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1、第三章主減速器設計一、主減速器結構方案分析主減速器的結構形式主要是根據齒輪類型、減速形式的不同而不同。主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、 雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。1. 螺旋錐齒輪傳動螺旋錐齒輪傳動 ( 圖 5-3a) 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嚙合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負荷、制造也簡單。但是在工作中噪聲大，對嚙合精度很敏感， 齒輪副錐頂稍有不吻合便會使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。 為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預緊，提高支承剛度
2、，增大殼體剛度。圖 53 主減速器齒輪傳動形式a) 螺旋錐齒輪傳動 b) 雙曲面齒輪傳動 c) 圓柱齒輪傳動 d) 蝸桿傳動2. 雙曲面齒輪傳動雙曲面齒輪傳動 ( 圖 5-3b) 的主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線在空間偏移一距離 E，此距離稱為偏移距。由于偏移距 E 的存在，使主動齒輪螺旋角 1 大于從動齒輪螺旋角 2 ( 圖 54) 。根據嚙合面上法向力相等，可求出主、從動齒輪圓周力之比F1cosF2cos12【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/(5-1)圖 5-4 雙曲面齒輪副受力情況式中 ,F 1、F2 分別為主、從
3、動齒輪的圓周力；1、2 分別為主、從動齒輪的螺旋角。螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的齒線任意一點A 的切線 TT 與該點和節(jié)錐頂點連線之間的夾角。在齒面寬中點處的螺旋角稱為中點螺旋角 ( 圖 54) 。通常不特殊說明，則螺旋角系指中點螺旋角。雙曲面齒輪傳動比為F2 r2r2cos 2i0 sr1cos 1F1 r1(5-2)式中， i0 s 為雙曲面齒輪傳動比； r1 、 r2分別為主、從動齒輪平均分度圓半徑。螺旋錐齒輪傳動比i0 L 為r2i0 Lr1(5-3)令 Kcos2 cos 1 ，則 i0sKi 0L 。由于1 2 ，所以系數 K1，一般為 1.25 1.50 。這說明：1)
4、當雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時， 雙曲面齒輪傳動有更大的傳動比。2) 當傳動比一定， 從動齒輪尺寸相同時， 雙曲面主動齒輪比相應的螺旋錐齒輪有較大的直徑， 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， 雙曲面從動齒輪直徑比相應的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。另外，雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動還具有如下優(yōu)點：1) 在工作過程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側向滑動，而且還有沿齒長方向的縱向滑動。 縱向滑動可改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉平穩(wěn)性。2) 由于存在偏移距，雙曲面齒輪副使其主動齒輪的 1 大于從動齒輪的 2 ，這樣同時
5、嚙合的齒數較多， 重合度較大， 不僅提高了傳動平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強度提高約 30。3) 雙曲面齒輪傳動的主動齒輪直徑及螺旋角都較大， 所以相嚙合輪齒的當量曲率半徑較相應的螺旋錐齒輪為大， 其結果使齒面的接觸【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/強度提高。4) 雙曲面主動齒輪的變 1 大，則不產生根切的最小齒數可減少，故可選用較少的齒數，有利于增加傳動比。5) 雙曲面齒輪傳動的主動齒輪較大，加工時所需刀盤刀頂距較大，因而切削刃壽命較長。 6) 雙曲面主動齒輪軸布置在從動齒輪中心上方，便于實現多軸驅動橋的貫通，增大傳動軸的離地高度。布置在從動齒輪中心下方可
6、降低萬向傳動軸的高度， 有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。但是，雙曲面齒輪傳動也存在如下缺點：1) 沿齒長的縱向滑動會使摩擦損失增加， 降低傳動效率。 雙曲面齒輪副傳動效率約為 96，螺旋錐齒輪副的傳動效率約為 99。2) 齒面間大的壓力和摩擦功，可能導致油膜破壞和齒面燒結咬死，即抗膠合能力較低。 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) 雙曲面齒輪傳動必須采用可改善油膜強度和防刮傷添加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動用普通潤滑油即可。由于雙曲面齒輪具有一系列的優(yōu)點， 因而它比螺旋錐齒輪應用更廣泛。一般情況下，當要求傳動比大于 4.5 而輪廓尺寸又有
7、限時， 采用雙曲面齒輪傳動更合理。 這是因為如果保持主動齒輪軸徑不變， 則雙曲面從動齒輪直徑比螺旋錐齒輪小。 當傳動比小于 2 時，雙曲面主動齒輪相對螺旋錐齒輪主動齒輪顯得過大， 占據了過多空間， 這時可選用螺旋錐齒輪傳動， 因為后者具有較大的差速器可利用空間。 對于中等傳動比，兩種齒輪傳動均可采用。3圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動 ( 圖 53c) 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 ( 圖 55) 和雙級主減速器貫通式驅動橋?！局形?word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/圖 55 發(fā)動機橫置且前置前驅動轎車驅動橋4蝸桿傳動蝸桿 ( 圖 53d
8、) 傳動與錐齒輪傳動相比有如下優(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。5) 結構簡單，拆裝方便，調整容易。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。蝸桿傳動主要用于生產批量不大的個別重型多橋驅動汽車和具有高轉速發(fā)動機的大客車上。主減速器的減速形式可分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單雙級貫通、單雙級減速配以輪邊減速等?！局形?word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:
9、/1. 單級主減速器單級主減速器 ( 圖 56) 可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成， 具有結構簡單、 質量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。但是其主傳動比 i 0 不能太大，一般 i0 7，進一步提高 i 0 將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應用于轎車和輕、 中型貨車的驅動橋中。2. 雙級主減速器雙級主減速器 ( 圖 57) 與單級相比，在保證離地間隙相同時可得到大的傳動比， i 0 一般為 712。但是尺寸、質量均較大，成本較高。它主要應用于中、重型貨車、越野車和大客車上。整體式雙級主減速器有多種結構方案： 第一級為錐齒輪，第二級為圓柱齒
10、輪 ( 圖 58a) ；第一級為錐齒輪，第二級為行星齒輪； 第一級為行星齒輪， 第二圖 5 6單級主減速器級為錐齒輪 ( 圖 58b) ；第一級為圓柱齒輪，第二級為錐齒輪 ( 圖 58c) 。對于第一級為錐齒輪、 第二級為圓柱齒輪的雙級主減速器， 可有縱向水平 ( 圖 58d) 、斜向 ( 圖 58e) 和垂向 ( 圖 58f) 三種布置方案。縱向水平布置可以使總成的垂向輪廓尺寸減小， 從而降低汽車的質心高度，但使縱向尺寸增加， 用在長軸距汽車上可適當減小傳動軸長度，但不利于短軸距汽車的總布置，會使傳動軸過短，導致萬向傳動軸夾角加大。 垂向布置使驅動橋縱向尺寸減小， 可減小萬向傳動軸夾角，但由
11、于主減速器殼固定在橋殼的上方， 不僅使垂向輪廓尺寸增大，而且降低了橋殼剛度， 不利于齒輪工作。這種布置可便于貫通式驅動橋的布置。斜向布置對傳動軸布置和提高橋殼剛度有利。在具有錐齒輪和圓柱齒輪的雙級主減速器中分配傳動比時， 圓柱齒輪副和錐齒輪副傳動比的比值一般為 1.4 2.O，而且錐齒輪副傳動比一般為 1.7 3.3 ，這樣可減小錐齒輪嚙合時的軸向載荷和作用在從動錐齒輪及圓柱齒輪上的載荷，同時可使主動錐齒輪的齒數適當增多， 使其支承軸頸的尺寸適當加大，以改善其支承剛度，提高嚙合平穩(wěn)性和工作可靠性。3. 雙速主減速器雙速主減速器 ( 圖 59) 內由齒輪的不同組合可獲得兩種傳動比。它與普通變速器
12、相配合， 可得到雙倍于變速器的擋位。 雙速主減速器的高低擋減速比是根據汽車的使用條件、 發(fā)動機功率及變速器各擋速【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/比的大小來選定的。 大的主減速比用于汽車滿載行駛或在困難道路上行駛，以克服較大的行駛阻力并減少變速器中間擋位的變換次數； 小的主減速比則用于汽車空載、 半載行駛或在良好路面上行駛， 以改善汽車的燃料經濟性和提高平均車速。圖 5-7 雙級主減速器【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/圖 5-8 雙級主減速器布置方案雙速主減速器可以由圓柱齒輪組 ( 圖 5-9a) 或行星齒輪組
13、( 圖 5-9b) 構成。圓柱齒輪式雙速主減速器結構尺寸和質量較大，可獲得的主減速比較大。只要更換圓柱齒輪軸、去掉一對圓柱齒輪，即可變型為普通的雙級主減速器。 行星齒輪式雙速主減速器結構緊湊， 質量較小，具有較高的剛度和強度， 橋殼與主減速器殼都可與非雙速通用，但需加強行星輪系和差速器的潤滑。圖 59 雙速主減速器a) 圓柱齒輪式 b) 行星齒輪式1- 太陽輪2-齒圈 3-行星齒輪架4-行星齒輪5- 接合齒輪對于行星齒輪式雙速主減速器， 當汽車行駛條件要求有較大的牽引力時，駕駛員通過操縱機構將嚙合套及太陽輪推向右方 ( 圖示位置) ，接合齒輪 5 的短齒與固定在主減速器上的接合齒環(huán)相接合，太陽
14、輪 1 就與主減速器殼聯成一體，并與行星齒輪架 3 的內齒環(huán)分離，【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/而僅與行星齒輪 4 嚙合。于是，行星機構的太陽輪成為固定輪，與從動錐齒輪聯成一體的齒圈 2 為主動輪，與差速器左殼聯在一起的行星齒輪架 3 為從動件，行星齒輪起減速作用，其減速比為 (1+a) ，a 為太陽輪齒數與齒圈齒數之比。 在一般行駛條件下， 通過操縱機構使嚙合套及太陽輪移到左邊位置， 嚙合套的接合齒輪 5 與固定在主減速器殼上的接合齒環(huán)分離， 太陽輪 1 與行星齒輪 4 及行星齒輪架 3 的內齒環(huán)同時嚙合，從而使行星齒輪無法自轉， 行星齒輪機構不再
15、起減速作用。顯然，此時雙速主減速器相當于一個單級主減速器。雙速主減速器的換擋是由遠距離操縱機構實現的，一般有電磁式、氣壓式和電一氣壓綜合式操縱機構。由于雙速主減速器無換擋同步裝置，因此其主減速比的變換是在停車時進行的。雙速主減速器主要在一些單橋驅動的重型汽車上采用。4貫通式主減速器貫通式主減速器 ( 圖 5-10 ，圖 5-1 1) 根據其減速形式可分成單級和雙級兩種。單級貫通式主減速器具有結構簡單，體積小，質量小，并可使中、后橋的大部分零件， 尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性等優(yōu)點，主要用于輕型多橋驅動的汽車上。 根據減速齒輪形式不同，單級貫通式主減速器又可分為雙曲面齒輪式及蝸輪蝸桿式
16、兩種結構。雙曲面齒輪式單級貫通式主減速器 ( 圖 5-lOa) 是利用雙曲面齒輪副軸線偏移的特【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/圖 510 單級貫通式主減速器 a) 雙曲面齒輪式 b) 蝸輪蝸桿式點，將一根貫通軸穿過中橋并通向后橋。但是這種結構受主動齒輪最少齒數和偏移距大小的限制，而且主動齒輪工藝性差，主減速比最大值僅在5 左右，故多用于輕型汽車的貫通式驅動橋上。當用于大型汽車時， 可通過增設輪邊減速器或加大分動器速比等方法來加大總減速比。蝸輪蝸桿式單級貫通式主減速器 ( 圖 510b) 在結構質量較小的情況下可得到較大的速比。它使用于各種噸位多橋驅動汽
17、車的貫通式驅動橋的布置。 另外，它還具有工作平滑無聲、便于汽車總布置的優(yōu)點。 如蝸桿下置式布置方案被用于大客車的貫通式驅動橋中，可降低車廂地板高度。對于中、重型多橋驅動的汽車，由于主減速比較大，多采用雙級貫通式主減速器。根據齒輪的組合方式不同， 可分為錐齒輪一圓柱齒輪式和圓柱齒輪一錐齒輪式兩種形式。 錐齒輪一圓柱齒輪式雙級貫通式主減速器 ( 圖 511a) 可得到較大的主減速比，但是結構高度尺寸大，主動錐齒輪工藝性差，從動錐齒輪采用懸臂式支承，支承剛度差，拆裝也不方便。圓柱齒輪一錐齒輪式雙級貫通式主減速器( 圖 511b)的第一級圓柱齒輪副具有減速和貫通的作用。有時僅用作貫通用 將其速比設計為
18、 1。在設計中應根據中、 后橋錐齒輪的布置、 旋轉方向、雙曲面齒輪的偏移方式以及圓柱齒輪副在錐齒輪副前后的布置位置等因素來確定錐齒輪的螺旋方向， 所選的螺旋方向應使主、 從動錐齒輪有相斥的軸【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/向力。這種結構與前者相比，結構緊湊， 高度尺寸減小，有利于降低車廂地板及整車質心高度。圖 511 雙級貫通式主減速器a) 錐齒輪一圓柱齒輪式 b) 圓柱齒輪一錐齒輪式1- 貫通軸2- 軸間差速器5. 單雙級減速配輪邊減速器在設計某些重型汽車、 礦山自卸車、 越野車和大型公共汽車的驅動橋時，由于傳動系總傳動比較大，為了使變速器、分動器、
19、傳動軸等總【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/成所受載荷盡量小， 往往將驅動橋的速比分配得較大。當主減速比大于 12 時，一般的整體式雙級主減速器難以達到要求，此時常采用輪邊減速器 ( 圖 512) 。這樣，不僅使驅動橋的中間尺寸減小，保證了足夠的離地間隙，圖 512輪邊減速器【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/a) 圓柱行星齒輪式b)圓錐行星齒輪式c)普通外嚙合圓柱齒輪式1- 輪輞 2- 環(huán)齒輪架3-環(huán)齒輪4- 行星齒輪5-行星齒輪架6-行星齒輪軸7- 太陽輪8- 鎖緊螺母9 、10- 螺栓 11- 輪轂 12- 接
20、合輪13- 操縱機構14-外圓錐齒輪15- 側蓋而且可得到較大的驅動橋總傳動比。另外，半軸、差速器及主減速器從動齒輪等零件由于所受載荷大為減小， 使它們的尺寸可以減小。 但是由于每個驅動輪旁均設一輪邊減速器，使結構復雜，成本提高，布置輪轂、軸承、車輪和制動器較困難。圓柱行星齒輪式輪邊減速器 ( 圖 5-12a) 可以在較小的輪廓尺寸條件下獲得較大的傳動比， 且可以布置在輪轂之內。 作驅動齒輪的太陽輪連接半軸，內齒圈由花鍵連接在半軸套管上， 行星齒輪架驅動輪轂。行星齒輪一般為 35 個均勻布置，使處于行星齒輪中間的太陽輪得到自動定心。圓錐行星齒輪式輪邊減速器( 圖5-1 2b) 裝于輪轂的外側，
21、具有兩個輪邊減速比。當換擋用接合輪12 位于圖示位置時，輪邊減速器位于低擋；當接合輪被專門的操縱機構1 3 移向外側并與側蓋 1 5 的花鍵孔內齒相接合，使半軸直接驅動輪邊減速器殼及輪轂時，輪邊減速器位于高擋。普通外嚙合圓柱齒輪式輪邊減速器， 根據主、從動齒輪相對位置的不同，可分為主動齒輪上置和下置兩種形式。 主動齒輪上置式輪邊減速器主要用于高通過性的越野汽車上， 可提高橋殼的離地間隙； 主動齒輪下置式輪邊減速器 ( 圖 5-12c) 主要用于城市公共汽車和大客車上，可降低車身地板高度和汽車質心高度，提高了行駛穩(wěn)定性，方便了乘客上、下車。二、主減速器主、從動錐齒輪的支承方案主減速器中必須保證主
22、、 從動齒輪具有良好的嚙合狀況， 才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質量、裝配調整及軸承、主減速器殼體的剛度有關以外， 與齒輪的支承剛度密切相關。1. 主動錐齒輪的支承主動錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。懸臂式支承結構 ( 圖 5-13a) 的特點是在錐齒輪大端一側采用較長的軸頸，其上安裝兩個圓錐滾子軸承。 為了減小懸臂長度倪和增加兩支承間的距離 b，以改善支承剛度，應使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂的軸向力由靠近齒輪的軸承承受， 而反向軸向力則由另一軸承承受。 為了盡可能地增加支承剛度， 支承距離 b 應大于 2.5 倍的懸臂長度 a，且
23、應比齒輪節(jié)圓直徑的 70還大，另外靠近齒輪的軸徑應不小于尺寸 a。為了方便拆裝，應使靠近齒輪的軸承【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/的軸徑比另一軸承的支承軸徑大些。 靠近齒輪的支承軸承有時也采用圓柱滾子軸承，這時另一軸承必須采用能承受雙向軸向力的雙列圓錐滾子軸承。支承剛度除了與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長度有關以外，還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關。圖 513 主減速器錐齒輪的支承形式a) 主動錐齒輪懸臂式 b) 主動錐齒輪跨置式 c) 從動錐齒輪懸臂式支承結構簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉矩較小的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙
24、級主減速器中?？缰檬街С薪Y構 ( 圖 5-13b) 的特點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，又使軸承負荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側軸頸上的兩個相對安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小， 可以縮短主動齒輪軸的長度，使布置更緊湊，并可減小傳動軸夾角， 有利于整車布置。但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承導向軸承所需要的軸承座，從而使主減速器殼體結構復雜，加工成本提高。另外，因主、從動齒輪之間的空間很小，致使主動齒輪的導向軸承尺寸受到限制，有時甚至布置不下或使齒輪拆裝困難。 跨置式支承中的導向軸承都為圓柱滾子軸承， 并且內外圈可以
25、分離或根本不帶內圈。 它僅承受徑向力，尺寸根據布置位置而定，是易損壞的一個軸承。在需要傳遞較大轉矩情況下，最好采用跨置式支承。2. 從動錐齒輪的支承從動錐齒輪的支承 ( 圖 5-13c) ，其支承剛度與軸承的形式、支承間的距離及軸承之間的分布比例有關。 從動錐齒輪多用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度， 兩軸承的圓錐滾子大端應向內，以減小尺寸 c+d。為了使從動錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設置加強肋以增強支承穩(wěn)定性， c+d 應不小于從動錐齒輪大端分度圓直徑的70。為了使載荷能盡量均勻分配在兩軸承上， 應盡量使尺寸 c 等于或大于尺寸 d。在具有大的主傳動比和徑向尺寸較大的從動錐齒輪的
26、主減速器中，為了限制從動錐齒輪因受軸向力作用而產生偏移， 在從動錐齒輪的外緣背面加設輔助支承 ( 圖 5-14) 。輔助支承與從動錐齒【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/輪背面之間的間隙， 應保證偏移量達到允許極限時能制止從動錐齒輪繼續(xù)變形。主、從動齒輪受載變形或移動的許用偏移量如圖 5-15 所示。圖 514從動錐齒輪輔助支承圖 515主、從動錐齒輪的許用偏移量三、主減速器錐齒輪主要參數的選擇主減速器錐齒輪的主要參數有主、從動錐齒輪齒數z1 和 z2 、從動錐齒輪大端分度圓直徑D 2 和端面模數 ms 主、從動錐齒輪齒面寬b1 和b2 、雙曲面齒輪副的偏
27、移距E、中點螺旋角、法向壓力角等。1. 主、從動錐齒輪齒數 z1 和 z2選擇主、從動錐齒輪齒數時應考慮如下因素：1) 為了磨合均勻， z1 、 z2 之間應避免有公約數。2) 為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度， 主、從動齒輪齒數和應不少于40。3) 為了嚙合平穩(wěn)、，噪聲小和具有高的疲勞強度， 對于轎車， z1 一般不少于 9；對于貨車， z1 一般不少于6。4) 當主傳動比主。較大時，盡量使 z1 取得少些，以便得到滿意的離地間隙。5) 對于不同的主傳動比， z1 和 z2 應有適宜的搭配。2. 從動錐齒輪大端分度圓直徑 D2 和端面模數 m。對于單級主減速器， D2 對驅動橋殼尺
28、寸有影響， D 2 大將影響橋殼離地間隙； D2 小則影響跨置式主動齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。D2 可根據經驗公式初選D2K D 2 3 Tc【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/(5-4)式中，為 D 2 從動錐齒輪大端分度圓直徑(mm)； K D 2 為直徑系數，一般為 13.0 15.3 ；Tc為從動錐齒輪的計算轉矩 (Nm)，Tc min Tce ,Tcs ( 見本節(jié)計算載荷確定部分 ) 。ms 由下式計算msD 2z2(5-5)式中， ms 為齒輪端面模數。同時， ms 還應滿足msKm3 Tc(5-6)式中， K m 為模數系數，取
29、0.3 0.4 。3. 主、從動錐齒輪齒面寬 b1 和 b2錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強度和壽命， 反而會導致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面寬過窄及刀尖圓角過小。這樣，不但減小了齒根圓角半徑，加大了應力集中，還降低了刀具的使用壽命。此外， 在安裝時有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時載荷集中于輪齒小端， 會引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會引起裝配空間的減小。 但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會降低。從動錐齒輪齒面寬 b2 推薦不大于其節(jié)錐距 A2 的 0.3 倍，即 b2 0.3 A2 , 而 b2 應滿足 b2 10ms，一般也推薦 b2 =0
30、.155 D2 。對于螺旋錐齒輪， b1 一般比 b2 大 10。4. 雙曲面齒輪副偏移距 EE值過大將使齒面縱向滑動過大， 從而引起齒面早期磨損和擦傷；E值過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動的特點。一般對于轎車和輕型貨車 E0.2 D 2 且 A2 ；對于中、重型貨車、越野車和大客車，E40E(0.10 0.12) D 2，且 E20 A2 。另外，主傳動比越大，則 E 也應越大，但應保證齒輪不發(fā)生根切。雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種。 由從動齒輪的錐頂向其齒面看去， 并使主動齒輪處于右側， 如果主動齒輪在從動齒輪中心線的上方，則為上偏移；在從動齒輪中心線下方，則為下偏移。如果主動齒輪
31、處于左側，則情況相反。圖 5-16a 、b 為主動齒輪軸線下偏移情況，圖 5-16c 、d 為主動齒輪軸線上偏移情況?！局形?word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/圖 516 雙曲面齒輪的偏移和螺旋方向a) 、b) 主動齒輪軸線下偏移 c) 、d) 主動齒輪軸線上偏移5. 中點螺旋角螺旋角沿齒寬是變化的， 輪齒大端的螺旋角最大， 輪齒小端的螺旋角最小?；↓X錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，雙曲面齒輪副的中點螺旋角是不相等的，而且1 2 ,1 與 2 之差稱為偏移角 ( 圖 5-4) 。選擇時，應考慮它對齒面重合度F 、輪齒強度和軸向力大小的影響。越大，則 F 也越大，同
32、時嚙合的齒數越多，傳動就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強度越高。 一般 F 應不小于 1.25 ，在 1.5 2.0時效果最好。但是過大，齒輪上所受的軸向力也會過大。汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為 35 40。轎車選仔較大的值以保證較大的 F ，使運轉平穩(wěn)，噪聲低；貨車選用較小值以防止軸向力過大，通常取 35。6. 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、 從動錐旨輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉方向影響其所受軸向力的方向。 當變速導掛前進擋時， 應使主動齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離趨勢，
33、號止輪齒卡死而損壞。7. 法向壓力角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。但對于小尺寸的齒輪， 壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對于輕負荷工作的齒輪一般采用小壓力角，可使齒輪運轉平穩(wěn)，噪聲低。對于弧齒錐齒輪，轎車：一般選用 1430或 16；貨車： 為 20；重型貨車： 為 22 30。對于雙曲面齒輪，大齒輪輪齒兩側壓力角是相同的，但小齒輪輪齒兩側的壓力角是不等的，選取平均壓力角時，轎車為19或【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/20，貨車為 20。或 2230。四、主減速器錐齒輪強度計算( 一
34、) 計算載荷的確定汽車主減速器錐齒輪的切齒法主要有格里森和奧利康兩種方法，這里僅介紹格里森齒制錐齒輪計算載荷的三種確定方法。(1) 按發(fā)動機最大轉矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計算轉矩 TceK d Te max ki1i f i 0Tcen(5-7)式中，為計算轉矩 (Nm)；其它見表 4-1 的注釋。(2) 按驅動輪打滑轉矩確定從動錐齒輪的計算轉矩G2 m2 r rTcs(5-8)imm式中， Tcs 為計算轉矩 (Nm)；其它見表4-1 的注釋。(3) 按汽車日常行駛平均轉矩確定從動錐齒輪的計算轉矩TcFTcFFt rri m m n(5-9)式中， TcF 為計算轉矩 (Nm)； F
35、t 為汽車日常行駛平均牽引力 (N) ；其它見表 4-1 的注釋。用式 (5-7) 和式 (5-8) 求得的計算轉矩是從動錐齒輪的最大轉矩，不同于用式 (5-9) 求得的日常行駛平均轉矩。當計算錐齒輪最大應力時，計算轉矩 Tc 取前面兩種的較小值，即 Tc min Tce ,Tcs ；當計算錐齒輪的疲勞壽命時， Tc 取 TcF 。主動錐齒輪的計算轉矩為TcTzi0 G(5-10)式中， Tz 為主動錐齒輪的計算轉矩(Nm)； i 0 為主傳動比；G 為主、從動錐齒輪間的傳動效率。計算時，對于弧齒錐齒輪副，G 取 95；對于雙曲面齒輪副，當 i0 6 時， G 取 85，當 i 0 6 時，
36、G 取 90。 ( 二) 主減速器錐齒輪的強度計算在選好主減速器錐齒輪主要參數后， 可根據所選擇的齒形計算錐齒輪的幾何尺寸， 而后根據所確定的計算載荷進行強度驗算， 以保證錐齒輪有足夠的強度和壽命?！局形?word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/輪齒損壞形式主要有彎曲疲勞折斷、 過載折斷、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。下面所介紹的強度驗算是近似的，在實際設計中還要依據臺架和道路試驗及實際使用情況等來檢驗。1. 單位齒長圓周力主減速器錐齒輪的表面耐磨性常用輪齒上的單位齒長圓周力來估算pFb2(5-11)式中， p 為輪齒上單位齒長圓周力； F 為作用在輪齒上的圓
37、周力； b2 為從動齒輪齒面寬。按發(fā)動機最大轉矩計算時2k d Te max ki g i f103pnD1b2(5-12)式中， i g 為變速器傳動比； D1 為主動錐齒輪中點分度圓直徑(mm)；其它符號同前。按驅動輪打滑轉矩計算時2G2 m2 rrpD 2 b2imm(5-13)式中符號同前。許用的單位齒長圓周力 p 見表 5-1 。在現代汽車設計中，由于材質及加工工藝等制造質量的提高， p 有時高出表中數值的 2025。表 51單位齒長圓周力許用值 p 2. 輪齒彎曲強度錐齒輪輪齒的齒根彎曲應力為【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/w2Tk0 ks
38、 km103kvmsbDJ w(5-14)式中，w 為錐齒輪輪齒的齒根彎曲應力(MPa)； T 為所計算齒輪的計算轉矩 (Nm)，對于從動齒輪， Tmin Tce , Tcs 和 TcF ，對于主動齒輪，T 還要按式 (5-10) 換算； k0 為過載系數，一般取 1； ks 為尺寸系數，它反映了材料性質的不均勻性， 與齒輪尺寸及熱處理等因素有關， 當 ms 1.6mm時， ks =( ms 25.4) 0.25 ，當 ms 1.6mm時， ks =0.5 ； km 為齒面載荷分配系數，跨置式結構： km =1.0 1.1 ，懸臂式結構： km =1.10 1.25 ； kv 為質量系數，當輪
39、齒接觸良好，齒距及徑向跳動精度高時，kv =1.0 ；b 為所計算的齒輪齒面寬 (mm)；D 為所討論齒輪大端分度圓直徑 (mm)； j w 為所計算齒輪的輪齒彎曲應力綜合系數，取法見參考文獻 10 。上述按 min Tce ,Tcs 計算的最大彎曲應力不超過 700MPa；按 TcF 計算的疲勞彎曲應力不應超過 210MPa，破壞的循環(huán)次數為 6 106 。3. 輪齒接觸強度錐齒輪輪齒的齒面接觸應力為c p2TZ k0 km k f103jD1kvbj j(5-15)式中， j 為錐齒輪輪齒的齒面接觸應力 (MPa)； D1 為主動錐齒輪大端分度圓直徑 (mm)；b 取 b1 和 b2 的較
40、小值 (mm)； ks 為尺寸系數，它考慮了齒輪尺寸對淬透性的影響，通常取 1.0 ； k f 為齒面品質系數，它取決于齒面的表面粗糙度及表面覆蓋層的性質 ( 如鍍銅、磷化處理等 ) ，對于制造精確的齒輪， k f 取 1.0 ； c p 為綜合彈性系數，鋼對鋼齒輪，1c p 取 232.6N 2 mm,j j 為齒面接觸強度的綜合系數，取法見參考文獻10 ； k0 、 km 、 kv 見式 (5-14) 的說明。上述按 min Tce ,Tcs 計算的最大接觸應力不應超過 2800MPa，按 TcF 計算的疲勞接觸應力不應超過 1750MPa。主、從動齒輪的齒面接觸應力是相同的。五、主減速器
41、錐齒輪軸承的載荷計算1. 錐齒輪齒面上的作用力錐齒輪在工作過程中， 相互嚙合的齒面上作用有一法向力。 該法向力可分解為沿齒輪切線方向的圓周力、 沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力?！局形?word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/(1) 齒寬中點處的圓周力 . 齒寬中點處的圓周力 F 為2TFD m2（ 5-16 ）式中，T 為作用在從動齒輪上的轉矩 ; Dm2 為從動齒輪齒寬中點處的分度圓直徑，由式 (5-17) 確定，即Dm 2D2b2 sin 2(5-17)式中， D 2 為從動齒輪大端分度圓直徑；b2 為從動齒輪齒面寬；2 為從動齒輪節(jié)錐角。由 F1
42、cos 1可知，對于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動F2cos 2齒輪上的圓周力是相等的； 對于雙曲面齒輪副， 它們的圓周力是不等的。(2) 錐齒輪的軸向力和徑向力圖 5-1 7 為主動錐齒輪齒面受力圖。其螺旋方向為左旋， 從錐頂看旋轉方向為逆時針。 FT 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點 A 處的法向力。在 A 點處的螺旋方向的法平面內， FT 分解成兩個相互垂直的力 FN 和 F f 。FN 垂直于 OA且位于 OOA所在的平面， F f 位于以 OA為切線的節(jié)錐切平面內。 F f 在此切平面內又可分解成沿切線方向的圓周力 F 和沿節(jié)錐母線方向的力 Fs 。F 與 Ff 之間的夾角為螺旋角， FT
43、 與 F f 之間的夾角為法向壓力角。這樣有F FT coscos(5-18)FNFT sinF tancos(5-19)FsFT cossinF tan(5-20)于是作用在主動錐齒輪齒面上的軸向力Faz 和徑向力 Frz 分別為FazFN sinFs cos(5-21)FrzFN cosFs sin(5-22)若主動錐齒輪的螺旋方向和旋轉方向改變時， 主、從動齒輪齒面上所受的軸向力和徑向力見表 5-2 。表 5-2 齒面上的軸向力和徑向力軸承上的載荷確定后， 很容易根據軸承型號來計算其壽命， 或根據壽命要求來選擇軸承型號。【中文 word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：htt
44、p:/六、錐齒輪的材料驅動橋錐齒輪的工作條件是相當惡劣的，與傳動系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點。它是傳動系中的薄弱環(huán)節(jié)。錐齒輪材料應滿足如下要求：1) 具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度， 齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。2) 輪齒芯部應有適當的韌性以適應沖擊載荷， 避免在沖擊載荷下齒根折斷。3) 鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好， 熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。4) 選擇合金材料時， 盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。汽 車主減速器 錐齒輪目前常 用滲碳 合金鋼制 造，主要有20CrMnTi、20MnVB、
45、20MnTiB、22CrNiMo和 l 6SiMn2WMoV等。滲碳合金鋼的優(yōu)點是表面可得到含碳量較高的硬化層 ( 一般碳的質量分數為 0.8 一 1.2 ) ，具有相當高的耐磨性和抗壓性， 而芯部較軟，具有良好的韌性，故這類材料的彎曲強度、表面接觸強度和承受沖擊的能力均較好。 由于較低的含碳量， 使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點是熱處理費用高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產生塑性變形， 如果滲透層與芯部的含碳量相差過多，便會引起表面硬化層剝落。為改善新齒輪的磨合， 防止其在運行初期出現早期的磨損、 擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理及精加工后， 作厚度為 0.005 0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面壺行應力噴丸處理，可提高25的齒輪壽命。 對于滑動速度高的齒輪， 可進行滲硫處理以擊高耐磨性。滲硫后摩擦因數可顯著降低，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦傷、咬死習膠合?！局形?word 文檔庫】 -專業(yè)海量word 文檔免費下載：http:/
《主減速器設計》教學設計
