某微型客車后驅動橋設計（有cad源圖等）.doc

某微型客車后驅動橋設計（有cad源圖等） 本科畢業(yè)設計論文 題目:某微型客車后驅動橋設計 系 別: 機電信息系 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化班 級: 學 生: 學 號: 指導教師:72013年05月某微型客車后驅動橋設計摘 要 驅動橋是汽車行駛系統(tǒng)的重要組成部分。其基本功用是增大有傳動軸或直接有變速器傳來的轉矩。并將動力分配給左、右兩個驅動輪,使左、右驅動輪具有汽車形式運動學所要求的差速功能。所以其設計質量直接關系到整車性能的好壞。在設計過程中,需要嚴謹和認真的態(tài)度進行設計。 在緒論部分,對本課題的背景研究意義及國內外情況簡明扼要的說明。在方案論證部分,對驅動橋及其總成結構形式的選擇作了具體的說明。本設計選用了單級減速器,采用的是雙曲面齒輪嚙合傳動,盡量的簡化結構,縮減尺寸,有效的利用空間,充分減少材料浪費,減輕整體質量。由于是微型客車,主要行駛在路面較好的條件下,決定使用對稱式圓錐行星齒輪差速器。半橋則選用全浮式半橋。在設計計算與強度校核部分,對主減速器、差速器、半軸和驅動橋殼等重要部件的參數(shù)作了選擇。同時也對以上的幾個部件進行了必要的校核計算。 結束語是對本次畢業(yè)設計的一些看法和心得體會,并對悉心幫助和指導過我的指導老師和同學表示衷心的感謝和深深的敬意。 關鍵詞: 微型客車;驅動橋;主減速器;差速器Design of drive axle minibusAbstract Drive axle is an important part of the car system. Its basic function is to increase the shaft or directly with the transmission of torque. And distributes power to the left and right two driving wheels, make the left and right driving wheels car form required by the kinematic differential function. So its design quality directly related to vehicle performance is good or bad. In the process of design, need strict and serious attitude to carry on the design. In the introduction part, the background of this topic research significance and the situation at home and abroad and brief description.Part of the project demonstration, the choice of drive axle and assembly structure forms the specific instructions. This design chooses a single stage reducer, USES a hyperboloid gear meshing transmission, try to simplify the structure, reduced size, effective use of space, sufficient to reduce material waste, reduce the overall quality. Being minivans, main drive under the condition of the pavement better, decided to use the symmetric cone planetary gear differential. A half bridge is semi floating half bridge.In design calculation and intensity, the Lord reducer, differential and half shaft and drive axle housing, and other important components of the parameters has made the choice. And at the same time for more than a few parts for the necessary checking calculation. Is the conclusion of this graduation design of some of the views and comments, and carefully to help and guidance of my instructor and classmates express my heartfelt thanks and deep respect. Key words: minivans;drive axle;The main reducer;differential 主 要 符 號 表大齒輪節(jié)錐距從動錐齒輪中點錐距軸承的額定動載荷、分別為主、從動雙曲面齒輪的外圓直徑、分別為主、從動雙曲面齒輪的節(jié)圓直徑雙曲面齒輪偏移距雙曲面齒輪的從動齒輪齒面寬汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)汽車或汽車系列的性能系數(shù)道路滾動阻力系數(shù)后軸對水平地面的荷重汽車滿載總重量、分別為主、從動齒輪的齒頂高、分別為主、從動齒輪的齒根高齒工作高齒工作高系數(shù)齒全高系數(shù)驅動橋主減速比分動器高檔傳動比變速器1檔傳動比輪邊減速器傳動比傳動系低檔傳動比雙曲面齒輪輪齒彎曲計算用綜合系數(shù)雙曲面齒輪的從動齒輪齒頂高系數(shù)雙曲面齒輪強度計算用表面質量系數(shù)雙曲面齒輪強度計算用載荷分配系數(shù)雙曲面齒輪強度計算用超載系數(shù)雙曲面齒輪強度計算用尺寸系數(shù)雙曲面齒輪強度計算用質量系數(shù)軸承的額定壽命齒輪模數(shù)、端面模數(shù)發(fā)動機最大功率下的轉速發(fā)動機最大功率單位齒長上的圓周力刀盤的名義半徑車輪的滾動半徑發(fā)動機轉矩發(fā)動機最大轉矩計算轉矩發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低擋傳動比時作用在主減速器從動齒輪上的計算轉矩驅動車輪滑轉時作用在主減速器從動齒輪上的計算轉矩主減速器從動齒輪的平均計算轉矩齒輪齒數(shù)齒輪壓力角中點螺旋角或名義螺旋角、分別為雙曲面齒輪主、從動齒輪的節(jié)錐角、分別為主、從動齒輪的面錐角、分別為主、從動齒輪的根錐角輪胎與路面的附著系數(shù)汽車傳動系效率輪邊減速器的傳遞效率接觸應力彎曲應力扭轉應力剪切應力目 錄1 緒論1 1.1題目背景1 1.2研究意義1 1.3國內外相關研究情況1 1.4本設計研究的主要內容32 驅動橋總成結構形式及布置4 2.1總體方案論證4 2.2驅動橋的分類4 2.2.1非斷開式驅動橋43 主減速器設計6 3.1主減速器結構方案的分析6 3.2主減速器主、從動錐齒輪的支承方案8 3.3主減速器錐齒輪設計9 3.3.1主減速比i0的確定9 3.3.2主減速器齒輪計算載荷的確定10 3.4主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇11 3.4.1齒數(shù)的選擇11 3.4.2從動錐齒輪節(jié)圓直徑的選擇11 3.4.3從動錐齒輪端面模數(shù)的選擇12 3.4.4螺旋錐齒輪齒寬F的選擇12 3.4.5螺旋錐齒輪的螺旋方向12 3.4.6螺旋角的選擇12 3.4.7齒輪法向壓力角的選擇13 3.5主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算13 3.6主減速器螺旋錐齒輪的強度計算15 3.6.1單位齒長上的圓周力15 3.6.2輪齒的彎曲強度計算16 3.6.3輪齒的齒面接觸強度計算17 3.7主減速器齒輪的材料及熱處理17 3.8主減速器軸承的計算18 3.8.1作用在主減速器主動齒輪上的力18 3.8.2主減速器軸承載荷的計算20 3.8.3主減速器軸承額定壽命的計算21 3.9主減速器的潤滑224 差速器設計24 4.1差速器結構形式的選擇24 4.2對稱式圓錐行星齒輪差速器的設計25 4.2.1差速器齒輪的基本參數(shù)選擇25 4.2.2差速器齒輪的幾何尺寸計算27 4.3差速器齒輪的材料選擇28 4.4差速器齒輪的強度計算285 半軸設計30 5.1半軸的型式30 5.2半軸的設計與計算31 5.2.1全浮式半軸計算載荷的確定31 5.2.2全浮式半軸桿部直徑的初選31 5.2.3半軸的結構設計、材料與熱處理31 5.2.4半軸的強度計算326 驅動橋殼體設計34 6.1驅動橋殼的分類34 6.1.1可分式橋殼34 6.1.2整體式橋殼35 6.1.3組合式橋殼36 6.2驅動橋殼的選擇367 結 論37參考文獻38致 謝39畢業(yè)設計(論文)知識產(chǎn)權聲明40畢業(yè)設計(論文)獨創(chuàng)性聲明41若需要cad圖等其他文件,請加Q:19856397551 緒論1.1題目背景 21世紀,汽車工業(yè)成為中國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一,汽車企業(yè)對各系統(tǒng)部件的設計需求旺盛。其中驅動橋是汽車的一個重要組成部分,它直接影響汽車的動力性性和操控性。 本課題根據(jù)長安之星2汽車的主要行駛參數(shù)和運動要求,對其后驅動橋進行整體結構設計,目的在于實現(xiàn)汽車在各種路況下進行良好的行駛,保證其動力性和操控性。改革開放30年來,我國汽車后橋設計行業(yè)隨著整車行業(yè)的快速發(fā)展而不斷發(fā)展壯大,形成了一批頗具規(guī)模的汽車后橋設計企業(yè)。大多數(shù)本土后橋設計企業(yè)在引進消化吸收國外先進技術方面取得了突出成績,并不斷堅持自主創(chuàng)新,涌現(xiàn)了大量自主創(chuàng)新的產(chǎn)品。另外,一些跨國公司獨資或合資企業(yè)開始陸續(xù)在中國設廠,為滿足持續(xù)高速增長的中國汽車市場需求作出了非常大的貢獻1。1.2研究意義 隨著中國緊急的發(fā)展,汽車企業(yè)自然就成為中國經(jīng)濟不可或缺的重要部分,在高速發(fā)展的當代社會,汽車已成為主要的運輸工具,在生活,商業(yè),軍事,等等,各方面扮演著主要角色,因此,發(fā)展汽車工業(yè)是刻不容緩的。汽車經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展,已經(jīng)相當成熟,汽車像人一樣,是一個有機的整體,它的完美需要各個部件的組合。后橋是汽車的一個重要部分,就像人類的骨骼關節(jié)一樣。后橋驅動系統(tǒng)設計的成功與否,將直接決定著汽車是否完美。1.3國內外相關研究情況 改革開放以來,中國的汽車工業(yè)得到了長足發(fā)展,尤其是加入WTO以后,我國的汽車市場對外開發(fā),汽車工業(yè)逐漸成為世界汽車整體市場的一個重要組成部分。同樣,驅動橋也隨著整車的發(fā)展不斷成長和成熟起來。 隨著高速公路網(wǎng)狀況的改善和國家環(huán)保法規(guī)的完善,環(huán)保、舒適、快捷成為客車和貨車市場的主旋律。對整車主要總成之一的驅動橋而言,小速比、大扭矩、傳動效率高、成本低逐漸成為客車和貨車驅動橋技術的發(fā)展趨勢。 現(xiàn)狀:在產(chǎn)品設計開發(fā)上,CAD、CAE等計算機應用技術,以及UG、Pro/E等設計軟件先后應用于主減速器的結構設計和齒輪加工中,有限元分析、數(shù)模建立、虛擬試驗分析等也被采用;齒輪設計也初步實現(xiàn)了計算機編程的電算化。新一代驅動橋設計開發(fā)的突出特點是:不僅在產(chǎn)品性能參數(shù)上進一步進設計上完全遵從模塊化設計原則,產(chǎn)品配套實現(xiàn)車型的平臺化,造型和結構更加合理,更宜于組織批量生產(chǎn),更適應現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展,更能應對頻繁的車型換代和產(chǎn)品系列化的特點,這些都對基礎件產(chǎn)品提出愈來愈高的配套要求,需要在產(chǎn)品設計上不斷地進行二次開發(fā)和持續(xù)改進,以滿足快速多變的市場需求。 與國外相比,我國的驅動橋開發(fā)設計不論在技術上、制造工藝上,還是在成本控制上都存在不小的差距,尤其是齒輪制造技術缺乏獨立開發(fā)與創(chuàng)新能力,技術手段落后國外己實現(xiàn)計算機編程化、電算化。目前比較突出的問題是,行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱、工藝創(chuàng)新及管理水平低,企業(yè)管理方式較為粗放,相當比例的產(chǎn)品仍為中低檔次,缺乏有國際影響力的產(chǎn)品品牌,行業(yè)整體散亂情況依然嚴重。這需要我們加快技術創(chuàng)新、技術進步的步伐,提高管理水平,加快與國際先進水平接軌,開發(fā)設計適應中國國情的高檔車用驅動橋總成,由仿制到創(chuàng)新,早日縮小并消除與世界先進水平的差距。 發(fā)展方向: a.驅動橋向重載方向發(fā)展 隨著我國基礎設施建設投資的不斷加大以及水電、礦業(yè)、油田、公路、城市交通運輸和環(huán)保工程建設等項目的增加,加大了重型車的需要,為重型車的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的市場空間。重型汽車近年來生產(chǎn)總量直線上升,2001年全國重型汽車比上年同期增長91.67%,2002年為60.97%,2003年為3.22%,重型汽車的用車環(huán)境及其它各項指標發(fā)生了很多的變化,標載噸位不斷向大的方向發(fā)展,多軸車上升明顯。 b.驅動橋向多聯(lián)驅動橋發(fā)展 為了規(guī)范道路車輛的制造,為治理超限超載提供技術上的準則,由國家發(fā)改委、交通部、公安部共同提出的強制性標準GB1589-2004道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值于2004年4月28日發(fā)布,該標準對汽車車橋的載荷進行了明確規(guī)定:單軸掛車軸荷的最大限值每側單胎為6000kg,每側雙胎為10000kg,并裝雙軸掛車軸荷的最大限值為20000kg,并裝三軸掛車軸荷的最大限值為24000kg。這樣,為了實現(xiàn)車輛多拉快跑又不違反國家法規(guī),各汽車生產(chǎn)廠家在6X4、8X4等多軸車的基礎上推出了10X6以上的多軸重型車。但這些多軸車都是在雙聯(lián)驅動橋的基礎上增加浮動橋而成,雖然其稱10X6,但實際起驅動作用的只有兩個驅動橋,這樣,由于驅動橋不能對車輪進行合理的扭矩分配,使得增加浮動橋后的整車行駛系沒有很好地發(fā)揮車橋驅動的作用。為了能合理地分配扭矩,以滿足某些獨立懸掛多軸驅動車型的使用,一些車橋生產(chǎn)廠家自主研發(fā)了三聯(lián)驅動橋,三聯(lián)驅動橋的扭矩分配原理是:每一個驅動橋都可以得到從發(fā)動機傳出的扭矩的1/3。這樣就可以在很大限度上滿足多軸車的需要,合理分配從發(fā)動機傳到車輪上的扭矩,提高這類車型的可靠性和安全性,并為以后的四聯(lián)、五聯(lián)驅動橋打下科學基礎。 c.增加驅動橋附件的技術含量 據(jù)分析,不管重型車的技術含量提升得多快,在未來15年內大多數(shù)重型車的車橋和懸架結構不會有明顯的改變,傳統(tǒng)的結構和型式仍處于主導地位。那怎樣在相同結構的基礎上推出各自車橋的亮點呢?這是每一個專業(yè)廠必須不斷研究的問題。以前,各廠家主要是在載重噸位上進行競爭,但在國家法規(guī)的限定下,車橋的載重能力不可能有太多的增加,現(xiàn)在各專業(yè)廠采用最多的方法是:不斷增加車橋及其附件的技術含量,從橋殼的制造工藝、車橋的減速形式、車輪的制動方式等方面入手,通過吸收國外一些先進的技術,推出具有本企業(yè)特色、結構先進、承載能力強的車橋,不斷提升產(chǎn)品的制造質量及服務質量2。1.4本設計研究的主要內容 a.了解汽車驅動橋系統(tǒng)的現(xiàn)狀,熟悉其發(fā)展狀況,掌握汽車驅動橋的詳細構造和工作原理。 b.根據(jù)微型客車性能要求,對驅動橋系統(tǒng)的主減速器、差速器機構和半軸等進行結構設計,運用Auto CAD軟件繪制驅動橋總裝配圖,實現(xiàn)汽車的行駛功能并滿足動力性要求。 表1.1 車橋相關設計參數(shù)車型名稱最高車速(km/h)車重(kg)最大功率(kw)最大功率轉速(rpm)最大扭矩(N?m)后輪胎型號后輪距(mm)驅動方式長安之星2型1251480606000103165/70R131290后輪驅動2 驅動橋總成結構形式及布置2.1總體方案論證 驅動橋處于動力傳動系的末端,其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉矩,并將動力合理地分配給左、右驅動輪,另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力和橫向力。驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼等組成3-5。 驅動橋設計應當滿足如下基本要求: a. 所選擇的主減速比應能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。 b. 當兩驅動車輪以不同角速度轉動時,應能將轉矩保持平穩(wěn)且連續(xù)不斷(無脈動)地傳遞到兩個驅動車輪上。 c. 齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn),噪聲小。 d. 能承受和傳遞路面與車架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及其力矩。 e. 驅動橋各零部件在強度高、剛性好、工作可靠及使用壽命長的條件下,應力求做到質量小,以減小不平路面給驅動橋的沖擊載荷,從而改變汽車的平順性。 f. 與懸架導向機構運動協(xié)調,對于轉向驅動橋,還應與轉向機構運動協(xié)調。 g. 結構簡單,加工工藝性好,制造容易,拆裝,調整方便。2.2驅動橋的分類 驅動橋的結構型式,可以分為兩大類,即非斷開式驅動橋和斷開式驅動橋。當驅動車輪采用非獨立懸架時,應該選用非斷開式驅動橋;當驅動車輪采用獨立懸架時,則應該選用斷開式驅動橋。因此,前者又稱為非獨立懸架驅動橋;后者稱為獨立懸架驅動橋。獨立懸架驅動橋結構可以大大提高汽車在不平路面上的行駛平順性。然而本課題研究的是微客車橋,無需在條件困難的公路上長期工作,故而選取非斷開式驅動橋。2.2.1非斷開式驅動橋 普通非斷開式驅動橋,由于結構簡單、造價低廉、工作可靠,廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上,在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結構。他們的具體結構、特別是橋殼結構雖然各不相同,但是有一個共同特點,即橋殼是一根支承在左右驅動車輪上的剛性空心梁,齒輪及半軸等傳動部件安裝在其中。這時整個驅動橋、驅動車輪及部分傳動軸均屬于汽車的非懸掛質量,汽車的非懸掛質量交大,這是它的一個缺點,如圖2.1。 在少數(shù)具有高速發(fā)動機的大型公共汽車、多橋驅動汽車和超重型載貨汽車上,有時采用蝸輪式主減速器,它不僅具有在質量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動比以及工作平滑無聲的優(yōu)點,而且對汽車的總體布置很方便。1-輪轂 2-橋殼 3-半軸 4-差速器 5-主減速器圖 2.1 非斷開式驅動 斷開式驅動橋(如圖2.2)的兩側驅動輪分別用彈性元件與車架相連,沒有一個連接左、右驅動車輪的剛性整體外殼或梁,橋殼是分段的,并且彼此之間可以作相對運動。一般將主減速器殼固定在車架或車身上,左、右驅動車輪的半軸必須分為兩段并用萬向節(jié)連接,半軸套管與主減速器殼也必須采用個鉸鏈式連接,如圖2.2所示。斷開式驅動橋結構較為復雜,成本高,但利于改善汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性和通過性,故適用于對行駛平順性要求較高的乘用車及通過性要求較高的越野汽車。 圖2.2 斷開式驅動橋3 主減速器設計 3.1主減速器結構方案的分析 主減速器是汽車傳動系中減小轉速、增大扭矩的主要部件,它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動齒數(shù)多的錐齒輪。對發(fā)動機縱置的汽車,其主減速器還利用錐齒輪傳動以改變動力方向。由于汽車在各種道路上行使時,其驅動輪上要求必須具有一定的驅動力矩和轉速,在動力向左右驅動輪分流的差速器之前設置一個主減速器后,便可使主減速器前面的傳動部件如變速器、萬向傳動裝置等所傳遞的扭矩減小,從而可使其尺寸及質量減小、操縱省力6-18。 驅動橋中主減速器、差速器設計應滿足如下基本要求: a. 所選擇的主減速比應能保證汽車既有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。 b. 外廓尺寸要小,保證有足夠的離地間隙;齒輪其它傳動件工作平穩(wěn),噪音小。 c. 在各種轉速和載荷下具有高的傳動效率;與懸架導向機構運動協(xié)調。 d. 在保證足夠的強度、剛度條件下,應力求質量小,以改善汽車平順性。 e. 結構簡單,加工工藝性好,制造容易,拆裝、調整方便。 按參加減速傳動的齒輪副數(shù)目分,有單級式主減速器如圖3.1.1所示和雙級式主減速器如圖3.1.2所示。 圖3.1 單級式主減速器圖3.2 雙級式主減速器 為了清晰地講述單級式主減速器和雙級式主減速器的優(yōu)缺點,我們采用列表的方法進行對比如表3.1所示。表3.1 單級式與雙級式主減速器對比類別單級式主減速器雙級式主減速器結構簡單復雜質量較小較大成本較低較高減速比i0?7i0?7應用范圍轎車,輕、中型貨車中、重型貨車,大客車 故本設計主減速器采用單級主減速器。 按齒輪副結構型式分類,主減速器的齒輪傳動主要可分為螺旋錐齒輪式傳動、雙曲面齒輪式傳動(如圖3.3)等形式。 在發(fā)動機橫置的汽車驅動橋上,主減速器往往采用簡單的斜齒圓柱齒輪;在發(fā)動機縱置的汽車驅動橋上,主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動或準雙曲面齒輪式傳動。 (a)螺旋錐齒輪傳動; (b)雙曲面齒輪傳動圖3.3 齒輪副結構形式分類 主減速器傳動類下面將列表展示雙曲面齒輪傳動和螺旋錐齒輪傳動的優(yōu)缺點如表3.2所示。表3.2 雙曲面齒輪傳動和螺旋錐齒輪傳動比較類別雙曲面齒輪傳動螺旋錐齒輪傳動軸線垂直但不相交垂直且相交于一點偏移距有無螺旋角121=2齒輪尺寸相同時傳動比大傳動比小傳動比相同時從動齒輪尺寸相同時主動齒輪直徑大主動齒輪直徑小主動齒輪尺寸相同時主動齒輪直徑小主動齒輪直徑大運轉平穩(wěn)性優(yōu)秀良好抗彎強度提高30%較低滑動速度大小抗膠合能力較弱強軸承負荷小齒輪的軸向力大小齒輪的軸向力小傳動效率約96%約99%傳動比范圍4.5?4.5潤滑油有多種添加劑的特種潤滑油普通潤滑油 由于本次畢業(yè)設計選擇的是微型客車后驅動橋設計,選擇單級式主減速器。且為保證有足夠的離地間隙,減小從動齒輪尺寸,選擇雙曲面齒輪傳動。3.2主減速器主、從動錐齒輪的支承方案 主減速器中心必須保證主從動齒輪具有良好的嚙合狀況,才能使它們很好地工作。齒輪的正確嚙合,除了與齒輪的加工質量裝配調整及軸承主減速器殼體的剛度有關以外,還與齒輪的支承剛度密切相關。要使主減速器良好工作,必須保證主、從動齒輪的良好嚙合。齒輪的嚙合狀況除與齒輪的加工質量、齒輪的裝配調整以及軸承、主減速器殼體的剛度有關外,還與齒輪的支承形式有關。主動錐齒輪支承有兩種型式:懸臂式支承和跨置式支承兩種,如圖3.4。懸臂式支撐 b跨置式支承圖3.4 主減速器主動錐齒輪的支承型式及安置方法 懸臂式支承結構簡單、布置方便、結構緊湊及成本較低,并且也能滿足本課題設計要求,經(jīng)方案論證,主減速器主動錐齒輪采用懸臂式支承。3.3主減速器錐齒輪設計 主減速比i0、驅動橋的離地間隙和計算載荷,是主減速器設計的原始數(shù)據(jù),應在汽車總體設計時就確定。3.3.1主減速比i0的確定 主減速比i0的大小,對主減速器的結構型式、輪廓尺寸、質量大小以及當變速器處于最高檔位時汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性都有直接影響。i0的選擇應在汽車總體設計時和傳動系的總傳動比i一起由整車動力計算來確定。可利用在不同i0下的功率平衡圖來研究i0對汽車動力性的影響。通過優(yōu)化設計,對發(fā)動機與傳動系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇i0值,可使汽車獲得最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性13。 對于具有較大功率儲備的客車、長途公共汽車尤其是競賽車來說,在給定發(fā)動機最大功率Pe及其轉速np的情況下,所選擇的i0值應能保證這些汽車有盡可能高的最高車速va。這時i0值應按下式來確定: (3.1)式中:?車輪的滾動半徑,由GB T 2978?1997轎車輪胎系列查得 0.273m ?最大功率時的發(fā)動機轉速,6000 r/min; ?汽車的最高車速,125km/h; ?變速器最高檔傳動比,1。 經(jīng)計算,得i04.94 主減速比i04.94?7.6用單級主減速器,單級主減速器具有結構簡單、質量小、制造成本低等優(yōu)點。3.3.2主減速器齒輪計算載荷的確定 除了主減速比i0及驅動橋離地間隙外,另一項原始參數(shù)便是主減速器齒輪齒輪的計算載荷。由于汽車行駛時傳動系載荷的不穩(wěn)定性,因此要準確地算出主減速器齒輪的計算載荷是比較困難的。通常是將發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅動車輪在良好的路面上開始滑轉時這兩種情況下作用在主減速器從動齒輪上的轉矩(、)的較小者,作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應力的計算載荷,即:(3.2) (3.3)式中: ?發(fā)動機最大轉矩,103N?m; ?由發(fā)動機至所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比; ?傳動系上述傳動部分的傳動效率,0.9; ?由于“猛接合”離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時的超載系數(shù),對于載貨汽車,取1; ?該汽車的驅動橋數(shù)目,1; ?汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷, 12900N; ?輪胎對地面的附著系數(shù),對于安裝一般輪胎的公路用汽車,取0.85; ?車輪的滾動半徑,0.273m; ,?分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅動車輪之間的傳動效率和傳動比。 0.97, 0.95 代入式(3.2)、3.3,有:2748 N?m;3781 N?m 由式(3.2)、(3.3)求得的計算載荷為最大轉矩,而不是正常持續(xù)轉矩,不能用它作為疲勞損壞的依據(jù)。但對于公路車輛來說,使用條件較非公路車輛穩(wěn)定,其正常持續(xù)轉矩根據(jù)所謂平均比牽引力的值來確定,即主減速器從動齒輪的平均計算轉矩為 (3.4)式中: ?汽車滿載總重量,16200N; ?所牽引的掛車的滿載總重量,單位為N,僅用于牽引車的計算; ?車輪的滾動半徑,0.273m; ?道路滾動系數(shù),對于載貨汽車可取0.0150.020,取0.012; ?汽車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù),對載貨汽車取0.050.09,取 0.08; ?汽車或汽車列車的性能系數(shù): 將、代入上式得:15.316,取0.0061代入(3.5),有:442.2 N?m 。3.4主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 在選定主減速比i0、主減速器的減速形式、齒輪類型及計算載荷后,便可根據(jù)這些已知參數(shù)選擇主減速齒輪的最主要的幾項參數(shù)。3.4.1齒數(shù)的選擇 對于單級主減速器,首先應該根據(jù)i0的大小選擇主減速器主、從動齒輪參數(shù)z1、z2,為了使得磨合均勻,z1、z2之間應避免存有公約數(shù);為了得到理想的齒面重疊系數(shù),其齒數(shù)之和對于微型客車來說應保持在4065。 可知z1+z24060,z11014,則取z18,z240。3.4.2從動錐齒輪節(jié)圓直徑的選擇 螺旋錐齒輪從動齒輪的節(jié)圓直徑,可根據(jù)該齒輪的計算轉矩,按經(jīng)驗公式選出: (3.5)式中: ?從動錐齒輪的節(jié)圓直徑,mm; ?直徑系數(shù),取1316; ?計算轉矩,442.2 N?m:按式(3.2)、(3.3)、(3.4)求得,并取其中較小者。代入(3.5),有:177mm203mm。3.4.3從動錐齒輪端面模數(shù)的選擇 從動錐齒輪節(jié)圓直徑選定后,可按算出大端端面模數(shù),并進行校核: 將、代入,有:3.1,取3 則, 180mm,36mm 用下式進行校核: (3.6)式中: ?齒輪大端端面模數(shù); ?模數(shù)系數(shù),取0.30.4; ?從動齒輪的計算轉矩,N?m。代入(3.6),有:2.63.4,滿足要求。3.4.4螺旋錐齒輪齒寬F的選擇 對于汽車工業(yè),主減速器雙曲面齒輪的從動齒輪齒面寬為: (3.7)式中: ?從動齒輪節(jié)圓直徑,180mm代入(3.7),有27.9mm,主動齒輪f大于從動齒輪F的10%,故f30.69mm 齒面寬過大和過小,都會降低齒輪的強度和壽命。齒面寬不能超過端面模數(shù)的10倍,否則,不但不能提高齒輪的強度和耐久性,還會給制造帶來困難。3.4.5螺旋錐齒輪的螺旋方向 選取主動齒輪為左旋,從動齒輪為右旋。3.4.6螺旋角的選擇 螺旋錐齒輪的螺旋角是在節(jié)錐表面的展開圖上定義的。齒輪上任一點C處的螺旋角,是該點處的切線T與該點和節(jié)錐頂點的連線OL之間的夾角,如圖3.5所示。 圖3.5 螺旋角“格里森”制推薦用下式來近似的預選主動齒輪螺旋角的名義值: (3.8)式中: ?主動齒輪的名義(中點)螺旋角的預選值; 、?主、從動齒輪齒數(shù),8,40; ?從動齒輪的節(jié)圓直徑,180mm ?雙曲面齒輪的偏移量,mm;對螺旋錐齒輪取E0 mm。代入(3.8),有:34 ,一般與之差不超過5 ,取35 。3.4.7齒輪法向壓力角的選擇 法向壓力角大一些可以增加齒輪強度,減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對于小尺寸的齒輪,壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小,并使齒輪端面重合度下降。因此,對于輕負荷工作的齒輪一般采用小壓力角,可使齒輪運轉平穩(wěn),噪聲低。對于螺旋錐齒輪,乘用車一般選用1430或16;商用車為20;總質量較大的商用車為2230。對于雙曲面齒輪,大齒輪輪齒兩側壓力角是相同的,但小齒輪輪齒兩側壓力角是不等的,選取平均壓力角時,乘用車為19或20,商用車為20或2033。本車選取壓力角為2230。3.5主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸按照“格里森”制圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算如表3.5所示。表3.5 “格里森”制圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算序號項目計算公式結果(1)主動齒輪齒數(shù)8(2)從動齒輪齒數(shù)40(3)端面模數(shù)3(4)齒面寬28mm(5)齒工作高8.8mm(6)齒全高10.125mm(7)法相壓力角19(8)軸交角90 (9)節(jié)圓直徑;36 mm;180mm(10)節(jié)錐角11;79(11)節(jié)錐距92mm(12)周節(jié)14.14mm(13)齒頂高;4.5mm0.81 mm(14)齒根高;5.625mm4.5mm(15)徑向間隙1.125mm(16)齒根角2;2 (17)面錐角;21 ;75 (18)根錐角;15 ;69 (19)齒頂圓直徑44.8mm181.76mm(20)節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離56.33 mm15.72 mm(21)理論弧齒厚;6.5868 mm2.8380 mm(22)齒側間隙0.07 mm(23)螺旋角35 (24)螺旋方向主動齒輪左旋,從動齒輪右旋(25)驅動齒輪小齒輪(26)旋轉方向主動齒輪順時針,從動齒輪逆時針3.6主減速器螺旋錐齒輪的強度計算3.6.1單位齒長上的圓周力 在汽車工業(yè)中,主減速器齒輪的表面耐磨性,常常用在其輪齒上的假定單位壓力即單位齒長上的圓周力來估算,即: (3.9)式中: ?作用在齒輪上的圓周力,按發(fā)動機最大轉矩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,mm。 按發(fā)動機最大轉矩計算時: (3.10)式中: ?發(fā)動機最大轉矩,103 N?m; ?變速器傳動比,3.0; ?主動齒輪節(jié)圓直徑,36mm。代入(3.10),有:2372.5N/mm。 按最大附著力矩計算時:(3.11)式中: ?汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷,12600N ?輪胎與地面的附著系數(shù),0.85 ?輪胎的滾動半徑,0.273m ?主減速器從動齒輪節(jié)圓直徑,180mm代入(3.11),有:760 N?m。 查表許用p1429 N?m,故滿足設計要求。3.6.2輪齒的彎曲強度計算 汽車主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計算彎曲應力為: (3.12)式中: ?該齒輪的計算轉矩,442.2 N?m; ?超載系數(shù), 1; ?尺寸系數(shù),反應材料性質的不均勻性,與齒輪尺寸與熱處理等有關。當端面模數(shù)1.6時, 即,0.586; ?載荷分配系數(shù),當一個齒輪用跨置式支承時,1.101.25,取1.10; ?質量系數(shù),對于汽車驅動橋齒輪,當輪齒接觸良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時,可取1; ?計算齒輪的齒面寬,28mm; ?計算齒輪的齒數(shù),8,40; ?端面模數(shù),3 mm; ?計算彎曲應力的綜合系數(shù),它綜合考慮了齒形系數(shù)。對于小齒輪0.425,大齒輪0.42。 代入(3.12)有:大齒輪彎曲強度為644 N/mm2。小于許用700 N/mm2;滿足設計要求。3.6.3輪齒的齒面接觸強度計算 螺旋錐齒輪輪齒齒面的計算接觸應力為: (3.13)式中: ?主動齒輪最大轉矩; ?主動齒輪工作轉矩,N?m ; ?材料的彈性系數(shù),對于鋼制齒輪副取232.6N/mm; ?主動齒輪節(jié)圓直徑,mm; ,?見式(3.12)下的說明; ?尺寸系數(shù),它考慮了齒輪尺寸對其淬透性的影響,在缺乏經(jīng)驗的情況下,可取1; ?表面質量系數(shù),決定于齒面最后加工的性質,即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質。一般情況下,對于制造精確的齒輪可取1; ?齒面寬,28mm;取齒輪副中的較小值; ?計算接觸應力的綜合系數(shù)。它綜合地考慮了嚙合齒面的相對曲率半徑、載荷作用位置、輪齒間的載荷分配、有效齒寬及慣性系數(shù)等因素的影響。取0.162 常常將式(3.13)簡化為:(3.14)式中: ?主動齒輪計算轉矩,N?m 主、從動齒輪的齒面接觸應力相等。代入(3.14),有:1575 N/mm2;小于許用1750 N/mm2;故滿足設計要求。3.7主減速器齒輪的材料及熱處理 汽車驅動橋主減速器的工作相當繁重,與傳動系其他齒輪比較,它具有載荷大、作用時間長、載荷變化多、帶沖擊等特點。其損壞形式主要有輪齒根部彎曲折斷、齒面疲勞點蝕(剝落)、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況,對驅動橋齒輪的材料及熱處理應有以下要求: a.具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度,以及較好的齒面耐磨性,故齒表面應有高的硬度; b.輪齒芯部應有適當?shù)捻g性以適應沖擊載荷,避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷; c.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)律易控制,以提高產(chǎn)品質量、縮短制造時間、減小生產(chǎn)成本并降低廢品率; d.選擇齒輪的合金元素時要適應我國的情況。例如,為了節(jié)約鎳、鉻等元素,我國發(fā)展了以錳、釩、鈦、鉬、硅為主的合金結構鋼系統(tǒng)。 e.汽車主減速器用的雙曲面齒輪以及差速器的直齒錐齒輪,目前都是用滲碳合金鋼制造。滲碳合金鋼經(jīng)滲碳、淬火、回火后,輪齒表面硬度為3245 HRC,芯部硬度較低,滲碳層深度為1.21.6 mm。 對齒面進行噴丸處理有可能提高壽命達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。滲硫處理時的溫度低,故不會引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可顯著降低,故即使使?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。3.8主減速器軸承的計算 軸承的計算主要是計算軸承的壽命。影響主減速器軸承使用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,首先應求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力,然后再求出軸向反力,以確定軸承載荷。3.8.1作用在主減速器主動齒輪上的力 通常主減速器的主動齒輪為螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪的小齒輪,圖3.6給出了其受力簡圖。圖3.6 主減速器主動齒輪的受力簡圖 螺旋錐齒輪的螺旋方向:主動齒輪為左旋,從動齒輪為右旋。主動齒輪軸向力 (3.15)主動齒輪徑向力 (3.16)從動齒輪軸向力(3.17)從動齒輪徑向力 (3.18) 式中: ?齒廓表面的法向壓力角; ?齒面寬中點處的螺旋角; ?節(jié)錐角; ?齒面寬中點處的圓周力,N。式(3.15)、(3.16)、(3.17)、(3.18)中齒面寬中點處的圓周力為:(3.19)式中: ?作用在該齒輪上的轉矩,作用在主減速器主動齒輪上的當量轉矩見; ?該齒輪齒面寬重點的分度圓直徑。而對于圓錐齒輪 (3.20)式中: ?從動齒輪齒面寬中點的分度圓直徑; ?主動齒輪齒面寬中點的分度圓直徑; ?從動齒輪節(jié)圓直徑; ?從動齒輪齒面寬; ,?主、從動齒輪齒數(shù); ?從動齒輪的節(jié)錐角。將180 mm,28 mm帶入式(3.19),則 10070 N(對于圓錐齒輪傳動來說,作用在主、從動齒輪上的圓周力相等),代入(3.15)、(3.16)、(3.17)、(3.18),有:主動齒輪軸向力 7819 N;主動齒輪徑向力 1383 N從動齒輪軸向力 1383 N;從動齒輪徑向力 7819 N3.8.2主減速器軸承載荷的計算a 懸臂式支承主動錐齒輪的軸承的徑向載荷 如圖3.7所示,軸承A、B的徑向載荷分別為 圖3.7 主減速器軸承的尺寸分布 (3.21) (3.22)式中: 、?見式(3.15)、(3.16)、(3.19); ?見式(3.20)。 這里取130 mm,50 mm,則5086 N,12956 N。b 主減速器軸承的當量載荷 汽車在行駛過程中,由于變速檔位的改變,且發(fā)動機也不全處于最大轉矩狀態(tài),故主減速器齒輪的工作轉矩處于經(jīng)常變化中。實踐證明,軸承的主要損壞形式為疲勞損傷,所以應按輸入的當量轉矩進行計算。作用在主減速器主動錐齒輪上的當量轉矩可按下式求得: (3.23)式中: ?發(fā)動機最大轉矩,103N?m; ,?變速器在各擋的使用率; ,?變速器各擋I,II,III擋及倒擋傳