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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
重型貨車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程B07-5班
學(xué)生姓名： 許文鈺
指導(dǎo)教師： 呂德剛
職 稱： 講師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Design for Driving Axle of Heavy Truck
Candidate：Xu Wenyu
Specialty：Vehicle Engineering
Class ： B07-5
Supervisor：Lecturer Lv Degang
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于載重貨車顯得尤為重要。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。所以設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
本設(shè)計(jì)首先論述了驅(qū)動(dòng)橋的總體結(jié)構(gòu)，在分析了國內(nèi)外現(xiàn)狀、驅(qū)動(dòng)橋各部分結(jié)構(gòu)形式及其以往形式的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定了總體設(shè)計(jì)方案：采用整體式驅(qū)動(dòng)橋，主減速器的減速型式采用雙級(jí)減速器，主減速器齒輪采用螺旋錐齒輪，差速器采用普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，半軸采用全浮式型式，橋殼采用鑄造整體式橋殼。在本次設(shè)計(jì)中，主要完成了雙級(jí)減速器、圓錐行星齒輪差速器、全浮式半軸的設(shè)計(jì)和橋殼的校核材料的選取等工作。
關(guān)鍵詞： 驅(qū)動(dòng)橋；設(shè)計(jì)；計(jì)算；校核；材料
I
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
ABSTRACT
Drive bridge as one of its four Assembly vehicles, which have a direct impact on the performance of vehicle performance, and load goods vehicles is very important. When using the high power output of the engine torque to meet current fast and heavy-truck when the need for efficient, cost effective, must be used with an efficient, reliable drive axle. Design structure is simple, reliable, low cost drive axle, can greatly reduce the total cost of vehicle production, promote the economic development of the automobile.
This design first expositions has driven bridge of overall structure, in analysis has at home and abroad status, and driven bridge the part structure form and past form of advantages and disadvantages of Foundation Shang, determine has overall design programme: used overall type driven bridge, main reducer of deceleration type type used double level reducer, main reducer gear used spiral cone gear, differential used General symmetric type cone planet gear differential, half axis used full floating type type type, bridge shell used casting overall type bridge shell. In this design, the major completed a two-stage reducer, planetary gear differential, full floating axle with tapered design and check of axle of selection of materials and so on.
Key words: Driving axle；Design；Calculation；Checking；Material
11
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract II
第1章……………………………………………………………………………………...1
1.1 汽車驅(qū)動(dòng)橋概述 1
1.2驅(qū)動(dòng)橋國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展 1
1.2.1 國內(nèi)研究進(jìn)展 1
1.2.2 國外研究進(jìn)展 2
1.3 驅(qū)動(dòng)橋的種類 3
1.3.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 4
1.3.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 4
1.4 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 5
1.4.1 主減速器 5
1.4.2 差速器 9
1.4.3 半軸 9
1.4.4 橋殼 10
1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 10
第2章 主減速器設(shè)計(jì) 12
2.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案的分析及確定 12
2.1.1 主減速器比的計(jì)算 12
2.1.2主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定 13
2.2 主減速器齒輪設(shè)計(jì) 13
2.2.1 主減速器齒輪參數(shù)的選擇 13
2.2.2 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定 14
2.3 主減速器齒輪的材料及熱處理 15
2.4 主減速器螺旋錐齒輪的計(jì)算 16
2.4.1 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 16
2.4.2 主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 17
2.5 主減速器軸承的計(jì)算 19
2.6 主減速器的潤滑 22
2.7 本章小結(jié) 23
第3章 差速器設(shè)計(jì) 24
3.1 差速器結(jié)構(gòu)方案的分析及確定 24
3.2 普通錐齒輪式差速器設(shè)計(jì) 24
3.2.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器 24
3.2.2差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 25
3.3差速器齒輪的材料 26
3.4 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算 27
3.4.1差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 27
3.4.2 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 28
3.5 本章小結(jié) 29
第4章 半軸設(shè)計(jì) 30
4.1 半軸形式的確定 30
4.2 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 30
4.2.1 半軸的設(shè)計(jì) 30
4.2.2 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 32
4.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 33
4.4 本章小結(jié) 33
第5章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼的校核 34
5.1 驅(qū)動(dòng)橋橋殼形式的確定 34
5.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 34
5.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算 34
5.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 35
5.2.3 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 35
5.2.4 汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 37
5.2.5 汽車受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 38
5.3 本章小結(jié) 41
結(jié)論 42
參考文獻(xiàn) 43
致謝 44
附錄………………………………………………………………………………………45
第1章 緒 論
1.1 汽車驅(qū)動(dòng)橋概述
汽車驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)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車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器，差速器，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置和橋殼組成。
對(duì)于重型載貨汽車來說，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車和客車，以及輕型商用車都要大得多，以便能夠以較低的成本運(yùn)輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的要求，而驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著目前國際上石油價(jià)格的上漲，汽車的經(jīng)濟(jì)性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對(duì)乘用車，對(duì)于載貨汽車，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也是各商用車生產(chǎn)商來提高其產(chǎn)品市場競爭力的一個(gè)法寶。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)軸—驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為新的課題。
它有以下兩大難題，一是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩通過萬向傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，達(dá)到更好的車輪牽引力與轉(zhuǎn)向力的有效發(fā)揮，從而提高汽車的行駛能力。二是差速器向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。
1.2驅(qū)動(dòng)橋國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展
1.2.1 國內(nèi)研究進(jìn)展
國內(nèi)驅(qū)動(dòng)橋制造企業(yè)的開發(fā)模式主要由測(cè)繪、引進(jìn)、自主開發(fā)三種組成。主要存在技術(shù)含量低，開發(fā)模式落后，技術(shù)創(chuàng)新力不夠，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用少等問題。國內(nèi)的大多數(shù)中小企業(yè)中，測(cè)繪市場銷路較好的產(chǎn)品是它們的主要開發(fā)模式。特別是一些小型企業(yè)或民營企業(yè)由于自身的技術(shù)含量低，開發(fā)資金的不足，專門測(cè)繪、仿制市場上銷售較旺的汽車的車橋售往我國不健全的配件市場。這種開發(fā)模式是無法從根本上提高我國驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品開發(fā)水平的。中國驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中存在許多問題，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。我國汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究設(shè)計(jì)與世界先進(jìn)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，我國車橋制造業(yè)雖然有一些成果，但都是在引進(jìn)國外技術(shù)、仿制、再加上自己改進(jìn)的基礎(chǔ)上了取得的。個(gè)別比較有實(shí)力的企業(yè)，雖有自己獨(dú)立的研發(fā)機(jī)構(gòu)但都處于發(fā)展的初期。我國驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)業(yè)正處在發(fā)展階段，在科技迅速發(fā)展的推動(dòng)下，高新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，各種國外汽車新技術(shù)的引進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)自身研發(fā)能力的提高，我國的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)和制造會(huì)逐漸發(fā)展起來，并跟上世界先進(jìn)的汽車零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平。
1.2.2 國外研究進(jìn)展
國外驅(qū)動(dòng)橋主要采用模塊化技術(shù)和模態(tài)分析進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)分析，模塊化設(shè)計(jì)是在一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊,然后通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品的一種設(shè)計(jì)方法. 以DANA為代表的意大利企業(yè)多已采用了該類設(shè)計(jì)方法, 模態(tài)分析是對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)分析研究的最先進(jìn)的現(xiàn)代方法與手段之一。它可以定義為對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的解析分析(有限元分析)和實(shí)驗(yàn)分析(實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析)，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。模態(tài)分析技術(shù)的特點(diǎn)是在對(duì)系統(tǒng)做動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，用模態(tài)坐標(biāo)代替物理學(xué)坐標(biāo)，從而可大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目，分析精度較高。
優(yōu)點(diǎn)是減少設(shè)計(jì)及工裝制造的投入, 減少了零件種類, 提高規(guī)模生產(chǎn)程度, 降低制造費(fèi)用, 提高市場響應(yīng)速度等。國外企業(yè)為減少驅(qū)動(dòng)橋的振動(dòng)特性，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行模態(tài)分析，調(diào)整驅(qū)動(dòng)橋的強(qiáng)度，改善整車的舒適性和平順性。
20世紀(jì)60年代以來，由于電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應(yīng)用。有限元法不需要對(duì)所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的簡化，既可以考慮各種計(jì)算要求和條件，也可以計(jì)算各種工況，而且計(jì)算精度高。有限元法將具有無限個(gè)自由度的連續(xù)體離散為有限個(gè)自由度的單元集合體，使問題簡化為適合于數(shù)值解法的問題。只要確定了單元的力學(xué)特性，就可以按照結(jié)構(gòu)分析的方法求解，使分析過程大為簡化，配以計(jì)算機(jī)就可以解決許多解析法無法解決的復(fù)雜工程問題。目前，有限元法己經(jīng)成為求解數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)以及工程問題的一種有效的數(shù)值方法，也為驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。驅(qū)動(dòng)橋的參數(shù)化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)對(duì)象模型的尺寸用變量及其關(guān)系表示，而不需要確定具體數(shù)值，是CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動(dòng)繪圖的功能。目前它是CAD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要的、且待進(jìn)一步研究的課題。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設(shè)計(jì)速度，并減少信息的存儲(chǔ)量
1.3 驅(qū)動(dòng)橋的種類
車橋通過懸架與車架（或承載式車身）相連，它的兩端安裝車輪，其功用是傳遞車架（或承載式車身）于車輪之間各方向的作用力及其力矩。
根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同，車橋分為非斷開式和斷開式兩類。當(dāng)采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)選用非斷開式車橋，車橋中部是剛性的實(shí)心或空心梁，這種車橋即為非斷開式車橋；斷開式車橋?yàn)榛顒?dòng)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立懸架配用。
根據(jù)車橋上車輪的作用，車橋又可分為轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種類型。其中，轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋，一般貨車多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，而后橋或中后兩橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋。
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車的重要的組成部分處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左、石驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)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車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。
在一般的汽車結(jié)構(gòu)中、驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器（又稱主傳動(dòng)器）、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件如圖1.1所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1－半軸 2－圓錐滾子軸承 3－支承螺栓 4－主減速器從動(dòng)錐齒輪 5－油封
6－主減速器主動(dòng)錐齒輪 7－彈簧座 8－墊圈 9－輪轂 10－調(diào)整螺母
圖1.1 驅(qū)動(dòng)橋
對(duì)于各種不同類型和用途的汽車，正確地確定上述機(jī)件的結(jié)構(gòu)型式并成功地將它們組合成一個(gè)整體——驅(qū)動(dòng)橋，乃是設(shè)計(jì)者必須先解決的問題。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
1.3.1 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)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)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(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)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(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。
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)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車的總體布置很方便。
1.3.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)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(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。
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(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)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(dòng)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(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)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(dòng)的重型越野汽車。
故本次設(shè)計(jì)采用非獨(dú)立懸架，非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。這種類型的車一般的設(shè)計(jì)多采用雙級(jí)減速器，它與單級(jí)減速器相比，在保證離地間隙的同時(shí)可以增大主傳動(dòng)比。
1.4 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成
1.4.1 主減速器
主減速器的結(jié)構(gòu)形式，主要是根據(jù)其齒輪類型、減速形式以及主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的支承形式不同分類。
（1）主減速器齒輪的類型
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和渦輪蝸桿等形式。
a.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。
b.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，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凄的支承。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。
c.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。
d.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。
在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)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。
螺旋錐齒輪如圖1.2（a）所示主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用90度。螺旋錐齒輪的重合度大，嚙合過程是由點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。
雙曲面齒輪如圖1.2（b）所示主、從動(dòng)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(diǎn)有：
①尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。
②傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)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(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
③當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)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(dòng)，又有沿齒長方向的縱向滑動(dòng)，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
圖1.2 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪
雙曲面齒輪傳動(dòng)有如下缺點(diǎn)：
①長方向的縱向滑動(dòng)使摩擦損失增加，降低了傳動(dòng)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(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。
④雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤滑油。
（2） 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇
現(xiàn)在汽車主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式有如下兩種：
① 懸臂式
懸臂式支承結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸徑，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長度a和增加兩端的距離b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子向外。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，多用于傳遞轉(zhuǎn)鉅較小的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。
圖1.3 錐齒輪懸臂式支承
② 騎馬式
騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用騎馬式支承。
圖1.4 主動(dòng)錐齒輪騎馬式支承
（3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇
從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使它們的圓錐滾子大端相向朝內(nèi)，而小端相向朝外。為了防止從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)用兩端的調(diào)整螺母調(diào)整。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上。
（4）主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整
支承主減速器的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。分析可知，當(dāng)軸向力于彈簧變形呈線性關(guān)系時(shí)，預(yù)緊使軸向位移減小至原來的1/2。預(yù)緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當(dāng)預(yù)緊力超過某一理想值時(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。
（a） 單級(jí)主減速器 （b） 雙級(jí)主減速器
圖1.5 主減速器
主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用套筒與墊片，從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母。
（5）主減速器的減速形式
主減速器的減速形式分為單級(jí)減速（如圖1.5a）、雙級(jí)減速（如圖1.5b）、單級(jí)貫通、雙級(jí)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(shí)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比io的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單極減速器用于主減速比io≤7.6的各種中小型汽車上。
1.4.2 差速器
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聯(lián)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，拐彎時(shí)外側(cè)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)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)由于左右車輪的轉(zhuǎn)速雖然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)是輪胎過早磨、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)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。
差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，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)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車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)簡單、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，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車輪間的所謂輪間差速器使用；對(duì)于經(jīng)常
行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的。
1.4.3 半軸
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。在斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬向節(jié)。在一般非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪連接起來。
半浮式半軸具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。
3/4浮式半軸，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢(shì)，這將急劇降低軸承的壽命，故未得到推廣。
全浮式半軸廣泛應(yīng)用于輕型以上的各類汽車上，本設(shè)計(jì)采用此種半軸。
1.4.4 橋殼
驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。作用在驅(qū)動(dòng)車輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋完既是承載件又是傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置（如半軸）的外殼。
在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。
結(jié)構(gòu)形式分類：可分式、整體式、組合式。
按制造工藝不同分類：
鑄造式——強(qiáng)度、剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，用于中重型貨車，本設(shè)計(jì)采用鑄造橋殼。
鋼板焊接沖壓式——質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產(chǎn)，轎車和中小型貨車，部分重型貨車。
1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
汽車工業(yè)一直是CAD／CAM／CAE系統(tǒng)應(yīng)用的先鋒，應(yīng)用AUTOCAD軟件對(duì)重型驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)更合理，同時(shí)可以鍛煉使用工具軟件的能力，提高綜合設(shè)計(jì)的能力，還可以培養(yǎng)正確的研究方法、理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)、嚴(yán)肅求實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度，本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下六個(gè)方面：
（1）驅(qū)動(dòng)橋和主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇
（2）主減速器的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
（3）差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（4）半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（5）驅(qū)動(dòng)橋橋殼的設(shè)計(jì)
（6）CAD繪制裝配圖、零件圖。
第2章 主減速器設(shè)計(jì)
2.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案的分析及確定
2.1.1 主減速器比的計(jì)算
（1）設(shè)計(jì)主要參數(shù)
設(shè)計(jì)主要參數(shù)
參數(shù)
單位
數(shù)值
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
Pemax kW/np（r/min）
117.76/1800（2000）
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
Temax N·m/nr（r/min）
700/1250
裝載質(zhì)量
kg
8000
汽車總質(zhì)量
kg
15060
最大車速
km/h
70
最小離地間隙
mm
>180
輪胎（輪輞寬度-輪輞直徑）
英寸
11.00－20
（2）主減速器比的計(jì)算
主減速比對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)形式、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。的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定?？衫迷诓煌南碌墓β势胶鈭D來計(jì)算對(duì)汽車動(dòng)力性的影響。通過優(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選擇值，可是汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
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：
=0.377=0.377×0.5194×1800/（70×1）=5.035
故取為6.293 （2.1）
式中：——車輪的滾動(dòng)半徑
=0.0254[+（1-）b]=0.5194（m） 輪輞直徑d=20英寸輪輞寬度b=11英寸，=0.05；
——變速器最高檔傳動(dòng)比1.0（為直接檔）。
2.1.2主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定
（1）主減速器齒輪的類型
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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。本次設(shè)計(jì)采用螺旋錐齒輪。
（2）主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇
本次設(shè)計(jì)選用： 主動(dòng)錐齒輪：懸臂式支撐（圓錐滾子軸承）
從動(dòng)錐齒輪：騎馬式支撐（圓錐滾子軸承）
（3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇
從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使它們的圓錐滾子大端相向朝內(nèi)，而小端相向朝外。為了防止從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)用兩端的調(diào)整螺母調(diào)整。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上。
（4）主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整
支承主減速器的圓錐滾子軸承需預(yù)緊以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。分析可知，當(dāng)軸向力于彈簧變形呈線性關(guān)系時(shí)，預(yù)緊使軸向位移減小至原來的1/2。預(yù)緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當(dāng)預(yù)緊力超過某一理想值時(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。
主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母（利用叉形凸緣實(shí)現(xiàn)），從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母。
（5）主減速器的減速形式
主減速器的減速形式分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)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(shí)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。
本次設(shè)計(jì)采用雙級(jí)減速，主要從傳動(dòng)比及它是載重量超過7t的重型貨車和保證離地間隙上考慮。
2.2 主減速器齒輪設(shè)計(jì)
2.2.1 主減速器齒輪參數(shù)的選擇
（1）齒數(shù)的選擇 對(duì)于普通雙級(jí)主減速器，由于第一級(jí)的減速比i01比第二級(jí)的i02小些（通常i01/ i02≈1.4～2.0），這時(shí)，第一級(jí)主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)z1可選的較大，約在9～15范圍內(nèi)。第二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)和，可選在68±10的范圍內(nèi)。
（2）節(jié)圓直徑地選擇 根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（見式2.2，式2.3并取兩者中較小的一個(gè)為計(jì)算依據(jù)）按經(jīng)驗(yàn)公式選出：
=220.8～287.6mm （2.5）
式中：——直徑系數(shù)，取=13～16；
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，取較小的。
計(jì)算得，=220.8～287.6mm，初取=250mm。
（3）齒輪端面模數(shù)的選擇 選定后，可按式算出從動(dòng)齒輪大端模數(shù)，并用下式校核
= 9.57
（4）齒面寬的選擇 汽車主減速器螺旋錐齒輪齒面寬度推薦為：
F=0.155=38.75mm，可初取F=40mm。
（5）螺旋錐齒輪螺旋方向 一般情況下主動(dòng)齒輪為左旋，從動(dòng)齒輪為右旋，以使二齒輪的軸向力有互相斥離的趨勢(shì)。
（6）螺旋角的選擇 螺旋角應(yīng)足夠大以使1.25。因愈大傳動(dòng)就愈平穩(wěn)噪聲就愈低。螺旋角過大時(shí)會(huì)引起軸向力亦過大，因此應(yīng)有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?。在一般機(jī)械制造用的標(biāo)準(zhǔn)制中，螺旋角推薦用35°。
2.2.2 主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定
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)車輪打滑時(shí)這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（）的較小者，作為載貨汽車計(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
/n=30249 （） （2.1） =51903（） （2.2）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩700；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主加速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比；
==6.293×7.63=48.01559
根據(jù)同類型車型的變速器傳動(dòng)比選取=7.63
——上述傳動(dòng)部分的效率，取=0.9；
——超載系數(shù)，取=1.0；
——輪胎對(duì)路面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，取=0.85；對(duì)越野汽車取=1.0；對(duì)于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級(jí)轎車取=1.25；
rr——車輪的滾動(dòng)半徑，0.5194m；
n——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目1；
——汽車滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；但后橋來說還應(yīng)考慮到汽車加速時(shí)負(fù)荷增大量，可初?。?
=×9.81×60%=95932.21N
——分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比，分別取0.96和1。
由式（3.1），式（3.2）求得的計(jì)算載荷，是最大轉(zhuǎn)矩而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不能用它作為疲勞損壞依據(jù)。對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路用車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均牽引力的值來確定的，即主加速器的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
==7985.12（） （2.3）
式中：——汽車滿載總重15060×9.81N；
——所牽引的掛車滿載總重，N，僅用于牽引車取=0；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，貨車通常取0.015～0.020，可初取 =0.020；
——汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)。貨車通常取0.05～0.09，可初取=0.08；
——汽車性能系數(shù)
（2.4）
當(dāng) =46.86>16時(shí)，取=0
2.3 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、工作時(shí)間長、載荷變化多、帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒根彎曲折斷、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)，，及，在本設(shè)計(jì)中采用了。
用滲碳合金鋼制造齒輪，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，齒輪表面硬度可高達(dá)HRC58～64，而芯部硬度較低，當(dāng)m≤8時(shí)為HRC32～45。
對(duì)于滲碳深度有如下的規(guī)定：當(dāng)端面模數(shù)m≤5時(shí)，為0.9～1.3mm。
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草熱處理及精加工后均予以厚度為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，為了提高其耐磨性進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)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?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。
2.4 主減速器螺旋錐齒輪的計(jì)算
2.4.1 主減速器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計(jì)算 雙重收縮齒的優(yōu)點(diǎn)在于能提高小齒輪粗切工序。雙重收縮齒的齒輪參數(shù)，其大、小齒輪根錐角的選定是考慮到用一把實(shí)用上最大的刀頂距的粗切刀，切出沿齒面寬方向正確的齒厚收縮來。當(dāng)大齒輪直徑大于刀盤半徑時(shí)采用這種方法是最好的。
主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算見表2.1
表2.1主減速器錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
序號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
1
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
13
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
25
3
模數(shù)
10㎜
4
齒面寬
=40㎜
5
工作齒高
17㎜
6
全齒高
=18.88㎜
7
法向壓力角
=22.5°
8
軸交角
=90°
9
節(jié)圓直徑
=
130㎜
=250㎜
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=27.47°
=62.53°
11
節(jié)錐距
A==
A=140.91㎜
12
周節(jié)
t=3.1416
t=31.416㎜
13
齒頂高
=11.347mm
=5.66mm
14
齒根高
=
=7.533mm
=13.22mm
15
徑向間隙
c=
c=1.88㎜
16
齒根角
=3.06°
=5.36°
17
面錐角
；
=32.83°
=65.59°
18
根錐角
=
=
=24.41°
=57.17°
19
齒頂圓直徑
=
=150.14㎜
=255.22㎜
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=119.766㎜
=59.978㎜
21
理論弧齒厚
=27.38mm
=10.32mm
22
齒側(cè)間隙
B=0.305～0.406
0.356mm
23
螺旋角
=35°
2.4.2 主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算：
1、主減速器螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
（1）單位齒長上的圓周力
（2.6）
式中：——單位齒長上的圓周力，N/m;
P——作用在齒輪上的圓周力，N，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；
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
=1775<1786.25N/mm （2.7）
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
=2838 N/mm （2.8）
雖然附著力矩產(chǎn)生的p很大，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制p最大只有1775 N/mm
所以，校核成功。
（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
（2.9）
式中：——超載系數(shù)1.0；
——尺寸系數(shù)==0.783；
——載荷分配系數(shù)1.1~1.25；
——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，檔齒輪接觸良好、節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，取1；
J——計(jì)算彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，。
作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力=455.37MPa<700MPa；
作用下： 從動(dòng)齒輪上的應(yīng)力=125.36MPa<210.9MPa；
當(dāng)計(jì)算主動(dòng)齒輪時(shí)，/Z與從動(dòng)相當(dāng)，而，故<，<
綜上所述，故所計(jì)算的齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求。
汽車主減速器齒輪的損壞形式主要時(shí)疲勞損壞，而疲勞壽命主要與日常行駛轉(zhuǎn)矩即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩有關(guān)，只能用來檢驗(yàn)最大應(yīng)力，不能作為疲勞壽命的計(jì)算依據(jù)。
2、輪齒的接觸強(qiáng)度計(jì)算 螺旋錐齒輪齒面的計(jì)算接觸應(yīng)力（MPa）為：
（2.10）
式中：——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6；
=1，=1，=1.11，=1；
——表面質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于制造精確的齒輪可取1；
J—— 計(jì)算應(yīng)力的綜合系數(shù)，=0.1875。
=666.7MPa<=1750MPa
=2373.45MPa<=2800MPa，故符合要求、校核合理。
2.5 主減速器軸承的計(jì)算
設(shè)計(jì)時(shí)，通常是先根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)尺寸初步確定軸承的型號(hào)，然后驗(yàn)算軸承壽命。影響軸承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，應(yīng)先求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力、圓周力，然后再求出軸承反力，以確定軸承載荷。
1、 作用在主減速器主動(dòng)齒輪上的力
齒面寬中點(diǎn)的圓周力P為
（2.11）
式中：T——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩。主動(dòng)齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩；
——該齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑。
注：汽車在行駛過程中，由于變速器檔位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不盡處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，因此主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式是疲勞損傷，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：
（2.12）
式中：——變速器Ⅰ，Ⅱ，，Ⅴ檔使用率為1％，3％，5％，16％，
75％；
——變速器的傳動(dòng)比為7.63，4.27，2.61，1.59，1.00；
——變速器處于Ⅰ，Ⅱ，，Ⅴ檔時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率50％，60％，70％，70％，60％。
對(duì)于螺旋錐齒輪
=214.51（mm） （2.13）
=111.55（mm） （2.14）
式中：——主、從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑；
——從動(dòng)齒輪齒面寬
——從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角62.53；
計(jì)算得：=19063.3N
螺旋錐齒輪的軸向力與徑向力
主動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)樽螅恍D(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針：
=21729（N） （2.16）
=5367.54（N） （2.17）
從動(dòng)齒輪的螺旋方向?yàn)橛遥?
=6613.27（N） （2.18）
=17088.3（N） （2.19）
式中：——齒廓表面的法向壓力角22.5；
——主、從動(dòng)齒輪的節(jié)錐角27.47，62.53。
圖2.3主減速器主動(dòng)錐齒輪的受力簡圖
2、 主減速器軸承載荷的計(jì)算
軸承的軸向載荷，就是上述的齒輪軸向力。而軸承的徑向載荷則是上述齒輪徑向力、圓周力及軸向力這三者所引起的軸承徑向支承反力的向量和。當(dāng)主減速器的齒輪尺寸、支承型試和軸承位置已確定，并算出齒輪的徑向力、軸向力及圓周力以后，則可計(jì)算出軸承的徑向載荷。
（1） 懸臂式支承主動(dòng)錐齒輪的軸承徑向載荷
如圖2.4（a）所示軸承A、B的徑向載荷為
=10957（N） （2.20）
=13368.21（N） （2.21）
（a） （b）
圖2.4 主減速器軸承的布置尺寸
其尺寸為：
懸臂式支撐的主動(dòng)齒輪a=101.5，b=51，c=152.5;
式中：——齒面寬中點(diǎn)處的圓周力；
——主動(dòng)齒輪的軸向力；
——主動(dòng)齒輪的徑向力；
——主動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)的分度圓直徑。
（2）雙級(jí)減速器的從動(dòng)齒輪的軸承徑向載荷
軸承C、D的徑向載荷分別為
=5305.9（N） （2.22）
=24561.4（N） （2.23）
式中：——齒面寬中點(diǎn)處的圓周力；
——從動(dòng)齒輪的軸向力；
——從動(dòng)齒輪的徑向力；
——第二級(jí)減速斜齒圓柱齒輪的圓周力、軸向力和徑向力；