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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(jì)（論文）
題 目 HD輕型商用車主減速器設(shè)計(jì)
專 業(yè) 車輛工程
學(xué) 號(hào) 0793111
學(xué) 生 趙桐海
指 導(dǎo) 教 師 蘇清源
答 辯 日 期 2010.12.28
哈工大華德學(xué)院
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(jì)（論文）
摘 要
汽車主減速器作為汽車重要的部件之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于輕型卡車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前輕型卡車的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的主減速器。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來(lái)重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統(tǒng)主減速器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了輕型卡車主減速器的設(shè)計(jì)，根據(jù)所給汽車參數(shù)合理的分配主減速器主、從動(dòng)齒輪模數(shù)，齒數(shù)，選擇合適該汽車使用的差速器類型，并對(duì)行星齒輪和半軸齒輪模數(shù)，齒數(shù)進(jìn)行合理的分配并計(jì)算校核，設(shè)計(jì)出符合該汽車使用的主減速器，并繪制出裝配圖和零件圖。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)渭?jí)主減速器；差速器；弧齒錐齒輪；行星齒輪；半軸齒輪
Abstract
As one of the important parts of the car,automobile final drive has a direct impact on the whole performance，especially for the light track.We must complete with an efficient and reliability final drive when using the high power output torque engine to meet current light trucks of fast, reliable final drive. So with high transmission efficiency of single-stage reduction drive axle have become overloaded vehicles in the future direction of development. The design of the Light Truck final drive is refer to the traditional final drive. According to the automobile distribution final drive home, driven gear module, selecting the appropriate number of teeth, the use of differential type, and planetary gear and gear modulus, the number of teeth for distribution and calculation check, the design of the vehicle using the final drive, and drawing out Assembly and parts.
Keywords：Single reduction final drive；Differential；The spiral bevel gear；Planetary gear；axle shaft gear
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 2
1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀 2
1.3 研究的主要內(nèi)容和研究的主要方法 2
第2章 主減速器設(shè)計(jì) 4
2.1 汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式 4
2.11 汽車主減速器的齒輪類型 4
2.12 減速器的減速形式 6
2.13 減速器錐齒輪的支承形式 7
2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 9
2.21 設(shè)計(jì)車型主要參數(shù) 9
2.22 主減速器計(jì)算載荷的確定 9
2.23 主減速器基本參數(shù)的選擇 10
2.24 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 13
2.25 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 14
2.26 主減速器齒輪的材料及熱處理 17
2.27 主減速器軸承的計(jì)算 18
2.28 從動(dòng)齒輪連接螺栓的校核 25
2.3 本章小結(jié) 26
第3章 差速器的設(shè)計(jì)與校核 27
3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 27
3.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 28
3.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 29
3.31 基本參數(shù)的選擇 29
3.32 差速器的校核 33
3.4 本章小結(jié) 34
結(jié) 論 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
附 錄 A 中文譯文 38
附 錄 B 外文文獻(xiàn) 39
-II-
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(jì)（論文）
第1章 緒論
1.1 研究背景
輕型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有大的比重。驅(qū)動(dòng)橋在整車中十分重要，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本課題是進(jìn)行輕型載貨汽車主減速器的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出輕型載貨汽車包括主減速器、差速器的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)車輛的全局，設(shè)計(jì)出的驅(qū)動(dòng)橋符合國(guó)家各項(xiàng)輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn)[1]，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，成本降低，適合本國(guó)路面的行駛狀況和國(guó)情。
1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀
為適應(yīng)不斷完善社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的要求以及加入世貿(mào)組織后國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形勢(shì)，推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)，全面提高汽車產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，滿足消費(fèi)者對(duì)汽車產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，特制定汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。通過(guò)該政策的實(shí)施，使我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在2010年前發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)做出更大的貢獻(xiàn)。政府職能部門(mén)依據(jù)行政法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的強(qiáng)制性要求，對(duì)汽車、農(nóng)用運(yùn)輸車(低速載貨車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品實(shí)施管理，規(guī)范各類經(jīng)濟(jì)主體在汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的市場(chǎng)行為。
輕型載貨汽車，在汽車發(fā)展趨勢(shì)中，有著很好的發(fā)展前途。生產(chǎn)出質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜的輕型載貨汽車將適合大多數(shù)消費(fèi)者的要求。在國(guó)家積極投入和支持發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，能研制出適合中國(guó)國(guó)情，包括道路條件和經(jīng)濟(jì)條件的車輛，將大大推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高。
在新政策《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》中，在2010年前，我國(guó)就要成為世界主要汽車制造國(guó)，汽車產(chǎn)品滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分需求并批量進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)；2010年，汽車生產(chǎn)企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產(chǎn)品品牌；通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形成幾家具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型汽車企業(yè)集團(tuán)，力爭(zhēng)到2010年跨入世界500強(qiáng)企業(yè)之列，等等。同時(shí)，在這個(gè)新的汽車產(chǎn)業(yè)政策描繪的藍(lán)圖中，還包含許多涉及產(chǎn)業(yè)素質(zhì)提高和市場(chǎng)環(huán)境改善的綜合目標(biāo)，著實(shí)令人鼓舞。然而，不可否認(rèn)的是，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀離產(chǎn)業(yè)政策的目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)木嚯x。長(zhǎng)期以來(lái)困擾中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復(fù)建設(shè)問(wèn)題，還沒(méi)有從根本上得到解決。多數(shù)企業(yè)家預(yù)計(jì)在新的汽車產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵(lì)下，將會(huì)有越來(lái)越多的汽車生產(chǎn)企業(yè)按照市場(chǎng)規(guī)律組成企業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和資源共享。
1.3 研究的主要內(nèi)容和研究的主要方法
設(shè)計(jì)出小型低速載貨汽車主減速器、差速器、等傳動(dòng)裝置及橋殼等部件。使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品使用方便，材料使用最少，經(jīng)濟(jì)性能最高。
a. 提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更舒適，更機(jī)動(dòng)，更方便，動(dòng)力性更好，污染更少。
b. 改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
首先了解輕型商用車主減速器的基本結(jié)構(gòu)，基本形狀，工作原理和設(shè)計(jì)方法，再依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的主減速器作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的主減速器，設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其校核計(jì)算。在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，使用CAD繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。
第2章主減速器設(shè)計(jì)
本章主要內(nèi)容為主減速器的結(jié)構(gòu)形式選擇和主要齒輪的參數(shù)計(jì)算及校核、軸承的選擇及壽命計(jì)算和一些聯(lián)接件的選擇和校核。
2.1 汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。
2.11 汽車主減速器的齒輪類型
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，螺旋錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。圓柱齒輪傳動(dòng)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的前置前驅(qū)動(dòng)乘用車和雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋。在某些公共汽車、無(wú)軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時(shí)也采用蝸輪傳動(dòng)。
A B C D
圖2.1 主減速器的幾種齒輪類型
A弧齒錐齒輪 B雙曲面齒輪 C圓柱齒輪傳動(dòng) D蝸桿傳動(dòng)
1、螺旋錐齒輪
其主、從動(dòng)齒輪軸線相交于一點(diǎn)。交角可以是任意的，但在絕大多數(shù)的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速齒輪副都是采用90o交角的布置。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此，螺旋錐齒輪能承受大的負(fù)荷。加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另—端，使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲和振動(dòng)也是很小的[4]。
2、雙曲面齒輪
雙曲面齒輪主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角都是采用90o。主動(dòng)齒輪軸相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個(gè)偏移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當(dāng)偏移距大到一定程度時(shí)，可使一個(gè)齒輪軸從另一個(gè)齒輪軸旁通過(guò)。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。這對(duì)于增強(qiáng)支承剛度、保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。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)是不等的。主動(dòng)齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動(dòng)齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)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?dòng)的主動(dòng)齒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(dòng)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(dòng)比傳動(dòng)。當(dāng)要求傳動(dòng)比大而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪更為合理。因?yàn)槿绻３謨煞N傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑一樣，則雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對(duì)于主減速比i≥4.5的傳動(dòng)有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動(dòng)比小于2時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪相對(duì)于螺旋錐齒輪主動(dòng)齒輪就顯得過(guò)大，這時(shí)選用螺旋錐齒輪更合理，因?yàn)楹笳呔哂休^大的差速器可利用空間。由于雙曲面主動(dòng)齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo)致其進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)工作得更加平穩(wěn)、無(wú)噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來(lái)方便。
3、圓柱齒輪傳動(dòng)
一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋，在此不采用。
4、蝸桿傳動(dòng)
與錐齒傳動(dòng)相比，蝸桿傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動(dòng)比（可大于7）；
（2）在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無(wú)噪聲；
（3）便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置；
（4）能傳遞大的載荷，使用壽命長(zhǎng)。
但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動(dòng)效率較低。在此不采用。
在此選用弧齒錐齒輪傳動(dòng)，其特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線垂直交于一點(diǎn)。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩個(gè)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此可以承受較大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小。當(dāng)主傳動(dòng)比一定時(shí)，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪小，從而可以得到更大的離地間隙，有利于實(shí)現(xiàn)汽車的總體布置。另外，弧齒錐齒輪與雙曲面錐齒輪相比，具有較高的傳動(dòng)效率，可達(dá)99%。
本次設(shè)計(jì)采用圓弧齒螺旋錐齒輪。
2.12 減速器的減速形式
汽車主減速器的減速型式分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。
（1）單級(jí)主減速器，如圖2.2所示為單級(jí)主減速器。由于單級(jí)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用在主減速比i<7的各種中、小型汽車上。單級(jí)主減速器都是采用一對(duì)螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動(dòng)的。
（2）雙級(jí)減速，如圖2.3所示為雙級(jí)主減速器。由兩級(jí)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
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