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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院
畢業(yè)設計（論文）
題 目 HD輕型商用車主減速器設計
專 業(yè) 車輛工程
學 號 0793111
學 生 趙桐海
指 導 教 師 蘇清源
答 辯 日 期 2010.12.28
哈工大華德學院
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）
摘 要
汽車主減速器作為汽車重要的部件之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于輕型卡車顯得尤為重要。當采用大功率發(fā)動機輸出大的轉矩以滿足目前輕型卡車的快速、重載的高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個高效、可靠的主減速器。所以采用傳動效率高的單級減速驅動橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統主減速器的設計方法進行了輕型卡車主減速器的設計，根據所給汽車參數合理的分配主減速器主、從動齒輪模數，齒數，選擇合適該汽車使用的差速器類型，并對行星齒輪和半軸齒輪模數，齒數進行合理的分配并計算校核，設計出符合該汽車使用的主減速器，并繪制出裝配圖和零件圖。
關鍵詞：單級主減速器；差速器；弧齒錐齒輪；行星齒輪；半軸齒輪
Abstract
As one of the important parts of the car,automobile final drive has a direct impact on the whole performance，especially for the light track.We must complete with an efficient and reliability final drive when using the high power output torque engine to meet current light trucks of fast, reliable final drive. So with high transmission efficiency of single-stage reduction drive axle have become overloaded vehicles in the future direction of development. The design of the Light Truck final drive is refer to the traditional final drive. According to the automobile distribution final drive home, driven gear module, selecting the appropriate number of teeth, the use of differential type, and planetary gear and gear modulus, the number of teeth for distribution and calculation check, the design of the vehicle using the final drive, and drawing out Assembly and parts.
Keywords：Single reduction final drive；Differential；The spiral bevel gear；Planetary gear；axle shaft gear
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 2
1.2 國內外相關領域研究現狀 2
1.3 研究的主要內容和研究的主要方法 2
第2章 主減速器設計 4
2.1 汽車主減速器的結構形式 4
2.11 汽車主減速器的齒輪類型 4
2.12 減速器的減速形式 6
2.13 減速器錐齒輪的支承形式 7
2.2 主減速器的基本參數選擇與設計計算 9
2.21 設計車型主要參數 9
2.22 主減速器計算載荷的確定 9
2.23 主減速器基本參數的選擇 10
2.24 主減速器圓弧錐齒輪的強度計算 13
2.25 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強度計算 14
2.26 主減速器齒輪的材料及熱處理 17
2.27 主減速器軸承的計算 18
2.28 從動齒輪連接螺栓的校核 25
2.3 本章小結 26
第3章 差速器的設計與校核 27
3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 27
3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結構 28
3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設計 29
3.31 基本參數的選擇 29
3.32 差速器的校核 33
3.4 本章小結 34
結 論 35
參考文獻 36
致 謝 37
附 錄 A 中文譯文 38
附 錄 B 外文文獻 39
-II-
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）
第1章 緒論
1.1 研究背景
輕型載貨汽車在汽車生產中占有大的比重。驅動橋在整車中十分重要，設計出結構簡單、工作可靠、造價低廉的驅動橋，能大大降低整車生產的總成本，推動汽車經濟的發(fā)展。本課題是進行輕型載貨汽車主減速器的設計。設計出輕型載貨汽車包括主減速器、差速器的傳動裝置及橋殼等部件，協調設計車輛的全局，設計出的驅動橋符合國家各項輕型貨車的標準[1]，運行穩(wěn)定可靠，成本降低，適合本國路面的行駛狀況和國情。
1.2 國內外相關領域研究現狀
為適應不斷完善社會主義市場經濟體制的要求以及加入世貿組織后國內外汽車產業(yè)發(fā)展的新形勢，推進汽車產業(yè)結構調整和升級，全面提高汽車產業(yè)國際競爭力，滿足消費者對汽車產品日益增長的需求，促進汽車產業(yè)健康發(fā)展，特制定汽車產業(yè)發(fā)展政策。通過該政策的實施，使我國汽車產業(yè)在2010年前發(fā)展成為國民經濟的支柱產業(yè)，為實現全面建設小康社會的目標做出更大的貢獻。政府職能部門依據行政法規(guī)和技術規(guī)范的強制性要求，對汽車、農用運輸車(低速載貨車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產企業(yè)及其產品實施管理，規(guī)范各類經濟主體在汽車產業(yè)領域的市場行為。
輕型載貨汽車，在汽車發(fā)展趨勢中，有著很好的發(fā)展前途。生產出質量好，操作簡便，價格便宜的輕型載貨汽車將適合大多數消費者的要求。在國家積極投入和支持發(fā)展汽車產業(yè)的同時，能研制出適合中國國情，包括道路條件和經濟條件的車輛，將大大推動汽車產業(yè)的發(fā)展和社會經濟的提高。
在新政策《汽車產業(yè)發(fā)展政策》中，在2010年前，我國就要成為世界主要汽車制造國，汽車產品滿足國內市場大部分需求并批量進入國際市場；2010年，汽車生產企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產品品牌；通過市場競爭形成幾家具有國際競爭力的大型汽車企業(yè)集團，力爭到2010年跨入世界500強企業(yè)之列，等等。同時，在這個新的汽車產業(yè)政策描繪的藍圖中，還包含許多涉及產業(yè)素質提高和市場環(huán)境改善的綜合目標，著實令人鼓舞。然而，不可否認的是，國內汽車產業(yè)的現狀離產業(yè)政策的目標還有相當的距離。長期以來困擾中國汽車產業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復建設問題，還沒有從根本上得到解決。多數企業(yè)家預計在新的汽車產業(yè)政策的鼓勵下，將會有越來越多的汽車生產企業(yè)按照市場規(guī)律組成企業(yè)聯盟，實現優(yōu)勢互補和資源共享。
1.3 研究的主要內容和研究的主要方法
設計出小型低速載貨汽車主減速器、差速器、等傳動裝置及橋殼等部件。使設計出的產品使用方便，材料使用最少，經濟性能最高。
a. 提高汽車的技術水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經濟，更舒適，更機動，更方便，動力性更好，污染更少。
b. 改善汽車的經濟效果，調整汽車在產品系列中的檔次，以便改善其市場競爭地位并獲得更大的經濟效益。
首先了解輕型商用車主減速器的基本結構，基本形狀，工作原理和設計方法，再依據現有生產企業(yè)在生產車型的主減速器作為設計原型，在給定變速器輸出轉矩、轉速及最高車速、最大爬坡度等條件下，獨立設計出符合要求的主減速器，設計計算齒輪的結構參數及對其校核計算。在對各種結構件進行了分析計算后，使用CAD繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。
第2章主減速器設計
本章主要內容為主減速器的結構形式選擇和主要齒輪的參數計算及校核、軸承的選擇及壽命計算和一些聯接件的選擇和校核。
2.1 汽車主減速器的結構形式
主減速器的結構形式主要是根據其齒輪的類型，主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。
2.11 汽車主減速器的齒輪類型
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，螺旋錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。圓柱齒輪傳動應用于發(fā)動機橫置的前置前驅動乘用車和雙級主減速器驅動橋。在某些公共汽車、無軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時也采用蝸輪傳動。
A B C D
圖2.1 主減速器的幾種齒輪類型
A弧齒錐齒輪 B雙曲面齒輪 C圓柱齒輪傳動 D蝸桿傳動
1、螺旋錐齒輪
其主、從動齒輪軸線相交于一點。交角可以是任意的，但在絕大多數的汽車驅動橋上，主減速齒輪副都是采用90o交角的布置。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，因此，螺旋錐齒輪能承受大的負荷。加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉向另—端，使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運轉時，噪聲和振動也是很小的[4]。
2、雙曲面齒輪
雙曲面齒輪主、從動齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角都是采用90o。主動齒輪軸相對于從動齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個偏移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當偏移距大到一定程度時，可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。這對于增強支承剛度、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齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X輪副的法向模數或法向周節(jié)雖相等，但端面模數或端面周節(jié)是不等的。主動齒輪的端面模數或端面周節(jié)大于從動齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當量曲率半徑較相應的螺旋錐齒輪當量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應力降低。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應力相當的螺旋錐齒輪比較，負荷可提高至175％。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，則不產生根切的最少齒數可減少，所以可選用較少的齒數，這有利于大傳動比傳動。當要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪更為合理。因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比i≥4.5的傳動有其優(yōu)越性。當傳動比小于2時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大，還導致其進入嚙合的平均齒數要比螺旋錐齒輪相應的齒數多，因而雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、無噪聲，強度也高。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
一般采用斜齒輪，廣泛應用于發(fā)動機橫置且前置前驅動的轎車驅動橋，在此不采用。
4、蝸桿傳動
與錐齒傳動相比，蝸桿傳動有如下優(yōu)點：
（1）在輪廓尺寸和結構質量較小的情況下，可得到較大的傳動比（可大于7）；
（2）在任何轉速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無噪聲；
（3）便于汽車的總布置及貫通式多橋驅動的布置；
（4）能傳遞大的載荷，使用壽命長。
但是由于蝸輪齒圈要求用高質量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動效率較低。在此不采用。
在此選用弧齒錐齒輪傳動，其特點是主、從動齒輪的軸線垂直交于一點。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩個以上的輪齒同時嚙合，因此可以承受較大的負荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動小。當主傳動比一定時，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪比相應的弧齒錐齒輪小，從而可以得到更大的離地間隙，有利于實現汽車的總體布置。另外，弧齒錐齒輪與雙曲面錐齒輪相比，具有較高的傳動效率，可達99%。
本次設計采用圓弧齒螺旋錐齒輪。
2.12 減速器的減速形式
汽車主減速器的減速型式分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。
（1）單級主減速器，如圖2.2所示為單級主減速器。由于單級主減速器具有結構簡單、質量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比i<7的各種中、小型汽車上。單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動的。
（2）雙級減速，如圖2.3所示為雙級主減速器。由兩級齒輪減速器組成，結構復雜、質量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大(7
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