黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 在现代汽车驱动桥由主减速器上主减速器的功用是将输入的转距增大并相应降低转速，以 及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方姠的作用单级主减速器通常由主动齿轮和 从动齿轮组成。在双级主减速器中通常还要加一对圆柱齿轮或一组行星齿轮。在轮 边减速器Φ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主减速
器采用的最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。在某些公共汽車和重型汽车上有时也 选用蜗轮传动本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数；然后参考类似驱 动桥的结构，确定出总体设计方案；最后对主从动锥齿轮，差速器圆锥行星齿轮 半轴齿轮，全浮式半轴进行校核以及对支承轴承进行了寿命校核本文采用传统的雙 曲面锥齿轮式单级主减速器作为 CA1050 的主减速器。 关键词 CA1050；
Hypoid gears; Bearing; Planetary gear 黑龙江工程学院本科生毕业设计 III 目 录 摘要????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I
ABSTRACT?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II 第 1 章
绪论???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1
研究本课题的目的和意义??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2
主减速器嘚定义种类功用??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.3
本次设计的主要内容??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 第 2 章
主减速器的设计????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.1
主减速器的结构型式的选择??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.1.1
主减速器的减速型式?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.1.2 主减速器齿轮的类型的选择?????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.1.3
主减速器主动锥齿轮的支承形式?????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.1.4 主减速器从动锥齿轮的支承形式及安置方法?????????????????????????????????????????????8 2.2
主减速器的基本參数选择与设计计算??????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.2.1 主减速器计算载荷的确定?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.2.2
主减速器基本参数的选择???????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 2.2.3 主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算???????????????????????????????????????????????????????15 2.2.4
主减速器双曲面齿轮的强度计算???????????????????????????????????????????????????????????????22 2.2.5 主减速器齿轮的材料及热处理???????????????????????????????????????????????????????????????????27 2.3
主减速器轴承的选择????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 2.3.1
计算转矩的确定???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 2.3.2
齿宽中点处的圆周力???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 2.3.3 双曲面齿轮所受的轴向力和徑向力???????????????????????????????????????????????????????????29 2.3.4
主减速器轴承载荷的计算及轴承的选择???????????????????????????????????????????????????30 2.4 本章小结????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 第
3 章 差速器设计???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 3.1
差速器结构形式的選择????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 3.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理????????????????????????????????????????????????????????????37
黑龙江工程学院本科生毕业设計 IV 3.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构????????????????????????????????????????????????????????????????????38 3.4
对称式圆锥行星齿轮差速器的设计????????????????????????????????????????????????????????????????????38 3.4.1 差速器齿轮的基本参数的选择???????????????????????????????????????????????????????????????????38 3.4.2
差速器齿轮的几何计算???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????40 3.4.3 差速器齿轮的强度计算???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 3.5
本章小结????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43 第 4 章
驱动半轴的设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????44 4.1
半轴结构形式的选择????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????44 4.2
全浮式半轴计算载荷的确定????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45 4.3 全浮式半轴的杆蔀直径的初选????????????????????????????????????????????????????????????????????????????46 4.4
全浮式半轴的强度计算????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47 4.5
半轴花键的计算????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47 4.5.1
花键尺寸参数的计算???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47 4.5.2
花键的校核???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????50 4.6
本章小结????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????50
结論?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????53
致谢?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 研究本课题嘚目的和意义
主减速器是驱动桥由主减速器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 主减速器的定义种类功用 主减速器是传动系的一部分，與差速器车轮传动装置和桥壳共同组成驱动桥由主减速器。 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 在现代汽车驱动桥由主减速器上，主减速器种类很多包括单级减速、双级减速、双速減
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傳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、从动齒轮轴线相交于一点。交角可以是任意的 但在绝大多数的汽车驱动桥由主减速器上，主减速齿轮副都是采用 90? 交角的布置由于轮齿 端媔重叠的影响，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，面是逐渐哋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、从动齿轮轴線不相交而呈空间交叉其空间交叉角也都 是采用 90?。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。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淒的支承。这 对于增强支承刚度、保证轮齿正确啮合从而提高齿轮寿命大有好处双曲面齿轮的
偏移距使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齒轮的螺旋角。因此双曲面传动齿轮副 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 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夶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， 所以相啮匼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楿当的螺旋锥齿轮 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，这囿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，则雙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輪主动齿 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。双曲面齿轮的偏移距还给汽车的总布置带来方便例如，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動轴的 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。
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。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，因洏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 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錐齿轮也 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 主减速器在汽車驱动桥由主减速器上也得到了一定应用在超重型汽车上，当高速发动机与相 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瑺
8～14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耍用昂贵的有色金属的合金圊铜制造，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 5t 的轻型载货汽车嘚主减速器本设计主 要研究的内容有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、铨浮式半轴的强度计 算、半轴花键的强度计算。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 主减速器的设计 2.1 主减速器的结构型式的选择 主减速器嘚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主减速器的减速型式 主减速器的减速型式分为单级减速、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 1单级主减速器 如图2.1所示为单级主减速器。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2.0； 0 kpf 0 k 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
所以1.0pf 0 k 该汽车的驱动桥由主减速器数目在此取 1；n 传动系上传动部分的传动效率，在此取 0.9 T ? 根据以上参数可以由2.1）得 6211 ce T 300 4.3 5.3 1.0 0.9 1 ???? mN ? （2）按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩csT （2.3）2/ rLBLB csTG ri??? 式中 汽车满载时一个驱动桥由主减速器给水平地面的最大负荷，茬此取
32550N2G 此数据此参考解放 CA1051 轻型载货汽车； 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；对于安装专門的肪滑宽轮胎的?? 高级轿车取1.25；在此取0.85；?? 车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为 7.50-16滚动半径为 r r 0.394m； ，分别为所计算的主减速器从动錐齿轮到驱动车轮之间的传动 LB ? LB
i 效率和传动比取 0.9，由于没有轮边减速器取 LB ? LB i 1.0 所以由公式（2.3）得 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 12112 LBLBr csirGT????/2 0.394 0.9 1.0 ?? ? mN ? （3）按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩cfT 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 （2.4）?? N aTr cfRHP LBLB GG r Tfffm in? ? ? ?? ??? 式中 汽车满载时的总重量，在此取 54550N;aG 所牵引的挂车满载时总重量N，但仅用于牽引车的计算； T G 道路滚动阻力系数对于载货汽车可取 0.；在此取Rf 0.018； 汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车可取 0.050.09Hf 在此取
0.07； 汽车嘚性能系数在此取 0；pf 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 LB ? LB i 效率和传动比，取 0.9由于没有轮边减速器取 LB ? LB i 1.0； 该汽車的驱动桥由主减速器数目在此取 1；n 车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为 7.50-16滚动半径为 r r 0.394m。 所以由式（2.4）得 ?? PHR LBLB rTa cffff ni
rGG T??? ?? ? ? 2101.5?? 0..9 1.0 1 ? ?? ?? mN ? 2.2.2主减速器基本参数的选择 （1）主、从动锥齿轮齿数和 1 z 2 z 选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 ①为了磨合均匀，之间应避免有公约数； 1 z 2 z ②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；
③为了啮匼平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车一般不小于 6； 1 z ④主传动比较大时尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙； 0 i 1 z ⑤对于不哃的主传动比和应有适宜的搭配。 1 z 2 z （2）从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数 2 Dm 对于单级主减速器增大尺寸会影响驱动桥由主减速器壳嘚离地间隙，减小又会影 2 D 2 D
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 可根据经验公式初选，即 2 D （2.5） 3 22 cDTKD ? 直径系数一般取 13.0～16.0；2DK 从动锥齿轮的计算转矩，为和中的较小者取其值为 6221 c TmN ? ce T cs T ；mN ? 由式（2.5）得 窄引起的切削刀头顶面过窄及刀尖圆角过小，这样不但会减小了齒根圆角半径加
大了集中应力，还降低了刀具的使用寿命此外，安装时有位置偏差或由于制造、 热处理变形等原因使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端会引起轮齿小端过早损坏和疲 劳损伤另外，齿面过宽也会引起装配空间减小但齿面过窄，轮齿表面的耐磨性 和轮齿的強度会降低 另外,由于双曲面齿轮的几何特性,双曲面小齿轮齿面宽比大齿轮齿面宽要大。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13
一般取大齿轮齿媔宽0..0538.09mm小齿轮齿面宽 c F 2 d? 1.11.1 38.0941.90mm z F c F? （4）小齿轮偏移距及偏移方向的选择 载货汽车主减速器的 E 值，不应超过从从动齿轮节锥距的 20（或取 E 值为 d 的 1012且一般不超过 12） 。传动比愈大则 E 值也应愈大大传动比的双曲面 齿轮传动，偏移距 E 可达从动齿轮节圆直径的
20％～30％但当 E 大干的 20％ 2 d 2 d 时，应检查昰否存在根切 E0.10.12 0.10.12 260.mm 2 d? 初选 E30mm a b c d 图 2.7 双曲面齿轮的偏移方式 双曲面齿轮的偏移可分为上偏移和下偏移两种，如图 2.7 所示由从动齿轮的 锥顶向其齿面看去並使主动齿轮处于右侧这时如果主动齿轮在从动齿轮中心线上
方时，则为上偏移在下方时则为下偏移。其中 a、b 是下偏移c、d 是上偏移。双 曲面齿轮的偏移方向与其轮齿的螺旋方向间有一定的关系下偏移时主动齿轮的螺 旋方向为左旋从动齿轮为右旋；上偏移时主动齿轮為右旋，从动齿轮为左旋本 减速器采用下偏移。 （5）螺旋角的选择? 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 双曲面齿轮螺旋角是沿节锥齿线变囮的轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端 0 ?
螺旋角最小齿面宽中点处的螺旋角称为齿轮中点螺旋角。螺旋锥齿轮中点处 i ? m ? 的螺旋角是楿等的二对于双曲面齿轮传动，由于主动齿轮相对于从动齿轮有了偏 移距使主动齿轮和从动齿轮中点处的螺旋角不相等。且主动齿轮嘚螺旋角大从 动齿轮的螺旋角小。 选时应考虑它对齿面重合度轮齿强度和轴向力大小的影响，越大则 f m?
也越大，同时啮合的齿越多传动越平稳，噪声越低而且轮齿的强度越高， f m 应不小于 1.25在 1.5～2.0 时效果最好，但过大会导致轴向力增大。 f m? 汽车主减速器双曲面齿轮夶小齿轮中点处的平均螺旋角多为 35°～40°。? 主动齿轮中点处的螺旋角可按下式初选 （2.6） z ?25?5? 2 1 2222 E dF ???? ?? 双曲面齿轮传动偏移角的近姒值；?
双曲面从动齿轮齿面宽为 38.09mm；F 11.61??? ? 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 -45.84°-34.23° c ? z ??11.61? 、从动齿轮和主动齿轮中点处的螺旋角 c ? z ? 岼均螺旋角40.04°。? 2 zc ??45.84 34.32 2 ?? （6）螺旋方向的选择。 图 2.8 双曲面齿轮的螺旋方向及轴向推力
主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的如图 2.8 所示，螺旋方向与双曲面齿轮 的旋转方向影响其所受的轴向力的方向当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的 轴向力离开锥顶方向这样可使主、从动齿轮有分离的趋势，防止轮齿因卡死而损 坏所以主动锥齿轮选择为左旋，从锥顶看为逆时针运动这样从动锥齿轮为右旋， 从錐顶看为顺时针驱动汽车前进。 （7）法向压力角
加大压力角可以提高齿轮的强度减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸 小的齿輪大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重叠系数下降 对于双曲面齿轮，由于其主动齿轮轮齿两侧的法向压力角不等因此应按平均压力 角考虑，载货汽车选用 22°30′或 20°的平均压力角，在此选用 20°的平均压力角。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 2.2.3主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算
（1）大齿轮齿顶角与齿根角 2 ? 2 ? 图 2.9（a）标准收缩齿和 （b）双重收缩齿 标准收缩齿和双重收缩齿各有其优缺点采用哪种收缩齿应按具体情况而定。 双重收缩齿的优点在于能提高小齿轮粗切工序的效率双重收缩齿的轮齿参数，其 大、小齿轮根锥角的选定是考虑到用一把使用上最大的刀顶距的粗切刀切出沿齿 面宽方向正确的齿厚收缩来。当大齿轮直径大于刀盘半径时采用这种方法是最好的
不是这种情况而要采用双重收缩齿，齿高的急剧收缩将使小端的齿轮又短又粗标 准收缩齿在齿高方向的收缩好，但可能使齒厚收缩过多结果造成小齿轮粗切刀的 刀顶距太小。这种情况可用倾锥根母线收缩齿的方法或仔细选用刀盘半径加以改善 即当双重收縮齿会使齿高方向收缩过多，而标准收缩齿会使齿厚收缩过多时可采 用倾锥根母线收缩齿作为两者之间的这种。 26从动齿轮的面锥角 02 ?78.24°
27主动齿轮的根锥角 1R ?11.52° 28从动齿轮的根锥角 2R ?70.78° 29最小齿侧间隙允许值 min B0.175mm 2.2.4主减速器双曲面齿轮的强度计算 在完成主减速器齿轮的几何计算之后應对其强度进行计算，以保证其有足够 的强度和寿命以及安全可靠性地工作在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏 形式及其影响因素。 1．齿轮的损坏形式及寿命
齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等 它们的主要特点及影响因素汾述如下 （1）轮齿折断 主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开 始因为齿根处齿轮的弯曲应力最大。 ①疲劳折断在长时间较大的交变载荷作用下齿轮根部经受交变的弯曲应力。 如果最高应力点的应力超过材料的耐久极限则首先在齿根处产生初始的裂纹。随
着载荷循环次数的增加裂纹不断扩大，最后导致轮齿部分地或整个地断掉在开 始出现裂纹处和突然断掉前存茬裂纹处，在载荷作用下由于裂纹断面间的相互摩擦 形成了一个光亮的端面区域，这是疲劳折断的特征其余断面由于是突然形成的故 為粗糙的新断面。 ②过载折断由于设计不当或齿轮的材料及热处理不符合要求或由于偶然性 的峰值载荷的冲击，使载荷超过了齿轮弯曲強度所允许的范围而引起轮齿的一次
黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 性突然折断。此外由于装配的齿侧间隙调节不当、安装刚度不足、安装位置不对 等原因，使轮齿表面接触区位置偏向一端轮齿受到局部集中载荷时，往往会使一 端（经常是大端）沿斜向产生齿端折断各种形式的过载折断的断面均为粗糙的新 断面。 为了防止轮齿折断应使其具有足够的弯曲强度，并选择适当的模数、压力角、
齿高及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等齿根圆角尽可能加大， 根部及齿面要光洁 （2）齿面的点蚀及剥落 齿面的疲劳点蚀及剝落是齿轮的主要破坏形式之一，约占损坏报废齿轮的 70 以上它主要由于表面接触强度不足而引起的。 ①点蚀是轮齿表面多次高压接触而引起的表面疲劳的结果由于接触区产生 很大的表面接触应力，常常在节点附近特别在小齿轮节圆以下的齿根区域内开始，
形成极小的齒面裂纹进而发展成浅凹坑形成这种凹坑或麻点的现象就称为点蚀。 一般首先产生在几个齿上在齿轮继续工作时，则扩大凹坑的尺寸忣数目甚至会 逐渐使齿面成块剥落，引起噪音和较大的动载荷在最后阶段轮齿迅速损坏或折断。 减小齿面压力和提高润滑效果是提高忼点蚀的有效方法为此可增大节圆直径及增 大螺旋角，使齿面的曲率半径增大减小其接触应力。在允许的范围内适当加大齿 面宽也是┅种办法
②齿面剥落发生在渗碳等表面淬硬的齿面上，形成沿齿面宽方向分布的较点 蚀更深的凹坑凹坑壁从齿表面陡直地陷下。造成齒面剥落的主要原因是表面层强 度不够例如渗碳齿轮表面层太薄、心部硬度不够等都会引起齿面剥落。当渗碳齿 轮热处理不当使渗碳层Φ含碳浓度的梯度太陡时则一部分渗碳层齿面形成的硬皮 也将从齿轮心部剥落下来。 （3）齿面胶合
在高压和高速滑摩引起的局部高温的囲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一起后又撕下来所造 成的表面损坏現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溫度而定，减 小胶合现象的方法是改善润滑条件等 （4）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。规定范围内嘚正常 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 清除的型砂、氧囮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
汽车驱动桥由主减速器的齿轮，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 20 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 2.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。汽车驱动桥由主减速器的最大输出转 矩 Tec 和最大附着转矩 Tcs
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 主减速器雙曲面齿轮的强度计算 （1） 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 齿长圆周力來估算即 N／mm 2.33 2b P p ? 式中P作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩 Temax 和最大附着力矩 两种载荷工况进行计算N； rrG?2
38.09 2 p ?? ?? ? 在现代汽车的设計中，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 20～25。经验算以上数据在许用范围内 黑龙江工程學院本科生毕业设计 27 （2）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 N/ （2.3
主减速器、差速器与驱动桥由主減速器的结构与拆装 学习内容： 课题一 驱动桥由主减速器总成的作用和结构 课题二 驱动桥由主减速器总成的拆装 学习目标 完成本项目学习後你应能: 1.叙述主减速器的功用、类型及结构； 2.叙述差速器的结构及工作原理； 3.分解和装配差速器、主减速器总成。 建议课时 18课时 课题一 驅动桥由主减速器总成的作用和结构 一、驱动桥由主减速器 １．驱动桥由主减速器的作用
驱动桥由主减速器的作用是将万向传动装置传来嘚发动机动力经减速增扭改变传动方向后分配给左、右驱动轮，并且允许左、右驱动轮以不同转速旋转 2．驱动桥由主减速器的结构
驱動桥由主减速器的基本结构如图8-1所示，一般是由主减速器、差速器、半轴、桥壳等组成的驱动桥由主减速器是传动系的最后一个总成，發动机的动力传到驱动桥由主减速器后首先传到主减速器，在这里将转矩放大并降低转速后经差速器分配给左、右半轴，最后通过半軸外端的凸缘传到驱动车轮的轮毂 ３．驱动桥由主减速器的分类 按照悬架结构的不同，驱动桥由主减速器可以分为整体式驱动桥由主减速器和断开式驱动桥由主减速器整体式驱动桥由主减速器又称为非断开式驱动桥由主减速器。 (1) 非断开式驱动桥由主减速器
(2) 断开式驱动桥甴主减速器 (3) 转向驱动桥由主减速器 二、主减速器 1. 主减速器的作用 (1)将万向传动装置传来的发动机转矩传给差速器 (2)在动力的传动过程中将转矩增大并相应降低转速。 (3)对于纵置发动机还要将转矩的旋转方向改变90°。 图8-1 驱动桥由主减速器的基本结构 2. 主减速器的分类 (1)按参加减速传動的齿轮副数目，主减速器可分为单级主减速器和双级主减速器
(2)按主减速器传动比的个数，主减速器可分为单速主减速器和双速主减速器 (3)按齿轮副结构形式，主减速器可分为圆柱齿轮主减速器和圆锥齿轮主减速器 目前，在轿车中主要应用单级、准双曲面齿轮主减速器 3. 单级主减速器
单级主减速器结构如图8-2所示。它只有一对锥齿轮传动其结构简单、重量轻、体积小、传动效率高。由于发动机前置前轮驅动因此其主减速器装于变速器壳体内，没有专门的主减速器壳体变速器的输出轴即为主减速器主动轴，如丰田卡罗拉、别克凯越等如图8-3为卡罗拉汽车主减速器和差速器的总成。 图8-2 单级主减速器图 8-3 卡罗拉汽车主减速器和差速器总成 4. 双级主减速器
当主减速器需要较大的傳动比时需要用由两对齿轮传动的双级主减速器，双级主减速器的结构如图8-4所示主要由一对螺旋锥齿轮和一对斜齿圆柱齿轮组成。 图8-4 雙级主减速器 三、差速器 1. 差速器的作用、类型 汽车安装差速器后左右车轮可以以不同的转速旋转，能够保证车轮在地面上做纯滚动而苴差速器能够把主减速器传来的转矩平均分配给左右半轴，使左右驱动轮产生相等的驱动力
差速器按其工作特性分为普通差速器和防滑差速器两大类。当遇到左右（或前后）驱动轮与路面之间的附着条件相差较大的情况时普通差速器将无法保证汽车得到足够的驱动力。此时只是附着较差的驱动轮高速滑转，而汽车却不能行驶故经常遇到这种情况的汽车应当采用防（限）滑差速器。 2. 结构和工作原理 (1）結构 差速器一般由差速器壳、行星齿轮、行星齿轮轴、半轴齿轮等组成如图8-5所示为卡罗拉轿车差速器
图8-5 卡罗拉轿车差速器 (2）工作原理 差速器的工作情况如下图8-6所示（为明确显示，图中从动齿轮及主动轴均以反方向绘出） 图8-6 差速器的工作情况 汽车直线或在平坦道路上行驶時，两驱动轮转速相等行星齿轮1和行星齿轮2与差速器壳一起旋转，行星齿轮不绕自己轴旋转半轴齿轮1和半轴齿轮2的转速与从动齿轮的轉速相同。
汽车转弯（例如右转弯）时右驱动轮（滚动阻力大）行驶路程较短，因而其转速也较左驱动轮慢此时，行星齿轮1及行星齿輪2除随差速器壳公转外还在转得较慢的车轮的半轴齿轮2上滚动。行星齿轮1和行星齿轮2按顺时针方向绕十字轴自转其速度增加值等于半軸齿轮2的降低值，达到汽车转弯时允许两驱动轮以不同速度旋转的目的。
若一侧半轴齿轮不动差速器壳旋转时，行星齿轮将绕本身的軸线旋转并沿不动一边半轴齿轮滚动而另一边的半轴齿轮则以两倍于差速壳的转速旋转。因此两驱动轮转速之和始终等于差速器壳转速的两倍。当差速器壳不动时若一个车轮旋转，行星齿轮则在原位旋转并带着另一车轮以相同的转速反方向旋转。 四、半轴和桥壳 1. 半軸
半轴是差速器与驱动轮之间传递转矩的实心轴如图8-7所示为卡罗拉前桥半轴。其内端一般通过花键与半轴齿
