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載重汽車主減速器及差速器設(shè)計(jì)
目錄
1緒論 1
2設(shè)計(jì)任務(wù)書 2
3設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 3
3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 3
3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇 3
3.1.2 主減速器的減速形式選擇 5
3.1.3 主減速器主、從動(dòng)雙曲面齒輪的支承型式 7
3.2 主減速器基本參數(shù)的選擇與計(jì)算載荷的確定 9
3.2.1車輪滾動(dòng)半徑和主減速比的確定： 9
3.2.2主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 10
3.2.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定 12
3.3主要計(jì)算 17
3.3.1 單位齒長上的圓周力 17
3.3.2輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 18
3.3.3 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算 20
3.4 主減速器軸承的計(jì)算 21
3.4.1 雙曲面齒輪的軸向力和徑向力計(jì)算 21
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 22
3.6 差速器總成的設(shè)計(jì) 23
3.6.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 24
3.6.2 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 25
3.6.3 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 28
4使用說明書 29
4.1主要參數(shù) 29
4.2主減速器及差速器工作原理 29
4.3潤滑使用及維修 30
5標(biāo)準(zhǔn)審查報(bào)告 30
5.1 產(chǎn)品圖樣的審查 30
5.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 31
5.3 標(biāo)注件的使用情況 31
5.4 審查結(jié)論 31
結(jié) 論 32
參考文獻(xiàn) 33
致謝 34
載重汽車主減速器及差速器設(shè)計(jì)
摘 要：汽車主減速器及差速器是汽車后橋的主要部件之一，其基本的功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，再將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)所要求的差速功能。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或承載車身之間的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩。其質(zhì)量、性能的好壞直接影響整車的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、可靠性。
本文參考了東風(fēng)EQ1090E載重汽車驅(qū)動(dòng)橋，在論述載重汽車汽車驅(qū)動(dòng)橋運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上，提練出了在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中應(yīng)掌握的滿足汽車行駛的平順性和通過性、降噪技術(shù)的應(yīng)用及零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化、產(chǎn)品的系列化等三大關(guān)鍵技術(shù)；闡述了汽車驅(qū)動(dòng)橋的基本原理并進(jìn)行了系統(tǒng)分析；根據(jù)經(jīng)濟(jì)、適用、舒適、安全可靠的設(shè)計(jì)原則和分析比較，確定了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式、布置方法、主減速器總成、差速器總成的結(jié)構(gòu)型式；并對(duì)主要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，完善了主減速器及差速器的整體設(shè)計(jì)。
通過本課題的研究，開發(fā)設(shè)計(jì)出適用于裝置大功率發(fā)動(dòng)機(jī)載重汽車的單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品，確保設(shè)計(jì)的載重汽車驅(qū)動(dòng)橋經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、可靠。
關(guān)鍵詞：載重汽車； 主減速器； 差速器； 設(shè)計(jì)
Differential design of the main gear and truck
Abstract
Automotive final drive and rear axle differential is one of the main components, its basic function is to increase the drive shaft or transmission came directly from the torque, then torque distribution to the left and right drive wheels, and to drive the wheels with the car driving around the required differential movement capabilities. Meanwhile, the drive axle must bear the effect on the body surface and the frame or between the vertical load force, longitudinal force, lateral force and torque. Its quality, performance, a direct impact on vehicle safety, economy, comfort and reliability.
This reference to the east EQ1090E truck drive axle, in his discussion of automotive drive axle truck running mechanism, based on the extraction of a bridge design in the driver should have to meet the comfort and vehicle driving through sex, noise reduction technology and standardization of parts, components of the universal, the product series such as the three key technologies; describes the basic principles of automotive drive axle and a systematic analysis; based on economic, suitable, comfortable, safe and reliable design principles and analysis and comparison identified the truck driver bridge structure, layout methods, the main gear assembly, the
differential assembly structure; and strength check of major components were to improve the final drive and the overall design of differential .
Through this research project, designed to develop high-power engine on the device for single-stage drive axle truck products, ensure that the design of the truck drive axle economic, practical, safe and reliable.
朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典
Keywords ： heavy truck; Final drive; Differential; Design.
1 緒論
汽車主減速器及差速器是傳動(dòng)系中的重要部件，其性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)；然后參考類似驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案；最后對(duì)主、從動(dòng)齒輪，差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及壽命校核。
為了提高汽車行駛平順性和通過性，現(xiàn)在汽車的驅(qū)動(dòng)橋也在不斷的改進(jìn)。與獨(dú)立懸架相配合的斷開式驅(qū)動(dòng)橋相對(duì)與非獨(dú)立懸架配合的整體式驅(qū)動(dòng)橋在平順性和通過性方面都得到改進(jìn)。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，驅(qū)動(dòng)橋?qū)?huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。展望將來需開發(fā)汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)新驅(qū)動(dòng)橋只需輸入相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成三維圖和二維圖，以達(dá)到效率高、強(qiáng)度低、匹配佳的最優(yōu)方案。
驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中主要總成之一。驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好環(huán)。因此，設(shè)計(jì)中要保證：所選擇的主減速比應(yīng)保證汽車在給定使用條件下有最佳的動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性。
(1) 當(dāng)左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋必須能合理的解決左右車輪的轉(zhuǎn)矩分配問題，以充分利用汽車的牽引力；
(2) 具有必要的離地間隙以滿足通過性的要求；
(3) 驅(qū)動(dòng)橋的各零部件在滿足足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量輕，特別是應(yīng)盡可能做到非簧載質(zhì)量，以改善汽車的行駛平順性；
(4) 能承受和傳遞作用于車輪上的各種力和轉(zhuǎn)矩；
(5) 齒輪及其它傳動(dòng)部件應(yīng)工作平穩(wěn)，噪聲??；
(6) 對(duì)傳動(dòng)件應(yīng)進(jìn)行良好的潤滑，傳動(dòng)效率要高；
(7) 結(jié)構(gòu)簡單，拆裝調(diào)整方便；
(8) 設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量滿足“三化”。即產(chǎn)品系列化、零部件通用化、零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的要求。
2 設(shè)計(jì)任務(wù)書
東風(fēng)EQ1108G6D的整車參數(shù)見表2-1、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)見表2-2、其他參數(shù)見表2-3：
載質(zhì)量
5000
裝備質(zhì)量
4570
空車
前軸
2370
后橋
2200
滿載
前軸
3200
后橋
6570
總質(zhì)量
9770
最高車速（km/h）
95
最大爬坡度
≥ 25%
制動(dòng)距離（滿載30km/h）（m）
≤ 8
最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）
≤9
百公里油耗（L）
16L
長度
（mm）
總長
7220
總寬
2470
高度（駕駛室，滿載）
2540
車廂內(nèi)部尺寸
長
4800
寬
2294
高
500
軸距
3950
輪距
前輪
1900
后輪
1800
最小離地間隙（mm）
240
行駛角（° ）
接近角
30
離去角
14
表2-1 整車參數(shù)
主減速器相當(dāng)于后橋的心臟，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到后橋運(yùn)行的平穩(wěn)性、噪音、異響等問題。因此主減速器的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵既要與整車匹配好，又要滿足自身功能和性能要求，設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配性，又要考慮自身的強(qiáng)度、剛度和整車的通過性，也就是說它與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，功率，變速箱的傳動(dòng)性以及整車承載能力密切相關(guān)。車輪對(duì)路面的滑動(dòng)不僅會(huì)加速輪胎磨損，增加汽車的動(dòng)力消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動(dòng)性能的惡化。若主減速器從動(dòng)齒輪通過一根整軸同時(shí)帶動(dòng)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪，則兩側(cè)車輪只能同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)，就必須改用兩根半軸分別連接兩側(cè)車輪，而由主減速器從動(dòng)齒輪通過差速器分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的半軸和車輪，使它們可用不同角速度旋轉(zhuǎn)。稱這種裝在同一驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪之間的差速器為輪間差速器。在多軸驅(qū)動(dòng)汽車的各驅(qū)動(dòng)橋之間，也存在類似問題。為了適應(yīng)各驅(qū)動(dòng)橋所處的不同路面情況，使各驅(qū)動(dòng)橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅(qū)動(dòng)橋之間裝設(shè)軸間差速器。
表2-2發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)
6BT型 、 四沖程 、 水冷 、 直列六缸 、 增壓 、 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
氣缸直徑x活塞行程
102x120mm
工作容積（L）
5.88
壓縮比
17.5
額定轉(zhuǎn)速（r/min）
2600
額定功率（2600r/min）
118KW
最大扭矩（1400r/min）
539N.M
噴油順序
1-5-3-6-2-4
燃油種類
夏季
0號(hào)
冬季
0-20號(hào)
表2-3其他參數(shù)
主減速比
6.33
輪胎型號(hào)
9.00R20-14PR
變速器傳動(dòng)比（六個(gè)前進(jìn)擋，一個(gè)倒擋）
Ⅰ擋
5.606
Ⅱ擋
3.627
Ⅲ擋
2.313
Ⅳ擋
1.487
Ⅴ擋
1.00
Ⅵ擋
0.79
倒擋
5.046
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇
3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。
1. 弧齒錐齒輪傳動(dòng)
弧齒錐齒輪的特點(diǎn)是主，從動(dòng)齒輪的軸線垂直相交于一點(diǎn)。由于齒輪斷面重疊影響，至少有兩對(duì)以上的齒輪同時(shí)嚙合，因此可以承受較大的載荷，加之其輪齒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)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和震動(dòng)小，但弧齒錐齒輪對(duì)嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍不吻合就會(huì)使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲變大。
2. 雙曲面齒輪傳動(dòng)
雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是主從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直但不相交，且主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線向上或向下偏移一距離E，稱為偏移距，如圖2-1所示。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。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。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i0≥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方便。
3.圓柱齒輪傳動(dòng)
圓柱齒輪傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的前置前驅(qū)動(dòng)乘用車驅(qū)動(dòng)橋和雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速器。
4. 蝸桿傳動(dòng)
蝸桿-蝸輪傳動(dòng)簡稱蝸輪傳動(dòng)，在汽車驅(qū)動(dòng)橋上也得到了一定應(yīng)用。在超重型汽車上，當(dāng)高速發(fā)動(dòng)機(jī)與相對(duì)較低車速和較大輪胎之間的配合要求有大的主減速比(通常8～14)時(shí)，主減速器采用一級(jí)蝸輪傳動(dòng)最為方便，而采用其他齒輪時(shí)就需要結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、輪廓尺寸及質(zhì)量均較大、效率較低的雙級(jí)減速。與其他齒輪傳動(dòng)相比，它具有體積及質(zhì)量小、傳動(dòng)比大、運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)、最為靜寂無噪聲、便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置、能傳遞大載荷、使用壽命長、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、調(diào)整容易等一系列的優(yōu)點(diǎn)。其惟一的缺點(diǎn)是耍用昂貴的有色金屬的合金(青銅)制造，材料成本高，因此未能在大批量生產(chǎn)的汽車上推廣。
該驅(qū)動(dòng)橋是為中型卡車設(shè)計(jì)，根據(jù)以上的對(duì)比分析知，該橋的主減速器齒輪應(yīng)該選用雙曲面齒輪。
3.1.2 主減速器的減速形式選擇
主減速器的減速型式分為單級(jí)減速、雙續(xù)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
由于單級(jí)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、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i0<7.0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)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(7.0
16時(shí) 取為0
因?yàn)?33.93>16, 所以=0
所以 = = 5082.8 （3-11）
3.2.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定
主減速器雙曲面齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)雙曲面齒輪齒數(shù)和、從動(dòng)雙曲面齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、齒面寬、雙曲面齒輪副的偏移距、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。
1）齒數(shù)的選擇
選擇主、從動(dòng)雙曲面齒輪齒數(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)；
（2）為了得到理想的重合系數(shù)和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不少于40；
（3）為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)于轎車，一般不少于9；對(duì)于貨車，一般不少于6；
（4）當(dāng)主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量使取得少些，以便得到滿意的離地間隙。當(dāng)≥6時(shí)，可取最小值并等于5，但為了嚙合平穩(wěn)并提高疲勞強(qiáng)度常大于5；當(dāng)較小時(shí)（3.5～5），可取7～12。
本設(shè)計(jì)范例：根據(jù)之前計(jì)算得到的主減速器傳動(dòng)比=6.30，查表2-4考慮到=6.17較大，齒數(shù)盡可能選的小，所以?。?
=6，=37
重新計(jì)算傳動(dòng)比=6.17，返回（3-7）、（3-8）和（3-9）計(jì)算得：
Tje=16770.07 n.m ， =26411.8 n.m ， =5082.8 n.m
表3-1 汽車主減速器主動(dòng)雙曲面齒輪齒數(shù)
傳動(dòng)比（z2/z1）
z1推薦
z1允許范圍
1.50-1.75
14
12-16
1.75-2.00
13
11-15
2.00-2.50
11
10-13
2.50-3.00
10
9-11
3.00-3.50
10
9-11
3.50-4.00
10
9-11
4.00-4.50
9
8-10
4.5-5.0
8
7-9
5.00-6.00
7
6-8
6.00-7.50
6
5-7
7.50-10.00
5
5-6
2）從動(dòng)齒輪模數(shù)的選擇
表3-2 許用單位齒長上的圓周力 []
參數(shù)
類別
輪胎與地面的附著系數(shù)
Ⅰ檔
Ⅱ檔
Ⅲ檔
轎車
893
536
321
893
0.85
載貨汽車
1429
250
1429
0.85
公交車
982
214
0.85
根據(jù)單位齒長上的許用圓周力選擇，查表得;I擋時(shí)
≤ 1429 （3-12）
其中=0.155=0.155，=
將各個(gè)參數(shù)代入得m≧11.08
表3-3錐齒輪模數(shù) （mm）
0.1
0.12
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.125
1.25
1.375
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
8
9
10
11
12
14
16
18
20
22
25
28
30
32
36
40
45
50
注：1、表中模數(shù)指錐齒輪大端端面模數(shù)；
2、該表適用于直齒、斜齒及曲面錐齒輪。
查表2-6 取 m = 12
= 444 mm （3-13）
3）從動(dòng)雙曲面齒輪齒面寬
一般要求小于10倍的端面模數(shù)。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會(huì)降低。從動(dòng)雙曲面齒輪齒面寬推薦值為
=0.155 （3-14）
對(duì)于主動(dòng)雙曲面齒輪齒面寬通常較從動(dòng)雙曲面齒輪齒面寬大10%。
本設(shè)計(jì)范例：=68.82mm。 取為69mm 取為75mm
4）雙曲面齒輪螺旋方向
從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。
主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受軸向力的方向，判斷軸向力方向時(shí)，可以用手勢(shì)法則，左旋齒輪的軸向力的方向用左手法則判斷，右旋齒輪用右手法則判斷；判斷時(shí)四指握起的旋向與齒輪旋轉(zhuǎn)方向相同，其拇指所指方向則為軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢(shì)，防止輪齒卡死而損壞。
5）雙曲面齒輪副偏移距及偏移方向的選擇
轎車、輕型客車和輕型載貨汽車主減速器的值，不應(yīng)超過從動(dòng)齒輪節(jié)錐距的40%（接近于從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑的20%）；而載貨汽車、越野汽車和公交車等重負(fù)荷傳動(dòng)，則不應(yīng)超過從動(dòng)齒輪節(jié)錐距的20%（或取為的10%～12%，一般不超過12%）。傳動(dòng)比越大則也應(yīng)越大，大傳動(dòng)比的雙曲面齒輪傳動(dòng)，可達(dá)到的20%～30%，但此時(shí)需要檢查是否存在根切。
雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種。由從動(dòng)齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動(dòng)齒輪處于右側(cè)，如果主動(dòng)齒輪在從動(dòng)齒輪中心線的上方，則為上偏移；在從動(dòng)齒輪中心線下方，則為下偏移。如果主動(dòng)齒輪處于左側(cè)，則情況相反。圖8a、b為下偏移，圖8c、d為上偏移。
本設(shè)計(jì)范例：考慮到為中型貨車，取=0.1=0.1×444=44.4mm，取為45mm，考慮到上偏移可以減小離地間隙，采用主動(dòng)雙曲面齒輪上偏移，，主動(dòng)雙齒輪選擇右旋，從動(dòng)雙曲面齒輪選擇左旋。
6）中點(diǎn)螺旋角
螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪螺旋角沿齒寬是變化的，因此，常用齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角來表示，稱為中點(diǎn)螺旋角或名義螺旋角。
螺旋錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，而雙曲面齒輪副由于存在偏移距，而使其中點(diǎn)螺旋角不相等，且主動(dòng)齒輪螺旋角要比從動(dòng)齒輪螺旋角大,兩者之差稱為偏移角。
選擇時(shí)，應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度、輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響。越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。一般應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好。但是過大，齒輪上所受的軸向力也會(huì)過大。 “格里森”制齒輪推薦用下式預(yù)選主動(dòng)齒輪螺旋角的名義值：
（3-15）
式中：——主動(dòng)齒輪名義（中點(diǎn)）螺旋角的預(yù)選值；
、——主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
——從動(dòng)齒輪的分度圓直徑；
——雙曲面齒輪副的偏移距。
對(duì)于雙曲面齒輪，當(dāng)確定了主動(dòng)齒輪的螺旋角之后，可用下式近似的確定從動(dòng)齒輪的名義螺旋角
=25°+5°°+90°=46.42°
=36.03
=0.17316 =9.97°
所以 = 36.03 因?yàn)? 在35°-40°范圍內(nèi)， 所以修正得=45°，=35°， =40°
7）齒輪法向壓力角的選擇
格里森制齒輪規(guī)定轎車主減速器螺旋錐齒輪選用14°30′或16°的法向壓力角，載貨汽車和重型汽車選用20°或22°30′的法向壓力角；對(duì)于雙曲面齒輪轎車選用19°的平均壓力角，載貨汽車選用22°30′的平均壓力角。當(dāng)≥8時(shí)，其平均壓力角均選用21°15′。
本設(shè)計(jì)：雙曲面齒輪=20°30′。
8）銑刀盤名義直徑的選擇
刀盤名義直徑可按從動(dòng)齒輪分度圓直徑直接按表選?。?
本設(shè)計(jì)：由于為444mm，故查表可選擇=152.4mm。
在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算后，應(yīng)驗(yàn)算其強(qiáng)度，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠地工作。
齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損。，齒輪的使用壽命除與設(shè)計(jì)的正確與否有直接關(guān)系外，在實(shí)際生產(chǎn)中也往往會(huì)由于材料、加工精度、熱處理、裝配調(diào)整以及使用條件的不當(dāng)而發(fā)生損壞。但正確的設(shè)計(jì)應(yīng)是減少或避免上述損壞的一項(xiàng)重要措施。強(qiáng)度驗(yàn)算則是進(jìn)行正確設(shè)計(jì)的一個(gè)方面。目前的強(qiáng)度計(jì)算多為近似計(jì)算，在汽車工業(yè)中確定齒輪強(qiáng)度的主要依據(jù)是臺(tái)架試驗(yàn)及道路試驗(yàn)，以及在實(shí)際使用中的情況，強(qiáng)度計(jì)算可供參考。
3.3主要計(jì)算
3.3.1 單位齒長上的圓周力
表3-4 許用單位齒長上的圓周力[p] N/mm
車型
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
893
536
321
893
0.85
貨車
1429
250
1429
0.85
公共汽車
982
214
0.85
牽引汽車
536
250
0.65
在現(xiàn)代汽車設(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)高出表中數(shù)據(jù)的20%-25%
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)有：
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N.mm；
——變速器傳動(dòng)比，通常?、駲n及直接檔進(jìn)行計(jì)算；
——主動(dòng)齒輪分度圓直徑（mm），對(duì)于雙曲面齒
；對(duì)螺旋齒輪有。
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)有：
（3-16）
式中：——滿載下驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷，N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，按表2-9查得；
——輪胎的滾動(dòng)半徑，m；
——主減速器從動(dòng)齒輪分度圓半徑，mm。
本設(shè)計(jì)實(shí)例： 對(duì)雙曲面齒輪有：
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算有：
≈1219.62N/mm＜[]=1429N/mm，滿足設(shè)計(jì)要求；
按最大附著力矩計(jì)算有：
≈1724.23N/mm＜1.2[]=1786.25n/mm,滿足設(shè)計(jì)要求。
3.3.2輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力 (N／mm2)為
（3-17）
式中Tj——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m，對(duì)于從動(dòng)齒輪按Tje、Tje、中的較小者和計(jì)算，對(duì)于主動(dòng)齒輪還需要將上述計(jì)算轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到主動(dòng)齒輪上。
K0——超載系數(shù)；對(duì)于一般載貨汽車取為1
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)m≥1.6mm時(shí)，Ks==0.7；
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)，Km＝1.00~1.10；當(dāng)一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)，Km＝1.10~1.25。支承剛度大時(shí)取小值；
Kv——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)輪齒接觸良好、周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取Kv＝1；
F——計(jì)算齒輪的齒面寬，mm；
Z——計(jì)算齒輪的齒數(shù)；
m——端面模數(shù)，mm；
J——計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取=0.28，=0.25
按Tje、中的較小者計(jì)算
=247.31<700 合格
=288.54<700 合格
按計(jì)算
=110.57<210.9 合格
=109.25<210.9 合格
表3-5 汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力
計(jì)算載荷
主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
主減速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
差速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
按計(jì)算得出的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tje，Tjφ中的較小者
700
2800
980
按平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm
210.9
1750
210.9
3.3.3 輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算
圓錐齒輪與雙曲面齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力 (MPa)為
（3-18）
式中：T1、T1max——分別為主動(dòng)齒輪的工作轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，N·m；
Cp——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6N1/2／mm；
d1——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，mm；
Kf——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取Kf=1；
F——齒面寬，mm，取齒輪副中的較小值(一般為從動(dòng)齒輪齒面寬)；
J——計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取得J=0.135
通常式(3-18)簡化為：
（3-19）
按Tje、中的較小者計(jì)算
=1497.79MPa<2800MPa
按計(jì)算
=1245.543MPa<2800MPa 合格
圖3-3 主減速器主動(dòng)齒輪受力分析
3.4 主減速器軸承的計(jì)算
軸承的計(jì)算主要是計(jì)算軸承的壽命。通常是根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)尺寸初步選定軸承的型號(hào)，然后驗(yàn)算軸承壽命。在驗(yàn)算之前，首先應(yīng)求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力，然后再求出軸承反力，以確定軸承載荷。
3.4.1 雙曲面齒輪的軸向力和徑向力計(jì)算
⑴齒寬中點(diǎn)處的圓周力為：
P=2/dm
式中：T——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩， dm為該齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑
= （3-20）
——變速器在各擋使用率
——變速器各擋傳動(dòng)比
——變速器在各擋發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率
表3-6和 的參考值
,
擋位
數(shù)值
Ⅰ
0.5
Ⅱ
3.5
Ⅲ
7
Ⅳ
59
Ⅴ
-
超速擋
30
Ⅰ
50
Ⅱ
60
Ⅲ
70
Ⅳ
70
Ⅴ
-
超速檔
70
計(jì)算得主動(dòng)齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 =28.86n.m
查表得 =73.64mm =376.24mm
主從動(dòng)齒輪的中點(diǎn)處的圓周力，P2
分別為P1===784.01N, （3-21）
P2===908.24N （3-22）
⑵主動(dòng)齒輪的軸向力和徑向力
表3-7 雙曲面齒輪軸向力及徑向力
主動(dòng)齒輪螺旋方向：右
主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)方
向：
逆時(shí)針
軸向力A
徑向力R
主動(dòng)齒輪
主動(dòng)齒輪
A=
R=
從動(dòng)齒輪
從動(dòng)齒輪
A=
R=
根據(jù)表可算出主、從動(dòng)雙曲面齒輪的軸向力和徑向力，
α=22°30′ ，查表3-8得 =45°=35° =11.8° =77.88°
代入計(jì)算得： 主動(dòng)雙曲面齒輪：A=781.854N R=289.2N
從動(dòng)雙曲面齒輪：A=315.5N R=719.3N
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理
汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作相當(dāng)繁重，與傳動(dòng)系其他齒輪比較，它具有載荷大、作用時(shí)間長、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒板彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕(剝落)、磨損和擦傷等。據(jù)此對(duì)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求：
（1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度；
（2）輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷；
（3）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)律性易控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少制造成本并降低廢品率；
（4）選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適應(yīng)我國的情況。例如，為了節(jié)約鎳、鉻等我國發(fā)展了以錳、釩、硼、鈦、鉬、硅為主的合金結(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。
汽車主減速器和差速器圓錐齒輪與雙曲面齒輪目前均用滲碳合金鋼制造。常用的鋼號(hào)有20CrMnTi，22CrMnMo，20CrNiMo，20MnVB和20Mn2TiB。
用滲碳合金鋼制造齒輪，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度可高達(dá)HRC58～64，而芯部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)m>8時(shí)為HRC29～45，當(dāng)m<8時(shí)為HRC32～45。
對(duì)于滲碳層深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù)m≤5時(shí)，為0.9～1.3mm；m>5～8時(shí)，為1.0～1.4mm；m>8時(shí)，為1.2～1.6mm。
由于新齒輪潤滑不良，為了防止齒輪在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期磨損，圓錐齒輪與雙曲面齒輪副(或僅大齒輪)在熱處理及精加工(如磨齒或配對(duì)研磨)后均予以厚度為0.005～0.010～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面鍍層不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。
對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá)25%。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性可進(jìn)行滲碳處理。滲碳處理時(shí)的溫度低，故不會(huì)引起齒輪變形。滲碳后摩擦系數(shù)可顯著降低，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。
3.6 差速器總成的設(shè)計(jì)
根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪、道路以及它們之間的相互關(guān)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車輪的行程總要比內(nèi)側(cè)的長。另外，即使汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車輪軸將動(dòng)力傳給左右車輪，則會(huì)由于左右驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)速雖相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)使輪胎過早磨損、無益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有以不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。
3.6.1 差速器結(jié)構(gòu)形式選擇
差速器的分類可按用途(如圖3-4所示)也可按其工作特性分類(如圖3-5所示)。
圖3-4 差速器按用途分類
圖3-5 差速器按工作特性分類
從經(jīng)濟(jì)性和平穩(wěn)性考慮，后橋選用結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作平穩(wěn)、制造方便，用于公路汽車也很可靠的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。
3.6.2 差速器齒輪主要參數(shù)選擇
（1）行星齒輪數(shù)目的選擇
轎車常用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車和越野汽車多用4個(gè)行星齒輪，少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪。故行星齒輪數(shù)目定為4。
（2）行星齒輪球面半徑RB(mm)的確定
圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑RB，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代替了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。
球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定：
（3-23）
式中：KB——行星齒輪球面半徑系數(shù)，KB=2.52~2.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的轎車以及越野汽車、礦用汽車取最大值；Tj——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按中的較小者選取，N·m。
所以mm，取66mm
(3) 節(jié)錐距的確定
Ao = (0.98 -0.99 ) （3-24）
取A0=64mm
(4)行星齒輪齒數(shù)和半軸齒輪齒數(shù)的選擇
為了得到較大的模數(shù)從