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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目：五菱之光微型客車后驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
五菱之光微型客車后驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
摘 要
驅(qū)動(dòng)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(dòng)軸或直接有變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩。并將動(dòng)力分配給左、右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，使左、右驅(qū)動(dòng)輪具有汽車形式運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能。所以其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接關(guān)系到整車性能的好壞。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要嚴(yán)謹(jǐn)和認(rèn)真的態(tài)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在緒論部分，對(duì)本課題的背景研究意義及國(guó)內(nèi)外情況簡(jiǎn)明扼要的說(shuō)明。在方案論證部分，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋及其總成結(jié)構(gòu)形式的選擇作了具體的說(shuō)明。本設(shè)計(jì)選用了單級(jí)減速器，采用的是雙曲面齒輪嚙合傳動(dòng)，盡量的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，縮減尺寸，有效的利用空間，充分減少材料浪費(fèi)，減輕整體質(zhì)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(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。半橋則選用全浮式半橋。在設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核部分，對(duì)主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等重要部件的參數(shù)作了選擇。同時(shí)也對(duì)以上的幾個(gè)部件進(jìn)行了必要的校核計(jì)算。
結(jié)束語(yǔ)是對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些看法和心得體會(huì)，并對(duì)悉心幫助和指導(dǎo)過(guò)我的指導(dǎo)老師和同學(xué)表示衷心的感謝和深深的敬意。
關(guān)鍵詞： 微型客車；驅(qū)動(dòng)橋；主減速器；差速器
VI
Design of Drive Axle Minibus Wuling Sunshine
Abstract
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;Dive axle;The main reducer;Differentia
主 要 符 號(hào) 表
大齒輪節(jié)錐距
從動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)錐距
軸承的額定動(dòng)載荷
、 分別為主、從動(dòng)雙曲面齒輪的外圓直徑
、 分別為主、從動(dòng)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(dòng)齒輪齒面寬
汽車正常使用時(shí)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(dòng)阻力系數(shù)
后軸對(duì)水平地面的荷重
汽車滿載總重量
、 分別為主、從動(dòng)齒輪的齒頂高
、 分別為主、從動(dòng)齒輪的齒根高
齒工作高
齒工作高系數(shù)
齒全高系數(shù)
驅(qū)動(dòng)橋主減速比
分動(dòng)器高檔傳動(dòng)比
變速器1檔傳動(dòng)比
輪邊減速器傳動(dòng)比
傳動(dòng)系低檔傳動(dòng)比
雙曲面齒輪輪齒彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)
雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒頂高系數(shù)
雙曲面齒輪強(qiáng)度計(jì)算用表面質(zhì)量系數(shù)
雙曲面齒輪強(qiáng)度計(jì)算用載荷分配系數(shù)
雙曲面齒輪強(qiáng)度計(jì)算用超載系數(shù)
雙曲面齒輪強(qiáng)度計(jì)算用尺寸系數(shù)
雙曲面齒輪強(qiáng)度計(jì)算用質(zhì)量系數(shù)
軸承的額定壽命
齒輪模數(shù)、端面模數(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率下的轉(zhuǎn)速
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
單位齒長(zhǎng)上的圓周力
刀盤的名義半徑
車輪的滾動(dòng)半徑
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
計(jì)算轉(zhuǎn)矩
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比時(shí)作用在主減速器從動(dòng)齒輪上的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)時(shí)作用在主減速器從動(dòng)齒輪上的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩
齒輪齒數(shù)
齒輪壓力角
中點(diǎn)螺旋角或名義螺旋角
、 分別為雙曲面齒輪主、從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角
、 分別為主、從動(dòng)齒輪的面錐角
、 分別為主、從動(dòng)齒輪的根錐角
輪胎與路面的附著系數(shù)
汽車傳動(dòng)系效率
輪邊減速器的傳遞效率
接觸應(yīng)力
彎曲應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
剪切應(yīng)力
目 錄
1 緒論 1
1.1題目背景 1
1.2研究意義 1
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況 1
1.4本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 3
2 驅(qū)動(dòng)橋總成結(jié)構(gòu)形式及布置 4
2.1 總體方案論證 4
2.2驅(qū)動(dòng)橋的分類 4
2.2.1非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 5
2.2.2斷開式驅(qū)動(dòng)橋 5
3 主減速器設(shè)計(jì) 7
3.1主減速器結(jié)構(gòu)方案的分析 7
3.2主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 9
3.3主減速器錐齒輪設(shè)計(jì) 10
3.3.1主減速比i0的確定 10
3.3.2主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 11
3.4主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇 12
3.4.1齒數(shù)的選擇 12
3.4.2從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑的選擇 12
3.4.3從動(dòng)錐齒輪端面模數(shù)的選擇 13
3.4.4螺旋錐齒輪齒寬F的選擇 13
3.4.5螺旋錐齒輪的螺旋方向 13
3.4.6螺旋角的選擇 13
3.4.7齒輪法向壓力角的選擇 14
3.5主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 14
3.6主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 16
3.6.1單位齒長(zhǎng)上的圓周力 16
3.6.2輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 17
3.6.3輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 18
3.7主減速器齒輪的材料及熱處理 19
3.8主減速器軸承的計(jì)算 20
3.8.1作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力 20
3.8.2主減速器軸承載荷的計(jì)算 21
3.8.3主減速器軸承額定壽命的計(jì)算 22
3.9主減速器的潤(rùn)滑 24
4 差速器設(shè)計(jì) 25
4.1差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 25
4.2對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 26
4.2.1差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 26
4.2.2差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 28
4.3差速器齒輪的材料選擇 29
4.4差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 29
5 半軸設(shè)計(jì) 31
5.1半軸的型式 31
5.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 32
5.2.1全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 32
5.2.2全浮式半軸桿部直徑的初選 32
5.2.3半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料與熱處理 32
5.2.4半軸的強(qiáng)度計(jì)算 33
6 驅(qū)動(dòng)橋殼體設(shè)計(jì) 35
6.1驅(qū)動(dòng)橋殼的分類 35
6.1.1可分式橋殼 35
6.1.2整體式橋殼 36
6.1.3組合式橋殼 37
6.2驅(qū)動(dòng)橋殼的選擇 37
致 謝 39
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 40
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 41
1 緒論
1.1題目背景
驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直使得發(fā)動(dòng)機(jī)又正向著大轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展。為適應(yīng)以上情況，汽車驅(qū)動(dòng)橋的減速比應(yīng)該減小，此時(shí)不必在橋中采用雙級(jí)減速。因而目前在國(guó)外的公路型車上已廣泛地采用單級(jí)減速橋，單級(jí)橋具有成本低，質(zhì)量輕，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，噪音小，溫升低和整車油耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)外單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋與雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)用比例約為8:2[1]。力和橫向力[2]。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。隨著高等級(jí)公路的發(fā)展,汽車的車速正在日益提高，同時(shí)節(jié)約能源，減少污染的環(huán)境意識(shí)。
1.2研究意義
隨著中國(guó)公路建設(shè)水平的不斷提高，公路運(yùn)輸車輛正向大噸位，多軸化，大馬力方向發(fā)展，使得重型車橋總成也向傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速方向發(fā)展單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械傳動(dòng)效率高，易損件少，可靠性高。由于單級(jí)橋傳動(dòng)鏈減少，摩擦阻力小，比雙級(jí)橋省油，噪聲也小過(guò)去，單級(jí)橋因?yàn)闃虬叽绱?，離地間隙小，導(dǎo)致通過(guò)性較差，應(yīng)用范圍相對(duì)較小，但是現(xiàn)在公路狀況已經(jīng)得到了顯著改善，重型汽車使用條件對(duì)通過(guò)性的要求降低這種情況下，單級(jí)橋的劣勢(shì)得以忽略,而其優(yōu)勢(shì)不斷突出。陜汽總廠現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)中除了引進(jìn)的斯太爾輪邊行星式雙級(jí)減速橋技術(shù)性比較先進(jìn)外，其它類品種均不能令人滿意，雖然斯太爾輪邊橋有一定的優(yōu)勢(shì)，但顯然其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而且它不適用于客車，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的研究有重要意義。
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況
雖然驅(qū)動(dòng)橋現(xiàn)狀有所改觀，但由于我國(guó)汽車行業(yè)起步晚，而且多數(shù)技術(shù)依賴于進(jìn)口，所以，想達(dá)到全盤優(yōu)化還存在著很多困難。例如：缺乏設(shè)計(jì)和研
40
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
發(fā)能力；基礎(chǔ)材料水平比較落后，主要體現(xiàn)在材料分類和使用方面比較粗放
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
技工技術(shù)的欠缺也是一大障礙，驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)重要部分是減速器，主要是主動(dòng)錐齒輪和起差速作用的行星齒輪，因此齒輪的加工技術(shù)和熱處理能力從很大程度上決定了車橋的穩(wěn)定性和可靠性，齒輪的材料和加工精度決定著車橋的承載能力
和使用壽命。新一代驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)開發(fā)的突出特點(diǎn)是:不僅在產(chǎn)品性能參數(shù)上進(jìn)一步進(jìn)設(shè)計(jì)上完全遵從模塊化設(shè)計(jì)原則，產(chǎn)品配套實(shí)現(xiàn)車型的平臺(tái)化，造型和結(jié)構(gòu)更加合理，更宜于組織批量生產(chǎn)，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，更能應(yīng)對(duì)頻繁的車型換代和產(chǎn)品系列化的特點(diǎn)，這些都對(duì)基礎(chǔ)件產(chǎn)品提出愈來(lái)愈高的配套要求，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上不斷地進(jìn)行二次開發(fā)和持續(xù)改進(jìn)，以滿足快速多變的市場(chǎng)需求。
與國(guó)外相比，我國(guó)的驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)設(shè)計(jì)不論在技術(shù)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(shù)缺乏獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落后(國(guó)外己實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程化、電算化)。目前比較突出的問(wèn)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(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔次，缺乏有國(guó)際影響力的產(chǎn)品品牌，行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步的步伐，提高管理水平，加快與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，開發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)中國(guó)國(guó)情的高檔車用驅(qū)動(dòng)橋總成，由仿制到創(chuàng)新，早日縮小并消除與世界先進(jìn)水平的差距。
發(fā)展方向：
a.驅(qū)動(dòng)橋向重載方向發(fā)展
隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資的不斷加大以及水電、礦業(yè)、油田、公路、城市交通運(yùn)輸和環(huán)保工程建設(shè)等項(xiàng)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(chǎng)空間。重型汽車近年來(lái)生產(chǎn)總量直線上升，2001年全國(guó)重型汽車比上年同期增長(zhǎng)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(xiàng)指標(biāo)發(fā)生了很多的變化,標(biāo)載噸位不斷向大的方向發(fā)展，多軸車上升明顯。
b.驅(qū)動(dòng)橋向多聯(lián)驅(qū)動(dòng)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(shù)上的準(zhǔn)則，由國(guó)家發(fā)改委、交通部、公安部共同提出的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB1589-2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》于2004年4月28日發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車車橋的載荷進(jìn)行了明確規(guī)定：?jiǎn)屋S掛車軸荷的最大限值每側(cè)單胎為6000kg，每側(cè)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(shí)現(xiàn)車輛多拉快跑又不違反國(guó)家法規(guī)，各汽車生產(chǎn)廠家在6X4、8X4等多軸車的基礎(chǔ)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(qū)動(dòng)橋的基礎(chǔ)上增加浮動(dòng)橋而成，雖然其稱10X6，但實(shí)際起驅(qū)動(dòng)作用的只有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋，這樣，由于驅(qū)動(dòng)橋不能對(duì)車輪進(jìn)行合理的扭矩分配，使得增加浮動(dòng)橋后的整車行駛系沒(méi)有很好地發(fā)揮車橋驅(qū)動(dòng)的作用。為了能合理地分配扭矩，以滿足某些獨(dú)立懸掛多軸驅(qū)動(dòng)車型的使用，一些車橋生產(chǎn)廠家自主研發(fā)了三聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋，三聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋的扭矩分配原理是：每一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋都可以得到從發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)橋打下科學(xué)基礎(chǔ)。
c. 增加驅(qū)動(dòng)橋附件的技術(shù)含量據(jù)分析，不管重型車的技術(shù)含量提升得多快，在未來(lái)15年內(nèi)大多數(shù)重型車的車橋和懸架結(jié)構(gòu)不會(huì)有明顯的改變，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和型式仍處于主導(dǎo)地位。那怎樣在相同結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上推出各自車橋的亮點(diǎn)呢？這是每一個(gè)專業(yè)廠必須不斷研究的問(wèn)題。以前，各廠家主要是在載重噸位上進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，但在國(guó)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(shù)含量，從橋殼的制造工藝、車橋的減速形式、車輪的制動(dòng)方式等方面入手，通過(guò)吸收國(guó)外一些先進(jìn)的技術(shù)，推出具有本企業(yè)特色、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、承載能力強(qiáng)的車橋，不斷提升產(chǎn)品的制造質(zhì)量及服務(wù)質(zhì)量。
1.4本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容
a. 了解汽車驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)的現(xiàn)狀，熟悉其發(fā)展?fàn)顩r，掌握汽車驅(qū)動(dòng)橋的詳細(xì)構(gòu)造和工作原理。
b. 根據(jù)微型客車性能要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)的主減速器、差速器機(jī)構(gòu)和半軸等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用Auto CAD軟件繪制驅(qū)動(dòng)橋總裝配圖，實(shí)現(xiàn)汽車的行駛功能并滿足動(dòng)力性要求。
表1.1 車橋相關(guān)設(shè)計(jì)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(zhuǎn)速（rpm）
最大扭矩
（N?m）
后輪胎型號(hào)
后輪距
（mm）
驅(qū)動(dòng)方式
五菱之光
120
1480
45
5600
85
165/70R13
1290
中置后驅(qū)
2 驅(qū)動(dòng)橋總成結(jié)構(gòu)形式及布置
2.1 總體方案論證
驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成[3-5]。
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
1. 所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
2. 當(dāng)兩驅(qū)動(dòng)車輪以不同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)能將轉(zhuǎn)矩保持平穩(wěn)且連續(xù)不斷（無(wú)脈動(dòng)）地傳遞到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪上。
3. 齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
4. 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。
5. 驅(qū)動(dòng)橋各零部件在強(qiáng)度高、剛性好、工作可靠及使用壽命長(zhǎng)的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量小，以減小不平路面給驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改變汽車的平順性。
6. 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
7. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
2.2驅(qū)動(dòng)橋的分類
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式，可以分為兩大類，即非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)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(wú)需在條件困難的公路上長(zhǎng)期工作，故而選取非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
2.2.1非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)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(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于汽車的非懸掛質(zhì)量，汽車的非懸掛質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)，如圖2.1。
在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)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(dòng)比以及工作平滑無(wú)聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)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(qū)動(dòng)
2.2.2斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋（如圖2.2）的兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪分別用彈性元件與車架相連，沒(méi)有一個(gè)連接左、右驅(qū)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)。一般將主減速器殼固定在車架或車身上，左、右驅(qū)動(dòng)車輪的半軸必須分為兩段并用萬(wàn)向節(jié)連接，半軸套管與主減速器殼也必須采用個(gè)鉸鏈?zhǔn)竭B接，如圖2.2所示。斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，但利于改善汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性和通過(guò)性，故適用于對(duì)行駛平順性要求較高的乘用車及通過(guò)性要求較高的越野汽車。
圖 2.2斷開式驅(qū)動(dòng)橋
3 主減速器設(shè)計(jì)
3.1主減速器結(jié)構(gòu)方案的分析
主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車，其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于汽車在各種道路上行使時(shí)，其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后，便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力[6-15]。
驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求：
1. 所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
2. 外廓尺寸要小，保證有足夠的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。
3. 在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
4. 在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車平順性。
5. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
按參加減速傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目分，有單級(jí)式主減速器如圖3.1.1所示和雙級(jí)式主減速器如圖3.1.2所示。
圖3.1 單級(jí)式主減速器 圖3.2 雙級(jí)式主減速器
為了清晰地講述單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器的優(yōu)缺點(diǎn)，我們采用列表的方法進(jìn)行對(duì)比如表3.1所示。
表3.1 單級(jí)式與雙級(jí)式主減速器對(duì)比
類別
單級(jí)式主減速器
雙級(jí)式主減速器
結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單
復(fù)雜
質(zhì)量
較小
較大
成本
較低
較高
減速比
i0≦7
i0≧7
應(yīng)用范圍
轎車，輕、中型貨車
中、重型貨車，大客車
故本設(shè)計(jì)主減速器采用單級(jí)主減速器。
按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分類，主減速器的齒輪傳動(dòng)主要可分為螺旋錐齒輪式傳動(dòng)、雙曲面齒輪式傳動(dòng)（如圖3.3）等形式。
在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式傳動(dòng)或準(zhǔn)雙曲面齒輪式傳動(dòng)。
（a）螺旋錐齒輪傳動(dòng)； （b）雙曲面齒輪傳動(dòng)
圖3.3齒輪副結(jié)構(gòu)形式分類
主減速器傳動(dòng)類下面將列表展示雙曲面齒輪傳動(dòng)和螺旋錐齒輪傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)如表3.2所示。
表3.2 雙曲面齒輪傳動(dòng)和螺旋錐齒輪傳動(dòng)比較
類別
雙曲面齒輪傳動(dòng)
螺旋錐齒輪傳動(dòng)
軸線
垂直但不相交
垂直且相交于一點(diǎn)
偏移距
有
無(wú)
螺旋角
1＞2
1＝2
齒輪尺寸相同時(shí)
傳動(dòng)比大
傳動(dòng)比小
傳動(dòng)比相同時(shí)
從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)
主動(dòng)齒輪直徑大
主動(dòng)齒輪直徑小
主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)
主動(dòng)齒輪直徑小
主動(dòng)齒輪直徑大
運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性
優(yōu)秀
良好
抗彎強(qiáng)度
提高30%
較低
滑動(dòng)速度
大
小
抗膠合能力
較弱
強(qiáng)
軸承負(fù)荷
小齒輪的軸向力大
小齒輪的軸向力小
傳動(dòng)效率
約96%
約99%
傳動(dòng)比范圍
＞4.5
﹤4.5
潤(rùn)滑油
有多種添加劑的特種潤(rùn)滑油
普通潤(rùn)滑油
由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是微型客車后驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)，選擇單級(jí)式主減速器。且為保證有足夠的離地間隙，減小從動(dòng)齒輪尺寸，選擇雙曲面齒輪傳動(dòng)。
3.2主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案
主減速器中心必須保證主從動(dòng)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(zhì)量裝配調(diào)整及軸承主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。
要使主減速器良好工作，必須保證主、從動(dòng)齒輪的良好嚙合。齒輪的嚙合狀況除與齒輪的加工質(zhì)量、齒輪的裝配調(diào)整以及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)外，還與齒輪的支承形式有關(guān)。主動(dòng)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。
a)懸臂式支撐 b)跨置式支承
圖3.4 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置方法
懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置方便、結(jié)構(gòu)緊湊及成本較低，并且也能滿足本課題設(shè)計(jì)要求，經(jīng)方案論證，主減速器主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承。
3.3主減速器錐齒輪設(shè)計(jì)
主減速比i0、驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。
3.3.1主減速比i0的確定
主減速比i0的大小，對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。i0的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比i一起由整車動(dòng)力計(jì)算來(lái)確定?？衫迷诓煌琲0下的功率平衡圖來(lái)研究i0對(duì)汽車動(dòng)力性的影響。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來(lái)選擇i0值，可使汽車獲得最佳的動(dòng)力性
和燃料經(jīng)濟(jì)性[13]。
對(duì)于具有較大功率儲(chǔ)備的客車、長(zhǎng)途公共汽車尤其是競(jìng)賽車來(lái)說(shuō)，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax及其轉(zhuǎn)速np的情況下，所選擇的i0值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速vamax。這時(shí)i0值應(yīng)按下式來(lái)確定[14]：
（3.1）
式中：
——車輪的滾動(dòng)半徑，由GB T 2978—1997轎車輪胎系列查得
=0.273m
——最大功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，=5600 r/min；
——汽車的最高車速，=120km/h；
——變速器最高檔傳動(dòng)比，=1。
經(jīng)計(jì)算，得i0=4.80
主減速比i0=4.80﹤7.6用單級(jí)主減速器，單級(jí)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)[15]。
3.3.2主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定
除了主減速比i0及驅(qū)動(dòng)橋離地間隙外，另一項(xiàng)原始參數(shù)便是主減速器齒輪齒輪的計(jì)算載荷。由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準(zhǔn)確地算出主減速器齒輪的計(jì)算載荷是比較困難的。通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪在良好的路面上開始滑轉(zhuǎn)時(shí)這兩種情況下作用在主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（、）的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷，即：
（3.2） （3.3）
式中:
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=85N·m；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比；
——傳動(dòng)系上述傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，=0.9；
——由于“猛接合”離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于載貨汽車，取=1；
——該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目，=1；
——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷, =12900N;
——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，取=0.85；
——車輪的滾動(dòng)半徑，=0.273m；
，——分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)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(jì)算載荷為最大轉(zhuǎn)矩，而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不能用它作為疲勞損壞的依據(jù)。但對(duì)于公路車輛來(lái)說(shuō)，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂平均比牽引力的值來(lái)確定，即主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)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(jì)算；
——車輪的滾動(dòng)半徑，=0.273m；
——道路滾動(dòng)系數(shù)，對(duì)于轎車可取0.010~0.015，取=0.012；
——汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)城市公共汽車取0.05~0.09，取 =0.08；
——汽車或汽車列車的性能系數(shù)：
將、、代入上式得：=15.3＜16，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(jì)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(xiàng)參數(shù)。
3.4.1齒數(shù)的選擇
對(duì)于單級(jí)主減速器，首先應(yīng)該根據(jù)i0的大小選擇主減速器主、從動(dòng)齒輪參數(shù)z1、z2，為了使得磨合均勻，z1、z2之間應(yīng)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(duì)于微型客車來(lái)說(shuō)應(yīng)保持在40～65。
可知z1+z2=40～60，z1=6～14，則取z1=8，z2=39。
3.4.2從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑的選擇
螺旋錐齒輪從動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，可根據(jù)該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按經(jīng)驗(yàn)公式選出：
（3.5）
式中：
——從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；
——直徑系數(shù)，取=13～16；
——計(jì)算轉(zhuǎn)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：=177mm～203mm。
3.4.3從動(dòng)錐齒輪端面模數(shù)的選擇
從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑選定后，可按算出大端端面模數(shù)，并進(jìn)行校核：
將、代入,有：=3.1，取=3
則，= 180mm，=36mm
用下式進(jìn)行校核：
（3.6）
式中：
——齒輪大端端面模數(shù)；
——模數(shù)系數(shù)，取=0.3～0.4；
——從動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m。
代入（3.6），有：=2.6～3.4，滿足要求。
3.4.4螺旋錐齒輪齒寬F的選擇
對(duì)于汽車工業(yè)，主減速器雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒面寬為：
（3.7）
式中：
——從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，=180mm
代入（3.7），有=27.9mm，主動(dòng)齒輪f大于從動(dòng)齒輪F的10%，故f=30.69mm
齒面寬過(guò)大和過(guò)小，都會(huì)降低齒輪的強(qiáng)度和壽命。齒面寬不能超過(guò)端面模數(shù)的10倍，否則，不但不能提高齒輪的強(qiáng)度和耐久性，還會(huì)給制造帶來(lái)困難。
3.4.5螺旋錐齒輪的螺旋方向
選取主動(dòng)齒輪為左旋，從動(dòng)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(diǎn)C處的螺旋角，是該點(diǎn)處的切線T與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)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(lái)近似的預(yù)選主動(dòng)齒輪螺旋角的名義值：
（3.8）
式中：
——主動(dòng)齒輪的名義（中點(diǎn)）螺旋角的預(yù)選值；
、——主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)，=8，=39；
——從動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，=180mm
——雙曲面齒輪的偏移量，mm；對(duì)螺旋錐齒輪取E=0 mm。
代入（3.8），有：=34 °，一般與之差不超過(guò)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(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對(duì)于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過(guò)小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對(duì)于輕負(fù)荷工作的齒輪一般采用小壓力角，可使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對(duì)于螺旋錐齒輪，乘用車一般選用14°30′或16°；商用車α為20°；總質(zhì)量較大的商用車α為22°30′。對(duì)于雙曲面齒輪，大齒輪輪齒兩側(cè)壓力角是相同的，但小齒輪輪齒兩側(cè)壓力角是不等的，選取平均壓力角時(shí)，乘用車為19°或20°，商用車為20°或20°33′。本車選取壓力角為22°30′。
3.5主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)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(jì)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(jì)算
序號(hào)
項(xiàng)目
計(jì)算公式
結(jié)果
（1）
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
8
（2）
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
39
（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
；
=4.5mm
=0.81 mm
（14）
齒根高
；
=5.625mm
=4.5mm
（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
=44.8mm
=181.76mm
（20）
節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離
=56.33 mm
=15.72 mm
（21）
理論弧齒厚
；
=6.5868 mm
=2.8380 mm
（22）
齒側(cè)間隙
0.07 mm
（23）
螺旋角
35 °
（24）
螺旋方向
主動(dòng)齒輪左旋，從動(dòng)齒輪右旋
（25）
驅(qū)動(dòng)齒輪
小齒輪
（26）
旋轉(zhuǎn)方向
主動(dòng)齒輪順時(shí)針，從動(dòng)齒輪逆時(shí)針
3.6主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
3.6.1單位齒長(zhǎng)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(zhǎng)上的圓周力來(lái)估算，即：
（3.9）
式中：
——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最大附著力矩兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，N；
——從動(dòng)齒輪的齒面寬，mm。
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
（3.10）
式中：
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=85N·m；
——變速器傳動(dòng)比，常取I檔及直接檔進(jìn)行計(jì)算；=3.0；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，=36mm。
代入（3.10），有：=2372.5N/mm。
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
（3.11）
式中：
——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，=12600N
——輪胎與地面的附著系數(shù)，查表得：=0.85
——輪胎的滾動(dòng)半徑，=0.273m
——主減速器從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，=180mm
代入（3.11），有：=760 N·m。
查表許用p=1429 N·m，故滿足設(shè)計(jì)要求。
3.6.2輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
汽車主減速器螺旋錐齒輪輪齒的計(jì)算彎曲應(yīng)力為：
（3.12）
式中：
——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=442.2 N·m；
——超載系數(shù), =1；
——尺寸系數(shù)，反應(yīng)材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸與熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)≥1.6時(shí)， 即，=0.586；
——載荷分配系數(shù)，當(dāng)一個(gè)齒輪用跨置式支承時(shí)，=1.10~1.25，取=1.10；
——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=1；
——計(jì)算齒輪的齒面寬，=28mm；
——計(jì)算齒輪的齒數(shù)，=8，=40；
——端面模數(shù)，=3 mm；
——計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)，它綜合考慮了齒形系數(shù)。對(duì)于小齒輪=0.425，大齒輪=0.42。
代入（3.12）有：大齒輪彎曲強(qiáng)度為=644 N/mm2。小于許用700 N/mm2；滿足設(shè)計(jì)要求。
3.6.3輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
螺旋錐齒輪輪齒齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力為：
（3.13）
式中：
——主動(dòng)齒輪最大轉(zhuǎn)矩；
——主動(dòng)齒輪工作轉(zhuǎn)矩，N·m ；
——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6N/mm；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，mm；
，，——見式（3.12）下的說(shuō)明；
——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取=1；
——表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)，即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)。一般情況下，對(duì)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(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)。它綜合地考慮了嚙合齒面的相對(duì)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(jiǎn)化為：
（3.14）
式中：
——主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m
主、從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力相等。
代入（3.14），有：=1575 N/mm2；小于許用1750 N/mm2；故滿足設(shè)計(jì)要求。
3.7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(zhǎng)、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有輪齒根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求：[16]
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)律易控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減小生產(chǎn)成本并降低廢品率；
4.選擇齒輪的合金元素時(shí)要適應(yīng)我國(guó)的情況。例如，為了節(jié)約鎳、鉻等元素，我國(guó)發(fā)展了以錳、釩、鈦、鉬、硅為主的合金結(jié)構(gòu)鋼系統(tǒng)。
5.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32~45 HRC，芯部硬度較低，滲碳層深度為1.2~1.6 mm。
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，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)的溫度低，故不會(huì)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(huì)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(jì)算
軸承的計(jì)算主要是計(jì)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(yàn)算軸承壽命之前，首先應(yīng)求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力，然后再求出軸向反力，以確定軸承載荷。[17]
3.8.1作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力
通常主減速器的主動(dòng)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(jiǎn)圖。
圖3.6 主減速器主動(dòng)齒輪的受力簡(jiǎn)圖
螺旋錐齒輪的螺旋方向：主動(dòng)齒輪為左旋，從動(dòng)齒輪為右旋。
主動(dòng)齒輪軸向力 （3.15）
主動(dòng)齒輪徑向力 （3.16）
從動(dòng)齒輪軸向力 （3.17）
從動(dòng)齒輪徑向力 （3.18）
式中：
——齒廓表面的法向壓力角；
——齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角；
——節(jié)錐角；
——齒面寬中點(diǎn)處的圓周力，N。
式（3.15）、（3.16）、（3.17）、（3.18）中齒面寬中點(diǎn)處的圓周力為：
（3.19）
式中：
——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩見；
——該齒輪齒面寬重點(diǎn)的分度圓直徑。
而對(duì)于圓錐齒輪
（3.20）
式中：
——從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑；
——主動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑；
——從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑；
——從動(dòng)齒輪齒面寬；
，——主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
——從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角。
將=180 mm，=28 mm帶入式（3.19），則 =10070 N（對(duì)于圓錐齒輪傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力相等），
代入（3.15）、（3.16）、（3.17）、（3.18），有：
主動(dòng)齒輪軸向力 =7819 N；主動(dòng)齒輪徑向力 =1383 N
從動(dòng)齒輪軸向力 =1383 N；從動(dòng)齒輪徑向力 =7819 N
3.8.2主減速器軸承載荷的計(jì)算
a. 懸臂式支承主動(dòng)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(dāng)量載荷
汽車在行駛過(guò)程中，由于變速檔位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐證明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式求得：[18]
（3.23）
式中：
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，103N·m；
，，…——變速器在各擋的使用率；
，，…——變速器各擋I,II,III…擋及倒擋傳動(dòng)比；
，，…——變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率。
式中各數(shù)據(jù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知=0.8 %，=2.5 %，=16 %，=80.7 %,=16 %；=3，=1.562，=1，=0.697，=2.310；=65 %，=60 %，=50 %，=50 %，=50 %；得=3752.6 N·m。
按當(dāng)量轉(zhuǎn)矩求出軸承的徑向載荷及軸向載荷以后，即可按下式求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷：
（3.24）
式中：
——徑向系數(shù)；
——軸向系數(shù)。
這里選取型號(hào)為30205的軸承，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知e=0.35，對(duì)于單列滾子軸承=5.65≥0.35；取=0.4，=1.7。
代入（3.24），有：=13845.5 N。
3.8.3主減速器軸承額定壽命的計(jì)算
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩已考慮了變速器的各擋使用率及在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率，故可直接利用式（3.25）計(jì)算的值求出軸承的額定壽命：
（3.25）
式中：
——額定動(dòng)載荷，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知=68800 N；
——溫度系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)軸承的工作溫度可達(dá)100℃,當(dāng)超過(guò)100℃時(shí)，值應(yīng)進(jìn)行修正，取=1；
——載荷系數(shù)，考慮載荷性質(zhì)——平穩(wěn)性、振動(dòng)的或劇烈沖擊的載荷對(duì)軸承壽命的不同影響，對(duì)于車輛，取=1.2；
——壽命指數(shù)，對(duì)滾子軸承取=10/3。
代入（3.25），有：=8.53×107 s
在實(shí)際計(jì)算中，常以工作小時(shí)數(shù)表示軸承的額定壽命：
（3.26）
式中：
——軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min；可根據(jù)汽車的平均行駛速度計(jì)算。對(duì)于
無(wú)輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋來(lái)說(shuō)，主減速器從動(dòng)錐齒輪（或差速器）軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
（3.27）
式中：
——汽車輪胎的滾動(dòng)半徑，=0.273 m；
——汽車的平均行駛速度，km/h，對(duì)于微客車可取為50～55 km/h，這里取=55 km/h，則=454 r/min。
則主動(dòng)齒輪的軸承計(jì)算轉(zhuǎn)速為1520 r/min，將=1520 r/min帶入式（3.26），=915 h。
在設(shè)計(jì)時(shí)，軸承的壽命應(yīng)該根據(jù)總成的大修間隔里來(lái)考慮，即應(yīng)使軸承的額定壽命滿足：
（3.28）
式中：
——汽車的大修里程數(shù)，=50000 km。
這里=909h＜915h，固軸承滿足使用條件。
3.9主減速器的潤(rùn)滑
主減速器及差速器的齒輪及其軸承，均應(yīng)有良好的潤(rùn)滑，否則極易引起早期磨損。其中尤其應(yīng)注意主減速器主動(dòng)錐齒輪的前軸承。對(duì)于軸承距油面及齒輪的距離較遠(yuǎn)，潤(rùn)滑條件極差的減速器，其潤(rùn)滑不能靠潤(rùn)滑油的飛濺來(lái)實(shí)現(xiàn)，而必須采取加強(qiáng)潤(rùn)滑的專門措施。通常是在從動(dòng)錐齒輪的前端靠近主動(dòng)齒輪處的主減速器殼內(nèi)壁上設(shè)一專門的集油槽，后者將由旋轉(zhuǎn)的齒輪甩出并飛濺到殼體前面內(nèi)壁上的部分潤(rùn)滑油收集起來(lái)，在經(jīng)過(guò)進(jìn)油孔引至前軸承圓錐滾子小端處。由于圓錐滾子在旋轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，使?jié)櫥陀蓤A錐滾子的小端通向大端。而主動(dòng)錐齒輪前軸承的前面應(yīng)有回油孔，是經(jīng)過(guò)前軸承的潤(rùn)滑油再流回驅(qū)動(dòng)橋殼中間的油盆中。這樣，由于潤(rùn)滑油軸承的進(jìn)出油孔暢通無(wú)阻，使?jié)櫥偷玫窖h(huán)，不僅可使軸承得到良好的潤(rùn)滑、散熱和清洗，而且可以保護(hù)前端的油封不會(huì)因潤(rùn)滑油有壓力而漏油和損壞。
4 差速器設(shè)計(jì)
差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)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(dòng)，用來(lái)保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。
4.1差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇
汽車在行駛過(guò)程中，左、右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路程往往是不相等的，為了適應(yīng)這一特點(diǎn)，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪之間都裝有差速器。在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車上還常裝有軸間差速器，以提高通過(guò)性，同時(shí)可以避免在驅(qū)動(dòng)橋間產(chǎn)生功率循環(huán)以及由此引起的附加裁荷，以減少傳動(dòng)系零件的損傷、輪胎的磨損和燃料消耗。
普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪(少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車多采用2個(gè)行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個(gè)行星齒輪的差速器采用十字軸結(jié)構(gòu))，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。圖4.1為普通圓錐行星齒輪差速器的工作原理簡(jiǎn)圖。
圖4.1 普通圓錐行星齒輪差速器的工作原理簡(jiǎn)圖
大多數(shù)汽車都屬于公路運(yùn)輸車輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來(lái)說(shuō)，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此，幾乎都采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、性能可靠的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)輪間的輪間差速器使用，本次設(shè)計(jì)同樣選擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器
4.2對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)
對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器在汽車上應(yīng)用非常廣泛。由于在差速器殼上裝
配著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器殼的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。
4.2.1差速器齒輪的基本參數(shù)選擇
a. 行星齒輪數(shù)目的選擇
行星齒輪數(shù)目的選擇 乘用車常用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車和越野車多用4個(gè)行星齒輪，少數(shù)汽車再用3個(gè)行星齒輪，本次取差速器行星齒輪數(shù)n＝2。
b. 行星齒輪球面半徑RB的確定
圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上也代表