四驅(qū)越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)說(shuō)明書

需要購(gòu)買圖紙咨詢Q1459919609或Q1969043202四驅(qū)越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)Four-wheel drive off-road vehicle to the design of the drive axle摘 要本設(shè)計(jì)的主要目的是分析并設(shè)計(jì)出符合相關(guān)要求的四驅(qū)越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋作為越野車兼具傳遞動(dòng)力和改變方向的總成，對(duì)于其結(jié)構(gòu)有以下要求，既能將越野車的轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為一個(gè)整體，還能支撐越野車的重量，傳遞轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生牽引力；既能承受由于越野車惡劣的行駛環(huán)境而給車輪帶來(lái)的各向沖擊力，還能緩沖車體的震動(dòng)，保證越野車的行駛平穩(wěn)性和駕駛舒適性；在動(dòng)力傳遞方面，既要利用減速器使轉(zhuǎn)矩傳遞到半軸上，以驅(qū)動(dòng)左右車輪，又要利用差速器解決轉(zhuǎn)彎時(shí)左右車輪由于速度不一所產(chǎn)生的干涉問題。如此一來(lái)，在設(shè)計(jì)四驅(qū)越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋時(shí)考慮到結(jié)構(gòu)的合理性，傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比的確定非常重要，同時(shí)保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從減速器、差速器到半軸和輪轂以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方向盤、轉(zhuǎn)向器到轉(zhuǎn)向拉桿之間的合理布置。關(guān)鍵詞：四驅(qū)越野車 轉(zhuǎn)向器 差速器 驅(qū)動(dòng)橋Abstract The main purpose of this design is to analyze and design to meet the relevant requirements of the four-wheel drive off-road vehicle steering axle. Steering drive axle as a cross-country vehicles both transmission power and change the direction of the assembly, for its structure has the following requirements: Both the off-road vehicle steering and drive mechanism as a whole, but also support the weight of off-road vehicles, transmission torque to produce traction; Can withstand the off-road vehicles due to the harsh driving environment and the impact of the wheel to bring the impact, but also to cushion the vibration of the body to ensure off-road vehicles running smoothly and driving comfort; In this way, in the design of four-wheel drive off-road vehicle steering axle to take into account the rationality of the structure, the transmission line of the total transmission ratio is very important,but also to use the differential to solve the left and right wheels due to the speed of the interference caused by different problems. In this way, you want to rationally design four-wheel drive off-road vehicle steering axle, you must determine the total transmission of the transmission ratio, While ensuring a reasonable arrangement of the transmission mechanism from the reducer, the differential to the axle and the hub and the steering wheel of the steering mechanism, the steering gear to the steering rod.Key words: Four-wheel-drive suv Steering gear differential drive axle目 錄1.前言12. 總體方法論證22.1 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋分析22.2 結(jié)構(gòu)方案的確定22.2.1 驅(qū)動(dòng)橋的分析22.2.2 轉(zhuǎn)向器的分析32.2.3 轉(zhuǎn)向節(jié)的分析32.3 本車橋的結(jié)構(gòu)33. 主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算43.1 主減速器傳動(dòng)比的計(jì)算43.2 主減速器的選擇43.3 主減速器齒輪的類型63.4 主減速齒輪計(jì)算載荷的確定73.5 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇83.5.1 齒數(shù)的選擇83.5.2 節(jié)圓直徑的選擇93.5.3 齒面寬的選擇103.5.4 雙曲面齒輪的偏移距E113.5.5 雙曲面齒輪的偏移方向113.5.6 齒輪法向壓力角的選擇113.5.7 齒輪幾何尺寸的計(jì)算113.6 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算133.6.1 單位齒長(zhǎng)上的圓周力133.6.2 輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算143.6.3 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算153.7 主減速器齒輪的材料及熱處理163.8 主減速器的潤(rùn)滑164. 差速器的設(shè)計(jì)164.1 差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇164.2 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇174.2.1 行星齒輪數(shù)目的選擇174.2.2 行星齒輪球面半徑RB(mm)的確定174.2.3 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇184.2.4 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184.2.5 差速器幾何尺寸的計(jì)算194.2.6 行星齒輪安裝孔直徑及其深度L的確定194.3 差速器齒輪與強(qiáng)度計(jì)算205 半軸的設(shè)計(jì)205.1 半軸的設(shè)計(jì)分析215.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理226. 橋殼的設(shè)計(jì)226.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式大致分為可分式橋殼和整體式橋殼兩種227. 轉(zhuǎn)向器237.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比237.2 螺桿、鋼球、螺母?jìng)鲃?dòng)副247.3 齒條、齒扇傳動(dòng)副277.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計(jì)算328. 轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計(jì)368.1 萬(wàn)向節(jié)的選擇368.2 萬(wàn)向節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算379. 結(jié)論38參考文獻(xiàn)391. 前言四驅(qū)越野車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋是一種兼具轉(zhuǎn)向能力和驅(qū)動(dòng)能力的車橋，它的作用之一是把發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給分動(dòng)器的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)主減速器傳遞給越野車輪轂，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)；作用之二是在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，方向盤把所受的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向器傳遞給轉(zhuǎn)向直拉桿，再由轉(zhuǎn)向橫拉桿拉動(dòng)輪轂使車輪轉(zhuǎn)向。隨著我國(guó)各個(gè)行業(yè)的不斷發(fā)展，人民生活質(zhì)量不斷改善走向小康，汽車工業(yè)快速發(fā)展，交通環(huán)境越來(lái)越好，因此越野車慢慢普及到每個(gè)家庭，成為人們生活中最常用的交通工具。一大批世界一流汽車生產(chǎn)商先后進(jìn)入我國(guó)，包括通用、奧迪、大眾、日產(chǎn)、福特等，加入世貿(mào)以來(lái)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，核心技術(shù)缺乏是我國(guó)越野車行業(yè)最大的短板。 四驅(qū)越野車的普及和人們對(duì)其的了解越來(lái)越深，從而要求也越來(lái)越高。為了使越野車在城市以及野外有更好的適應(yīng)性以及舒適性，并考慮到人們駕駛汽車的習(xí)慣性，在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到以下幾點(diǎn)：a.車輪偏轉(zhuǎn)幅度為45 b.方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為各邊2.5圈c.采用麥弗遜式獨(dú)立懸架在XX老師的指導(dǎo)下，對(duì)本設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行仔細(xì)分析，以確定機(jī)械結(jié)構(gòu)的選用。在仔細(xì)了解和討論之后，四驅(qū)越野車的橋殼部分我們采用整體式結(jié)構(gòu)來(lái)承載主減速器，并且輸出端分別采用球面滾輪式萬(wàn)向節(jié)。半軸與輪轂的連接處使用球籠式萬(wàn)向節(jié)。以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的過(guò)程由于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋與汽車其他部分的關(guān)系，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要注意最終組裝。根據(jù)本四驅(qū)越野車的設(shè)計(jì)所給任務(wù)書的要求，首先分析驅(qū)動(dòng)部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及技術(shù)參數(shù)，根據(jù)多方面的數(shù)據(jù)和因素，再計(jì)算每個(gè)軸包括半軸、行星齒輪軸等的傳動(dòng)比以及軸向力的大小，功率和扭矩等等。然后進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算。本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋考慮到半軸-輪轂一體式橋殼和半軸-輪轂斷開式橋殼的優(yōu)缺點(diǎn)之后選用半軸-輪轂斷開式橋殼，這樣一來(lái)，提高了駕駛員在操作時(shí)的穩(wěn)定性和舒適性。該設(shè)計(jì)課題實(shí)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)上有很大提高，增強(qiáng)了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)實(shí)用前景很大的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。2. 總體方法論證2.1 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋分析已知條件：發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率76kw最大功率轉(zhuǎn)速3800rpm發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩225N.m最大扭矩轉(zhuǎn)速2000rpm驅(qū)動(dòng)方式前置四驅(qū)中央差速器結(jié)構(gòu)麥弗遜式獨(dú)立懸架助力類型電動(dòng)助力車體結(jié)構(gòu)承載式前、后制動(dòng)類型通風(fēng)盤式、鼓式駐車制動(dòng)腳剎整車質(zhì)量2100kg2.2 結(jié)構(gòu)方案的確定2.2.1 驅(qū)動(dòng)橋的分析越野車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式，按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可普遍分為半軸-輪轂一體式和半軸-輪轂斷開式驅(qū)動(dòng)橋兩大類。 a. 半軸-輪轂一體式驅(qū)動(dòng)橋一般的半軸-輪轂一體式驅(qū)動(dòng)橋，由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且生產(chǎn)費(fèi)用和工時(shí)不是很高，以及工作性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此被多種越野車廣泛采用，這種結(jié)構(gòu)也被許多四驅(qū)越野車以及部分轎車所采用。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)，尤其是半軸和橋殼盡管不盡相同，但是其相同之處在于橋殼為一根強(qiáng)度很大的空心梁，并支撐在左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪上。傳動(dòng)部件安裝在橋殼內(nèi)，包括齒輪和半軸等。但它的簧下質(zhì)量比較大。b. 半軸-輪轂斷開式驅(qū)動(dòng)橋半軸-輪轂斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼不是一體的，而是由半軸和橋殼通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接而成的，并且半軸和橋殼之間不是固定的，因此被稱作半軸-輪轂斷開式驅(qū)動(dòng)橋。此外，它通常與獨(dú)立懸掛配合使用，因此又叫做獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。這種橋中間部分的差速器和主減速器等傳動(dòng)結(jié)構(gòu)直接鑲嵌在車架橫粱內(nèi)。由于采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，車橋左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪即使在道路不平整的情況下，由于其連接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，輪轂等零件也可以彼此獨(dú)立地圍繞車廂或車架上下擺動(dòng)，但同時(shí)，連帶驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，外殼和半軸及其套管也會(huì)跟著上下擺動(dòng)。2.2.2 轉(zhuǎn)向器的分析四驅(qū)越野車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式，按照其轉(zhuǎn)向時(shí)的接觸狀況不同，可分為螺桿螺母式轉(zhuǎn)向器、齒輪傳動(dòng)式轉(zhuǎn)向器等。四驅(qū)越野車轉(zhuǎn)向器在選擇能滿足其轉(zhuǎn)向要求的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，首先是依據(jù)越野車的類型，前軸載荷等方面來(lái)決定的。然后再考慮角傳動(dòng)比傳動(dòng)特點(diǎn)，傳動(dòng)效率等方面，以及轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向器的制造工藝過(guò)程，壽命等。山地越野車，城市越野車以及礦山工地越野車由于路面環(huán)境通常不好，因此本設(shè)計(jì)結(jié)合上述情況將使用極限可逆式轉(zhuǎn)向器。有的越野車配置有轉(zhuǎn)向橫拉桿減震器或者液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，這樣一來(lái)減震器就可以克服極限可逆式轉(zhuǎn)向器逆效率較高的缺點(diǎn)。由于減震器可吸收路面的沖擊力，這樣方向盤就不會(huì)出現(xiàn)“打手”情況。2.2.3 轉(zhuǎn)向節(jié)的分析根據(jù)其連接元件在受到扭矩時(shí)彈性的大小，萬(wàn)向節(jié)可分成撓性可扭轉(zhuǎn)萬(wàn)向節(jié)和剛性不可扭轉(zhuǎn)萬(wàn)向節(jié)兩種。撓性萬(wàn)向節(jié)扭矩和轉(zhuǎn)速的傳遞是通過(guò)它的彈性元件傳遞的，所以它具有緩沖減震的能力。而剛性萬(wàn)向節(jié)扭矩和轉(zhuǎn)速的傳遞只能是依靠鉸鏈?zhǔn)竭B接零件剛性傳遞。剛性萬(wàn)向節(jié)可進(jìn)一步分為等速萬(wàn)向節(jié)，轉(zhuǎn)速不等萬(wàn)向節(jié)以及可速萬(wàn)向節(jié)三種類型。因?yàn)閺椥栽膹椥孕巫兞渴怯幸欢ǚ秶?，所以撓性萬(wàn)向節(jié)所連接的兩軸（即差速齒輪軸和半軸）之間的夾角一般不大于35，并且一般只用在軸向位移很小的場(chǎng)合。2.3 本車橋的結(jié)構(gòu)本越野車懸架系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)書的要求使用麥弗遜式獨(dú)立懸架，因此本設(shè)計(jì)為使設(shè)計(jì)合理驅(qū)動(dòng)橋相應(yīng)地選擇斷開式驅(qū)動(dòng)橋。山地越野車，城市越野車以及礦山工地越野車由于路面環(huán)境通常不好，因此本設(shè)計(jì)結(jié)合工作環(huán)境將使用極限可逆式轉(zhuǎn)向器，從而采用螺桿螺母式轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器正效率高，所以能讓駕駛員輕易地操縱方向盤；而逆效率高，能使駕駛員很好地感受路面狀況。但同時(shí)為了緩解駕駛員在不平路面上的駕駛疲勞和工作強(qiáng)度，路面給車輪的沖擊反作用到方向盤上的力要越小越好，這樣能很好地防止打手。因此需要在越野車上配置有轉(zhuǎn)向橫拉桿減震器以吸收來(lái)自路面的沖擊力。由于轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)向角度要求較高，本設(shè)計(jì)為滿足要求而采用球籠式萬(wàn)向節(jié)。而主減速器兩側(cè)采用球面滾輪式萬(wàn)向節(jié)。3. 主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 主減速器傳動(dòng)比的計(jì)算四驅(qū)越野車中主減速器的總體質(zhì)量大小，零件輪廓尺寸，結(jié)構(gòu)形式；還有越野車的變速器在最高檔時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性和驅(qū)動(dòng)動(dòng)力性。這些都取決于主減速器的主減速比i0。而主減速比i0的確定，應(yīng)該在越野車整車設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)越野車總動(dòng)力和傳動(dòng)系總傳動(dòng)比iT來(lái)計(jì)算。在發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax和轉(zhuǎn)速np已知的條件下，越野車的功率雖大，但主減速比i0在確定時(shí)必須保證這類越野車的最高車速vamax也要是最大的，即功率和最高車速都要盡可能大。這時(shí)i0值應(yīng)按下式來(lái)確定： (3-1) 式中rr越野車行駛時(shí)車輪的半徑，m； igh變速器掛最高檔即V檔時(shí)的傳動(dòng)比。越野車類型比較多，但由于功率越大最高車速越小，二者成反比，導(dǎo)致實(shí)際中最大車速要比計(jì)算出的小一點(diǎn)，所以主減速比i0的實(shí)際值要比計(jì)算出的大1025，即根據(jù)下列式子再計(jì)算： (3-2) 3.2 主減速器的選擇主減速器根據(jù)傳動(dòng)比的大小，速度改變程度以及機(jī)械結(jié)構(gòu)其減速形式可分為單級(jí)蝸桿式、單級(jí)齒輪減速式、雙級(jí)蝸桿式、雙級(jí)齒輪減速式、雙速齒輪減速式、輪邊減速及主減速等等。a.單級(jí)齒輪減速器由于單級(jí)減速器的質(zhì)量偏小，零件尺寸緊湊，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及生產(chǎn)制造成本耗費(fèi)較低等許多優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)又存在傳動(dòng)比范圍不大的特點(diǎn)。所以在主減速比i07.6的小、中型越野車上應(yīng)用非常普遍。單級(jí)主減速器減速嚙合時(shí)的傳動(dòng)副類型多為雙曲面齒輪或螺旋錐齒輪，甚至還有部分是使用蝸輪傳動(dòng)的。b.雙級(jí)主減速器雙級(jí)主減速器與單級(jí)減速器相比較零件質(zhì)量更大，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)更為復(fù)雜，生產(chǎn)制造時(shí)所耗費(fèi)時(shí)間和費(fèi)用也明顯增加，如此一來(lái)雙級(jí)主減速器應(yīng)用范圍不廣，本著基本上盡量不使用的原則一般只用在主減速比i0比較大(7.65.0的重、中型越野車的驅(qū)動(dòng)橋上。由于研究的不斷深入，工程師們又進(jìn)一步設(shè)計(jì)出圓柱錐齒輪式和錐齒輪圓柱式兩種類形。錐齒輪圓柱齒輪雙級(jí)貫通式主減速器由于其結(jié)構(gòu)采用兩級(jí)減速的方式，因此總主減速比的范圍比較大。但同時(shí)也不可避免的帶來(lái)了不少缺點(diǎn)：總體結(jié)構(gòu)尺寸大，并且其主動(dòng)錐齒輪的形狀復(fù)雜制造困難且制造工藝性能較差，而從動(dòng)錐齒輪不得不采用懸臂式裝配，導(dǎo)致支撐部件剛度降低，使用壽命降低。圓柱齒輪錐齒輪式雙級(jí)貫通式主減速器的特點(diǎn)是雖然結(jié)構(gòu)尺寸緊湊較小，但同時(shí)一級(jí)減速比范圍小。f.單級(jí)(或雙級(jí))主減速器附輪邊減速器許多重型，大型越野車驅(qū)動(dòng)橋需要很大范圍的主減速比i0。而當(dāng)主減速比i0的值大于12時(shí)，就必須附加輪邊減速器，以分配驅(qū)動(dòng)橋輸出的減速比。只有這樣才能有效減小主減速器的輪廓尺寸，從而使離地間隙變大，驅(qū)動(dòng)橋減速比提高。同時(shí)也減小了其他的零部件所需尺寸，包括差速器，半軸等。但同樣，由于增加了附加輪邊減速器，導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，生產(chǎn)制造難度和成本也就變高了，所以一般只應(yīng)用于減速比12的場(chǎng)合。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，傳動(dòng)比i0=2.612.96，所以按照上述分析選用單級(jí)減速器。3.3 主減速器齒輪的類型 查閱了許多類型和不同品牌的越野車之后，發(fā)現(xiàn)如今一般越野車驅(qū)動(dòng)橋上的主減速器通常采用雙曲面齒輪傳動(dòng)和螺旋錐齒輪傳動(dòng)。 螺旋錐齒輪的主從動(dòng)齒輪的軸線是相交，并且軸線交角能隨設(shè)計(jì)要求而定。但是主減速器齒輪副在幾乎所有越野車的驅(qū)動(dòng)橋上都是呈90布置的。螺旋錐齒輪有很多優(yōu)點(diǎn)，其齒輪端面具有較高重疊系數(shù)，同時(shí)參與嚙合的齒輪有兩對(duì)甚至更多，所以嚙合齒輪分解了集中載荷從而能夠承受較大的載荷。此外，該齒輪在嚙合傳動(dòng)時(shí)，其嚙合點(diǎn)是由一個(gè)齒的一端移動(dòng)到另一端，這樣的特點(diǎn)能使其工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)很小，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。雙曲面齒輪的主從動(dòng)齒輪的兩根齒輪軸軸線不共面且它們的投影線是相交的，并且空間投影角通常為90。主動(dòng)齒輪軸線和從動(dòng)齒輪軸線存在偏移距，且不為零，向上或向下。如此一來(lái)，其齒輪的支撐結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，從而提高了結(jié)構(gòu)剛度，確保齒輪嚙合時(shí)噪音小，工作穩(wěn)定可靠，齒輪壽命也相對(duì)延長(zhǎng)。雙曲面主動(dòng)齒輪能保證大傳動(dòng)比穩(wěn)定傳動(dòng)，同時(shí)不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，因此選較小的齒數(shù)。有時(shí)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)輪廓尺寸較小，同時(shí)所需傳動(dòng)比大，這時(shí)采用雙曲面齒輪傳動(dòng)就能很好地滿足要求。當(dāng)傳動(dòng)時(shí)的主動(dòng)齒輪直徑要求固定時(shí)，螺旋錐齒輪的從動(dòng)齒輪直徑相比于雙曲面的要大。而傳動(dòng)比2時(shí)，螺旋錐齒輪主動(dòng)齒輪就比雙曲面主動(dòng)齒輪小得多，所以本設(shè)計(jì)更好的選擇是螺旋錐齒輪。雙曲面主動(dòng)齒輪螺旋角變大后，同時(shí)進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)增加，所以能夠承受較大的載荷這樣能使其工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)很小，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。雙曲面齒輪的主從動(dòng)齒輪由于存在偏移距，在越野車總體設(shè)計(jì)更靈活，給其他部件的布置帶來(lái)了方便。根據(jù)上述分析，當(dāng)主減速比i0=2.612.96時(shí)，應(yīng)選擇用雙曲面主動(dòng)齒輪。3.4 主減速齒輪計(jì)算載荷的確定在進(jìn)行四驅(qū)越野車強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)分為兩種情況來(lái)考慮：一是在發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)時(shí)且傳動(dòng)系掛最低檔即I檔時(shí)的狀況；二是驅(qū)動(dòng)車輪打滑，阻力極小時(shí)狀況。計(jì)算這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩，并取兩者中的較小者來(lái)驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。即 (3-3) Nm (3-4) Nm 式中Temax發(fā)動(dòng)機(jī)量大轉(zhuǎn)矩，Nm；iTL掛最低檔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)到主減速器從動(dòng)齒輪之間的各傳動(dòng)比之積； 機(jī)械傳動(dòng)效率，取=0.9； K0超載系數(shù)，取K0=1； n驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目；G2越野車滿載時(shí)其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋?qū)Φ孛娴淖畲髩毫?，N；越野車行駛時(shí)輪胎附著系數(shù)，四驅(qū)越野車取=1.0； rr一越野車行駛時(shí)車輪的半徑，m；一一主減速器從動(dòng)齒輪到四驅(qū)車輪之間的傳動(dòng)效率；一一主減速器從動(dòng)齒輪到四驅(qū)車輪之間的減速比。上述所算得的計(jì)算載荷只是越野車工作的最大轉(zhuǎn)矩，而不是正常工作狀況下的持續(xù)轉(zhuǎn)矩，所以不能以它來(lái)計(jì)算疲勞損壞時(shí)的數(shù)據(jù)。因此，四驅(qū)越野車的正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩要用主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm (Nm)來(lái)計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果為 (3-5) Nm式中Ga越野車滿載時(shí)的總重量即最大重量17，N； GT所牽引的汽車滿載總重量17，N，； fR道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，越野越野車取0.0200.035； fH四驅(qū)越野車的平均爬坡能力系數(shù)。越野越野車取0.080.31。fP越野車的性能系數(shù)： (3-6)若式中fP計(jì)算結(jié)果小于0，則取0。在計(jì)算主減速器主動(dòng)齒輪的相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，由于存在工作效率應(yīng)該把式（3-3）和（3-4）的結(jié)果分別除以其齒輪的減速比及傳動(dòng)效率，這樣設(shè)計(jì)計(jì)算更準(zhǔn)確。3.5 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇3.5.1 齒數(shù)的選擇表3-1 越野車驅(qū)動(dòng)橋主減速器主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)（用于半展成法*加工時(shí)）傳動(dòng)比(z/ z)推薦的主動(dòng)齒輪最小齒數(shù)(z)主動(dòng)齒輪齒數(shù)允許范圍（z） 2.01715192.51512163.01110143.5108104.09794.58695.0 758表3-2 越野車主減速器主、從動(dòng)錐齒數(shù)的選擇89101112131415162.8802.9194144472.9202.95935382.9602.9994245483.0003.0393639493.0403.0793343463.0803.11940 按照表3-1中的數(shù)據(jù)，由于本設(shè)計(jì)主減速比i0=2.612.96，所以主減速器主動(dòng)齒輪的齒數(shù)取13。再根據(jù)表3-2的數(shù)據(jù)，主動(dòng)齒輪的齒數(shù)取41。3.5.2 節(jié)圓直徑的選擇當(dāng)變速器掛擋時(shí)，作用在輪齒上的彎曲應(yīng)力與比值P/F成正比關(guān)系，同時(shí)滿足以下條件： (3-7) (3-8)式中：d2及F的單位均cm。在擋的傳動(dòng)比ig13的情況下，同時(shí)其比值P/F應(yīng)不超過(guò)3920，即 (3-9)雙曲面齒輪齒面寬選取F0.155d2,且，將其代入上述公式能夠計(jì)算得到：當(dāng)掛最低檔擋傳遞Temax時(shí)，齒輪的節(jié)圓直徑d2不應(yīng)該小于(3-10)與(3-11)中算得數(shù)值中的較小值，即 (3-10) (3-11) 因此節(jié)圓直徑要大于18.87cm。式中Temax發(fā)動(dòng)機(jī)量大轉(zhuǎn)矩，Nm；ig1變速器掛最低檔即擋時(shí)的傳動(dòng)比；i變速器主傳動(dòng)比； 圓整后取d2=190mmd2選定后，就可以計(jì)算從動(dòng)錐齒輪大端端面模數(shù)，m=d2/z2190/41=4.63，并用下式校核： (3-12) 式中Km模數(shù)系數(shù)，且其取值范圍Km=0.30.4。經(jīng)校核成立。3.5.3 齒面寬的選擇根據(jù)上述推薦，越野車主減速器雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒面寬F(mm)用下式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下： (3-13) 3.5.4 雙曲面齒輪的偏移距E四驅(qū)越野車雙曲面齒輪的偏移距E應(yīng)該小于其從動(dòng)齒輪節(jié)錐距A0的0.2（或者取偏移距E的值為齒輪直徑d的0.10.12，且一般不超過(guò)其0.12）。當(dāng)偏移距E大于d2的0.2時(shí)，應(yīng)考慮在生產(chǎn)時(shí)是否存在根切現(xiàn)象。 (3-14) 上式結(jié)果為最大值，本設(shè)計(jì)取偏移距為20mm3.5.5 雙曲面齒輪的偏移方向雙曲面齒輪的偏移方向應(yīng)采用下偏移。根據(jù)雙曲面齒輪的偏移方向與螺旋方向之間的關(guān)系：下偏移則主動(dòng)齒輪左旋，從動(dòng)齒輪右旋。3.5.6 齒輪法向壓力角的選擇根據(jù)雙曲面齒輪的嚙合特點(diǎn)，由于其主動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)直徑不相等，一端大一端小，所以其法向壓力角也不同，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該按照平均壓力角來(lái)計(jì)算，載貨車所選平均壓力角為2230，普通轎車所選平均壓力角為19。當(dāng)主動(dòng)齒輪齒數(shù)zl8時(shí)，所選平均壓力角為2115。本設(shè)計(jì)齒輪的平均壓力角選為2115。3.5.7 齒輪幾何尺寸的計(jì)算按表3-3對(duì)幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算得表3-3圓弧齒雙曲面齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表序號(hào) 計(jì)算公式結(jié)果 注釋1z1 13小齒輪齒速應(yīng)不少于62z2 41大齒輪齒速由z1及速比定，但z1與z2間應(yīng)避免有公約數(shù) 3F 29大齒輪齒面寬F=0.155d24E 20小齒輪軸線偏移距E=（0.1 0.12）d25d2=175 190大齒輪分度圓直徑d26rd=63.576.2刀盤名義直徑rd7=arctan() 20.3小齒輪節(jié)錐角9=69.17大齒輪節(jié)錐角102=31.70大齒輪終點(diǎn)螺旋角211z= 0.0032小齒輪軸線到大齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)的距離，正則表示該節(jié)錐頂點(diǎn)超過(guò)了小齒輪軸線，負(fù)則表示該節(jié)錐頂點(diǎn)在大齒輪體與小齒輪軸線之間212A0=101.637大齒輪節(jié)錐距13=0.779大齒輪頂角14=3.80大齒輪的齒根角15 h=1.403大齒輪齒頂高16h= 7.962 大齒輪齒根高17C=1.109徑向間隙C為大齒輪在齒面寬中點(diǎn)處的工作齒高的15%再加上0.0518 h=9.366大齒輪齒全高19hg=8.257大齒輪齒工作高20 =69.9大齒輪的面錐角21=65.37大齒輪的根錐角22 =34.811大齒輪外緣至小齒輪軸線的距離24 z0= 0.026小齒輪軸線到大齒輪面錐頂點(diǎn)的距離2，正負(fù)含義同序號(hào)1125zR= 2.1499 小齒輪軸線到大齒輪根錐頂點(diǎn)的距離2，正負(fù)含義同序號(hào)1126 = 24.038小齒輪面錐角27G0= 4.566大齒輪軸線到小齒輪面錐頂點(diǎn)的距離2，正負(fù)含義同序號(hào)1128B0= 92.071 小齒輪外緣至大齒輪軸線的距離29Bi= 68.925小齒輪前緣至大齒輪軸線的距離30 d01= 86.208小齒輪的齒頂圓直徑31GR= 1.055大齒輪軸線到小齒輪根錐頂點(diǎn)的距離2，正負(fù)含義同序號(hào)11 32 = 19.545小齒輪根錐角33Bmin0.1524最小側(cè)間隙允許值34Bmax0.2032最大側(cè)間隙允許值3.6 主減速器雙曲面齒輪的強(qiáng)度計(jì)算3.6.1 單位齒長(zhǎng)上的圓周力按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)： (3-15) (3-16)式中Temax發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，Nm；ig變速器傳動(dòng)比，通常按1檔計(jì)算。按最大附著力矩計(jì)算時(shí)： (3-17)式中輪胎與地面的附著系數(shù)；許用的單位齒長(zhǎng)度方向上的圓周力如下表3-4所示。表3-4 許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算按最大附著力矩計(jì)算附著系數(shù)1檔2檔直接檔轎車8935363218930.85貨車142925014290.85四驅(qū)越野車137421410320.85牽引越野車5362509840.65 對(duì)照上表，根據(jù)上述分析兩種情況下均滿足要求。3.6.2 輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算越野車主減速器雙曲面齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力 (Nmm2)為 (3-18) 式中K0超載系數(shù)；Ks尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)m1.6mm時(shí)Ks= (3-19)Km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)，Km1.001.10；當(dāng)一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)，Km1.101.25。支承剛度大時(shí)取小值；Kv質(zhì)量系數(shù)，一般取Kv1；Z計(jì)算齒輪的齒數(shù)； m端面模數(shù)，mm；J綜合系數(shù),為0.27。四驅(qū)越野車主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為700 Nmm2，滿足彎曲強(qiáng)度要求。四驅(qū)越野車主減速器齒輪在正常工作的情況下，其破壞形式主要是疲勞損壞，而疲勞壽命的長(zhǎng)短主要與平時(shí)行駛時(shí)的持續(xù)轉(zhuǎn)矩有關(guān)即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩，因此Tj或升Tjh只是用來(lái)計(jì)算并檢驗(yàn)最大應(yīng)力的大小，疲勞壽命的計(jì)算不能以此為依據(jù)。3.6.3 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算雙曲面齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力 (MPa)為 (3-20)=式中T1主動(dòng)齒輪的工作轉(zhuǎn)矩，Nm；Cp材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6N1/2mm；Kf表面質(zhì)量系數(shù)，一般精確齒輪取Kf=1；3.7 主減速器齒輪的材料及熱處理大部分的四驅(qū)越野車其主減速器的雙曲面齒輪的材料普遍采用滲碳合金鋼，其材料代號(hào)包括20CrNiMo，20CrMnTi，20MnVB，20Mn2TiB和22CrMnMo。使用滲碳合金鋼制造的減速器齒輪，經(jīng)過(guò)一系列的熱處理工藝：先滲碳，再淬火，然后回火之后，齒輪的表層硬度能夠達(dá)到HRC5963，但內(nèi)部硬度比較低，只有HRC3343.熱處理后，其滲碳層深度為0.91.3mm。3.8 主減速器的潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)橋中的主減速器是主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑尤為重要，軸承，齒輪等摩擦表面都需要很好地潤(rùn)滑，以保證零件的工作壽命。支撐主減速器主動(dòng)錐齒輪的前端軸承，由于潤(rùn)滑油的流動(dòng)性不強(qiáng)，因此其潤(rùn)滑比較困難。所以，為了解決該問題，我們?cè)谥鳒p速器殼的內(nèi)壁上，靠近主動(dòng)齒輪的從動(dòng)齒輪前端處，設(shè)計(jì)一個(gè)集油槽，把由于回轉(zhuǎn)力濺到減速器殼體上的潤(rùn)滑油進(jìn)行收集，并引回到前滾子軸承的端口。潤(rùn)滑油再利用回轉(zhuǎn)力流至大端，然后通過(guò)回油孔流回到橋殼中，這樣，潤(rùn)滑油能夠不斷循環(huán)，完成持續(xù)潤(rùn)滑，同時(shí)能夠達(dá)到散熱除塵的效果。4. 差速器的設(shè)計(jì)4.1 差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇 驅(qū)動(dòng)橋中的差速器類型很多，其中有防滑差速器，對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。防滑差速器進(jìn)一步分為自動(dòng)鎖止式差速器以及強(qiáng)制鎖止式差速器，自動(dòng)鎖止式差速器包括高摩擦式差速器，自由輪式差速器和變傳動(dòng)比式差速器三種。a對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)相對(duì)于其它差速器來(lái)說(shuō)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。其結(jié)構(gòu)包括差速器左殼和右殼；連接半軸的半軸齒輪兩個(gè)；與半軸齒輪相嚙合的行星齒輪，多數(shù)為四個(gè)，少數(shù)有三個(gè)，而小輕型四驅(qū)越野車一般是兩個(gè)；保證行星齒輪穩(wěn)定嚙合的齒輪軸等等。該結(jié)構(gòu)工作性能好，傳動(dòng)平穩(wěn)，制造工藝簡(jiǎn)單，所以被各種越野車廣泛使用。b強(qiáng)制鎖止式防滑差速器該差速器分為兩種工作狀態(tài)，一種是路面狀態(tài)不好，且容易打滑的情況下，在普通差速器上配置差速鎖，為防止打滑，將加速器鎖住，這樣就能保證車輪得到由減速器傳遞的全部轉(zhuǎn)矩。另一種是路面狀況比較好，這是應(yīng)該將鎖止器松開，否則會(huì)造成車輪轉(zhuǎn)速干涉，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞車輪軸。 c自鎖式差速器 普通四驅(qū)越野車的輪胎在氣壓較低時(shí)，與干燥的柏油路或者混凝土路面的附著系數(shù)一般為0.60.8。而與冰面的附著系數(shù)大約是0.10.3。由此，為保證越野車足夠的牽引力，差速器的鎖止系數(shù)取最大為K=8。根據(jù)任務(wù)書的要求，以及上述分析本設(shè)計(jì)考慮選用對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。4.2 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇4.2.1 行星齒輪數(shù)目的選擇普通家用轎車的差速器通常采用兩個(gè)行星齒輪，載重汽車包括重型越野車一般采用四個(gè)行星齒輪，個(gè)別越野車是用三個(gè)行星齒輪。本設(shè)計(jì)為輕型四驅(qū)越野車，故采用兩個(gè)行星齒輪。4.2.2 行星齒輪球面半徑RB(mm)的確定 行星齒輪在尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，背面的球面半徑RB就決定了圓錐行星齒輪差速器的尺寸大小，即行星齒輪安裝時(shí)的尺寸。 球面半徑的計(jì)算，本設(shè)計(jì)根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定： (4-1) 式中KB表示行星齒輪的球面半徑的系數(shù)，KB=2.502.98，對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的四驅(qū)越野車取最大值；Tj計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm。在RB計(jì)算完成后，根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距： (4-2)4.2.3 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇由于齒輪持續(xù)嚙合的工作特點(diǎn)，齒輪的強(qiáng)度要高，不易損壞，根據(jù)公式應(yīng)該有較大的模數(shù)，進(jìn)而行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)盡可能少，同時(shí)保證不發(fā)生根切現(xiàn)象齒數(shù)應(yīng)不小于10。所以半軸齒輪一般取1524，且傳動(dòng)比為1.52。由于行星齒輪與半軸齒輪的嚙合特點(diǎn)，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)和必須是行星齒輪的倍數(shù)，否則存在齒數(shù)干涉，導(dǎo)致不能安裝。因此取半軸齒輪齒數(shù)z2=18，同時(shí)行星齒輪的齒數(shù)取為z1 =10 。4.2.4 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定先初算差速器行星齒輪和半軸齒輪各自的的節(jié)錐角、： (4-3) (4-4)式中z1行星齒輪的齒數(shù)。z2半軸齒輪齒數(shù)。 然后按照下列式子，初算出圓錐齒輪的大端模數(shù)： (4-5) 圓整后取m=4 由下式 (4-6)得： 4.2.5 差速器幾何尺寸的計(jì)算按表4-1計(jì)算差速器幾何尺寸4.2.6 行星齒輪安裝孔直徑及其深度L的確定表4-1越野車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式1行星齒輪齒數(shù)z1=102半軸齒輪齒數(shù)z2=18 3模數(shù)m=44齒面寬F=(0.250.30)A0=10.28512.345齒工作高h(yuǎn)g=1.6m=6.46齒全高h(yuǎn)=1.788m0.051=7.203 7壓力角=22.58軸交角=909節(jié)圓直徑d1=mz1=40 d2=mz2=7210節(jié)錐角 =arctan(z1/z2)=29.05 =arctan(z2/z1)=60.9511節(jié)錐距A0=d1/(2sin)=d2/(2sin)=41.1412周節(jié)t=3.1416m=12.566413齒頂高=hgh=4.224 14齒根高h(yuǎn) =1.788mh =2.928 h=1.788h=4.976 15徑向間隙c=hhg=0.1788mh=0.803 16齒根角=arctan=4.07 =arctan=3.0317面錐角=32.08 =65 18根錐角=24.98 =57.92 19外圓直徑D01=d12 hcos=47.39 D02=d22 hcos=74.11 20節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離=d2/2hsin=33.945 =d1/2 h sin =18.09 差速器行星齒輪安裝時(shí)在直徑上，孔直徑就相當(dāng)于行星齒輪軸的直徑，所以長(zhǎng)度上，行星齒輪安裝時(shí)孔的長(zhǎng)度L相當(dāng)于行星齒輪安裝在軸上的配合長(zhǎng)度，通常取 =1.18=8.8 (4-7) (4-8)=1.164=70.4 =8 (4-9)式中T0經(jīng)過(guò)差速器所傳遞行星齒輪的轉(zhuǎn)矩，Nm； n行星齒輪數(shù)； l行星齒輪的幾何中點(diǎn)到其齒輪錐頂之間的距高，mm； 行星齒輪支承面所承受的許用擠壓應(yīng)力，其值取為69MPa。 4.3 差速器齒輪與強(qiáng)度計(jì)算 四驅(qū)越野車的差速器齒輪彎曲應(yīng)力計(jì)算公式為 (4-10)式中T差速器單個(gè)半軸齒輪所受到的轉(zhuǎn)矩大小，Nm；Tj計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；n差速器行星齒輪數(shù)目；z2半軸齒輪齒數(shù)；J差速器齒輪彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，為0.225。根據(jù)上述公式中的計(jì)算轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則彎曲應(yīng)力應(yīng)小于974MPa。而798.32Mpa974Mpa，所以校核成立，滿足要求。5 半軸的設(shè)計(jì)5.1 半軸的設(shè)計(jì)分析在進(jìn)行半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，最重要的是確定最小直徑，此時(shí)應(yīng)合理計(jì)算其計(jì)算載荷。同時(shí)應(yīng)該考慮不同工作狀態(tài)下的載荷：a當(dāng)車輪受到的縱向力最大的時(shí)候，附著系數(shù)定為0.8，側(cè)向力為0。b當(dāng)越野車發(fā)生側(cè)滑的時(shí)候，側(cè)向力是最大的,且附著系數(shù)取最大為1.0，縱向力為0。c當(dāng)越野車以較高速度經(jīng)過(guò)高低不平的路面時(shí)，會(huì)給汽車車輪造成沖擊，產(chǎn)生垂向力。地面最大附著力與越野車車輪所受縱向力以及側(cè)向力的關(guān)系為： （5-1）由此公式可知，當(dāng)側(cè)向力最大值時(shí)，縱向力大小為0；相反當(dāng)縱向力最大值時(shí)，側(cè)向力大小為0。半軸的左右兩端都采用不同型號(hào)的萬(wàn)向節(jié)，所用半軸為3/4浮式半軸。3/4浮式半軸的強(qiáng)度校核首先需要確定3/4浮式半軸的計(jì)算載荷，其具體計(jì)算公式如下： （5-2）式中差速器轉(zhuǎn)矩傳遞給半軸的分配系數(shù)，取值為0.6； Temax發(fā)動(dòng)機(jī)量大轉(zhuǎn)矩，Nm；ig1變速器掛最低檔即擋時(shí)的傳動(dòng)比；i變速器主傳動(dòng)比。然后3/4浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算可根據(jù)下面的式子計(jì)算扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： （5-3）式中半軸扭轉(zhuǎn)時(shí)收到的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；d直徑，mm； 許用應(yīng)力，490588 MPa。由上式可知184.52MPa490MPa，校核成立。5.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理在加工半軸的花鍵時(shí)，通常將其端部直徑設(shè)計(jì)得大些，因?yàn)榛ㄦI的內(nèi)徑要大于中部的直徑，同時(shí)適當(dāng)?shù)臏p小槽深度，