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（终稿）CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析（CAD图纸全套完整）

面剥落。当渗碳齿轮热处理不当使渗碳层中含碳浓度的梯度太陡时，则部分渗碳层齿面形成的硬皮也将从齿轮心部剥落下来。齿面胶合在高压和高速滑摩引起的局部高温的共同作用下，或润滑冷却不良油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时，因高温高压而将金属粘结在起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。它多出现在齿顶附近，在与节锥齿线的垂直方向产生撕裂或擦伤痕迹。轮齿的胶合强度是按齿面接触点的临界温度而定，减小胶合现象的方法是改善润滑条件等。齿面磨损这是轮齿齿面间相互滑动研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒装配中带入的杂物，如未清除的型砂氧化皮等以及油中不洁物所造成的不正常磨损，应予避免。汽车主减速器及差速器齿轮在新车跑合期及长期使用中按规定里程更换规定的润滑油并进行清洗是防止不正常磨损的有效方法。汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为万千米或以上时，其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。.实践表明，主减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷即平均计算转矩有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩和最大附着转矩并不是使用中的持续载荷，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据。主减速器双曲面齿轮的强度计算单位齿长上的圆周力在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算，即.式中作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩和最大附着力矩两种载荷工况进行计算从动齿轮的齿面宽，在此取按发动机最大转矩计算时.式中发动机输出的最大转矩，在此取变速器的传动比在此取.主动齿轮节圆直径.按式.得在现代汽车的设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力有时提高许用数据的。经验算以上数据在许用范围内。轮齿的弯曲强度计算汽车主减速器锥齿轮的齿根弯曲应力为.式中该齿轮的计算转矩超载系数在此取.尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当时在此.载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，悬臂式支承时取。支承刚度大时取最小值质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取.计算齿轮的齿面宽.计算齿轮的齿数端面模.计算弯曲应力的综合系数或几何系数，它综合考虑了齿形系数载荷作用点的位置载荷在齿间的分布有效齿面宽应力集中系数及惯性系数等对弯曲应力计算的影响。参照图.取.图.计算用弯曲综合系数按•计算疲劳弯曲应力按•计算疲劳弯曲应力所以主减速器齿轮满足弯曲强度要求。轮齿的表面接触强度计算锥齿轮的齿面接触应力为.式中主动齿轮的计算转矩材料的弹性系数，对于钢制齿轮副取.见式.下的说明尺寸系数，它考虑了齿轮的尺寸对其淬透性的影响，在缺乏经验的情况下，可取.表面质量系数，决定于齿面最后加工的性质如铣齿，磨齿等，即表面粗糙度及表面覆盖层的性质如镀铜，磷化处理等。般情况下，对于制造精确的齿轮可取.计算接触应力的综合系数或称几何系数。它综合考虑了啮合齿面的相对曲率半径载荷作用的位置轮齿间的载荷分配系数有效尺宽及惯性系数的因素的影响，按图.选取.。图.接触计算用综合系数按计算按计算时为。由于新齿轮接触和润滑不良，为了防止在运行初期产生胶合咬死或擦伤，防止早期的磨损，圆锥齿轮的传动副或仅仅大齿轮在热处理及经加工如磨齿或配对研磨后均予与厚度.的磷化处理或镀铜镀锡。这种表面不应用于补偿零件的公差尺寸，也不能代替润滑。对齿面进行喷丸处理有可能提高寿命达。对于滑动速度高的齿轮，为了提高其耐磨性，可以进行渗硫处理。渗硫处理时温度低，故不引起齿轮变形。渗硫后摩擦系数可以显著降低，故即使润滑条件较差，也会防止齿轮咬死胶合和擦伤等现象产生。.轴承的选择计算转矩的确定锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有法向力。该法向力可分解为沿齿轮切向方向的圆周力沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。为计算作用在齿轮的圆周力，首先需要确定计算转矩。汽车在行驶过程中，由于变速器挡位的改变，且发动机也不全处于最大转矩状态，故主减速器齿轮的工作转矩处于经常变化中。实践表明，轴承的主要损坏形式为疲劳损伤，所以应按输入的当量转矩进行计算。作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩可按下式计算.式中发动机最大转矩，在此取•，变速器在各挡的使用率，可参考表.选取，变速器各挡的传动比，分别为.，.，.，.，.，变速器在各挡时的发动机的利用率。经计算为•主动齿轮齿宽中点处的分度圆直径齿宽中点处的圆周力.式中作用在该齿轮上的转矩，作用在主减速器主动锥齿轮上的当量转矩。该齿轮的齿面宽中点处的分度圆直径。按.计算主减速器主动锥齿轮齿宽中点处的圆周力.双曲面齿轮所受的轴向力和径向力图.主动锥齿轮齿面的受力图如图.，主动锥齿轮螺旋方向为左旋，从锥顶看旋转方向为逆时针，为作用在节锥面上的齿面宽中点处的法向力，在点处的螺旋方向的法平面内，分解成两个相互垂直的力和，垂直于且位于所在的平面，位于以为切线的节锥切平面内。在此平面内又可分为沿切线方向的圆周力和沿节圆母线方向的力。与之间的夹角为螺旋角，与之间的夹角为法向压力角，这样就有.于是，作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力和径向力分别为由式.可计算.由式.可计算轴承载荷的计算及轴承的选择轴承的轴向载荷就是上述的齿轮的轴向力。但如果采用圆锥滚子轴承作支承时，还应考虑径向力所应起的派生轴向力的影响。而轴承的径向载荷则是上述齿轮的径向力，圆周力及轴向力这三者所引起的轴承径向支承反力的向量和。当主减速器的齿轮尺寸，支承形式和轴承位置已确定，则可计算出轴承的径向载荷。对于采用悬臂式的主动锥齿轮和从动锥齿轮的轴承载荷，如图.所示。图.主减速器轴承的布置尺寸主动齿轮轴承的选择初选,轴承，的径向载荷分别为已知.，.,所以由式.和.得轴承的径向力轴承的径向力轴承，的径向载荷分别为对于轴承承受轴向载荷和径向载荷所以采用圆锥滚子轴承，所承受的当量动载荷当量动载荷径向系数轴向系数此时.，.所以.根据公式.式中为温度系数，在此取.为载荷系数，在此取.ε寿命指数，取ε所以.假设汽车行驶十万公里大修，对于无轮边减速器的驱动桥来说，主减速器的主动锥齿轮轴承的计算转速为.式中轮胎的滚动半径为轴承计算转速汽车的平均行驶速度对于载货汽车和公共汽车可取，在此取。所以有上式可得.所以轴承能工作的额定轴承寿命.式中轴承的计算转速，。由上式可得轴承的使用寿命代入公式.得.,轴承选对于轴承，承受径向载荷和径向载荷所以采用圆锥滚子轴承，所承受的当量动载荷当量动载荷径向系数轴向系数.根据公式.得.轴承选.本章小结本章介绍了单级减速双级减速双速减速单级贯通双级贯通主减速及轮边减速等主减速器的减速形式，由于本车是中型载货汽车，通过对比决定采用单级主减速器然后对采用何种齿轮类型进行了讨论，最后根据实际情况决定采用双曲面齿轮。以上问题解决后，对齿轮的具体参数进行了设计计算，并对其进行了校核。校核合格以后，进行了轴承的选择和校核。第章差速器设计.差速器结构形式的选择汽车在行驶过程中左，右车轮在同时间内所滚过的路程往往不等。例如，转弯时内外两侧车轮行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧的车轮汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压轮胎负荷胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左右车轮因滚动半径的不同而使左右车轮行程不等。如果驱动桥的左右车轮刚性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上的滑移或滑转。这不仅会加剧轮胎的磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车左右驱动轮间都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学要求。差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。差速器主要有以下几种形式。对称式圆锥行星齿轮差速器普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左右壳，个半轴齿轮，个行星齿轮少数汽车采用个行星齿轮，小型微型汽车多采用个行星齿轮，行星齿轮轴不少装个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单工作平稳制造方便用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车客车和各种公路用载货汽车上．有些越野汽车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数或加装可操纵的能强制锁住差速器的装置差速锁等。由于整速器壳是装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速界从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器壳的轮廓尺寸也受到从动齿轮及主动齿轮导向轴承支座的限制。强制锁止式防滑差速器强制锁止式防滑差速器就是在普通的圆锥齿轮差速器上加装差速锁，必要时将差速器锁住。此时左右驱动车轮可以传递由附着力决定的全部转矩。当汽车驶入较好的路面时，差速器的锁止机构应即时松开，否则将产生与无差速器时样的问题，例如使转弯困难轮胎加速磨损使传动系零件过载和消耗过多的功率等。自锁式差速器为了充分利用汽车的牵引力，保证转矩在驱动车轮间的不等分配以提高抗滑能力，并避免上述强制锁止式差速器的缺点，创造了各种类型的自锁式差速器。用以评价自锁式差速器性能的主要参数，是它的锁紧系数。为了提高汽车的通过性，似乎是锁紧系数愈大愈好，但是过大的锁紧系数如前所述，不但对汽车转向操纵的轻便灵活性行驶的稳定性传动系的载荷轮胎磨损和燃料消耗等，有不同程度的不良影响，而且无助于进步提高驱动车轮抗滑能力。因此设计高通过性汽车差速器时，应正确选择锁紧系数值。因为本车属于轻型载货汽车，主要在较好的路面上行驶，所以采用成本低廉结构简单的对称式圆锥行星齿轮差速器。.对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理图.差速器差速原理如图.所示，对称式锥齿轮差速器是种行星齿轮机构。差速器壳与行星齿轮轴连成体，形成行星架。因为它又与主减速器从动齿轮固连在起，固为主动件，设其角速度为半轴齿轮和为从动件，其角速度为和。两点分别为行星齿轮与半轴齿轮和的啮合点。行星齿轮的中心点为，三点到差速器旋转轴线的距离均为。当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同半径上的三点的圆周速度都相等，其值为。