奔馳E260L轎車主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15184奔馳E260L轎車主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 194711.1原始設(shè)計(jì)參數(shù) 1139781.2齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3211231.2.1齒輪載荷的設(shè)計(jì)計(jì)算 357721.2.2齒輪主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 495601.2.3齒輪幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 6168121.2.4齒輪的材料及熱處理 10179741.3軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型 11207291.3.1主動(dòng)齒輪軸承的載荷計(jì)算與軸承的選型 11145221.3.2從動(dòng)齒輪軸承的載荷計(jì)算與軸承的選型 151.1原始設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)本次設(shè)計(jì)車型（奔馳E260L運(yùn)動(dòng)轎車）的參數(shù)配置，本課題設(shè)計(jì)原始參數(shù)如表4-1所示。表4-1設(shè)計(jì)主要參數(shù)表主要參數(shù)值品牌奔馳E級級別中大型車外型尺寸長5024發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（kw）155最高車速（km/h）243整備質(zhì)量（kg）1769滿載質(zhì)量（kg）26000發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩N350發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率下轉(zhuǎn)速（r/min)5500軸距（mm）3014前后輪距（mm）1578/1594道路最大阻力系數(shù)0.23根據(jù)原始設(shè)計(jì)參數(shù)可確定以下參數(shù)：確定車輪的滾動(dòng)半徑rr根據(jù)該轎車的輪胎型號255/40R18計(jì)算：rr=255 確定主減速器傳動(dòng)比i0i0=0.377rrn上式中：rr是車輪的滾動(dòng)半徑，為0.3306np是發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率下轉(zhuǎn)速，為5500Vamax是轎車的最高車速，為243ig?將以上參數(shù)代入式（4-1）計(jì)算可得：i確定變速器一檔傳動(dòng)比：i1≥mgφmaxrrTemax上式中：m是汽車質(zhì)量，m=g是重力加速度,g=φmax是道路最大阻力系數(shù)，φrr是車輪滾動(dòng)半徑，rTemax是發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為350N?mi0η是傳動(dòng)系傳動(dòng)效率，取為0.9。將以上參數(shù)代入式（4-2）計(jì)算可得：i取i1.2齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1.2.1齒輪載荷的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）計(jì)算在變速器處于最低檔時(shí)的傳動(dòng)比和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，從動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)矩TceTce=Temax?i1?上式中：Temax是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，等于350N?mi1是變速器處于一檔的傳動(dòng)比，等于1.48i0傳動(dòng)軸必須滿足臨界轉(zhuǎn)速與扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的要求REF_Ref9260\r\h[14]。傳動(dòng)比的確定要滿足:1)最高車速;2)最大爬坡度;3)電機(jī)工作速度快;4)電機(jī)一直正常運(yùn)轉(zhuǎn)REF_Ref9309\r\h[15]。k0是最大變距系數(shù)，根據(jù)變矩器性能較好可取為傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率ηT，根據(jù)當(dāng)i0≤6時(shí)，可取0.9轎車驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目n，等于1。將以上參數(shù)代入到式（4-3）得：T（2）計(jì)算當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)輪在理想路面開始打滑時(shí)，從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩TcsTcs=G2m'2φr上式中：G2是滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷,取為Gm'2是汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，根據(jù)乘用車的選取范圍選取，此處可取m'rr車輪的滾動(dòng)半徑，rr=0.3306m；ηLB是從動(dòng)輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳遞效率，根據(jù)當(dāng)i0≤6時(shí)，iLB是從動(dòng)輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比，因?yàn)槭菬o輪邊減速器，所以φ是附著系數(shù)，根據(jù)汽車在良好道路上行駛可取為0.85。將以上參數(shù)代入到式（4-4）得：T

==8118.07N?m（3）計(jì)算當(dāng)轎車正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是平均轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)下，從動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)矩TTcf=(Ga+G上式中：GaGT是牽引的車的滿載質(zhì)量fR是道路滾動(dòng)阻力系數(shù),根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》取為fH是平均爬坡能力系數(shù),根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》取為fP是汽車的性能系數(shù)，此處取為ηLiLB=1.0，n是驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，n=1；車輪的滾動(dòng)半徑r將以上參數(shù)代入式（3-4）可得：T==840.46N?m1.2.2齒輪主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選取主動(dòng)齒輪的齒數(shù)Z1和從動(dòng)齒輪的齒數(shù)Z在選擇與確定齒數(shù)的時(shí)候，Z1和Z2相加的和要大于等于四十，而且兩個(gè)數(shù)是互為互質(zhì)的，Z1要大于六且接近六，Z（2）計(jì)算從動(dòng)齒輪較大一側(cè)的分度圓直徑d2和端面模數(shù)md2=kd上式中：kd是直徑系數(shù)，應(yīng)在13Tc是Tce和Tcs中的較小值,為代入式（4-6）可以求出：d2=（13.0~選取d2為143所以，m=d結(jié)合以上數(shù)據(jù)可以求出d2等于143.15（3）計(jì)算齒輪的齒面寬F：齒輪小端面刀尖的寬窄與齒面寬窄有關(guān)，刀尖分度圓半徑過小，刀尖的彎曲應(yīng)力過大會(huì)減少其使用壽命。而且會(huì)因?yàn)檎`差、熱處理和變形等原因使小端承載較大的載荷，最終導(dǎo)致刀尖過早損壞。參考《汽車設(shè)計(jì)》可得：從動(dòng)齒輪的齒面寬Fc為：0.155×主動(dòng)齒輪的齒面寬Fz為：1.1×計(jì)算雙曲面齒輪副偏移距：根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》中偏移距選取公式E≤0.10~（5）計(jì)算齒輪的螺旋角：因?yàn)橛衅凭嗟漠a(chǎn)生，最小的螺旋角為從動(dòng)齒輪的螺旋角，最大的螺旋角為主動(dòng)齒輪的螺旋角。中點(diǎn)螺旋角是處于齒面中點(diǎn)的螺旋角。參考《汽車設(shè)計(jì)》中主減速器中點(diǎn)螺旋角計(jì)算公式計(jì)算：主動(dòng)齒輪的中點(diǎn)螺旋角：βz=25°+上式中：Z1=8,d2E是雙曲面齒輪偏移距，E=17將以上參數(shù)代入式（4-7）可以求出：β從動(dòng)齒輪的中點(diǎn)螺旋角：sin上式中：ε是齒輪偏移的角度；Fc是計(jì)算得：ε=1β主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪兩個(gè)中點(diǎn)螺旋角的平均值：β=根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》主減速器雙曲面齒輪的平均螺旋角的選取區(qū)間35°~40°，選取齒輪的螺旋角為40°。（5）選擇齒輪的螺旋方向：圖4-1螺旋方向圖該齒輪的螺旋方向如圖4-1所示。法向壓力角查閱《汽車設(shè)計(jì)》，由于齒輪兩側(cè)的法向壓力角不一樣，所以應(yīng)該用平均壓力角代替，此處選用的平均壓力角為20°。1.2.3齒輪幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中主減速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算公式進(jìn)行如下計(jì)算：（1）計(jì)算從動(dòng)齒輪的齒頂角θ2和齒根角δ①為了保證收縮齒的優(yōu)良性，用標(biāo)準(zhǔn)的收縮齒公式來計(jì)算從動(dòng)齒輪的齒頂角和齒根角。θ2=3843?mδ2=3438?m?m2'=??m2''=1.150??gm=KRmRm2=d2γ2i=arccot?1.2z1Am=Rm2γ2=arctanz2將以上公式轉(zhuǎn)化為：Rm2=d2?Fcsin?arccot?1.2z?gm=K(d2??m2'=KaK?m2''=(1.15?Ka)θ2=3438Kcos?β2z上式中：Z1=8,d2是從動(dòng)齒輪分度圓直徑,dAmRm2?gmka是從動(dòng)齒輪齒頂高系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，k?m2'是從動(dòng)齒輪?mβc是從動(dòng)齒輪的中點(diǎn)γ2FcK是齒深系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，K=3.7將以上參數(shù)代入到上面公式中計(jì)算得出：R???γAθδ=②計(jì)算齒頂角與齒根角的和：δ③ΔTRΔTR=∑δ∑δD=10560sinRm2=sinγ2cosβTR=0.02z+1.06（由公式（4-22）與公式（4-23）可得：ΔTR=10560sinγ2cos上式中：rd是刀盤名義半徑，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》刀盤名義半徑表選：rTR是將參數(shù)代入式（4-26）可以求出ΔTΔ④根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，當(dāng)?TR>0時(shí),∑δδ2=∑δTR?θ2=Ka∑δTR=TR∑δTR=0.02z+1.06（4-由（4-27）與（4-28）可以得到：θ2=Ka∑δ2=(0.02z+1.06)∑δ上式中：Ka是主動(dòng)齒輪的齒頂高系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中主動(dòng)齒輪齒頂高系數(shù)表，取KδTR所以：θδ（2）計(jì)算從動(dòng)齒輪的齒頂高?2'：?2'=?mA0=0.5d2代入數(shù)據(jù)求出：A?（3）計(jì)算從動(dòng)齒輪的齒跟高?2?2''=?m?m代入數(shù)據(jù)可以得到：?（4）計(jì)算徑向間隙C：C（5）計(jì)算從動(dòng)齒輪的齒全高?2?（6）計(jì)算從動(dòng)齒輪的工作高?2g?（7）計(jì)算從動(dòng)齒輪外圓直徑d02d（8）計(jì)算從動(dòng)齒輪面錐角γ02γ（9）計(jì)算從動(dòng)齒輪的根錐角γR2γ（10）計(jì)算主動(dòng)齒輪面錐角sinγsinγ（11）計(jì)算主動(dòng)齒輪根錐角sinγsinγ（12）計(jì)算主動(dòng)齒輪的齒頂高?1?1'（13）計(jì)算主動(dòng)齒輪的齒根高?1?11.2.4齒輪的材料及熱處理參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可知，齒輪的常用材料一種是滲碳鋼，一般承受較小載荷，具有抗疲勞，耐磨性較好的性能；另一種是調(diào)質(zhì)鋼，可承受較大的載荷。本次設(shè)計(jì)齒輪承受較小的載荷，對性能有一定的要求，故選擇材料為滲碳鋼。齒輪的熱處理采用滲碳淬火，可以獲得較高精度的齒輪。參照不同材料的熱處理資料可以知道：材料熱處理過后最主要的組織是回火馬氏體組織REF_Ref9424\r\h[16]。1.3軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型1.3.1主動(dòng)齒輪軸承的載荷計(jì)算與軸承的選型（1）計(jì)算作用在主動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩Td查閱《汽車設(shè)計(jì)》，由于在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì)發(fā)生損壞變形，所以按等效轉(zhuǎn)矩計(jì)算。主動(dòng)錐齒輪上的等效轉(zhuǎn)矩為：Td=Temax?{式中：Temax是發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，Temax=350N?mfi1，fi2…ig1，ig2…fT1,fT2…fTR是變速器在每個(gè)檔位通過計(jì)算求出：T根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》，計(jì)算作用在主動(dòng)齒輪齒面寬中心處的圓周力FFZ式中：T是主動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩,T=d1m查閱《汽車設(shè)計(jì)》，由公式：d1md代入式(4-37)得：FZ(3)計(jì)算主動(dòng)齒輪的軸向力Faz和徑向力F圖4-2主動(dòng)齒輪齒面寬中心處的受力圖根據(jù)圖4-2得：F=FNFS所以有：主動(dòng)齒輪齒面上的軸向力為：Faz主動(dòng)齒輪齒面上的徑向力為：Frz經(jīng)過計(jì)算（4-41）可得：F經(jīng)過計(jì)算（4-42）可得：F圖4-3主動(dòng)齒輪軸承的尺寸（4）選擇主動(dòng)齒輪軸承：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》，初選為：a=6（5）計(jì)算軸承A的徑向力FAr與軸承B的徑向力FFAr=[FzFBr=(Fz因?yàn)镕az=32.83KN,Frz=5.84FF（6）確定軸承A的徑向載荷FAa與軸承B的徑向載荷FFF（7）計(jì)算軸承A所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷:Q=XR+YA徑向系數(shù)X根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，取X軸向系數(shù)Y根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，取Y查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》：A計(jì)算得：Q=16.83×0.4++10.8×1.9=27.25根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》軸承的使用壽命L為：L=(ftCfρQ上式中：ft是溫度系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，取ffρ是載荷系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，取fε是壽命系數(shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，ε=10將以上參數(shù)代入式（4-45）得：=(1×102.85×計(jì)算無輪邊減速器的主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速n：n=2.66Vamrr上式中：rrVam是轎車行駛時(shí)的平均速度，查閱相關(guān)資料，取V將以上參數(shù)代入到式（4-46）得：n=根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》軸承的壽命為：L=60nL?軸承A的壽命：L=代入到式（4-45）計(jì)算可得：C=104.31KN對于軸承B：（8）計(jì)算軸承B承受的當(dāng)量動(dòng)載荷：Q=XR+YA式中:X、Y同上；AR計(jì)算得出：Q=7.02代入到公式(4-45)中計(jì)算可得：C=26.87KN1.3.2從動(dòng)齒輪軸承的載荷計(jì)算與軸承的選型（1）查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》，初選從動(dòng)齒輪軸承：c=75F（2）計(jì)算從動(dòng)齒輪軸向力Fac與從動(dòng)齒輪徑向力FFac=FCcosFrc上式中：β2是從動(dòng)齒輪的中點(diǎn)螺旋角