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運(yùn)動型多功能車（SUV）汽車后橋設(shè)計(jì)及三維建模
論文關(guān)鍵字：四輪驅(qū)動，后橋
論文摘要：運(yùn)動型多功能乘用車（SUV）為四輪驅(qū)動，兼具城市行走、野外運(yùn)動，除了要具備中高檔轎車的舒適性外，還要有更高的越野性和安全性。本設(shè)計(jì)對象是運(yùn)動型多功能乘用車（SUV）后橋。
本設(shè)計(jì)完成了SUV后橋中主減速器的設(shè)計(jì)，差速器的設(shè)計(jì)，半軸的設(shè)計(jì)。本文根據(jù)SUV后橋的要求，通過選型，確定了主減速器傳動副類型，差速器類型，驅(qū)動橋半軸支承類型。通過計(jì)算計(jì)算，確定了主減速比，主、從動錐齒輪、差速器、半軸以及橋殼的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。其中的一部分計(jì)算采用自編的程序完成，有效的減少了計(jì)算時間，提高了效率。最后利用Pro/E軟件對錐齒輪進(jìn)行了三維建模。
通過主要零部件的校核計(jì)算和對主要零部件二維繪圖，可以確定所設(shè)計(jì)的能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
ABSTRACT
Sport utility passenger vehicle (SUV) for the four-wheel drive, both cities run, field sports, in addition to the premium sedan with the comfort, we must also have a higher cross-country and safety. The object that is designed for sport utility passenger vehicles (SUV) is rear axle.
The design of rear axle includes the design of the main reducer , the design of the differential device and rear axle design. According to the requirements of the rear axle,i can identify the main types of main gear box, differential device, rear axle.And by calculating, i can identify the main reduction ratio, the main, driven helical bevel gear , differential device and the shell of the main parameters of the bridge structure and size. One part of the calculation using the computer program to complete the self, reducing computing time and improve efficiency. Finally,i use Pro / E software to make the bevel gear ，the three-dimensional modeling
Checking through the major components of the calculation of the main components and two-dimensional drawings, to determine the design to meet the design requirements
KEY WORDS: four drives vehicle, rear axle
目錄
TOC \o "1-3" \h \z \u 1 概 述. 5
2 整體式單極主減速器設(shè)計(jì). 7
2.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析. 7
2.1.1螺旋錐齒輪傳動. 7
2.1.2雙曲面齒輪傳動. 7
2.2 主減速器主、從動錐齒輪的支承方案選擇. 10
2.2.1主動錐齒輪的支承. 10
2.2.2從動錐齒輪的支承. 12
2.3 主減速器的基本參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算. 12
2.3.1主減速比的確定. 12
2.3.2主減速器齒輪計(jì)算載荷確定. 14
2.3.3主減速器錐齒輪基本參數(shù)的選擇. 16
2.3.4主減速器主動錐齒輪幾何尺寸的計(jì)算. 21
2.3.5“格里森”制主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算. 22
2.3.6 錐齒輪的選擇. 26
3 對稱錐齒輪式差速器設(shè)計(jì). PAGEREF _Toc170785393 \h 28 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F0054006F0063003100370030003700380035003300390033000000
3.1 差速器齒輪主要參數(shù)選擇. PAGEREF _Toc170785394 \h 28 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F0054006F0063003100370030003700380035003300390034000000
3.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算. PAGEREF _Toc170785395 \h 29 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F0054006F0063003100370030003700380035003300390035000000
3.3 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算. 29
4 半軸設(shè)計(jì)計(jì)算. 33
4.1 結(jié)構(gòu)形式分析. 33
4.2 半軸計(jì)算. 33
4.3 半軸花鍵計(jì)算. 35
5 驅(qū)動橋殼設(shè)計(jì). 37
6 三維造型設(shè)計(jì). 39
致 謝. 44
參考文獻(xiàn). 45
附件. 46
1概述
汽車的驅(qū)動橋位于傳動系的末端，其基本共用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左右車輪，并使左右驅(qū)動車輪具有汽車行使運(yùn)動學(xué)所要求的差速功能，同時驅(qū)動橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身的鉛垂力和橫向力及力矩.
在一般的車橋結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動橋包括主減速器(又稱主傳動器)，差速器，驅(qū)動車輪的傳動裝置及橋殼等部件。
對于不同類型和用途的汽車，正確的確定上述機(jī)件的結(jié)構(gòu)形式并成功的將它們組合成一個整體---驅(qū)動橋，乃是設(shè)計(jì)者必須首先解決問題。
汽車的車橋又稱車軸，其兩端安裝著車輪并經(jīng)懸掛與車架或承載式車身相連，用于傳遞車架或承載式車身與車輪之間的力矩。
根據(jù)與之匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，車橋分為非斷開式(整體式)和斷開式車橋兩種.與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開式車橋猶如一根橫置于左右車輪的橫梁，與獨(dú)立懸掛相匹配的斷開式車橋則為左右兩段直接或間接相鉸接的結(jié)構(gòu)，當(dāng)左右車輪經(jīng)各自的獨(dú)立懸掛直接與承載式車身或車架相連時，在左右車輪之間實(shí)際上沒有車橋，但在習(xí)慣上仍稱為斷開式車橋。
根據(jù)車橋能否傳遞驅(qū)動力，它又分為驅(qū)動橋和從動橋;根據(jù)車橋 的左右車輪能否轉(zhuǎn)向，又分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋。當(dāng)車橋既非轉(zhuǎn)向橋又非驅(qū)動橋時，則稱之為支持橋，因此根據(jù)車橋及其車輪的綜合功能，車橋又可分為驅(qū)動橋，轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，轉(zhuǎn)向從動橋和支持橋四種類型。
汽車車橋是汽車的重要大總成，承受著汽車的滿載簧上荷重及地面經(jīng)車輪車架或承載式車身經(jīng)懸掛給予的鉛垂力，縱向力，橫向力及其力矩，以及沖擊載荷;驅(qū)動橋還傳遞著傳動系中最大的轉(zhuǎn)矩，橋殼還要承受反作用力矩。汽車車橋的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久行有重要影響外，也對汽車的行駛性能如:機(jī)動性，性，平順性，通過性和行駛穩(wěn)定性等有直接影響。因此車橋的結(jié)構(gòu)形式選擇，參數(shù)設(shè)計(jì)選取及設(shè)計(jì)計(jì)算對汽車的整體設(shè)計(jì)及其重要。
總之，由上述可見，汽車車橋的設(shè)計(jì)涉及的機(jī)器零件及零部件的品種極為廣泛，對這些零部件，元件及總成的制造也幾乎要涉及到所有的現(xiàn)代機(jī)器制造工藝。因此通過對車橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐再加進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可靠性設(shè)計(jì)，和有限元分析等內(nèi)容，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)的全面知識和技能。
2整體式單級主減速器設(shè)計(jì) 2.1 主減速器結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、主動齒輪和從動齒輪的安置方法以及減速形式的不同而不同。
主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。單級主減速器通常采用螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪傳動。
2.1.1螺旋錐齒輪傳動螺旋錐齒輪傳動(圖2-1a)的主、從動齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造也簡單。但是在工作中噪聲大，對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便會使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。
圖2-1 主減速器齒輪傳動形式
a)螺旋錐齒輪傳動 b)雙曲面齒輪傳動 c)圓柱齒輪傳動 d)蝸桿傳動
2.1.2 雙曲面齒輪傳動雙曲面齒輪傳動(圖2-1b)的主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距E的存在，使主動齒輪螺旋角大于從動齒輪螺旋角(圖6-4)。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動齒輪圓周力之比
(2-1)
圖2-2雙曲面齒輪副受力情況
式中,F1、F2分別為主、從動齒輪的圓周力；β1、β2分別為主、從動齒輪的螺旋角。
螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的齒線任意一點(diǎn)A的切線TT與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)連線之間的夾角。在齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為中點(diǎn)螺旋角(圖2-2)。通常不特殊說明，則螺旋角系指中點(diǎn)螺旋角。
雙曲面齒輪傳動比為
(2-2)
式中，——雙曲面齒輪傳動比；、分別——主、從動齒輪平均分度圓半徑。
螺旋錐齒輪傳動比為
(2-3)
令，則。由于>，所以系數(shù)K>1，一般為1.25～1.50。
這說明：
1)當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪傳動有更大的傳動比。
2)當(dāng)傳動比一定，從動齒輪尺寸相同時，雙曲面主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。
3)當(dāng)傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。
另外，雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動還具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)在工作過程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動，而且還有沿齒長方向的縱向滑動�？v向滑動可改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
2)由于存在偏移距，雙曲面齒輪副使其主動齒輪的大于從動齒輪的，這樣同時嚙合的齒數(shù)較多，重合度較大，不僅提高了傳動平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30％。
3)雙曲面齒輪傳動的主動齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪為大，其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高。
4)雙曲面主動齒輪的變大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，故可選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動比。
5)雙曲面齒輪傳動的主動齒輪較大，加工時所需刀盤刀頂距較大，因而切削刃壽命較長。6)雙曲面主動齒輪軸布置在從動齒輪中心上方，便于實(shí)現(xiàn)多軸驅(qū)動橋的貫通，增大傳動軸的離地高度。布置在從動齒輪中心下方可降低萬向傳動軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。
但是，雙曲面齒輪傳動也存在如下缺點(diǎn)：
1)沿齒長的縱向滑動會使摩擦損失增加，降低傳動效率。雙曲面齒輪副傳動效率約為96％，螺旋錐齒輪副的傳動效率約為99％。
2)齒面間大的壓力和摩擦功，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。3)雙曲面主動齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。
4)雙曲面齒輪傳動必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動用普通潤滑 油即可。
由于雙曲面齒輪具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而它比螺旋錐齒輪應(yīng)用更廣泛。
一般情況下，當(dāng)要求傳動比大于4.5而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪傳動更合理。這是因?yàn)槿绻３种鲃育X輪軸徑不變，則雙曲面從動齒輪直徑比螺旋錐齒輪小。當(dāng)傳動比小于2時，雙曲面主動齒輪相對螺旋錐齒輪主動齒輪顯得過大，占據(jù)了過多空間，這時可選用螺旋錐齒輪傳動，因?yàn)楹笳呔哂休^大的差速器可利用空間。對于中等傳動比，兩種齒輪傳動均可采用。
單級主減速器由一對圓錐齒輪、，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、低、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。
鑒于單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動橋中。雙曲面齒輪優(yōu)點(diǎn)突出，所以采用的是雙曲面齒輪單級減速器。
2.2 主減速器主從動錐齒輪的支承方案選擇主減速器中必須保證主、從動齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。
2.2.1 主動錐齒輪的支承主動錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。
懸臂式支承結(jié)構(gòu)(圖2-3a)的特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸頸，其上安裝兩個圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長度倪和增加兩支承間的距離b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承承受，而反向軸向力則由另一軸承承受。為了盡可能地增加支承剛度，支承距離b應(yīng)大于2.5倍的懸臂長度a，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70％還大，另外靠近齒輪的軸徑應(yīng)不小于尺寸a。為了方便拆裝，應(yīng)使靠近齒輪的軸承的軸徑比另一軸承的支承軸徑大些。靠近齒輪的支承軸承有時也采用圓柱滾子軸承，這時另一軸承必須采用能承受雙向軸向力的雙列圓錐滾子軸承。支承剛度除了與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長度有關(guān)以外，還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關(guān)。
圖2-3 主減速器錐齒輪的支承形式
a)主動錐齒輪懸臂式 b)主動錐齒輪跨置式 c)從動錐齒輪
懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器中。
跨置式支承結(jié)構(gòu)(圖2-3b)的特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個相對安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動齒輪軸的長度，使布置更緊湊，并可減小傳動軸夾角，有利于整車布置。但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承導(dǎo)向軸承所需要的軸承座，從而使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。另外，因主、從動齒輪之間的空間很小，致使主動齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制，有時甚至布置不下或使齒輪拆裝困難�？缰檬街С兄械膶�(dǎo)向軸承都為圓柱滾子軸承，并且內(nèi)外圈可以分離或根本不帶內(nèi)圈。它僅承受徑向力，尺寸根據(jù)布置位置而定，是易損壞的一個軸承。
在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用跨置式支承。本設(shè)計(jì)例題是主減速器傳遞轉(zhuǎn)矩較小的貨車，因此采用懸臂式支承結(jié)構(gòu)。
2.2.2 從動錐齒輪的支承從動錐齒輪的支承(圖2-3c)，其支承剛度與軸承的形式、支承間的距離及軸承之間的分布比例有關(guān)。從動錐齒輪多用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動錐齒輪大端分度圓直徑的70％。為了使載荷能盡量均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使尺寸c等于或大于尺寸d。在具有大的主傳動比和徑向尺寸較大的從動錐齒輪的主減速器中，為了限制從動錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移，在從動錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支承(圖2-4)。輔助支承與從動錐齒輪背面之間的間隙，應(yīng)保證偏移量達(dá)到允許極限時能制止從動錐齒輪繼續(xù)變形。主、從動齒輪受載變形或移動的許用偏移量如圖2-5所示。
圖2-4 從動錐齒輪輔助支承 圖2-5 主、從動錐齒輪的許用偏移量
2.3 主減速器的基本參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算 2.3.1 主減速比的確定主減速比i0的大小，對主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸及質(zhì)量的大小影響很大。主減速比i0的選擇，應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時和傳動系的總傳動比(包括變速器、分動器和加力器、驅(qū)動橋等傳動裝置的傳動比)一起，由汽車的整車動力計(jì)算來確定。正如傳動系的總傳動比及其變化范圍( ／ )為設(shè)計(jì)傳動系組成部分的重要依據(jù)一樣，驅(qū)動橋的主減速比是主減速器的設(shè)計(jì)依據(jù)，是設(shè)計(jì)主減速器時的原始參數(shù)。
傳動系的總傳動比(其中包括，主減速比i0)，對汽車的動力性、燃料性有非常重大的影響，發(fā)動機(jī)的工作條件也和汽車傳動系的傳動比(包括主減速比)有關(guān)�？刹捎脙�(yōu)化設(shè)計(jì)方法對發(fā)動機(jī)參數(shù)與傳動系的傳動比以及主減速比i0進(jìn)行最優(yōu)匹配。
對于具有很大功率的轎車、客車、長途 汽車，尤其是對競賽汽車來說，在給定發(fā)動機(jī)最大功率 的情況下，所選擇的 值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速 。這時i0值應(yīng)按下式來確定： 和
（2-4）
式中： ——車輪的滾動半徑，m；
——最大功率時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r／min；
——汽車的最高車速，km／h；
——變速器最高擋傳動比，通常為1。
對于其他汽車來說，為了用稍微降低最高車速 的辦法來得到足夠的功率儲備，主減速比i0一般應(yīng)選得比按式(6-1)求得的要大10％～25％，即按下式選擇：
(2-5)
式中： ——變速器最高擋(直接擋或超速擋)傳動比；
——分動器或加力器高擋傳動比；
——輪邊減速器傳動比。
按式(2-4)或式(2-5)求得的i0值應(yīng)與同類汽車的主減速比相比較，并考慮到主、從動主減速齒輪可能有的齒數(shù)，對i0值予以校正并最后確定下來。
2.3.2 主減速器齒輪計(jì)算載荷確定除了主減速比i0及驅(qū)動橋離地間隙外，另一項(xiàng)原始參數(shù)便是主減速器齒輪的計(jì)算載荷。由于汽車行駛時傳動系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準(zhǔn)確地算出主減速器齒輪的計(jì)算載荷是比較困難的。這里采用格里森齒制錐齒輪計(jì)算載荷的三種確定方法。
(1)按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比確定從動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
(2-6)
式中，——計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)；
——計(jì)算驅(qū)動橋數(shù)；
——主減速器傳動比；
——變速器一擋傳動比；
——分動器傳動比；
——發(fā)動機(jī)到萬向傳動軸之間的傳動效率；
——液力變矩器變矩系數(shù)， , ——最大變矩系數(shù)；
——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
Kd——猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)，液力自動變速器Kd=1，手動操縱的變速器高性能賽車Kd=3，性能系數(shù)fi=0的汽車Kd=1；fi>0的汽車Kd=2或由經(jīng)驗(yàn)選定。其計(jì)算公式如下：
注： 與 選取參看下表
表2-1 n與if選取表
(2)按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
(2-7)
式中，——計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)；
——滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷（N）；
——汽車最大加速度時的后軸負(fù)載荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，乘用車： 1.2～1.4，商用車：1.1～1.2；
——輪胎與路面間的附著系數(shù)，在安裝一般輪胎的汽車在良好的混凝土或?yàn)r青路上，取0.85，對于安裝防側(cè)滑輪胎的乘用車可取1.25，對于越野車一般取1.0；
——主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動比；
——主減速器主動齒輪到車輪之間的傳動效率；
(3)按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf
(2-8)
式中，Tcf——計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)；
Ga——汽車滿載總重量；
fR——道路滾動阻力系數(shù)，對于轎車可取0.010~0.015；對于貨車可取0.015~0.020；對于越野車可取0.020～0.035
fH——平均爬坡能力系數(shù)，對于轎車可取0.08；對于貨車和公共汽車可取0.05~0.09；長途公共汽車可取0.06～0.10對于越野車可取0.09～0.30
fi——汽車性能系數(shù)，取值同前。其它參數(shù)同前。
用式(6-3)和式(6-4)求得的計(jì)算轉(zhuǎn)矩是從動錐齒輪的最大轉(zhuǎn)矩，不同于用式(6-5)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，計(jì)算轉(zhuǎn)矩取前面兩種的較小值，即；當(dāng)計(jì)算錐齒輪的疲勞壽命時，取Tcf。
主動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
(2-9)
式中，——主動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)；
——主傳動比；
——主、從動錐齒輪間的傳動效率。計(jì)算時，對于弧齒錐齒輪副，取95％；對于雙曲面齒輪副，當(dāng)>6時，取85％，當(dāng)≤6時，取90％。
結(jié)合本設(shè)計(jì)，按照式（2-6）計(jì)算Tce：
n=1，i0=2.95，i1 =4，沒有分動器則if = 1，η = 0.9，k =1，Temax=285 N·m，性能系數(shù)fi=0則Kd=1，代入式（2-6）得：
Tce=1513.35 N·m
按式（2-7）計(jì)算驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定的從動錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcs：
Tcs=4781.3 N·m
當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時，計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=min[Tce ,Tcs]=9726.5 N·m
按式（2-8）計(jì)算按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf：
各參數(shù)取值表
則代入式（2-8）可得：Tcf=723.885 N·m
2.3.3 主減速器錐齒輪基本參數(shù)的選擇主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動錐齒輪齒數(shù)z1和z2、從動錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)主、從動錐齒輪齒面寬和、雙曲面齒輪副的偏移距E、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。
1）主、從動錐齒輪齒數(shù)z1和z2
選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素：
（1）為了磨合均勻，z1、z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)。
（2）為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)不少于40。
（3）為了嚙合平穩(wěn)、，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度，對于轎車，z1一般不少于9；對于貨車，z1一般不少于6。
（4）當(dāng)主傳動比較大時，盡量使取得少些，以便得到滿意的離地間隙。當(dāng)i0≥6時，z1可取最小值并等于5，但為了嚙合平穩(wěn)并提高疲勞強(qiáng)度常大于5；當(dāng)i0較小時（3.5～5），z1可取7～12。
（5）對 于不同的主傳動比，z1和z2應(yīng)有適宜的搭配。
表2-2 載貨汽車驅(qū)動橋主減速器主動錐齒輪齒數(shù)
參照詳見參考文獻(xiàn)［1］，選擇從動錐齒輪齒數(shù)。
根據(jù)本設(shè)計(jì)例題傳動比，查表2-2可以選擇主動錐齒輪齒數(shù)為z1 =14，查表6-3可以選擇從動錐齒輪齒數(shù)為z2 =43，重新計(jì)算傳動比i0=3.07，可以反算出計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=min[Tce ,Tcs]=1574.91 N·m。
2）從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms的選擇。
對于單級主減速器，D2對驅(qū)動橋殼尺寸有影響，D2大將影響橋殼離地間隙；D2小則影響跨置式主動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
(2-10)
式中，D2——從動錐齒輪大端分度圓直徑(mm)；
KD2——直徑系數(shù)，一般為13.0～16.0；
——從動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)，。
ms由下式計(jì)算
(2-11)
式中，ms——齒輪端面模數(shù)。
同時，ms還應(yīng)滿足
(2-12)
式中，——模數(shù)系數(shù)，取0.3～0.4。最后取(6-8) 、(6-9)計(jì)算結(jié)果的較小值。
也可以根據(jù)主動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)算主動錐齒輪大端模數(shù)：
(2-13)
根據(jù)本設(shè)計(jì)例題各參數(shù)，直徑系數(shù)KD2可取為15.0，從動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=min[Tce ,Tcs]=1574.91 N·m，則D2=175mm，根據(jù)式（2-11）從動錐齒輪端面模數(shù)ms=4mm，通過式（2-12）進(jìn)行驗(yàn)算取較小值并取整為ms≈4mm。同理可得主動錐齒輪：mz=4.5mm，則主動錐齒輪大端分度圓直徑D1= mz×z1=63mm。
3）主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2
錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面寬過窄及刀尖圓角過小。這樣，不但減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。此外，在安裝時有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時載荷集中于輪齒小端，會引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會引起裝配空間的減小。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會降低。
從動錐齒輪齒面寬推薦b2不大于其節(jié)錐距A2的0.3倍，即b2≤0.3A2，但b2應(yīng)滿足b2≤10ms，一般也推薦b2=0.155D2。對于螺旋錐齒輪，b1一般比b2大10％。
則根據(jù)本設(shè)計(jì)例題各參數(shù)，按照齒輪的計(jì)算載荷來計(jì)算并圓整得：b2=27 mm，b1=30 mm。
4）雙曲面齒輪副偏移距E及偏移方向選擇
E值過大將使齒面縱向滑動過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；E值過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動的特點(diǎn)。一般對于轎車和輕型貨車E≤0.2D2且E≤40％A2；對于中、重型貨車、越野車和大客車，E≤(0.10～0.12) D2。另外，主傳動比越大，則E也應(yīng)越大，但應(yīng)保證齒輪不發(fā)生根切。
雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種。由從動齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動齒輪處于右側(cè)，如果主動齒輪在從動齒輪中心線的上方，則為上偏移；在從動齒輪中心線下方，則為下偏移。如果主動齒輪處于左側(cè)，則情況相反。圖6-8a、b為主動齒輪軸線下偏移情況，圖6-8c、d為主動齒輪軸線上偏移情況。
則根據(jù)本設(shè)計(jì)例題各參數(shù)，E≤0.2D2=32mm且E≤40％A2=29.5mm，考慮到載貨汽車，盡量取小值，可取為E=0.15D2=30mm，由于采用雙曲面齒輪，因此選擇主動錐齒輪下偏移，左旋，從動錐齒輪右旋。
圖2-6 雙曲面齒輪的偏移和螺旋方向
a)、b)主動齒輪軸線下偏移 c)、d)主動齒輪軸線上偏移
5）中點(diǎn)螺旋角β
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小。
弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，雙曲面齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是不相等的，而且β1>β2, β1與β2之差稱為偏移角ε。
選擇β時，應(yīng)考慮它對齒面重合度εF、輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響。β越大，則εF也越大，同時嚙合的齒數(shù)越多，傳動就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。一般εF應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時效果最好。但是β過大，齒輪上所受的軸向力也會過大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為35°～40°。轎車選擇較大的β值以保證較大的εF，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低；貨車選用較小β值以防止軸向力過大，通常取35°。
也可以根據(jù)“格里森”制推薦預(yù)選主從動錐齒輪螺旋角名義值公式進(jìn)行預(yù)選：
(2-14)
螺旋角名義值還需要按照選用的標(biāo)準(zhǔn)刀號進(jìn)行反算螺旋角，最終得到的螺旋角名義值 與β1之差不超過5°，詳見參考文獻(xiàn)［1］。
(2-15)
其中ε——雙曲面齒輪傳動偏移角的近似值
(2-16)
平均螺旋角
(2-17)
雙曲面齒輪中點(diǎn)螺旋角具體選取結(jié)果，必須經(jīng)過繁瑣計(jì)算才能確定，詳見后面計(jì)算程序計(jì)算結(jié)果。
6）螺旋方向
從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上 半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時，應(yīng)使主動齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離趨勢，導(dǎo)致輪齒卡死而損壞。
左旋齒輪使用左手法則判斷軸向力方向，拇指指向軸向力方向，其余四指握起方向就是齒輪旋轉(zhuǎn)方向；右旋齒輪使用右手法則判斷軸向力方向，拇指指向軸向力方向，其余四指握起方向就是齒輪旋轉(zhuǎn)方向。
因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r針時，采用主動錐齒輪左旋，使軸向力離開錐頂方向。
7）法向壓力角α
法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對于輕負(fù)荷工作的齒輪一般采用小壓力角，可使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對于弧齒錐齒輪，轎車：α一般選用14°30′或16°；貨車：α為20°；重型貨車：α為22°30′。對于雙曲面齒輪，大齒輪輪齒兩側(cè)壓力角是相同的，但小齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的，選取平均壓力角時，轎車為19°或20°，貨車為20°或22°30′。
結(jié)合本例，由于是SUV轎車，因此從動錐齒輪取α=19°，主動錐齒輪選取平均壓力角α=20°。
2.3.4 主減速器主動錐齒輪幾何尺寸的計(jì)算步驟詳見參考文獻(xiàn)[1]。
表2-4 當(dāng)z1<21、z2/z1>2時雙曲面大齒輪頂高系數(shù)表
表2-5 雙曲面齒輪傳動的齒側(cè)間隙B
為提高計(jì)算效率，編寫VB成程序進(jìn)行計(jì)算!（程序代碼詳見光盤）
結(jié)合本例，可以計(jì)算出如下結(jié)果：
小齒輪節(jié)錐角(度)： 20.8650266822217
大齒輪節(jié)錐角(度)： 68.7296049761429
小齒輪中點(diǎn)螺旋角(度)： 42.7626669216693
大齒輪中點(diǎn)螺旋角(度)： 30.2002039246829
大齒輪節(jié)錐定點(diǎn)到小齒輪軸線的距離(mm)： .5285959
大齒輪節(jié)錐距(mm)： 93.89633
大齒輪齒頂角(分)： 39.457578176692 （雙重收縮齒）
大齒輪齒根角(分)： 192.645822862673 （雙重收縮齒）
大齒輪齒頂高(mm)： 1.17892384756845
大齒輪齒根高(mm)： 6.7091181673089
徑向間隙(mm)：0.9535749
大齒輪齒全高(mm)： 7.88804201487735
大齒輪齒工作高(mm)： 6.93446706620405
大齒輪的面錐角(度)： 69.3872312790877
大齒輪的根錐角(度)： 65.518841261765
大齒輪外圓直徑(mm)： 175.855355873444
大齒輪外緣至小齒輪軸線的距離(mm)： 32.4355352494945
大齒輪面錐頂點(diǎn)至小齒輪軸線的距離(mm)： .636749207844274
大齒輪根錐頂點(diǎn)至小齒輪軸線的距離(mm)：-1.06471851719094
小齒輪的面錐角(度)： 23.9607589134499
小齒輪面錐頂點(diǎn)之大齒輪軸線的距離(mm)： 3.59045011672397
小齒輪外緣至大齒輪軸線的距離(mm)： 84.9720197752827
小齒輪輪齒前緣至大齒輪軸線的距離(mm)： 58.1775371802936
小齒輪的外圓直徑(mm)： 78.7157907503169
小齒輪根錐頂點(diǎn)至大齒輪軸線的距離(mm)：-.845742541368624
小齒輪的根錐角(度)： 20.1593210754445
2.3.5 “格里森”制主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算在選好主減速器錐齒輪主要參數(shù)后，可根據(jù)所選擇的齒形計(jì)算錐齒輪的幾何尺寸，而后根據(jù)所確定的計(jì)算載荷進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，以保證錐齒輪有足夠的強(qiáng)度和壽命。
輪齒損壞形式主要有彎曲疲勞折斷、過載折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。下面所介紹的強(qiáng)度驗(yàn)算是近似的，在實(shí)際設(shè)計(jì)中還要依據(jù)臺架和道路試驗(yàn)及實(shí)際使用情況等來。
1） 單位齒長圓周力
主減速器錐齒輪的表面耐磨性常用輪齒上的單位齒長圓周力來估算
(2-18)
式中，p——輪齒上單位齒長圓周力；
F——作用在輪齒上的圓周力；
——從動齒輪齒面寬。
按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時
(2-19)
式中，——變速器傳動比；
D1——主動錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑(mm)；其它符號同前。
按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算時
(2-20)
式中符號同前。
許用的單位齒長圓周力[p]見表2-6。在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，[p]有時高出表中數(shù)值的20％～25％。
表2-6 單位齒長圓周力許用值[p]
按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時，
p=2×285×4×103/（63×27）=1340 N/mm <[p]，滿足設(shè)計(jì)要求。
按最大附著力矩計(jì)算時，
p=2×9726.5×0.36865×103×1/(175×27)=1517.7 N/mm<[p]
2）輪 齒彎曲強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為
(2-21)
式中，σw——錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力(MPa)；
Tc——所計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)，對于從動齒輪，Tc=和，對于主動齒輪，Tc還要按式(2-9)換算；
——過載系數(shù)，一般取1；
——尺寸系數(shù)，它反映了性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素有關(guān)，當(dāng)≥1.6mm時，=(／25.4)。
——齒面載荷分配系數(shù)，跨置式結(jié)構(gòu)：=1.0～1.1，懸臂式結(jié)構(gòu)：=1.10～1.25；
——質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好，齒距及徑向跳動精度高時，=1.0；
b——所計(jì)算的齒輪齒面寬(mm)；
D——所討論齒輪大端分度圓直徑(mm)；
——所計(jì)算齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)。
上述按計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力不超過700MPa；按計(jì)算的疲勞彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過210MPa，破壞的循環(huán)次數(shù)——次。
結(jié)合本例題，因?yàn)閺膭育X輪受力大，所以應(yīng)該計(jì)算從動齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度：
（1）按計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力：
其中，Tc=1574.91 N·m，ks=0.63，懸臂式支承結(jié)構(gòu)km取1.10，Jw=0.25，其他參數(shù)取值同前。
則σw =2×1574.91×0.63×1.10×103/（4×30×175×0.238）=436.7 Mpa<[σw]，此計(jì)算結(jié)果滿足要求。
（2）按Tcf計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力：
其中Tcf=723.885 N·m，ks=0.63，懸臂式支承結(jié)構(gòu)km取1.10，Jw=0.135，其他參數(shù)取值同前計(jì)算：
則σw =2×723.885×0.63×1.10×103/（4×30×175×0.135）=353.8993Mpa<[σw]，此計(jì)算結(jié)果也滿足要求。
3） 輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為
(2-22)
式中，——錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力(MPa)；
——主動錐齒輪大端分度圓直徑(mm)；
b取和的較小值(mm)；
——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對淬透性的影響，通常取1.0；
——齒面品質(zhì)系數(shù)，它取決于齒面的表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)(如鍍銅、磷化處理等)，對于制造精確的齒輪，取1.0；
——綜合彈性系數(shù)，針對鋼齒輪，取232.6N／mm；
JJ——齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)[1]；
上述按計(jì)算的最大接觸應(yīng)力不應(yīng)超過2800MPa，按計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力不應(yīng)超過1750MPa。主、從動齒輪的齒面接觸應(yīng)力是相同的，破壞的循環(huán)次數(shù)——次。
結(jié)合本設(shè)計(jì)，計(jì)算主動齒輪輪齒接觸強(qiáng)度。
（1）按計(jì)算的最大接觸應(yīng)力：
其中，Tz=547.7 N·m，懸臂式支承結(jié)構(gòu)km取1.10，JJ=0.135，其他參數(shù)取值同前。
得σJ 小于許用應(yīng)力，此計(jì)算結(jié)果滿足要求。
（2）按Tcf計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力：
其中，Tz=270 N·m，懸臂式支承結(jié)構(gòu)km取1.10，JJ=0.135，其他參數(shù)取值同前。
得σJ小于許用應(yīng)力，此計(jì)算結(jié)果也滿足要求
2.3.6錐齒輪的材料選擇汽車驅(qū)動橋錐齒輪的工作條件非常惡劣，與傳動系其它齒輪相比較，具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有輪齒根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。它是傳動系中的薄弱環(huán)節(jié)。錐齒輪材料應(yīng)滿足如下要求：
1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。
2）輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。
3）鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。
4）選擇合金材料時，盡量少用含鎳、鉻元素的材料（我國礦藏量少），而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。
汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20Mn2TiB、20CrMnMo、22CrNiMo和l6SiMn2WMoV等。
滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層(一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8％~1.2％)，具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性，故這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與芯部的含碳量相差過多，便會引起表面硬化層剝落。經(jīng)過滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到58~64HRC，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)m＞8時為29~45HRC，當(dāng)端面模數(shù)m≤8時為32~45HRC。對滲碳層有如下規(guī)定：
當(dāng)端面模數(shù)m≤5時，厚度為0.9~1.3mm
m=5~8時，厚度為1.0~1.4mm
m＞8時，厚度為1.2~1.6mm
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、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25％的齒輪壽命。對于滑動速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。滲硫后摩擦因數(shù)可顯著降低，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦傷、咬死和膠合。
3 對稱錐齒輪式差速器設(shè)計(jì) 3.1 差速器齒輪主要參數(shù)選擇
1）行星齒輪數(shù)
行星齒輪數(shù)n需根據(jù)承載情況來選擇。本設(shè)計(jì)中取：=4。
2）行星齒輪球面半徑的 的確定
行星齒輪球面半徑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)公式來確定
(3-1)
式中，為行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.5；為差速器計(jì)算 轉(zhuǎn)矩(N·m)，；為球面半徑(mm)。
差速器行星齒輪球面半徑 確定以后，可初步根據(jù)下式確定節(jié)錐距：
=(0.98～0.99) (3-2)
3）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的選擇
通常我們?nèi)≥^大的模數(shù)使輪齒具有較高的強(qiáng)度，但尺寸會增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)取少些，但一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)在14～25選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.5～2.0的范圍內(nèi)。
為使兩個或四個行星齒輪能同時與兩個半軸齒輪嚙合，兩半軸齒輪齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除，否則差速齒輪不能裝配。
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
（3-3）
錐齒輪大端端面模數(shù)為
(3-4)
5）壓力角α
汽車差速齒輪一般采用壓力角為22°30′、齒高系數(shù)為0.8的齒形。某些重型貨車和礦用車采用25°壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。
6）行星齒輪軸直徑d及支承長度L
行星齒輪軸直徑與行星齒輪安裝孔直徑相同，行星齒輪在軸上的支承長度也就是行星齒輪安裝孔的深度。
行星齒輪軸直徑d為
(3-5)
式中，T0——差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·m)，也就是從動錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，可取T0=Td=min[Tce,Tcs]進(jìn)行計(jì)算。
n——行星齒輪數(shù)；
rd——行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x(mm)，約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑的一半，而半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑約為0.8d2，即rd≈0.4 d2；
[σc]——支承面許用擠壓應(yīng)力，取98Mpa。
行星齒輪在軸上的支承長度L為
(3-6)
3.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟詳見參考文獻(xiàn)[1]。
3.3 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合傳動狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運(yùn)動。因此，對于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。輪齒彎曲應(yīng)力(MPa)為
（3-7）
式中，——行星齒輪數(shù)；
——綜合系數(shù)；
、分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑(mm)；
——半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m)， ；
、、按主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)數(shù)值選取。
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，目前用于制造差速器錐齒輪的為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用
結(jié)合本例題，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：
1）主要參數(shù)選擇計(jì)算
（1）由于是貨車差速器，行星齒輪數(shù)n選擇4個。
（2）行星齒輪球面半徑Rb和節(jié)錐距A0的確定：Rb=28.565圓整為29，A0=28。
（3）確定行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)
微型貨車輪齒強(qiáng)度要求不太高，可以選取行星齒輪齒數(shù)z1=12，半軸齒輪齒數(shù)z2初選為20，兩個半軸齒輪齒數(shù)和為32，能被行星齒輪數(shù)4整除，所以能夠保證裝配，滿足設(shè)計(jì)要求。
（4）行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2及錐齒輪大端端面模數(shù)m
由式（3-3）計(jì)算可得：γ1=31°，γ1=59°
錐齒輪大端端面模數(shù)按照式（3-4）計(jì)算得：m=2.5mm。
行星齒輪分度圓直徑d1=mz1=30mm；半軸齒輪分度圓直徑d2=mz2=50mm。
（5）壓力角α采用推薦值22°30′，齒高系數(shù)為0.8。
（6）行星齒輪軸直徑d及支承長度L
按照式（3-6）代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：d= 13.7 mm
則行星齒輪在軸上的支承長度L=15mm。
2）差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算
可以編寫程序進(jìn)行計(jì)算（程序代碼詳光盤），計(jì)算結(jié)果如下：
結(jié)合本例，輸入z1=12; z2=20;m=4.0; 切向修正系數(shù)τ=-0.051;齒側(cè)間隙B=0.102;可得：
齒工作高h(yuǎn)g=6.400 mm
齒全高h(yuǎn)=7.203 mm
壓力角α=22.5°
節(jié)圓直徑d1=48.000 mm,d2=80.000 mm
節(jié)錐角γ1=32°, γ2=58°
節(jié)錐距A0=46.648mm
齒面寬b=11.321 mm
齒頂高h(yuǎn)1′=4.102mm，h2′=2.298mm
齒根高h(yuǎn)1′′=3.050mm，h2′′=4.854mm
徑向間隙c=0.803mm
齒根角δ1= 3.686°， δ2= 5.996°
面錐角γ01=36.959°， γ02=62.762°
根錐角γR1=27.278°， γR1=53.041°
外圓直徑d01=55.112mm，d02=82.318mm
節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離χ01=35.338mm，χ02=20.890mm
3）差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算
n=4，J選取0.257，半軸齒輪齒面寬b2=11.3mm，半軸大端分度圓直徑d2前面計(jì)算得到64mm，質(zhì)量系數(shù)kv取1.0，由于模數(shù)m為4.0，大于1.6mm，因此尺寸系數(shù)ks計(jì)算得0.629，齒面載荷分配系數(shù)km取1.0，半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩T=0.6T0，T0可按照兩種形式計(jì)算：
a) 當(dāng)時， [σw]=980MPa；則σw=755.5MPa<[σw]滿足設(shè)計(jì)要求。
b) 當(dāng)T0=Tcf時，[σw] =210MPa；則σw=227MPa>[σw]，超過設(shè)計(jì)要求8.1%，在采用較好的制造工藝和強(qiáng)度較大的材料后，基本能夠滿足設(shè)計(jì)要求。如不滿足設(shè)計(jì)要求，則需要重新選取部分參數(shù)重新計(jì)算，例如行星齒輪球面半徑系數(shù)可取較大值，計(jì)算較大的球面半徑，從而預(yù)選出較大的節(jié)錐距，算出較大的模數(shù)，再通過程序計(jì)算出準(zhǔn)確的節(jié)錐距及其它參數(shù)，詳細(xì)過程略。
4 半軸設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 機(jī)構(gòu)形式分析
半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式、3／4浮式和 全浮式三種形式。
半浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸有結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，尺寸緊湊，造價低廉的優(yōu)點(diǎn)，但所受載荷復(fù)雜且較大，因此多用于質(zhì)量較小，使用條件較好，承載負(fù)荷也不大的轎車和微型、輕型貨車或客車上。
3／4浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個軸承并裝在驅(qū)動橋殼半軸套管的端部，直接支承著車輪輪轂，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用在轎車和輕型貨車上。
全浮式半軸理論上只承受傳動系的轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，但實(shí)際上由于加工零件的精度和裝配精度影響以及橋殼、軸承支承剛度不足等原因，仍可能使全浮式半軸承受一定彎矩。此種結(jié)構(gòu)廣泛用于輕型以上各種載貨汽車、越野汽車和客車。
4.2 半軸計(jì)算半軸的主要尺寸是它的直徑，在設(shè)計(jì)時首先根據(jù)對使用條件和載荷情況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個驅(qū)動橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對他進(jìn)行強(qiáng)度核算。
計(jì)算時應(yīng)該首先合理的確定在用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：
（1）縱向力Fx2（驅(qū)動力或制動力）最大時，最大值為Fz2φ，附著系數(shù)φ在計(jì)算時取0.8，側(cè)向力Fy2=0。
（2）側(cè)向力Fy2最大時，其最大值為Fz2φ1（汽車側(cè)滑時），側(cè)滑時輪胎與地面的側(cè)向力系數(shù)φ1在計(jì)算時取1.0，沒有縱向力作用。
（3）汽車通過不平路面，垂向力Fz2最大，縱向力Fx2和側(cè)向力Fy2都為0。
由于車輪受縱向力和側(cè)向力的大小受車輪與地面最大附著力限制，所以兩個方向力的最大值不會同時出現(xiàn)。
（1）半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tφ及桿部直徑
全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，全浮式半軸的計(jì)算載荷可按主減速器從動錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步計(jì)算得到。即
(4-1)
式中，ξ——差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于圓錐行星齒輪差速器可取0.6；
[Tce,Tcs]——按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動比以及按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算較小值確定的主減速器從動錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為N·m，已經(jīng)考慮到傳動系中的最小傳動比構(gòu)成。
對半軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
桿部直徑可按照下式進(jìn)行初選。
(4-2)
式中，[τ]——許用半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；
d——半軸桿部直徑，mm。
半軸桿部直徑計(jì)算結(jié)果應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向上進(jìn)行圓整。半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各部分達(dá)到基本等強(qiáng)度。半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡部分，以減小應(yīng)力集中。對于桿部較粗且外端凸緣也較大時，可采用兩端用花鍵連接的結(jié)構(gòu)。半軸桿部的強(qiáng)度儲備應(yīng)低于驅(qū)動橋其它傳力零件的強(qiáng)度儲備，使半軸起一個“熔絲”的作用。
根據(jù)初選的 ，按應(yīng)力公式進(jìn)行強(qiáng)度校核。
（2）全浮式半軸強(qiáng)度校核計(jì)算
半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為
(4-3)
式中，——半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；
d——半軸直徑，mm。
半軸的扭轉(zhuǎn)角為
(4-4)
式中，——扭轉(zhuǎn)角；
——半軸長度；
G——剪切彈性模量，查相關(guān)手冊；
——半軸斷面極慣性矩，。
半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力考慮到安全系數(shù)在1.3~1.6范圍，宜為490～588MPa，單位長度轉(zhuǎn)角不應(yīng)大于8°/m。
4.3 半軸花鍵計(jì)算半軸和半軸齒輪一般采用漸開線花鍵連接，對花鍵應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力和鍵齒切應(yīng)力驗(yàn)算。擠壓應(yīng)力不大于200MPa，切應(yīng)力不大于73MPa。
1）半軸花鍵的剪切應(yīng)力
=43.7 （4-5）
式中： Tφ——半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m
D——半軸花鍵外徑，mm
d——與之相配的花鍵孔內(nèi)徑，mm
z——花鍵齒數(shù)
LP——花鍵工作長度，mm
b——花鍵齒寬，mm
φ——載荷分配不均勻系數(shù)，計(jì)算時可取0.75
2）半軸花鍵的擠壓應(yīng)力
=31.26 （4-6）
式中參數(shù)意義同上。
5 驅(qū)動橋殼設(shè)計(jì)
驅(qū)動橋殼設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則：在保證橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下，應(yīng)盡量減少橋殼的質(zhì)量，其機(jī)構(gòu)簡單，制造方便，便于維修人員對其內(nèi)部件的拆裝，維護(hù)和保養(yǎng)，其次，還應(yīng)該考慮到具體汽車的型號，使用的條件選擇合理的材料，以減小。
橋殼的結(jié)構(gòu)形式分為三種：可分式橋殼、整體式橋殼和組合式橋殼。綜合考慮選擇整體式橋殼。
整體式橋殼的特點(diǎn)。
如圖5-1所示，整體式橋殼的特點(diǎn)是將整個橋殼制成一個整體，橋殼猶如一個整體的空心梁，其強(qiáng)度和剛度都比較好。這種結(jié)構(gòu)的另一特點(diǎn)是橋殼與主減速器殼分作兩體。主減速器齒輪及差速器總成均裝在與橋殼分開的獨(dú)立殼體——主減速器殼內(nèi)，構(gòu)成一個單獨(dú)的總成——主減速器與差速器總成，調(diào)整好后再由橋殼中部前面裝入橋殼內(nèi)，并與橋殼用螺栓緊固在一起。這種結(jié)構(gòu)對主減速器和差速器的拆裝、調(diào)整、維修、保養(yǎng)等都十分方便，更不必把整個驅(qū)動橋殼從車上拆下來，這是整體式橋殼另一個很大的優(yōu)點(diǎn)。
圖5-1鋼板沖壓焊接整體式橋殼總稱
1-鎖緊螺母；2-止動墊圈；3-調(diào)整螺母；4-止動銷；5-半軸套管襯套；6， 7，8-螺栓彈簧墊圈、螺母；9-橋殼；10-鋼板彈簧座；11-通氣塞；12-減振器下支架；13-擋油片；14-放油螺塞；15-雙頭螺栓；16-彈簧墊圈；17-螺母
整體式橋殼按其制造工藝的不同又可分為鑄造整體式、鋼板沖壓焊接式和鋼管擴(kuò)張成形式三種。今年來，由于鋼板沖壓焊接整體式橋殼具有制造工藝簡單、利用率高、廢品率低、生產(chǎn)效率高以及制造低同時又具備較高的強(qiáng)度和較小的質(zhì)量等特點(diǎn)，轎車，輕型、中型載貨汽車廣泛采用了，而且有部分較大噸位的汽車業(yè)廣泛采用。
6 三維造型設(shè)計(jì)
制作方法簡述：
設(shè)置參數(shù)，列好關(guān)系。基本參數(shù)：模數(shù)M=2.5，齒數(shù)Z=20，齒寬W=11.5，壓力角A=22°30′，齒頂高系數(shù)為0.8，齒底隙系數(shù)為0.2，變位系數(shù)為0
其中，A為壓力角
DX系列為另一套節(jié)圓，基圓，齒頂圓，齒根圓的代號
各關(guān)系如下：
d=m*z
db=d*cos(a)
da=d+2*m*cos(c/2)
df=d-2*1.2*m*cos(c/2)
dx=d-2*w*tan(c/2)
dxb=dx*cos(a)
dxa=dx+2*m*cos(c/2)
dxf=dx-2*1.2*m*cos(c/2)
其中，D為大端分度圓直徑。（圓錐直齒輪的基本幾何尺寸按大端計(jì)算）
DX<D DXB<DB DXA<DA DXF<DF
2.插入-----混合------伸出項(xiàng)。
以FRONT為草繪平面，建成以大端DA作第一個圓，小端DXA作第二個圓，深度為W的混合實(shí)體。
3.草繪
在大端DF的圓面上繪制DA，D圓。
4.草繪
在小端DXF圓面上繪制DXA，DX圓。如圖：
5.創(chuàng)建第一個漸開線曲線。
在小端DXF的圓面上，通過輸入方程，創(chuàng)建漸開線曲線。其選擇的坐標(biāo)系為PRT_CSYS_DEF
其方程如下：
afa=60*t
r=dxb/2
x=r*cos(afa)+pi*r*afa/180*sin(afa)
y=r*sin(afa)-pi*r*afa/180*cos(afa)
z=0
選擇‘ 文件--------保存---------關(guān)閉’，確定，即可創(chuàng)建第一個漸開線曲線。如圖：
6.創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)。
選擇漸開線曲線和直徑為DX的節(jié)圓，即可創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)PINT0。
7.創(chuàng)建基準(zhǔn)軸
點(diǎn)擊基準(zhǔn)軸命令，選擇混合實(shí)體，即可創(chuàng)建基準(zhǔn)軸。
8.創(chuàng)建平面。
選擇基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)點(diǎn)PINT0，即可創(chuàng)建平面DIM1。
9.創(chuàng)建平面。
選擇平面DIM1和基準(zhǔn)軸，以90/Z為旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)，即可創(chuàng)建平面DIM2。
但DIM2的創(chuàng)建，必定要保證漸開線曲線能鏡像成齒輪的輪齒的大體形狀；否則，要改變DIM2的旋轉(zhuǎn)方向。
10.鏡像
將漸開線曲線以平面DIM2為鏡像平面鏡像。如圖：
11.創(chuàng)建坐標(biāo)系。
以PRT_CSYS_DEF為參照，以W為距離創(chuàng)建坐標(biāo)系CS1。如圖：
12.創(chuàng)建第二個漸開線曲線
在大端DF的圓面上，通過輸入方程，創(chuàng)建漸開線曲線。其選擇的坐標(biāo)系為CS1。
其方程如下：
afa=60*t
r=db/2
x=r*cos(afa)+pi*r*afa/180*sin(afa)
y=r*sin(afa)-pi*r*afa/180*cos(afa)
z=0
這里將DXB換成了DB。其結(jié)果如下：
13.創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)。
選擇第二個漸開線曲線和直徑為D的節(jié)圓，即可創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)PIN1。
14.創(chuàng)建平面
選擇基準(zhǔn)點(diǎn)PIN1和基準(zhǔn)軸，即可創(chuàng)建DIM3。
15.創(chuàng)建平面
選擇平面DIM3和基準(zhǔn)軸，以90/Z為旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)，創(chuàng)建平面DIM4。
但DIM4的創(chuàng)建，必定要保證漸開線曲線能鏡像成齒輪的輪齒的大體形狀；否則，要改變DIM4的旋轉(zhuǎn)方向。
16.鏡像.
選擇漸開線曲線，以平面DIM4為鏡像平面鏡像.如圖：
17.插入---------混合----------切口
草繪截面，混合成具有齒輪齒槽形狀的實(shí)體。主要使用“抓取”，“延伸”，“修剪”命令來獲取齒槽形狀。如圖：
輸入深度W后，生成齒槽實(shí)體。如圖：
20.陣列。
以基準(zhǔn)軸進(jìn)行陣列，個數(shù)為20，角度為360/20。即可。如圖：
致 謝
四年的大學(xué)生活，已經(jīng)在不經(jīng)意間偷偷的從手指間溜走，然而感覺最深刻的還是最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這個學(xué)期我們認(rèn)識了新的老師，接到了真正的研究題目，開始了自己的設(shè)計(jì)！
在我的設(shè)計(jì)過程中，個人做了充分的、分析，參考了很多方面的書籍，還去過申沃客車有限公司進(jìn)行了實(shí)地參觀學(xué)習(xí)，在鄒老師詳細(xì)的講解下我們對自己的設(shè)計(jì)題目有了更加深刻的理解，讓我們明確了了設(shè)計(jì)思路同時也提出了較為具體的寶貴建議，然而由于自己的能力有限，存在一些客觀因素造成一定的影響，加上個人學(xué)識水平有限，論文必然存在不少不足之處，懇請各位老師并提出批評意見。
在論文的開始設(shè)計(jì)和完成過程中，自己特別想感謝的是鄒老師，鄒老師是一位治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦蠋�，從身上投射出一種優(yōu)秀人民教師的形象，鄒老師不厭其煩的一遍遍給我們講解不懂之處，詳細(xì)認(rèn)真的批閱我們的設(shè)計(jì)作業(yè)，從而使我的設(shè)計(jì)更加完整。在此向尊敬的鄒老師也是我們的好朋友致以最衷心的感謝！
同時也感謝我的同學(xué)特別是我們的論文小組成員，在論文搜集材料方面給我大力支持和幫助，集中體現(xiàn)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，在此也向他們表示感謝。
在這里，還要感謝大學(xué)里的以前的所有老師，是他們給了我這個多彩的大學(xué)生活。祝各位老師工作順利，家庭幸福！
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