1、摘要 隨著現(xiàn)代車輛載質(zhì)量的不斷提高，重型車輛的傳動比在不斷增大。為了適應(yīng)這一 要求，帶有輪邊減速器的雙級主減速器得到了廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計的輪邊減速器為行 星齒輪式輪邊減速器。由于其載重量大，對結(jié)構(gòu)強度要求較高，選用 2K-H 型行星齒 輪傳動機構(gòu)。根據(jù)車輛的總體設(shè)計要求，確定輪邊減速器的傳動比，參考同類型產(chǎn)品， 確定各個齒輪的齒數(shù)，選擇合適的材料及加工精度。對各種約束條件進(jìn)行驗證，然后 對各個零件進(jìn)行強度校核。結(jié)合輪邊減速器的設(shè)計參數(shù)對該齒輪副進(jìn)行效率檢驗。 本文利用三維實體建模技術(shù)對輪邊減速器進(jìn)行了虛擬制造和虛擬裝配，并進(jìn)行了 運動仿真。通過實體建模和裝配，對零件設(shè)計進(jìn)行干涉檢查。運用仿真技

2、術(shù)，對輪邊 減速器的運動干涉和運動正確性進(jìn)行檢查。 關(guān)鍵詞：輪邊減速器；強度校核；實體建模。 Abstract In this article, the designing of the wheel-side planetary reducer of SX4180 is introduced. According to the large loads, the 2K-H planetary reducer is chose. First, in accordance with the experience, the number of gears teeth is designed. Seco

3、nd, the material and the precision were chose. Then, according to the contact fatigue strength, the modulus of the gear pears can be got. After that, the bending fatigue strength should be checked. After designing the parameters, the size of modules can be got and the efficiency can be checked. As t

4、he last link of the system, the wheel side planetary do hard work. In this article, an efficient work will be done with the computer technology. Key Words: Wheel-side planetary reducer; strength check; Solid modeling. 目 錄 摘要.I ABSTRACT.II 目 錄.I 引 言.1 1緒論.2 1.1輪邊減速器研究背景.2 1.2輪邊減速器研究意義.3 1.3輪邊減速器文獻(xiàn)綜述.

5、4 1.4研究方向.9 2輪邊減速器設(shè)計.10 2.1車型數(shù)據(jù).10 2.2輪邊減速器設(shè)計計算.11 2.2.1輪邊減速器的傳動方案.11 2.2.2傳動比設(shè)計.14 2.2.3齒輪材料的選擇.14 2.2.4齒輪模數(shù)的設(shè)計.15 2.2.5齒輪幾何參數(shù)的確定及校驗.17 2.2.6輪邊減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計.20 2.2.7齒輪傳動效率.26 2.2.8齒輪強度校核驗算.27 2.2.8行星軸的設(shè)計.33 2.2.9花鍵的選用及校核.34 2.2.10潤滑方式的選擇.37 3輪邊減速器實體建模及運動分析.39 3.1實體建模技術(shù)的發(fā)展和選用.39 3.2輪邊減速器的實體建模與裝配.41 3.2.1

6、輪邊減速器實體建模.41 3.2.2輪邊減速器裝配圖.43 3.2.3輪邊減速器運動分析.45 結(jié) 論.50 致 謝.51 參考文獻(xiàn).52 引 言 在重型載貨貨車、礦用汽車、越野車或大型客車上，一般要求有較大的主傳動比 和比較大的離地間隙，滿足載貨汽車對重載和通過性的要求。輪邊減速器的出現(xiàn)，較 好的解決了這一問題。 本文設(shè)計的輪邊減速器采用行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)，與普通定軸齒輪傳動相比，有很 多優(yōu)點，如體積小、重量輕，變速比大等。輪邊減速器，其主要是由太陽輪、行星輪、 內(nèi)齒圈和行星輪架組成，其主動件太陽輪與半軸相連，被動件行星輪架與車輪相連， 齒圈與橋殼相接。從發(fā)動機經(jīng)變速器把動力傳遞到后橋的主減速

7、器，再從主減速器的 輸出端傳遞到輪邊減速器及車輪，以驅(qū)動車輛前進(jìn)或后退。在這一過程中，輪邊減速 器的工作原理就是把主減速器傳遞的轉(zhuǎn)速和扭矩經(jīng)過降速增矩后，再傳遞給車輪，提 高傳動效率，以便使車輪在地面附著力的反作用下，產(chǎn)生較大驅(qū)動力。 本文對輪邊減速器的傳動比，配齒數(shù)進(jìn)行了設(shè)計，并對安裝條件和零件強度進(jìn)行 了校核。利用實體建模技術(shù)對輪邊減速器進(jìn)行了虛擬制造和虛擬裝配并進(jìn)行了運動分 析。 1 緒論 輪邊減速器是傳動系統(tǒng)中的最后一級，所受到的扭矩最大，所以其強度和結(jié)構(gòu)合 理與否對于整個傳動系統(tǒng)有很大的影響。輪邊減速器的設(shè)計受到很多條件的限制，如 安裝條件、鄰接條件、同心條件和傳動方向等，因此在設(shè)計

8、輪邊減速器時要綜合考慮 各種約束條件。 一般輪邊減速器有普通定軸直齒和行星齒輪傳動兩種結(jié)構(gòu)形式，但由于普通定軸 直齒傳動有很多不可避免的缺點，如速比的限制、安裝尺寸的限制、傳動方向的限制 等，已經(jīng)很少。使用因此本文中所設(shè)計的輪邊減速器采用的是行星齒輪傳動。 1.1輪邊減速器研究背景 所有機械系統(tǒng)都由原動機、傳動系統(tǒng)、工作部件和控制系統(tǒng)組成。盡管工作部件 隨機器的用途而千變?nèi)f化，但傳動系統(tǒng)是不可缺少的組成部分。目前，齒輪傳動仍是 各類機械中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動形式。它靠主動輪的輪齒依次推動從動輪輪齒來 傳遞運動和動力，可以傳遞任意配備的平行軸、相交軸及相錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動，因 此齒輪傳動技術(shù)成

9、為機械工程技術(shù)的重要組成部分。由于齒輪傳動在機械行業(yè)乃至整 個國民經(jīng)濟中占有重要地位和發(fā)揮巨大作用，齒輪傳動被公認(rèn)為工業(yè)和工業(yè)化的象征。 在目前用于傳遞動力與運動的機構(gòu)中，減速機的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。幾乎在各式 機械的傳動系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機車，建筑用的 重型機具，機械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活中常見的家電， 鐘表等。其應(yīng)用從大功率的傳輸工作，到小負(fù)荷，高精度的角度傳輸都可以見到減速 機的應(yīng)用，而且在工業(yè)應(yīng)用上，減速機具有減速及增加轉(zhuǎn)矩功能。 在汽車行業(yè)中，由于車輛的工作環(huán)境復(fù)雜，需要適應(yīng)多工況、多轉(zhuǎn)速，變扭矩的 工作環(huán)境，減速機的應(yīng)用非常廣泛

10、。在車輛中，一般都設(shè)置有多級減速器和主減速器。 其中，主減速器分為單級主減速器和多級主減速器。雙級主減速器的第二級一般安裝 在輪轂內(nèi)，稱為輪邊減速器。 輪邊減速器是汽車傳動系中最后一級減速增扭裝置。由于采用輪邊減速器的驅(qū)動 橋結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜,成本較高,只有當(dāng)驅(qū)動橋總減速比大于12的工程機械、重型車和對 離地間隙有特殊要求的越野車,才推薦采用輪邊減速器，以滿足其特殊的工況要求。 目前，國內(nèi)外礦用汽車的驅(qū)動橋廣泛采用行星齒輪減速器。行星減速器與普通定 軸圓柱齒輪減速器相比，具有重量輕、體積小和傳動比大的優(yōu)點。輪邊減速器設(shè)置在 車輪的輪轂內(nèi)，使得整個驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時降低一級主減速器、半軸和差

11、速 器的負(fù)荷，減小傳動部件的結(jié)構(gòu)尺寸，保證后橋具有足夠的離地間隙，提高了車輛的 通過性能以及降低整車裝備質(zhì)量。 在載貨汽車設(shè)計中，前期的整車布局和軸荷計算階段已經(jīng)確定汽車所采用的輪胎 型號，因此相對應(yīng)的輪輞直徑也隨之確定。所以礦用汽車輪邊減速器的設(shè)計任務(wù)就是 在有限空間條件約束下，盡量減小各部件體積、提高傳遞扭矩能力。 1.2輪邊減速器研究意義 輪邊減速器多用于大型工程機械、載貨汽車、越野車及軍用車上。在過去多用單 級主減速器，單級主減速器存在體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜維修困難等弊端。為了改善通過 性，在此類汽車上一般使用二級主減速器，擴大主傳動比，增大離地間隙，改善通過 性。 變速裝置是傳動系統(tǒng)中很

12、重要的組成部分，它的設(shè)計的好壞直接關(guān)系到傳動效率、 燃油消耗率、汽車的使用壽命，甚至是能否啟動的問題。而輪邊減速器是傳動系統(tǒng)的 最后一部分，它起到了減速增扭和改變傳動方向的作用，直接將動力傳輸?shù)捷喬ド希?因此輪邊減速器的設(shè)計也至關(guān)重要。尤其是大型非公路用車和中型載貨汽車，由于路 面條件限制，必須將更多的傳動比分配到驅(qū)動橋上，因此輪邊減速器可以大大的改善 整車的結(jié)構(gòu)和性能。 車輛的另一個重要指標(biāo)是通過性。在一定載質(zhì)量下，汽車能以足夠高的平均車速 通過各種壞路及無路地帶和克服各種障礙的能力，稱為汽車的通過性。壞路及無路地 帶，是指松軟土壤、沙漠、雪地、沼澤等松軟地面及坎坷不平地段；各種障礙，是指

13、陡坡、側(cè)坡、臺階、壕溝等。輪邊減速器可以分配部分主減速器的傳動比，減小驅(qū)動 橋殼的體積，增大離地間隙，從而有效的提高車輛的通過性。 1.3輪邊減速器文獻(xiàn)綜述 通過機械傳動將動力機的速度降低，使之滿足執(zhí)行系統(tǒng)的需求的傳動裝置稱為減 速器。減速器根據(jù)傳動形式可分為齒輪減速器、渦輪減速器、齒輪-渦輪減速器、行星 齒輪減速器和擺線針輪減速器；根據(jù)齒輪的形式可分為圓柱、圓錐、和圓錐-圓柱齒輪 減速器。根據(jù)級數(shù)可分為單級和多級減速器。 在車輛中，減速器的應(yīng)用廣泛，主要有多級變速器和主減速器。主減速器是汽車 傳動系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。對發(fā)動機縱置的汽車來說，主減速器還利 用錐齒輪傳動以改變動力方

14、向。汽車正常行駛時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速通常在 2000 至 3000r/min 左右，如果將這么高的轉(zhuǎn)速只靠 變速箱來降低下來，那么變速箱內(nèi)齒輪 副的傳動比則需很大，而齒輪副的傳動比越大，兩齒輪的半徑比也越大，也就是變 速箱的尺寸會越大。另外，轉(zhuǎn)速下降，而扭矩必然增加，也就加大了變速箱與變速 箱后一級傳動機構(gòu)的傳動負(fù)荷。所以，在動力向左右驅(qū)動輪分流的差 速器之前設(shè) 置一個主減速器，可使主減速器前面的傳動部件如變速箱、分動器、萬向傳動裝置 等傳遞的扭矩減小，也可以使變速箱的尺寸、質(zhì)量減小，操縱省力。 為了滿足現(xiàn)代車輛的對載質(zhì)量不斷增大和適應(yīng)復(fù)雜路況的要求，主減速器應(yīng)設(shè)置 為多級。目前重型載貨車的主減速

15、器一般設(shè)置為兩級，其中第二級主減速器安裝在輪 轂中，稱為輪邊減速器。 由于周轉(zhuǎn)輪系具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊奏、傳動比高的特點，輪邊減速器一般采用此 種傳動形式。周轉(zhuǎn)輪系由行星輪，行星架，中心輪（太陽輪）三個基本部件構(gòu)成，按 其自由度的數(shù)目可以分為兩種基本類型：差動輪系，具有兩個自由度的周轉(zhuǎn)輪系，在 三個基本構(gòu)件中，必須給定兩個構(gòu)件的運動，才能求出第三個構(gòu)件的運動；行星輪系， 即具有一個自由度的周轉(zhuǎn)輪系，三個基本部件中，任意一個固定，在任意一個作為輸 入，剩下的作為輸出件。 行星輪系的分類，在庫氏分類方法中，行星齒輪傳動基本代號為：Z-中心輪，X- 轉(zhuǎn)臂，V-輸出軸（庫氏原著作中，K-中心輪，H-轉(zhuǎn)臂

16、） 。其基本構(gòu)件配置情況，可將行 星齒輪傳動分為2Z-X、3Z和Z-X-V三種基本傳動類型；其他結(jié)構(gòu)型式行星齒輪傳動大都 是它們演化型式或組合型式。 （1）Z-X 型行星齒輪傳動基本構(gòu)件包括有兩個中心輪 z 和轉(zhuǎn)臂 x 話，則該行星齒 輪傳動類型代號為 2Z-X，圖 1-1 和圖 1-2 所示為較常見 2Z-X 型傳動簡圖。當(dāng)轉(zhuǎn)臂 x 固定時，若該行星齒輪傳動中中心輪 a 與內(nèi)齒輪 b 轉(zhuǎn)向相反，即其轉(zhuǎn)臂 x 固定傳動比 ix0,則稱其為Z-型正號機構(gòu)。 圖 1-1 2Z-X 型負(fù)號機構(gòu) 圖 1-2 2Z-X 型正號機構(gòu) 為了使型和型行星齒輪傳動中各種傳動型式都有一個確定傳動代號， 便于人們分

17、析研究各種傳動型式運動學(xué)、受力分析和效率計算以及強度計算等問題， 本文采用字母、附加一個上角標(biāo)和兩個下角標(biāo)來表示其傳動類型代號；上 角標(biāo)表示固定構(gòu)件，第一個下角標(biāo)表示輸入基本構(gòu)件，第二個下角標(biāo)表示輸出基本構(gòu) 件。例如，圖 1-1（a）所示 2Z-X 型（ix0）行星齒輪傳動，可用傳動代號 Aaxb 表示。 Aaxb 型行星齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，外形尺寸小，質(zhì)量小，傳動效率高等 特點。結(jié)構(gòu)合理條件下，通常，其傳動比范圍為 iaxb=2.813，傳動效率 axb=0.970.99。目前該傳動類型已獲了較廣泛應(yīng)用。 圖 1-1（b）所示具有雙齒圈行星輪 c-d2Z-X 型（ix0）傳動型式

18、，可用傳動代號 Baxb 表示。其合理傳動比范圍為 iaxb=716，傳動效率仍較高；但采用了雙齒圈行星 輪，故制造安裝較復(fù)雜些。 圖 1-1（c）所示為圓錐齒輪 2Z-X 型（ix0）行星齒輪傳動，用傳動代號 Dxab表示。按其傳動 比絕對值來說，ixab可以達(dá)到很大值。但其具有雙外嚙合齒輪傳動，嚙合摩擦損失較大， 故其傳動效率較低，一般，該 D 型行星齒輪傳動基本上不用于傳遞動力。 圖 1-2（b）所示 2Z-X 型（ix0）行星齒輪傳動（nP3） ，用傳動代號 Exeb（1）表 示。其合理傳動比范圍為 ixeb=830。它具有雙內(nèi)嚙合齒輪傳動，其嚙合摩擦損失較小。 當(dāng)傳動比 ixeb0）

19、行星齒輪傳動（nP=1） ，用傳動代號 Exeb（2）表示。其合理傳動比范圍為 iabe=30100。它具有（Zb-Zc）少齒差內(nèi)嚙合齒輪 傳動，其嚙合摩擦損失較小，故該行星齒輪傳動的傳動效率較高，abe值可達(dá) 0.9。 （2）3Z 型行星齒輪傳動。圖 1-3 所示 3Z 型行星齒輪傳動中，其基本構(gòu)件是三個 中心輪 a、b 和 e，故其傳動類型代號為 3Z。3Z 型行星傳動中，其轉(zhuǎn)臂 x 不承受外力 矩作用， ，它基本構(gòu)件，而用于支承行星輪心軸所必需結(jié)構(gòu)元件， ，該轉(zhuǎn)臂 x 又可稱為 行星輪支架（簡稱為行星架） 。 圖 1-3 3Z 型行星齒輪傳動 3Z 型行星齒輪傳動中，較常見傳動型式有如下

20、三種。 1）3Z（）型：具有雙齒圈行星輪 3Z 型行星齒輪傳動，如圖 1-3（a）所示。它 結(jié)構(gòu)特點是：內(nèi)齒輪 b 固定，而旋轉(zhuǎn)中心輪 a 和 e 分別與行星輪 c 和 d 相嚙合，故可 用傳動代號 3Z（）表示。各種機械傳動中，它已獲了較廣泛應(yīng)用。3Z（）型較合 理傳動比范圍為 iabe=20300，其傳動效率 abe=0.80.9。 2）3Z（）型：具有單齒圈行星輪 c3Z 型行星齒輪傳動，如圖 1-3（b）所示。 該 3Z 型行星傳動結(jié)構(gòu)特點是：三個中心輪 a、b 和 e 同時與單齒圈行星輪 c 相嚙合； 即內(nèi)齒輪 b 固定，兩個旋轉(zhuǎn)中心輪 a 和 e 同時與行星輪 c 相嚙合，故可用傳

21、動代號 3Z（）表示。它是一項較新型行星齒輪傳動，目前該項傳動新技術(shù)我國齒輪傳動中 已獲了日益廣泛應(yīng)用。3Z（）型合理傳動比范圍為 iabe=50300，其傳動效率為 abe=0.700.84。 3）3Z（）型：具有雙齒圈行星輪 3Z 型行星齒輪傳動，如圖 1-3（c）所示。它 結(jié)構(gòu)特點是：內(nèi)齒輪 e 固定，兩個旋轉(zhuǎn)中心輪 a 和 b 與同一個行星輪 c 相嚙合，而另 一個行星輪 d 與固定內(nèi)齒輪 e 相嚙合；故可用傳動代號 3Z（）表示。它傳動比 iabe 范圍和傳動效率與 3Z（）型基本相同。 ，實際應(yīng)用中，一般很少采用 3Z（）型行 星齒輪傳動。 在此，應(yīng)該指出是：3Z 型行星齒輪傳動用

22、于短期間斷工作機械傳動裝置中最為合 理，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大和傳動效率較高等特點。但 3Z 型行星傳動制造和安 裝比較復(fù)雜。當(dāng)中心輪 a 輸出時，傳動比|i|大于某個值后，該行星齒輪傳動將會產(chǎn)生 自鎖。其中，3Z（）型行星傳動結(jié)構(gòu)更加緊湊，制造安裝較 3Z（）型簡單。但 3Z（）型行星傳動中，其內(nèi)齒輪 b 和 e 齒數(shù)不相等，即 zbze；公共行星輪 c 既要 與中心輪 a 相嚙合，同時又要與內(nèi)齒輪 b 和 e 相嚙合，故該 3Z 型行星傳動必須采用角 度變位。進(jìn)行角度變位計算時，其各個齒輪應(yīng)選擇不同變位系數(shù)，以保證各嚙合齒輪 副具有相同角度變位中心矩 a,以滿足 3Z（）型行星齒輪傳動同

23、心條件。但 3Z（）型行星傳動進(jìn)行角度變位后嚙合角 a大于壓力角 a，即 aa=20，故其傳動 效率較 3Z（）型要低些。 （3）Z-X-V 型行星齒輪傳動 把 2Z-X(A)型傳動中齒輪 a 去掉，將行星輪 c 直徑增大，并使內(nèi)齒輪 b 與行星輪 c 齒數(shù)差變很少；然后將從動輪 c 運動機構(gòu) W 傳到輸出軸 V，則可構(gòu)成一個由轉(zhuǎn)臂 x 主動和行星輪 c 從動少齒差行星齒輪傳動（見圖 1-4） 。 少齒差行星齒輪傳動中，其基本構(gòu)件是一個中心輪 b(代號 Z)、轉(zhuǎn)臂 x 和輸出軸 V，故其類型代號為 Z-X-V。行星輪 c 軸線與輸出軸 V 存一個偏心距離，需要設(shè)置一 個將行星輪 c 回轉(zhuǎn)運動傳

24、遞到輸出軸 V、傳動比等于 1 輸出機構(gòu)（即 W 機構(gòu)） 。該行 星傳動嚙合齒輪副僅有一個 c-b 傳動形式，故它不必再用其他傳動代號。漸開線少齒 差行星齒輪傳動和常見擺線針輪行星傳動大都屬于 Z-X-V 型行星傳動。 圖 1-4 Z-X-V 型傳動 Z-X-V 型漸開線少齒差行星齒輪傳動傳動范圍為 ixvb=10100，傳動效率為 =0.750.93。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、加工方便，但行星輪軸承徑向力較大，適用于中小 功率，一般 p18kw,個別達(dá)到 2045kw；傳動比較大，適用于短期工作。若采用擺線 針輪行星傳動，則適用于功率 P100kw，任何工作制度，其傳動效率為 =0.900.97。

25、目前應(yīng)用較廣泛，但制造精度要求較高，且高速軸轉(zhuǎn)速 nx1500r/min。 2KH 型傳動方式簡便，采用較普遍，零配件采購也更方便。因此在本輪邊減速 器的設(shè)計中也采用 2KH 型。2KH 型傳動中，有正號機構(gòu)和符號機構(gòu)之分，且他 還可分為更多種的形式。如：NGW、NW、WW，NN。他們的傳動比范圍和傳動效率， 以及傳動功率范圍都有很大的不同。根據(jù)本次要設(shè)計的輪邊減速器的傳動比為大約 3.47，而 NGW 型最佳傳動比為 39，因此選用 NGW 型行星齒輪傳動系統(tǒng)。 NGW 型是動力傳動中應(yīng)用最多，傳動功率最大的一種行星傳動。他由內(nèi)外嚙合 和共用行星輪組成，它的結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸小，工藝性好，效

26、率高，雖然傳動比比 較小，但可通過多級串聯(lián)組成傳動比大的輪系。本設(shè)計中所需傳動比較小，因此不用 串聯(lián)，只需要單級。 1.4研究方向 本課題根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)對輪邊減速器的結(jié)構(gòu)形式及各部件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計和計 算。運用 UG 軟件進(jìn)行實體建模并進(jìn)行運動學(xué)分析。具體包括： 1. 減速器傳動比設(shè)計； 2. 材料選擇； 3. 幾何和強度校核； 4. UG 建模及運動分析； 2 輪邊減速器設(shè)計 2.1車型數(shù)據(jù) 表2-1 質(zhì)量參數(shù)：(kg) 載質(zhì)量12000整備質(zhì)量6500總質(zhì)量18000 表2-2尺寸參數(shù)： (mm) 外形尺寸580024882920軸距3500接近角/離去角(度)32/34 車箱內(nèi)部尺寸9

27、5002294550輪距1939/1830最小離地間隙240 其它參數(shù)： 1、最高車速：80kg/h 2、最大爬坡度(%)：40 3、軸數(shù)：2 4、車輪及輪胎：12.00R20 表 2-3 輪胎規(guī)格（mm） 輪胎規(guī)格新胎充氣后輪胎最大使用尺寸 規(guī)格斷面寬度外直徑負(fù)荷半徑 斷面寬度外直徑 一般花紋加深花紋一般花紋加深花紋 12.00R20315112511355263371153 5、發(fā)動機參數(shù) 康明斯發(fā)動機型號 C260 20 額定功率/轉(zhuǎn)速 191/2200 最大扭矩/轉(zhuǎn)速 1025/1400 低怠速 700_100 最高空載轉(zhuǎn)速 2500 排放法規(guī) Euro III 進(jìn)氣形式 增壓中冷 2

28、.2輪邊減速器設(shè)計計算 由于在輪邊減速器與車輪有裝配關(guān)系，所以在確定輪邊減速器尺寸時，應(yīng)考慮車 輪的安裝。輪邊減速器的輪廓尺寸也受到車橋的輪距限制，設(shè)計時應(yīng)予以考慮。 2.2.1 輪邊減速器的傳動方案 在選擇傳動方案之前，應(yīng)首先對SX4180型載貨汽車在動力性能上的要求以及整車 布置情況，可以大致對此輪邊減速器提出如下的設(shè)計要求： (1)從技術(shù)先進(jìn)性、生產(chǎn)合理性和實用要求出發(fā)，正確地選擇性能指標(biāo)(如2.2.2中輪 邊減速器設(shè)計傳動比和2.2.6中傳動效率等)、重量和主要尺寸，提出整體設(shè)計方案，并 在整體方案下對各零部件設(shè)計提供參數(shù)和設(shè)計要求； (2)要求所設(shè)計的輪邊減速器結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、安全

29、可靠性高、便于加工制造、 造型美觀、維修方便、運動協(xié)調(diào)； (3)零部件布置合理，方便其他環(huán)節(jié)如制動器等與減速器相匹配零部件的設(shè)計與安 裝； (4)工作安全可靠，運動較平穩(wěn)。 在常見的機械傳動中，可以作為減速傳動的傳動型式有：齒輪傳動、渦輪蝸桿傳 動、帶傳動、鏈傳動、液力傳動以及一些特殊的連桿機構(gòu)等。而齒輪傳動具有其傳動 可靠、傳動效率高、所占空間小等優(yōu)點，成為輪邊減速器的一種理想選擇。 齒輪傳動應(yīng)用于輪邊減速器，其工程實例已經(jīng)很廣泛。其中普通定軸圓柱齒輪 式輪邊減速器是由一對圓柱齒輪構(gòu)成，可以將主動齒輪置于從動齒輪的垂直上方或者 將主動齒輪置于從動齒輪的垂直下方等兩種方案。第一種方案可以提高汽

30、車的離地間 隙；某些雙層公交車，為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂的地板高度，提高汽車的穩(wěn)定 性和乘客上下車的方便性，便將圓柱齒輪減速器的主動輪置于從動輪的下方。 普通定軸圓柱齒輪輪邊減速器結(jié)構(gòu)型式簡單，零部件少，但是如果將其作為載貨 汽車的輪邊減速裝置，其不足之處很明顯：為了保證傳動比，即使將驅(qū)動橋半軸輸出 端的齒輪直徑盡量減小，但是與之嚙合的齒輪的直徑仍然較大，如果將驅(qū)動軸置于輪 轂從動齒輪上方，則會使驅(qū)動橋重心位置升高，不利于汽車的穩(wěn)定性；相反地，如果 將驅(qū)動電機軸置于輪轂從動齒輪下方，就必然會使車輛的離地間隙減小，從而降低了 汽車的通過性。這都不是理想的設(shè)計目標(biāo)。 而齒輪減速傳動的另一種型式

31、行星齒輪傳動，則很適合于如前所述的設(shè)計要 求。其依據(jù)是行星齒輪傳動有如下主要特點： (1)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。由于行星齒輪傳動具有功率分流和動軸線的運動 特性，而且各中心輪成共軸線式的傳動，以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合。因此，可使其結(jié)構(gòu) 非常緊湊。由于在中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個行星輪來共同分擔(dān)載荷，故使得每 個齒輪受到的載荷較小，所以，可采用較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分采用了內(nèi)嚙 合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊、 重量輕，而承載能力卻很大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和重量約為普通定軸齒 輪傳動的 1/21/6； (2)傳動比較大。只需要選擇適當(dāng)

32、的行星傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾 個齒輪而得到很大的傳動比，即使在其傳動比很大時，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 的優(yōu)點； (3)傳動效率高。由于行星齒輪傳動的對稱性，即它具有數(shù)個均勻分布的行星輪， 使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡，從而有利于提高傳動效率。 在傳動類型選擇適當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率可以達(dá)到 0.970.99； (4)運動平穩(wěn)、抗沖擊和震動的能力強。由于采用了數(shù)個相同的行星輪，均勻地分 布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時，也使參與嚙合 的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和震動的能力強，工作較可靠。 雖然行星齒輪

33、傳動需要優(yōu)質(zhì)材料、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝也較困難。但是隨著人 們對行星齒輪傳動技術(shù)進(jìn)一步深入地了解和掌握，以及對國外行星齒輪傳動技術(shù)的引 進(jìn)和消化吸收，輪邊減速器的傳動結(jié)構(gòu)和均載方式都不斷完善，同時生產(chǎn)工藝水平也 不斷提高。因此，對于它的制造安裝問題，目前已不再視為一件困難的事情。實踐表 明，在具有中等技術(shù)水平的工廠也是完全可以制造出合格的行星齒輪機構(gòu)的。 從以上論述可以看出，無論是從傳動型式上，還是從制造加工的可操作性上，行 星齒輪作為此輪邊減速器都是可行的。因此 SX4180 型載貨汽車輪邊減速器采用行星齒 輪傳動結(jié)構(gòu)。 行星齒輪傳動的類型很多，分類方法也不少。國內(nèi)主要采用的是前蘇聯(lián) B.H

34、.庫的 略夫采夫提出的按照行星齒輪傳動機構(gòu)的基本構(gòu)件分類的方式。把行星齒輪傳動的基 本代號設(shè)為：K-中心輪，H-轉(zhuǎn)臂，V-輸出軸。行星齒輪的分類有：2K-H、3K 和 K-H-V 三種基本形式，而其他結(jié)構(gòu)型式的行星齒輪傳動大都是以上三種結(jié)構(gòu)的演化型式或組 合形式。 同時，2KH 型行星齒輪結(jié)構(gòu)具有制造簡單、安裝方便、外形尺寸小，重量輕、傳 動效率高等特點，雖然 3K 及 K-H-V 型也有傳動比大、效率高等特點，但考慮到外形尺 寸、重量以及制造的難易程度等因素，在此設(shè)計中選擇 2K-H 型行星齒輪結(jié)構(gòu)作為輪邊 減速器的傳動形式。再綜合考慮 2K-H 型傳動中不同傳遞方案的優(yōu)缺點，在此設(shè)計中采

35、用 NGW 型正號機構(gòu)，因為 NGW 型行星齒輪傳動除具有一切 2K-H 型行星齒輪傳動的特點， 并且傳動比不受限制、不受工作制度和使用功率的限制。所謂 2K-H 正號機構(gòu)，即指當(dāng) 外齒圈固定時，行星齒輪的中心輪與轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)向相同。在載貨汽車上，為了使結(jié)構(gòu)緊 湊，在空間上對輪邊減速器的設(shè)計需要進(jìn)行限制，因此，在此設(shè)計中選擇單排圓柱行 星齒輪減速器是較理想的型式。 通過以上分析，本設(shè)計中輪邊減速器的傳動方案采用行星齒輪傳動 2K-H、NGW 型的行星齒輪傳動系統(tǒng)，齒圈固定于車體上，太陽輪作為輸入件，行星架作為輸出件， 其結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖2-1 齒輪傳動簡圖 2.2.2 傳動比設(shè)計 由所給條件知傳

36、動比 3.47，現(xiàn)根據(jù)輪邊減速器的使用條件，考慮輪胎結(jié)構(gòu)尺寸的 限制，初步選定太陽輪的齒數(shù) Za=23,行星輪數(shù)目 np=5，行星輪齒數(shù) Zc=17,內(nèi)齒圈齒數(shù) Zb=57。若不合理再重新選擇。 根據(jù) 2K-H 型行星齒輪傳動的傳動比 (2-1)111 bx b axab a Z ipiip Z 因此特性參數(shù) p=2.47 1 b a Z pip Z Zb=pZa=2.4723=56.8 (2-2) (2-3)9 .1623Z 2 47 . 1 2 2 c a i Z p 取 Zc=17,Zb=57 (2-4)48 . 3 11i 23 57 a b Z Zb aH (2-5)%3%3 . 0

37、 38 . 3 37 . 3 48 . 3 p p i ii i 因此傳動比是合格的。 即，最后確定 Za=23,Zb=57,Zc=17。 2.2.3 齒輪材料的選擇 在行星齒輪傳動中，齒輪材料的選擇主要是根據(jù)齒輪傳動的工作條件、結(jié)構(gòu)條件 (外形尺寸和重量)和經(jīng)濟性條件等方面的要求來確定的。 齒輪的材料與齒輪的工作環(huán)境以及應(yīng)力循環(huán)情況有很大關(guān)系。行星齒輪傳動中的 中心輪同時與幾個行星齒輪嚙合，載荷循環(huán)次數(shù)最多，通常中心輪是行星傳動中最薄 弱的環(huán)節(jié)。因此，在一般情況下應(yīng)選用承載能力較高的合金鋼，采用表面淬火、滲碳 淬火和滲氮等熱處理方法，以增加表面硬度。 在 2K-H 型行星齒輪傳動系統(tǒng)中，行星

38、輪同時與中心輪和內(nèi)齒輪嚙合，齒輪承受雙 向載荷，因此行星輪易出現(xiàn)輪齒疲勞折斷。同時，在行星齒輪傳動中如果出現(xiàn)輪齒折 斷則會產(chǎn)生很大的破壞性。折斷后輪齒碎塊掉落在內(nèi)齒輪的輪齒上，當(dāng)行星輪與內(nèi)齒 輪相嚙合時，使得其嚙合傳動被卡死，從而產(chǎn)生過載現(xiàn)象而影響整個傳動系統(tǒng)及發(fā)動 機，或使得整個行星減速器全部損壞。所以在設(shè)計行星齒輪傳動時，應(yīng)合理地提高齒 輪的彎曲強度，增加其工作的可靠性是非常重要的。此設(shè)計中對行星輪選用與中心輪 相同的材料和熱處理方法。 一般情況下內(nèi)齒輪強度的強度較大，同時由于本設(shè)計中所傳遞的功率較小，因此 可采用稍差一些的材料，齒面硬度可以低一些，通常只是調(diào)質(zhì)處理，也可表面淬火和 滲氮。

39、 在嚙合齒輪的硬度配合方面，通常保持配對的兩齒輪的齒面硬度差為 3050MPa 或更大。當(dāng)小齒輪的齒面具有較大的硬度差，且轉(zhuǎn)速較高時，在運轉(zhuǎn)過程中較硬的小 齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的 疲勞強度。當(dāng)配對的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時，大齒輪的接觸疲勞需用應(yīng)力可 提高約 20，當(dāng)然硬度高的齒面的粗糙度也應(yīng)相應(yīng)地提高。 由于齒輪材料及其熱處理是影響齒輪承載能力和使用壽命的關(guān)鍵因素，也是影響 齒輪生產(chǎn)質(zhì)量和加工成本的主要條件。選擇齒輪材料的一般原則是：既要滿足其性能 要求，保證齒輪傳動的工作可靠，安全；同時又要使其生產(chǎn)成本較低。對于中低速， 重載的重型機

40、械的行星齒輪傳動裝置應(yīng)選用調(diào)制鋼。經(jīng)正火調(diào)質(zhì)或表面淬火，使其獲 得機械強度，硬度和韌性等綜合性能較好。 根據(jù)本課題所研究的輪邊減速器的使用環(huán)境，維修條件以及重型載貨汽車的重型 重載特征，輪齒載荷性質(zhì)，承載能力，結(jié)合齒輪常常發(fā)生的失效形式，并考慮加工工 藝、材料來源、使用壽命和經(jīng)濟性等條件，經(jīng)綜合，選擇齒輪材料和熱處理方式見下： 中心輪，材料選用 20CrMnTi，齒面硬度范圍 HRC6062，熱處理方式為齒面滲碳淬火， 強度參數(shù)取 Hlim=1550N/2，F(xiàn)/lim=600N/2；行星輪，材料選用 20CrMn 面，齒面 硬度范圍 HRC5658，并要求心部硬度HRC35，熱處理方式為齒面滲

41、碳淬火，心部硬 度=HRC35，強度參數(shù)取 Hlim=1550N/2，F(xiàn)/lim=600N/2；內(nèi)齒圈，材料選用 40CrMo，齒面硬度范圍 HB260290，熱處理方式為調(diào)質(zhì)表面淬火處理，強度參數(shù)取 Hlim=1160 N/2；Flim=360N/2。 2.2.4 齒輪模數(shù)的設(shè)計 在行星齒輪傳動中，外嚙合的中心輪通常是行星傳動中的薄弱環(huán)節(jié)。由于它處于 輸入軸上，且同時與幾個行星輪相嚙合，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)最多，承受載荷較大，工作條 件較差。因此，一般中心輪首先產(chǎn)生破壞。 對于閉式傳動，應(yīng)同時滿足接觸強度和抗彎強度要求。在設(shè)計行星齒輪傳動時， 其主要參數(shù)可參照類比法，即參照已有的同類型的行星齒輪傳動

42、來進(jìn)行初步確定；或 者根據(jù)具體的工作條件、結(jié)構(gòu)尺寸和安裝條件來確定。 硬齒面齒輪的設(shè)計方法為按照彎曲疲勞強度對齒輪模數(shù)進(jìn)行計算，按照齒面接觸 疲勞強度進(jìn)行校核。 （1）按彎曲強度的初算公式計算齒輪的模數(shù) 行星輪數(shù)目時，各個行星輪上的載荷均勻（或采用載荷分配不均勻系數(shù)n2 p 進(jìn)行補償） ，因此只需要分析和計算其中的一對齒輪副即可，中心輪 a 在每一對嚙 p K 合副（即在每個功率分流上）中所承受的輸入轉(zhuǎn)矩由下式計算 ： (2-6) 1 1 1 9549 a pp Tp T nn n 或者按啟動時轉(zhuǎn)速最小，轉(zhuǎn)矩最大來計算 小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩 N.m； 1max 50.6 1025 6.89 1.6

43、551398.33TTi 中心輪 a 所傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.m； a T 差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)； 行星輪數(shù)目。 p n 中心輪 1 的模數(shù)可由下式估算 （2-7） 3 lim 2 1 11 Fd FaFpFA m z YKKKT Km 算式系數(shù)，對于直齒輪傳動，對于斜齒輪傳動； m K12.1 m K11.5 m K 嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩，N.m；應(yīng)是功率分流后的值； 1 T 使用系數(shù)； A K 綜合系數(shù)； F K 計算彎曲強度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)； Fp K 小齒輪系數(shù)； 1Fa Y 小齒輪齒寬系數(shù)； d 齒輪副中小齒輪齒數(shù)； 1 z 試驗齒輪彎曲疲勞極限，,且取和中的較小值。 l

44、imF 2 /mmN 1limF 1 2 2lim Fa Fa Y Y F （2）相關(guān)系數(shù)的確定 算式系數(shù)：本課題采用直齒輪傳動算式系數(shù)； m K12.1 m K 使用系數(shù)：按原動機均勻平穩(wěn)，工作機中等沖擊取使用系數(shù)； A K1.35 A K 綜合系數(shù)：綜合系數(shù)； F K 1.6 F K 計算彎曲強度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)：根據(jù)經(jīng)驗，取行星輪間載荷 Fp K 分布不均勻系數(shù)；1.1 Fp K 小齒輪齒形系數(shù)：按 z=23 和 x=0 取小齒輪齒形系數(shù)； 1Fa K 1 2.68 Fa K 小齒輪齒寬系數(shù)：小齒輪齒寬系數(shù)。 d 0.62 d （3）模數(shù)的確定 3 lim 2 1 11 Fd

45、 FaFpFA m z YKKKT Km 將所有系數(shù)及 T1=1398.33N.m、Z1=23, Flim=800 N/2, 代入式 2.8 解得 m=3.91。 參照標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表，取行星輪系的模數(shù) m=4。 2.2.5 齒輪幾何參數(shù)的確定及校驗 （1）嚙合參數(shù)計算 以標(biāo)準(zhǔn)齒輪計算公式計算齒輪參數(shù)，進(jìn)行齒輪嚙合校核。 d23 492 aa zmmm d57 4228 bb zmmm d17 468 cc zmmm 2c2 da b d d 中心距滿足嚙合條件，不需要變位。 （2） 齒輪幾何尺寸的計算 其中齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)； * 1 a h * 0.25c 分度圓直徑 d23 492 57 4

46、228 17 468 a b c mm dmm dmm 基圓直徑 cos87.5 cos216.8 cos64.6 baa bbb bcc ddmm ddmm ddmm 齒頂高 * * * h4 4 4 aaa aba aca m hmm hm hmm hm hmm 齒根高 * * * ()5 ()5 ()5 faa fba fca hhcmmm hhcmmm hhcmmm 齒頂圓直徑 2100 2220 276 aaaaa abbab accac ddhmm ddhmm ddhmm 齒根圓直徑 282 2238 258 faafa fbbfb fccfc ddhmm ddhmm ddhmm

47、齒頂圓壓力角 1 1 2 2 3 3 arccos31.79 arccos9.78 arccos23.56 o b aa a o b ab a o b ac a d d d d d d 端面重合度 1 tantantantan1.17 2 1 tantantantan1.94 2 acaaacac cbcacbab zz zz （3）裝配條件的驗算 在設(shè)計行星齒輪傳動機構(gòu)時，除保證要求的傳動比外，還必須滿足行星齒輪特殊 的裝配條件。 1) 鄰接條件 在行星齒輪傳動中，為了使各行星輪不產(chǎn)生相互碰撞，須保證相鄰行星齒輪之間 有一定的間隙，從幾何關(guān)系上看是，兩相鄰行星輪的頂圓半徑之和應(yīng)小于其中心距。

48、 按式 2-8 校驗 (2-8) p acac n ad sin2 代入數(shù)據(jù)，有 滿足條件。682 80 sin 180594 2) 同心條件 在行星齒輪傳動中，由于其中心輪軸線與主軸線重合，故各行星輪與中心輪相嚙 合的中心距相等。因此對于 2K-H(A)型行星齒輪，在對齒輪進(jìn)行角度變位 設(shè)計時其同心條件按式 2-9 校驗 (2-9) coscos bc cb ac ca zzzz 代入數(shù)據(jù)，無變位，有 23+17=57-17，滿足同心。 其中，分別為太陽輪-行星輪嚙合角和行星輪-內(nèi)齒圈嚙合角。 , ac , bc 3) 安裝條件 在行星齒輪傳動中，為了提高其承載能力，在此設(shè)計中采用3個行星輪

49、，即。 3 p n 為了使嚙合時的徑向力相互抵消，于是將3個行星輪均衡地分布在傳動的中心圓上。所 以要求各輪的齒數(shù)滿足安裝條件，即安裝在轉(zhuǎn)臂H上的3個行星輪均衡地分布在中心輪 的周圍時，各輪齒數(shù)應(yīng)滿足的條件。 按式 2-10 校驗 (2-10) )( 為正整數(shù) p ba n zz 代入數(shù)據(jù)，Za=23,Zb=57,np=5, 得到，為整數(shù)，滿足安裝條件。 2357 16 5 2.2.6 輪邊減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 2-2 行星齒輪傳動 UG 模型 （1） 行星齒輪系均載機構(gòu) 為了使行星輪間載荷分布均勻，以提高行星齒輪傳動的承載能力，在設(shè)計行星齒 輪傳動時，一般應(yīng)設(shè)法采取行星輪間載荷分布均勻措施，

50、從而有效地降低了行星齒輪 傳動的制造精度和較容易的裝配，且使行星齒輪傳動輸入的功率能通過所有的行星輪 進(jìn)行傳遞，即可進(jìn)行功率分流。根據(jù)該機構(gòu)的功用和工作情況，通?？刹捎没緲?gòu)件 浮動的均載機構(gòu)。 所謂行星輪間載荷分布均衡，就是指輸入的中心輪傳遞給各行星輪的嚙合作用力 大小相等。本設(shè)計中采用了行星輪數(shù)np=5的結(jié)構(gòu)形式，以便利用同心軸齒輪之間的空 間，設(shè)置5個行星齒輪來分擔(dān)載荷，形成功率分流，并達(dá)到無徑向載荷的扭矩傳遞，這 種形式是非常合理的。采用多個行星輪的傳遞方式，使得行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊、 重量輕、體積小，承載能力大。但是在行星齒輪傳動的設(shè)計中，不能過度地強調(diào)其傳 動比大、結(jié)構(gòu)緊湊和承載能力大等優(yōu)