- 1 - 重汽車主減速器及差速器設(shè)計1 緒論 汽車主減速器及差速器是傳動系中的重要部件，其性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動機(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，必須要搭配一個高效、可靠的驅(qū)動橋。所以采用傳動效率高的單級減速驅(qū)動橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動橋的設(shè)計方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動橋的設(shè)計。本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計參數(shù)；然后參考類似驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計方案；最后對主、從動齒輪，差速器齒輪的強度進(jìn)行校 核以及壽命校核。 為了提高汽車行駛平順性和通過性，現(xiàn)在汽車的驅(qū)動橋也在不斷的改進(jìn)。與獨立懸架相配合的斷開式驅(qū)動橋相對與非獨立懸架配合的整體式驅(qū)動橋在平順性和通過性方面都得到改進(jìn)。隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，驅(qū)動橋?qū)玫竭M(jìn)一步的發(fā)展。展望將來需開發(fā)汽車驅(qū)動橋智能化設(shè)計軟件，設(shè)計新驅(qū)動橋只需輸入相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)將自動生成三維圖和二維圖，以達(dá)到效率高、強度低、匹配佳的最優(yōu)方案。 驅(qū)動橋是汽車傳動系統(tǒng)中主要總成之一。驅(qū)動橋的設(shè)計是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好環(huán)。因此，設(shè)計中要保證：所選擇的主減速比應(yīng)保證汽車在給 定使用條件下有最佳的動力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性。 (1) 當(dāng)左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時，驅(qū)動橋必須能合理的解決左右車輪的轉(zhuǎn)矩分配問題，以充分利用汽車的牽引力； (2) 具有必要的離地間隙以滿足通過性的要求； (3) 驅(qū)動橋的各零部件在滿足足夠的強度和剛度的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量輕，特別是應(yīng)盡可能做到非簧載質(zhì)量，以改善汽車的行駛平順性； (4) 能承受和傳遞作用于車輪上的各種力和轉(zhuǎn)矩； (5) 齒輪及其它傳動部件應(yīng)工作平穩(wěn)，噪聲??； (6) 對傳動件應(yīng)進(jìn)行良好的潤滑，傳動效率要高； (7) 結(jié)構(gòu)簡單，拆裝調(diào)整方便 ； - 2 - (8) 設(shè)計中應(yīng)盡量滿足“三化”。即產(chǎn)品系列化、零部件通用化、零件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 2 設(shè)計任務(wù)書 東風(fēng) EQ1108G6D的整車參數(shù)見表 2-1、發(fā)動機(jī)參數(shù)見表 2-2、其他參數(shù)見表 2-3： 表 2-1 整車參數(shù) 主減速器相當(dāng)于后橋的心臟，其設(shè)計的好壞直接關(guān)系到后橋運行的平穩(wěn)性、噪音、異響等問題。因此主減速器的設(shè)計非常關(guān)鍵既要與整車匹配好，又要滿足自身功能和性能要求，設(shè)計時既要考慮傳動系統(tǒng)的匹配性，又要考慮自身的強度、剛度和整車的通過 載質(zhì)量 5000 裝備質(zhì)量 4570 空車 前軸 2370 后橋 2200 滿載 前軸 3200 后橋 6570 總質(zhì)量 9770 最高車速（ km/h） 95 最大爬坡度 25% 制動距離（滿載 30km/h）（ m） 8 最小轉(zhuǎn)彎半徑（ m） 9 百公里油耗（ L） 16L 長度 （ mm） 總長 7220 總寬 2470 高度（駕駛室，滿載） 2540 車廂內(nèi)部尺寸 長 4800 寬 2294 高 500 軸距 3950 輪距 前輪 1900 后輪 1800 最小離地間隙（ mm） 240 行駛角（ ） 接近角 30 離去角 14 - 3 - 性，也就是說它與發(fā)動機(jī)輸出扭矩，功率，變速箱的傳動性以及整車承載能力密切相關(guān)。車輪對路面的滑動不僅會加速輪胎磨損，增加汽車的動力消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動性能的惡化。若主減速器從動齒輪通過一根整軸同時帶動兩側(cè)驅(qū)動輪，則兩側(cè)車輪只能同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。為了保證兩側(cè)驅(qū)動輪 處于純滾動狀態(tài)，就必須改用兩根半軸分別連接兩側(cè)車輪，而由主減速器從動齒輪通過差速器分別驅(qū)動兩側(cè)的半軸和車輪，使它們可用不同角速度旋轉(zhuǎn)。稱這種裝在同一驅(qū)動橋兩側(cè)的驅(qū)動輪之間的差速器為輪間差速器。在多軸驅(qū)動汽車的各驅(qū)動橋之間，也存在類似問題。為了適應(yīng)各驅(qū)動橋所處的不同路面情況，使各驅(qū)動橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅(qū)動橋之間裝設(shè)軸間差速器。 表 2-2發(fā)動機(jī)參數(shù) 6BT型 、 四沖程 、 水冷 、 直列六缸 、 增壓 、 柴油發(fā)動機(jī) 氣缸直徑 x活塞行程 102x120mm 工作容積（ L） 5.88 壓縮比 17.5 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 2600 額定功率（ 2600r/min） 118KW 最大扭矩（ 1400r/min） 539N.M 噴油順序 1-5-3-6-2-4 燃油種類 夏季 0號 冬季 0-20號 表 2-3其他參數(shù) 主減速比 6.33 輪胎型號 9.00R20-14PR 變速器傳動比（六個前進(jìn)擋，一個倒擋） 擋 5.606 擋 3.627 擋 2.313 擋 1.487 擋 1.00 擋 0.79 倒擋 5.046 3 設(shè)計計算說明書 3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。 1. 弧齒錐齒輪傳動 - 4 - 弧齒錐齒輪的特點是主，從動齒輪的軸線垂直相交于一點。由于齒輪斷面重疊影響，至少有兩對以上的齒輪同時嚙合，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)，噪聲和震動小，但弧齒錐齒輪對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍不吻合就會使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲變大。 2. 雙曲面齒輪傳動 雙曲面齒輪傳動的特點是主從動齒輪的軸線相互垂直但不相交，且主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線向上或向下偏移一距離 E，稱為偏移距，如圖 2-1 所示。當(dāng)偏移距大到一定程度時，可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。這對于增強支承剛度、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 齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X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。主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X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)，這有利于大傳動比傳動。當(dāng)要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪更為合理。因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比 i0 4.5 的傳動有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動比小于2 時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。 由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大，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比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、無噪聲，強度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。 3.圓柱齒輪傳動 圓柱齒輪傳動廣泛應(yīng)用于發(fā)動機(jī)橫置的前置前驅(qū)動乘用車驅(qū)動橋和雙級主減速器驅(qū)動橋以及輪邊減速器。 - 5 - 4. 蝸桿傳動 蝸桿 -蝸輪傳動簡稱蝸輪傳動，在汽車驅(qū)動橋上也得到了一定應(yīng)用。在超重型汽車上，當(dāng)高速發(fā)動機(jī)與相對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 814)時，主減速器采用一級蝸輪傳動最為方便，而采用其他齒輪時就需要結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、輪廓尺寸及質(zhì)量均較大、效率較低 的雙級減速。與其他齒輪傳動相比，它具有體積及質(zhì)量小、傳動比大、運轉(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)動的布置、能傳遞大載荷、使用壽命長、傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、調(diào)整容易等一系列的優(yōu)點。其惟一的缺點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。 該驅(qū)動橋是為中型卡車設(shè)計，根據(jù)以上的對比分析知，該橋的主減速器齒輪應(yīng)該選用雙曲面齒輪。 3.1.2 主減速器的減速形式選擇 主減速器的減速型式分為單級減速、雙續(xù)減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通 、主減速及輪邊減速等。 （ 1）單級主減速器 由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比 i07.0 的各種中、小型汽車上。單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動的。 （ 2）雙級主減速器 由兩級齒輪減速器組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大 (7.0i0 12)且采用單級減速不能滿足既定的主減速比和離地間隙要求的重型汽車上。以往在某些中型載貨汽車上雖有采用，但在新設(shè)計的現(xiàn)代中型載貨汽車上已很少見。這是由于隨著發(fā)動 機(jī)功率的提高、車輛整備質(zhì)量的減小以及路面狀況的改善，中等以下噸位的載貨汽車往具有更高車速的方向發(fā)展，因而需采用較小主減速比的緣故。 （ 3）雙速主減速器 對于載荷及道路狀況變化大、使用條件非常復(fù)雜的重型載貨汽車來說，要想選擇一種主減速比來使汽車在滿載甚至牽引井爬陡坡或通過壞路面時具有足夠的動力性，而在平直而良好的硬路面上單車空載行駛時又有較高的車速和滿意的娥料經(jīng)濟(jì)性，是非常困- 6 - 難的。為了解決這一矛盾，提高汽車對各種使用條件的適應(yīng)性，有的重型汽車采用具有兩種減速比并可根據(jù)行駛條件來選擇檔位的雙速主減速器。它與變速 器各檔相配合，就可得到兩倍于變速器的檔位。顯然，它比僅僅在變速器中設(shè)置超速檔，即僅僅改變傳動比而不增加檔位數(shù)，更為有利。當(dāng)然，用雙速主減速器代替半衰期的超速檔，會加大驅(qū)動橋的質(zhì)量，提高制造成本，并要增設(shè)較復(fù)雜的操縱裝置，因此它有時被多檔變速器所代替。 （ 4）單級貫通式主減速器 單級貫通式主減速器用于多橋驅(qū)動汽車的貫通橋上，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、主減速器的質(zhì)量較小、尺寸緊湊，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。它又分為雙曲面齒輪式和蝸輪式兩種結(jié)構(gòu)型式。 雙曲面齒輪式單級貫通式主減速 器，是利用了雙曲面齒輪傳動主動齒輪軸線相對于從動齒輪軸線的偏移，將一根貫通軸穿過中橋井通向后橋。但這種結(jié)構(gòu)受主動齒輪最少齒數(shù)和偏移距大小的限制，而且主動齒輪的工藝性差，通常主動齒輪的最小齒數(shù)是 8，因此主減速比的最大值只能在 5 左右，故多用于輕型汽車的貫通式驅(qū)動橋。當(dāng)用于大型汽車時刷需增設(shè)輪邊減速器或加大分動器傳動比。 蝸輪傳動為布置貫通橋帶來極大方便，且其工作平滑無聲，在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下也可得到大的傳動比，適于各種噸位貫通橋的布置和汽車的總體布置。但由于需用青銅等有色金屬為材料而未得到推廣。 （ 5）雙級貫 通式主減速器 用于主減速比 i0 5 的中、重型汽車的貫通橋。它又有錐齒輪 圓柱齒輪式和圓柱齒輪錐齒輪式兩種結(jié)構(gòu)型式。 錐齒輪 圓柱齒輪雙級貫通式主減速器的特點是有較大的總主減速比 (因兩級減速的減速比均大于 1)，但結(jié)構(gòu)的高度尺寸大，特別是主動錐齒輪的工藝性差，而從動錐齒輪又需要采用懸臂式安置，支承剛度差，拆裝也不方便。 與錐齒輪 圓柱齒乾式雙級貫通式主減速器相比，圓柱齒輪 錐齒輪式雙級貫通式主減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，高度尺寸減小，但其第一級的斜齒圓柱齒輪副的減速比較小，有時甚至等于 1。為此，有些汽車在采用這種結(jié)構(gòu)布置 的同時，為了加大驅(qū)動橋的總減速比而增設(shè)輪邊減速器；而另一些汽