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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
張鵬
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛07-9班
指導(dǎo)教師姓名
田芳
職稱
實驗員
從事
專業(yè)
汽車運用技術(shù)
是否外聘
□是□否
題目名稱
重型卡車主減速器設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
汽車正常行駛時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速通常在2000至3000r/min左右，如果將這么高的轉(zhuǎn)速只靠變速箱來降低下來，那么變速箱內(nèi)齒輪副的傳動比則需很大，而齒輪副的傳動比越大，兩齒輪的半徑比也越大，換句話說，也就是變速箱的尺寸會越大。另外，轉(zhuǎn)速下降，而扭矩必然增加，也就加大了變速箱與變速箱后一級傳動機構(gòu)的傳動負荷。所以，在動力向左右驅(qū)動輪分流的差速器之前設(shè)置一個主減速器，可使主減速器前面的傳動部件如變速箱、分動器、萬象傳動裝置等傳遞的扭矩減小，也可以使變速箱的尺寸、質(zhì)量減小，操縱省力。
主減速器是汽車傳動系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動齒數(shù)多的錐齒輪。對于重型卡車來說，要傳遞的轉(zhuǎn)矩較乘用車、客車，以及輕型商用車都要大得多，以便能夠以較低的成本運輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動機，這就對傳動系統(tǒng)有較高的要求，而主減速器在傳動系統(tǒng)中起著非常重要的作用。
隨著目前國際上石油價格的上漲，汽車的經(jīng)濟性日益成為人們關(guān)心的話題，這不僅僅只對乘用車，對于重型載貨汽車，提高其燃油經(jīng)濟性也是各商用車生產(chǎn)商來提高其產(chǎn)品市場競爭力的一個法寶，因為重型載貨汽車所采用的發(fā)動機都是大功率，大轉(zhuǎn)矩的，裝載質(zhì)量在十噸以上的載貨汽車的發(fā)動機，最大功率在140KW以上，最大轉(zhuǎn)矩也在700N.m以上，百公里油耗是一般都在34L左右。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動機的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動系中減少能量的損失。因此，在發(fā)動機相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動機匹配性比較高的傳動系便成了有效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計新型的主減速器已成為了新的課題。
現(xiàn)代汽車的主減速器，廣泛采用螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。螺旋錐齒輪傳動的主、從動齒輪軸線垂直相交于一點，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。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。一般情況下，當要求傳動比大于4．5而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪傳動更合理。這是因為如果保持主動齒輪軸徑不變，則雙曲面從動齒輪直徑比螺旋錐齒輪小。當傳動比小于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，因為后者具有較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。圓柱齒輪傳動一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋和雙級主減速器貫通式驅(qū)動橋。蝸桿傳動與錐齒輪傳動相比有如下優(yōu)點：在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動比(可大于7)；在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無噪聲；便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動的布置；能傳遞大的載荷，使用壽命長；結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，調(diào)整容易。但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動效率較低。蝸桿傳動主要用于生產(chǎn)批量不大的個別重型多橋驅(qū)動汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動機的大客車上。
主減速器中單級主減速器多采用一對弧齒輪或雙曲面齒輪傳動也有一對圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動的。雙級主減速器的主要結(jié)構(gòu)特點是由兩級齒輪減速組成的減速器。與單級主減速器相比，雙擊主減速器在保證離地間隙相同時可得到更大的傳動比，i。一般為7~12；但其尺寸、質(zhì)量均較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本也顯著增加，因此主要應(yīng)用在總質(zhì)量較大的商用車上。
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，雙級主減速器分為整體式和分開式兩種。分開式雙級主減速器的第一級設(shè)于驅(qū)動橋中部，稱為中央減速器；第二級設(shè)于輪邊，稱為輪邊減速器。整體式雙級主減速器有多種結(jié)構(gòu)方案：第一級為錐齒輪，第二級為圓柱齒輪：第一級為錐齒輪，第二級為行星齒輪；第一級為行星齒輪，第二級為圓柱齒輪；第一級為圓柱齒輪，第二級為錐齒輪。對于第一級為錐齒輪，第二級為圓柱齒輪的雙級主減速器，可有縱向水平布置、斜向布置和垂直布置三種布置方案。
當主減速的第一級采用螺旋錐齒輪時，這種布置使從動圓柱齒輪軸的中心線與其他齒輪軸的中心線位于同一水平面內(nèi)，在實際設(shè)計中，為了減小傳動軸的夾角，應(yīng)使主動錐齒輪前端稍微抬起，因此該平面只是近似的平行于地面。當?shù)谝患壊捎秒p曲面齒輪時，則第二級兩圓柱齒輪的中心線也位于同一水平面內(nèi)，并與雙曲面主動齒輪軸的中心線平行，為減小傳動軸夾角，也應(yīng)使主動錐齒輪前端稍微抬起。
這種縱向-水平布置使總成的垂向輪廓尺寸縮小而縱向尺寸則增加，用在長軸距的汽車上可減小傳動軸的長度。但不利于短軸距汽車的總布置，因會使傳動軸過短，使傳動軸夾角加大。這種結(jié)構(gòu)可將主減速器和差速器組合為一個大總成并從整體式橋殼前面的開孔裝入橋殼內(nèi)，拆裝方便。
垂向布置的錐齒輪-圓柱齒輪式雙級主減速器拆裝時需移開車廂，并且橋殼在中部上方開孔，會顯著地降低其垂向剛度，嚴重時會引起半軸由于受彎而過載和齒輪齒合變差。斜向布置的錐齒輪-圓柱齒輪式雙級主減速器與垂向布置型式中該接合面為水平面的情況相比，對改善橋殼的垂向剛性有好處，而與縱向-水平布置型式相比，其縱向尺寸有所減小。在某些重型汽車上，有時采用錐齒輪-行星齒輪式雙級主減速器或行星齒輪-錐齒輪式雙級主減速器。在上述雙級主減速器的各種結(jié)構(gòu)中，用的最廣泛的是錐齒輪-圓柱齒輪式雙級主減速器，且錐齒輪副總是作為第一級減速齒輪。但在多橋驅(qū)動的汽車上，為了貫通式驅(qū)動橋的布置方便，常常將圓柱齒輪副作為第一級，而螺旋錐齒輪副或雙曲面齒輪副則作為第二級。
錐齒輪—圓柱齒輪式雙級主減速器在分配傳動比時，通常將圓柱齒輪副和錐齒輪副傳動比的比值取在1.4~2.0范圍內(nèi)，而且錐齒輪副傳動比一般為1.7~3.3，這樣可以減小錐齒輪齒合時的軸向力和作用在從動錐齒輪及圓柱齒輪上的載荷，同時可使主動錐齒輪的齒數(shù)適當增多，使其支承軸頸的尺寸適當加大，改變支承剛度，提高齒合平穩(wěn)性和工作可靠性。
主減速器的減速型式分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。減速型式的選擇與汽車的使用類型及使用條件有關(guān)有時也與制造廠已有的產(chǎn)品系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于動力性、經(jīng)經(jīng)濟性等整車能所要求的主減速比的大小及驅(qū)動橋下的離地間隙、驅(qū)動橋的數(shù)目及布置型式等。
由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低等優(yōu)點，因此，它廣泛的用在主減速比小于7.6的各種中、小型汽車上。由兩級齒輪減速組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大且采用單級減速不能滿足既定的主減速比和離地間隙要求的重型汽車上。綜合分析重型卡車主減速器設(shè)計采用雙級主減速器，結(jié)構(gòu)方案確定為一級錐齒輪，第二級圓柱齒輪。布置型式為縱向-水平布置。
本次設(shè)計是通過合理整合已有的設(shè)計，閱讀大量文獻，掌握機械設(shè)計的基本步驟和要求，以及傳統(tǒng)機械制圖的步驟和規(guī)則，掌握制動器總成的相關(guān)設(shè)計方法，以及進一步扎實汽車設(shè)計基本知識，學(xué)會用CAD進行基本二維制圖，同時提高分析問題和解決問題的能力。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
基本內(nèi)容：
一、主減速器的結(jié)構(gòu)方案形式，齒輪類型和減速形式。
二、主減速器類型的選取與確定
三、主減速器的主、從動齒輪的支撐方案。
四、主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算；主減速器的主減速比、計算載荷的確定齒輪的幾何尺寸、強度計算與校核，軸的強度計算與校核。
五、差速器的設(shè)計計算等
擬解決的主要問題：
一、主減速器的結(jié)構(gòu)特征、工作原理
二、雙級主減速器與單級主減速器的區(qū)別
三、雙級主減速器的齒輪選取與布置等
四、雙級主減速器的基本參數(shù)的選擇
五、雙級主減速器的一級齒輪主減速比與二級齒輪主減速比的計算
六、一級齒輪與二級齒輪齒數(shù)、齒高、齒厚等的計算
七、齒輪的校核
八、差速器齒輪的計算等
九、軸的計算與校核等
差速器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和確定
三、技術(shù)路線（研究方法）
編寫設(shè)計說明書
、C A D繪圖
差速器主要參數(shù)計算
否
是
校核
是
否
齒輪尺寸等計算
校核
齒輪強度、疲勞等計算
等計算
主減速比、傳動比
雙級主減速器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
的選擇和確定
主減速器類型的選取與確定
差速器的類型選取與確定
查閱資料文獻，了解主減速及差速
器的結(jié)構(gòu)特征、工作原理
四、進度安排
1）調(diào)研、查閱參考資料，了解主減速器的功能、主要結(jié)構(gòu)。撰寫開題報告。 第2周（3月1日～3月11日）
（2）開題。第2周（3月11日）
（3）分析并確定主減速器的具體結(jié)構(gòu)形式，主要零部件及相互位置關(guān)系。根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，按照有關(guān)的設(shè)計要求和順序進行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計算及其他有關(guān)參數(shù)的選配，針對給定的設(shè)計參數(shù)優(yōu)選主減速器的總體方案。第3周（3月12日～3月20日）
（4）進行主減速器零部件的設(shè)計計算。第4～5周（3月21日～4月2日）
（5）完成部分設(shè)計圖紙，折合0# 圖紙1張，完成說明書初稿。第6周～8周（4月3日～4月22日）
（6）中期檢查。第8周（4月22日）
（7）完成主減速器裝配圖、主要零件圖，完成設(shè)計說明書 第9~13周（4月23日～5月27日）
（8）設(shè)計及說明書初稿提交。第13周（5月27日）
（9）畢業(yè)設(shè)計審核、修改。 第14～16周（5月28日～6月17日）
（10）畢業(yè)設(shè)計答辯。 第17周（6月18日～6月 20日）
五、參考文獻
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[10] 劉惟信編著.汽車傳動系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計計算[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2004,9.
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[12] 成大先主編.機械設(shè)計手冊第四版第2卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003,9
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[15] Josh Constance.DFMA：Learning to Design for Manufacture and Assembly.Mech.Eng.1992
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日