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摘 要
驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的重要組成部分，它主要由主減速器、差速器、半軸和橋殼等組成。其主要作用是降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩，以及實(shí)現(xiàn)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能，并且還要承受作用于路面與車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力等。
根據(jù)類似車型并參考《汽車設(shè)計(jì)》《汽車?yán)碚摗返葧_定了驅(qū)動(dòng)橋各部件的設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)車型為微型貨車，采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋、單級主減速器、對稱式錐齒輪差速器、全浮式半軸、整體鑄造式橋殼。在本次設(shè)計(jì)中完成了主減速器、差速器、半軸、橋殼及軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。利用MATLAB對差速器進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果差速器的體積減少16%。利用AutoCAD繪制了驅(qū)動(dòng)橋零件及總成的二維圖，利用SolidWorks軟件對驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行了三維建模。該驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造成本低。
關(guān)鍵詞：微型貨車，整體式驅(qū)動(dòng)橋，差速器優(yōu)化，SolidWorks三維建模
ABSTRACT
The drive axle is an important part of the automotive powertrain. It is mainly composed of the main reducer, differential, axle and axle housing. Its main role is to reduce the speed, increase the torque, and to achieve the required differential function of the vehicle kinematics, and also to withstand the vertical force, longitudinal force and lateral force acting between the road and the frame or body.
According to similar models reference "car design" "car theory" and other books to determine the design of the drive axle components. The design of this model is a mini-van, using a non-disconnected drive axle, a single-stage main reducer, a symmetric bevel gear differential, a full-floating axle shaft, and an integrally cast axle housing. In this design, the design, calculation and verification of the final reducer, differential, axle, axle housing and bearing were completed. Using MATLAB to optimize the differential, the result is a 16% reduction in the volume of the differential. The two-dimensional maps of the drive axle parts and assembly were drawn using AutoCAD, and the three-dimensional modeling of the drive axle was performed using SolidWorks software. The drive axle has a simple structure, reliable operation and low manufacturing cost.
Keywords: mini-truck，integral drive axle，differential optimization，SolidWorks 3D modeling
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.1.1 汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)要求 1
1.1.2 國內(nèi)外汽車驅(qū)動(dòng)橋發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法 2
第2章 汽車總體設(shè)計(jì) 3
2.1 汽車形式選擇 3
2.1.1 軸數(shù) 3
2.1.2 驅(qū)動(dòng)形式 3
2.1.3 布置形式 3
2.2 汽車主要參數(shù)選擇 4
2.2.1 汽車主要尺寸確定 4
2.2.2 汽車質(zhì)量參數(shù)確定 5
2.2.3 汽車性能參數(shù)確定 7
2.2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇及參數(shù)確定 9
2.3 輪胎的選擇 11
2.4 本章小結(jié) 11
第3章 驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)方案分析和選擇 12
3.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 12
3.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 12
3.3 本章小結(jié) 13
第4章 主減速器設(shè)計(jì) 14
4.1 主減速器結(jié)構(gòu)形式選擇 14
4.1.1 主減速器減速形式選擇 14
4.1.2 主減速器齒輪類型選擇 16
4.1.3 主減速器主從動(dòng)錐齒輪支撐方式選擇 17
4.2 主減速器齒輪計(jì)算與校核 19
4.2.1 主減速比確定 19
4.2.2 變速器傳動(dòng)比及各擋傳動(dòng)比確定 20
4.2.3 主減速器齒輪載荷確定 20
4.2.4 主減速器錐齒輪基本參數(shù)確定 22
4.2.5 主減速器弧齒錐齒輪幾何尺寸計(jì)算 25
4.2.6 主減速器弧齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 26
4.2.7 主減速器齒輪材料選擇及熱處理 30
4.3 主減速器軸承計(jì)算 31
4.4 錐齒輪軸承型號確定 35
4.5. 主減速器錐齒輪軸設(shè)計(jì) 38
4.5.1 主減速器錐齒輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 38
4.5.2 主減速器主動(dòng)齒輪軸的校核 38
4.6 主減速器的潤滑 42
4.7 本章小結(jié) 42
第5章 差速器設(shè)計(jì)及優(yōu)化 43
5.1 差速器結(jié)構(gòu)及形式選擇 43
5.2 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 44
5.2.1 行星齒輪數(shù) 44
5.2.2 行星齒輪球面半徑 44
5.2.3 行星齒輪與半軸齒輪參數(shù)確定 44
5.2.4 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的確定 45
5.2.5 壓力角 45
5.3 差速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 45
5.3.1 優(yōu)化函數(shù)設(shè)計(jì) 45
5.3.2 行星齒輪安裝孔直徑及深度確定 45
5.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 48
5.5 差速器齒輪材料選擇 49
5.6 本章小結(jié) 49
第6章 驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì) 50
6.1 半軸結(jié)構(gòu)形式選擇 50
6.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 50
6.2.1 半軸桿部徑確定 50
6.2.2 半軸的強(qiáng)度校核 51
6.3 半軸花鍵設(shè)計(jì)計(jì)算 51
6.3.1 半軸花鍵尺寸參數(shù)計(jì)算 51
6.3.2 半軸花鍵強(qiáng)度校核 52
6.4 半軸花鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇 52
6.5 本章小結(jié) 53
第7章 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 54
7.1 橋殼結(jié)構(gòu)形式選擇 54
7.2 橋殼的強(qiáng)度計(jì)算和校核 54
7.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 54
7.2.2 汽車在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 56
7.2.3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 57
7.2.4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 58
7.3 本章小結(jié) 60
第8章 驅(qū)動(dòng)橋三維建模 61
8.1 SolidWorks簡介 61
8.2 主減速器齒輪建模 61
8.3 差速器建模 63
8.4 驅(qū)動(dòng)橋整體建模 65
8.5 本章小結(jié) 66
第9章 結(jié)論 67
參考文獻(xiàn) 68
致 謝 69
附錄A：差速器優(yōu)化設(shè)計(jì)程序 70
89
XXXX學(xué)院XX設(shè)計(jì)
第1章 緒論
1.1 概述
驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的重要組成部分。它位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用首先是增扭、減速，改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，并允許左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪；其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。
汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對汽車的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動(dòng)橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。因此，通過對汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，能夠更好地掌握汽車與機(jī)械之間更為全面的知識(shí)。
1.1.1 汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
1、選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
2、外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性要求。
3、齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
4、在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。
5、具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或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、與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)；對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
7、結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝好，制造容易，維修、調(diào)整方便。
1.1.2 國內(nèi)外汽車驅(qū)動(dòng)橋發(fā)展現(xiàn)狀
目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)，采用后輪驅(qū)動(dòng)汽車的平衡性和操作性都將會(huì)有很大的提高。后輪驅(qū)動(dòng)的汽車加速時(shí)，牽引力將不會(huì)由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，司機(jī)就會(huì)感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費(fèi)用低也是后輪驅(qū)動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費(fèi)用將會(huì)有很大的差別。如果變速器出了故障，對于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車就不需要對差速器進(jìn)行維修，但是對于前輪驅(qū)動(dòng)的汽車來說也許就有這個(gè)必要了，因?yàn)檫@兩個(gè)部件是做在一起的。所以后輪驅(qū)動(dòng)必然會(huì)使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)研究的重點(diǎn)在于:?從橋殼的制造技術(shù)上尋求制造工藝先進(jìn)、制造效率高、成本低的方法；從齒輪減速形式上將傳統(tǒng)的中央單極減速器發(fā)展到現(xiàn)在的中央及輪邊雙級減速或雙級主減速器結(jié)構(gòu)；從齒輪的加工形式上車橋內(nèi)部的的主從動(dòng)齒輪、行星齒輪及圓柱齒輪逐漸采用精磨加工，以滿足汽車高速行駛要求及法規(guī)對于噪聲的控制要求。
總之，我國汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)與世界先進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，我國車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進(jìn)國外技術(shù)、紡制、再加上自已改進(jìn)的基礎(chǔ)上了取得的。個(gè)別比較有實(shí)力的企業(yè)，雖有自己獨(dú)立的研發(fā)機(jī)構(gòu)但都處于發(fā)展的初期。在科技迅速發(fā)展的推動(dòng)下，高新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，各種國外汽車新技術(shù)的引進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)自身研發(fā)能力的提高，我國的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)和制造會(huì)逐漸發(fā)展起來，并跟上世界先進(jìn)的汽車零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平。
1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法
本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及方法包括以下六個(gè)方面:
(1)驅(qū)動(dòng)橋和主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇；
(2)主減速器的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算及主減速齒輪強(qiáng)度校核；
(3)差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并利用MATLAB對差速器進(jìn)行優(yōu)化；
(4)半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
(5)驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核；
(6)CAD繪制裝配圖、零件圖；
(7)利用SolidWorks建立三維模型 。
第2章 汽車總體設(shè)計(jì)
2.1 汽車形式選擇
不同形式的汽車，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式以及布置形式上有區(qū)別。
2.1.1 軸數(shù)
汽車可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸。影響選取軸數(shù)的因素主要由汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對軸載質(zhì)量的限制和輪胎的負(fù)荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。
隨著設(shè)計(jì)汽車的乘員數(shù)增多或裝載質(zhì)量增加，汽車的整備質(zhì)量和總質(zhì)量也增大。在汽車軸數(shù)不變的情況下，汽車總質(zhì)量增加以后，使公路承受的負(fù)荷增加。當(dāng)這種負(fù)荷超過了公路設(shè)計(jì)的承載能力以后，公路會(huì)被破壞，使用壽命也將縮短。為了保護(hù)公路，有關(guān)部門制定了道路法規(guī)，對汽車的軸載質(zhì)量加以限制。當(dāng)所設(shè)計(jì)的汽車總質(zhì)量增加到軸荷不符合道路法規(guī)的限定值時(shí)，設(shè)計(jì)師可選擇增加汽車軸數(shù)來解決。汽車軸數(shù)增加以后，不僅軸，而且車輪、制動(dòng)器、懸架等相應(yīng)增多，使整車結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，整備質(zhì)量以及制造成本增加。若轉(zhuǎn)向軸數(shù)不變，汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑又增大，后軸輪胎的磨損速度也加快，所以增加汽車軸數(shù)是不得已的選擇?？傎|(zhì)量小于19t的商用車一般采用結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的兩軸方案?？傎|(zhì)量在19~26t的，一般采用三軸形式，總質(zhì)量更大的汽車宜采用四軸和四軸以上的形式[1]。由于本車的最大總質(zhì)量為3.1t，故采用兩軸式。
2.1.2 驅(qū)動(dòng)形式
汽車的驅(qū)動(dòng)形式有很4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8等，其中前一位數(shù)字表示汽車車輪總數(shù)，后一位數(shù)字表示驅(qū)動(dòng)輪數(shù)。汽車的用途、總質(zhì)量和對車輛通過性的要求等，是影響選取驅(qū)動(dòng)形式的主要因素。增加驅(qū)動(dòng)輪數(shù)能夠提高汽車的通過能力，驅(qū)動(dòng)輪數(shù)越多，汽車的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，整備質(zhì)量和制造成本也隨之增加，同時(shí)也使汽車的總體布置工作變得困難。乘用車和總質(zhì)量小些的商用車，多采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的4×2驅(qū)動(dòng)形式?？傎|(zhì)量在19~26t的公路用車輛，采用6×2或6×4驅(qū)動(dòng)形式。對于越野車，為提高其通過性，可采用4×4、6×6、8×8的驅(qū)動(dòng)形式[1]。本設(shè)計(jì)微型貨車采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的4×2后雙胎的驅(qū)動(dòng)形式。
2.1.3 布置形式
汽車的布置形式是指發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)橋和車身（或駕駛室）的相互關(guān)系和布置特點(diǎn)而言。汽車的使用性能除取決于整車和各總成的有關(guān)參數(shù)以外，其布置形式對使用性能也有很重要影響。本車采用平頭式貨車，發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
2.2 汽車主要參數(shù)選擇
汽車的主要參數(shù)包括尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和汽車性能參數(shù)。
2.2.1 汽車主要尺寸確定
汽車的主要參數(shù)有外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸、車頭長度和車廂尺寸等。
1、外廓尺寸
汽車的主要尺寸參數(shù)有外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸、貨車車頭長度和車廂尺寸等。
汽車的長、寬、高稱為汽車的外廓尺寸。影響確定汽車外廓尺寸的因素除法規(guī)和汽車的用途外，還有載客量或裝載質(zhì)量及涵洞和橋梁等道路尺寸條件。汽車長度尺寸小些不僅可以減少形式期間需要占用的道路長度，同時(shí)還可以增加車流密度，在停車時(shí)占用的停車面積也小。除此之外，汽車的整備質(zhì)量相應(yīng)減少，這對提高比功率，比轉(zhuǎn)矩和燃油經(jīng)濟(jì)性有利。
GB1589-1989汽車外廓尺寸限界規(guī)定如下：貨車、整體式客車總長不應(yīng)超過12m，單鉸接式客車不超過18m，半掛汽車列車不超過16.5m，全掛汽車列車不超過20m；不包括后視鏡，汽車寬不超過2.5m；空載、頂窗關(guān)閉狀態(tài)下，汽車高不超過4m；后視鏡等單側(cè)外伸量不得超過最大寬度處250mm；頂窗、換氣裝置開啟時(shí)不得超出車高300mm[1]。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并參考同類車型，本車的外廓尺寸如下：5300×1735 ×2050（mm）。
2、軸距
軸距L對整備質(zhì)量、汽車總長、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動(dòng)軸長度、縱向通過半徑等有影響。
原則上對發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車、載質(zhì)量或載客量多的貨車或客車，軸距取得越長。對機(jī)動(dòng)性要求高的汽車，軸距宜取短些。根據(jù)本車設(shè)計(jì)要求，汽車總質(zhì)量3000kg，參考表2-1，取軸距L=2800 mm。
表2-1 汽車的軸距和輪距
車型
類別
軸距L/mm
輪距B/mm
4x2貨車
1.8~6.0
2300~3600
1300~1650
6.0~14.0
3600~5500
1700~2000
3、前輪距和后輪距
改變汽車輪距B會(huì)影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化。受汽車總寬不得超過2.5m限制，輪距不宜過大。但在選定的前輪距范圍內(nèi)，應(yīng)能布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時(shí)轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運(yùn)動(dòng)間隙。在確定后輪距時(shí)，應(yīng)考慮車架兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度及它們之間應(yīng)留有必要的間隙。根據(jù)表2-1并參考同類型車。取前輪距，后輪距。
4、前懸和后懸
前懸尺寸對汽車通過性、碰撞安全性、駕駛員視野、前鋼板彈簧床度、上車和下車的方便性以及汽車造型等均有影響。初選的前懸尺寸，應(yīng)當(dāng)在保證能布置總成、部件的同時(shí)盡可能短些。
后懸尺寸對汽車通過性、汽車追尾時(shí)的安全性、貨箱長度或行李箱長度、汽車造型等有影響，并取決于軸距和軸荷分配的要求。總質(zhì)量在1.8~14.0t的貨車后懸一般在1200~2200mm之間。參考同類車型并根據(jù)本車特點(diǎn)確定前懸：=1200mm，后懸：=1300mm。
5、貨車車頭長度
貨車車頭長度系指從汽車的前保險(xiǎn)杠到駕駛室后圍的距離。車身形式，即長頭型還是平頭型對車頭長度有絕對影響。此外，車頭長度尺寸對汽車外觀效果、駕駛室居住性、汽車面積利用率和發(fā)動(dòng)機(jī)的接近性等有影響。
平頭型貨車一般在1400~1500mm之間。參考同類車型并根據(jù)本車特點(diǎn)確定本設(shè)計(jì)車頭長度為1450mm。
6、貨車車廂尺寸
對于能達(dá)到較高車速的貨車，使用過寬的車廂會(huì)增加汽車迎風(fēng)面積，導(dǎo)致空氣阻力增加。車廂內(nèi)長應(yīng)在滿足運(yùn)送貨物達(dá)到額定噸位的條件下盡可能取短些，以利于減小整備質(zhì)量。
根據(jù)本車設(shè)計(jì)和參考其他同類型貨車，取長為3.4mm。
2.2.2 汽車質(zhì)量參數(shù)確定
1、質(zhì)量系數(shù)
質(zhì)量系數(shù)是指汽車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，即。該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。
根據(jù)表2-2可知裝汽油機(jī)的貨車為0.80~1.10，則取=1.00。
表2-2 貨車的質(zhì)量系數(shù)
車型
參數(shù)
總質(zhì)量/t
貨 車
1.8
0.80~1.10
6.0<
1.20~1.35
14.0
1.30~1.70
注：裝柴油機(jī)的貨車為0.80~1.00。
2、整車整備質(zhì)量
整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時(shí)的整車質(zhì)量。由初始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可知貨車最大總質(zhì)量為12t即由式（2-1）可算得。
（2-1）
其中，為包括駕駛員及隨行人員數(shù)在內(nèi)的人數(shù)，應(yīng)等于座位數(shù)，本設(shè)計(jì)車輛準(zhǔn)載人數(shù)為2人，故=2。由上一小節(jié)可知，故。帶入數(shù)據(jù)解得整車整備質(zhì)量=1485kg。
3、汽車的載質(zhì)量
汽車的載質(zhì)量是指在硬質(zhì)良好路面上行駛時(shí)所允許的額定載質(zhì)量。由上一小節(jié)可知=1485kg。
4、軸荷分配
汽車的軸荷分配是指汽車在空載或滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各車軸對支撐平面的垂直負(fù)荷，也可以用占空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示。各類汽車的軸荷分配見表2-3。
表2-3 各類汽車的軸荷分配
車 型
滿載
空載
前軸
后軸
前軸
后軸
商
用
貨
車
后輪單胎
32%~40%
60%~68%
50%~59%
41%~50%
后輪雙胎，長、短頭式
25%~27%
73%~75%
44%~48%
51%~56%
后輪雙胎，平頭式
30%~35%
65%~70%
48%~54%
46%~52%
后輪雙胎
19%~25%
75%~81%
31%~37%
63%~69%
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用的是商用車后輪雙胎，平頭式。則取滿載時(shí)，前后軸分別為30%、70%。取空載時(shí)前后軸分別為48%、52%。
2.2.3 汽車性能參數(shù)確定
1、動(dòng)力性參數(shù)
汽車動(dòng)力性參數(shù)包括最高車速、加速時(shí)間t、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。
（1）最高車速 隨著道路條件的改善，特別是高速公路的修剪，汽車尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)排量大些的乘用車最高車速有逐漸提高的趨勢。乘用車的最高車速大于商用貨車和客車的最高車速。排量大些乘用車的最高車速要大于排量小些乘用車的最高車速?？傎|(zhì)量小些的商用貨車最高車速稍大于總質(zhì)量大些商用貨車的最高車速。不同車型的最高車速的范圍見表2-4。
表2-4 汽車動(dòng)力性參數(shù)范圍
汽 車 類 型
最高車速km/h
比功率kw/t
比轉(zhuǎn)矩N·m/t
貨 車
最大總質(zhì)量
/t
80~135
16~28
30~44
15~25
38~44
根據(jù)所設(shè)計(jì)的要求，貨車最大總質(zhì)量為3.1t，則最高車速在80~135之間，取=100km/h。
（2）加速時(shí)間t 汽車在平直的良好路面上，從原地起步開始以最大加速度加速到一定車速所用去的時(shí)間，稱為加速時(shí)間。對于最高車速>100km/h的汽車，加速時(shí)間常用加速到100km/h所需的時(shí)間來評價(jià)。對于低于100km/h的汽車，加速時(shí)間可用加速到60km/h所需的時(shí)間來評價(jià)。
（3）上坡能力 用汽車滿載時(shí)在良好路面上的最大坡度阻力系數(shù)來表示汽車的上坡能力。因乘用車、貨車、越野汽車的使用條件不同，對它們的上坡能力要求也不一樣。通常要求貨車能克服30%坡度，越野汽車能克服60%坡度。
（4）汽車比功率和比轉(zhuǎn)矩 比功率是汽車所裝發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定額定功率與汽車最大總質(zhì)量之比，即。它可以綜合反映汽車的動(dòng)力性，比功率達(dá)的汽車加速性能、速度性能要好于比功率小些的汽車。
比轉(zhuǎn)矩是汽車所裝發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比，=/。它能反映汽車的牽引能力。
2、燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)
汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性用汽車在水平的水泥或?yàn)r青路面上，以經(jīng)濟(jì)車速或多工況滿載行駛百公里的燃油消耗量（L/100km）來評價(jià)。該值越小燃油經(jīng)濟(jì)性越好。未來的發(fā)展趨勢是百公里燃油消耗量繼續(xù)減少，如正在研制的超經(jīng)濟(jì)型乘用車的目標(biāo)百公里燃油經(jīng)濟(jì)消耗量為3L/100km。貨車有時(shí)用單位質(zhì)量的百公里油耗量來評價(jià)，如表2-5所示。
表2-5 貨車單位質(zhì)量百公里燃油消耗量
總質(zhì)量/t
汽油機(jī)
柴油機(jī)
6~12
2.68~2.82
1.55~1.86
>12
2.50~2.60
1.43~1.53
3、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，汽車前外轉(zhuǎn)向輪輪轍中心在支承平面平面上的軌跡元直徑，成為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑。它是用來描述汽車轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性，是汽車轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑見表2-6。
表2-6 貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑
車 型
級 別
/m
商
用
貨
車
最大總質(zhì)量
/t
1.8
8.0~12.0
1.8<6.0
10.0~19.0
6.0<14.0
12.0~20.0
>14.0
13.0~21.0
4、通過性幾何參數(shù)
總體設(shè)計(jì)要確定的通過性幾何參數(shù)有：最小離地間隙、接近角、離去角、縱向通過半徑等。貨車的通過性參數(shù)視車型和用途而異，其范圍見表2-7。
表2-7 汽車通過性的幾何參數(shù)
車 型
/mm
/( °)
/( °)
/m
4×2貨車
180~300
40~60
25~45
2.3~6.0
4×4貨車、6×6貨車
260~350
45~60
35~45
1.9~3.6
根據(jù)上表中的范圍，可分別取最小離地間隙=200、接近角=50、離去角=30、縱向通過半徑=4.0。
5、操作穩(wěn)定性參數(shù)
（1）轉(zhuǎn)向特性參數(shù)為了保證有良好的操縱穩(wěn)定性，汽車應(yīng)具有一定程度的不足轉(zhuǎn)向。通常用汽車以0.4g的向心加速度沿定圓轉(zhuǎn)向時(shí)，前、后側(cè)偏角之差作為評價(jià)參數(shù)。此參數(shù)在1°~3°為宜。
（2）車身側(cè)傾角汽車以0.4g的向心加速度沿定圓等速行駛時(shí)，車身側(cè)傾角控制在3°以內(nèi)較好，最大不允許超過7°。
（3）制動(dòng)前俯角為了不影響乘坐舒適性，要求汽車以0.4g的減速度制動(dòng)時(shí)，車身的前俯角不大于1.5°。
6、制動(dòng)性參數(shù)
汽車制動(dòng)性是指汽車在制動(dòng)時(shí)，能在盡可能短的距離內(nèi)停車且保持方向穩(wěn)定，下長坡時(shí)能維持較低的安全車速并有一定坡道上長期駐車的能力。GB7258-1997《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全條件》中規(guī)定的路試檢驗(yàn)行車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)性能要求，列于表2-8中。
表2-8 路試檢驗(yàn)行車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)性能要求
車 輛 類 型
行 車 制 動(dòng)
應(yīng) 急 制 動(dòng)
制動(dòng)初車速（km/h）
制動(dòng)距離
/m
FMDD/(m/s)
試車道寬度/m
踏板力/N
制動(dòng)初車速（km/h）
制動(dòng)距離/m
FMDD/(m/s)
操縱力/N()
其他總質(zhì)量的汽 車
滿載
50
2.5
700
30
18
2.6
手600
腳700
空載
450
7、舒適性
汽車應(yīng)為乘員提供舒適的乘坐環(huán)境和方便的操縱條件，稱之為舒適性。其中，汽車行駛平順性常用垂直振動(dòng)參數(shù)評價(jià)，包括頻率和振動(dòng)加速度等，此外懸架動(dòng)撓度也用來作為評價(jià)參數(shù)之一。貨車的懸架動(dòng)撓度、靜撓度和偏振見表2-9。
表2-9 懸架的靜撓度、動(dòng)撓度和偏振n
車 型
參 數(shù)
靜撓度/mm
動(dòng)撓度/mm
偏振n/Hz
貨 車
50~110
60~90
1.5~2.2
2.2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇及參數(shù)確定
1、發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和相應(yīng)轉(zhuǎn)速
根據(jù)所設(shè)計(jì)汽車應(yīng)達(dá)到的最高車速(km/h),用式（2-2）估算發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
(2-2)
式中：—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率(kw)；
—傳動(dòng)效率，，為五擋變速器傳動(dòng)效率，為輔助變速器傳動(dòng)效率，為單級減速主減速器傳動(dòng)效率，為傳動(dòng)軸的萬向節(jié)傳動(dòng)效率；
—汽車總質(zhì)量3100kg；
g—重力加速度9.8m/s；
—滾動(dòng)阻力系數(shù)，對乘用車，對貨車取0.02，礦用自卸車取0.03，用代替，=100km/h，；
—空氣阻力系數(shù)，乘用車取0.30~0.35，貨車取0.80~1.00，客車取0.60~0.70，取=1；
A—汽車正面投影面積，A==1.7352.05=3.577。
把=0.86、=3100kg、g=9.8m/、=0.02、=100km/h、=1、A=3.577代入式（2-2）中，算得=73kw。
貨車還能根據(jù)同樣總質(zhì)量與同樣類型車輛的比功率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。查《汽車?yán)碚摗返谖灏鎴D3-1a）可得，當(dāng)汽車總質(zhì)量為3.1t時(shí)，對應(yīng)的汽車比功率為20kw/t，故。
綜上所述，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率為73kw。
最大功率對應(yīng)轉(zhuǎn)速的范圍如下：汽油機(jī)的在3000~7000r/min，因乘用車最高車速高，值多在4000r/min以上；總質(zhì)量小些的貨車的值在4000~5000r/min之間，總質(zhì)量居中貨車的值更低些。柴油機(jī)的值在1800~4000r/min之間。乘用車和總質(zhì)量小些的貨車用高速柴油機(jī)，值取在3200~4000r/min之間；總質(zhì)量大些的貨車的柴油機(jī)值在1800~2600r/min之間。由于本次設(shè)計(jì)的貨車總質(zhì)量為3100kg，故取值為5000r/min。
2、發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速
按式（2-3）計(jì)算
（2-3）
式中：—最大轉(zhuǎn)矩（）；
—轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，一般在1.1~1.3之間選取，取=1.1；
—為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（kw）；
—最大功率轉(zhuǎn)速（r/min）。
將=1.1、=74kw、=5000r/min代入式（2-3）算得。
根據(jù)以上計(jì)算得出的數(shù)據(jù)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的型號為五菱柳機(jī)LJ469Q-AE8，對應(yīng)的最大輸出功率=74kw、、=5000r/min。
2.3 輪胎的選擇
輪胎及車輪用來支撐汽車，承受汽車重力，在車橋（軸）與地面之間傳力，駕駛?cè)藛T經(jīng)操縱轉(zhuǎn)向輪可實(shí)現(xiàn)對汽車運(yùn)動(dòng)方向的控制。子午線輪胎的特點(diǎn)是滾動(dòng)阻力小、溫升低、胎體緩沖性能和胎面附著性能都比斜交輪胎要好，裝車后油耗低、耐磨損壽命長、高速性能好。因此，選擇子午線輪胎。
根據(jù)前面對軸荷的分配可知本車型為42后輪雙胎平頭式，滿載時(shí)前軸為30%，后軸為70%，則：
前軸單輪：
后軸單輪：
式中，=3100kg，n為汽車輪胎數(shù)。根據(jù)，選擇子午線輪胎，輪胎型號為185/65 R14，胎壓為320kpa，層數(shù)為6層,輪胎使用直徑480mm。
2.4 本章小結(jié)
對汽車的總體布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，并確定了一些所需要的參數(shù)，為后面驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)作出了鋪墊。本章中所設(shè)計(jì)出的汽車的參數(shù)都符合實(shí)際情況，故對于后續(xù)的內(nèi)容設(shè)計(jì)更為明了。
第3章 驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)方案分析和選擇
3.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、工作可靠、維修方便，所以廣泛用在各種載貨汽車、大型客車和公共汽車上。非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，主減速器、齒輪車速器和半軸安裝在空心鋼梁里面，這樣的話，驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪均屬簧下質(zhì)量，從而增大了簧下質(zhì)量，故而車橋要承受不平路面的沖擊載荷，從而不利于汽車的平順性、通過性和操縱穩(wěn)定性，這是其缺點(diǎn)。非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
圖3-1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
1-主減速器；2-套筒；3-差速器；4、7-半軸；5-調(diào)整螺母；6-橋殼
3.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋與非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的區(qū)別在于，斷開式驅(qū)動(dòng)橋沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪還可以相對與車架或車廂做上下擺動(dòng)。
所以這種驅(qū)動(dòng)橋有較高的通過性、平順性和乘坐舒適性，另外它基本上全是與獨(dú)立懸架相匹配，故又為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。那么在這種橋的中段，主減速器和差速器等是懸置在車架橫梁或車廂的底板上，或與脊梁式車架相連接，所以主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量，從而大大減少了簧下質(zhì)量。汽車懸架總成的類型及減震裝置的工作特性是影響汽車行駛平順性的主要原因，而簧下質(zhì)量的大小對其平順性也有顯著影響。由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋簧下質(zhì)量小，由于獨(dú)立懸架相匹配，致使車輪與地面的接觸情況和適應(yīng)各種地形路況較好，由此可大大減少汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車箱傾斜度，從而提高了汽車的行駛平順性和平均速度，減少了車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞。但是由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋及想配合的獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，故這種結(jié)構(gòu)主要用于對行駛平順性要求較高的部分轎車和越野車上。斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。
圖3-2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
綜上所述，考慮到所設(shè)計(jì)的是微型載貨汽車的載重和各種設(shè)計(jì)要求，故本設(shè)計(jì)采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
3.3 本章小結(jié)
分析非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋特點(diǎn)，確定了本設(shè)計(jì)采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
第4章 主減速器設(shè)計(jì)
4.1 主減速器結(jié)構(gòu)形式選擇
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安裝方法、齒輪類型以及減速形式的不同而不同。
4.1.1 主減速器減速形式選擇
主減速器的減速形式分為單級減速、雙級減速、雙數(shù)減速、單機(jī)貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速器等。
1、單級主減速器
如圖4-1所示為單級主減速器、由于單級主減速器結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低等的優(yōu)點(diǎn)，故而廣泛用在主加速比各種中小型汽車上。單級主減速器大部分是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪傳動(dòng)，當(dāng)然也有采用渦輪傳動(dòng)。
圖4-1 單級主減速器 圖4-2 雙級主減速器
2、雙級主減速器
如圖4-2所示為雙速主減速器，有兩級減速齒輪組成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大制造成本也較高，因此此主減速器主要用于主減速比在7.6~12，且采用單級主減速器不能滿足既定的主減速比的重型汽車上。
3、雙速主減速器
雙速主減速器主要用于載荷及道路狀況變化大、只用條件非常復(fù)雜和惡劣的重型載貨汽車。其中低速大傳動(dòng)比，主要用于車輛滿載并牽引車輛爬陡坡或通過壞路面時(shí)具有足夠的動(dòng)力性；高速小傳動(dòng)比，主要用于車輛在良好的硬質(zhì)路面高速行駛，從而保證其有良好的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)然也提高了車輛的適應(yīng)性。但因其增加了復(fù)雜結(jié)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)，從而加大了驅(qū)動(dòng)橋的質(zhì)量，提高了制造成本，因此，有時(shí)也被多擋變速器所取代。
4、單級貫通式主減速器
單級貫通式主減速器主要用于多橋驅(qū)動(dòng)汽車的貫通橋上，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單、主減速器尺寸緊湊、質(zhì)量較小，并可以使用后橋的大部分的零件，尤其是橋殼半軸等主要零件，所以其通用性較好。
5、雙級貫通式主減速器
主要用于傳動(dòng)比以上的中型汽車的貫通橋上。主要有錐齒輪-主齒輪式和圓柱齒輪-錐齒輪式兩種結(jié)構(gòu)形式。
其中，錐齒輪-圓柱齒輪雙級貫通式主減速器的特點(diǎn)是有較大的主減速比，其結(jié)構(gòu)的高度尺寸大，主動(dòng)錐齒輪的工藝性差，然而從動(dòng)錐齒輪有需要采用懸臂安裝，導(dǎo)致支撐剛度差、同時(shí)拆卸也不方便。
那么圓柱齒輪-錐齒輪式雙級貫通式主減速器它結(jié)構(gòu)緊湊、高度尺寸小，但是其第一級斜齒圓柱齒輪副的減速比較小，為此，在采用這種布置形式時(shí)的汽車，為了增大驅(qū)動(dòng)橋的減速比，須增加輪邊減速器。
6、單級（或雙級）主減速器附輪邊減速器
此類主減速器還是主要用于礦山、水利及其他大型工程等所有的重型載貨汽車上，還有工程和軍事上用的重型牽引越野汽車及大型公共汽車上等，要求有較高的機(jī)動(dòng)性，和較強(qiáng)的通過性，而車速可相對較低，所以其抵擋的傳動(dòng)比都比較大。在重型汽車、大型公共汽車的驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)時(shí)，為了使分動(dòng)器、減速器、車速器、傳動(dòng)軸等總成不因承受過大的轉(zhuǎn)矩而使他們的尺寸和質(zhì)量過大，應(yīng)將傳動(dòng)系的傳動(dòng)比盡可能多的分配給驅(qū)動(dòng)橋，從而會(huì)導(dǎo)致其主減速比要求會(huì)過大。當(dāng)其值>12時(shí)，就需采用單級（或雙級）主減速器附加輪邊減速器的結(jié)構(gòu)形式，將驅(qū)動(dòng)橋一部分減速比分給安裝在輪轂中間或輪邊減速器。從而這樣就減小了驅(qū)動(dòng)橋中部主減速器的輪廓尺寸、增加了離地間隙，還可得到大的驅(qū)動(dòng)橋減速比。但是加裝輪邊減速器的車橋會(huì)使驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本提高，因此只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)橋的主減速比大于12時(shí)才采用輪邊減速器。
綜上所述，由于本設(shè)計(jì)是微型載貨汽車，要求的傳動(dòng)比小于7，且由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單。質(zhì)量小、尺寸緊湊以及制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)采用單級主減速器驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)。
4.1.2 主減速器齒輪類型選擇
按照齒輪副的結(jié)構(gòu)形式分類，主減速器的齒輪傳動(dòng)可分為弧齒錐齒輪傳動(dòng)、雙曲面齒輪傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)（可分為軸線固定式齒輪傳動(dòng)和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動(dòng)也就是行星齒輪傳動(dòng)）和蝸桿渦輪傳動(dòng)等形式[1]，如圖4-3所示。
a）弧齒錐齒輪傳動(dòng) b）雙曲面齒輪傳動(dòng) c）圓柱齒輪傳動(dòng) d）蝸桿-渦輪傳動(dòng)
圖4-3 減速器齒輪傳動(dòng)形式
1、弧齒錐齒輪傳動(dòng)
弧齒錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線是相較于一點(diǎn)的，軸交角是可以任意選取的，但是大多數(shù)都是選擇軸交角為90度的布置方案。由于齒輪端面重疊的影響，在齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)至少是有兩對以上的齒輪同時(shí)嚙合參與傳動(dòng)，再加之齒輪不是在齒的全長上同時(shí)嚙合，而是逐漸由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的轉(zhuǎn)向另一端，因此，弧齒錐齒輪承受載荷大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音和振動(dòng)小，但其對嚙合的精度要求高，錐頂稍有不吻合就會(huì)使工作條件惡化，從而加劇此輪的磨損，噪音變大[1]。
2、雙曲面齒輪傳動(dòng)
雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：雙曲面齒輪傳動(dòng)時(shí)其主、從動(dòng)齒輪的軸線是不相較于一點(diǎn)，而是呈空間交叉，即主動(dòng)齒輪軸線相對于從動(dòng)齒輪軸線向上或向下偏移了一定的距離E，稱為偏移距[1]。當(dāng)偏移距達(dá)到一定的程度，就可以使一個(gè)齒輪軸從另一個(gè)齒輪軸旁通過，這樣可以在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸更加緊湊的支撐，從而可以增強(qiáng)支撐剛度、保證齒輪正常嚙合，以提高齒輪的壽命。
雙曲面齒輪的偏移距使得其主動(dòng)齒輪的螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃?dòng)齒輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不相等的。因?yàn)橹鲃?dòng)齒輪的端面模數(shù)大于從動(dòng)齒輪，這一情況就使得雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪比弧齒錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪有更大的直徑和剛好的剛度與強(qiáng)度。其增大的程度與偏移距有關(guān)。另外，由于雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑和螺旋角都比較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)弧齒錐齒輪大，從而降低了齒面間的接觸應(yīng)力。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(dòng)齒輪的螺旋角較大，還可減少不發(fā)生跟切的最小齒數(shù)，從而有利于增大傳動(dòng)比。當(dāng)要求傳動(dòng)比較大而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪傳動(dòng)比較合理。當(dāng)兩種傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑一樣時(shí)，則雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑要比弧齒錐齒輪的要小，這對于主減速比的傳動(dòng)有優(yōu)勢。當(dāng)傳動(dòng)比小于2時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪相對于螺旋錐齒輪就顯得過大，這是選用螺旋錐齒輪更加合理，因?yàn)楹笳呔哂懈蟮牟钏倨骼每臻g。
因?yàn)殡p曲面主動(dòng)齒輪螺旋角的增大，導(dǎo)致進(jìn)去嚙合的平均齒數(shù)增加，因而雙曲面齒輪傳動(dòng)要比螺旋錐齒輪傳動(dòng)更加平穩(wěn)、噪音更加低、強(qiáng)度也相應(yīng)增大。雙曲面齒輪還可以給汽車的總體布置帶來方便，如：“當(dāng)主減速器采用下偏置的雙曲面車輪時(shí)，可降低轎車傳動(dòng)軸的高度，從而可以降低車廂里面地板的高度，從而提高舒適性，并降低轎車的外形高度”。
3、圓柱齒輪傳動(dòng)
圓柱齒輪傳動(dòng)廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫直，且是前置前驅(qū)的乘用車驅(qū)動(dòng)橋上和雙級主減速器驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速器上。此時(shí)，齒輪皆應(yīng)采用斜齒輪，以增大重合度，使齒輪在嚙合傳動(dòng)時(shí)更加平穩(wěn)、噪音更加小。
4、蝸桿-渦輪傳
蝸桿-渦輪傳動(dòng)簡稱蝸輪傳動(dòng)。主要是用在有較大的傳動(dòng)比的載重汽車上，與其他齒輪傳動(dòng)相比較，她具有質(zhì)量及體積均較小、傳動(dòng)比大、工作穩(wěn)定、無噪音、便于布置在貫通式多級驅(qū)動(dòng)橋上，易于汽車的總體布置，還有結(jié)夠簡單、傳遞載荷大、使用壽命長 、拆卸方便、調(diào)整容易等有點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是：要用昂貴的有色金屬青銅，故而成本高，還有傳動(dòng)效率低。
綜上：基于本設(shè)計(jì)的是微型載貨汽車，傳動(dòng)比小于7，為中等傳動(dòng)比設(shè)計(jì)傳動(dòng)，故本設(shè)計(jì)采用弧齒錐齒輪傳動(dòng)。
4.1.3 主減速器主從動(dòng)錐齒輪支撐方式選擇
1、主動(dòng)錐齒輪的支撐
主減速器必須保證主、從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使他們彼此很好的工作。齒輪的正確嚙合，除了與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整以及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)外，還與齒輪的支撐剛度有關(guān)。
現(xiàn)代汽車主減速器主動(dòng)齒輪的支撐形式主要有以下兩種：
（1）懸臂式
圖4-4 懸臂支撐
如圖4-4所示，懸臂式支撐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在錐齒輪大端一側(cè)有較長的軸，并在上面安裝一對圓錐滾子軸承。為了改善支撐剛度，因減小懸臂長，并增加兩端支撐的距離b，還應(yīng)使兩端圓錐滾子軸承的大端朝外，是作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力又靠近齒輪的軸承承受，而反向軸向力有另一軸承承受。為了進(jìn)一步增加支撐剛度，支承距離b應(yīng)大于2.5倍的懸臂長度，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，另外靠近齒輪的軸徑應(yīng)不小于尺寸。為了方便拆裝，靠近齒輪的軸承軸徑比另一軸承的支撐軸徑要打一些。懸臂式支撐其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的主減速器上、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器上。
（2）跨置式
圖4-5 跨置式支撐
如圖4-5所示，齒輪兩端都是以軸承支撐，故又稱為兩端支撐。那么跨置式支撐的特點(diǎn)是：在錐齒輪的兩端上均有軸承，這樣的話可以大大增加支撐剛性，又使軸承負(fù)荷較小，齒輪的嚙合條件就得到了改善，因此齒輪的承載能力是要高于懸臂式支撐。由于此輪大端一側(cè)軸徑上的兩個(gè)相對安裝的圓錐滾子軸承指間距離很小，可以縮短主動(dòng)齒輪軸的長度，使布置更加緊湊，并可減小傳動(dòng)軸的夾角，有利于整車布置。
2、從動(dòng)錐齒輪的支撐
從動(dòng)錐齒輪多采用圓錐滾子軸承支撐如圖4-6所示。為了增加支撐剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d，為了是從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋，以加強(qiáng)支撐剛性和穩(wěn)定性。c+d應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能夠均勻的分配兩軸承上，應(yīng)是c大于d。
圖4-6 從動(dòng)錐齒輪支撐形式
4.2 主減速器齒輪計(jì)算與校核
主減速比，驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，為汽車主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定了。
4.2.1 主減速比確定
主減速比對汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量大小、輪廓尺寸以及變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都有直接的影響。的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的傳動(dòng)比一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，對發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇值，可以使汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
對于具有很大功率儲(chǔ)備的轎車、長途汽車，尤其是競賽車來說，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的車速。此時(shí)應(yīng)按照式（4-1）來確定：
（4-1）
式中：—車輪的滾動(dòng)半徑，；
—最高車速（公里/小時(shí)）；
—最大功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；
—變速器最高檔傳動(dòng)比，。
將以上數(shù)據(jù)帶入式（4-1）中得
對于貨車而言，為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車速稍有下降，一般選得比上式求得的大10%~25%，故的取值變?yōu)?.95~5.62，取=5.3。按以上所得出的主減速器的傳動(dòng)比還需根據(jù)主減速齒輪可能有的齒數(shù)予以校正。
4.2.2 變速器傳動(dòng)比及各擋傳動(dòng)比確定
在確定變速器傳動(dòng)比時(shí)，需考慮驅(qū)動(dòng)條件和附著條件。
1、為了滿足驅(qū)動(dòng)條件，其值應(yīng)符合式（4-2）的要求：
（4-2）
式中，G為汽車總質(zhì)量31009.8=30380N；為滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.02；為最大爬坡度對應(yīng)的角度，取為16.7°，為車輪滾動(dòng)半徑，取為0.24m；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，取為153N·m；為主減速器傳動(dòng)比，取為5.3；為傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，取為0.86。
將數(shù)據(jù)G=30380N、=0.02、=16.7°、=0.24m、=153N·m、=5.3、=0.86代入上式算得。
2、為了滿足附著條件，其值應(yīng)符合式（4-3）的要求：
（4-3）
式中，驅(qū)動(dòng)輪所承受的靜載荷，；為輪胎與地面的附著系數(shù)，取為0.8。
把數(shù)據(jù)=21266N、=0.8、=0.24m、=153N·m、=5.3、=0.86代入式（4-3）算得5.85。取得。
按等比數(shù)列分配其他各擋傳動(dòng)比，，則，=5，=3.3，=2.2，=1.46，=1。
4.2.3 主減速器齒輪載荷確定
1、從動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)矩計(jì)算
主減速器計(jì)算載荷通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來匹配傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)這兩種情況下，作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩的較小值，作為載貨汽車和越野汽車在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按式（4-4）計(jì)算。
（4-4）
式中：—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，，；
—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)；
—分動(dòng)器的傳動(dòng)比，因無分動(dòng)器，故；
—主減速器傳動(dòng)比；
—變速器最低檔傳動(dòng)比；
—發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率，一般??；
—液力變矩器變矩系數(shù)，因無液力變矩器，故；
—由于猛抬離合而產(chǎn)生的動(dòng)載荷系數(shù)，。
將、、、代入式（4-4）得：
2、由驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按式（4-5）計(jì)算：
（4-5）
式中:—汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，；
—汽車最大加速度時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于商用車，在此取1.1；
—輪胎的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路 用汽車，??；
—輪胎的滾動(dòng)半徑，；
，—分別是有所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)齒輪之傳動(dòng)效率和減速比（如：輪邊減速器）。該車無輪邊減速器，故取
將數(shù)據(jù)代入式（4-5）得：
3、上述所獲得的計(jì)算載荷，是在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)而不是在正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的轉(zhuǎn)矩，故不能用作疲勞損壞的依據(jù)。對于公路車來說，按照汽車日常行駛時(shí)的平均轉(zhuǎn)矩來確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按式（4-6）計(jì)算。
（4-6）
式中：—汽車日常行駛平均牽引力，，(其中為滿載總重，，為汽車正常使用時(shí)的爬坡能力，一般轎車取0.08；載貨汽車和公共汽車取0.05~0.09；長途汽車取0.06~0.10；越野車取0.09~0.30。在此取0.08；為性能系數(shù)，取為0)故；
、、見式（4-3）和（4-4）。
將，等參數(shù)代入式（4-6）得：
由于，所以
主減速器主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)矩計(jì)算按式（4-7）和式（4-8）確定
（4-7）
（4-8）
式中：，—從動(dòng)錐齒輪最大轉(zhuǎn)矩和平均轉(zhuǎn)矩；
—主減速比；
—主、從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率，對于弧齒錐齒輪?。?.95.
4.2.4 主減速器錐齒輪基本參數(shù)確定
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)、，主、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑、、端面模數(shù)，主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬、，中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。
1、主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和的選擇。
對于單級主減速器，當(dāng)較大時(shí)，則應(yīng)該使主動(dòng)齒輪的齒數(shù)取得較小一點(diǎn)，以增加驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙。當(dāng)時(shí)，最小值可以取5，但是為了使嚙合平穩(wěn)和提高疲勞強(qiáng)度，最好大于5；當(dāng)較小時(shí)，即時(shí)，可取7~12，但是這常會(huì)因主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)太多，尺寸太大而影響所要求車橋的最小離地間隙。為了使兩次輪磨合均勻，主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)、之間應(yīng)避免有公約數(shù)；另外得到理想的齒面重疊系數(shù)，其齒數(shù)之和對于貨車來說應(yīng)不小于40，對于轎車應(yīng)不小于50。
本設(shè)計(jì)的汽車的主減速比為5.3，主減速比較小，選擇，因?yàn)?，，所以：，?
因此實(shí)際的主減速比為5.375；，所以滿足要求。
2、從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)的確定。
對于單級減速器，增大尺寸就會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的最小離地間隙，減小又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前端支撐座的安裝空間以及差速器的安裝。
根據(jù)式（4-9）初選：
（4-9）
式中：—從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
—直徑系數(shù)，一般取13~16；
—從動(dòng)錐齒輪的就算轉(zhuǎn)矩，。
代入數(shù)據(jù)得：
又因?yàn)橐獫M足式（4-10）：
（4-10）
同時(shí)，還要滿足式（4-11）：
（4-11）
式中：—模數(shù)系數(shù)，取0.3~0.4。
代入數(shù)據(jù)得：
?。海胧剑?-10）得：，在范圍之內(nèi)，滿足條件。
3、主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬度和的確定。
錐齒輪齒面過寬的話并不能增大齒輪的強(qiáng)度和剛度，反而會(huì)導(dǎo)致因齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過窄及倒圓角過小，這樣不但會(huì)減小齒根圓角半徑，還增加了集中應(yīng)力，降低了刀具的使用壽命。另外，因?yàn)榘惭b時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因會(huì)使齒輪工作時(shí)載荷集中于齒輪小端，從而引起齒輪小端過早損壞和疲勞損傷。齒面過寬會(huì)引起裝配空間減小，齒面過窄齒輪表面的耐磨性和齒輪的強(qiáng)度會(huì)降低。
對于從動(dòng)錐齒輪的齒面寬度，推薦不大于其節(jié)錐距的0.3倍，而且應(yīng)滿足，一般也推薦，取。
一般習(xí)慣是錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪額兩端都超過一定的寬度，通常小齒輪的齒面寬度加大到大齒輪的齒面寬度的10%較為合適，所以在此取。
4、中點(diǎn)螺旋角的確定。
螺旋角沿齒寬是變化的，齒輪大端的螺旋角更大，齒輪小端的螺旋角最小，弧齒錐齒輪的中點(diǎn)螺旋角是相等的。那么在選擇時(shí)我們應(yīng)充分考慮他對齒面重合度的影響，還有齒輪強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)就越多，那么傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪音也就越低，并且齒輪的強(qiáng)度也就越高。
汽車主減速器錐齒弧齒輪的平均螺旋角為