斯太尔重型货车驱动桥设计及建模

1、斯太尔重型货车驱动桥设计及建模说明书摘要驱动桥作为汽车四大总成之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的驱动桥。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已成为未来重载汽车的发展方向。本文参照传统驱动桥的设计方法进行了载重汽车驱动桥的设计。本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数；然后参考类似驱动桥的结构，确定出总体设计方案；最后对主，从动锥齿轮，差速器圆锥行星齿轮，半轴齿轮，全浮式半轴和整体式桥壳的强度进行校

2、核以及对支承轴承进行了寿命校核。本设计具有以下的优点：由于的是采用中央单级减速驱动桥，使得整个后桥的结构简单，制造工艺简单，从而大大的降低了制造成本。并且，弧齿锥齿轮的单级主减速器提高了后桥的传动效率，提高了传动的可行性。关键字：驱动桥；主减速器；差速器；半轴；桥壳；轮边减速器Abstractalong with the automobile to the security, the energy conservation, the environmental protection unceasing takes seriously, the automobile rear axle of c

3、ar takes a complete bikes's key component, its product's quality to complete bikes's safety handling and the complete bikes performance's influence is very big, thus carries on the effective optimization design computation to the automobile rear axle of car is very essential. the dri

4、ving axle takes automobile one of four big units, its performance quality immediate influence complete bikes performance, but appears regarding the truck especially important. When uses the uprated engine to output the big torque satisfies the present truck fast, the heavy load high efficiency, the

5、high benefit need, must match one highly effective, the reliable driving axle. The driving axle generally by the main gear box, the differential device, the wheel transmission device and the driving axle shell and so on is composed. Will therefore use the transmission efficiency high single stage de

6、celeration driving axle to become in the future the heavy load automobile's development direction. this article referred to the traditional driving axle's design method to carry on the truck driving axle's design. This article first determines major component's structure pattern and

7、the main design variable; Then the reference similar driving axle's structure, determines the overall project design; Finally to the host, the driven bevel gear, the differential device circular cone planet gear, the rear axle shaft gear, the full floating axle and the integral-type bridge shell

8、's intensity carried on the examination as well as has carried on the life examination to the supporting bearing. this design has the following merit: What because uses the central single stage deceleration driving axle, causes the entire rear axle of car the structure to be simple, the fabricat

9、ion technology is simple, thus big reduced the production cost. And, the arc cusp gear's single stage main gear box raised the rear axle of car transmission efficiency, enhanced the transmission feasibility. key words: Driving axle main gear box differential device rear axle bridge shellkeywords

10、: driving axle; main reducer; differential mechanism; half shaft; bridge shell; wheel-side reducer65符号表从动锥齿轮计算转矩主动锥齿轮计算转矩动载系数主从动锥齿轮间的传动效率发动机最大转矩主动锥齿轮齿数液力变矩器变矩系数从动锥齿轮齿数变速器一档传动比从动锥齿轮大端分度圆直径主减速传动比端面模数传动效率主动锥齿轮齿面宽驱动桥数从动锥齿轮齿面宽满载状态下一个驱动桥上静载荷中点螺旋角汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数法向压力角附着系数直径系数车轮滚动半径模数系数主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比单位齿

11、长圆周力主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率轮齿上的圆周力汽车日常行驶平均牵引力变速器传动比 主动锥齿轮中点分度圆直径锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力过载系数尺寸系数齿面载荷分度系数质量系数计算齿轮的轮齿弯曲应力综合系数齿面品质系数综合弹性系数齿面接触强度的综合系数从动齿轮齿宽中点处的分度圆直径从动锥齿轮大端分度圆直径从动齿轮节锥角行星齿轮球面半径行星齿轮球面半径系数行星齿轮节锥距锥齿轮大端端面模数行星齿轮轴直径支承长度综合系数车轮附着力矩扭转切应力扭转角半轴长度材料切变模量半轴断面极惯性矩直径系数地面垂直反力在危险断面内引起的垂直弯矩牵引力在水平面内引起的弯矩危险断面所受转矩垂直平面的抗弯截面系数水

12、平面的抗弯截面系数抗扭截面系数内侧车轮地面垂直反力外侧车轮地面垂直反力侧滑时附着系数太阳轮齿数内齿圈齿数行星轮齿数行星轮数行星齿轮传动比转矩分配系数小齿轮名义转矩太阳轮传递转矩齿宽系数许用弯曲应力许用挤压应力目录1 概述12 驱动桥结构方案分析22.1 非断开式驱动桥22.2 断开式驱动桥23 主减速器设计43.1主减速器结构型式43.1.1主减速器齿轮的类型43.1.2主减速器的减速形式53.1.3主减速器主、从动锥齿轮的支承方案53.1.4锥齿轮啮合调整63.2主减速器的基本参数选择与计算载荷的确定73.2.1主减速器齿轮计算载荷的确定73.2.2锥齿轮主要参数的选择93.3 主减速器锥齿

13、轮的几何尺寸计算与强度计算113.3.1 主减速器锥齿轮的几何尺寸计算113.3.2 主减速器锥齿轮强度计算133.4主减速器锥齿轮轴承的载荷计算163.5 主减速器齿轮的材料及热处理203.6 主减速器的润滑214 差速器设计214.1 差速器结构形式选择214.2普通锥齿轮差速器齿轮设计224.2.1差速器齿轮主要参数选择224.2.2 差速器齿轮的几何尺寸与强度计算255 半轴设计285.1 结构形式分析285.2. 全浮式半轴的结构设计及强度计算295.3半轴的材料与热处理306 驱动桥壳的设计326.1 驱动桥壳结构方案选择326.2 驱动桥壳强度计算336.2.1汽车以最大牵引力行

14、驶时的桥壳强度计算336.2.2 汽车受最大侧向力时的桥壳强度计算356.2.3汽车通过不平路面时桥壳强度计算357轮边减速器的设计377.1轮边减速器的传动方案377.2齿轮的设计387.2.1齿轮传动比的设计387.2.2齿轮材料的选择387.2.3齿轮模数的设计397.2.4齿轮几何参数的确定及校验407.2.5齿轮传动效率427.2.6齿轮强度校核验算427.3行星轴的设计497.4花键的选用及校核508 基于CATIA的驱动桥实体建模与装配528.1重型货车驱动桥的建模与装配528.1.1单级主减速器的建模与装配528.1.2差速器的建模与装配588.1.3轮边减速器的建模与装配59

15、8.1.4驱动桥壳的建模598.1.5驱动桥的总装配图60结 论62参考文献63致谢641 概述驱动桥位于传动系的末端，其基本功能首先是增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩,并将转矩合理地分配给左、右驱动车轮，其次，驱动轮还要承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。驱动桥设计应当满足如下基本要求：a)所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。b)外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。c)齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。d)在各种转速和载荷下具有高的传动效率。e)在保证足够的强度

16、、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。 f)与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。g)结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。随着汽车向采用大功率发动机和轻量化方向的发展以及路面条件的改善，近年来主减速比有减小的趋势，以满足高速行驶的需求。2 驱动桥结构方案分析驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为两大类，即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构叫复杂，但可

17、以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。2.1 非断开式驱动桥普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大，这是它的一个缺点。驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下，如果单级主减速

18、器不能满足离地间隙要求，可改用双级结构。在双级主减速器中，通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内，也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器：越野汽车为了提高离地间隙，可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方；公共汽车为了降低汽车的质心高度和车厢地板高度，以提高稳定性和乘客上下车的方便，可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方；有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度，在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时，将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边。在少数具有高速发动机的大型公共汽车、多桥驱动汽车和超重型载货汽车上，有时采用蜗轮式主减速器，它不

19、仅具有在质量小、尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点，而且对汽车的总体布置很方便。2.2 断开式驱动桥断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此独立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传

20、动装置及其外壳或套管作相应摆动。汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素，而汽车簧下部分质量的大小，对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜，提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度，减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。但是，由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车

21、。由于非断开式驱动桥结构简单、造价低廉、工作可靠，查阅资料，参照国内相关货车的设计,本课题选用非断开式驱动桥。其结构如图2-1所示： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1半轴 2圆锥滚子轴承 3支承螺栓 4主减速器从动锥齿轮 5油封 6主减速器主动锥齿轮 7弹簧座 8垫圈 9轮毂 10调整螺母 图2-1非断开式驱动桥3 主减速器设计3.1主减速器结构型式 主减速器可根据其齿轮类型、减速形式以及主、从动齿轮的支承形式不同而分类。3.1.1主减速器齿轮的类型 在现代汽车驱动桥中，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。螺旋锥齿轮如图3-1(a)所示主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，由

22、于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的载荷，加之其轮齿不在齿的全长上同时啮合，而是逐渐由齿的一端连续而平稳地转向另一端，所以工作平稳，噪声和振动小。双曲面齿轮如图3-1(b)所示主、从动齿轮轴线相互垂直而不相交。和螺旋锥齿轮相比，双曲面齿轮的优点有：1.尺寸相同时，双曲面齿轮有更大的传动比。2.传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有较大轴径和较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。图3-1螺旋锥齿轮与双曲面齿轮3.传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮比螺旋锥齿轮的尺寸要小，从而可以获得更大的离地间隙。4.工作过程中，双曲面齿轮副

23、既存在沿齿高方向的侧向滑动，又有沿齿长方向的纵向滑动，这可以改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。双曲面齿轮传动有如下缺点：1）沿齿长方向的纵向滑动使摩擦损失增加，降低了传动效率。2）齿面间的压力和摩擦功较大，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，抗胶合能力较低。通过以上两者的对比，此次主减速器设计的齿轮类型采用螺旋锥齿轮3.1.2主减速器的减速形式 主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速(如图3-2)、双速减速、单级贯通、双级贯通以及轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比的大小

24、及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。通常单极减速器用于主减速比7.6的各种中小型汽车上。(a)单级主减速器 (b)双级主减速器图3-2主减速器为了保证斯太尔重型货车具有足够的离地间隙，结构紧凑，降低制造成本。此次采用一对螺旋锥齿轮传动的单级主减速器。3.1.3主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 主减速器必须保证主、从动齿轮有良好的啮合状况，才能使他们很好的工作。齿轮的正确啮合除与齿轮的加工质量、齿轮的装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度有关。1.主动锥齿轮的支承：1）悬臂式：为了尽可能增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a，且应比齿轮节圆直径的7

25、0%还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于尺寸a。 支承刚度除了与轴承形式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度有关以外，还与轴承与轴及轴承与轴承座孔之间的配合紧度有关。 优点：结构简单，支承刚度较差，用于传递转矩较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器上。 a) b) c)图3-3 主减速器锥齿轮的支承形式a)主动锥齿轮悬臂式支承形式 b)主动锥齿轮跨置式支承形式 c)从动锥齿轮轴承形式2）跨置式： 增加支承刚度，减小轴承负荷，改善齿轮啮合条件，增加承载能力，布置紧凑，但是主减速器壳体结构复杂，加工成本提高。在需要传递较大转矩情况下，最好采用跨置式支承。 此方案选用悬臂式。2.从动锥齿轮的支

26、承从动锥齿轮的支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及轴承之间的分布比例有关。从动锥齿轮的两端支承多采用圆锥滚子轴承，为了增加支承刚度，两轴承圆锥滚子大端向内，以减小尺寸cd。为了增强支承稳定性，cd应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%；为了使载荷均匀分配在两轴承上，应尽量使尺寸c等于或大于尺寸d。为了限制从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移，在从动锥齿轮的外缘背面加设辅助支撑。3.1.4锥齿轮啮合调整主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整 支承主减速器的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。分析可知，当轴向力于弹簧变形呈线性关系时，预紧使轴向位移减小至原来的1/2

27、。预紧力虽然可以增大支承刚度，改善齿轮的啮合和轴承工作条件，但当预紧力超过某一理想值时，轴承寿命会急剧下降。主减速器轴承的预紧值可取为以发动机最大转矩时换算所得轴向力的30。主动锥齿轮轴承预紧度的调整采用套筒与垫片，从动锥齿轮轴承预紧度的调整采用调整螺母3.2主减速器的基本参数选择与计算载荷的确定3.2.1主减速器齿轮计算载荷的确定1.按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩 （3-1）式中： -发动机的输出的最大转矩，参考同类车型取1100；-发动机到从动锥齿轮之间的传动效率，在此取0.9； -液力变矩器变矩系数，k=(k0-1)/2+1, k0最大变矩系数，k在此取1； -变

28、速器一挡传动比，参考同类车型取14.08； -分动器传动比，在此取1； -主减速器传动比 ，在此取5.73；-该汽车的驱动桥数目在此取1；-猛接离合器所产生的动载系数，性能系数=0的汽车:=1，>0的汽车:=2或由经验选定。性能系数由下式计算 式中，为汽车满载质量，在此取19500kg；代入上式得 > 所以=0, 即=1由以上各参数可求2.按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 （3-2）式中: -满载状态下一个驱动桥上的静载荷（N），此处取; -轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，在良好的混凝土或沥青路上，； -车轮的滚动半径，轮胎规格12.00R20，在此滚动

29、半径为0.526 m ； -汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数，在此取1.2； -主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，在此取3.478； m-主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，在此取0.9所以 3.按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 （3-3）式中：-汽车日常行驶平均牵引力（N），在此取 -车轮的滚动半径，在此滚动半径为 0.526 m ； -主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比，在此取3.478 m-主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率，在此取0.9 -该汽车的驱动桥数目，在此取1；所以主动锥齿轮的计算扭矩 式中：-主动锥齿轮的计算转矩； -从动锥齿轮计算转矩，-主从动锥齿轮齿

30、轮间的传动效率，对于螺旋锥齿轮副取0.95； -主传动比。3.2.2锥齿轮主要参数的选择主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动齿轮的齿数和，从动锥齿轮大端分度圆直径、端面模数、主从动锥齿轮齿面宽和、中点螺旋角、法向压力角等。1.主、从动锥齿轮齿数和选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：1）为了磨合均匀，之间应避免有公约数。2）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。3）为了啮合平稳、噪声小和具有高的疲劳强度，对于商用车，一般不小于6。4）主传动比较大时，尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。5）对于不同的主传动比，和应有适宜的搭配。表3.1不同速比的主从动齿

31、轮数速比4.85.736.72主动Z1211715从动Z2292829因为， 所以 =17 =28 2.从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数对于单级主减速器，增加尺寸会影响驱动桥壳高度尺寸和离地间隙，减小又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。可根据经验公式初选，即： (3-4)式中：-从动齿轮大端分度圆直径（mm） -直径系数，一般取=1315.3；-从动锥齿轮计算转矩（），。计算得=363.36427.65mm，初取=392mm。由下式计算 （3-5）计算得 =392/28=14,同时还应满足 （3-6） 式中，为模数系数，取0.30.4。计算得=8.3911.183.主，从

32、动锥齿轮齿面宽和 锥齿轮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，加大了应力集中，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，轮齿表面的耐磨性会降低。 对于从动锥齿轮齿面宽，推荐不大于节锥距的0.3倍，即，而且应满足，对于汽车主减速器圆弧齿轮推荐采用： =0.155392=60.76，在此取=66。一般比大10%，在此取=73。4.中点螺旋角 螺旋角沿齿宽是

33、变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端螺旋角最小。弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，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，则也越大，同时啮合的齿数越多，传动越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高，一般应不小于1.25，在1.52.0时效果最好，但过大，会导致轴向力增大。 汽车主减速器弧齿锥齿轮的平均螺旋角为35°40°，而商用车选用较小的值以防止轴向力过大，通常取35°。5.螺旋方向 主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥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

34、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。6.法向压力角 对于弧齿锥齿轮，乘用车的一般选用14°30或16°，商用车的为20°或22°30。因为此次设计的是重型货车的驱动桥，为了增加轮齿强度，减小齿轮不发生根切的最少齿数，所以=22°30。3.3 主减速器锥齿轮的几何尺寸计算与强度计算3.3.1 主减速器锥齿轮的几何尺寸计算主减速器锥齿轮的几何尺寸计算见表3.2。表3.2 主减速器锥齿轮的几何尺寸计算用表序号项 目计 算 公 式计 算 结 果1主动齿

35、轮齿数172从动齿轮齿数283端面模数14mm4齿面宽b2=66mm5法向压力角=22.5°6齿宽系数=0.37中点模数=11.9mm8 径向变位系数9节圆直径=238mm，=392mm10节锥角，=90°-=58.74°，=31.26°11节锥距A=A=229.3mm12齿顶高，=0.85 =8.456, =15.34413齿根高=17.976mm=11.088mm14齿根角=4.48°=2.77°15顶锥角；=34.03°=63.22°16根锥角=26.78°=55.97°17齿顶圆直径=2

36、52.46mm=407.92mm18节锥顶点到轮冠距离=191.61mm=105.88mm19螺旋角=35°3.3.2 主减速器锥齿轮强度计算在完成主减速器锥齿轮几何尺寸的计算后，应对其进行强度验算，以保证其有足够的强度和寿命。轮齿损坏形式主要有弯曲疲劳折断、过载折断、齿面点蚀和剥落、齿面胶合和齿面磨损等。1.单位齿长圆周力 主减速器锥齿轮的表面耐磨性，常用轮齿上的单位齿长圆周力来估算，即 (3-7)式中：轮齿上的单位齿长圆周力，N/mm; 作用在齿轮上的圆周力，N， 从动齿轮的齿面宽，mm按发动机最大转矩计算时： (3-8)式中，为变速器传动比；D1主动锥齿轮中点分度圆直径（mm）

37、；其他符号同前。在现代汽车设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，有时高出表中数值20%25%计算得 按驱动轮打滑的转矩计算时: (3-9)计算得 可知主动锥齿轮的表面耐磨性满足要求。2.轮齿弯曲强度锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为 (3-10)式中： 过载系数，一般取1.0； 尺寸系数，当1.6mm时,=0.862； 齿面载荷分配系数，悬臂式:=1.001.25，在此取=1.0； 质量系数，当轮齿接触良好、齿距及径向跳动精度高时，取=1；计算齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，见图3-4，。图3-4 弯曲计算用综合系数按计算的最大弯曲应力;<700MPa；按计算的疲劳弯曲应力: <210M

38、Pa；当计算主动齿轮时，<<, 故<,<。综上所述，故所计算的齿轮满足弯曲强度的要求。,3.轮齿接触强度 锥齿轮轮齿的齿面接触应力为： (3-11)式中; 综合弹性系数，对于钢制齿轮副取232.6；过载系数，一般取1： 尺寸系数，通常取1： 齿轮载荷分配系数，悬臂式结构：=1.001.25，在此取=1；质量系数，当轮齿接触良好、齿距及径向跳动精度高时，取=1； 齿面品质系数，对于制造精确的齿轮可取=1； 取和的较小值； 齿面接触强度的综合系数， =0.10，见图3-5所示；计算得 =2514MPa<=2800MPa， =904.4MPa<=1750MPa，故

39、轮齿届接触强度满足要求。图3-5 接触强度计算综合系数J3.4主减速器锥齿轮轴承的载荷计算1.锥齿轮齿面上的作用力锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上齿面上作用一法向力。该法向力可分为解为沿齿轮切线方向的圆周力、沿齿轮轴向方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。1)齿宽中点处的圆周力 （3-12）式中：T作用在从动齿轮上的转矩； 从动齿轮齿宽中点处的分度圆直径。 （3-13）式中：从动齿轮大端分度圆直径； 从动齿轮齿面宽；从动齿轮节锥角。 由可知，对于螺旋锥齿轮副，作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的2)锥齿轮的轴向力与径向力图3-6 主动锥齿轮齿面的受力图如图3-6，主动锥齿轮螺旋方向为左旋，

40、从锥顶看旋转方向为逆时针，F 为作用在节锥面上的齿面宽中点A处的法向力，在A点处的螺旋方向的法向平面内，F分解成两个相互垂直的力F和，F垂直于OA且位于OOA所在的平面，位于以OA为切线的节锥切平面内。在此平面内又可分为沿切线方向的圆周力F和沿节锥母线方向的力。F与之间的夹角为螺旋角，F与之间的夹角为法向压力角。这样就有： （3-14） （3-15） （3-16）于是，作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力和径向力分别为 （3-17） （3-18）公式中的节锥角在计算主动齿轮的受力时用顶锥角代替，计算从动齿轮受力时用根锥角代替。主动齿轮的螺旋方向为左，从锥顶看旋转方向为逆时针。 计算得 作用在从动锥齿

41、轮齿面上的轴向力和径向力分别为 （3-19） （3-20）计算得 ： 2.锥齿轮轴承的载荷 当锥齿轮齿面上所受的圆周力、径向力和轴向力计算确定后，根据主减速器齿轮轴承的布置尺寸，即可求出轴承所受的载荷。图3-7单级主减速器轴承布置尺寸图中的参数尺寸： ,，表3.3轴承上的载荷将以上参数代入上表中的公式计算结果如下：,3.锥齿轮轴承型号的确定轴承A计算当量动载荷 （3-21）查阅文献2，锥齿轮圆锥滚子轴承e值为0.42，故 >e，由此得X=0.4,Y=1.4。另外查得载荷系数。 （3-22）将各参数代入式（3-21）：轴承应有的基本额定动负荷Cr （3-23）式中：温度系数，查文献4，得=

42、1；滚子轴承的寿命系数，查文献4，得=10/3；轴承转速，r/min；轴承的预期寿命，3000h；将各参数代入式（3-22）中，有；查文献3，初步选择圆锥滚子轴承型号7603。3.5 主减速器齿轮的材料及热处理汽车驱动桥主减速器的工作相当繁重，与传动系其他齿轮比较，它具有载荷大、工作时间长、载荷变化多、带冲击等特点。其损坏形式主要有齿根弯曲折断、齿面疲劳点蚀(剥落)、磨损和擦伤等。据此对驱动桥齿轮的材料及热处理应有以下要求：1)具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。2)轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。3)锻造性能、可加工性及

43、热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。4)选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的材料，而是选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。汽车主减速器锥齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层（一般碳的质量分数为0.8%1.2%），具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性。因此，这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于其含碳量较低，使锻造性能和可加工性较好。其主要缺点是热处理费用较高，表面硬化层以下的基底较软，在

44、承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗碳层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。为改善新齿轮的磨合，防止其在运行初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理以及精加工后，作厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高25%的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。3.6 主减速器的润滑 主加速器及差速器的齿轮、轴承以及其他摩擦表面均需润滑，其中尤其应注意主减速器主动锥齿轮的前轴承的润滑，因为其润滑不能靠润滑油的飞溅来实现。为此，通常是在从动齿轮的前端近主动齿轮处的主减速壳的内壁上设一专门的集油槽，将飞溅到壳体内

45、壁上的部分润滑油收集起来再经过近油孔引至前轴承圆锥滚子的小端处，由于圆锥滚子在旋转时的泵油作用，使润滑油由圆锥滚子的下端通向大端，并经前轴承前端的回油孔流回驱动桥壳中间的油盆中，使润滑油得到循环。这样不但可使轴承得到良好的润滑、散热和清洗，而且可以保护前端的油封不被损坏。为了保证有足够的润滑油流进差速器，有的采用专门的倒油匙。 为了防止因温度升高而使主减速器壳和桥壳内部压力增高所引起的漏油，应在主减速器壳上或桥壳上装置通气塞，后者应避开油溅所及之处。加油孔应设置在加油方便之处，油孔位置也决定了油面位置。放油孔应设在桥壳最低处，但也应考虑到汽车在通过障碍时放油塞不易被撞掉。4 差速器设计汽车行驶

46、时，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往不相等。如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上的滑移或滑转。不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为此，在汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学的要求。差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。差速器按其结构特征不同，分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。4.1 差速器结构形式选择 汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，故应用广泛。它可

47、分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器等。查阅文献5经方案论证，差速器结构形式选择普通对称锥齿轮式差速器。图4-1 普通对称锥齿轮式差速器普通对称锥齿轮式差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于差速器壳是装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器的轮廓尺寸也受到从动齿及主动齿轮导向轴承支座的限制。普通对称锥齿轮式差速器的示意图，如图4-2所示：图4-2 普通锥齿轮式差速器示意

48、图4.2普通锥齿轮差速器齿轮设计4.2.1差速器齿轮主要参数选择1.行星齿轮数 行星齿轮数需根据承载情况来选择，在承载不大的情况下可取两个，反之应取=4。2.行星齿轮球面半径行星齿轮球面半径反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力，可根据经验公式来确定： (4-1)式中： -行星齿轮球面半径系数，=2.53.0，对于有四个行星齿轮的乘用车和商用车取最小值； -差速器计算转矩，；-球面半径（mm）；计算得 行星齿轮节锥距为 =(0.980.99) （4-2）计算得 =（68.4869.18）mm 在此初取=69mm3.行星齿轮与半轴齿轮齿数、 为了使齿轮有较高的强度，希望取较大的模数，但尺寸会增大，于是要求行星齿轮的齿数应取小些，但一般不少于10。半轴齿轮的齿数在1425之间选用。大多数半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在1.52.0的范围内。查阅资料，经方案论证，初定半轴齿轮与行星齿轮的齿数比=2，半轴齿轮齿数z2=24，行星齿轮的齿数 z1=12。 为使两个或四个行星齿轮能同时与两个半轴齿轮啮合，两半轴齿轮的齿数和必须能被行星齿轮数目所整除，否则差速器不能装配，即应满足： 4.行星齿轮和半轴