[CAD图纸全套]基于AutoCAD汽车驱动桥结构设计

目 录 论 1 究本课题的目的和意义 1 减速器的定义种类功用 1 次设计的主要内容 3 3 减速器的结构型式的选择 3 减速器的减速型式 3 减速器齿轮的类型的选择 4 减速器主动锥齿轮的支承形式 6 减速器从动锥齿轮的支承形式及安置方法 7 减速器的基本参数选择与设计计算 8 减速器计算载荷的确定 8 减速器基本参数的选择 10 减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算 13 减速器双曲面齿轮的强度计算 20 减速器齿轮的材料及热处理 24 减速器轴承的选择 25 算转矩的确定 25 宽中点处的圆周力 25 曲面齿轮所受的轴向力和径向力 25 减速器轴承载荷的计算及轴承的选择 26 章小结 31 3. 差速器设计 31 速器结构形式的选择 31 称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理 33 称式圆锥行星齿轮差速器的结构 34 称式圆锥行星齿轮差速器的设计 34 速器齿轮的基本参数的选择 34 速器齿轮的几何计算 36 速器齿轮的强度计算 38 章小结 38 结 论 40 参考文献 41 致 谢 42 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 全套图纸， 扣扣 加 414951605 论 究本课题的目的和意义 主减速器是驱动桥的重要组成部分，其性能的好坏直接 影响到车辆的动力性、经济性。目前 ,国内减速器行业重点骨干企业的产品品种、规格及参数覆盖范围近几年都在不 断 扩展，产品质量已达到国外先进工业国家同类产品水平，完全可承担起为 我 国 汽车 行业提供传动装 置 配套的重任，部分产品还出口至欧美及东南亚地区。 由于计算机技术、信息技术和自动化技术的广泛应用，主减速器将有更进一步的发展。对主减速器的研究能极大地促进我国的汽车工业的发展。 减速器的 定义 种类 功用 主减速器是传动系的一部分，与差速器，车轮传动装置和桥壳共同组成驱动桥。主减速器的功用是增扭，降速，改变转矩的传递方向 ，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩传递给差速器。 在现代汽车驱动桥上，主减速器种类很多，包括单级减速、双级减速、双速减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。其中应用得最广泛的是采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮的单级主减速器。在双级主减速器中，通常还要加一对圆柱齿轮（多采用斜齿圆柱中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 齿轮），或一组行星齿轮。在轮边减速器中则常采用普通平行轴式布置的斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。在某些公共汽车、无轨电车和超重型汽车的主减速器上，有时也采用蜗轮传动。 单级螺旋锥齿轮减速器其主、从动齿轮轴线相交于一 点。交角可以是任意的，但在绝大多数的汽车驱动桥上，主减速齿轮副都是采用 90交角的布置。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此，螺旋锥齿轮能承受大的负荷。加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，面是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另 端，使得其工作平稳，即使在高速运转时，噪声和振动也是很小的。 单级双曲面齿轮其主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。其空间交叉角也都是采用90。主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上或向下的偏移，称为上偏置或下偏置。这个偏移量称为双曲面齿轮的偏移距。当偏移距大到一定 程度时，可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴旁通过。这样就能在每个齿轮的两边布置尺寸紧凄的支承。这对于增强支承刚度、保证轮齿正确啮合从而提高齿轮寿命大有好处。双曲面齿轮的偏移距使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮的螺旋角。因此，双曲面传动齿轮副的法向模数或法向周节虽相等，但端面模数或端面周节是不等的。主动齿轮的端面模数或端面周节大于从动齿轮的。这一情况就使得双曲面齿轮传动的主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮传动的主动齿轮有更大的直径和更好的强度和刚度。其增大的程度与偏移距的大小有关。另外，由于双曲面传动的主动齿轮的直径及螺旋 角都较大，所以相啮合齿轮的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮当量曲率半径为大，从而使齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同，双曲面齿轮与接触应力相当的螺旋锥齿轮比较，负荷可提高至 175。双曲面主动齿轮的螺旋角较大，则不产生根切的最少齿数可减少，所以可选用较少的齿数，这有利于大传动比传动。当要求传动比大而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮更为合理。因为如果保持两种传动的主动齿轮直径一样，则双曲面从动齿轮的直径比螺旋锥齿轮的要小，这对于主减速比大于 传动有其优越性。当传动比小于 2时，双曲面主动齿轮相对于螺旋锥齿 轮主动齿轮就显得过大，这时选用螺旋锥齿轮更合理，因为后者具有较大的差速器可利用空间。 由于双曲面主动齿轮螺旋角的增大，还导致其进入啮合的平均齿数要比螺旋锥齿轮相应的齿数多，因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作得更加平稳、无噪声，强度也高。双曲面齿轮的偏移距还给汽车的总布置带来方便。例如，在乘用车上当主减速器采用下偏置 (这时主动齿轮为左旋 )的双曲面齿轮时，可降低传动轴的高度，从而降低了车厢地板高度或减小了因设置传动轴通道而引起的地板凸起高度，进而可使车辆的外形高度减小。 单级圆柱齿轮主减速器只在节点处一 对齿廓表面为纯滚动接触而在其他啮合点还伴随着沿齿廓的滑动一样，螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动都有这种沿齿廓方向的滑动。此外，双曲面齿轮传动还具有沿齿长方向的纵向滑动。这种滑动有利于唐合，促使齿轮副沿整个齿面都能较好地啮合，因而更促使其工作平稳和无噪声。但双曲面齿轮的纵向滑动产生较多的热量，使接触点的温度升高，因而需要用专门的双曲面齿乾油来润滑，且其传动效率比螺旋锥齿轮略低，达 96。其传动效率与倔移距有关，特别是与所传递的负荷大小及传动比有关。负荷大时效率高。螺旋锥齿轮也是一样，其效率可达 99。两种齿轮在载荷 作用下对安装误差的敏感性本质上是相同的。如果螺旋锥齿轮的螺旋角与相应的双曲面中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 主、从动齿轮螺旋角的平均值相同，则双曲面主动齿轮的螺旋角比螺旋锥齿轮的大，而其从动齿轮的螺旋角则比螺旋锥齿轮的小，因而双曲面主动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的大，而从动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的小。两种齿轮都在同样的机床上加工，加工成本基本相同。然而双曲面传动的小齿轮较大，所以刀盘刀顶距较大，因而刀刃寿命较长。单级蜗杆 超重型汽车上，当高速发动机与相对较低车速和较大轮胎之间的配合要求有大的主 减速比 (通常 8 14)时，主减速器采用一级蜗轮传动最为方便，而采用其他齿轮时就需要结构较复杂、轮廓尺寸及质量均较大、效率较低的双级减速。与其他齿轮传动相比，它具有体积及质量小、传动比大、运转非常平稳、最为静寂无噪声、便于汽车的总体布置及贯通式多桥驱动的布置、能传递大载荷、使用寿命长、传动效率高、结构简单、拆装方便、调整容易等一系列的优点。其惟一的缺点是耍用昂贵的有色金属的合金 (青铜 )制造，材料成本高，因此未能在大批量生产的汽车上推广。 次设计的主要内容 本设计的目标是设计一种 满载质量为 5型载货 汽车的主减速器， 本设计主要研究的内容有： 主减速器的齿轮类型、主减速器的减速形式、主减速器主动齿轮和从动锥齿轮的支承形式、主减速器计算载荷的确定、主减速器基本参数的选择、主减速器齿轮的材料及热处理、主减速器轴承的计算、对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理、对称式圆锥行星齿轮差速器的结构、对称式圆锥行星齿轮差速器的设计。 减速器的结构型式的选择 主减速器的结构型式，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异。 减速器的减速型式 主减速器的减速 型式分为单级减速、双级减速、双速减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。 (1)单级主减速器 如图 于单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑及制造成本低廉的优点，广泛用在主减速比 k = 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 5 5 5m a m a m a （ 汽车满载时的总质量在此取 5455 ，此数据此参考解放 型载货汽车； 所以由式（ 得： 455 10300=3516 即 0 所以0k=1.0 n 该汽车的驱动桥数目在此取 1； T 传动系上传动部分的传动效率，在此取 根据以上参 数可以由 (： 3 0 0 4 . 3 5 . 3 1 . 0 0 . 91 =6211 （ 2） 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 2 /r L B L r i （ 式中： 2G 汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大 负荷，在此取 32550N，此数据此参考解放 轮胎对路面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取 =越野汽车取 =于安装专门的肪滑宽轮胎的高级轿车取 =此取 = r 车轮的滚动半径 ， 在此选用轮胎型号为 动半径为 ， 分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动效率和传动比， 于没有轮边减速器 所以由公式（ : /2 = 3 2 5 5 0 0 . 8 5 0 . 3 9 40 . 9 1 . 0 =12112 （ 3） 按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续的转矩根据所谓的平均牵引力的值来确定： () rc f R H L rT f f f （ 式中： 汽车满载时的总重量，在此取 54550N; 所牵引的挂车满载时总重量， N，但仅用于牵引车的计算； 道路滚动阻力系数，对于载货汽车可取 此取 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取 此取 汽车的性能系数在此取 0； ， 分别为所计算的 主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动效率和传动比， 取 于没有轮边减速器 n 该汽车的驱动桥数目在此取 1； r 车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为 动半径为 所以由式（ ： )( = 5 4 5 5 0 0 . 3 9 4 0 . 0 1 8 0 . 0 7 00 . 9 1 . 0 1 =2101.5 减速器基本参数的选择 （ 1） 主、从动锥齿轮齿数 1z 和 2z 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素： 为了磨合均匀， 1z ， 2z 之间应避免有公约数； 为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40； 为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车 1z 一般不小于 6； 主传动比01z 尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙； 对于不同的主传动比， 1z 和 2z 应有适宜的搭配。 （ 2） 从动锥齿轮大端分度圆直径2m 对于单级主减速器，增大尺寸 2D 会影响驱动桥壳的离地间隙，减小 2D 又会影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。 2D 可根据经验公式初选，即 32 2 （ 2 直径系数，一般取 从动锥齿轮的计算转矩， ，为221 ； 由式（ ： 2D =（ 3 6221 =（ 初选 2D =260 则齿轮端面模数 m = 2D /2z =260/35=2D =m 2z =35 （ 3） 主，从动齿轮齿面宽 F 的选择。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 11 齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致因锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起的切削刀头顶面过窄及刀尖圆角过小，这样不但会减小了齿根圆角半径，加大了集中应力，还降低了刀具的使用寿命。此外，安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间减小。但 齿面过窄，轮齿表面的耐磨性和轮齿的强度会降低。 另外 ,由于双曲面齿轮的几何特性 ,双曲面小齿轮齿面宽比大齿轮齿面宽要大。一般取大 齿 轮 齿 面 宽 d = 小 齿 轮 齿 面 宽1.1 4） 小齿轮偏移距及偏移方向的选择 载货汽车主减速器的 应超过从从动齿轮节锥距的 20%（或取 12%，且一般不超过 12%）。传动比愈大则 E 值也应愈大，大传动比的双曲面齿轮传动，偏移距 0 30。但当 0时，应检查是否存在根切。 E=(2d=( 选 E=30mm a b c d 图 曲面齿 轮的偏移方式 双曲面齿轮的偏移可分为上偏移和下偏移两种，如图 从动齿轮的锥顶向其齿面看去并使主动齿轮处于右侧，这时如果主动齿轮在从动齿轮中心线上方时，则为上偏移，在下方时则为下偏移。其中 a、 c、 曲面齿轮的偏移方向与其轮齿的螺旋方向间有一定的关系：下偏移时主动齿轮的螺旋方向为左旋，从动齿轮为右旋；上偏移时主动齿轮为右旋，从动齿轮为左旋。本减速器采用下偏移。 （ 5） 螺旋角 的选择 双曲面齿轮螺旋角是沿节锥齿线变化的，轮齿大端的螺旋 角 0 最大，轮齿小端螺旋中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 12 角 i 最小，齿面宽中点处的螺旋角 m 称为齿轮中点螺旋角。螺旋锥齿轮中点处的 螺旋角是相等的。二对于双曲面齿轮传动，由于主动齿轮相对于从动齿轮有了偏移距，使主动齿轮和从动齿轮中点处的螺旋角不相等。且主动齿轮的螺旋角大，从动齿轮的螺旋角小。 选时应考虑它对齿面重合度 轮齿强度和轴向力大 小的影响， 越大，则 越大，同时啮合的齿越多，传动越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高， 不小于 过大，会导致轴向力增大。 汽车主减速器双曲面齿轮大小齿轮中点处的平均螺旋角 多为 35 40。 主动齿轮中点处的螺旋角可按 下式初选 : z=25o +50o （ z 1z，2z 主、从动轮齿数；分别为 8， 35； E 双曲面齿轮偏移距 , 30 2d 从动轮节圆直径， 由式（ : z=25o +5o 358+90o 从动齿轮中点螺旋角c可按下式初选 : 230s i n 0 . 2 02 6 0 . 0 5 3 8 . 0 92222 双曲面齿轮传动偏移角的近似值； F 双曲面从动齿轮齿面宽为 o c=z- = c、z从动齿轮和主动齿轮中点处的螺旋角。 平均螺旋角 = + 2= 4 5 + 3 4 2= （ 6） 螺旋方向的选择。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 13 图 曲面齿轮的螺旋方向及轴向推力 主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。如图 旋方向与双曲面齿轮的旋转方向影响其所受的轴向力的方 向，当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离的趋势，防止轮齿因卡死而损坏。所以主动锥齿轮选择为左旋，从锥顶看为逆时针运动，这样从动锥齿轮为右旋，从锥顶看为顺时针，驱动汽车前进。 （ 7） 法向压力角 加大压力角可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重叠系数下降，对于双曲面齿轮，由于其主动齿轮轮齿两侧的法向压力角不等，因此应按平均压力角考虑，载货汽车选用 22 30 或 20的平均压力角，在 此选用 20的平均压力角。 减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算 （ 1）大齿轮齿顶角 2 与齿根角 2 图 a）标准收缩齿和 （ b）双重收缩齿 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 14 标准收缩齿和双重收缩齿各有其优缺点，采用哪种收缩齿应按具体情况而定。双重收缩齿的优点在于能提高小齿轮粗切工序的效率。双重收缩齿的轮齿参数，其大、小齿轮根锥角的选定是考虑到用一把使用上最大的刀顶距的粗切刀，切出沿齿面宽方向正确的齿厚收缩来。当大齿轮直径 大于刀盘半径时采用这种方法是最好的，不是这种情况而要采用双重收缩齿，齿高的急剧收缩将使小端的齿轮又短又粗。标准收缩齿在齿高方向的收缩好，但可能使齿厚收缩过多，结果造成小齿轮粗切刀的刀顶距太小。这种情况可用倾锥根母线收缩齿的方法或仔细选用刀盘半径加以改善，即当双重收缩齿会使齿高方向收缩过多，而标准收缩齿会使齿厚收缩过多时，可采用倾锥根母线收缩齿作为两者之间的这种。 大齿轮齿顶角 2 和齿根角 2 为了得到良好的收缩 齿 ,应按下述计算选择应采用采用双重收缩齿还是倾锥根母线收缩齿 。 用标准收缩齿公式来计算2及222 3 8 4 3 （ 22 3 4 3 8 （ 2m gm ah h K （ 2 1 . 1 5 0 0 . 1 5m g （ 222c o z （ 222 s i 0 （ 122a r c c o t 1 （ 22A （ 221 （ 由（ （ 立可得 : 1222s i n a r c c o t 1 . 22 . 0（ 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 15 12222( s i n a r c c o t 1 . 2 ) c o 0d （ 122222( s i n a r c c o t 1 . 2 ) c o s 2 . 0 d （ 2 (1 . 1 5 )m a g h（ 22221c o 3 8 s i n a r c t a （ 式中： 1z ,2z 小齿轮和大齿轮的齿数； 2d 大齿轮的最大分度圆直径 ,已算出为 2 大齿轮在齿面宽中点处的分度圆半径； 在节锥平面内大齿轮齿面宽中点锥距 大齿轮齿面宽中点处的齿工作高； 大齿轮齿顶高系数取 2 大齿轮齿宽中点处的齿顶高； 2 大齿轮齿宽中点处的齿跟高； 2 大齿轮齿面宽中点处的螺旋角； 2 大齿轮的节锥角； K 齿深系数取 从动齿轮齿面宽。 所以： 282 6 0 . 0 5 3 8 . 0 9 s i n a r c c o t (1 . 2 )35 1 1 1 . 6 62 . 0 83 . 7 2 6 0 . 0 5 3 8 . 0 9 s i n a r c c o t (1 . 2 ) c o s 3 4 . 2 335 9 . 7 62 . 0 3 5 280 . 1 5 3 . 7 2 6 0 . 0 5 3 8 . 0 9 s i n a r c c o t (1 . 2 ) c o s 3 4 . 2 335 1 . 4 62 . 0 3 5 2 9 . 7 6 ( 1 . 1 5 0 . 1 5 ) 9 . 7 6 82 6 0 . 0 5 3 8 . 0 9 s i n a r c c o t (1 . 2 )35 1 1 4 . 5 4s i n 7 7 . 1 2 2 . 0 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 16 23 . 7 c o s 3 4 . 2 3 3 53 4 3 8 0 . 1 5 s i n a r c t a 8 222222s i n a r c c o t 1 . 2c o 3 8 1 . 1 5 0 0 . 1 52 . 0 s i 1222222s i n a r c c o t 1 . 2c o 3 8 1 . 1 5 0 0 . 1 52 . 0 s i 82 6 0 . 0 5 3 8 . 0 9 s i n a r c c o t 1 . 23 . 7 c o s 3 4 . 2 3 353 4 3 8 1 . 1 5 0 0 . 1 53535 2 . 0 s i n a r c t a 计算标准收缩齿齿顶角与齿根角之和。 22 4 3 . 8 2 2 9 2 . 9 5 3 3 6 . 7 7s V （ 22222t a ns i nc o a （ 222 （ 10 1 （ 式（ （ 立可得 : 22212s i n s i n t a nc o s c o 5 6 0 ( 0 . 0 2 1 . 0 6 )t a V （ 刀盘名义半径 ,按表选取为 T 轮齿收缩系数 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 17 s i n 7 7 . 1 2 s i n 7 7 . 1 2 t a n 3 4 . 2 3c o s 3 4 . 2 3 c o s 3 4 . 2 3 1 1 4 . 3 01 0 5 6 0 ( 0 . 0 2 8 1 . 0 6 )3 3 7 . 7 7 3 5 t a n 2 0 当s为倾根锥母线收缩齿，应按倾根锥母线收缩齿重新计算2及2。 按倾根锥母线收缩齿重新计算大齿轮齿顶角 2 及齿跟角 2 。 22 （ 2 a （ （ 10 1 （ 由式（ （ 联立可得 : 21( 0 . 0 2 1 . 0 6 ) （ 2 1 2( 0 . 0 2 1 . 0 6 ) （ 大齿轮齿顶高系数取 R 倾根锥母线收缩齿齿根角齿顶角之和 2 0 . 1 5 3 3 6 . 7 7 ( 0 . 0 2 8 1 . 0 6 ) 6 7 . 1 2 1 . 1 2 2 ( 0 . 0 2 8 1 . 0 6 ) 3 3 6 . 7 7 6 7 . 1 2 3 8 0 . 3 4 6 . 3 4 （ 2）大齿轮齿顶高 2h 2 2 0 2 ( ) s i h A A （ （ 0A 大齿轮节锥距 . 由式（ （ ： 0 0 . 5 2 6 0 . 0 5 1 3 3 . 3 8s i n 7 7 . 1 2A 2 1 . 4 6 ( 1 3 3 . 3 8 1 1 4 . 5 4 ) s i n 1 . 1 2 1 . 7 7h （ 3）大齿轮齿跟高 2h . 2 2 0 2 ( ) s i h A A （ 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 18 2 大齿轮齿宽中点处齿跟高 由式（ ： 2 9 . 7 6 ( 1 3 3 . 3 8 1 1 4 . 5 4 ) s i n 6 . 3 4 1 1 . 8 4h （ 4）径向间隙 0 . 1 5 0 . 0 5 0 . 1 5 9 . 7 6 0 . 0 5 1 . 5 1 （ 5）大齿轮齿全高 2 2 2 1 . 1 7 1 1 . 8 4 1 3 . 0 1h h h （ 6）大齿轮齿工作高 22 1 3 . 0 1 1 . 5 1 1 1 . 5gh h C （ 7）大齿轮的面锥角 0 2 2 2 7 7 . 1 2 1 . 1 2 （ 8）大齿轮的根锥角 2 2 2 7 7 . 1 2 6 . 3 4 7 0 . 7 8R （ 9）大齿轮外圆直径 220 2 2 c o s 1 . 7 7 c o s 7 7 . 1 2 2 6 0 . 0 5 2 6 0 . 8 40 . 5 0 . 5 （ 10）小齿轮面锥角 0 1 2s i n c o s c o s c o s 7 0 . 7 8 c o s 1 1 . 6 1 0 . 3 2R 01 （ 11）小齿轮的根锥角 1 0 2s i n c o s c o s c o s 7 8 . 2 4 c o s 1 1 . 6 1 0 . 2 0R 1 （ 12）小齿轮的齿顶高和齿根高 齿顶高 :11 1 . 5 1 . 5 1 5 . 7 522 m m 齿根高；11 1 3 . 0 1 7 . 2 6 5 . 7 5h h h m m 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 19 表 主减速器双曲面齿轮的几何尺寸参数表 5 序 号 项 目 符号 数值 1 主动齿轮齿数 1z 8 2 从动齿轮齿数 2z 35 3 端面模数 m 主动齿轮齿面宽 从动齿轮齿面宽 主动齿轮节圆直径 从动齿轮节圆直径 主动齿轮节锥角 1 9 从动齿轮节锥角 2 10 节锥距 1 偏移距 E 302 主动齿轮中点螺旋角 1 13 从动齿轮中点螺旋角 2 14 平均螺旋角 15 刀盘名义半径 6 从动齿轮齿顶角 2 17 从动齿轮齿根角 2 18 主动齿轮齿顶高 19 从动齿轮齿顶高 20 主动齿轮齿根高 1国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 20 21 从动齿轮齿根高 12 螺旋角 35 23 径向间隙 C 4 从动 齿轮的齿工作高 5 主动齿轮的面锥角 01 26 从动齿轮的面锥角 02 27 主动齿轮的根锥角 1R 28 从动齿轮的根锥角 2R 29 最小齿侧间隙允许值 主减速器双曲面齿轮的强度计算 在完成主减速器齿轮的几何计算之后，应对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。 1齿轮的损坏形式及寿命 齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。它们的主要特点及影响因素分述如下： （ 1）轮齿折断 主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开始，因为齿根处齿轮的弯曲应力最大 。 疲劳折断：在长时间较大的交变载荷作用下，齿轮根部经受交变的弯曲应力。如果最高应力点的应力超过材料的耐久极限，则首先在齿根处产生初始的裂纹。随着载荷循环次数的增加，裂纹不断扩大，最后导致轮齿部分地或整个地断掉。在开始出现裂纹处和突然断掉前存在裂纹处，在载荷作用下由于裂纹断面间的相互摩擦，形成了一个光亮的端面区域，这是疲劳折断的特征，其余断面由于是突然形成的故为粗糙的新断面。 过载折断：由于设计不当或齿轮的材料及热处理不符合 要求，或由于偶然性的峰值载荷的冲击，使载荷超过了齿轮弯曲强度所允许的范围，而引起轮齿的一次性突然折断。此外，由于装配的齿侧间隙调节不当、安装刚度不足、安装位置不对等原因，使轮齿表面接触区位置偏向一端，轮齿受到局部集中载荷时，往往会使一端（经常是大端 ） 沿斜向产生齿端折断。各种形式的过载折断的断面均为粗糙的新断面。 为了防止轮齿折断，应使其具有足够的弯曲强度，并选择适当的模数、压力角、齿高中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 21 及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等。齿根圆角尽可能加大，根部及齿面要光洁。 （ 2）齿面的点蚀及剥落 齿 面的疲劳点蚀及剥落是齿轮的主要破坏形式之一，约占损坏报废齿轮的 70%以上。它主要由于表面接触强度不足而引起的。 点蚀：是轮齿表面多次高压接触而引起的表面疲劳的结果。由于接触区产生很大的表面接触应力，常常在节点附近，特别在小齿轮节圆以下的齿根区域内开始，形成极小的齿面裂纹进而发展成浅凹坑，形成这种凹坑或麻点的现象就称为点蚀。一般首先产生在几个齿上。在齿轮继续工作时，则扩大凹坑的尺寸及数目，甚至会逐渐使齿面成块剥落，引起噪音和较大的动载荷。在最后阶段轮齿迅速损坏或折断。减小齿面压 力和提高润滑效果是提高抗点蚀的有效方法，为此可增大节圆直径及增大螺旋角，使齿面的曲率半径增大，减小其接触应力。在允许的范围内适当加大齿面宽也是一种办法。 齿面剥落：发生在渗碳等表面淬硬的齿面上，形成沿齿面宽方向分布的较点蚀更深的凹坑。凹坑壁从齿表面陡直地陷下。造成齿面剥落的主要原因是表面层强度不够。例如渗碳齿轮表面层太薄、心部硬度不够等都会引起齿面剥落。当渗碳齿轮热处理不当使渗碳层中含碳浓度的梯度太陡时，则一部分渗碳层齿面形成的硬皮也将从齿轮心部剥落下来。 （ 3）齿面胶合 在 高压和高速滑摩引起的局部高温的共同作用下，或润滑冷却不良、油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时，因高温、高压而将金属粘结在一起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。它多出现在齿顶附近，在与节锥齿线的垂直方向产生撕裂或擦伤痕迹。轮齿的胶合强度是按齿面接触点的临界温度而定，减小胶合现象的方法是改善润滑条件等。 （ 4）齿面磨损 这是轮齿齿面间相互滑动、研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒、装配中带入的杂物，如未清除的型砂、氧化皮等以及油中不洁物所造 成的不正常磨损，应予避免。汽车主减速器及差速器齿轮在新车跑合期及长期使用中按规定里程更换规定的润滑油并进行清洗是防止不正常磨损的有效方法。 汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为 20万千米或以上时，其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。 减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷（即平均计算转矩）有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩 ，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据。 主减速器双曲面齿轮的强度计算 （ 1） 单位齿长上的圆周力 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 22 在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算，即 2 (式中： P 作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩 两种载 荷工况进行计算， N； 2b 从动齿轮的齿面宽，在此取 按发动机最大转矩计算时 213 N （ 式中： 发动机输出的最大转矩，在此取 300 ； 变速器的传动比在此取 1d 主动齿轮节圆直径，在此取 按式（ ： 33 0 0 4 . 3 1 011505 9 . 4 33 8 . 0 92p N 现代汽车的设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力有时提高许用数据的 20% 25%。经验算以上数据在许用范围内。 （ 2）轮齿的弯曲强度计算 汽车主减速器锥齿轮的齿根弯曲应力为 203102 N/ 2 （ 式中： T 该齿轮的计算转矩， 300N m, 88N m; 0K 超载系数；在此取 尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关， 当 时，4 ，在此4 载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时， 承刚度大时取最小值 ; 质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取 b 计算齿轮的齿面宽 z 计算齿轮的齿数 8; m 端面模 J 计算弯曲应力的综合系数（或几何系数），它综合考虑了齿形系数、 载荷作用点的位置、载荷在齿间的分布、有效齿面宽、应力集中系数及中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 23 惯性系数等对弯曲应力计算的影响。参照 图 = 计算用弯曲综合系数 J 按 88N 322 1 0 8 8 4 . 3 0 . 9 1 0 . 7 4 1 . 21 3 8 . 0 9 8 0 . 2 8 7 . 4 3 135 N/ 2 210 N/ 2按 300N m 计算疲劳弯曲应力 322 1 0 3 0 0 4 . 3 0 . 9 1 0 . 7 4 1 . 21 3 8 . 0 9 8 0 . 2 8 7 . 4 3 479 N/