车辆工程毕业设计3CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析说明书.docx

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1、车辆工程毕业设计3CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析说明书 第1章绪论 1.1选题的目的和意义 主减速器是驱动桥的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到车辆的动力性、经济性。目前,国内减速器行业重点骨干企业的产品品种、规格及参数覆盖范围近几年都在不断扩展，产品质量已达到国外先进工业国家同类产品水平，完全可承担起为我国汽车行业提供传动装置配套的重任，部分产品还出口至欧美及东南亚地区。由于计算机技术、信息技术和自动化技术的广泛应用，主减速器将有更进一步的发展。对主减速器的研究能极大地促进我国的汽车工业的发展。 1.2国内外研究现状 主减速器是传动系的一部分，与差速器，车轮传动装置和桥壳共

2、同组成驱动桥。主减速器的功用是增扭，降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩传递给差速器1。 在现代汽车驱动桥上，主减速器种类很多，包括单级减速、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。其中应用得最广泛的是采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮的单级主减速器。在双级主减速器中，通常还要加一对圆柱齿轮（多采用斜齿圆柱齿轮），或一组行星齿轮。在轮边减速器中则常采用普通平行轴式布置的斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。在某些公共汽车、无轨电车和超重型汽车的主减速器上，有时也采用蜗轮传动。 单级螺旋锥齿轮减速器其主、从动齿轮轴线相交于一点。交角可以是任意的，但在绝

3、大多数的汽车驱动桥上，主减速齿轮副都是采用90o交角的布置2。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此，螺旋锥齿轮能承受大的负荷。加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，面是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另端，使得其工作平稳，即使在高速运转时，噪声和振动也是很小的。 单级双曲面齿轮其主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。其空间交叉角也都是采用90o。主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上或向下的偏移，称为上偏置或下偏置。这个偏移量称为双曲面齿轮的偏移距3。当偏移距大到一定程度时，可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴旁通过。这样就能在每个齿轮的两边布置尺寸紧凑的支承。这对于增强支承刚度、保证轮齿

4、正确啮合从而提高齿轮寿命大有好处4。双曲面齿轮的偏移距 使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮的螺旋角。因此，双曲面传动齿轮副的法向模数或法向周节虽相等，但端面模数或端面周节是不等的。主动齿轮的端面模数或端面周节大于从动齿轮的。这一情况就使得双曲面齿轮传动的主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮传动的主动齿轮有更大的直径和更好的强度和刚度。其增大的程度与偏移距的大小有关。另外，由于双曲面传动的主动齿轮的直径及螺旋角都较大，所以相啮合齿轮的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮当量曲率半径为大，从而使齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同，双曲面齿轮与接触应力相当的螺旋锥齿轮比较，负荷可提高至175。双曲面主动齿轮的螺旋

5、角较大，则不产生根切的最少齿数可减少，所以可选用较少的齿数，这有利于大传动比传动。当要求传动比大而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮更为合理。因为如果保持两种传动的主动齿轮直径一样，则双曲面从动齿轮的直径比螺旋锥齿轮的要小，这对于主减速比大于4.5的传动有其优越性。当传动比小于2时，双曲面主动齿轮相对于螺旋锥齿轮主动齿轮就显得过大，这时选用螺旋锥齿轮更合理，因为后者具有较大的差速器可利用空间。 由于双曲面主动齿轮螺旋角的增大，还导致其进入啮合的平均齿数要比螺旋锥齿轮相应的齿数多，因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作得更加平稳、无噪声，强度也高9。双曲面齿轮的偏移距还给汽车的总布置带来方便。例如

6、，在乘用车上当主减速器采用下偏置(这时主动齿轮为左旋)的双曲面齿轮时，可降低传动轴的高度，从而降低了车厢地板高度或减小了因设置传动轴通道而引起的地板凸起高度，进而可使车辆的外形高度减小5。 单级圆柱齿轮主减速器只在节点处一对齿廓表面为纯滚动接触而在其他啮合点 还伴随着沿齿廓的滑动一样，螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动都有这种沿齿廓方向的滑动9。此外，双曲面齿轮传动还具有沿齿长方向的纵向滑动。这种滑动有利于唐合，促使齿轮副沿整个齿面都能较好地啮合，因而更促使其工作平稳和无噪声。但双曲面齿轮的纵向滑动产生较多的热量，使接触点的温度升高，因而需要用专门的双曲面齿乾油来润滑，且其传动效率比螺旋锥齿轮略低，达

7、96。其传动效率与倔移距有关，特别是与所传递的负荷大小及传动比有关。负荷大时效率高。螺旋锥齿轮也是一样，其效率可达99。两种齿轮在载荷作用下对安装误差的敏感性本质上是相同的。如果螺旋锥齿轮的螺旋角与相应的双曲面主、从动齿轮螺旋角的平均值相同，则双曲面主动齿轮的螺旋角比螺旋锥齿轮的大，而其从动齿轮的螺旋角则比螺旋锥齿轮的小，因而双曲面主动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的大，而从动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的小。两种齿轮都在同样的机床上加工，加工成本基本相同。然而双曲面传动的小齿轮较大，所以刀盘刀顶距较大，因而刀刃寿命较长。单级蜗杆-蜗轮主减速器在汽车驱 动桥上也得到了一定应用6。在超重型汽车上，当高速发

8、动机与相对较低车速和较大轮胎之间的配合要求有大的主减速比(通常814)时，主减速器采用一级蜗轮传动最为方便，而采用其他齿轮时就需要结构较复杂、轮廓尺寸及质量均较大、效率较低的双级减速。与其他齿轮传动相比，它具有体积及质量小、传动比大、运转非常平稳、最为静寂无噪声、便于汽车的总体布置及贯通式多桥驱动的布置、能传递大载荷、使用寿命长、传动效率高、结构简单、拆装方便、调整容易等一系列的优点。其惟一的缺点是需用昂贵的有色金属的合金(青铜)制造，材料成本高，因此未能在大批量生产的汽车上推广。 1.3本次设计的主要内容 本设计的目标是设计一种满载质量为9t的中型载货汽车的主减速器，本设计主要研究的内容有：

9、主减速器的齿轮类型、主减速器的减速形式、主减速器主动齿轮和从动锥齿轮的支承形式、主减速器计算载荷的确定、主减速器基本参数的选择、主减速器齿轮的材料及热处理、主减速器轴承的计算、对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理、对称式圆锥行星齿轮差速器的结构、对称式圆锥行星齿轮差速器的设计、全浮式半轴计算载荷的确定、全浮式半轴的直径的选择、全浮式半轴的强度计算、半轴花键的强度计算,运用ANSYS对主动锥齿轮进行有限元分析。 第2章主减速器的设计 2.1结构型式的选择 主减速器的结构型式，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异。 2.1.1减速型式 主减速器的减速型式分为单级减

10、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。 (1)单级主减速器 由于单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑及制造成本低廉的优点，广泛用在主减速比i0时可取0k =2.0； ? ? ?=16T g m 0.195 016T g m 0.195 T g m 0.195-161001emax a emax a emax a 当当p f （2.2） a m 汽车满载时的总质量在此取9550g K ，此数据此参考解放 CA1090型载货汽车； 所以由式（2.2）得： 即p f 0 所以0 1.0k = n 该汽车的驱动桥数目在此取1； T 传动系上传动部分的传动效率，在此取0.

11、9。 根据以上参数可以由(2.1）得： （2）按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cs T 2/r L B L B cs T G r i ? = （2.3） 式中： 2G 汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，在此取57300N ， 此数据此参考解放CA1090型载货汽车； ?轮胎对路面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取 ?=0.85；对越野汽车取?=1.0；对于安装专门的放滑宽轮胎的高 级轿车取?=1.25；在此取?=0.85； r r 车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为8.25-20，滚动半径为 0.464m ； LB ，LB i 分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车

12、轮之间的传动 效率和传动比，LB 取0.9，由于没有轮边减速器LB i 取1.0。 所以由公式（2.3）得 : （3）按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cf T 对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续的转矩根据所谓的平均牵引力的值来确定： ()() a T r cf R H P LB LB G G r T f f f i n +?=+ （2.4） 式中： a G 汽车满载时的总重量，在此取95500N; T G 所牵引的挂车满载时总重量，N ，但仅用于牵引车的计算； R f 道路滚动阻力系数，对于载货汽车可取0.0150.020；在此取0.017； H f 汽车正常

13、行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取0.050.09 在此取0.07； p f 汽车的性能系数在此取0； LB ，LB i 分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动效 率和传动比，LB 取0.9，由于没有轮边减速器LB i 取1.0； n 该汽车的驱动桥数目在此取1； r r 车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为8.25-20，滚动半径为 0.464m 。 所以由式（2.4）得： () )(P H R LB LB r T a cf f f f n i r G G T += +?+ 2.2.2 基本参数的选择 （1）主、从动锥齿轮齿数1z 和2z 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如

14、下因素： 为了磨合均匀，1z ，2z 之间应避免有公约数； 为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40； 为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车1z 一般不小于6； 主传动比0i 较大时，1z 尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙； 对于不同的主传动比，1z 和2z 应有适宜的搭配。 （2）从动锥齿轮大端分度圆直径2D 和端面模数m 对于单级主减速器，增大尺寸2D 会影响驱动桥壳的离地间隙，减小2D 又会影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。 2D 可根据经验公式初选，即 322c D T K D = （2.5） 2D K 直径系数，一般取13.016.0；