機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-純電動(dòng)迷你巴士驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)（全套圖紙） .pdf

車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 i 純電動(dòng)迷你巴士（驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)）純電動(dòng)迷你巴士（驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)） 摘摘 要要 驅(qū)動(dòng)橋存在于傳動(dòng)系最后端，它的最基本的作用就是增距、降速,作用到 它上面的力均來自于路面和車架或車身中間。它的性能的好壞直接決定車輛 性能的好與壞，特別是對純電動(dòng)迷你巴士更應(yīng)該注意這一點(diǎn)，這次所做的設(shè) 計(jì)有部分參數(shù)是已經(jīng)給定的，和大多數(shù)的設(shè)計(jì)者一樣，我主要是參照了一些 傳統(tǒng)的方法，此外，還詳細(xì)查找了相類似的車型，基本了解和掌握了大量數(shù) 據(jù)之后我們開始動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)之前主減速器，差速器，半軸和橋 殼結(jié)構(gòu)和類別還是得先確定下來的。然后進(jìn)行齒輪和軸的強(qiáng)度校核，針對的 主要是相應(yīng)軸承的壽命，和各個(gè)齒輪的強(qiáng)度以及它們的安裝要求。整個(gè)設(shè)計(jì) 我們所選擇的任何東西都是有理有據(jù)的，所以，我們才敢那么肯定的說我們 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋是合理有效的，是符合實(shí)際生產(chǎn)使用要求的。為了確保設(shè)計(jì)出 來的東西維修保養(yǎng)更為方便、快捷，各個(gè)零件的設(shè)計(jì)都應(yīng)該都必須具有四化： 標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化，產(chǎn)品化。 關(guān)鍵字：微型客車，驅(qū)動(dòng)橋，主減速器，差速器，半軸 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ii pure electric mini bus abstract the drive axle is at the end of the power transmission system, and its basic function is to improve the torque and deceleration,the acting force acting between the pavement and the frame or the body. its performance has a direct impact on the performance of the whole vehicle, and is particularly important for the bus. the main components of the drive axle are the main reducer, the differential, the axle shaft, and other drive and drive axle housing, etc. this design according to the given parameters, according to the traditional design method and reference the same type of car to determine the main reducer, differential, axle and axle housing structure type. finally, design parameters and check the strength and life of the main main reducer, a driven gear, axle shaft gear and planetary gear. drive bridge in the design process the basic guarantee of reasonable structure, in line with the practical application, the assembly and parts design as much as possible to meet the standardization of parts and components of the general and product series and auto deformation, convenience of repair and maintenance, parts of the process and easy manufacture. key words: mini- bus ,drive axle ,main reducer differential ,half axle 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 目錄目錄 前言前言 1 第一章第一章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 2 第二章第二章 主減速器設(shè)計(jì)主減速器設(shè)計(jì) 3 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 3 2.1.1 主減速器的齒輪類型 3 2.1.2 主減速器的減速形式 3 2.1.3 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 3 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 4 2.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 4 2.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 5 2.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 7 2.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 9 2.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 13 2.2.6 主減速器軸承的計(jì)算 14 第三章第三章 差速器設(shè)計(jì)差速器設(shè)計(jì) 21 3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 21 3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 21 3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 22 3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 22 3.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 24 3.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 26 第四章第四章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 28 4.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 28 4.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 29 4.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 29 4.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 29 第五章第五章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 31 5.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) 31 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 5.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 32 5.2.1 汽車以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 32 5.2.2 汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算 35 結(jié)論結(jié)論 37 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 39 致謝致謝 40 附錄附錄 41 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 前言前言 驅(qū)動(dòng)橋位于車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)最終，它的眾多功能中的基本功能是增加扭 矩，降低轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并改變力的傳遞方向，換句話說就是增大直接或間接由 變速器傳遞過來的轉(zhuǎn)矩，并將它合理的分配到驅(qū)動(dòng)車輪的左右輪；此外，還 有很多其他形式的力作用到驅(qū)動(dòng)橋上，垂直力、橫向力和徑向力就作用到驅(qū) 動(dòng)橋上，此外還受到制動(dòng)力矩和反作用力矩等等作用。驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)造很是復(fù) 雜，不過我們只研究主要的幾個(gè)結(jié)構(gòu)，也就是主減速器，差速器，半軸和橋 殼等幾個(gè)部分。 在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋的整個(gè)過程中我們一定要時(shí)刻牢記以下幾點(diǎn)： 1） 主減速比是首先也是最重要的考慮的問題， 在一定的情況下必須具有 要求的燃料經(jīng)濟(jì)性和車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力性。 2） 外形尺寸盡量小，以確保汽車具有一定的離地間隙，用來達(dá)到通過性 的要求。 3） 齒輪及其他傳動(dòng)件工作穩(wěn)定，發(fā)出的聲音較小。 4） 在不同的載荷和轉(zhuǎn)速條件下下具有很高的傳動(dòng)效率。 5） 有足夠的強(qiáng)度和硬度以至于不管在什么情況下都能很好的承載力與 力矩；在此情況下，削減重量從而減小沖擊載荷，進(jìn)而增強(qiáng)車輛運(yùn)行 的平順性。 6） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩個(gè)看似好像與驅(qū)動(dòng)橋毫無關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)在這里 必須能夠和驅(qū)動(dòng)橋協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 7） 橋體的加工過程必須簡單，并且選料便宜，最最重要的是如果出現(xiàn)故 障必須保證維修簡便。 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 第一章第一章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 我們可以見到的驅(qū)動(dòng)橋的形式有很多種，在車輛驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)過程中如果 選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋，則懸架就采用獨(dú)立懸架，然而，要是我們使用非斷開式 驅(qū)動(dòng)橋，則就應(yīng)該采用非獨(dú)立懸架。由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋制造工藝簡單、制 造材料便宜而且工作狀態(tài)比較可靠，經(jīng)過對比國內(nèi)外的相關(guān)純電動(dòng)迷你巴士 的相關(guān)車型的設(shè)計(jì)，我們決定使用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 第二章第二章 主減速器設(shè)計(jì)主減速器設(shè)計(jì) 2.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 常遇到的主減速器其實(shí)總類還不是太多的，但是分類比較復(fù)雜，一般情 況下是根據(jù)它是何種類型的齒輪，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的配置方法和減速形 式的不同進(jìn)行分類的。 2.1.1 主減速器的齒輪類型 主減速器齒輪的形式也是不盡相同的，設(shè)計(jì)過程中常會遇到的也是使用 最為廣泛的就是以下幾種類型：弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪 蝸桿等。考慮到種種原因這次設(shè)計(jì)我選用的是弧齒錐齒輪，它所具有的特點(diǎn) 大致有以下幾點(diǎn)：各個(gè)齒輪的軸線相互垂直，此外它們還相交于一個(gè)點(diǎn)。這 種齒輪能夠承受很大的載荷，原因也有好多，其中值得一提的就是：齒輪端 面有很大的重合與交叉，因此第一時(shí)間參加嚙合的齒輪數(shù)會增多，此外，它 的輪齒的嚙合過度很平緩，是由齒的一端慢慢的向另一端過度的，以至于它 的工況良好；但是弧齒錐齒輪也存在一些不好的地方，值得一說的就是它對 嚙合精度的要求比較敏感，錐齒輪的安裝稍微不精確就會使輪齒運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境迅 速變差，從而加劇齒輪的磨損并且使其產(chǎn)生更大的噪聲。 2.1.2 主減速器的減速形式 在這次設(shè)計(jì)中主減速器總的傳動(dòng)比取值為 6.2，小于 7，參照相關(guān)資料這 次設(shè)計(jì)選用的主減速器是單級主減速器。單級主減速器具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是 在這里我們主要看中的是它的以下幾個(gè)好的地方：結(jié)構(gòu)以及制造簡單，所使 用的材料價(jià)格便宜，可以說是減速器中的最最基本的一種形式，并且它的應(yīng) 用超級廣泛。 2.1.3 主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 主減速器設(shè)計(jì)的各個(gè)齒輪必須具有所要求的嚙合狀態(tài)，此外，還必須保 證齒輪具有一定的剛度，這樣齒輪才會良好的，按照我們所要求的運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng) 過查閱資料、相關(guān)文獻(xiàn)和方案論證后，本設(shè)計(jì)采用跨越式支承結(jié)構(gòu)，此外從 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 動(dòng)錐齒輪的支承選用的是圓錐滾子軸承。 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 2.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 已知主減速器的傳動(dòng)比為 i0=6.2， 現(xiàn)在使用的主減速器錐齒輪通常采用 兩種切齒方式，一種是奧利康，一種是格里森，而本設(shè)計(jì)恰恰采用的就是格 里森式切齒方式。 1. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩ce niiikkttfdece/01max= mn （2-1） 上述式子中出現(xiàn)的未知參數(shù)的含義如下： 1i變速器最低檔傳動(dòng)比；0i 主 減 速 器 傳 動(dòng) 比 ；fi 分 動(dòng) 器 傳 動(dòng) 比 ； 且 fiii01=16.21=6.2 maxet電機(jī)輸出的峰值轉(zhuǎn)矩，在此取 466mn ； 變速器傳動(dòng)效率，在此取 0.97； n該車的計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取 1； dk緊急制動(dòng)時(shí)引起的動(dòng)載荷系數(shù)， 性能系數(shù)jf=0 的汽車：dk=1， jf0 的汽車：dk=2 或由實(shí)驗(yàn)選定。性能系數(shù)由下列式子計(jì)算 16 jf=0，也即dk=1 由以上各參數(shù)代入式子（2- 1）可求tce tce= 1 97. 02 . 6114661 =2802.524mn 2. 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩cst mcsirmgt mr =/22 mn （2- 3） 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 上述式子中出現(xiàn)的參數(shù)代表的含義如下： 2g滿載時(shí)車輛驅(qū)動(dòng)橋?qū)Φ孛?的最大載荷，2g=50009.8=49000n; 車輪對地面的黏著系數(shù)，本設(shè)計(jì)選用 0.85; r r車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用車輪的滾動(dòng)半徑為rr=0.386； 2m最大加速時(shí)車輛后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；商用車：1.11.2，本設(shè) 計(jì)選為 1.1； mi主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，mi=1； m主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳遞效率，m=0.95； 代入式子（2- 3），有：cst= 95. 01 386. 085. 01 . 149000 =18615.358n 由式子（2-1）和式子（2-3）計(jì)算出來的轉(zhuǎn)矩是最大作用在從動(dòng)錐齒輪 上的力矩，它和我們所熟悉的平均力矩不一樣。在從動(dòng)錐齒輪的 最大應(yīng)力計(jì)算過程中，轉(zhuǎn)矩的取值應(yīng)該是上述計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的最小 值，也就是說ct=mincecstt ,，故主減速器從動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷 為：ct=2802.524n.m 查閱資料，我們不難得到計(jì)算主動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式，計(jì)算式子 如下：zt= g c i t 0 （2-4） 式子中， o i 主傳動(dòng)比，在此取 6.2； g 各個(gè)齒輪之間的傳遞效率，本設(shè)計(jì)選用的是弧齒錐齒輪，查 閱相關(guān)表格可得 g 為 0.85； 將數(shù)據(jù)代入式子（2-4）得：zt=531.788n.m 2.2.2 錐齒輪主要參數(shù)的選擇 和主減速器錐齒輪相關(guān)的參數(shù)有很多，本設(shè)計(jì)中只計(jì)算了和設(shè)計(jì)相關(guān)的 一些尺寸參數(shù)，大致包括：主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù) 1 z和 2 z，從動(dòng)錐齒輪的大端 分度圓直徑 2 d、端面模數(shù)sm、主從動(dòng)錐齒輪齒面寬1b和2b、中點(diǎn)螺旋角 、 法向壓力角等。 1. 主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù) 1 z和 2 z 主、從錐齒輪齒數(shù)的選取主要注意以下幾點(diǎn)： 1）為了較好的磨合，齒數(shù) 1 z， 2 z最好保持互質(zhì)關(guān)系。 2）為了獲得合適重合度和很高的彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)加在一起 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 要大于或等于 40。 3）為了確保良好的工況，噪聲小和高的疲勞強(qiáng)度，商用車 1 z一般選擇大 于或等于 6。 4）當(dāng)主傳動(dòng)比 0 i 較大時(shí)， 1 z應(yīng)取得小一些，以獲得較好的離地距離。 5）對于不同的主傳動(dòng)比， 1 z和 2 z選擇應(yīng)該具體問題具體對待。 根據(jù)以上要求參考相關(guān)書籍資料和相應(yīng)的計(jì)算取： 1 z=7 2 z=43 故可以重新確定該車的主減速比：0i= 1 2 z z = 7 43 =6.143 再由重新確定的主減速比再次計(jì)算定客車主減速器計(jì)算載荷： niiikkttfdece/01max=2776.759 2. 從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑 2 d和端面模數(shù) sm 就這次設(shè)計(jì)而言我們選取的是單級主減速器，而單級主減速器我們還是 都很了解的，其驅(qū)動(dòng)橋殼的尺寸、高度和離地距離會隨著外形尺寸的改變而 改變，尺寸增大會有影響，尺寸減小同樣也會有影響。如果 2 d減小又會干涉 齒輪和差速器安裝。一般由于長期工作的積累和經(jīng)驗(yàn)，對一些數(shù)據(jù)都會有一 定的選擇標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來初步選定 2 d的尺寸，即 3 22 cdtkd= （2-5） 2dk直徑系數(shù)，一般取 13.015.3，本設(shè)計(jì)按 15 計(jì)算； tc 計(jì)算時(shí)從動(dòng)錐齒輪代入的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，mn ，本設(shè)計(jì)中它的數(shù)值 選擇為 tce 和 tcs 中的最小的那個(gè)數(shù)值。 所以 2 d=15 3 759.2776=210.8mm，則端面模數(shù) sm= 2 d/2z=210.8/43=4.9mm;此外，sm還具有如下的關(guān)系式sm=mk 3 ct， 其中mk為模數(shù)系數(shù)， 一般在 0.30.4 之間取值。 經(jīng)過計(jì)算可得：sm= （0.30.4） 3 759.2776=4.225.62，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選取模數(shù)sm=5，所以我們可以得到 2d=2zms=543=215mm。且滿足強(qiáng)度校核。 3. 主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬 1 b和 2 b 對于從動(dòng)錐齒輪齒寬的選擇，一般參照推薦數(shù)值，它的數(shù)值盡量不要大 于其節(jié)錐的 0.3 倍， 即223 . 0ab ， 此外，2b還必須具有如下的關(guān)系：smb102， 大量的事實(shí)告訴我們從動(dòng)錐齒輪齒寬的選擇可以參照下列式子進(jìn)行： 22155. 0db =0.155215=33.325mm 為了確保大齒輪全部參加嚙合，通常讓小齒輪比大齒輪齒面要寬一些， 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 本設(shè)計(jì)中選取1b=36.658mm 4.中點(diǎn)螺旋角 螺旋角的大小是跟著齒輪寬的改變而發(fā)生變化的， 并且我們還知道螺旋角 隨著齒端直徑的增大而增大。對于螺旋角 的選擇應(yīng)該充分考慮到由于螺旋 角的選擇會給齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小帶來的影響，既要考慮到 好的，也要考慮到不好的。變大，則同時(shí)參加嚙合的齒越就增多了，傳動(dòng) 的平穩(wěn)性增強(qiáng)，噪音降低，最重要的是我們會加強(qiáng)輪齒的強(qiáng)度。 車輛主減速器弧齒錐齒輪的螺旋角取值是有一定的要求的， 在設(shè)計(jì)過程中 只可能在 3540之間取，但是有個(gè)不成文的規(guī)定，那就是：商用車選用 的值相對小一些，目的是避免過大的軸向力的產(chǎn)生。 5. 螺旋方向 相互嚙合的一對錐齒輪的螺旋方向是相反的。 軸向力的方向受錐齒輪的旋 轉(zhuǎn)方向和螺旋方向的影響。具體的螺旋方向應(yīng)該具體問題具體分析。 6. 法向壓力角 壓力角的選取對齒輪的選用很是重要。一般情況下對于尺寸小的齒輪， 大壓力角未必是件好事，大壓力角容易改變齒尖寬度等，從而降低齒輪的端 面重疊系數(shù)。本設(shè)計(jì)采用的是格里森式主減速器錐齒輪，但對于這種減速器 來說，壓力角選擇為 20比較合適。 2.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 表 2-1 圓弧齒螺旋錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 號 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 單 位 1 主動(dòng)齒 輪數(shù) =7 2 從動(dòng)齒 輪數(shù) =43 3 端面模 數(shù) =5 m m 4 齒面寬 f1=33.325,f2=36.658 m 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 m 5 齒工作 高 gh=1hsm hg=7.80 m m 6 齒全高 gh=2hsm h=8.665 m m 7 法向壓 力角 =20 度 8 軸交角 =90 度 9 節(jié)圓直 徑 d1=35,d2=215 m m 10 節(jié)錐角 1=9.25,2=80.75 度 11 節(jié)錐距 a。=109.00 m m 12 周節(jié) t=15.71 m m 13 齒頂高 2 h=aksm,1 h=gh-2 h ak=0.27 h1=6.45，h2=1.35 m m 14 齒根高 h1=2.22，h2=7.32 m m 15 徑向間 隙 c=0.68 m m 16 齒根角 1=1.167,2=3.842 度 17 面錐角 01=13.092,02=81.917 度 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 18 根錐角 r1=8.083,r2=76.908 度 19 外圓直 徑 d01=47.73,d02=215.43 m m 20 節(jié)錐頂 點(diǎn)至齒 輪外緣 距離 01=106.46,02=16.17 m m 21 理論弧 齒厚 1s=t-2s,2s=msk ks=0.818 b s1=11.62,s2=4.09 m m 22 齒側(cè)間 隙 b=330. 0 m m 23 螺旋角 度 24 螺旋方 向 主動(dòng)齒輪為左旋，從動(dòng) 齒輪為右旋 25 驅(qū)動(dòng)齒 輪 小齒輪 26 螺旋方 向 從輪齒背面看，主動(dòng)齒 輪為順時(shí)針，從動(dòng)齒輪 為逆時(shí)針 2.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 主減速器齒輪各個(gè)參數(shù)選定以后，對其強(qiáng)度進(jìn)行檢測看是否滿足許用要 求，保證其有足夠的強(qiáng)度和預(yù)期的使用壽命，以保證其能安全可靠的進(jìn)行工 作。齒輪的破壞形式是進(jìn)行強(qiáng)度校核的重要依據(jù)，為此我們查閱相關(guān)書籍了 解了齒輪幾種主要的失效形式。 1） 齒輪的損壞形式及壽命 常見的有輪齒折斷、疲勞剝落、齒面膠合、磨損以及點(diǎn)蝕等等。 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 這次設(shè)計(jì)使用的齒輪常見的失效形式是疲勞損失，其中原因很多，最主 要的還要?dú)w結(jié)于車輛驅(qū)動(dòng)橋的齒輪承受的是交變載荷。參照具體的運(yùn)算式子 計(jì)算可得驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用彎曲應(yīng)力不能超過 200.9nmm 2 。詳細(xì)的數(shù)據(jù)我 們可以參照下表： 表 2-2 汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力 nmm 2 計(jì)算載荷計(jì)算載荷 主減速器齒主減速器齒 輪的許用彎輪的許用彎 曲應(yīng)力曲應(yīng)力 主減速器齒輪主減速器齒輪 的許用接觸應(yīng)的許用接觸應(yīng) 力力 差速器齒輪差速器齒輪 的許用彎曲的許用彎曲 應(yīng)力應(yīng)力 按式（按式（2-1）、式（）、式（2- 3）計(jì)算出）計(jì)算出 的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩 tec，tcs 中的中的 較小者較小者 600 2600 970 按式（按式（2- 4）計(jì)算出的平均計(jì)算）計(jì)算出的平均計(jì)算 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 tcf 200.9 1650 200.9 在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不能把最大持續(xù)載荷作為疲勞失效的決定，而只是作 為驗(yàn)算用的基準(zhǔn)應(yīng)力來用。 2） 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 （1） 單位齒長上的圓周力 車輛主減速器齒輪的使用時(shí)間的長短或者使用性能的好壞可以用其在 輪齒上的設(shè)定的單位長度的壓力來評估，也就是用下列式子進(jìn)行預(yù)算： 2b p p = nmm (2-6) 式中：p輪齒上的作用的圓周力，根據(jù)工況的不同采用不同的力矩，一般 有 temax 和rrg 2 兩種不同的力矩，單位是 n； 2b從動(dòng)輪齒的齒寬，在此取 40mm. 首先我們可以按照電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩先進(jìn)性計(jì)算， 具體計(jì)算公式見如下： 3 max 1 2 10 n 2 egti p d b = nmm （2-7） 式中：maxet電機(jī)傳出來的峰值轉(zhuǎn)矩，在此取 466mn ； gi變速器的傳動(dòng)比； 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 1d主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取 35mm. 對于多橋驅(qū)動(dòng)的汽車還應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，本車 n=1 按上式 p=1502.4 nmm 按最大附著力矩計(jì)算時(shí)： 2 2 3 2 2 10 b d rg p r = nmm （2-8） 在上面的公式里面有很多參數(shù)，它們具體的含義如下所述：2g在考慮車 輛最大加速時(shí)負(fù)荷增量時(shí)且車輛滿載時(shí)單個(gè)驅(qū)動(dòng)橋?qū)Φ孛娴淖?大負(fù)荷，本設(shè)計(jì)取值為 49000n； 車胎和行駛路面的黏著系數(shù)，本設(shè)計(jì)取值為 0.85： rr 車輪的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑，本設(shè)計(jì)中取 0.386m 按上式 p=854.342 nmm 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及計(jì)算的數(shù)據(jù)我們可以得到：在許用范圍內(nèi)，單位長度齒面 上的許用圓周力p最大可以達(dá)到 1648n/mm 2 。 （2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 車輛齒根彎曲應(yīng)力的計(jì)算我們可以參考下列計(jì)算公式： jmzbk kkkt v ms = 2 0 3 102 n/ 2 mm （29） 式中：t 齒輪強(qiáng)度計(jì)算時(shí)代入的載荷，nm; 0k超載系數(shù)；在此取 1.0 sk與材料、齒輪尺寸和熱處理相關(guān)的尺寸系數(shù)， 當(dāng) s mmm6 . 1時(shí)， 4 4 . 25 m ks=，在此 4 10 25.4 sk =0.7921 mk載荷分配系數(shù)； vk質(zhì)量系數(shù)，本次設(shè)計(jì)選取的數(shù)值為 1.0 b計(jì)算中代入的齒面寬度，mm; z 計(jì)算齒輪的齒數(shù)； m 端面模數(shù)，mm; j在計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)需要考慮的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它是 充分考慮了齒形系數(shù)以后的結(jié)果。 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 時(shí)刻注意載荷的作用位置，齒間載荷的分配、有用的齒寬以及 各種系數(shù)等對計(jì)算彎曲應(yīng)力的影響。 在我們計(jì)算彎曲應(yīng)力是使 用的是大端模數(shù)， 所以在綜合系數(shù)選定與計(jì)算中要進(jìn)行驗(yàn)算和 修改。按圖 2-1 選取小齒輪的j0.235，大齒輪j0.26. 按 上 式 3 1 2 2 1027571.1040 1 0.7921 1.05 1 80 8 5.9554 0.235 100.95 = 534.8781 n/ 2 mm 600 n/ 2 mm 3 2 2 2 1027571.1040 1 0.7921 1.05 1 75 47 100.26 = =501.3329 n/ 2 mm 600 n/ 2 mm 按 cf t 計(jì)算， 3 1 2 2 104848.6571 1 0.7921 1.05 1 80 8 5.9554 0.235 100.95 = =93.3562 n/ 2 mm 200.9 n/ 2 mm 3 2 2 2 104848.6571 1 0.7921 1.05 1 75 47 100.26 = =88.0011 n/ 2 mm 200.9 n/ 2 mm 綜上我們不難得出如下結(jié)論：我們所設(shè)計(jì)的輪齒符合強(qiáng)度要求。 圖 2-1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) j (3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算 錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為 bjk kkktk d c v fmsp j 3 0 1 102 = n/ 2 mm (2-10) 上面的公式中未知參數(shù)代表的含義如下：t 在計(jì)算主動(dòng)錐齒輪時(shí)代 入的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值； 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 pc 材料的彈性系數(shù)，在這次設(shè)計(jì)中選擇為 232.6 2 1 n /mm; 0k，vk，mk可以參照上述的說明介紹； sk尺寸系數(shù)，一般得考慮齒輪的淬透性，但是由于是初學(xué)者 我們參考了一下已有設(shè)計(jì)并取值為 1.0； fk 表面質(zhì)量系數(shù)。綜合考慮以及查閱相關(guān)車型，在這次設(shè) 計(jì)中我們選取表面質(zhì)量系數(shù)為 1.0; j接觸應(yīng)力計(jì)算過程中的綜合系數(shù)。它的選擇需綜合考慮許 多因素，特別是相對曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間 的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)等等，按圖 2-2 選 取j=0.1345 按上式 3 232.62 4848.6571 1.0 1.0 1.05 1 10 805.9554 0.95 1 80 0.1345 j = =1079.2534 1650 n/ 2 mm 由于主從動(dòng)此輪均滿足接觸應(yīng)力要求，所以所選用的是合理可行的。 相關(guān)參數(shù)的選取參照下圖： 圖 2-2 接觸計(jì)算用綜合系數(shù) 2.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 錐齒輪是傳動(dòng)系中工作環(huán)境最為糟糕的齒輪， 它所承受的載荷不僅很大， 變化形式多種多樣，而且它的作用時(shí)間也非常的長。錐齒輪壞掉的可能也是 多種的，在這里面最主要的也最常見的是齒根彎曲折斷、齒面剝落、磨損和 膠合等。為了避免以上種種現(xiàn)象的發(fā)生，我們對驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料選擇以及 熱處理方法做出了一下幾點(diǎn)要求： 必須具有滿足設(shè)計(jì)要求的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度，此外還要求具有良 好的硬度和超好的耐磨性； 沖擊載荷有時(shí)很大且多變，這就要求芯部必須要有很強(qiáng)的韌性，這 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 樣才能保證輪齒根部不會那么容易就被折斷； 各種加工性能要好，各種變形程度要在允許范圍類并且最好能夠被 掌控； 選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要考慮實(shí)際情況。 車輛主減速器的材料一般都是滲碳合金鋼。所以設(shè)計(jì)中齒輪的材料我 們選擇的都是 20crmnti。 2.2.6 主減速器軸承的計(jì)算 1錐齒輪齒面上的作用力 法向力可分解為圓周力、軸向力以及徑向力，并且在齒輪嚙合過程中一 直作用在齒輪齒面上。 計(jì)算作用在齒輪上的圓周力時(shí)，轉(zhuǎn)矩的計(jì)算是必不可少的。大量事實(shí)顯 示：疲勞損壞為軸承的主要失效形式，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)以當(dāng)量轉(zhuǎn)矩dt代入 式子進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)量轉(zhuǎn)矩的計(jì)算可以按照下列公式進(jìn)行計(jì)算： 3 1 33 3 33 3 2 22 3 1 11max 100100100100100 1 + + + = tr grir t gi t gi t gied f if f if f if f ifttl (2-11) 上面的式子中出現(xiàn)的參數(shù)所代表的含義如下：maxet電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩，本 設(shè)計(jì)選取 830nm； 1 if ，2if irf 不同檔位變速器的使用效率，可以參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行選擇； 1gi，2gigri不同檔位的傳動(dòng)比； 1tf，2tftrf不同檔位時(shí)電機(jī)的利用率， 參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇； 表 2-3 if 及tf 的參考值 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 經(jīng)計(jì)算dt為 1560.3200 圓錐齒輪齒面中點(diǎn)處的分度圓直徑的計(jì)算可以參照下面的公式： 222sinbddm= 2 1 21 z z ddmm= 經(jīng)計(jì)算md165.4233mm md2=384.0024mm (1) 齒寬中點(diǎn)處的圓周力 齒寬中心處所受到的周向力為 f md t2 n (2-12) 式中：t輪齒所受到的轉(zhuǎn)矩; md齒寬中心處的分度圓直徑. 按照以上的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算可得：主減速器主動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周 力 ： f = 2 1580.4090 67.4151 =43.6632kn （2）錐齒輪的軸向力和徑向力 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 圖 2-3 輪齒齒面受力分析圖 如上圖所示，主動(dòng)輪左旋，旋轉(zhuǎn)方向從右邊看過去為為逆時(shí)針，ft 為作 用在 a 點(diǎn)處的法向力，在 f 被分解成兩個(gè)垂直的力 f,f 垂直于 oa 且位于 a 點(diǎn)螺旋方向的法線面內(nèi)，而 oa 位于切線平面的切面。在該平面中，有周向的 力 f 和平行于節(jié)圓母線的力之分, 螺旋角和壓力角在圖中不難被看出，所以 我們不難得到如下結(jié)論： coscostff = （2-13） cos/tansinffftn= （2-14） tansincosfffts= （2-15） 所以，我們不難得到作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力 a 和徑向力 r， 并且它們的計(jì)算公式以及計(jì)算過程分別可以按照下述進(jìn)行表示： () cossinsintan cos cossin+=+= f fffsnaz （2-16） () sinsincostan cos sincos= f fffsnrz （2-17） 由式子（2-16）可計(jì)算 () 3 46.8859 10 tan22.5 sin9.66sin35 cos9.66 cos35 azf =+ =36343n 由式子（2-17）可計(jì)算 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 rzf() 3 46.8859 10 tan22.5 cos9.66sin35 sin9.66 cos35 = =17562n 2.主減速器軸承載荷的計(jì)算 軸承的軸向負(fù)載是上述軸向力的齒輪。但是，如果采用圓錐滾子軸承的 支持，則也應(yīng)考慮從軸向力產(chǎn)生的徑向力的效果。此外軸承的徑向還受到齒 輪的徑向力，軸承徑向支持向量圓周力和軸向力的反應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。 對于使用活性騎式錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪軸承徑向載荷，我們可以參考下 列圖例： 圖 2-4 主減速器軸承的布置尺寸 計(jì)算 a，b 軸承的徑向載荷我們可以如下計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： ()() 22 1 1 0.5rzaz am rf bfbfd a =+ （2-18） ()() 22 1 1 0.5brzaz m rf cfcfd a =+ （2- 19） 根據(jù)上式已知azf=35432n，rzf=17775n，a=125mm ，b=40mm，c=175mm md1 66.5476mm 因此：a 軸承的徑向力計(jì)算結(jié)果如下： ar =()() 221 46885.9 5017863 500.5 36343 67.4171 130 +=18312n 軸承 b 的徑向力 rb=()() 221 46885.9 18017863 1800.5 36343 67.4151 130 +=21443n 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 計(jì)算 a、b 軸承的派生軸向力我們可以參照下列計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： （2- 17） 式中： 為各軸承的徑向力；：18312 ：21443 為軸承的軸向系數(shù)。軸承、均為 1.7。 把上述數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的計(jì)算公式中計(jì)算出軸承的派生軸向力為： =5342.66 =6389.76 因?yàn)? az f ，所以軸承被放松，軸承被壓緊。對于圓錐滾子軸 承，由軸承被放松，所以其軸向力為其派生軸向力；軸承被壓緊，因此 它所受到的軸向力就是軸承的派生軸向力和齒輪的軸向力之和，它們的軸 向載荷可以分別表示為如下： =5342.66 =+ az f =41662.72 所以軸承所承載的當(dāng)量動(dòng)載荷可以按照如下計(jì)算公式計(jì)算： （2-18） 上述計(jì)算公式中： 、如上述所示； 徑向系數(shù)； 軸向系數(shù)。 各個(gè)參數(shù)的確定： ：18312 ：21443 ：5342.66 ：41662.72 對于單列圓錐滾子軸承來說，時(shí)，=1，=0；時(shí)，=0.4， =1.7； 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 對于軸承，0.290.35 a e r =，所以=1，=0； 對于軸承，0.630.35 a e r =時(shí)，=0.4，=1.7; 將上述各參數(shù)帶入式（2-18）中得： a q =18312 b q =97498 3 10 60 h p c l nf q = （2-19） 式中： 額定動(dòng)載荷，；軸承為 130kn，軸承為 152kn； 載荷系數(shù)；對于車輛取 1.21.8，取 1.2； 軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速，但是本設(shè)計(jì)的計(jì)算轉(zhuǎn)速2n 為 r am r v n 66 . 2 2= r/min (2-21) 式中：rr 車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，m amv車輛的平均車速，km/h;通常情況下再設(shè)計(jì)過程中取平均速度 為 3035 km/h，且在這次設(shè)計(jì)中我們選取的數(shù)值是 32.5 km/h。 所以有上式可得2n = 2.66 32.5 0.5055 =169.3277 r/min 而主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速1n =1004 r/min 壽命指數(shù)；對于滾子軸承取； 當(dāng)量動(dòng)載荷， 將相應(yīng)的數(shù)值代入到上面的式子中，可以得到： =6196.64 如果把車輛的大修一次的形式路程 s 設(shè)置為 100000 公里， 則根據(jù)相關(guān)公式可 以計(jì)算出預(yù)期的使用壽命，也就是 hl= amv s h (2-23) 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 所以hl= 5 . 32 100000 =3076.9 h 和hl比較來看，容易發(fā)現(xiàn)hlhl，所以我們可以得出結(jié)論：我們選擇的軸 承是可以的。 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 第三章 差速器設(shè)計(jì) 汽車行駛理論與實(shí)際種種原理、事實(shí)關(guān)系都表明了一點(diǎn)：汽車在運(yùn)轉(zhuǎn)過 程中左、右車輪在同一時(shí)間轉(zhuǎn)過的圈數(shù)不相等，換句話說也就是兩車輪走過 的路程不一樣，這又是為什么呢？在此我們先不探討這個(gè)問題，讓我們想想 這樣會帶來的后果。其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)：這樣會使輪胎提前報(bào)廢，并且還大量增 加了燃料的消耗，浪費(fèi)燃料；有時(shí)還會有一些意想不到的或者不情愿發(fā)生的 事情發(fā)生，比如說操縱性變壞。為了解決以上可能遇到的嚴(yán)重的隱患，一般 在汽車左右驅(qū)動(dòng)輪之間都裝有差速器，從而確保汽車不同的驅(qū)動(dòng)輪在所行駛 的路程不相等情況下能調(diào)整轉(zhuǎn)速繼續(xù)正常行駛，同時(shí)也滿足汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué) 等等的各種要求。 3.差速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇差速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 汽車差速器分為各種各樣的，在使用時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮各種要求，比方說要考 慮所設(shè)計(jì)的汽車類型及其使用條件什么的，還有要注意選用的什么結(jié)構(gòu)形式 的差速器才能夠滿足我們所要設(shè)計(jì)汽車各種使用性能要求。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所 要設(shè)計(jì)的是一輛純電動(dòng)迷你巴士，考慮到所行駛的路面狀況比較好，各驅(qū)動(dòng) 輪與路面的附著系數(shù)差別微乎其微，以及良好的粘合性，我們選用普通的對 稱錐形行星齒輪。因?yàn)樗僮骱唵?，流暢，易于制造，成本低，適用范圍廣。 3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 對稱式圓錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示所示。 由于其結(jié)構(gòu)簡單， 流暢， 易于制造的，用于公路汽車是非常可靠的，是符合我們這次的設(shè)計(jì)要求的。 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 圖 3-2 對稱式圓錐行星齒輪差速器結(jié)構(gòu)示意圖 1，12-軸承；2-螺母；3，14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5，13-螺栓；6- 半軸齒輪墊片； 7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-齒輪墊片；11-差速器 右殼 3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 因?yàn)橹鳒p速器從動(dòng)齒輪安裝在差速器殼，所以，主減速器從動(dòng)齒輪的尺寸 很大程度上決定著差速器的裝配形式。此外，主減速器從動(dòng)齒輪軸承支座裝配 及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座安裝也是限制差速器外形尺寸的兩個(gè)因素， 是我們不容 忽視的兩個(gè)方面。 3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 1.行星齒輪數(shù)目的選擇 該設(shè)計(jì)制造的差速器選用的行星齒輪數(shù)是 4 個(gè)。 2.行星齒輪球面半徑br 的確定 首先我們應(yīng)該了解什么是球面半徑，其實(shí)我們可以簡單的理解為行星齒 輪的安裝尺寸，同樣它還可以表示為錐齒輪的節(jié)錐距，甚至它也被用來反映差 速器的強(qiáng)度。 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及一些理論指導(dǎo)， 我們可以按如下公式計(jì)算球面半徑br ： 3 tkrbb= mm (3-3) 上面的公式中：bk 齒輪球面半徑系數(shù)，對于有 4 個(gè)行星齒輪的迷你客 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2