福田歐曼ETX驅(qū)動橋的設(shè)計-重型貨車【單級主減速器】

福田歐曼ETX驅(qū)動橋的設(shè)計-重型貨車【單級主減速器】,單級主減速器,福田,ETX,驅(qū)動,設(shè)計,重型,貨車,單級主,減速器 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計第1章 緒 論1.1 選題背景目的及意義從目前我國載貨車銷售的結(jié)構(gòu)上看，由于國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及市政建設(shè)的投入日益加大，重型自卸車的銷量猛增；又由于貨物運輸向?qū)Ｓ没?、大型化發(fā)展，傳統(tǒng)意義的重型載貨車較之上年有不同程度的下挫。 對于國內(nèi)卡車市場而言，雖然最近群雄并起，各種資本紛紛進入，競爭異常殘酷激烈，但目前大的格局基本已定：解放、東風、重汽、陜汽、歐曼將躋身第一集團；上汽依維柯紅巖、江淮、北奔、華菱做為第二集團，將向第一集團的地位不斷發(fā)起沖擊；而廣汽、集瑞、長安、大運等后起之秀或許會后來居上、有所作為，有待市場考驗。自卸車市場，占據(jù)較大數(shù)量的是東風EQ3208系列，占市場的70多。該系列采用康 明斯180至210馬力發(fā)動機，超大的車廂以及經(jīng)濟型的配置使得該車在自卸車市場具有絕對的優(yōu)勢。 牽引車市場受追捧的是陜汽、重汽的S35和S29，良好的性價比以及大馬力、大噸位的特點使得該系列產(chǎn)品擁有極佳的口碑。260至360馬力發(fā)動機、富勒變速箱、斯太爾加強橋使該車的配置光彩奪目。 貨運車（包括倉柵車）競爭極為激烈，可用群雄紛爭來形容，一汽的CA1200系列、東風的EQ1208系列、紅巖的CQ19系列等都是暢銷產(chǎn)品。重型專用車批量小、難度高，一直不為國內(nèi)企業(yè)所重視，高檔專用車為進口品牌所壟斷，沃爾沃、曼等品牌參與國內(nèi)競爭主要以專用車為主。 國外卡車的發(fā)展趨勢 各國商用車制造廠家目前正采用令人驚嘆的高新技術(shù)來最大限度地保障安全，提高效率。重型車的發(fā)展趨勢對安全、可靠、舒適的人性化設(shè)計等方面提出更高的要求。 在安全性方面，國際潮流是安裝制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、翻車警告系統(tǒng)、電子控制制動系統(tǒng)（EBS）、紅外線夜視系統(tǒng)以及其它的駕駛室安全性措施。在歐洲，多數(shù)重型車駕駛室都要經(jīng)受嚴格的加載、撞擊與扭振試驗，完全合格后方可投入批量生產(chǎn)。其目的是在發(fā)生翻車事故后，駕駛室不會被壓扁，保證駕駛員的生存空間，車門不會自行打開，人員不會拋出車外。在舒適性方面，現(xiàn)在的商用車乘坐舒適性已接近轎車的水平。主要表現(xiàn)為駕駛室空間比轎車還要寬敞許多，各種設(shè)施一應俱全。特別是長途行駛的牽引車，不僅有音響、冷暖空調(diào)和通訊設(shè)備，而且還有衛(wèi)星導航、冷熱飲柜、電視、衣柜等裝備；駕駛室的支點裝有彈性緩沖裝置，駕駛員座椅下方有空氣彈簧緩沖支承，保證了駕駛員乘坐舒適平穩(wěn)。 在環(huán)保性方面，柴油發(fā)動機技術(shù)的提高，為實現(xiàn)柴油機降低廢氣排放提供了基本保證。同時新技術(shù)的應用又可以幫助清潔柴油，減少廢氣排放。如催化微粒過濾器，它可以清除排氣中90至95的煙塵等。 在可靠性和耐久性方面，國外先進企業(yè)中重型載貨汽車的保修期大多在60萬公里，實際上都能保證80萬至100萬公里無大修，而國內(nèi)保修期大多在10萬公里左右。國外重型載貨汽車只要在正常情況下使用就基本不會出現(xiàn)故障，而國內(nèi)的車初期故障率則一直較高。我國的維修保養(yǎng)費用在汽車運輸成本中的比重遠高于國外水平。福田2006年3月推出的重卡新產(chǎn)品歐系頂級歐曼ETX，采用全鋼結(jié)構(gòu)一次性沖壓成型的高頂寬體車身，其中牽引車、載貨車等車身采用四點全浮式減震裝置，多向可調(diào)節(jié)減震座椅。可選裝GPS定位系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、車載冰箱、車載電話、DVD以及電動天窗等配置。車身的迎風面積為6.98m2（一般重卡為7.48m2），風阻系數(shù)較低，可節(jié)油12%18%。歐曼ETX秉承了歐曼重卡一貫的高大威猛車身造型，彰顯了歐洲重卡的陽剛之氣。駕駛室符合歐洲EEC法規(guī)標準的防正面、側(cè)面碰撞、頂壓以及前端鉆進的全面安全法規(guī)標準，碰撞安全性大大提高。在實現(xiàn)安全駕駛的同時，也充分考慮到了現(xiàn)代社會對于環(huán)保的要求。歐曼ETX共分兩個系列產(chǎn)品：洲際版和豪華版。洲際版采用歐標準的美國康明斯ISM發(fā)動機（Mil）。該機在低轉(zhuǎn)速800x/min時可提供8801250Nm的起步扭矩，而且可提供28%45%的扭矩儲備。豪華版主要配裝濰柴動力的06款發(fā)動機。ETX配裝美國伊頓S9全同步器變速器，485單級減速沖焊驅(qū)動橋與13t雙級減速橋相比，該橋具有傳動效率高、節(jié)油、承載能力強等優(yōu)點。ETX的離合器為430大摩片螺旋彈簧式。該車所用的WEVB發(fā)動機制動技術(shù)，可使制動器的使用壽命提高45%55%。駕駛室內(nèi)部的轎車化內(nèi)飾，豪華優(yōu)雅、高檔氣派，符合了現(xiàn)代人的審美情趣。創(chuàng)新設(shè)計的轎車化儀表臺、采用了集成化控制。采用奔馳技術(shù)的單桿變速操縱系統(tǒng)，使駕駛員長途駕駛操縱更輕便、更靈活。四點全浮懸置、氣囊減震的座椅，整體式側(cè)裙板、后輪罩等設(shè)置都大幅度提高了整車的舒適性能。重卡輕量化作為目前市場的主流，不僅是企業(yè)技術(shù)與研發(fā)的核心，更是消費者購買的主選。一批掌握了輕量化技術(shù)的重卡企業(yè)，已經(jīng)在2010年的市場競爭中突出重圍、脫穎而出，成為了用戶的寵兒。 歐曼憑借在輕量化方面的領(lǐng)先技術(shù)和豐富的產(chǎn)品線，其輕量化牽引車集輕量化、安全可靠、燃油經(jīng)濟性于一身，成為了大家關(guān)注的焦點。為滿足不同類型用戶的需求，歐曼將產(chǎn)品細分為高速型、標準型和重載型。豐富的產(chǎn)品線，為歐曼6系牽引車的輕量化設(shè)計提供了基礎(chǔ)，憑借著穩(wěn)定而卓越的技術(shù)，歐曼6系輕量化牽引車為用戶帶來了更多的額外收益，贏得了越來越多的消費者信任。2010年11月13日，由國家知識產(chǎn)權(quán)局和世界知識產(chǎn)權(quán)組織主辦的第十二屆中國專利獎評選活動中，福田歐曼ETX重型卡車的外觀設(shè)計專利榮獲中國交通類外觀設(shè)計唯一金獎，該獎項為中國專利獎評選活動中首次設(shè)立的獎項，也是目前國內(nèi)外觀設(shè)計專利領(lǐng)域的最高獎項。福田歐曼ETX的上市，不但代表了我國重卡不斷進步的技術(shù)水平，而且正在引領(lǐng)著我國卡車技術(shù)的發(fā)展趨勢。1.2設(shè)計的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題1、設(shè)計車型歐曼3系主要參數(shù)如表1.1 表1.1 歐曼3系主要參數(shù)輪胎 9.00R20發(fā)動機最大功率118/2600Pemax kW/np （r/min）發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩255/2000Temax Nm/nr （r/min）裝載質(zhì)量6000kg汽車滿載總質(zhì)量12000kg滿載時軸荷分布前軸3820 后軸8280kg最大車速90km/h輪距（雙胎中心線）1900mm2、基本內(nèi)容(1) 研究驅(qū)動橋組成、結(jié)構(gòu)、原理；(2) 主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計,基本參數(shù)選擇及設(shè)計計算；(3) 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇、尺寸及強度計算；(4) 驅(qū)動半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算；(5) 驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力分析與強度計算。3、擬解決的主要問題(1)驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)形式及布置方案的確定。(2)驅(qū)動橋零部件尺寸參數(shù)確定及校核。(3)完成驅(qū)動橋裝配圖和主要部分零件圖。第2章 驅(qū)動橋的總體方案確定2.1 總體方案論證2.1.1 非斷開式驅(qū)動橋普通非斷開式驅(qū)動橋，由于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)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(qū)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(qū)動橋、驅(qū)動車輪及部分傳動軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個缺點。驅(qū)動橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級結(jié)構(gòu)。在雙級主減速器中，通常把兩級減速器齒輪放在一個主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級減速齒輪作為輪邊減速器。對于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動齒輪置于其從動齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時，將主減速器及差速器總成也移到一個驅(qū)動車輪的旁邊。在少數(shù)具有高速發(fā)動機的大型公共汽車、多橋驅(qū)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(zhì)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。2.1.2 斷開式驅(qū)動橋斷開式驅(qū)動橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動橋的明顯特點在于前者沒有一個連接左右驅(qū)動車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對運動，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨立懸掛相匹配，故又稱為獨立懸掛驅(qū)動橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動軸及一部分驅(qū)動車輪傳動裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動車輪由于采用獨立懸掛則可以彼此致立地相對于車架或車廂作上下擺動，相應地就要求驅(qū)動車輪的傳動裝置及其外殼或套管作相應擺動。汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨立懸掛相配合，致使驅(qū)動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時的振動和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動橋及與其相配的獨立懸掛的結(jié)構(gòu)復雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動的重型越野汽車。由于非斷開式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、工作可靠，查閱資料，參照國內(nèi)相關(guān)貨車的設(shè)計,最后本課題選用非斷開式驅(qū)動橋。2.2 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)組成在多數(shù)汽車中，驅(qū)動橋包括主減速器、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置（半軸）及橋殼等部件如圖2.1所示。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101.半軸2.圓錐滾子軸承3.支承螺栓4.主減速器從動錐齒輪5.油封6.主減速器主動錐齒輪7.彈簧座8.墊圈9.輪轂10.調(diào)整螺母圖2.1 驅(qū)動橋2.3 驅(qū)動橋設(shè)計要求1、選擇適當?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。2、外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。3、齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。4、在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動效率。5、具有足夠的強度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。6、與懸架導向機構(gòu)運動協(xié)調(diào)。7、結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。2.4 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定2.4.1主減速比的計算主減速比對主減速器的結(jié)構(gòu)形式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小影響很大。當變速器處于最高檔位時對汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性都有直接影響。的選擇應在汽車總體設(shè)計時和傳動系統(tǒng)的總傳動比一起由整車動力計算來確定?？衫迷诓煌南碌墓β势胶鈭D來計算對汽車動力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計，對發(fā)動機與傳動系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇值，可是汽車獲得最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性。對于具有很大功率儲備的轎車、長途公共汽車尤其是競賽車來說，在給定發(fā)動機最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的值應能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時值應按下式來確定5：=0.377 （2.1）車輪的滾動半徑，=0.414 m變速器最高檔傳動比1.0（為直接檔）。 最大功率轉(zhuǎn)速2600r/min最大車速90km/h對于與其他汽車來說，為了得到足夠的功率而使最高車速稍有下降，一般選得比最小值大10%25%，即按下式選擇：=（0.3770.472） （2.2）經(jīng)計算初步確定=5.14按上式求得的應與同類汽車的主減速比相比較，并考慮到主、從動主減速齒輪可能的齒數(shù)對予以校正并最后確定。2.4.2主減速器的齒輪類型按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分，主減速器的齒輪傳動主要有螺旋錐齒輪式傳動、雙曲面齒輪式傳動、圓柱齒輪式傳動（又可分為軸線固定式齒輪傳動和軸線旋轉(zhuǎn)式齒輪傳動即行星齒輪式傳動）和蝸桿蝸輪式傳動等形式。在發(fā)動機橫置的汽車驅(qū)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(qū)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。 在現(xiàn)代貨車車驅(qū)動橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。螺旋錐齒輪主、從動齒輪軸線交于一點，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運轉(zhuǎn)時其噪聲和振動也是很小的。雙曲面齒輪主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點有：1、尺寸相同時，雙曲面齒輪有更大的傳動比。2、傳動比一定時，如果主動齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。3、當傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。4、工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動，又有沿齒長方向的縱向滑動，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。雙曲面齒輪傳動有如下缺點：1、長方向的縱向滑動使摩擦損失增加，降低了傳動效率。2、齒面間有大的壓力和摩擦功，使齒輪抗嚙合能力降低。3、雙曲面主動齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負荷增大。4、雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強度和防刮傷添加劑的特種潤滑油。螺旋錐齒輪傳動的主、從動齒輪軸線垂直相交于一點，齒輪并不同時在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時捏合，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運轉(zhuǎn)時其噪聲和振動也是很小的。本次設(shè)計采用螺旋錐齒輪。如圖2.2。圖2.2 螺旋錐齒輪傳動2.4.3主減速器的減速形式主減速器的減速形式分為單級減速、雙級減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，有時也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于由動力性、經(jīng)濟性等整車性能所要求的主減速比io的大小及驅(qū)動橋下的離地間隙、驅(qū)動橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比io7.6的各種中小型汽車上 （a） 單級主減速器 （b） 雙級主減速器圖2.2主減速器如圖2.2（a）所示，單級減速驅(qū)動車橋是驅(qū)動橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝較簡單，成本較低，是驅(qū)動橋的基本型，在貨車車上占有重要地位。目前貨車車發(fā)動機向低速大扭矩發(fā)展的趨勢使得驅(qū)動橋的傳動比向小速比發(fā)展；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，許多貨車使用條件對汽車通過性的要求降低，因此，產(chǎn)品不必像過去一樣，采用復雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過性；與帶輪邊減速器的驅(qū)動橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級減速驅(qū)動橋機械傳動效率提高，易損件減少，可靠性增加。如圖2.2（b）所示，與單級主減速器相比，由于雙級主減速器由兩級齒輪減速組成，使其結(jié)構(gòu)復雜、質(zhì)量加大；主減速器的齒輪及軸承數(shù)量的增多和材料消耗及加工的工時增加，制造成本也顯著增加，只有在主減速比較大（7.616時，取=03.2主減速器齒輪參數(shù)的選擇選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應考慮如下因素：為了磨合均勻，之間應避免有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(shù)和應不小于40；為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強度對于商用車一般不小于6；主傳動比較大時，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。對于不同的主傳動比，和應有適宜的搭配。初定主動齒輪齒數(shù)=14，從動齒輪齒數(shù)=29。齒輪端面模數(shù),由GB/T12368-1990，取6mm。主減速器齒輪的具體參數(shù)如表3.1。表3.1 主減速器齒輪的幾何尺寸計算用表序號項 目計 算 公 式計 算 結(jié) 果1主動齒輪齒數(shù)142從動齒輪齒數(shù)293模數(shù)64齒面寬=28mm=44mm5工作齒高6.05mm6全齒高=6mm7法向壓力角=208軸交角 =909節(jié)圓直徑=84mm=174mm10節(jié)錐角arctan=90-=27=6311節(jié)錐距A=A=97.64mm12周節(jié)t=3.1416 t=18.85mm13齒頂高=2.56mm=3.62mm14齒根高=3.49mm=6.29mm15徑向間隙c=c=1.56mm16齒根角=29=6317面錐角；=27=6618根錐角=29=5819外圓直徑=87mm=177mm20節(jié)錐頂點止齒輪外緣距離=84.162mm=37.295mm21理論弧齒厚=20.91mm=7.36mm22齒側(cè)間隙B=0.2540.3300.3mm23螺旋角=35螺旋錐齒輪螺旋方向 主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向。當變速器掛前進擋時，應使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向。這樣可使主、從動齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運動，這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時針，驅(qū)動汽車前進。旋角的選擇 螺旋角是在節(jié)錐表面的展開圖上定義的，齒面寬中點處為該齒輪的名義螺旋角。螺旋角應足夠大以使1.25。因越大傳動就越干穩(wěn)，噪聲就越低。在一般機械制造用的標準制中，螺旋角推薦用35。法向壓力角a的選擇 法向壓力角大一些可以增加輪齒強度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，也可以使齒輪運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。對于貨車弧齒錐齒輪，一般選用20。3.3 螺旋錐齒輪的強度計算1、損壞形式及壽命在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，應對其強度進行計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠性地工作。在進行強度計算之前應首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點及影響因素分述如下：（1）輪齒折斷主要分為疲勞折斷及由于彎曲強度不足而引起的過載折斷。折斷多數(shù)從齒根開始，因為齒根處齒輪的彎曲應力最大。 疲勞折斷：在長時間較大的交變載荷作用下，齒輪根部經(jīng)受交變的彎曲應力。如果最高應力點的應力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴大，最后導致輪齒部分地或整個地斷掉。在開始出現(xiàn)裂紋處和突然斷掉前存在裂紋處，在載荷作用下由于裂紋斷面間的相互摩擦，形成了一個光亮的端面區(qū)域，這是疲勞折斷的特征，其余斷面由于是突然形成的故為粗糙的新斷面。過載折斷：由于設(shè)計不當或齒輪的材料及熱處理不符合要求，或由于偶然性的峰值載荷的沖擊，使載荷超過了齒輪彎曲強度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。為了防止輪齒折斷，應使其具有足夠的彎曲強度，并選擇適當?shù)哪?shù)、壓力角、齒高及切向修正量、良好的齒輪材料及保證熱處理質(zhì)量等。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。（2）齒面的點蝕及剝落 齒面的疲勞點蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報廢齒輪的70%以上。它主要由于表面接觸強度不足而引起的。1.點蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。由于接觸區(qū)產(chǎn)生很大的表面接觸應力，常常在節(jié)點附近，特別在小齒輪節(jié)圓以下的齒根區(qū)域內(nèi)開始，形成極小的齒面裂紋進而發(fā)展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點的現(xiàn)象就稱為點蝕。一般首先產(chǎn)生在幾個齒上。在齒輪繼續(xù)工作時，則擴大凹坑的尺寸及數(shù)目，甚至會逐漸使齒面成塊剝落，引起噪音和較大的動載荷。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤滑效果是提高抗點蝕的有效方法，為此可增大節(jié)圓直徑及增大螺旋角，使齒面的曲率半徑增大，減小其接觸應力。在允許的范圍內(nèi)適當加大齒面寬也是一種辦法。2.齒面剝落：發(fā)生在滲碳等表面淬硬的齒面上，形成沿齒面寬方向分布的較點蝕更深的凹坑。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。造成齒面剝落的主要原因是表面層強度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會引起齒面剝落。當滲碳齒輪熱處理不當使?jié)B碳層中含碳濃度的梯度太陡時，則一部分滲碳層齒面形成的硬皮也將從齒輪心部剝落下來。（3）齒面膠合 在高壓和高速滑摩引起的局部高溫的共同作用下，或潤滑冷卻不良、油膜破壞形成金屬齒表面的直接摩擦時，因高溫、高壓而將金屬粘結(jié)在一起后又撕下來所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。它多出現(xiàn)在齒頂附近，在與節(jié)錐齒線的垂直方向產(chǎn)生撕裂或擦傷痕跡。輪齒的膠合強度是按齒面接觸點的臨界溫度而定，減小膠合現(xiàn)象的方法是改善潤滑條件等。（4）齒面磨損 這是輪齒齒面間相互滑動、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。研磨磨損是由于齒輪傳動中的剝落顆粒、裝配中帶入的雜物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不潔物所造成的不正常磨損，應予避免。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長期使用中按規(guī)定里程更換規(guī)定的潤滑油并進行清洗是防止不正常磨損的有效方法。汽車驅(qū)動橋的齒輪，承受的是交變負荷，其主要損壞形式是疲勞。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點蝕引起的剝落。在要求使用壽命為20萬千米或以上時，其循環(huán)次數(shù)均以超過材料的耐久疲勞次數(shù)。因此，驅(qū)動橋齒輪的許用彎曲應力不超過210.9Nmm。主減速器螺旋錐齒輪的強度計算在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，應對其強度進行計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠性地工作。在進行強度計算之前應首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。螺旋錐齒輪的強度計算：(1)主減速器螺旋錐齒輪的強度計算單位齒長上的圓周力 (3.5)式中：單位齒長上的圓周力，N/mm; P作用在齒輪上的圓周力，N，按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最大附著力矩兩種載荷工況進行計算；按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算時： =883.1 (3.6)按最大附著力矩計算時:=1545 (3.7)雖然附著力矩產(chǎn)生的p很大，但由于發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩的限制p最大只有883.1可知，校核成功。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 (3.8) 式中：超載系數(shù)1.0； 尺寸系數(shù)=0.772 載荷分配系數(shù)1.11.25； 質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，檔齒輪接觸良好、節(jié)及徑向跳動精度高時，取1；J計算彎曲應力用的綜合系數(shù)，見圖3.1。圖3.1 彎曲計算用綜合系數(shù)J作用下： 從動齒輪上的應力=455.37MPa700MPa；作用下： 從動齒輪上的應力=125.36MPa210.9MPa；當計算主動齒輪時，/Z與從動相當，而，故,綜上所述，故所計算的齒輪滿足彎曲強度的要求。汽車主減速器齒輪的損壞形式主要時疲勞損壞，而疲勞壽命主要與日常行駛轉(zhuǎn)矩即平均計算轉(zhuǎn)矩有關(guān)，只能用來檢驗最大應力，不能作為疲勞壽命的計算依據(jù)。 (2)輪齒的接觸強度計算 螺旋錐齒輪齒面的計算接觸應力(MPa)為： (3.9) 材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6；注：=1, =1, =1.11, =1 表面質(zhì)量系數(shù)，對于制造精確的齒輪可取1； J 計算應力的綜合系數(shù)，=0.1875，見圖3.2所示；=666.7MPa=1750MPa=2373.45MPa58時，為1.01.4mm由于新齒輪接觸和潤滑不良，為了防止在運行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對研磨）后均予與厚度0.0050.010mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面不應用于補償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。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，也會防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。3.6主減速器的潤滑主加速器及差速器的齒輪、軸承以及其他摩擦表面均需潤滑，其中尤其應注意主減速器主動錐齒輪的前軸承的潤滑，因為其潤滑不能靠潤滑油的飛濺來實現(xiàn)。為此，通常是在從動齒輪的前端靠近主動齒輪處的主減速殼的內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，將飛濺到殼體內(nèi)壁上的部分潤滑油收集起來再經(jīng)過近油孔引至前軸承圓錐滾子的小端處，由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐滾子的下端通向大端，并經(jīng)前軸承前端的回油孔流回驅(qū)動橋殼中間的油盆中，使?jié)櫥偷玫窖h(huán)。這樣不但可使軸承得到良好的潤滑、散熱和清洗，而且可以保護前端的油封不被損壞。為了保證有足夠的潤滑油流進差速器，有的采用專門的倒油匙。為了防止因溫度升高而使主減速器殼和橋殼內(nèi)部壓力增高所引起的漏油，應在主減速器殼上或橋殼上裝置通氣塞，后者應避開油濺所及之處。加油孔應設(shè)置在加油方便之處，油孔位置也決定了油面位置。放油孔應設(shè)在橋殼最低處，但也應考慮到汽車在通過障礙時放油塞不易被撞掉。3.7 本章小結(jié)本章根據(jù)所給參數(shù)確定了主減速器的參數(shù)，對主減速器齒輪計算載荷的計算、齒輪參數(shù)的選擇，螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算與強度計算并對主減速器齒輪的材料及熱處理，軸承的預緊，主減速器的潤滑等做了必要的交待。選擇了機械設(shè)計、機械制造的標準參數(shù)。第4章 差速器設(shè)計4.1 概述汽車在行使過程中，左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負荷不均勻而引起車輪滾動半徑不相等；這樣，如果驅(qū)動橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會加劇輪胎磨損，另一方面會使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。差速器是個差速傳動機構(gòu)，用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動，用來保證各驅(qū)動輪在各種運動條件下的動力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。4.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器原理對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構(gòu)。如圖4.1所示，差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6固連在一起，固為主動件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為和。A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心點為C，A、B、C三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。圖4.1 差速器差速原理當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點的圓周速度都相等（圖3-1），其值為。于是=，即差速器不起作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。當行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時（圖），嚙合點A的圓周速度為=+，嚙合點B的圓周速度為=-。于是+=（+）+(-) 即 +=2 （4.1） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則 （4.2）式（4.2）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。由式（4.2）還可以得知：當任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當差速器殼的轉(zhuǎn)速為零，（例如中央制動器制動傳動軸時）若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則有另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。4.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，應用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強制鎖止式差速器。本設(shè)計即使用普通錐齒輪差速器。普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成（如圖4.2所示）。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，故廣泛用于各類公路車輛上。圖4.2 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器4.4 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計4.4.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇a) 行星齒輪數(shù)n通常情況下，貨車的行星齒輪數(shù)n=4。b) 行星齒輪球面半徑Rb行星齒輪球面半徑Rb反映了差速器錐齒輪節(jié)錐矩的大小和承載能力。 Rb=Kb （4.3）式中：Kb行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb=2.53.0，對于有兩個行星齒輪的轎車取最大值；Td差速器計算轉(zhuǎn)矩，Nm；將各參數(shù)代入式（4.3），有：Rb=38 mm行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強度，應使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1425。半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比多在1.52范圍內(nèi)。 在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左、右兩半軸齒輪的齒數(shù)之和，必須能被行星齒輪的數(shù)目n所整除，否則將不能安裝，即應滿足： = I （4.4）式中： ，左，右半軸齒數(shù)，=； n行星齒輪數(shù)，n=4； I任意整數(shù)。取行星齒輪齒數(shù)=10，半軸齒輪齒數(shù)=20，滿足條件。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 首先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角： （4.5）式中：行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。 再根據(jù)下式初步求出圓錐齒輪的大端模數(shù)： =3.4 （4.6）由機械設(shè)計手冊：GB/T12368-1990，取標準模數(shù)=4mm 確定模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得： 壓力角 目前汽車差速器齒輪大都選用的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減至10，并且再小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的情況下還可由切相修正加大半軸齒輪齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強度。表4.1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算表（長度單位mm）序號項目計算公式計算結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)10，應盡量取最小值=102半軸齒輪齒數(shù)=1425，且需滿足式（4.5）=203模數(shù) =44齒面寬F=(0.250.30)A;b10m11.94mm5工作齒高=6.4mm6全齒高7.2127壓力角 208 軸交角 909 節(jié)圓直徑； 10節(jié)錐角，=2711節(jié)錐距=37.65mm12周節(jié)=3.1416=12.706mm13齒頂高;=6.12mm=2.87mm14齒根高=1.788-;=1.788-=2.82mm=6.07mm15徑向間隙=-=0.188+0.051=0.991mm16齒根角=;=61 =6017面錐角；=87=8818根錐角；=2=3319外圓直徑；mmmm20節(jié)圓頂點至齒輪外緣距離mm