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車型B2發(fā)動(dòng)機(jī)Nmax69kw/6000rpm發(fā)動(dòng)機(jī)Mmax128N.m/3400rmpI檔變比5.36主傳動(dòng)比4.909090909主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)11從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)54輪胎與地面的附著系數(shù)0.85發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩128發(fā)動(dòng)機(jī)到主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)效率0.96弧齒錐齒輪的傳動(dòng)效率0.95主減速器主動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩Tz658.6368主減速器從動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩3071.642531直徑系數(shù)KD215從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑218.0460129齒輪端面模數(shù)4.037889129齒輪端面模數(shù)取為5小齒輪分度圓錐角11.51967117大齒輪分度圓錐角78.52597814小齒輪分度圓直徑d155大齒輪分度圓直徑d2270錐距R275.5449147齒寬系數(shù)0.28齒寬b77.15257611小齒寬中點(diǎn)分度圓直徑dm147.3大齒寬中點(diǎn)分度圓直徑dm2232.2齒寬中點(diǎn)模數(shù)mm4.3全齒高11小齒輪齒頂圓直徑da159.89938274小齒輪齒根圓直徑df149.12074071大齒輪齒頂圓直徑da2270.9980224大齒輪齒根圓直徑df2268.8023731大齒輪齒寬b241.85小齒輪齒寬b146.035雙曲面齒輪副偏移距E27中點(diǎn)螺旋角35法向壓力角a16輪齒上圓周力F/N13924.66808單位齒長(zhǎng)圓周力332.7280305過(guò)載系數(shù)k01尺寸系數(shù)ks0.666091776齒面載荷分配系數(shù)km1.1質(zhì)量系數(shù)kv1齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)Jw0.37錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力ow215.3259987輪齒接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù)ks1齒面品質(zhì)系數(shù)kf1綜合彈性系數(shù)cp232.6齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)Jj0.126錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力oj2113.742167錐齒輪齒面上的作用力齒寬中點(diǎn)處圓周力F26456.86934作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力FT33590.81404FN垂直于OA且位于0OA所在的平面9254.311861沿節(jié)錐母線方向的力Fs18513.0917作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Faz19987.74653作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的徑向力FRz5372.787085主動(dòng)錐齒輪螺旋方向右旋主動(dòng)錐齒輪旋轉(zhuǎn)方向逆時(shí)針從動(dòng)錐齒輪螺旋方向左旋從動(dòng)錐齒輪旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針作用在從動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Fac4498.055843作用在從動(dòng)錐齒輪齒面上的徑向力FRc20202.58266錐齒輪軸承的載荷主動(dòng)錐齒輪軸兩軸承(A、B)間距a80主動(dòng)錐齒輪軸軸承B到齒輪間距b50差速器軸承C到從動(dòng)錐齒輪間距c60差速器軸承D到從動(dòng)錐齒輪間距d130軸承A徑向力43084.924軸承A軸向力19987.74653軸承B徑向力16731.14494軸承B軸向力0軸承C徑向力24541.70207軸承C軸向力4498.055843軸承D徑向力9109.797632軸承D軸向力0普通錐齒輪式差速器鎖緊系數(shù)k0.1半軸的轉(zhuǎn)矩比kb1.222222222左半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩T11382.239139右半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩T21689.403392差速器的內(nèi)摩擦力矩307.1642531差速器齒輪主要參數(shù)選擇行星齒輪數(shù)n 2行星齒輪球面半徑Rb43.60920259行星齒輪球面半徑系數(shù)3行星齒輪節(jié)錐距A042.95506455行星齒輪齒數(shù)z111半軸齒輪齒數(shù)z217行星齒輪節(jié)錐角r132.92193294半軸齒輪節(jié)錐角r257.12371637錐齒輪大端的端面模數(shù)m4.242798858取齒輪大端的端面模數(shù)m5壓力角a22.5齒高系數(shù)0.8支持面允許擠壓應(yīng)力Oc98行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯xrd36.55行星齒輪軸直徑d19.74318738取行星齒輪軸直徑d24支承長(zhǎng)度L26.4差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算綜合系數(shù)J0.21半軸齒輪齒寬b216.94半軸齒輪大端分度圓直徑d285半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc1842.985519輪齒彎曲應(yīng)力ow893.1554426驅(qū)動(dòng)橋的最大靜載荷G216023負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)m21.2車輪滾動(dòng)半徑rr308附著系數(shù)&0.8車輪附著力距M&2368840.32半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力447.0564416直徑系數(shù)K0.212全浮式半軸桿部直徑28.2605834130半軸花鍵從動(dòng)錐齒輪外錐距R2137.7724573正常收縮齒頂角日a2.079504657等隙收縮齒根角日f(shuō)2.49492426頂錐角&a80.6054828根錐角&f76.03105388
學(xué)號(hào)
成績(jī)
設(shè)計(jì)說(shuō)明書
課程名稱
設(shè)計(jì)名稱 主減速器及差速器設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)時(shí)間
系 別 機(jī)械與汽車工程系
專 業(yè) 車輛工程
班 級(jí)
姓 名
指導(dǎo)教師
6 月 10 日
設(shè)計(jì)》說(shuō)明書
目錄
一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1
（一） 任務(wù)題目 1
（二） 進(jìn)度安排 1
二、主減速器及差速器設(shè)計(jì) 3
（一） 總體設(shè)計(jì)、計(jì)算 3
2.1.1主減速器結(jié)構(gòu)與位置設(shè)計(jì) 3
2.1.2傳動(dòng)比的分配 4
2.1.3各零件運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 4
（二） 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) 6
2.2.1錐齒輪主要參數(shù)的選擇 6
2.2.2主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 8
三、差速器設(shè)計(jì) 13
3.1.1差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 13
3.1.2普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì) 14
3.1.3差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 15
3.1.4車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 17
四、三維建模及二維平面圖 20
參考文獻(xiàn) 26
致謝 27
附錄 28
一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
（一） 任務(wù)題目
面包車后橋差速器設(shè)計(jì):
車型
發(fā)動(dòng)機(jī)Nmax
發(fā)動(dòng)機(jī)Mmax
I檔變比
主傳動(dòng)比
驅(qū)動(dòng)方案
發(fā)動(dòng)機(jī)
B2
69kw/6000rpm
128N.m/3400rmp
5.36
3.5≤i≤4.2
FR
縱置
已知條件：（1）假設(shè)地面的附著系數(shù)足夠大；
（2）發(fā)動(dòng)機(jī)到主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)效率；
（3）車速度允許誤差為±3%；
（4）工作情況：每天工作10小時(shí)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)；
（5）工作環(huán)境：濕度和粉塵含量設(shè)為正常狀態(tài)，環(huán)境最高溫度為30度；
（6）要求齒輪使用壽命為17年（每年按300天計(jì)，每天平均10小時(shí)）；
（7）生產(chǎn)批量：中等。
（8）半軸齒輪、行星齒輪齒數(shù)，可參考同類車型選定，也可自己設(shè)計(jì)。
（9）主傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)矩比參數(shù)選擇不得雷同。
（10）安裝一般
（二） 進(jìn)度安排
設(shè)計(jì)的步驟（共四部分）
傳動(dòng)比的分配
各運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
總體布局
各零件的材料選擇選擇
差速器裝配布局草圖設(shè)計(jì)
各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一．總體設(shè)計(jì)、計(jì)算
二．傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
三．總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)
四．軸的校核
五．滾動(dòng)軸承的選擇和校核
設(shè)計(jì)計(jì)算?？蓞⒖肌稒C(jī)械設(shè)計(jì)》教材。
（2） 三維建模所有零件的三維模型和裝配。（CATIA制圖）
（3） 繪制A0二維裝配圖。（CATIA制圖）
（4） 繪制零件圖。零件圖每人2張，由指導(dǎo)教師分配任務(wù)，紙張大小、比例自定或指導(dǎo)老師安排。
（5） 整理說(shuō)明書。字?jǐn)?shù)5000字以上。格式參考模板。說(shuō)明書應(yīng)包括下面內(nèi)容：①、設(shè)計(jì)任務(wù)及安排。②結(jié)構(gòu)原理和現(xiàn)狀比較。③參數(shù)選擇與計(jì)算、三維建模、二維制圖過(guò)程。④參考文獻(xiàn)。⑤致謝。⑥附錄（包括零件圖和裝配圖）。
課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排
序號(hào)
階段內(nèi)容
第一階段 設(shè)計(jì)計(jì)算（第1-4周）
1-4周
布置任務(wù)、拆裝部件、講解工作原理、計(jì)算方法講解
答疑和進(jìn)度檢查
階段檢查，給出階段成績(jī)
第二階段 三維建模（第5周～第8周）
5-8周
部件測(cè)繪、三維建模
答疑和進(jìn)度檢查
階段檢查，給出階段成績(jī)
第三階段 二維平面圖（第9周～第11周）
9-11周
繪制部件裝配圖、零件工作圖（CATIA制圖）
答疑和進(jìn)度檢查
階段檢查給出階段成績(jī)
第四階段 二維零件圖（第12-13周）
12-13周
由指導(dǎo)教師指定兩個(gè)零件。繪制主要零件工作圖（CATIA制圖）
階段檢查給出階段成績(jī)
第五階段 編寫說(shuō)明書（第14-16周）
14-16周
編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書、整理課程設(shè)計(jì)資料、裝檔案袋并上交
階段檢查給出階段成績(jī)；出圖（部件裝配圖、零件圖）
答辯
二、主減速器及差速器設(shè)計(jì)
（一） 總體設(shè)計(jì)、計(jì)算
2.1.1主減速器結(jié)構(gòu)與位置設(shè)計(jì)
我們?cè)O(shè)計(jì)的是發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)面包車的主減速器及差速器。主減速器及差速器的位置布置如下圖 。
采用整體式驅(qū)動(dòng)橋，單級(jí)弧齒錐齒輪傳動(dòng)。
主動(dòng)錐齒輪z1齒數(shù)為14，從動(dòng)錐齒輪z2齒數(shù)為69。
橋殼形式：斷開式
半軸形式：全浮式
差速器形式：弧齒圓錐齒輪式
2.1.2傳動(dòng)比的分配
I擋傳動(dòng)比
根據(jù)主從動(dòng)齒輪齒數(shù)，確定出主傳動(dòng)比為： i=11/54=4.91
根據(jù)所給要求：發(fā)動(dòng)機(jī)到主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)效率。
選用弧齒錐齒輪副，則主、從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率
2.1.3各零件運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
我們選用的是弧齒錐齒輪傳動(dòng)，所以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(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
式中：Tem——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩, Tem=128N﹒m
Kd——?jiǎng)虞d系數(shù)，由性能系數(shù)fi確定
當(dāng)0.195×mag×Tem <16時(shí)，fi=0.01（16-0.195×mag/Tem）；當(dāng)0.195×mag×Tem≥16時(shí)，fi=0。式中，ma為汽車滿載質(zhì)量，ma＝2575kg，0.195×mag/Tem＝38.44>16，fi<0，所以選Kd＝1。
K——液力變矩系數(shù)，該減速器無(wú)液力變矩器，K=1
i1——變速器一檔傳動(dòng)比，i1＝5.36
if——分動(dòng)箱傳動(dòng)比，該減速器無(wú)分動(dòng)箱，if＝1
i0——主減速器傳動(dòng)比，i0＝4.91
η——發(fā)動(dòng)機(jī)到從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)效率，取η＝96%
n——計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，n=1
由上面數(shù)據(jù)計(jì)算得：Tce =3071.64N﹒m
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Tcs
式中：G2——滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷，G2＝2575x9.8x0.6=15141N
m2’——汽車最大加速度時(shí)的候車軸負(fù)載轉(zhuǎn)移系數(shù)，取m2’＝1.1
φ——輪胎與路面間的附著系數(shù)，取φ＝0.85
rr——車輪滾動(dòng)半徑，rr=0.0254[d/2+b(1-a)]，查BJ130使用手冊(cè)得知，輪胎規(guī)格為6.50-16-8，取a＝0.12，所以rr＝0.0254 [16/2+6.5(1-0.12)]＝0.348m
im——主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間傳動(dòng)比，im＝1
ηm——主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間傳動(dòng)效率，ηm＝1
由上面數(shù)據(jù)計(jì)算得：Tcs＝4926.58Nm
3.按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf
式中： Ft——汽車日常行駛平均牽引力, Ft=Ff+Fi+Fw+Fj。日常行駛忽略坡度阻力和加速阻力，F(xiàn)i=Fj=0，滾動(dòng)阻力Ff=W﹒f，其中貨車滾動(dòng)阻力系數(shù)f為0.015~0.020，取f=0.016，W=27250N，因此Ff=436N；空氣阻力Fw=CD﹒A﹒ua2 /21.15，面包車空氣阻力系數(shù)CD為0.80~1.00，取CD=0.9，迎風(fēng)面積A=2.5m2，日常平均行駛車速ua＝60 km/h，因此Fw=382.98N。計(jì)算得到：Ft=818.98N。
rr——車輪滾動(dòng)半徑，rr=0.348m
im——主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間傳動(dòng)比，im＝1
ηm——主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間傳動(dòng)效率，ηm＝1
n——計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，n=1
計(jì)算汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf=285 Nm。
4.從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩
當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，Tc＝min[Tce，Tcs]，Tce=3071.64N﹒m，Tcs＝4926.58Nm，所以Tc= Tce =3071.64Nm。當(dāng)計(jì)算錐齒輪疲勞壽命時(shí)，Tc＝Tcf，Tcf＝285N﹒m，所以Tc＝Tcf＝285N﹒m。
5.計(jì)算主動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)矩
式中：ηG——主從動(dòng)錐齒輪間傳動(dòng)效率，對(duì)于弧齒錐齒輪副ηG＝95％。
當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，Tc＝3071.64Nm，計(jì)算得Tz=658.63Nm；
當(dāng)計(jì)算錐齒輪疲勞壽命時(shí)，Tc＝285N﹒m，計(jì)算得Tz=60.87 Nm。
（二） 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)
2.2.1錐齒輪主要參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要的參數(shù)有主、從動(dòng)錐齒輪z1和z2、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a等。
1. 已經(jīng)確定主動(dòng)錐齒輪z1齒數(shù)為11，從動(dòng)錐齒輪z2齒數(shù)為54。
2. 從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和斷面模數(shù)ms。
對(duì)于單級(jí)主減速器，增加尺寸D2會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼高度尺寸和離地間隙，減小D2又響驅(qū)動(dòng)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)公式初選為，即
式中，D2為從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑（mm）；KD2為直徑系數(shù)，一般為13.0~15.3，這里我們?nèi)?5；Tc為從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N·m），Tc＝3071.64Nm。
計(jì)算得，從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2初選為D2=218.05mm
從動(dòng)齒輪端面模數(shù)ms為：
同時(shí)，ms還應(yīng)滿足
式中，Km為模數(shù)系數(shù)，取0.3~0.4。即，
則我們選取從動(dòng)齒輪端面模數(shù)ms為5，同理從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑D2為270mm。
3. 主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬b1和b2
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b2，而且b2，一般也推薦b2=0.155D2。對(duì)于弧齒錐齒輪，b1一般比b2大10%。
得到主動(dòng)錐齒輪齒面寬b2為：
b2=0.155D2=0.155×270mm=41.58mm
得到從動(dòng)錐齒輪齒面寬b1為：
b1=1.1b2=1.1×42.78mm=46.04mm
4.雙曲面小齒輪偏移距E
所設(shè)計(jì)車輛為面包車（為總質(zhì)量不大的商用車），要求E不大于0.2D2；
取E=0.18D2=48.60mm
5.中點(diǎn)螺旋角
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°。乘用車選用較大的值以保證較大的，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低；商用車選用較小的值以防止軸向力過(guò)大，通常取35°。
我們?nèi)≈悬c(diǎn)螺旋角=35°。
6.螺旋方向
發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，為避免輪齒卡死而損壞，應(yīng)使軸向力離開錐頂方向，符合左手定則，所以主動(dòng)齒輪左旋，從動(dòng)齒輪右旋。
7.法向壓力角
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(duì)于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過(guò)小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對(duì)于小負(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(duì)于弧齒錐齒輪，乘用車一般選用14°30丿或16°，商用車的為20°或或22°30丿。對(duì)于雙曲面齒輪，從動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是相同的，但主動(dòng)齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的。選取平均壓力角時(shí)，乘用車為19°或20°，商用車為20°或22°30丿。
根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)選用的傳動(dòng)方案，法向壓力角取16°。
2.2.2主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算
1.單位齒長(zhǎng)圓周力
主減速器錐齒輪的表面耐磨性，常用輪齒上單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算，即
式中，p為輪齒上的單位齒長(zhǎng)圓周力（N/mm）；F為作用在輪齒上的圓周力（N）b2為從動(dòng)齒輪的齒面寬（mm）。
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)
按驅(qū)動(dòng)輪打滑的轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)
872.00N/mm
根據(jù)參考資料【1】中152頁(yè)表5-1得，許用的單位齒長(zhǎng)圓周力[p]表：
2.輪齒彎曲強(qiáng)度
主減速器錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為：
式中：Tc——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩。從動(dòng)齒輪：按最大彎曲應(yīng)力算時(shí)Tc＝3071.64Nm Nm，按疲勞彎曲應(yīng)力算時(shí) Tc=285 Nm；主動(dòng)齒輪：按最大彎曲應(yīng)力算時(shí)Tz=658.63 Nm，按疲勞彎曲應(yīng)力算時(shí)Tz=60.87 Nm。
K0——過(guò)載系數(shù)，取K0＝1
Ks——尺寸系數(shù)，ms>1.6mm時(shí)，Ks =（ms/25.4）0.25=0.67
Km——齒面載荷分配系數(shù)?？缰檬街谓Y(jié)構(gòu)Km=1~1.1，取Km=1.1
Kv——質(zhì)量系數(shù) ，Kv＝1
ms ——從動(dòng)錐齒輪斷面模數(shù)，ms=5mm
b——齒面寬，主動(dòng)齒輪b1=46.04mm，從動(dòng)齒輪b2=41.85mm
D——分度圓直徑，主動(dòng)齒輪D1=55mm，從動(dòng)齒輪D2=270mm
Jw——綜合系數(shù)，通過(guò)查圖得，主動(dòng)齒輪Jw=0.37，從動(dòng)齒輪Jw=0.238
將各個(gè)數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得從動(dòng)齒輪：按最大彎曲應(yīng)力算時(shí)，最大彎曲應(yīng)力，按疲勞彎曲應(yīng)力算時(shí)，最大彎曲應(yīng)力；主動(dòng)齒輪：按最大彎曲應(yīng)力算時(shí)，最大彎曲應(yīng)力，按疲勞彎曲應(yīng)力算時(shí)，最大彎曲應(yīng)力。
基本都滿足按min[Tce，Tcs]計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力不超過(guò)700MPa；按Tcf計(jì)算的疲勞彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)210MPa，破壞的循環(huán)次數(shù)為6×106。
4. 輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為
主、從動(dòng)錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力是相同的。
式中，為錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力（MPa）；D1為主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑（mm）；b取b1和b2中的較小值（mm）；ks為尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對(duì)淬透性的影響，通常取1.0；kf為齒面品質(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(duì)于制造精確的齒輪，kf取1.0；cp為綜合彈性系數(shù)，鋼對(duì)鋼齒輪；cp取232.6N1/2/mm；JJ為齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取見下圖 ，取0.254
K0——過(guò)載系數(shù)，取K0＝1；
Km——齒面載荷分配系數(shù)。跨置式支撐結(jié)構(gòu)Km=1~1.1，取Km=1.1；
Kv——質(zhì)量系數(shù) ，Kv＝1；
計(jì)算按min[Tce，Tcs]得到，最大接觸應(yīng)力為2113.74MPa；按Tcf計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力為642.58MPa。
基本都滿足按min[Tce，Tcs]計(jì)算的最大接觸應(yīng)力不超過(guò)2800MPa；按Tcf計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)1750MPa。
序號(hào)
名稱及代號(hào)
計(jì)算公式及說(shuō)明
計(jì)算結(jié)果
1
主減速器主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)
滿足條件
Z1=11
Z2=54
2
傳動(dòng)比i
i=Z2/Z1=54/11=3.91
i=3.91
3
大端模數(shù)m
由強(qiáng)度計(jì)算或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，并取標(biāo)準(zhǔn)值
m=5
4
分度圓錐角
5
分度圓直徑d
d1=z1m=55mm
d2=z2m=270mm
d1=55mm
d2=270mm
6
外錐距R
R=135.84mm
8
齒寬系數(shù)
9
齒面寬b
取b=39mm
10
齒頂高h(yuǎn)a
11
齒根高h(yuǎn)f
12
壓力角
13
全齒高h(yuǎn)
14
頂隙c
c=1mm
15
軸交角
標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪
16
齒頂圓直徑da
17
齒根圓直徑df
18
齒頂角
19
齒根角
20
根錐角
21
頂錐角
三、差速器設(shè)計(jì)
3.1.1差速器結(jié)構(gòu)形式選擇
1.對(duì)稱錐齒輪式差速器
汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用廣泛。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器等。我們選用普通錐齒輪式差速器進(jìn)行計(jì)算。
2.普通錐齒輪式差速器
普通錐齒輪式差速器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)可靠，一直廣泛用于一般使用條件下的汽車驅(qū)動(dòng)橋中。如圖 示意圖，圖中為差速器殼的角速度；、分別為左、右兩半軸的角速度；為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；為差速器內(nèi)摩擦力矩；、分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得
顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)半軸將以兩倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸將等速、反向旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)力矩平衡可得5
差速器性能常以鎖緊系數(shù)k來(lái)表征，定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比，由下式確定
結(jié)合力矩平衡式得
定義半軸的轉(zhuǎn)矩比為kb=T2/T1,則kb與k之間有
普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)k一般為0.05~0.15，兩半軸的轉(zhuǎn)矩比kb為1.11~1.35，這說(shuō)明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對(duì)于良好路面上行駛的汽車來(lái)說(shuō)是合適的。
我們?nèi)℃i緊系數(shù)k為0.1，得到軸的轉(zhuǎn)矩比kb為1.22。分別為左兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩為，分別為右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩為。差速器內(nèi)摩擦力矩為。
3.1.2普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)
1.行星齒輪數(shù)n
由于設(shè)計(jì)的是面包車的后橋差速器，載荷一般，也不是很大，選擇n取2。
2.行星齒輪球面半徑Rb
行星齒輪球面半徑Rb
Kb——行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb=2.5～3.0，對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的面包取最大值，Kb=3
Td——差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Td =min[Tce，Tcs]=3071.64Nm
計(jì)算得：Rb=43.60mm
節(jié)錐距A0=（0.98～0.99）Rb，取系數(shù)為0.985，則A0=42.95mm
3.確定行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)
取行星齒輪齒數(shù)z1=11，半軸齒輪齒數(shù)z2取為17。
z2/ z1=1.55，在1.5～2范圍內(nèi)；半軸齒數(shù)和為34，能被行星齒輪數(shù)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及其模數(shù)m
錐齒輪大端的端面模數(shù)m=2A0sinγ1/z1=2A0sinγ2/z2，m=4.24，取整m=5。
則：d1=z1m=55mm ，d2=z2m=85mm
重新驗(yàn)算節(jié)錐距
A0=d1/（2 sinγ1）=d2/（2 sinγ2）=43.23mm
5.壓力角
汽車差速器齒輪大都采用α=22°30′的壓力角，齒高系數(shù)為0.8的齒形。
6.行星齒輪軸直徑d及支承長(zhǎng)度L
行星齒輪軸直徑d（mm）為
式中： T0——差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩，T0=Td= min[Tce，Tcs]=3071.64Nm
[σc] ——支承面許用擠壓應(yīng)力，取98MPa
n——行星齒輪數(shù)，n=2
rd——行星齒輪支承面中心到錐頂?shù)木嚯x，rd=0.4d2=36.55mm
計(jì)算得d=19.74mm，取行星齒輪軸直徑d為24mm。
支承長(zhǎng)度L=1.1d=26.4mm 。
3.1.3差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算
差速器齒輪只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。齒輪彎曲應(yīng)力σw為：
Tc——半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩。當(dāng)T0 =min[Tce，Tcs]時(shí)，Tc＝0.6×T0=1842.98Nm；當(dāng) T0=Tcf時(shí)，Tc＝0.6×T0=171 Nm
Ks——尺寸系數(shù)，Ks=1
Km——齒面載荷分配系數(shù)。跨置式支撐結(jié)構(gòu)Km=1~1.1，取Km=1.1
Kv——質(zhì)量系數(shù) ，Kv＝1
m——端面模數(shù)，m=5
b2——半軸齒輪齒寬，b2=0.3A0=16.94mm
d2——半軸齒輪大端分度圓直徑，d2=85mm
J——綜合系數(shù)，查圖得J=0.21
n——行星齒輪數(shù)，n=2
計(jì)算得：
當(dāng)T0=min[Tce，Tcs]時(shí)，[σw]=980 MPa，σw=893.16MPa<[σw]。，符合設(shè)計(jì)要求。
當(dāng) T0=Tcf時(shí)，[σw]=210 MPa，σw=82.87MPa<[σw],也符合設(shè)計(jì)要求。
序號(hào)
名稱及代號(hào)
計(jì)算公式及說(shuō)明
計(jì)算結(jié)果
1
行星齒輪齒數(shù)Z1
行星齒輪齒數(shù)不小于10
Z1=11
2
半軸齒輪齒數(shù)Z2
Z2=14～25且滿足轉(zhuǎn)條件
Z2=17
3
傳動(dòng)比i
i=Z2/Z1=17/11=1.55
i=1.55
4
模數(shù)m
m=2A0sinγ1/z1=2A0sinγ2/z2=4.24
m=5
5
分度圓錐角
6
分度圓直徑d
d1=z1m=55mm
d2=z2m=85mm
d1=55mm
d2=85mm
7
外錐距R
R=50.62mm
8
齒寬系數(shù)
9
齒面寬b
取b=15mm
10
齒頂高h(yuǎn)a
11
齒根高h(yuǎn)f
12
壓力角
13
全齒高h(yuǎn)
14
頂隙c
c=1mm
15
軸交角
標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪
16
齒頂圓直徑da
17
齒根圓直徑df
18
齒頂角
19
齒根角
20
根錐角
21
頂錐角
3.1.4車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
1.結(jié)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。
根據(jù)承載情況,選取半軸為全浮式半軸，全浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相連，而輪轂又借用兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在驅(qū)動(dòng)橋殼的半軸套管上。理論上來(lái)說(shuō)，半軸只承載轉(zhuǎn)矩。
2.半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
全浮式半軸的計(jì)算載荷可按車輪附著力矩計(jì)算，即
式中，G2為驅(qū)動(dòng)橋的最大靜載荷，取G2=0.6G=（0.6×2725×9.8）N=16023N；
rr為車輪滾動(dòng)半徑，先約取308mm；
m2丿為負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，一般在乘用車在m2丿=1.2~1.4，商用車：m2丿=1.1~1.2，為m2丿取1.2；
為附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.8。
計(jì)算得到全浮式半軸的力矩為：
全浮式半軸桿部直徑初步選取
式中，d為半軸桿部直徑（mm）；
全浮式半軸的計(jì)算力矩（N·mm）；
K為直徑系數(shù)，取0.205~0.218，取0.212。
靜計(jì)算可得半軸桿部直徑d為：
半軸應(yīng)符合：1、半軸桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各部分基本達(dá)到等強(qiáng)度；2、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(shí)應(yīng)盡量增大各過(guò)度部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過(guò)渡部分，以減小應(yīng)力集中。3、當(dāng)桿部較粗且外端凸緣也較大是，可采用兩端用花鍵連接的機(jī)構(gòu)；4、設(shè)計(jì)全浮式半軸桿部的強(qiáng)度儲(chǔ)備應(yīng)低于驅(qū)動(dòng)橋其他傳力零件的強(qiáng)度儲(chǔ)備，使半軸起一個(gè)“熔絲”的作用。
故選取半軸的直徑為d=30mm。
3.半軸的強(qiáng)度校核
半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力公式為：
式中，為半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；d為半軸直徑。
計(jì)算得半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：
半軸的扭轉(zhuǎn)角公式為
式中，為扭轉(zhuǎn)角；l為半軸長(zhǎng)度，取為0.4m；G為材料切變模量；取80MPa；IP為半軸斷面的極慣性矩，IP=πd4/32.
計(jì)算得到半軸的扭轉(zhuǎn)角為每米長(zhǎng)度8°32丿。
都基本符合半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力宜為500~700MPa，轉(zhuǎn)角宜為每米長(zhǎng)度6°~15°。
5.半軸花鍵設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）.根據(jù)《汽車工程手冊(cè)》P1211公式公式（4-9-45）半軸花鍵的剪切應(yīng)力
式中：5國(guó)標(biāo)GB/3478.1-1983漸開線花鍵尺寸：
選30度平齒根，m=1，Z=30。
D—半軸花鍵外徑，取31.5mm
d—與之相配的花鍵孔內(nèi)徑，取29.11mm
Lp—花鍵工作長(zhǎng)度，取45mm
b—花鍵齒寬，取1.704mm
—載荷分配不均勻系數(shù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)【2】中P65查得在（0.7~0.8）之間，計(jì)算時(shí)可取0.8。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)【2】中P65公式4-4，半軸花鍵的擠壓應(yīng)力
式中根據(jù)【2】中P665表4-2驗(yàn)證，花鍵的適用情況安全，合理
表 花鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力/MPa
剪切應(yīng)力不大于70MPa，擠壓應(yīng)力不大于200MPa，根據(jù)要求，以上均合格。
四、三維建模及二維平面圖
主要說(shuō)明建模中關(guān)鍵參數(shù)和復(fù)雜部件的建模過(guò)程
半軸齒輪（圖4.1）建模：先在UG軟件中輸入半軸齒輪的參數(shù)，生成齒輪后，導(dǎo)入catia，在齒輪上建凸臺(tái)，再進(jìn)行打孔，拉齒成形。半軸齒輪墊片，在草圖畫圓環(huán)，拉伸得到。
圖4.1 半軸齒輪 圖4.2 半軸齒輪墊片
圖4.3 差速器殼體
差速器殼體，是一個(gè)鑄造件，具有拔模斜度。建凸臺(tái)拔模，中心播殼，洗平面在多建幾個(gè)凸臺(tái)，用于軸承的軸肩定位，打行星齒輪軸孔，并打銷孔。以下的其他建模，以此類推。
圖4.4 行星齒輪 圖4.5 行星齒輪墊片
圖4.6 行星齒輪軸
圖4.7 六角開槽螺母 圖4.8 旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈
圖4.9 圓錐滾子軸承 圖4.10 半軸
圖4.11 卡簧 圖4.12 防塵罩
圖4.13 輸入法蘭盤
圖4.14 主減速器殼體
圖4.15 主減速器主動(dòng)齒輪
二維平面圖介紹能幫助讀懂圖紙的說(shuō)明。
零件二維圖要有足夠的尺寸，讓工程師看到就能很明白，有技術(shù)要求，零件表面粗糙度，尺寸公差等，提升零件的精度。裝配圖則要表達(dá)好各個(gè)零件間的裝配關(guān)系，裝配操作技術(shù)要求等。
圖4.16 差速器殼體二維圖
圖4.17 主減速器主動(dòng)齒輪軸二維圖
圖4.18 主減速器及差速器總成裝配二維圖
參考文獻(xiàn)
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［2］. 陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.人民交通出版社.2006
［3］. 陳錦昌.機(jī)械制圖［M］.高等教育出版社.2010
［4］. 王望予.汽車設(shè)計(jì)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社2004
［5］. 甘永立.幾何量公差與檢測(cè)［M］.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2012
［6］. 譚慶昌.趙洪志.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.高等教育出版社.2004
26
致謝
在此次課程設(shè)計(jì)中，學(xué)習(xí)了解以前和現(xiàn)今用得最多的制動(dòng)器，無(wú)論是盤式制動(dòng)器，鼓式制動(dòng)器，還是復(fù)合式制動(dòng)器，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個(gè)部件，如何進(jìn)行工作，每個(gè)零件起到什么樣的作用。特別是在裝配二維圖，零件二維圖上學(xué)習(xí)得更多知識(shí)。
在檢查裝配二維圖時(shí)，三維圖二維圖畫法一直糾結(jié)了挺久，最后還是把難表達(dá)的表面用二維圖畫法。類似彈簧，掛上去必定拉緊回到最低點(diǎn)的位置，制動(dòng)鼓夠精加工表面，而不是一個(gè)平面到底。迷宮技術(shù)，進(jìn)行防塵，特別是球籠式等速萬(wàn)向節(jié)，從開始問(wèn)老師結(jié)構(gòu)，到圖書館查書，最后網(wǎng)上找球籠式等速萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)，制作它，可以是一份畢業(yè)設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)到加工制造出來(lái)。我們則根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，有課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)、懂得更多汽車相關(guān)結(jié)構(gòu)。
附錄
附表1 各個(gè)建模零件及名稱
序號(hào)
零件名稱
零件名
備注
1
半軸齒輪
06121212_yaozhaowu_banzhouchilun
2
半軸齒輪墊片
06121212_yaozhaowu_banzhouchilundianpian
Q235
3
差速器殼體
06121212_yaozhaowu_chasuqiketi
4
行星
齒輪
06121212_yaozhaowu_xingxingchilun
5
行星齒輪墊片
06121212_yaozhaowu_xingxingchilundianpian
6
行星齒輪軸
06121212_yaozhaowu_xingxingchilunzhou
7
行星齒輪軸銷
06121212_yaozhaowu_xingxingchilunzhouxiao
8
六角頭螺栓
06121212_yaozhaowu_M12liujiaotouluoshuang
M12
9
開口六角頭螺母
06121212_yaozhaowu_M24kaikouxiaoluonu
M24
10
卡簧
06121212_yaozhaowu_kahuan
11
旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈
06121212_yaozhaowu_neijing50waijing70xuanzhuanzhouchunxingmifengquan
12
圓錐滾子軸承
06121212_yaozhaowu_30212zhoucheng
30212
32208
32308
13
半軸
06121212_yaozhaowu_banzhoufalan
14
波形套筒
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15
法蘭盤
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HT200
16
防塵罩
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17
開口銷
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Q235
18
軸承蓋
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19
從動(dòng)錐齒輪
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20
墊片
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21
主減速器后蓋
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22
六角頭螺栓
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23
主減速器殼體
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主減速器主動(dòng)錐齒輪
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