重型载货汽车RL3220用13吨级驱动桥设计【采用双级主减速器】整车约10吨 总质量约20吨【7张cad图纸+文档全套资料】
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SY-025-BY-2毕业设计(论文)任务书学生姓名唐金鹏 系部汽车工程学院专业、班级车辆工程07- 6班指导教师姓名李涵武职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称RL3220用13吨级驱动桥设计一、设计(论文)目的、意义驱动桥是汽车底盘的重要组成部分,它的性能好坏直接影响汽车的整车性能,其工作条件恶劣,易磨损,经常发生故障,这些都对其设计提出了很高的要求。设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥,能大大降低整车生产的总成本,推动汽车经济的发展。因此研究驱动桥的工作特性,并对其进行设计,是非常重要和必须的。本课题的选择充分考虑了研究课题对汽车专业学生学习和工作的指导作用,对本课题的研究能够使学生了解汽车总成部件设计方法,通过本课题的研究学生可以完成专业课程的实践总结,获得一定的工程设计工作方法。 二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)设计的主要内容:(1)驱动桥设计的总体方案论证;(2)主减速器设计;(3)差速器设计;(4)半轴与驱动桥壳设计。技术要求(研究方法):(1)整车总质量:20 000Kg 整车62,后桥驱动,轴荷17 000/20 000。发动机最大转矩:Temax=770Nm;变速器一挡传动比:i1=10.12,主减速器传动比:i0=5.286。(2)设计方法与设计过程参照汽车设计规定进行。(3)要求研究汽车设计、机械制图、机械设计、材料力学等相关知识,并将这些知识有机结合、熟练运用;(4)要求对驱动桥主要部件的进行详细设计,工艺合理、成本低、可靠性高; (5)用AutoCAD完成装配图、零件图,清楚表达设计。三、设计(论文)完成后应提交的成果(1)设计说明书(2.0万字); (2)装配图、部件装配图及主要零件图图纸合计4张0号以上(要求计算机绘图)。四、设计(论文)进度安排(1)调研、资料收集,完成开题报告 第1、2周(2)确定总体方案 第3周(3)驱动桥部件的设计计算 第47周(4)完成所设计装配图与零件图图纸 第810周(5)完成设计说明书的撰写 第11、12周(6)毕业设计(论文)审核 第13、14周(7)毕业设计(论文)修改、完善 第15、16周(8)毕业设计(论文)答辩准备及答辩 第17周五、主要参考资料(1)期刊类:机械类,汽车类,CAE分析类(中国学术期刊网),有关大学学报等(五年内); (2)科技图书和教材:汽车设计类、机械设计类、制图类、汽车电控类等相关专业书; (3)设计手册:机械设计手册等; (4)网络资源:检索关键词:驱动桥、主减速器、差速器等; (5)其它:相关产品广告,参观有关产品展览会。六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日毕业设计指导教师评分表学生姓名唐金鹏院系汽车与交通学院专业、班级车辆B07-6指导教师姓名李涵武职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称RL3220用13吨级驱动桥设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力(设计涉及学科范围,内容深广度及问题难易度);应用文献资料能力154设计(实验)能力;计算能力(数据运算与处理能力);外文应用能力205计算机应用能力;对实验结果的分析能力(或综合分析能力、技术经济分析能力)106插图(图纸)质量;设计说明书撰写水平;设计的实用性与科学性;创新性207设计规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)58科学素养、学习态度、纪律表现;毕业论文进度10得 分 X= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)工作态度: 好 较好 一般 较差 很差研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 指导教师签字: 年 月 日 毕业设计评阅人评分表学生姓名唐金鹏专业班级车辆B07-6指导教师姓名李涵武职称副教授题目RL3220用13吨级驱动桥设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力(设计涉及学科范围,内容深广度及问题难易度);应用文献资料能力154设计(实验)能力;计算能力(数据运算与处理能力);外文应用能力255计算机应用能力;对实验结果的分析能力(或综合分析能力、技术经济分析能力)156插图(图纸)质量;设计说明书撰写水平;设计的实用性与科学性;创新性207设计规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)5得 分 Y= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 评阅人或预答辩组长签字: 年 月 日注:毕业设计(论文)评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计答辩评分表学生姓名唐金鹏专业班级车辆B07-6指导教师李涵武职 称副教授题目 RL3220用13吨级驱动桥设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名出席人数序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况,题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计(实验)能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量,设计的规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语:自述思路与表达能力:好 较好 一般 较差 很差回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 答辩组长签字: 年 月 日毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名唐金鹏性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级车辆B07-6设计(论文)题目RL3220用13吨级驱动桥设计平时成绩评分(开题、中检、出勤)指导教师姓名职称指导教师评分(X)评阅教师姓名职称评阅教师评分(Y)答辩组组长职称答辩组评分(Z)毕业设计(论文)成绩百分制五级分制答辩委员会评语:答辩委员会主任签字(盖章): 院系公章: 年 月 日注:1、平时成绩(开题、中检、出勤)评分按十分制填写,指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写,毕业设计(论文)成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计(论文)选题质量、能力水平、设计(论文)水平、设计(论文)撰写质量、学生在毕业设计(论文)实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计(论文)推荐表题 目RL3220用13吨级驱动桥设计类别毕业设计学生姓名唐金鹏院(系)、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程07-6班指导教师李涵武职 称副教授设计成果明细:答辩委员会评语:答辩委员会主任签字(盖章): 院、系公章: 年 月 日备 注: 注:“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它SY-025-BY-3毕业设计(论文)开题报告 学生姓名唐金鹏系部汽车工程学院专业、班级车辆工程07-6指导教师姓名李涵武职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称RL3220用13吨级驱动桥设计一、 课题研究现状:本设计课题是13吨级重型载货汽车驱动桥的设计,汽车驱动桥是汽车底盘的重要组成部分,一般由主减速器,差速器,车轮转动装置和桥壳等组成,转向驱动桥还有等速万向节。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过90度角,改变力的传递方向,并由主减速器降低转速,增大转矩后,经差速器分配给左右半轴和驱动轮。汽车驱动桥时汽车的重大总成,承载着汽车的满载以及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩,以及冲击载荷;驱动桥还传递着传动系中的最大转矩,桥壳还承受着反作用力矩,汽车驱动桥结构形式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要形影外,也对汽车的行驶性能,如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操作稳定性等有直接影响,另外,汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成,因此,汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的种类十分的广泛,对这些零部件的设计制造涉及很多的现代机械制造工艺,通过对汽车驱动桥的学习和设计实践,可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。驱动桥的设计,由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及其设计要求为基本,因此,能设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥,能大大降低整车生产的成本,推动汽车经济的发展。研究驱动桥的工作特征,并对其进行设计,是非常重要的和必须的。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,以满足高速行驶的要求。对于大吨位重载汽车来说,要传递的转矩较乘用车和客车,以及轻型商用车都要大得多,以便能够以较低的成本运输较多的货物,所以选择功率较大的发动机,这就对传动系统有较高的要求,而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。随着目前国际上石油价格的上涨,汽车的经济性日益成为人们关心的话题,这不仅仅只对乘用车,对于自卸汽车,提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝。为了降低油耗,不仅要在发动机的环节上节油,而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必须在发动机的动力输出之后,在从发动机传动轴驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。在这一环节中,发动机是动力的输出者,也是整个机器的心脏,而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。因此,在发动机相同的情况下,采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。二、设计论文的目的、意义: 1)通过对汽车驱动桥的学习和设计实践,可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能2)通过进行本次设计研究,可以加深我们对汽车设计理论、汽车技术发展方向和汽车构造的理解,提高我们的总体素质,为进入社会后的工作鉴定坚实的基础。3)在进行本次课题研究设计时,需要我们参考各文献研究车辆测绘、装配、设计、验证等。通过这个过程,可以使我们了解研发流程,在进入工作岗位后能很快适应研发工作。4)本设计时用CAD软件作为成形和装备的工具,通过学习电脑绘图设计,可以缩短设计周期,提高设计质量,提高我们运用电脑绘图软件的能力。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题 设计的主要内容:(1)驱动桥设计的总体方案论证:驱动桥位于传动系的末端,其基本功能是:将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速胎、差速器、半轴等传到驱动车轮,实现降速增大转矩;通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向;通过差速器实现两侧车轮差速作用,保证内、外侧车轮以不同转速转向。它的性能好坏直接影响汽车的整车性能,其工作条件恶劣,易磨损,经常发生故障,这些都对其设计提出了很高的要求,因此设计时应当满足如下基本要求:1) 选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的传动性和燃料经济性2)外形尺寸要小,保证有必要的离地间隙,主要是指牙包尺寸尽量小3)齿轮及其他传动件工作平稳,噪声小4)在各种转速和载荷下具有高的转动效率5)在保证足够的强度刚度条件下,应力求质量小,尤其是簧下质量应尽量小,以改善汽车的平顺性6)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相协调7)结构简单,加工工艺性好,制造容易,折装,调整方便。(2)主减速器设计:主减速器可根据齿轮类型、减速形式以及主、从动轮的支撑形式不同分类,一般用来改变传动方向、降低转速、增大扭矩、保证汽车有足够的驱动力和适当的速度,主减速器类型较多,有单级、双级、双速、轮边减速器等,本驱动桥设计为单级减速,主减速器为双曲面齿轮。(3)差速器设计:汽车行驶时,左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往不等。为了防止这一发生,汽车左右驱动轮都装有轮间差速器,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,满足汽车行驶运动学要求;在多桥驱动汽车上还常装有轴间差速器,以提高通过性。差速器按其结构特征不同,分为齿轮式、凸轮式、涡轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。本课题的差速器为直齿锥齿式。(4)半轴与驱动桥壳设计:驱动桥壳的主要功用是支撑汽车质量,并承受由车轮传来的路面反力和反力矩,并经悬架传给车身;它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。因此驱动桥壳应满足如下设计要求1)应具有足够的强度和刚度,以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力。2)在保证强度和刚度的前提下,尽量减小质量以提高行驶平顺性。3)保证足够的离地间隙。4)结构工艺性好,成本低。5)保护装于其上的传动系部件和防止泥水侵入。6)拆装、调整。维修方便。拟解决的主要问题:(1)正确选定真车参数,合理不知工作装置和附件;(2)正确选定驱动桥中主减速器、差速器、半轴的类别;(3)理解研究汽车的设计、机械制图、机械设计、材料力学等相关知识,并将这些知识有机结合、熟练运用;(4)对驱动桥只要部件的设计要详细、工艺要合理、成本要低、可靠性要高;(5)熟练运用AutoCAD,完成装备图、零件图。 三、技术路线(研究方法)驱动桥各部件的设计计算确定总体研究方案收集汽车驱动桥相关的文献及资料完成开题报告半轴、驱动桥壳设计计算主减速器、差速器设计计算检验计算结果完成设计说明书及其论文绘制所设计装配图与零件图图纸四、进度安排(1)调研、资料收集,完成开题报告 第1、2周(2)确定总体方案 第3周(3)驱动桥部件的设计计算 第47周(4)完成所设计装配图与零件图图纸 第810周(5)完成设计说明书的撰写 第11、12周(6)毕业设计(论文)审核 第13、14周(7)毕业设计(论文)修改、完善 第15、16周(8)毕业设计(论文)答辩准备及答辩 第17周五、参考文献(1)东北大学学报(自然科学版)2003.24(1)作者:王铁 张国忠 周淑文(2)驱动桥疲劳强化试验及疲劳寿命的置信区间估计农业机械学报 作者:潘明清 周晓军 雷良育 吴瑞明(3)一种准双曲面齿轮主减速器的故障诊断方法及实现机械传动期刊2003.34(10)作者:王东 丁杰雄 陈佳(4)载重卡车车桥主减速器轴承的技术发展轴承期刊 2010.(10)作者:县鹏宇(5)汽车差速器壳类锻件精密挤压工艺研究锻压技术期刊 2010.35(5)作者:宫显宇 唐康 陈海鹏 王海旺 曹乃强(6)差速器壳体内球径测量检具设计制造技术与机床期刊2010.(8)作者:袁小江(7)中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势铸造技术期刊2008,29(9) 作者:马顺龙 刘海峰 王成刚 孙树臣(8)重型货车驱动桥桥壳轻量化研究(硕士论文)作者:张成波(9)半浮式半轴断裂分析及对策金属热处理期刊2010,35(2) 作者:张兰(10)半轴断裂的失效分析科技信息期刊 2010.(22)作者:翟秀敏(11) 汽车设计定位研究(硕士论文) 作者:郭小鹏 (12)面向汽车设计的信息系统的研究(硕士论文)作者:马成(13)机械CAD技术课程研究性教学探讨中国大学教学期刊 作者:刘子建 赵翠 伍素珍(14)汽车驱动桥主减垫片测量方法研究及应用组合机床与自动化加工技术期刊 作者:任永强 景兴淇 陈清红(15)汽车设计理论与设计技术的发展黑龙江交通科技期刊 作者:韩志斌(16)重型汽车驱动桥齿轮材料与工艺对疲劳性能影响的探讨汽车工艺与材料期刊2009.(11) 作者:金荣植(17)驱动桥支撑刚性对齿轮啮合特性的影响分析汽车技术期刊2008.(10) 作者:冯喜成 张步良 杨建军(18)The Key Cballenges for Northerican Truck Manu facturersM.Beyond Au tmootive design production.JustinCok.2006(19)Detached we Eddy si Lations Over a si lified Landing Gear.L.5.He dges ,A .L TravinM.PR. Spalart. Journalfo FluidsEngineering.2002(20)机械设计手册六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日本科学生毕业设计RL3220用13吨级驱动桥设计 系部名称: 汽车与交通工程学院 专业班级: 车辆工程B07-6班 学生姓名: 唐金鹏 指导教师: 李涵武 职 称: 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二O一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of RL3220s 13t Drive AxleCandidate:Tang JinpengSpecialty:Vehicle EngineeringClass:B07-6Supervisor:Associate Professor Li HanwuHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要本设计课题是13吨级重型载货汽车驱动桥的设计,汽车驱动桥是汽车底盘的重要组成部分,一般由主减速器,差速器,车轮转动装置和桥壳等组成,转向驱动桥还有等速万向节。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过90度角,改变力的传递方向,并由主减速器降低转速,增大转矩后,经差速器分配给左右半轴和驱动轮。汽车驱动桥是汽车的重大总成,承载着汽车的满载以及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩,以及冲击载荷;驱动桥还传递着传动系中的最大转矩,桥壳还承受着反作用力矩,汽车驱动桥结构形式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要形影外,也对汽车的行驶性能,如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操作稳定性等有直接影响,另外,汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成,因此,汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的种类十分的广泛,对这些零部件的设计制造涉及很多的现代机械制造工艺,通过对汽车驱动桥的学习和设计实践,可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。关键词: 驱动桥;设计;计算;零件;CADIIABSTRACTThis design task is 13 tonnage heavy cargo automobile driving axle design, car driving axle is an important part of car chassis, general by main reducer, differential, wheel rotation device and bridge shell and other components, steering axles and patterned constant speed universal it is the role of the power transmission device universal coming over 90 degree Angle folding, change directionandthetransmission force of calm And the main reducer reduce speed, and increase torque, assigned to the differential around half shaft and the drive wheels cars driving axle is the great assembly car, bearing the car carrying and ground via wheel frame and integral by suspension of body vertical force to lead its transverse force longitudinal strength and impact load torque,; Driving axle also delivers the drivetrain And impact load; Driving axle also delivers the transmission, the maximum torque is under bridge housing, cars driving axle backlash torque structure form and design parameters in addition to the reliability of the automobile and durability are important for car around outside, also driving performance, such as dynamic economy through sexual mobility and smooth operating stability, etc have straight In addition, automobile driven axle of the various auto assembly in also covers the mechanical parts components such as varieties most portion assembly of large assembly, therefore, automobile driving axle design of mechanical parts and components involved the species is widespread For these parts of the design and manufacture of modern machinery involved a lot of car manufacturing process, through the drive axle of studying and designing practice, can better learning and mastery of the modern car design and mechanical design of the comprehensive knowledge and skillsKeywords: driving axle; Design; Calculation; Parts; CAD黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要.IAbstract.II第1章 绪论.11.1汽车驱动桥设计的意义和目的.11.2汽车驱动的研究现状及发展趋势.11.3 汽车驱动桥不同机构形式的比较3 1.3.1驱动桥的结构和种类.3 1.3.2汽车车桥的种类.3 1.3.3驱动桥结构组成.41.4 设计的主要内容.91.5 设计的基本数据.9第2章 主减速器的设计.102.1主减速器的结构形式.102.1.1主减速器的齿轮类型.112.1.2主减速器主、从动锥齿轮的支承形式.112.2主减速器的基本参数选择与设计计算.122.2.1主减速器计算载荷的确定.122.2.2主减速器基本参数的选择.132.2.3主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算.162.2.4主减速器双曲面齿轮的强度计算.172.2.5主减速器轴承的载荷计算.19 2.3 本章小结 23第3章 差速器设计.243.1对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理.243.2对称式圆锥行星齿轮差速器的结构.253.3对称式圆锥行星齿轮差速器的设计.253.3.1差速器齿轮的基本参数的选择.263.3.2差速器齿轮的几何计算.283.3.3差速器齿轮的强度计算.29 3.4本章小结.29第4章 驱动半轴的设计314.1结构形式分析.314.2全浮式半轴的设计.334.3半轴花键的强度计算.344.4半轴的结构设计及材料与热处理.35 4.5本章小结.35第5章驱动桥壳的设计.375.1铸造整体式桥壳的结构.375.2桥壳的受力分析与强度计算.38 5.2.1桥壳的静弯曲应力计算.385.2.2在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算.395.2.3汽车以最大牵引力行驶时的桥壳的强度计算.395.2.4汽车紧急制动时的桥壳强度计算.41 5.3本章小结41结论.45参考文献.46致谢.62附录.63第1章 绪 论1.1汽车驱动桥设计的意义和目的对于大吨位重载汽车来说,要传递的转矩较乘用车和客车,以及轻型商用车都要大得多,以便能够以较低的成本运输较多的货物,所以选择功率较大的发动机,这就对传动系统有较高的要求,而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。随着目前国际上石油价格的上涨,汽车的经济性日益成为人们关心的话题,这不仅仅只对乘用车,对于自卸汽车,提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝。为了降低油耗,不仅要在发动机的环节上节油,而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必须在发动机的动力输出之后,在从发动机传动轴驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。在这一环节中,发动机是动力的输出者,也是整个机器的心脏,而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。因此,在发动机相同的情况下,采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。1.2汽车驱动桥研究现状及发展1.2.1汽车驱动桥的研究现状本设计课题是13吨级重型载货汽车驱动桥的设计,汽车驱动桥是汽车底盘的重要组成部分,一般由主减速器,差速器,车轮转动装置和桥壳等组成,转向驱动桥还有等速万向节。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过90度角,改变力的传递方向,并由主减速器降低转速,增大转矩后,经差速器分配给左右半轴和驱动轮。汽车驱动桥时汽车的重大总成,承载着汽车的满载以及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩,以及冲击载荷;驱动桥还传递着传动系中的最大转矩,桥壳还承受着反作用力矩,汽车驱动桥结构形式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要形影外,也对汽车的行驶性能,如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操作稳定性等有直接影响,另外,汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成,因此,汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的种类十分的广泛,对这些零部件的设计制造涉及很多的现代机械制造工艺,通过对汽车驱动桥的学习和设计实践,可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。驱动桥的设计,由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及其设计要求为基本,因此,能设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的驱动桥,能大大降低整车生产的成本,推动汽车经济的发展。研究驱动桥的工作特征,并对其进行设计,是非常重要的和必须的。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,以满足高速行驶的要求。 对于大吨位重载汽车来说,要传递的转矩较乘用车和客车,以及轻型商用车都要大得多,以便能够以较低的成本运输较多的货物,所以选择功率较大的发动机,这就对传动系统有较高的要求,而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。随着目前国际上石油价格的上涨,汽车的经济性日益成为人们关心的话题,这不仅仅只对乘用车,对于自卸汽车,提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝。为了降低油耗,不仅要在发动机的环节上节油,而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必须在发动机的动力输出之后,在从发动机传动轴驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。在这一环节中,发动机是动力的输出者,也是整个机器的心脏,而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。因此,在发动机相同的情况下,采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。1.2.2驱动桥的发展现状目前,国内生产驱动桥的厂家较多,品种和规格也较齐全,其性能和质量基本上能够满足国产农业机械和工程机械的使用需求,呈现了明显的产业特点:由进口国外产品向国产化发展,由小作坊向正规化产业化发展,由低端产品向高端产品发展,由引进国外技术向自主研发发展。在技术方面,通过不断提高自身铸锻造技术及工艺水平来保证研发产品制造质量;通过利用先进科学的设计辅助手段来达到设计优化的目的;通过不断学习吸收国外先进的技术逐步实现技术与国际接轨的目标,从而提高产品的核心竞争力;通过运用先进的技术及方法来提高产品的性能,满足市场需求,推进机电一体化进程。目前国内驱动桥生产厂家分为四种类型。一是与国际知名品牌厂家合作,利用国内本土资源优势及国外先进的技术支持生产。如1995年柳工与德国采埃孚公司在柳州建立的合资公司,除生产采埃孚高技术水平双变外,还生产采埃孚高技术水平驱动桥,供中国高技术及出口装载机、平地机等配套,为中国高技术水平驱动桥技术的发展起到了促进作用。成工引进了卡特三节式湿式桥的样机,成功开发了成工的三节式系列湿式桥,已批量推向了市场。2005年,东风车桥通过与美国德纳公司合资合作,双方斥巨资已经建成国内规模最大、效益最佳、管理最好的商用车桥公司,逐步融入全球汽车零部件大循环之中。徐州美驰车桥有限公司是由美国的阿文美驰公司和徐州工程机械集团有限公司共同投资的合资公司,公司投资总额2408.7万美元,注册资本1680.3万美元,其中美方股比为60%、中方为40%,拥有员工1000多人,其中工程技术人员100多人,主要产品包括各种轮式车辆用刚性桥、从动桥、转向驱动桥、转向贯通驱动桥、贯通桥。二是通过引进国外先进的技术,依托本土的环境优势建立的民族企业,占据着国内市场的大部份额。如引进意大利菲亚特技术、依托于中国一拖旗下的一拖(洛阳)开创装备科技有限公司就是典型的代表。其农机驱动桥产品已从16马力覆盖至200马力,所生产的80-160马力驱动桥在市场上占据着主导地位,有“中国第一桥”的美誉。此外,山东的前进桥厂、烟台捷林达桥厂以及新昌齿轮箱厂也在不断借鉴国内外先进的技术,推动国产驱动桥的发展。三是一些主机厂家根据自身需要,利用自身资源自产自用,也是国产驱动桥的一种发展模式。比如常发集团生产的中小马力拖拉机上用的驱动桥就是典型的生产自用型。此外,龙工、徐工等工程机械厂家也生产自己整机上所用的驱动桥,但这种模式仅为自给自足,很难满足外部市场需求。四是国际知名品牌传动系生产商进军中国市场,成立的独资企业。如卡拉罗青岛的公司、德纳在无锡的工厂以及EME在陕西成立的销售公司等。由于刚刚进驻中国市场,暂时还处于竞争上的劣势,还无法对本土企业造成太大的威胁,但随着国际交流日趋密切,这些企业最终必将成为民族产业不可小视的竞争对手。1.3汽车驱动桥不同结构形式的比较1.3.1 汽车驱动桥的种类车桥通过悬架与车架(或承载式车身)相连,它的两端安装车轮,其功用是传递车架(或承载式车身)于车轮之间各方向的作用力及其力矩。根据悬架结构的不同,车桥分为整体式和断开式两种。当采用非独立悬架时,车桥中部是刚性的实心或空心梁,这种车桥即为整体式车桥;断开式车桥为活动关节式结构,与独立悬架配用。根据车桥上车轮的作用,车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种类型。其中,转向桥和支持桥都属于从动桥,一般货车多以前桥为转向桥,而后桥或中后两桥为驱动桥。1.3.2 驱动桥的种类驱动桥作为汽车的重要的组成部分处于传动系的末端,其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩,将转矩分配给左、右驱动车轮,并使左、石驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能;同时,驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。在一般的汽车结构中、驱动桥包括主减速器(又称主传动器)、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件如图1.1所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101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1.1 驱动桥对于各种不同类型和用途的汽车,正确地确定上述机件的结构型式并成功地将它们组合成一个整体驱动桥,乃是设计者必须先解决的问题。驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切相关。当驱动车轮采用非独立悬挂时,例如在绝大多数的载货汽车和部分小轿车上,都是采用非断开式驱动桥;当驱动车轮采用独立悬挂时,则配以断开式驱动桥。本次设计采用非独立悬架,整体式驱动桥。这种类型的车一般的设计多采用双级减速器,它与单级减速器相比,在保证离地间隙的同时可以增大主传动比。1.3.3 驱动桥结构组成1、主减速器 主减速器的结构形式,主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安装(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1.2(1)所示主、从动齿轮轴线交于一点,交角都采用90度。螺旋锥齿轮的重合度大,啮合过程是由点到线,因此,螺旋锥齿轮能承受大的载荷,而且工作平稳,即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。双曲面齿轮如图1.2(2)所示主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。和螺旋锥齿轮相比,双曲面齿轮的优点有:尺寸相同时,双曲面齿轮有更大的传动比。传动比一定时,如果主动齿轮尺寸相同,双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有较大轴径,较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。(1)螺旋锥齿轮 (2)双曲面齿轮图1.2 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮当传动比一定,主动齿轮尺寸相同时,双曲面从动齿轮的直径较小,有较大的离地间隙。工作过程中,双曲面齿轮副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:长方向的纵向滑动使摩擦损失增加,降低了传动效率。齿面间有大的压力和摩擦功,使齿轮抗啮合能力降低。双曲面主动齿轮具有较大的轴向力,使其轴承负荷增大。双曲面齿轮必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油。(2)主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择 现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承形式有如下两种:悬臂式 悬臂式支承结构如图1.3所示,其特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴径,其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两端的距离b,以改善支承刚度,应使两轴承圆锥滚子向外。悬臂式支承结构简单,支承刚度较差,多用于传递转钜较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。图1.3 锥齿轮悬臂式支承骑马式 骑马式支承结构如图1.4所示,其特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承,这样可大大增加支承刚度,又使轴承负荷减小,齿轮啮合条件改善,在需要传递较大转矩情况下,最好采用骑马式支承。图1.4 主动锥齿轮骑马式支承(3)从动锥齿轮的支承方式和安装方式的选择 从动锥齿轮的两端支承多采用圆锥滚子轴承,安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内,而小端相向朝外。为了防止从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移,圆锥滚子轴承应用两端的调整螺母调整。主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并用细牙螺钉以精度较高的紧配固定在差速器壳的凸缘上5。(4)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。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。(5)主减速器的减速形式 主减速器的减速形式分为单级减速(如图1.5)、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。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io的大小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io7.6的各种中小型汽车上。 (1) 单级主减速器 (2) 双级主减速器图1.5 主减速器2、差速器 根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互联系表明:汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的。例如,拐弯时外侧车轮行驶总要比内侧长。另外,即使汽车作直线行驶,也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同,或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。在左右车轮行程不等的情况下,如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮,则会由于左右车轮的转速虽然相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾,引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。这不仅会是轮胎过早磨、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等,还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。此外,由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移,易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病,汽车左右驱动轮间都有差速器,后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以下不同速度旋转的特性,从而满足了汽车行驶运动学的要求。差速器的结构型式选择,应从所设计汽车的类型及其使用条件出发,以满足该型汽车在给定的使用条件下的使用性能要求。差速器的结构型式有多种,大多数汽车都属于公路运输车辆,对于在公路上和市区行驶的汽车来说,由于路面较好,各驱动车轮与路面的附着系数变化很小,因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器,作为安装在左、右驱动车轮间的所谓轮间差速器使用;对于经常行驶在泥泞、松软土路或无路地区的越野汽车来说,为了防止因某一侧驱动车轮滑转而陷车,则可采用防滑差速器。后者又分为强制锁止式和自然锁止式两类。自锁式差速器又有多种结构式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的。3、半轴驱动车轮的传动装置置位于汽车传动系的末端,其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中,驱动车轮的传动装置包括半轴和万向接传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上,驱动车轮的传动装置就是半轴,这时半轴将差速器半铀齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上,半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。半浮式半轴具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。主要用于质量较小,使用条件好,承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。3/4浮式半轴,因其侧向力引起弯矩使轴承有歪斜的趋势,这将急剧降低轴承的寿命,故未得到推广。全浮式半轴广泛应用于轻型以上的各类汽车上,本设计采用此种半轴。4、桥壳驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一,非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车荷重的作用,并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此桥完既是承载件又是传力件,同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置(如半轴)的外壳。在汽车行驶过程中,桥壳承受繁重的载荷,设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性,在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量。桥壳还应结构简单、制造方便以利于降低成本。其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。在选择桥壳的结构型式时,还应考虑汽车的类型、使用要求、制造条件、材料供应等。结构形式分类:可分式、整体式、组合式。按制造工艺不同分类:铸造式强度、刚度较大,但质量大,加工面多,制造工艺复杂,用于中重型货车,本设计采用铸造桥壳。钢板焊接冲压式质量小,材料利用率高,制造成本低,适于大量生产,轿车和中小型货车,部分重型货车。1.4 设计主要内容(1) 完成驱动桥的主减速器、差速器、半轴、驱动桥桥壳的结构形式选择;(2) 完成主减速器的基本参数选择与设计计算;(3) 完成差速器的设计与计算;(4) 完成半轴的设计与计算;(5) 完成驱动桥桥壳的受力分析及强度计算;(6) 绘制装配图及零件图。1.5设计的基本数据设计基础数据:车型载货汽车空载质量10170kg空载时前轴质量3030kg空载时后轴质量4930kg满载质量20410kg满载时前轴质量6245kg满载时后轴质量17525kg轮距前:1928mm 后:1847mm最大爬坡度28%最高车速86km/h变速器一档传动比10.12主减速器传动比5.286发动机最大转矩770Nm轮胎规格GB516-8219第2章 主减速器设计2.1主减速器的结构形式的选择主减速器的结构形式主要是根据其齿轮的类型,主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速形式的不同而异。驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求:(1)所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。(2)外型尺寸要小,保证有必要的离地间隙;齿轮其它传动件工作平稳,噪音小。(3)在各种转速和载荷下具有高的传动效率;与悬架导向机构与动协调。(4)在保证足够的强度、刚度条件下,应力求质量小,以改善汽车平顺性。(5)结构简单,加工工艺性好,制造容易,拆装、调整方便。按主减速器的类型分,驱动桥的结构形式有多种,基本形式有三种如下:(1)中央单级减速器。此是驱动桥结构中最为简单的一种,是驱动桥的基本形式,在载重汽车中占主导地位。一般在主传动比较小的情况下,应尽量采用中央单级减速驱动桥。(2)中央双级主减速器。由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时,综合来说,双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展,而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。(3)中央单级、轮边减速器。综上所述,中央单级主减速器。它还有以下几点优点:(l)结构最简单,制造工艺简单,成本较低,是驱动桥的基本类型,在重型汽车上占有重要地位;(2) 载重汽车发动机向低速大转矩发展的趋势,使得驱动桥的传动比向小速比发展;(3) 随着公路状况的改善,特别是高速公路的迅猛发展,汽车使用条件对汽车通过性的要求降低。(4) 与带轮边减速器的驱动桥相比,由于产品结构简化,单级减速驱动桥机械传动效率提高,易损件减少,可靠性提高。单级驱动桥产品的优势为单级驱动桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看,载重车产品在主减速比小于6的情况下,应尽量选用单级减速驱动桥。所以此设计采用中央单级减速驱动桥,再配以铸造整体式桥壳,如图2.3所示。图2.3中央主减速器2.1.1主减速器的齿轮类型主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮,双曲面齿轮,圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选用双曲面齿轮,其优点在于当双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时,双曲面齿轮传动具有更大的传动比,双曲面传动的主动齿轮的螺旋角较大,同时可以啮合的齿数较多,平稳性更强。2.1.2主减速器主,从动锥齿轮的支承形式图2.4主动锥齿轮悬臂式支承图2.5主动锥齿轮跨置式图2.6从动锥齿轮支撑形式 主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。查阅资料、文献,经方案论证,采用跨置式支承结构(如图2.5示)。跨置式支承使支承刚度大为增加,使齿轮在载荷作用下的变形大为减小,约减小到悬臂式支承的130以下而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/51/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。但结构较复杂,所以选用跨置式。 从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承(如图2.5示)。为了增加支承刚度,两轴承的圆锥滚子大端应向内,以减小尺寸c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性,c+d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上,应是c等于或大于d。2.2 主减速器的基本参数选择与设计计算2.2.1主减速器计算载荷的确定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Tce从动锥齿轮计算转矩Tce= (2.1)式中:Tce计算转矩,;Temax发动机最大转矩;Temax =770n计算驱动桥数,3;if变速器传动比,if=10.12;i0主减速器传动比,i0=5.286;变速器传动效率,取=0.9;k液力变矩器变矩系数,K=1;Kd由于猛接离合器而产生的动载系数,Kd=1;i1变速器最低挡传动比,i1=1;代入式(2.1),有:Tce=12357.192. 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 (2.2)式中汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷,后桥所承载120133.26N的负荷; 轮胎对地面的附着系数,对于安装一般轮胎的公路用车,取=0.85;对于越野汽车取1.0;对于安装有专门的防滑宽轮胎的高级轿车,计算时可取1.25; 车轮的滚动半径,在此选用轮胎型号为GB516-82 9.020,则车论的滚动半径为0.456m; ,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0.9,由于没有轮边减速器取1.0所以=59497.83. 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 (2.3)式中:汽车满载时的总重量,20410N;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0.0150.020;在此取0.018 汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数,对于载货汽车可取0.050.09在此取0.08;汽车的性能系数在此取0;主减速器主动齿轮到车轮之间的效率,取0.9;主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比,取1;n驱动桥数,取3。所以=2597.472.2.2主减速器基本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。根据以上要求,这里取=7=37,能够满足条件:+=4440 (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,增大尺寸会影响驱动桥壳的离地间隙,减小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。可根据经验公式初选,即 (2.4)直径系数,一般取13.015.3;从动锥齿轮的计算转矩,为Tce和Tcs中的较小者。所以=(13.015.3)=(318.5374.8)初选=346.79 则=/=346.79/37=9.37参考机械设计手册选取9,则=333根据=来校核=9选取的是否合适,其中=(0.30.4)此处,=(0.30.4)=(7.359.80),因此满足校核条件。(3) 主,从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。对于从动锥齿轮齿面宽,推荐不大于节锥的0.3倍,即,而且应满足,对于汽车主减速器双曲面齿轮推荐采用: =0.155333=51.62在此取52一般习惯使锥齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮稍大,使其在大齿轮齿面两端都超出一些,通常使小齿轮的齿面比大齿轮大10%,在此取=57(4)中点螺旋角螺旋角沿齿宽是变化的,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,同时啮合的齿越多,传动越平稳,噪声越低,而且轮齿的强度越高,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3540,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) 法向压力角法向压力角大一些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,并使齿轮的端面重合度下降。对于弧齿锥齿轮,乘用车的一般选用1430或16,商用车的为20或2230。这里取202.2.3主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算表2.1 主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算用表项 目计 算公式计 算 结 果主动齿轮齿数7从动齿轮齿数37端面模数9mm齿面宽=57mm =52mm工作齿高18 mm全齿高=22.68 mm法向压力角=20轴交角=90小齿轮轴线的偏移距EE=0.15dE=40mm分度圆直径=63 mm=333 mm节锥角arctan=90-=10.71=79.29节锥距A=取A=171.40 mm周节t=3.1416 t=28.27 mm齿顶高=7.97 mm齿根高=14.71 mm径向间隙c=c=2.25 mm齿根角=2.71面锥角=13.42=82.06根锥角=8=76.58齿顶圆直径=80.69 mm=336.36 mm节锥顶点止齿轮外缘距离=164.83 mm=22.66 mm理论弧齿厚=27.38 mm =10.32 mm齿侧间隙B=0.3050.4060.4 mm螺旋角=352.2.4主减速器双曲面锥齿轮的强度计算在选好主减速器齿轮的主要参数后,应根据所选的齿形计算锥齿轮的几何尺寸,对其强度进行计算,以保证其有足够的强度和寿命。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)单位齿长圆周力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 Nmm (2.6)式中:P作用在齿轮上的圆周力,按发动机最大转矩Temax和最大附着力矩 两种载荷工况进行计算,单位为N; 从动齿轮的齿面宽,在此取52mm.按发动机最大转矩计算时: Nmm (2.7)式中:发动机输出的最大转矩,在此取770; 变速器的传动比10.12; 主动齿轮节圆直径,在此取63mm.按上式p=4757.26Nmm按最大附着力矩计算时:Nmm (2.8)式中:汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷,对于后驱动桥还应考虑汽车最大加速时的负荷增加量,在此取120133.26N; 轮胎与地面的附着系数,在此取0.85: 轮胎的滚动半径,在此取0.456m按上式p=5378.11 Nmm在现代汽车的设计中,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资料的20%25%。经验算以上两数据都在许用范围内。其中上述两种方法计算用的许用单位齿长上的圆周力p都为1865N/mm,故满足条件。(2)齿轮弯曲强度锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为: = (2.9)式中:锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力,MPa;齿轮的计算转矩,对从动齿轮,取中的较小值,为12357.19 Nm; 主动齿轮取为2597.47Nm; k0过载系数,一般取1; ks尺寸系数,0.722; km齿面载荷分配系数,悬臂式结构,km=1.05; kv质量系数,取1; b所计算的齿轮齿面宽;b=52mm D所讨论齿轮大端分度圆直径;D=333mm Jw齿轮的轮齿弯曲应力综合系数,取0.03将各参数代入式(2.7),有:主动锥齿轮,=325.46MPa;从动锥齿轮,=425.58MPa;按照文献1, 主从动锥齿轮的=700MPa,轮齿弯曲强度满足要求。(3)轮齿接触强度 锥齿轮轮齿的接触强度:j= (2.10)式中:j锥齿轮轮齿的齿面接触应力,MPa;D1主动锥齿轮大端分度圆直径,mm;D=63mmb主、从动锥齿轮齿面宽较小值;b=52mmkf齿面品质系数,取1.0;cp综合弹性系数,取232N1/2/mm;ks尺寸系数,取1.0;Jj齿面接触强度的综合系数,取0.01;Tz主动锥齿轮计算转矩;Tz=2597.47N.mk0、km、kv选择同式(2.7)将各参数代入式 (2.10),有:j=1971.99MPa按照文献汽车设计,jj=2800MPa,轮齿接触强度满足要求。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。因此,驱动桥齿轮的许用弯曲应力不超过210.9Nmm.表2.2给出了汽车驱动桥齿轮的许用应力数值。 表2.2 汽车驱动桥齿轮的许用应力Nmm计算载荷主减速器齿轮的许用弯曲应力主减速器齿轮的许用接触应力差速器齿轮的许用弯曲应力按式(2.1)、式(2.3)计算出的最大计算转矩Tec,Tcs中的较小者7002800980按式(2.4)计算出的平均计算转矩Tcf210.91750210.9 实践表明,主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Tec和最大附着转矩Tcs并不是使用中的持续载荷,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。2.2.5主减速器轴承的载荷计算(1)锥齿轮齿面上的作用力锥齿轮在工作过程中,相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切向方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。为计算作用在齿轮的圆周力,首先需要确定计算转矩。汽车在行驶过程中,由于变速器挡位的改变,且发动机也不全处于最大转矩状态,故主减速器齿轮的工作转矩处于经常变化中。实践表明,轴承的主要损坏形式为疲劳损伤,所以应按输入的当量转矩进行计算。经估算,这里取=1987 对于双曲面齿轮的齿面中点的分度圆直径;经计算53.33mm =281.91mm。上式参考汽车设计。(1) 齿宽中点处的圆周力齿宽中点处的圆周力为: N (2.11)式中:作用在该齿轮上的转矩,作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩=1987 ; 该齿轮的齿面宽中点处的分度圆直径.按上式主减速器从动锥齿轮齿宽中点处的圆周力 =14.10KN由可知,对于弧齿锥齿轮副,作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的。(2)锥齿轮的轴向力和径向力图2.5主动锥齿轮齿面的受力图如图2.5所示,主动锥齿轮螺旋方向为左旋,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和沿节圆母线方向的力。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: (2.12) (2.13) (2.14)于是,作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力和径向力分别为 (2.15) (2.16)有式(2.15)可计算=10781.34N有式(2.16)可计算=4204.21N式(2.12)式(2.16)参考汽车设计。(2)主减速器锥齿轮轴承载荷的计算轴承的轴向载荷就是上述的齿轮的轴向力。但如果采用圆锥滚子轴承作支承时,还应考虑径向力所应起的派生轴向力的影响。而轴承的径向载荷则是上述齿轮的径向力,圆周力及轴向力这三者所引起的轴承径向支承反力的向量和。当主减速器的齿轮尺寸,支承形式和轴承位置已确定,则可计算出轴承的径向载荷。对于采用跨置式的主动锥齿轮和从动锥齿轮的轴承径向载荷,如图2.6所示表2.3 轴承
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