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附 錄
附錄A
Heavy Off-Road Vehicle Drive Axle Of Breaking
The important thing is, in the great assembly at the end of the transmission. Its basic function is increased by the transmission shaft or directly by the torque, came to the torque distribution to left and right drive wheels, and make the right and left wheel drive car has required the kinematics differential function, While carrying the spring load and the car wheel, the frame of the body through suspension or integral to plumb-lines, longitudinal and transverse force and moment force, Also the biggest transfer transmission torque, still under the bridge housing reaction torque.
Drive structure and driving wheel is closely related to the suspension structure. When driving wheel using an independent suspension, using the broken open axles, When driving wheels adopt independent suspension, match with breaking drive axles, independent suspension. Look from exterior, independent suspension axles connectionless left and right of the whole bridge rigid driving wheel, shell is bridge housing, and other relative movement between. This bridge is installed in the middle frame or integral car transmission and driving wheel transmission device and part of the quality of the automobile suspension with belong to the quality and the side of the drive wheels with independent suspension of elastic component and frame or weak connection for cars. Therefore, one on either side of the drive wheels can independently, relative to the frame or cars do, swing, left, and right shaft corresponding requirements and their corresponding shell makes the corresponding swing. Cars drive by breaking the suspension, and the quality of small and independent suspension matching, can make the driving wheels of various earthing and adaptability, good roads that can greatly reduce the cars in the rough road impact and vibration during the body decreases wheel and axle tilt, the dynamic loads of vehicle, improve and enhance average speed, Reduce the damage, improve its components reliability and prolong its service life.
Based on the development of China's heavy independent suspension of six x 6 cross-country car cut off from the drive axles, for example, is insufficient, the development technology independent suspension drive axle of necessity and independent suspension drive axle of structural principle in aspects of heavy off-road vehicle drive with independent suspension of this development.
1 Domestic independent suspension drive technology situation
At present domestic independent suspension axles in cars, light off-road vehicle and JN252 8 x 8, etc ZhongDunWei military car has been applied and independent suspension heavy off-road vehicle axles technology is basically blank, Foreign independent suspension heavy off-road vehicle axles technology also only by American company, belarus, Minsk Sisu, Finland has TIMONEY company and Korea etc, and application scope of military and civilian limitations in some special models.
2 Develop independent suspension drive axle of necessity
In recent years, with independent suspension off-road vehicle market demand more and more widely. Restrict independent suspension off-road vehicle development is one of the key factors, thus breaking drive axles of the necessity of developing broken off.
2.1Military car development needs
Currently our extensive use of grade 6 x 6 type 7t SX2190 models is shaanxi automobile manufacturing factory using STEYR technology development of new generation rover, has good performance, and strong adaptability, good performance advantages over the past 20 years for national defense construction made great contribution. The truck with 8 x 8 upward-leading continuous casting.the JN2270 15t and capability of type x 8 August JN2300 type, the successful development of China's second DaiJun car development was at an end. In order to adapt to the needs of modern war, the third DaiJun car development was put on the agenda. Article DaiJun car features for independent suspension of high performance of motor vehicles. As its core technology is one of the big Hollywood drive shaft cut off, domestic blank, basic is dependence on imports, if do not accord with national also does not conform to the military.
2.2The basic needs of national construction
For many years, our national economy is developing rapidly, and infrastructure investment growth, hydroelectric power, oil field, mine, coal and other industries such as fire like tea. The industry is inseparable from the high quality, the high performance of transport vehicles, independent suspension off-road vehicle is among the top. However, these vehicles almost entirely on imports, spent a great deal of foreign exchange. To develop a replacement model is of great significance to meet the market demand.
3 Independent suspension structure theory. Drive axle of
China's heavy automobile group company with development and production status, independent development drive axle of the independent suspension 6 x 6 cross-country car drive shaft cut off big Hollywood. According to 6 x 6 independent suspension chassis design requirements, in this model adopted high transmission fault type axles. The first thing is to cut off to drive, high of double bridge for breaking through the medium-sized Bridges, rear axles turn for breaking steering of high axles. Three bridge are installed with gas control differential between the wheel lock differential, medium-sized Bridges across the bridge box installed with gas control differential between the lock shaft differential. Main reducer ratio for 1 2023, gear ratio for 4. 26 (belt wheel side filling put gas system, ABS), the total ratio 7.016, The medium-sized Bridges for Φ 180 input end tooth flanges, output for Φ 165 end flange, rear axle gears before the input for Φ 165 end tooth flange, Each shaft axis for jose 13t. This design is mainly in steyr drive technology based on the development and design, design thoughts and 6 x is 6, 8 x 8, 10 December 10, military USES 10 series assemblies, reduce the new design of special parts. 8 x 8 middle bridge, 10 assembly, 10, and 12 million spxillion structure types are similar. The new design two broken open bridge, front axle shell adopts the breakthrough in the shell, type of bridge, using the same type of the rear axle housing learnings. On the basis of that, left, right, two kinds of half axle and cover and spline set assembly, and on the reduction and bridge box shell and the local improvement. High technology to drive the corresponding design. Before using high to drive axle of bridge structure, thus make the box with the same drive axle of center distance of the bridge, i.e. input than the original structure of flange steyr 100mm up front axle and bridge, can satisfy the same height flange vehicle transmission Angle to decorate the small request. Before turning mainly by high drive axles, before breaking casting bridge in the middle of the disc brake, using the shell with the filling of the deflated wheelhub ball cage patterned assembly, universal shaft coupling assembly etc. And now the thing turn compared with has the following characteristics: ①Using steel bridge housing, good rigidity, high strength. ②Using steyr mature main reducer and axle box of bridge structure of the existing technology (without prior to drive axle box structure), improve cross the bridge reliability.③Using the ball cage patterned double gimbal couplings, can make the centerline of ball cage with to the center of the kingpin always in line with the wheels, reduce sliding wear.
4 conclusion
With independent suspension car of rapid development, large-tonnage breaking drive axle of development of necessity and urgency. It not only can greatly improve the car ride and mobility, also for automobile driving performance such as power, economy, and has a direct impact on the stability, etc. Both can satisfy the military modernization needs, also can meet the needs of the development of national economy, therefore has the important practical significance.
附 錄B
重型越野汽車斷開式驅(qū)動橋的研發(fā)
驅(qū)動橋是汽車的重要大總成 ,處于傳動系的末端。其基本功能是增大由傳動軸或直接由變速箱傳來的轉(zhuǎn)矩 ,將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動車輪 ,并使左、右車輪具有汽車行駛運動學(xué)所要求的差速功能 ;同時承載著汽車的簧上荷重及地面經(jīng)車輪、車架或承載式車身經(jīng)懸架給予鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩 ;還傳遞著傳動系中的最大轉(zhuǎn)矩 ,橋殼還承受著反作用力矩。
驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動車輪的懸架結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動車輪采用非獨立懸架時,采用非斷開式驅(qū)動橋;當(dāng)驅(qū)動車輪采用獨立懸架時,則配以斷開式驅(qū)動橋,即獨立懸架驅(qū)動橋。從外觀上看,獨立懸架驅(qū)動橋無連接左、右驅(qū)動輪的剛性整體橋殼,它的橋殼是分段的,且彼此之間可作相對運動。這種橋的中段安裝在車架或承載式車身上,并與傳動軸及一部分驅(qū)動車輪傳動裝置的質(zhì)量同屬于汽車的懸掛質(zhì)量,而兩側(cè)的驅(qū)動車輪則以獨立懸架的彈性元件與車架或車廂作弱性聯(lián)接。因此,兩側(cè)的驅(qū)動車輪可以彼此獨立地相對于車架或車廂做上、下擺動,相應(yīng)要求左、右半軸及其相應(yīng)外殼作相應(yīng)的擺動。汽車采用斷開式驅(qū)動橋,則非懸掛質(zhì)量小而且它又與獨立懸架相匹配,可使驅(qū)動輪接地情況及對各種路況適應(yīng)性較好,這樣便可大大減少汽車在不平路面上行駛時振動沖擊和車身的傾斜,減小車輪和車橋上的動載荷,提高汽車的行駛平順性,提高汽車平均行駛速度;減少零件的損壞,提高其可靠性并延長其使用壽命。
本文以中國重汽研制開發(fā)的獨立懸架6×6越野汽車的斷開式驅(qū)動橋為例,從驅(qū)動橋技術(shù)現(xiàn)狀的不足、開發(fā)獨立懸架驅(qū)動橋的必要性及獨立懸架驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)原理等方面對重型越野汽車用獨立懸架驅(qū)動橋的開發(fā)作以闡述。
1國內(nèi)獨立懸架驅(qū)動橋技術(shù)現(xiàn)狀
目前國內(nèi)獨立懸架驅(qū)動橋在轎車、輕型越野車及JN252 8×8等中噸位軍用車上得到了應(yīng)用,而獨立懸架重型越野汽車驅(qū)動橋技術(shù)基本上是空白;國外獨立懸架重型越野汽車驅(qū)動橋技術(shù)也只有美國美馳公司、白俄羅斯明斯克、芬蘭Sisu公司及韓國TIMONEY等具有,且應(yīng)用范圍局限于軍用及民用的一些特殊車型。
2開發(fā)獨立懸架驅(qū)動橋的必要性
近年來,對獨立懸架越野汽車的市場需求越來越廣。制約獨立懸架越野汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是斷開式驅(qū)動橋,因此開發(fā)斷開式驅(qū)動橋的必要性凸現(xiàn)。
2.1軍用汽車發(fā)展的需要
目前我軍大量使用的7t級6×6型SX2190車型是陜西汽車制造總廠利用STEYR技術(shù)研制的新一代越野車,具有動力性好、適應(yīng)性強、越野性能優(yōu)良等優(yōu)點,近20年來為國防建設(shè)作出了巨大貢獻。隨著載重12t的8×8型JN2270和載重15t的8×8型JN2300的研制成功,我國第二代軍車系列的開發(fā)便劃上了句號。為適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要,第三代軍車的開發(fā)便提上了日程。第三代軍車主要特點為獨立懸掛的高機動性能車輛。作為其核心技術(shù)之一的大軸荷斷開式驅(qū)動橋,國內(nèi)基本是空白,若依賴進口,既不符合國情也不符合軍情。
2.2國家基本建設(shè)的需要
多年來,我國的國民經(jīng)濟飛速發(fā)展,基建投資規(guī)模大幅增長,水電、油田、礦山及煤炭等行業(yè)更是如火如茶。這些行業(yè)都離不開高品質(zhì)、高性能的運輸車輛,獨立懸架越野汽車更是其中的佼佼者。但是,這些車輛幾乎全部依賴進口,花費了大量外匯。盡快開發(fā)出一種替代車型滿足市場需求意義重大。
3獨立懸架驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)原理
中國重型汽車集團公司結(jié)合開發(fā)生產(chǎn)驅(qū)動橋的現(xiàn)狀,自主開發(fā)了獨立懸架6×6越野汽車大軸荷斷開式驅(qū)動橋。根據(jù)6×6獨立懸掛底盤的設(shè)計要求,在該車型上采用了高位傳動斷開式驅(qū)動橋。其中前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋為斷開式高位轉(zhuǎn)向非貫通驅(qū)動橋,雙聯(lián)橋的中橋為斷開式貫通非轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋,后橋為斷開式轉(zhuǎn)向非貫通高位驅(qū)動橋。三個橋均裝設(shè)帶氣控差速鎖的輪間差速器,中橋過橋箱裝設(shè)帶氣控差速鎖的軸間差速器。主減速器速比為1. 647,輪邊減速器速比為4. 26(帶輪邊充放氣系統(tǒng)、ABS),總速比7.016;中橋的輸入端為Φ180端面齒法蘭,輸出端為Φ165端面齒法蘭,前、后橋的輸入端為Φ165端面齒法蘭;各軸軸荷均為13t。本次設(shè)計主要是在斯太爾驅(qū)動橋技術(shù)的基礎(chǔ)上進行開發(fā)設(shè)計,設(shè)計思想是和已有的6×6、8×8、10×10、12×10軍車所用總成形成系列,盡量減少新設(shè)計的專用件。橋中段總成8×8、10×10、12×10結(jié)構(gòu)類型均類同。新設(shè)計兩種斷開式橋殼,前橋采用非貫通式橋殼,中、后橋相同的采用貫通式橋殼。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計左、右兩種半軸及端蓋和花鍵套總成,并對主減殼和和過橋箱作了局部改進。同時對高位驅(qū)動橋技術(shù)進行了相應(yīng)的設(shè)計。前轉(zhuǎn)向高位驅(qū)動橋采用貫通橋的過橋箱結(jié)構(gòu),從而使該驅(qū)動橋跟貫通橋具有相同的中心距,即該橋的輸入法蘭比斯太爾前橋原結(jié)構(gòu)抬高了100mm,與貫通橋的法蘭高度相同,能滿足整車布置傳動軸夾角盡量小的要求。前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋主要由高位前驅(qū)動橋中段、斷開式鑄造橋殼、采用盤式制動器的帶中央充放氣構(gòu)的輪邊減速器總成、雙球籠等速萬向聯(lián)軸器總成等組成。與現(xiàn)用的轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋相比有以下特點:①采用鑄鋼橋殼,剛性好,強度高。②采用成熟的斯太爾主減速器及其貫通橋結(jié)構(gòu)的過橋箱技術(shù)(現(xiàn)有技術(shù)的前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋無過橋箱結(jié)構(gòu)),提高了整橋的可靠性。③采用自定心的雙球籠等速萬向聯(lián)軸器,可使球籠中心線與轉(zhuǎn)向主銷的中心線始終在一條線上,減少車輪滑移與磨損。
4結(jié)束語
隨著獨立懸架汽車的快速發(fā)展，大噸位斷開式驅(qū)動橋的開發(fā)具有現(xiàn)實的緊迫性和必要性。它不僅可以大大提高汽車的平順性與機動性,也對汽車的行駛性能如動力性、經(jīng)濟性、通過性、操縱穩(wěn)定性等有直接影響。既能滿足軍隊現(xiàn)代化建設(shè)需要,也能滿足國家經(jīng)濟發(fā)展的需要,因此具有重要現(xiàn)實意義。
7
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 驅(qū)動橋及輪邊減速器設(shè)計
專 業(yè)
學(xué) 號
學(xué) 生
指 導(dǎo) 教 師
答 辯 日 期 2010年12月29日
哈工大華德學(xué)院
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語
姓名： 學(xué)號： 專業(yè)：
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 驅(qū)動橋及輪邊減速器設(shè)計
工作起止日期 2010 年 10 月11日起 2010 年 12 月 29日止
指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）進行情況，完成質(zhì)量及評分意見：
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指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱：
評閱人評閱意見：
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評閱教師簽字：_______________ 評閱教師職稱：_______________
答辯委員會評語：
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根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：
學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定為：
對畢業(yè)設(shè)計（論文）的特殊評語：
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答辯委員會主任（簽字）： 職稱：________________
答辯委員會副主任（簽字）：
答辯委員會委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________
年 月 日
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
姓 名： 院 （系）：
專 業(yè)：汽 班 號： 任務(wù)起至日期：2010 年 10月 11 日至 2010 年 12 月 29 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 驅(qū)動橋及輪邊減速器設(shè)計
立題的目的和意義：1）通過對重型卡車底盤設(shè)計和研究，可以加深對汽車設(shè)計理論，汽車技術(shù)發(fā)展方向和汽車構(gòu)造的理解；提高自己的總體素質(zhì)，為進入社會后的工作奠定堅實的基礎(chǔ)。2）在進行產(chǎn)品設(shè)計時，需要參考原型車輛測繪、轉(zhuǎn)配、設(shè)計、驗證，通過這個過程，可以了解研發(fā)流程，在進入工作崗位后很快適應(yīng)研發(fā)工作。3）在進行性能研究時，需要掌握更深層的理論知識，進一步提高設(shè)計水平。
技術(shù)要求與主要內(nèi)容：1）選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。2）外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙，以滿足通過性要求。3）齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。4）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。5）具有足夠的強度和剛度，以承受和傳遞作用與路面和車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，以減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車行駛平順性。6）結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修、調(diào)整方便。
進度安排：
第1-2周（10月13日-10月22日）：收集資料，完成開題報告，完成總體設(shè)計方案并及時寫好畢業(yè)設(shè)計日志；10月22日開題檢查
第3-7周（10月23日-11月26日）：1、完成整體設(shè)計，材料的選擇和相關(guān)計算，完成所有草圖的繪制；2、11月19日指導(dǎo)教師進行中期檢查；3、11月26日全系中期檢查并及時寫好畢業(yè)設(shè)計日志。
第8-9周（11月27日-12月10日）：1、完成所有正式圖紙的繪制和論文草稿；2、12月10日結(jié)題檢查。
第10-11周（12月11日-12月16日）：1、對畢業(yè)設(shè)計論文的內(nèi)容、格式、英、漢文摘要、畢業(yè)論文等內(nèi)容進行修改，2、完成正式論文的裝訂；3、12月16日上交所有畢業(yè)設(shè)計相關(guān)材料。
第12周（12月17日-12月28日）：1、準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。2、12月28日答辯
同組設(shè)計者及分工：
指導(dǎo)教師簽字___________________
年 月 日
系（教研室）主任意見：
系（教研室）主任簽字___________________
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘 要
汽車后橋是汽車的主要部件之一，其基本的功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，再將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動車輪，并使左右驅(qū)動車輪具有汽車行駛運動所要求的差速功能:同時，驅(qū)動橋還要承受作用于路面和車架或承載車身之間的鉛垂力、縱向力，橫向力及其力矩。其質(zhì)量，性能的好壞直接影響整車的安全性，經(jīng)濟性、舒適性、可靠性。
本文認(rèn)真地分析參考了天龍重卡300雙驅(qū)動橋，在論述汽車驅(qū)動橋運行機理的基礎(chǔ)上，提練出了在驅(qū)動橋設(shè)計中應(yīng)掌握的滿足汽車行駛的平順性和通過性、降噪技術(shù)的應(yīng)用及零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化、產(chǎn)品的系列化等三大關(guān)鍵技術(shù)；闡述了汽車驅(qū)動橋的基本原理并進行了系統(tǒng)分析；根據(jù)經(jīng)濟、適用、舒適、安全可靠的設(shè)計原則和分析比較，確定了重型卡車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)形式、布置方法、主減速器總成、差速器總成、半軸、橋殼及輪邊減速器的結(jié)構(gòu)型式；并對制動器以及主要零部件進行了強度校核，完善了驅(qū)動橋的整體設(shè)計。
通過本課題的研究，開發(fā)設(shè)計出適用于裝置大馬力發(fā)動機重型貨車的雙級驅(qū)動橋產(chǎn)品，確保設(shè)計的重型卡車驅(qū)動橋經(jīng)濟、實用、安全、可靠。
關(guān)鍵詞： 驅(qū)動橋 主減速器 差速器 輪邊減速器
Abstract
Drive axle is one of the most important parts of automobile. The function is to increase the torque from drive shaft or from transmission directly, and then distribute it to left and right wheels which have the differential ability automobile needed when driving. And the drive axle has to support the vertical force, longitudinal force, horizontal force and their moments between road and frame or body. Its quality and performance will affect the security, economic, comfortability and reliability.
This article analyzes and refers to the drive axle of Tianlongtruck and the 300 drive axle of Hyundai seriously. Through the study of this topic, we can design the single driving axle devices that apply to the heavy truck with high-powered engine, and make sure the drive axle we design of heavy truck economic, practical, safe and reliable. On talking about the running principal of driving axle ,the three key techno ledge about vehicle traveling on the ride and through, and noise reduction technology applications and the standardization of parts, components of the universal, Products such as the serialization that we should master to meet, it describes and has a systematic analysis on the basic principles of viecle drive axle.
According to the design principles and analysis and comparison of economy, application, comfortability, safety and reliability , the heavy truck drive axle structure, layout ways, and the final drive assembly, differential assembly, the bridge case and axle structure can be determined; and the strength checking of brake parts, as well as major components improves overall design of the driving axle.
Through the study of this topic, we can design the single drive axle devices that apply to the heavy truck with high-powered engine, and make sure the drive axle we design of heavy truck economic, practical, safe and reliable.
Keywords: Heavy truck Drive axle Final drive Differential
目 錄
摘 要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I
Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II
第1章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
第2章 貫通橋主減速器設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1.1 主減速器的齒輪類型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1.2 主減速器的減速形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.1.3 主減速器主從動錐齒輪的支承方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
2.2 主減速器基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.2.1 主減速器齒輪計算載荷的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.2.2 錐齒輪主要參數(shù)的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
2.2.4 主減速器錐齒輪的強度計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2.2.5 主減速器軸承載荷的計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
2.3 主減速器齒輪的材料及熱處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
2.4 主減速器的潤滑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
2.5 本章小結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
第3章 貫通橋差速器設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
3.3.2 差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
3.3.3 差速器齒輪的強度計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
3.4 差速器齒輪的材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
3.5 本章小結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
第4章 半軸及貫通軸的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
4.1 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
4.2 全浮式半軸的設(shè)計與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
4．2．1半軸的計算載荷的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
4.2.2半軸桿部直徑的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4.2.3半軸強度計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4.2.4花鍵軸的強度計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
4.3半軸材料與熱處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
4.4 本章小結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
第5章 輪邊減速器設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
5.1 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
5.2 輪邊減速器各參數(shù)的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
5.3 設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
5.4 輪邊減速器各齒輪強度校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
5.5 本章小結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
結(jié) 論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
致 謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
-49-
第1章 緒論
汽車的驅(qū)動后橋位于傳動系的末端，其基本功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，再將轉(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動所要求的差速功能;同時，驅(qū)動后架或承載車身之間的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩。
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。與獨立懸架相配合的斷開式驅(qū)動橋相對與非獨立懸架配合的整體式驅(qū)動橋在平順性和通過性方面都得到改進。
驅(qū)動橋是汽車傳動系統(tǒng)中主要總成之一。驅(qū)動橋的設(shè)計是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好環(huán)。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?。?
(6) 對傳動件應(yīng)進行良好的潤滑，傳動效率要高；
(7) 結(jié)構(gòu)簡單，拆裝調(diào)整方便。
隨著科技的發(fā)展，汽車行業(yè)也越來越被重視，重型汽車的工作條件也越來越惡劣。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。
第2章 貫通橋主減速器設(shè)計
2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式
主減速器可根據(jù)齒輪類型、減速形式及主、從動齒輪的支撐形式不同分類。
2.1.1 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。
雙曲面齒輪傳動的特點是主從動齒輪的軸線相互垂直但不相交，且主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線向上或向下偏移一距離E，稱為偏移距，如圖2-1所示。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。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。這對于增強支承剛度、保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。雙曲面齒輪的偏移距使得其主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。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。主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的。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度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。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。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高至175％。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(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。當(dāng)要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪更為合理。因為如果保持兩種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≥4.5的傳動有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動比小于2時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。
圖2-1 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，強度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。
2.1.2 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。
單級(或雙級)主減速器附輪邊減速器，礦山、水利及其他大型工程等所用的重型汽車，工程和軍事上用的重型牽引越野汽車及大型公共汽車等，要求有高的動力性，而車速則可相對較低，因此其傳動系的低檔總傳動比都很大。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。這就導(dǎo)致了一些重型汽車、大型公共汽車的驅(qū)動橋的主減速比往往要求很大。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。這樣以來，不僅使驅(qū)動橋中間部分主減速器的輪廓尺寸減小，加大了離地間隙，并可得到大的驅(qū)動橋減速比(其值往往在16~26左右)，而且半軸、差速器及主減速器從動齒輪等零件的尺寸也可減小。
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。
2.1.3 主減速器主從動錐齒輪的支承方案
1. 主動錐齒輪的支承
現(xiàn)在汽車主減速器主動錐齒輪的支承型式有以下兩種，懸臂式與騎馬式如圖2-2所示。
懸臂式齒輪一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。為了增強支承剛度，應(yīng)使兩軸承支承中心間的距離齒輪齒面寬中點的懸臂長度大兩倍以上，同時比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，并使齒輪軸徑大于等于懸臂長。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，從而增強支承剛度。
圖2-2 主減速器主動齒輪的支承形式及安置方法
（a）懸臂式支承 （b）騎馬式支承
騎馬式支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承的1／30以下．而主動錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至1/5~1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。
重型汽車主減速器主動齒輪都是采用騎馬式支承。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。
2. 從動錐齒輪的支承
主減速器從動錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在軸承之間的分布即載荷離兩端軸承支承中心間的距離c和d之比例而定。為了增強支承剛度，支承間的距離（c+d）應(yīng)盡量縮小。然而，為了是從動錐齒輪背面的支承凸緣有足夠的位置設(shè)置加強筋及增強支承的穩(wěn)定性，距離（c+d）應(yīng)不小于從動錐齒輪節(jié)圓直徑的70％。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。為了是載荷能盡量均勻分布在兩軸承上，并且讓出位置來加強從動錐齒輪聯(lián)接凸緣的剛度，應(yīng)盡量使尺寸c不小于尺寸d。
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)輔助支承（圖2-3）。輔助支承與從動錐齒輪背面之間的間隙，應(yīng)保證當(dāng)偏移量達(dá)到允許極限，即與從動錐齒輪背面接觸時，能夠制止從動錐齒輪繼續(xù)偏移。主、從動齒輪在載荷作用下的偏移量許用極限值，如圖2-4所示。
圖2-3 從動錐齒輪輔助支承 圖2-4 主從動錐齒輪的許用偏移量
2.2 主減速器基本參數(shù)選擇與計算載荷的確定
2.2.1 主減速器齒輪計算載荷的確定
1. 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tce
從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩Tce
Tce= （2-1）
式中：Tce—計算轉(zhuǎn)矩，；
Temax—發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；Temax =1500；
n—計算驅(qū)動橋數(shù)，2；
if—變速器傳動比，if=1；
i0—主減速器傳動比，i0=3.12；
η—變速器傳動效率，取η=0.9；
k—液力變矩器變矩系數(shù)，K=1；
Kd—由于猛接離合器而產(chǎn)生的動載系數(shù)，Kd=1；
i1—變速器最低擋傳動比，i1=12.11；
代入式（2-1），有：
Tce=1×1500×1×12.11×1.×3.12×0.9=8174.25
主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩T=7742.51
2. 按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩
（2-2）
式中 ——汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷，后橋所承載127400N的負(fù)荷；
——輪胎對地面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用車，取=0.85；對于越野汽車取1.0；對于安裝有專門的防滑寬輪胎的高級轎車，計算時可取1.25；
——車輪的滾動半徑，在此選用輪胎型號為GB516-82 9.0～20，則車論的滾動半徑為0.57m；
，——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；
所以==38376
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：
（2-3）
式中：——汽車滿載時的總重量，25400N；
——所牽引的掛車滿載時總重量，392000N，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0.016
——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0.07；
——汽車的性能系數(shù)在此取0；
——主減速器主動齒輪到車輪之間的效率；
——主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比；
n——驅(qū)動橋數(shù)。
所以：
==18687.70
2.2.2 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)和、從動錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、主從動錐齒輪齒面寬和、中點螺旋角、法向壓力角等。
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卡車一般不小于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。
根據(jù)以上要求，這里取=9 =37，能夠滿足條件：+=46〉40
2. 從動錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
對于雙級主減速器，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
（2-4）
——直徑系數(shù)，一般取13.0～15.3；
——從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，，為Tce和Tcs中的較小者。
所以 =（13.0～15.3）=14.0×=280
初選=280
則=/=280/37=7.57
參考《機械設(shè)計手冊》選取 8，則=296
根據(jù)=來校核=8選取的是否合適，其中=（0.3～0.4）
此處，=0.35×=8.21，因此滿足校核條件。
3. 主、從動錐齒輪齒面寬和
錐齒輪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。
對于從動錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用：
=0.155296=46
一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，通常使小齒輪的齒面比大齒輪大10%，在此取=54
4. 中點螺旋角
弧齒錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，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。
汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°～40°，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取37°。
5. 螺旋方向
主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。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。當(dāng)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。
6. 法向壓力角
法向壓力角大一些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，并使齒輪的端面重合度下降。對于弧齒錐齒輪這里取а＝20°。
7. 偏心距
E值過大將使齒面縱向滑動過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；E值過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動的特點。一般對于乘用車和總質(zhì)量不大的商用車，E<0.2D；且E<40%A；對于總質(zhì)量較大的商用車，E<（0.1~0.12）D，且E<20%A。另外，主傳動比越大，則E也越大，但應(yīng)保證齒輪不發(fā)生根切。E=20%D=50。
2.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算
表2-1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算用表
序號
項 目
計 算 公 式
計 算 結(jié) 果
1
主動齒輪齒數(shù)
９
2
從動齒輪齒數(shù)
３７
3
模數(shù)
８
4
齒面寬
=54mm
=46mm
5
工作齒高
12.8mm
6
全齒高
=14.4mm
7
法向壓力角
=20°
8
軸交角
EMBED Aquation.3 =90°
9
節(jié)圓直徑
=
72mm
=296mm
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=13.67°
=76.33°
11
節(jié)錐距
A==
A=152.54mm
12
周節(jié)
t=3.1416
t=25.13mm
續(xù)表2-1主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計算用表
序號
項 目
計 算 公 式
計 算 結(jié) 果
13
齒頂高
=6.4㎜
14
齒根高
=
=8㎜
15
徑向間隙
c=
c=1.6mm
16
齒根角
=3.01°
17
面錐角
；
=16.68°
=79.34°
18
根錐角
=
=
=10.66°
=73.32°
19
外圓直徑
=
=84.43mm
=299mm
20
節(jié)錐頂點止齒輪外緣距離
=146.49mm
=29.78mm
21
理論弧齒厚
=18.73mm
=6.4mm
2.2.4主減速器錐齒輪的強度計算
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(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(dāng)、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(dāng)?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(dāng)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(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。
（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）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。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(fù)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)。因此，驅(qū)動橋齒輪的許用彎曲應(yīng)力不超過210.9N／mm。
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)。
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：
(2-5)
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。
按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算時：
（2-6）
式中：——發(fā)動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取1500
——變速器的傳動比12.11
——主動齒輪節(jié)圓直徑54 mm
——從動齒輪齒面寬46mm
按上式等于10969.2N／mm
按最大附著力矩計算時：
（2-7）.
式中：——汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷，對于后驅(qū)動橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時的負(fù)荷增加量，在此取127400N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85；
——輪胎的滾動半徑0.57m。
按上式等于9066.58N／mm。
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%～25%。經(jīng)驗算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。
3. 輪齒的彎曲強度計算
汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為
（2-8）
式中：——該齒輪的計算轉(zhuǎn)矩為8174.25N·m；
——超載系數(shù)；在此取1.0；
——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1.0；
——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，＝1.00～1.10式式支承時取1.10～1.25。支承剛度大時取最小值；
——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取1.0；
——計算齒輪的齒數(shù)；
——端面模數(shù)；
——計算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)?！ ?
載荷作用點的位置、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。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。按圖五選取小齒輪的＝0.225，大齒輪＝0.195。
按上式＝173 N/< 210.3 N/
=199.7 N/<210.3 N/
所以主減速器齒輪滿足彎曲強度要求。
4. 輪齒的表面接觸強度計算
錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為
(2-9)
式中：——主動齒輪的計算轉(zhuǎn)矩；
——材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6/mm；
——齒輪的齒面寬54；
，，——見前式的說明；
——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)驗的情況下，可取1.0；
——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）。一般情況下，對于制造精確的齒輪可取1.0；
——計算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)）。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。取0.225
按上式=1679 〈1750 N/
主、從動齒輪的齒面接觸應(yīng)力相等。所以均滿足要求。
5. 貫通橋一級圓柱斜齒輪參數(shù)的運算
（1）選擇齒輪數(shù):Z1=Z2=23
大、小齒輪均選-45鋼，采用軟齒面。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。
（2）齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
= （2-10）
=1836538.4×12.11×0.93×0.98=2135975.72
式中:：－傳遞的轉(zhuǎn)矩,N．mm；
－傳動比
－軸承效率，取=0.98
－齒輪傳動效率取=93％
(3)初選載荷系數(shù) =1.6
(4)取齒寬系數(shù) =0.8
(5)彈性系數(shù) =189.8
(6)齒數(shù)比 u=1
(7)由公式 = (2-11)
得端面重合度
=
=1.6
(8)由公式 =0.138=0.138×0.8×38×=0.89
(9)重合度系數(shù)=0.82
(10)螺旋角系數(shù) =0.99
(11)許用接觸應(yīng)力由式:
算得接觸疲勞極限應(yīng)力:
(12)小、大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為：
==.1.56×10
(13)壽命系數(shù) =1.0 (允許有局部點蝕)
(14)安全系數(shù) =1.0
=
（15)初選齒輪分度圓直徑
(2-12)
==147.2
（16）計算載荷系數(shù) 使用系數(shù)
齒輪線速度如下式:
(2-13)
==10
動載荷系數(shù)1.2
齒向載荷分布系數(shù) 1
齒間載荷分配系數(shù) 1.4
故:
（17）確定模數(shù) m=d/z=3.87=4
（18）計算傳動尺寸中心距
（2-14）
==152
取：d1=d2=155mm
（19）修正螺旋角
==11.29
6. 斜齒輪的強度計算
（1） 校核齒根彎曲疲勞強度：
、 、 、
重合度系數(shù) 螺旋角系數(shù)
（2）彎曲疲勞極限應(yīng)力：
壽命系數(shù) 安全系數(shù) 故：
因為經(jīng)過核算實用疲勞強度107.9＜許用應(yīng)力，所以 滿足彎曲疲勞強度。
2.2.5 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。設(shè)計時，通常是先根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)尺寸初步確定軸承的型號，然后驗算軸承壽命。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。
1. 錐齒輪齒面上的作用力
錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。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。
（1） 齒寬中點處的圓周力
齒寬中點處的圓周力為：
＝ (2-15)
式中：——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩；
——該齒輪的齒面寬中點處的分度圓直徑。
按上式主減速器主動錐齒輪齒寬中點處的圓周力=41.73KN
（2） 最齒輪的軸向力和徑向力
如圖2-5，主動錐齒輪螺旋方向為左旋，從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向為逆時針，F(xiàn) 為
作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點A處的法向力，在A點處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)分解成兩個相互垂直的力F和，F(xiàn)垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)圓母 線方向的力。F與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn)與之間的夾角為法向壓力角，這樣就有：
=Ftcos20cos37=55640 （2-16）
所以 Ft=55640
=55640×sin20 （2-17）
所以 Fn=19030
=20251.3 （2-18）
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：
=19030×sin20+20251.3 ×cos20=25538 （2-19）
=19030×cos20-20251.3×sin20=10956.35 （2-20）
圖2-5 主動錐齒輪齒面的受力圖
2. 主減速器軸承載荷的計算
軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時，還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向力的影響。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪的徑向力，圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。當(dāng)主減速器的齒輪尺寸，支承形式和軸承位置已確定，則可計算出軸承的徑向載荷。
對于采用跨置式的主動錐齒輪和從動錐齒輪的軸承徑向載荷，如圖所示：
圖2-6 主減速器軸承的布置尺寸
軸承A，B的徑向載荷分別為：
R= （2-21）
（2-22）
根據(jù)上式已知=25538N，=10956.35N，a=105mm ，b=35mm，c=70mm
所以軸承A的徑向力=13927.84N
其軸向力為0
軸承B的徑向力R=18027.35N
對于軸承A，只承受徑向載荷
所以有公式 (2-23)
式中:——為溫度系數(shù)，在此取1.0；
——為載荷系數(shù)，在此取1.2。
所以==3.28×10s
所以軸承能工作的額定軸承壽命：
(2-24)
式中: ——軸承的計算轉(zhuǎn)速。
有上式可得軸承A的使用壽命=6833h
若大修里程S定為100000公里，可計算出預(yù)期壽命即
= (2-25)
所以==3076.9 h
和比較，〉，故軸承符合使用要求。
2.3 主減速器齒輪的材料及熱處理
貫通式主減數(shù)器驅(qū)動橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動系的其它齒輪相比，具有載荷大，作用時間長，載荷變化多，帶沖擊等特點。其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對于驅(qū)動橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求：
(1) 具有較高的疲勞彎曲強度和表面接觸疲勞強度，以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度；
(2) 輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免輪齒折斷；
(3) 鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率；
(4) 選擇齒輪材料的合金元素時要適合我國的情況。
汽車主減速器用的螺旋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。在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi
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(dá)到58～64HRC，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)〉8時，為29～45HRC。
對于滲碳深度有如下的規(guī)定： 當(dāng)端面模數(shù)m≤5時， 為0.9～1.3mm
當(dāng)端面模數(shù)m>5～8時，為1.0～1.4mm
由于新齒輪接觸和潤滑不良，為了防止在運行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對研磨）后均予與厚度0.005～0.010mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。對齒面進行噴丸處理有可能提高壽命達(dá)25％。對于滑動速度高的齒輪，為了提高其耐磨性，可以進行滲硫處理。滲硫處理時溫度低，故不引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。
2.4 主減速器的潤滑
主減速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，其中尤其應(yīng)注意主減速器主動錐齒輪的前軸承的潤滑，因為其潤滑不能靠潤滑油的飛濺來實現(xiàn)。為此，通常是在從動齒輪的前端靠近主動齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，將飛濺到殼體內(nèi)壁上的部分潤滑油收集起來再經(jīng)過近油孔引至前軸承圓錐滾子的小端處，由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐滾子的下端通向大端，并經(jīng)前軸承前端的回油孔流回驅(qū)動橋殼中間的油盆中，使?jié)櫥偷玫窖h(huán)。這樣不但可使軸承得到良好的潤滑、散熱和清洗，而且可以保護前端的油封不被損壞。
2.5 本章小結(jié)
本章根據(jù)所給參數(shù)確定了主減速器計算載荷、并根據(jù)有關(guān)的機械設(shè)計、機械制造的標(biāo)準(zhǔn)對齒輪參數(shù)進行合理的選擇，最后對螺旋錐齒輪的相關(guān)幾何尺寸參數(shù)進行列表整理，并且對主動、從動齒輪進行強度校核。對主減速器齒輪的材料及熱處理，主減速器的潤滑給以說明。
第3章 貫通橋差速器設(shè)計
汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎時內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時，由于路面波形不同也會造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時不可避免地會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運動學(xué)要求。
差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動。差速器有多種形式，在此設(shè)計普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。
3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理
圖3-1 差速器差速原理
如圖所示，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構(gòu)。差速器殼3與行
星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6固連在一起，固為主動件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為和。A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心點為C，A、B、C三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。
當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一
半徑上的A、B、C三點的圓周速度都相等（圖3-1），其值為。于是==，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。
當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時（圖），嚙合點A的圓周速度為=+，嚙合點B的圓周速度為=-。于是+=（+）+(-)
即 + =2 （3-1）
若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則
（3-2）
式（3-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。
有式（3-2）還可以得知：①當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的