貨車(chē)主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車(chē)輛工程

1、題 目： 中型貨車(chē)主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)題目中型貨車(chē)主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)參數(shù)驅(qū)動(dòng)形式:4*2后驅(qū)最高車(chē)速:98km/h軸距: 4700mm最大爬坡度:30%輪距: 1900mm/1900mm汽車(chē)長(zhǎng)寬高: 7000mm/2000mm/2300mm整備質(zhì)量:3650kg變速器傳動(dòng)比:5.06 4.016 3.09 1.71 1 4.8額定載質(zhì)量:4830kg輪胎型號(hào): 8.25-16前后軸負(fù)荷: 1900kg/1750kg 3060kg/5420kg離地間隙:300mm前后懸架長(zhǎng)度:1100mm/1200mm 目錄1 前言12 主減速器設(shè)計(jì)22.1發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的計(jì)算22.2發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩

2、的計(jì)算22.3主減速比的確定22.4主減速器計(jì)算載荷的確定32.5錐齒輪主要參數(shù)的選擇42.6主減速器錐齒輪輪齒強(qiáng)度的計(jì)算73 差速器設(shè)計(jì)103.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇103.2差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算124齒輪的材料的選擇及熱處理135 結(jié)論14參考文獻(xiàn)15 1 前言全世界范圍內(nèi)的汽車(chē)數(shù)量越來(lái)越多，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展水平成為了衡量一個(gè)國(guó)家整體工業(yè)水平和綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志之一，充分顯示出其巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,和高尖端技術(shù)在各個(gè)方面更為廣泛的應(yīng)用,機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)械產(chǎn)品對(duì)于傳動(dòng)裝置尤其是減速器等減速裝置的要求也在不斷的提升,那些能在小空間小體積下提供大傳動(dòng)比、高輸出扭矩、低輸出

3、轉(zhuǎn)速的減速器將成為未來(lái)減速裝置的主流減速器是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。在目前用于傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，減速器的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。幾乎在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都可以見(jiàn)到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車(chē)、機(jī)車(chē)，建筑用的重型機(jī)具，機(jī)械工業(yè)所用的加工機(jī)具及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活中常見(jiàn)的家電，鐘表等等.其應(yīng)用從大動(dòng)力的傳輸工作，到小負(fù)荷，精確的角度傳輸都可以見(jiàn)到減速器的應(yīng)用，且在工業(yè)應(yīng)用上，減速器具有減速及增加轉(zhuǎn)矩功能。因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩的轉(zhuǎn)換設(shè)備減速器和齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平，

4、因此，開(kāi)拓和發(fā)展減速器和齒輪技術(shù)在我國(guó)有廣闊的前景 2 主減速器設(shè)計(jì)2.1發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的計(jì)算若給出了預(yù)期的最高車(chē)速，選擇的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大體等于，但不小于以最高車(chē)速行駛時(shí)行駛阻力之和，即 (2-1) A為迎風(fēng)面積。；空氣阻力系數(shù) 貨車(chē)選為0.8；對(duì)于載貨汽車(chē)可取，這里取0.019；算的Pemax=81.6kw貨車(chē)柴油機(jī)達(dá)到最大功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍是1800r/min-2600r/min在此選擇np=2600r/min存在不同種類(lèi)，不能用同一機(jī)理去解釋不同礦震的成因和現(xiàn)象。更不能用單一方法或措施去預(yù)測(cè)和防治礦震。因此要對(duì)礦震進(jìn)行分類(lèi)，并且出現(xiàn)了多種分類(lèi)方法2.2發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 (2-

5、2)為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，一般在1.1-1.3之間選取，此處取1.1。 =3292.3主減速比的確定對(duì)于具有很大功率的轎車(chē)、客車(chē)、長(zhǎng)途公共汽車(chē)，值應(yīng)按下式來(lái)確定 (2-3)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為8.25-16，滾動(dòng)半徑為 0.407m；最大功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在此取2600r/min；汽車(chē)的最高車(chē)速，在此為98Km/min；變速器最高擋傳動(dòng)比，為1；對(duì)于其他汽車(chē)來(lái)說(shuō)，為了用稍微降低最高車(chē)速的辦法來(lái)得到足夠的功率儲(chǔ)備，主減速比一般比求得的要大10%25% 取=5.0892.4主減速器計(jì)算載荷的確定按發(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Tce (2-4) 式3.2變矩系數(shù)，

6、由于不采用液力變矩器，所以為1；變速器一擋傳動(dòng)比，在此取5.06; 主減速器傳動(dòng)比在此取5.089;分動(dòng)器傳動(dòng)比；由于不采用分動(dòng)器，所以為1；發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取329;結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于一般的載貨汽車(chē)取k0=1.0， k為1；該汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取1；傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取0.96算得: Tce=8134.6N·m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 (2-5)滿載狀態(tài)下，一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷，該車(chē)為后輪驅(qū)動(dòng)，故驅(qū)動(dòng)橋的靜載荷即為后軸的載荷。為53116N取1.2輪胎對(duì)路面的附著系數(shù)，在此取=0.85；分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐

7、齒輪到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，均取1. 算得：Tcs=22050N·m按汽車(chē)日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 (2-6)Ft日常行駛時(shí)的牽引力。取6246N算得：= 2542N·m由式3.2和式3.3求得的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，是作用到從動(dòng)錐齒輪上的最大轉(zhuǎn)矩，不同于用式3.4求得的日常行駛平均轉(zhuǎn)矩。當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc應(yīng)取前面兩種的較小值；當(dāng)計(jì)算錐齒輪疲勞壽命時(shí)，TC取Tcf。主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 (2-7)式中，io為主減速比；g為主、從動(dòng)錐齒輪間的轉(zhuǎn)動(dòng)效率，對(duì)于雙曲面齒輪副，當(dāng)i06時(shí)，取85%，當(dāng)i06時(shí)，取90%。這里結(jié)合已有數(shù)據(jù)，取90%。算

8、得：當(dāng)Tc=minTce,Tcs=8134.6時(shí)，=1776Nm當(dāng)Tc=時(shí)，=555N·m2.5錐齒輪主要參數(shù)的選擇主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms、主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬b1和b2、雙曲面齒輪副的偏移距E、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。2.5.1主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2因設(shè)計(jì)的車(chē)輛為商用車(chē)，所以原則上z16又因主傳動(dòng)比為5.089z1=6， z2=6*5.089=30.534z1=7，z2 =7*5.089=35.623z1=8，z2 =8*5.089=40.712z1=9，z2 =9*5.089=45.901分析以上數(shù)據(jù)，當(dāng)

9、z1=9時(shí)，取得z2=45.901，取46，z1不是很大，且9與46沒(méi)有公約數(shù)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證負(fù)荷要求。因此初選z1=9，z2 =46。2.5.2從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸D2會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小D2又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。D2可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即 (2-8)直徑系數(shù)，一般取13.016.0；Tc從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，為T(mén)ce和Tcs中的較小者取其值為3229.27Nm；由式3.10得： =（13.015.3）=（261.45321.78）；初選D2=310，則齒輪端面模數(shù)ms=D2/z2=310/46=6.739

10、同時(shí)ms還應(yīng)滿足 (2-9)為模數(shù)系數(shù)，取0.30.4.6.739,<8.045,故滿足設(shè)計(jì)要求。2.5.3主、從動(dòng)齒輪齒面寬b1、b2的選擇對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬b2，推薦不大于其節(jié)錐距A2的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，一般也推薦b2=0.155D2=0.155*310=48mm小齒輪齒面寬b1=1.148.05=52.8mm。2.5.4雙曲面齒輪副偏移距對(duì)于總質(zhì)量較大的商用車(chē)E(0.10-0.12)D2,取E=0.1d2=31mm 且取E20%A2,E=31mm2.5.5中心螺旋角主動(dòng)齒輪中點(diǎn)處的螺旋角可按下式初選: =+ (2-10)算得=45.30，選用45度。 (2-11)得=9.

11、97º=35.03º 初選35º其平均螺旋角為（）=40º2.5.6 螺旋方向通常來(lái)說(shuō)，汽車(chē)主減速器小錐齒輪一般為左旋，而大齒輪為右旋。2.5.7法向壓力角載貨汽車(chē)一般選用22.5°的壓力角，所以在這里初選22.5°。2.5.8齒輪基本參數(shù)表3-1雙曲面齒輪主要參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目名稱數(shù)值1小齒輪齒數(shù)Z192大齒輪齒數(shù)Z2463大齒輪齒面寬F484小齒輪軸線偏移距E315大齒輪分度圓直徑d23106刀盤(pán)名義半徑rd152.47小齒輪節(jié)錐角r112°52 '218小齒輪中點(diǎn)螺旋角145°9大齒輪中點(diǎn)螺旋角31

12、6;45'5410大齒輪節(jié)錐角r276°47'1811大齒輪節(jié)錐角頂點(diǎn)到小齒輪節(jié)錐軸線的距離Z-0.0212大齒輪節(jié)錐距A0 159.3413大齒輪齒頂角2 0.904°14大齒輪齒根角2 4.414°15大齒輪齒頂高h(yuǎn)21.86816大齒輪齒根高h(yuǎn)210.48117徑向間隙C1.36418大齒輪齒全高h(yuǎn)12.34919大齒輪齒工作高h(yuǎn)g10.98520大齒輪面錐角r0277°41'3321大齒輪根錐角rR272°22'2422大齒輪外圓直徑d02310.85423大齒輪外緣至小齒輪軸線的距離X0234.5912

13、4大齒輪面錐頂點(diǎn)至小齒輪軸線的距離Z0-0.68225大齒輪根錐頂點(diǎn)至小齒輪軸線的距離Zr1.84026小齒輪面錐角r0117°11'427小齒輪面錐頂點(diǎn)至大齒輪軸線的距離G0-3.59228小齒輪外緣至大齒輪軸線的距離BR151.80329小齒輪輪齒前緣至大齒輪軸線的距離B1101.58430小齒輪的外圓直徑d0191.67131小齒輪根錐頂點(diǎn)至大齒輪軸線的距離GR3.76732小齒輪根錐角rR111°59'2333最小齒側(cè)間隙允許值Bmin0.20034最大齒側(cè)間隙允許值Bmax0.2702.6主減速器錐齒輪輪齒強(qiáng)度的計(jì)算2.6.1單位齒長(zhǎng)上圓周力主減速

14、器齒輪的表面耐磨性，常常用單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算，即 Nmm (2-12)F作用在輪齒上圓周力。 從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取52.8mm。按發(fā)動(dòng)機(jī) 最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) (2-13)D1為主動(dòng)齒輪分度圓直徑，D1的值不容易直接確定，但=60.651mm，計(jì)算時(shí)將D1代入計(jì)算，D1由于為最小值，如D1滿足設(shè)計(jì)要求，則D1必定滿足要求。當(dāng)貨車(chē)掛一檔時(shí)，*10=1097.9N/mm當(dāng)貨車(chē)掛直接檔時(shí)，*10=216.9N/mm按驅(qū)動(dòng)輪打滑計(jì)算：(2-14)發(fā)現(xiàn)不滿足許用應(yīng)力值，但是，在現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)中，由于材料加工工藝等制造質(zhì)量的提高，許用應(yīng)力有時(shí)高出20%-25%。而且，對(duì)于驅(qū)動(dòng)輪打滑這種極限工況，在現(xiàn)代汽車(chē)應(yīng)

15、用中，發(fā)動(dòng)機(jī)不可能提高這樣大的轉(zhuǎn)矩。因此此項(xiàng)值僅為極限工況下的一種檢驗(yàn)，在計(jì)算數(shù)值偏差不是很大的情況下，可以認(rèn)為滿足設(shè)計(jì)要求。2.6.2輪齒彎曲強(qiáng)度錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為 (2-15)KS為尺寸系數(shù)，它反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素有關(guān)，在這里kS=（6.739/25.4）為齒輪分配系數(shù)取1.kV為質(zhì)量系數(shù)當(dāng)接觸良好齒距及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，取1.b為齒輪吃面寬。D為齒輪的大端分度圓直徑。JW為齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)。J（小齒輪）=0.3，J（大齒輪）=0.252.對(duì)于從動(dòng)齒輪，當(dāng)Tc=8314N*m時(shí)，當(dāng)Tc=2542N*m時(shí)對(duì)于主動(dòng)齒輪，當(dāng)Tc（換算后）=1581N*

16、m當(dāng)Tc（換算后）=494N*m時(shí)2.6.3輪齒的接觸強(qiáng)度錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為 (2-16)T為主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6/mm.表面質(zhì)量系數(shù)，取1.0；J計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)它綜合考慮了嚙合齒面的相對(duì)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)的因素的影響，選取J=0.172。b為b1和b2中較小的一個(gè)，取48mm。上述按minTCE,TcS計(jì)算最大接觸應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)2800MPa，按Tcf計(jì)算疲勞接觸強(qiáng)度盈利不應(yīng)超過(guò)1750MPa。主從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力是相同的。對(duì)于主動(dòng)齒輪，當(dāng)Tc=1581N*m當(dāng)Tc（換算后）=494N

17、*m時(shí)由以上結(jié)果可知，所選的各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。3 差速器設(shè)計(jì)3.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇3.1.1行星齒輪數(shù)行星齒輪數(shù)需根據(jù)承載情況來(lái)選擇。通常情況下，轎車(chē)n=2，貨車(chē)和越野車(chē)n=4.此次設(shè)計(jì)的普通對(duì)稱式圓錐行星差速器的行星齒輪數(shù)取4。3.1.2行星齒輪球面半徑Rb的確定行星齒輪球面半徑Rb反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定： (3-1)式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的載貨汽車(chē)取小值；差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩,Td=minTce,Tcf=8134N*m代入上式，Rb=50.68mm行星齒輪節(jié)錐距A0為：A0=(0.980.99)Rb=(49.6750.17

18、)mm取A0=50mm3.1.3行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的選擇為了使輪齒有較高的強(qiáng)度，行星齒輪的齒數(shù)Z1應(yīng)取少些，但Z1一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)Z2在1425選用。大多數(shù)汽車(chē)的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比Z2Z1在1520的范圍內(nèi)。模數(shù)m應(yīng)不小于2.初取Z1 =12，Z2=18，則Z2Z1=1.5，2Z2Z1為整數(shù)的條件。3.1.4行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角及模數(shù)行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角分別為： (3-2)計(jì)算得：，錐齒輪大端端面模數(shù)m為： =4.62 取m為5mm行星齒輪節(jié)圓直徑：d1=mz1=5*12=60mm半軸齒輪節(jié)圓直徑：d2=mz2=5*18=90mm3.1.5壓力角目前，汽車(chē)差速器

19、的齒輪大都采用22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選22.5°的壓力角。3.1.6行星齒輪軸直徑d及其深度L的確定行星齒輪軸直徑d(mm)為： (3-3)式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；由上可知為8134N·m；行星齒輪的數(shù)目；在此為4；l行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x,l0.5d2,d2為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑而d20

20、.8d2；支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取98 MPa；算得d=29.55mm。行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度L為： (3-4)表3-1 差速器半軸齒輪及行星齒輪參數(shù)表序 號(hào)項(xiàng) 目行星齒輪半軸齒輪1齒輪齒數(shù)z12182端面模數(shù)m553節(jié)圓直徑d60904節(jié)錐距A050505節(jié)錐角r33.69°56.31°6齒面寬F1515.77法向壓力角25°25°8齒頂高h(yuǎn)5.0282.9729齒根高h(yuǎn)”3.9125.96810徑向間隙c0.9910.99111齒工作高h(yuǎn)g8812齒全高h(yuǎn)8.9918.99113齒根角4.474°6.807°14面錐角r03

21、8.164°60.784°15根錐角rR29.216°49.503°16外圓直徑d0168.30793.2973.2差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算輪齒彎曲應(yīng)力()為: (3-5)式中：n行星齒輪數(shù)；J為綜合系數(shù)，取0.225；b2半軸齒輪齒寬。d2半軸齒輪大端分度圓直徑；T半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，T=0.6T0；ks、km、kv按主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)數(shù)值選取。當(dāng)時(shí)，；計(jì)算得： 所以，符合要求。4齒輪的材料的選擇及熱處理a.主減速器錐齒輪的損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕、磨損和擦傷等。汽車(chē)主減速器用的弧齒準(zhǔn)雙曲面錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造，在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi。用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過(guò)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到5864HRC為改善新齒輪的磨合，防止其在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合和咬死，在熱處理及精加工后，作厚度為0.0050.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，這樣可以提高齒輪壽命的25%。還可以對(duì)齒輪進(jìn)行滲硫處理，以提高耐磨性。b.差速器齒輪與主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，本次設(shè)計(jì)齒輪所采用