本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書I摘 要進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，中國的經(jīng)濟(jì)水平在飛速發(fā)展，而自主車企也在迅速擴(kuò)張。汽車工業(yè)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段。對(duì)于汽車來說，主減速器作為汽車必不可少的組成部分之一也在汽車市場(chǎng)上產(chǎn)生了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)與分析主要是對(duì)汽車主減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主減速器是汽車驅(qū)動(dòng)橋總成的重要組成部分，主要涉及的是差速器的設(shè)計(jì)等非標(biāo)準(zhǔn)件的齒輪結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)件的計(jì)算，并且對(duì)主減速器的種類和發(fā)展也作了介紹，對(duì)方案的選擇和主減速器的原理也作了簡要的說明。在參考了大量有關(guān)主減速器的文獻(xiàn)設(shè)計(jì)之后，對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)和功能有了較為透徹的了解，同時(shí)對(duì)主減速器的設(shè)計(jì)合理，對(duì)主減速器的相關(guān)行業(yè)有了一定的了解。關(guān)鍵詞：主減速器；差速器；齒輪結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)計(jì)算；校核目 錄- I - AbstractSince entering the 21st century, China's economic level has been developing rapidly, and the self-owned automobile enterprises are also expanding rapidly. The development of automobile industry has entered a new stage. For automobiles, as one of the essential components of automobiles, the main reducer has also produced fierce competition in the automotive market. For this graduation design and analysis, the main reducer is mainly designed for the automobile main reducer. The main reducer is an important part of the automobile drive axle assembly. It mainly deals with the design of differential and the calculation of non-standard gear structure and standard parts. The types and development of the main reducer are also introduced. The selection of the scheme and the principle of the main reducer are also briefly introduced. Explain. After consulting a large number of documents about the design of the main reducer, we have a thorough understanding of the structure and function of the main reducer. At the same time, we have a reasonable design of the main reducer and a certain understanding of the related industries of the main reducer. Key words: main reducer; differential; gear structure; design calculation; check目 錄- II -目 錄摘 要 IAbstract I第一章 緒 論 11.1 汽車主減速器的簡介 .11.2 研究的背景及意義 11.3 行星機(jī)構(gòu)的發(fā)展 11.4 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 21.4.1 國外的主減速器的研究現(xiàn)狀 21.4.2 國內(nèi)主減速器的發(fā)展?fàn)顩r 21.5 研究的方法及技術(shù)路線 21.5.1 研究方法 .21.5.2 研究技術(shù)路線 .2第二章 主減速器的設(shè)計(jì) .42.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式 42.2 主減速器的設(shè)計(jì)參數(shù)與計(jì)算 42.2.1 載荷的確定 42.2.2 基本參數(shù)的確定 62.2.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 82.2.4 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 .132.2.5 齒輪的材料及熱處理 .152.3 軸承的選擇 .152.3.1 轉(zhuǎn)矩 .152.3.2 軸向力與徑向力計(jì)算 .162.3.3 軸承載荷的計(jì)算及軸承的選型 .16第三章 差速器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .203.1 行星齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .203.1.1 對(duì)稱式行星齒輪參數(shù)確定 213.1.2 差速器齒輪幾何參數(shù)的計(jì)算 23目 錄- III - 3.1.3 差速器齒輪的材料選擇 253.2 差速器齒輪的強(qiáng)度校核 253.3 差速器十字軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 263.3.1 十字軸的分類及選用 263.3.2 十字軸的尺寸設(shè)計(jì) 263.3.3 軸的材料選擇 263.4 差速器墊圈的設(shè)計(jì)計(jì)算 273.4.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 273.4.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 27第四章 主減速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用 .284.1 螺栓的選用 284.2 螺母的選用 284.3 差速器軸承的選用 28總 結(jié) 28致 謝 .29參考文獻(xiàn) .30本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 1 - 第一章 緒 論1.1汽車主減速器的簡介主減速器是驅(qū)動(dòng)轎的主件。差速器的作用就是在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。普通差速器由行星齒輪、差速器殼（行星輪架） 、半軸齒輪等零件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸進(jìn)入主減速器，直接驅(qū)動(dòng)差速器殼帶動(dòng)行星輪軸，再由行星輪帶動(dòng)左、右兩條半軸，分別驅(qū)動(dòng)左、右車輪。差速器是一種能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自一根軸傳至兩根軸，并使后者相互間能以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的差動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般由齒輪組成。汽車、拖拉機(jī)上的差速器位于后橋內(nèi)，由差速殼、行星齒輪及半軸齒輪組成。1.2 研究的背景及意義目前國內(nèi)汽車的主減速器產(chǎn)品技術(shù)基本來自美國、德國、日本等幾個(gè)傳統(tǒng)工業(yè)國家，我國現(xiàn)有的技術(shù)基本上是在引進(jìn)國外的基礎(chǔ)上發(fā)展的，而且已經(jīng)有了一定的規(guī)模。但是，目前我國差速器的自主研發(fā)能力仍然很弱，影響了整車新車的研發(fā)，在差速器的技術(shù)研發(fā)上還有很長的路要走。1.3 行星機(jī)構(gòu)的發(fā)展行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。這些都是由于在其結(jié)構(gòu)上采用了多個(gè)行星輪的傳動(dòng)方式，充分利用了同心軸齒輪之間的空間，使用了多個(gè)行星輪來分擔(dān)載荷，形成功率流，并合理的采用了內(nèi)嚙合傳動(dòng)，從而使其具備了上述的許多優(yōu)點(diǎn)。但是，這只是最理想的情況，而在實(shí)際應(yīng)用中，由于加工誤差和裝配誤差的存在，使得在傳動(dòng)過程中各個(gè)行星輪上的載荷分配不均勻，造成載荷有集中在一個(gè)行星輪上的現(xiàn)象，這樣，行星齒輪的優(yōu)越性就得不到發(fā)揮，甚至不如普通的外傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。所以，為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性，均載的問題就成了一個(gè)十分重要的課題。在結(jié)構(gòu)方面，起初人們只努力地提高齒輪的加工精度，從而使得行星齒輪的制造和裝配變得比較困難。后來通過時(shí)間采取了對(duì)行星齒輪的基本構(gòu)件徑向不加限制的專門措施和其它可自動(dòng)調(diào)位的方法，即采用各種機(jī)械式地均載機(jī)構(gòu)，以達(dá)到各行星輪間的載荷分布均勻的目的。典型的幾種均載機(jī)構(gòu)有基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)、杠桿聯(lián)動(dòng)均載機(jī)構(gòu)和采用彈性件的均載機(jī)構(gòu)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 2 -1.4 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀目前汽車正在朝著經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的方向發(fā)展，如何能夠促使自己的產(chǎn)品燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性提高是每一個(gè)汽車廠家都在做的事情，當(dāng)然這是一個(gè)廣泛的概念，汽車的每一個(gè)零件都在發(fā)生著變化，差速器也不例外，尤其是那些對(duì)操控性有比較高要求的車輛，要求也特別高 [2]。1.4.1 國外的主減速器的研究現(xiàn)狀外國的那些差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究水平很高，并且還在不斷的進(jìn)步。平均每年銷售額 18 億美金的伊頓公司汽車集團(tuán)是全球化汽車零部件制造的供應(yīng)商，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體管理，變速箱，牽引力控制以及安全排放控制領(lǐng)域都居全球領(lǐng)先地位。零件的主要產(chǎn)品包括發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體管理部分以及動(dòng)力控制系統(tǒng)，在其中屬于動(dòng)力控制系統(tǒng)的差速器產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中居于領(lǐng)先的地位。毫無疑問，更強(qiáng)的越野性以及安全性是差速器實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)。1.4.2 國內(nèi)主減速器的發(fā)展?fàn)顩r從目前的情況來看，我國差速器的行業(yè)已經(jīng)順利完成了由小到大的轉(zhuǎn)變，正在處于由大到強(qiáng)的發(fā)展階段，在轉(zhuǎn)型和調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)刻，提高汽車差速器的精度、可靠性是我國差速器行業(yè)的重要任務(wù)。近幾年以來我國汽車差速器市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品生產(chǎn)持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)的政策鼓勵(lì)一些汽車差速器產(chǎn)業(yè)正向高科技技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，我國國企企業(yè)新增的投資項(xiàng)目正在逐年增多 [5]。1.5 研究的方法及技術(shù)路線1.5.1研究方法（ 1） 通 過 查 閱 相 關(guān) 資 料 ， 掌 握 主減速器的 主 要 參 數(shù) 。（ 2） 充 分 考 慮 已 有 主減速器的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 來 確 定 主減速器的 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 對(duì) 現(xiàn) 有 裝置 的 不 足 進(jìn) 行 分 析 。（ 3） 對(duì) 設(shè) 計(jì) 的 主減速器進(jìn) 行 修 改 和 優(yōu) 化 ， 最 終 設(shè) 計(jì) 出 能 滿 足 要 求 的 主減速器。1.5.2研究技術(shù)路線（ 1） 根 據(jù) 題 目 和 原 始 數(shù) 據(jù) 查 看 相 關(guān) 資 料 ， 了 解 當(dāng) 今 國 內(nèi) 外 主減速器的 發(fā) 展 現(xiàn) 狀及 發(fā) 展 前 景 ， 撰 寫 文 獻(xiàn) 綜 述 和 開 題 報(bào) 告 。（ 2） 根 據(jù) 產(chǎn) 品 功 能 和 技 術(shù) 要 求 提 出 多 種 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 對(duì) 各 種 方 案 進(jìn) 行 綜 合 評(píng) 價(jià) ，從 中 選 擇 較 好 的 方 案 ， 再 對(duì) 所 選 擇 的 方 案 做 進(jìn) 一 步 的 修 改 或 優(yōu) 化 ， 最 終 確 定 總 體本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 3 - 設(shè) 計(jì) 方 案 。（ 3） 具 體 設(shè) 計(jì) 主減速器。 （ 4） 對(duì) 所 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 中 的 重 要 零 件 進(jìn) 行 校 核 計(jì) 算 ， 如 齒 輪 、 軸 、 軸 承 等 ， 保證 設(shè) 計(jì) 的 合 理 性 和 可 行 性 。 ；（ 5） 繪 制 零 件 圖 、 裝 配 圖 ， 完 成 要 求 的 圖 紙 量 ；（ 6） 整 理 各 項(xiàng) 設(shè) 計(jì) 資 料 ， 撰 寫 論 文 。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 4 -第二章 主減速器的設(shè)計(jì)2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式主減速器的減速型式一般分為單雙級(jí)減速、雙速減速、單雙級(jí)貫通、主減速和輪邊減速等。(1)單級(jí)主減速器如圖2.1所示為單級(jí)主減速器。廣泛用在主減速比i0 時(shí)可取 =2.0；0k0pf0k（2.2）???????? ????????? 16Tgm.95 . Tgm.195-6eaxeaeax當(dāng)當(dāng)pf——汽車滿載時(shí)的總重量取 5490 ；amgK所以由式（2.2）得： 0.195 =33.4516 4032?即 0 所以 =1.0pf0k——該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1；n——傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取 0.9。T?根據(jù)以上參數(shù)可以由(2.1）得：= =6625ce3204.51.09??mN?（2）按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 csT（2.3）2/rLBcsTGi???式中：——在此取 32550N；2G——取 =0.85；對(duì)越野汽車取 =1.0； ??——車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為 7.50-16，滾動(dòng)半徑為 r0.394m；， ——， 取 0.9，由于沒有輪邊減速器 取 1.0。LB?iLB?LBi所以由公式（2.3）得:= =12112LBrcs iGT???/23250.83941?mN?（3）按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 cfT對(duì)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：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 6 -（2.4）??() NaTrcf RHPLBGffmin???????式中：——汽車滿載時(shí)的總重量，取 54900N;a——所牽引的掛車滿載時(shí)總重量， ；T——載貨汽車可取 0.015~0.020；在此取 0.018；Rf——對(duì)于載貨汽車可取 0.05~0.09 在此取 0.07；H——汽車的性能系數(shù)在此取 0；pf， —— 取 0.9，由于沒有輪邊減速器 取 1.0；LB?iLB LBi——該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1；n——車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為 7.50-16，滾動(dòng)半徑為 r0.394m。所以由式（2.4）得： ?? )(PHRLBrTacf ffniG??????= =21155490.3.018.7?mN?2.2.2 基本參數(shù)的確定（1）主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù) 和1z2選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)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)；1z2②為了保證齒面重合度、輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)大于等于 40；③ 一般不小于 6，這樣才可以保證齒輪嚙合完全；1z④主傳動(dòng)比 較大時(shí)， 盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙；0i1z⑤對(duì)于不同的主傳動(dòng)比， 和 應(yīng)有適宜的搭配。2（2）從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑 和端面模數(shù)Dm對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸 會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小 又會(huì)影響2 2D跨置式主動(dòng)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(yàn)公式初選，即2D（2.5）322cDTK?——直徑系數(shù)，一般取 13.0～16.0；2K——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 和 中的較小者取其值為 6221 ；cTces mN?由式（2.5）得：=（13.0 ～16.0） =（239.09～294.27） ；2D3621m初選 =260 則齒輪端面模數(shù) = / =260/35=7.43m2Dz= =35 7.43=260.052z?課程設(shè)計(jì)說明書- 7 - （3）主，從動(dòng)齒輪齒面寬 的選擇。F根據(jù)雙曲面齒輪的幾何特性可知,雙曲面小齒輪與大齒輪相比其齒面寬要較大。一般取大齒輪齒面寬 =0.155 =0.155 260.05=38.09mm，小齒輪齒面寬cF2d?=1.1 =1.1 38.09=41.90mmzc?（4）螺旋角 的選擇?汽車主減速器雙曲面齒輪大小齒輪中點(diǎn)處的平均螺旋角 多為 35°～40°。?主動(dòng)齒輪中點(diǎn)處的螺旋角可按下式初選:= + + （2.6）z25?21z90?2Ed--主動(dòng)輪中點(diǎn)處的螺旋角，mm；z?， ——主、從動(dòng)輪齒數(shù)；分別為 8，35；12——雙曲面齒輪偏移距, 30mm；E——從動(dòng)輪節(jié)圓直徑，260.05mm；d由式（2.6）得:= + + =45.84z?25??3890?26.5?從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角 可按下式初選:c?2sin0.2.38.9EdF????——雙曲面齒輪傳動(dòng)偏移角的近似值；——雙曲面從動(dòng)齒輪齒面寬為 38.09mm；1.6????= - =45.84°- =34.23°c?z1.?、 從動(dòng)齒輪和主動(dòng)齒輪中點(diǎn)處的螺旋角。平均螺旋角 = = =40.04°。+ 2zc?45.83.2?（6）螺旋方向的選擇。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 8 -圖 2.8 雙曲面齒輪的螺旋方向及軸向推力如圖 2.8 所示，軸向力的方向受螺旋方向和雙曲線齒輪的影響。 （7）法向壓力角由于其主動(dòng)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 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）大齒輪齒頂角 與齒根角2?2?圖 2.9（a）標(biāo)準(zhǔn)收縮齒和 （b）雙重收縮齒為了得到良好的收縮齒，大齒輪齒頂角 和齒根角 ,按照以下方法進(jìn)行計(jì)算。2?2?①用標(biāo)準(zhǔn)收縮齒公式來計(jì)算 及2?課程設(shè)計(jì)說明書- 9 - 22384'mhA??（2.6）22'm?（2.7）2'mgahK?（2.8）2'1.50.gm?（2.9）2cosgmRhz??（2.10）22sin.0cimdF??（2.11）122arcot.i z??（2.12）2sinmRA?（2.13） 221arctz?（2.14）由（2.6）與（2.14）聯(lián)立可得:122sinarcot0mzdFR??（2.15）12 22(sinarcot.)s0gmzKdh???（2.16）12 22 2(sinarcot.)s' .0amzdFh???（2.17）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 10 -2'(1.5)magmhKh??（2.18）222 1cos348inrctaazz????????（2.19）式中： , ——小齒輪和大齒輪的齒數(shù)；1z2——大齒輪的最大分度圓直徑,已算出為 260.05mm；d——大齒輪在齒面寬中點(diǎn)處的分度圓半徑；2mR——在節(jié)錐平面內(nèi)大齒輪齒面寬中點(diǎn)錐距 mm；A——大齒輪齒面寬中點(diǎn)處的齒工作高；gh——大齒輪齒頂高系數(shù)取 0.15；aK——大齒輪齒寬中點(diǎn)處的齒頂高；2'm——大齒輪齒寬中點(diǎn)處的齒跟高；'h——大齒輪齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角；2?——大齒輪的節(jié)錐角；?——齒深系數(shù)取 3.7；K——從動(dòng)齒輪齒面寬。cF所以： 2 860.538.9sinarcot(1.2)351.60mR????.7irt(.)cos34.29.76235gh? ?? ?? ?? ???2 80.15360.8.9sinart(1.)s.5' 1.4m? ????? ?? ??'9.7(.15).7h??86038sinarcot(2)3514.0mA????課程設(shè)計(jì)說明書- 11 - 43.82 0.73°23.7cos4.23548015sinarct8??????????'122 22 sirot.1.50nczdFKz?? ?? ??? ?? ?122 22 siarcot.cos3481.50.15.0nzdz?? ?? ??? ??? ?826.538.9siarcot17cos34. 35348150.10n? ??? ???? ?29.'?.?②計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)收縮齒齒頂角與齒根角之和。243.829.536.7s?????③ （2.20）DRRsT?A（2.21）22tanico1056mdDrz??????（2.22）22sincomR??（2.23）106Tz?由式（2.19）與（2.23）聯(lián)立可得: 2221sinitancos056(06)dRrzz??????????A（2.24）——刀盤名義半徑,按表選取為 114.30mmdr——輪齒收縮系數(shù)RTsin7.12sin7.12tan34.2co34c301056 (0.81.6).5t??????? ???A.?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 12 -④當(dāng) 為正數(shù)時(shí), 為傾根錐母線收縮齒，應(yīng)按傾根錐母線收縮齒重新計(jì)算 及RTs?? 2?。2?⑤按傾根錐母線收縮齒再次計(jì)算大齒輪齒頂角 及齒跟角 。 2?2?（2.25） 22TR????aK（2.26） （2.27） TRS?10.2.6z??（2.28） 由式（2.25）與（2.25）聯(lián)立可得:21(0.2.6)aSKz????（2.29）（2.30）212()Sz????——大齒輪齒頂高系數(shù)取 0.15a——傾根錐母線收縮齒齒根角齒頂角之和TR20.1536.7(0.281.6)7.2'1.??????(8)38046????（2）大齒輪齒頂高 2'h02()sinmA?（2.30）（2.31）20.5sindA??——大齒輪節(jié)錐距.由式（2.30） ， （2.31）得：0.526.13.8sin7A????2'1.4(.45)sin1.2.7h?????（3）大齒輪齒跟高 .2'h20''()imA??（2.32）——大齒輪齒寬中點(diǎn)處齒跟高2'h由式（2.32）得：2'9.76(13.84.5)sin6.341.8??????（4）徑向間隙課程設(shè)計(jì)說明書- 13 - 0.15.0.15976.015gmCh??????（5）大齒輪齒全高 22''843.（6）大齒輪齒工作高 213.051.ghC???（7）大齒輪的面錐角 02272????（8）大齒輪的根錐角 22.16.3470.8R?????（9）大齒輪外圓直徑 202'cos.cos.126.520.84.55hdd?????（10）小齒輪面錐角 012sinss70.8s3R???????8.?（11）小齒輪的根錐角 102sicoscos.24cs1.60.2R??????.5??（12）小齒輪的齒頂高和齒根高齒頂高: 11.5' .72ghCm??齒根高； 1''3.0265??表 2.2 主減速器雙曲面齒輪的幾何尺寸參數(shù)表 [5]序 號(hào) 項(xiàng) 目 符號(hào) 數(shù)值1 主動(dòng)齒輪齒數(shù) 1z82 從動(dòng)齒輪齒數(shù) 2 353 端面模數(shù) m7.43 mm4 主動(dòng)齒輪齒面寬 ZF41.90 mm5 從動(dòng)齒輪齒面寬 C38.09 mm6 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑 1d59.43 mm7 從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑 2260.05mm本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 14 -2.2.4 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算1．齒輪的損壞形式及壽命齒輪的損壞形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。在長期工作條件下，齒根始終處于應(yīng)力集中，超過材料極限載荷時(shí)在齒根產(chǎn)生裂紋。 隨著時(shí)間的推移，裂紋會(huì)擴(kuò)大，最后整顆牙齒都會(huì)破裂。 由于斷口逐漸增大，斷口表面不斷摩擦，形成一個(gè)明亮的端面，這是疲勞斷裂的特征。由齒輪表面反復(fù)高壓接觸引起的表面疲勞。它通常始于小齒輪圓下面的根部區(qū)域，小齒表面裂縫發(fā)展成淺坑，稱為點(diǎn)腐蝕。它通常首先在幾顆牙齒上生產(chǎn)。當(dāng)齒輪繼續(xù)工作時(shí)，它會(huì)逐漸擴(kuò)大。在最后階段，齒輪會(huì)很快損壞或破裂。2.主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)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 (2.33)2bPp?式中：P——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Temax 和最大附著力矩 rG?2兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，N； ——從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取 38.09mm. 2b按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) N／mm （2.34）213max0bdiTpge??式中： ——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取 300 ；axe mN?——變速器的傳動(dòng)比在此取 4.3；gi——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取 59.43mm；1d按式（2.34）得： N／mm304.1505982p???在現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)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(shí)提高許用數(shù)據(jù)的 20%～25%。經(jīng)驗(yàn)算以上數(shù)據(jù)在許用范圍內(nèi)。（2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為N/ （2.35） JmzbKTvs????20312?2m式中： ——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， N·m, N·m;T3ce?8cfT?——超載系數(shù)；在此取 1.0;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)，s課程設(shè)計(jì)說明書- 15 - 當(dāng)ｍ 時(shí)， ，在此 ＝0.8296.1?4.25mKs?47.325sK?——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，mK＝1.00～1.10 式式支承時(shí)取 1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值;——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳v動(dòng)精度高時(shí)，可取 1.0;——計(jì)算齒輪的齒面寬 38.09mm;b——計(jì)算齒輪的齒數(shù) 8;z——端面模 7.43mm;m——取 =0.28J圖 2.10 計(jì)算用彎曲綜合系數(shù) J按 N·m 計(jì)算疲勞彎曲應(yīng)力8cfT?＝135 N/ 210 N/322104.091.7483???2m2按 N·m 計(jì)算疲勞彎曲應(yīng)力ce＝479 N/ 700 N/3 210974? 22m所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。(3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為N/ (2.36)bJKTdCvfmspj30112???2式中： ——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；T——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取 232.6 /mm;p 21N， ， ——見式(2.35)下的說明;0Kvm——尺寸系數(shù)，考慮齒輪的尺寸對(duì)其淬透性的影響，取 1.0;s——表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)，取 1.0;f本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 16 -——按圖 2.11 選取 =0.17。JJ圖 2.11 接觸計(jì)算用綜合系數(shù)按 計(jì)算：ceT=2027 〈2800N/323.60.94310.72105948j????? 2m2按 計(jì)算：cfT=1109 〈1750N/323.60.9431.721059480j??? 222.2.5 齒輪的材料及熱處理為防止新齒輪在運(yùn)行過程中產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷問題，圓錐齒輪的傳動(dòng)副在熱處理及經(jīng)加工后則需要進(jìn)行 0.005～0.010～0.020mm 的磷化處理或鍍銅。為提高齒面的壽命，可以對(duì)其進(jìn)行噴丸處理；為了提高其耐磨性，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)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(huì)防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生 [5]。2.3 軸承的選擇2.3.1 轉(zhuǎn)矩為了計(jì)算作用在齒輪上的圓周力，首先需要確定計(jì)算出的扭矩。 實(shí)踐表明，軸承的主要損傷形式是疲勞損傷，所以應(yīng)根據(jù)等效的轉(zhuǎn)矩輸入進(jìn)行計(jì)算。 通過按壓可計(jì)算出主減速器主動(dòng)錐齒輪上的等效轉(zhuǎn)矩。:(2.37)3133231max 010001 ???????? ?????? ???????????????????????????? TRgiTgiTgiTgied ffffT ?式中： ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取 300N·m；課程設(shè)計(jì)說明書- 17 - ， … ——變速器在各擋的使用率，可參考表表 2.4 選取；1if2iiRf， … ——變速器各擋的傳動(dòng)比；gg， … ——變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率。TT經(jīng)計(jì)算 為 261Ｎ·ｍd主動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑mm11sin59.431.0sin8.250.7mb????????2.3.2 軸向力與徑向力計(jì)算圖 2.12 主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖如圖 3.1， F 與螺旋角之間的角度為 F，兩者之間的角度為法向壓力角。這樣就有：（2.39）??cosT?（2.40）s/taniN（2.41）S?于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力 A 和徑向力 R 分別為（2.42）??111sicostansiicosZazNSFF?????????（2.43）incnrz???由式（2.42）可計(jì)算10.80KN? ?10.38ta2si18.si40.os18.45azF??????由式（2.43）可計(jì)算=2.06KNrz.tncoin.??2.3.3 軸承載荷的計(jì)算及軸承的選型對(duì)于采用懸臂式的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的軸承載荷，如圖 2.13 所示。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 18 -圖 2.13 主減速器軸承的布置尺寸(1)主動(dòng)齒輪軸承的選擇初選 a=65,b=40軸承 A，B 的徑向載荷分別為（2.44）????2 21ZrzazmArFabbFd????????????????（2.45）221azZrzBr?????????已知 =10.80KN， =2.06KN，a=65mm,b=40mm, 所以由式（2.44）和（2.45）aZR得:軸承 A 的徑向力 ????2 210.38654.065410.8516.83rF KN???????????????????軸承 B 的徑向力KN2 210.384.0641.3850.7.6556r?????????????????軸承 A，B 的徑向載荷分別為KN.AazF0B對(duì)于軸承 A，承受軸向載荷和徑向載荷所以采用圓錐滾子軸承，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR+YAQ——當(dāng)量動(dòng)載荷X——徑向系數(shù)Y——軸向系數(shù)課程設(shè)計(jì)說明書- 19 - 10.8643AeR??此時(shí) X=0.4，Y=1.9 [6]所以 Q=16.83×0.4+10.8×1.9=27.25根據(jù)公式： (2.46)610tpfCLQ?????????式中: ——為溫度系數(shù)，在此取 1.0;tf——為載荷系數(shù)，在此取 1.2pε——壽命指數(shù)，取 ε= 103所以 = =2.703×10 sL65972.180????????8假設(shè)汽車行駛十萬公里大修，對(duì)于無輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來說，主減速器的主動(dòng)錐齒輪軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為2n(2.47)2.6amrvn?式中： ——輪胎的滾動(dòng)半徑為 390mmrn——軸承計(jì)算轉(zhuǎn)速——汽車的平均行駛速度取 35km/h。amv所以有上式可得 = =238.72 r/min2.63509?所以軸承能工作的額定軸承壽命：h (2.48) 60Ln?式中: ——軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min。n由上式可得軸承 A 的使用壽命 71238.4.105r???代入公式(2.46)得10376.4.102C????????C=97.86KNA 軸承選 32307 GB/T 297-94 [6]對(duì)于軸承 B，承受徑向載荷和徑向載荷所以采用圓錐滾子軸承，所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷Q=XR+YAQ——當(dāng)量動(dòng)載荷X——徑向系數(shù)Y——軸向系數(shù)0AR?Q=7.02KN根據(jù)公式(2.46)得 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 20 -10376.4.102C????????C=25.66KNB 軸承選 30208 GB/T 297-94 [6]（2）從動(dòng)齒輪軸承的選擇初選 c=75mm,d=85mm.KN21coscos34.20.81.5zF?????從動(dòng)齒輪軸向力(2.49)??222tansiicscosa?????——從動(dòng)齒輪中點(diǎn)螺旋角，其值為 34.23°；2?——從動(dòng)齒輪根錐角，其值為 70.78°。?KN? ?1.3tan0si7.8sin34.2cos70.82.31cos4aF????????從動(dòng)齒輪徑向力 ?222tcirc?????? ?1.3an0os7.8in34.si70.8os4????????KN9.7從動(dòng)輪齒寬中點(diǎn)處分度圓直徑mm22sin60.538.9sin70.825.4mDdF????????對(duì)于軸承 C,徑向力 (2.50)??2crcacmRcdFD??????????????KN?221.3859.7085.31.849.75RcF???? ???軸向力 .AcaKN當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR=YA2310.59.4eR??其中 e=0.3[6]此時(shí) X=1,Y=0, 所以 Q=9.42KN。根據(jù)公式(2-46)得： 10376.4.10294C????????C=28.56KN課程設(shè)計(jì)說明書- 21 - 選取 30210 圓錐滾子軸承 [6]。對(duì)于軸承 D,徑向力 (2.51)??22crcacmRdFdFD????????????????KN221.3759.075.31.846.7885RcF???軸向力 FAc=0當(dāng)量動(dòng)載荷 Q=XR=YA2.31094AeR??e=0.3[6]此時(shí) X=1,Y=0, 所以 Q=6.47KN。根據(jù)公式(2.46)得 10376.4.1024C????????C=24.52KN軸承 D 選取 30210 圓錐滾子軸承 [6]。第三章 差速器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 行星齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)于安裝在半軸之間的差速器它的尺寸受到軸承座的限制，而影響差速器尺寸的主要就是齒輪的尺寸，所以如何把齒輪設(shè)計(jì)得更加優(yōu)化就顯得更加重要。如下圖 3-1為行星齒輪初步方案圖。圖 3-1 行星齒輪的方案圖本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 22 -3.1.1對(duì)稱式行星齒輪參數(shù)確定1.行星齒輪齒數(shù)目 n 的確定行星齒輪數(shù)目需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取兩個(gè)，反之就取四個(gè)。而微型客車選擇的是兩個(gè)行星齒輪，即 n=2。2.行星齒輪球面半徑的確定 RB 以及節(jié)錐距 A0 的計(jì)算球面半徑可按照如下公式確定：mm （3-1）3TKB?上式中： KB——為行星齒輪球面半徑系數(shù)?？扇?2.52~2.99，T——為差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）,T=min［Tce,Tcs］;取 Tce 和 Tcs 的較小值；RB——為球面半徑。轉(zhuǎn)矩的計(jì)算rp0amxghni=.37vi（3-2）上式中： rr——為車輪的滾動(dòng)半徑， 取 rr=0.3m；igh——變速器最高檔傳動(dòng)比。 igh =1把 nn=5200r/n ；v amax=110km/h； rr=0.3m ； igh=1 代入（3-2）中計(jì)算出 io=5.35；從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 TcenikTfedce ?01max?（3-3）上式中： Tce——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； Temax =158 Nmn——為驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，取 1；if——為變速器傳動(dòng)比，i f=3.704；i0——為主減速器傳動(dòng)比，i 0=5.35；η——為變速器傳動(dòng)效率，η=0.96；k——為液力變矩器變矩系數(shù)，k =1；k d——為由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，k d=1；i1——為變速器最低擋傳動(dòng)比，i 1=1；課程設(shè)計(jì)說明書- 23 - 代入式（3—3）中，有：Tce=3005.4Nm主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tcs =8960.4Nm.T 取較小值，即有 T= Tce=3005.4Nm；將以上數(shù)據(jù)代入式（3-1）有 BR=2.7 =40mm 34.05而行星齒輪節(jié)錐距 A0 為：A 0=（0.98~0.99 ） BR=（0.98~0.99）40=40mm所以預(yù)選其節(jié)錐距 A =40mm3.行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)計(jì)算(1)行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的確定為了使輪齒獲得較高的強(qiáng)度，希望取得較大的模數(shù)，但是尺寸會(huì)增大影響差速器的安裝，于是又要求行星齒輪的齒數(shù) Z1 應(yīng)該取少一些，但 Z1 一般不少于 10。半軸齒輪的齒數(shù)一般采用 14～25 之間，大多數(shù)汽車的行星齒輪與半軸齒輪的齒數(shù) Z2 比 Z1/Z2在 1.5～2.0 的范圍內(nèi)。差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： InzRL??2(3-4) 上式中： Z2L、Z 2R ——為左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來說，Z2L=Z2R；n——為行星齒輪數(shù)目；I——任意整數(shù)。根據(jù)上述可在此 Z1=12； Z2=20 ， 滿足以上要求。（2）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定首先可以根據(jù)下面公式求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 1?， 2；211arctnz??= 80rta1?=90°- 2° （3-5）將 z=12， 2=20 代入上述式子中可求得1?=30.96° ； 2?=59.04°第二步再按下式求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) mm=10sin2?zA=20si?z=??96.30sin17.4=3.35本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 24 -查閱相關(guān)文獻(xiàn)可取 m=4mm最后而根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算公式即有：1241??mzd; d2=mz2=4×20=80mm4.壓力角 α目前，汽車差速器的齒輪大都采用 22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為 0.8。最小齒數(shù)可減少到 10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為 20°的少，在此選 22.5°的壓力角。某些總質(zhì)量較大的商用車采用 25°壓力角以提高齒輪強(qiáng)度。5.行星齒輪安裝孔的直徑 ?及其深度 L行星齒輪的安裝孔的直徑 與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。??1.?（3-6）??nlTc?.03?（3-7）lLc??3021.（3-8）上面式中：—— 0T為差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取 3320.4N·m——n為行星齒輪的數(shù)目；在此取為 4——l為行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm，約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑的一半即是 l≈0.5 d 2’， d2’為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而 d2’=0.8 d2；——??c?為支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa根據(jù)上式有 d2’=0.8×80=64mm ； l=0.5×64=32mm將上述計(jì)算出的結(jié)果代入到式（3-6）和（3-7）中即可得φ≈28mm ； L=20.24≈20mm3.1.2差速器齒輪幾何參數(shù)的計(jì)算表 3-1 差速器幾何計(jì)算圖表 序號(hào) 名稱 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果