗糙的新斷面。
為了防止輪齒折斷，應(yīng)使其具有足夠的彎曲強度，并選擇適當?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。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。
（2）齒面的點蝕及剝落
齒面的疲勞點蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報廢齒輪的70%以上。它主要由于表面接觸強度不足而引起的。
①點蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。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而發(fā)展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點的現(xiàn)象就稱為點蝕。一般首先產(chǎn)生在幾個齒上。在齒輪繼續(xù)工作時，則擴大凹坑的尺寸及數(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。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤滑效果是提高抗點蝕的有效方法，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。在允許的范圍內(nèi)適當加大齒面寬也是一種辦法。
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蝕更深的凹坑。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。造成齒面剝落的主要原因是表面層強度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會引起齒面剝落。當滲碳齒輪熱處理不當使?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。
（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。它多出現(xiàn)在齒頂附近，在與節(jié)錐齒線的垂直方向產(chǎn)生撕裂或擦傷痕跡。輪齒的膠合強度是按齒面接觸點的臨界溫度而定，減小膠合現(xiàn)象的方法是改善潤滑條件等。
（4）齒面磨損
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。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。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)定的潤滑油并進行清洗是防止不正常磨損的有效方法。
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。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點蝕引起的剝落。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)。
2.實踐表明，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。汽車驅(qū)動橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tec和最大附著轉(zhuǎn)矩Tcs并不是使用中的持續(xù)載荷，強度計算時只能用它來驗算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。
主減速器雙曲面齒輪的強度計算
（1） 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
N／mm (2.35)
式中：P——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩 兩種載荷工況進行計算，N；
——從動齒輪的齒面寬，在此取42.76mm.
按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算時
N／mm （2.36）
式中： ——發(fā)動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取102；
——變速器的傳動比在此取15；
——主動齒輪節(jié)圓直徑，在此取54.88mm；
按式（2.35）得：
在現(xiàn)代汽車的設(shè)計中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長上的圓周力有時提高許用數(shù)據(jù)的20%～