车辆工程毕业设计87东风300贯通式驱动桥及轮边减速器设计 - 图文

本科学生毕业设计

东风300贯通式驱动桥及轮边

减速器设计

院系名称： 汽车与交通工程学院

专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授

The Graduation Design for Bachelor's Degree

Design of Transfixion Type Driving Axle

and Wheel Edges Reducer

Candidate：Ye Jiaxi

Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-7

Supervisor：Associate Prof. Ji Junling

摘 要

汽车驱动桥是汽车的主要部件之一，其基本的功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，再将转矩分配给左右驱动车轮，并使左右驱动车轮具有汽车行驶运动所要求的差速功能:同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载车身之间的铅垂力、纵向力，横向力及其力矩。其质量，性能的好坏直接影响整车的安全性，经济性、舒适性、可靠性。

本文认真地分析参考了天龙重卡300双驱动桥，在论述汽车驱动桥运行机理的基础上，提练出了在驱动桥设计中应掌握的满足汽车行驶的平顺性和通过性、降噪技术的应用及零件的标准化、部件的通用化、产品的系列化等三大关键技术；阐述了汽车驱动桥的基本原理并进行了系统分析；根据经济、适用、舒适、安全可靠的设计原则和分析比较，确定了重型卡车驱动桥结构形式、布置方法、主减速器、差速器、半轴、桥壳及轮边减速器的结构型式；并对制动器以及主要零部件进行了强度校核，完善了驱动桥的整体设计。

通过本课题的研究，开发设计出适用于装置大马力发动机重型货车的双级驱动桥产品，确保设计的重型卡车驱动桥经济、实用、安全、可靠。

关键字：贯通轴；驱动桥；主减速器；差速器；轮边减速器

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ABSTRACT

Drive axle is one of the most important parts of automobile. The function is to increase the torque from drive shaft or from transmission directly, and then distribute it to left and right wheels which have the differential ability automobile needed when driving. And the drive axle has to support the vertical force, longitudinal force, horizontal force and their moments between road and frame or body. Its quality and performance will affect the security, economic, comfortably and reliability.

This article analyzes and refers to the drive axle of Tianlongtruck and the 300 drive axle of Hyundai seriously. Through the study of this topic, we can design the single driving axle devices that apply to the heavy truck with high-powered engine, and make sure the drive axle we design of heavy truck economic, practical, safe and reliable. On talking about the running principal of driving axle ,the three key techno ledge about vehicle traveling on the ride and through, and noise reduction technology applications and the standardization of parts, components of the universal, Products such as the serialization that we should master to meet, it describes and has a systematic analysis on the basic principles of vehicle drive axle.

According to the design principles and analysis and comparison of economy, application, comfortably, safety and reliability , the heavy truck drive axle structure, layout ways, and the final drive assembly, differential assembly, the bridge case and axle structure can be determined; and the strength checking of brake parts, as well as major components improves overall design of the driving axle.

Through the study of this topic, we can design the single drive axle devices that apply to the heavy truck with high-powered engine, and make sure the drive axle we design of heavy truck economic, practical, safe and reliable.

Keywords: Heavy truck；Drive axle；Final drive；Differential;wheel edges reducer

II

目 录

摘要………………………………………………………………………………………...Ⅰ Abstract……………………………………………………...…………………………….Ⅱ 第1章 绪论………………………………………………………………………………1

1.1选题的背景…………………………………………………………………………1 1.2目的及意义…………………………………………………………………………1 1.3设计路线和设计内容………………………………………………………………2

第2章 总体方案设计………………….………………………………………………4

2.1驱动桥设计应满足的基本要求……………………………………………………4 2.2驱动桥结构型式的选择……………………………………………………………4 2.3主减速器结构型式的选择…………………………………………………………5 2.4半轴的选择…………………………………………………………………………5 2.5本章小结……………………………………………………………………………5

第3章 贯通桥主减速器设计…………………………………………………………6

3.1主减速器的结构型式………………………………………………………………6

3.1.1主减速器齿轮类型…………………………………………………………...6 3.1.2主减速器齿轮的支承方案…………………………………………………...8 3.1.3主减速器减速型式…………………………………………………………..12 3.2主减速基本参数选择和计算载荷的确定………………………………………..13

3.2.1主减速比确定……………………………………………………………….13 3.2.2主减速器齿轮计算载荷确定……………………………………………….15 3.2.3主减速器齿轮几本参数的选择…………………………………………….17 3.3主减速器的几何尺寸计算………………………………………………………..23 3.4主减速器齿轮的强度计算………………………………………………………..29 3.5减速器轴承的计算………………………………………………………………..34

3.5.1减速器计算转矩的确定…………………………………………………….34 3.5.2齿轮受力形式……………………………………………………………….35 3.5.3锥齿轮受力形式…………………………………………………………….37 3.6主减速齿轮材料及热处理………………………………………………………..42 3.7主减速器齿轮润滑………………………………………………………………..43 3.8本章小结…………………………………………………………………………..43

第4章 差速器设计……………………………………………………………………44

4.1差速器结构型式的选择…………………………………………………………..44 4.2 对称式圆锥行星齿轮差速器原理……………………………………………….46 4.3对称式圆锥行星齿轮差速器结构………………………………………………..47 4.4对称式圆锥行星齿轮差速器结构设计…………………………………………..47

4.4.1差速器基本参数选择………………………………………………………..48 4.4.2差速器锥齿轮几何尺寸计算………………………………………………..51 4.4.3差速器齿轮强度计算……………………………………………………….52 4.5差速器齿轮材料…………………………………………………………………..53 4.6本章小结…………………………………………………………………………..54

第5章 半轴及贯通轴设计…………………………………………………………..55

5.1 概述……………………………………………………………………………….55 5.2全浮式半轴的设计与计算………………………………………………………..58

5.2.1半轴计算载荷的确定……………………………………………………….58 5.2.2半轴杆部直径的选择……………………………………………………….59 5.2.3半轴强度校核……………………………………………………………….59 5.2.4 花键轴的强度计算…………………………………………………………60 5.3贯通轴的设计与计算……………………………………………………………..61

5.3.1贯通轴计算载荷的确定…………………………………………………….61 5.3.2贯通轴杆部直径的选择…………………………………………………….62 5.3.3贯通轴强度校核…………………………………………………………….62 5.4半轴材料与热处理………………………………………………………………..62

5.5本章小结…………………………………………………………………………..63

第6章 轮边减速器设计……………………………………………………………..64

6.1概述………………………………………………………………………………..64 6.2轮边减速器型式选择……………………………………………………………..64 6.3轮边减速器各参数的选择………………………………………………………..67 6.4轮边减速器各齿轮强度校核……………………………………………………..67

6.4.1疲劳强度校核……………………………………………………………….67 6.4.2齿轮弯曲强度校核………………………………………………………….68 6.5本章小结…………………………………………………………………………..69

结论………………………………………………………………………………………...70 参考文献………………………………………………………………………………….71 致谢………………………………………………………………………………………...72 附录………………………………………………………………………………………...73

第1章 绪 论

1.1 选题的背景

2010年中国重卡轮边减速器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励重卡轮边减速器产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对重卡轮边减速器行业的关注越来越密切，这使得重卡轮边减速器行业的发展需求增大。

为了提高汽车行驶平顺性和通过性，现在汽车的驱动桥也在不断的改进。与独立悬架相配合的断开式驱动桥相对与非独立悬架配合的整体式驱动桥在平顺性和通过性方面都得到改进。

对于重型载货汽车来说，要传递的转矩较乘用车和客车，以及轻型商用车都要大得多，以便能够以较低的成本运输较多的货物，所以选择功率较大的发动机，这就对传动系统有较高的要求，而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。随着目前国际上石油价格的上涨，汽车的经济性日益成为人们关心的话题，这不仅仅只对乘用车，对于载货汽车，提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝。为了降低油耗，不仅要在发动机的环节上节油，而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必须在发动机的动力输出之后，在从发动机—传动轴—驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。在这一环节中，发动机是动力的输出者，也是整个机器的心脏，而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一[1]。所以设计新型的驱动桥成为新的课题。

1.2 目的及意义

为了提高装载量和通过性，有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动，常采用的有4×4、6×6、8×8等驱动型式。在多桥驱动的情况下，动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种。相应这两种动力传递方式，多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯通式与贯通式。前者为了把动力经分动器传给各驱动桥，需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力，这样不仅使传动轴的数量增多，且造成各驱动桥的零件特别是桥壳、半轴等主要零件不能通用。而对8×8汽车来说，这种非贯通式驱动桥就更难于布置了。

为了解决上述问题，现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置形式。

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1.3 设计路线和设计内容

本课题的设计思路可分为以下几点：首先选择初始方案，东风300属于重型货车，采用后桥驱动附轮边减速器，所以设计的驱动桥结构需要符合重型货车的结构要求；接着选择各部件的结构形式；最后选择各部件的具体参数，设计出各主要尺寸。主减速采用双级减速，主要是因为，贯通式的减速器，如果主减速器做成一级，又不能采取涡轮蜗杆传动，会引起贯通轴与齿轮轴的干涉。

轮边减速器一般为双级减速驱动桥中安装在轮毂中间或附近的第二级减速器采用轮边减速器可以使中间主减速器的外形尺寸减小,保证车辆具有足够的离地间隙,由于轮边是最后的一级减速，其前面的半轴差速器及主减速器的从动轮等零件的尺寸都可以减小，由于采用轮边减速器的驱动桥结构相对较复杂成本较高，只有当驱动桥总减速比大于12的工程机械、重型车和对离地间隙有特殊要求的越野车才推荐采用轮边减速器。

在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，并且各驱动桥不是分别用自己的传动轴与分动器直接联接，而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴，是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥的动力，是经分动器并贯通中间桥而传递的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计(如汽车的变型)、制造和维修，都带来方便。

驱动桥的结构形式有多种，基本形式有三种如下：

(1)中央单级减速驱动桥。此是驱动桥结构中最为简单的一种，是驱动桥的基本形式， 在载重汽车中占主导地位。一般在主传动比小于6的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。目前的中央单级减速器趋于采用双曲线螺旋伞齿轮，主动小齿轮采用骑马式支承， 有差速锁装置供选用。

(2)中央双级驱动桥。在国内目前的市场上，中央双级驱动桥主要有2种类型：一类如伊顿系列产品，事先就在单级减速器中预留好空间，当要求增大牵引力与速比时，可装入圆柱行星齿轮减速机构，将原中央单级改成中央双级驱动桥，这种改制“三化”（即系列化，通用化，标准化）程度高， 桥壳、主减速器等均可通用，锥齿轮直径不变；另一类如洛克威尔系列产品，当要增大牵引力与速比时，需要改制第一级伞齿轮后，再装入第二级圆柱直齿轮或斜齿轮，变成要求的中央双级驱动桥，这时桥壳可通用，主减速器不通用， 锥齿轮有2个规格。由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时，作为系列产品而派生出来的一种型号，它们很难变型为前驱动桥，使用受到一定限制；因此，综合来说，双级减速桥一般均

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不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。 (3)中央单级、轮边减速驱动桥。轮边减速驱动桥较为广泛地用于油田、建筑工地、矿山等非公路车与军用车上。

在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，并且各驱动桥不是分别用自己的传动轴与分动器直接联接，而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴，是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥的动力，是经分动器并贯通中间桥而传递的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计(如汽车的变型)、制造和维修，都带来方便[2]。

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第2章 总体方案的确定

随着科技的发展，汽车行业也越来越被重视，重型汽车的工作条件也越来越恶劣。近年来大多数重型汽车都向大功率和大扭矩方向发展，主要采取贯通式两级减速的驱 动桥，以满足恶劣的工作环境。 2.1驱动桥设计应满足的基本要求

驱动桥是汽车传动系统中主要总成之一。驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好环。因此，设计中要保证:

（1）所选择的主减速比应能满足汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃料经济性；

（2）差速器在保证左、右驱动车轮能以汽车运动学所要求的差速滚动外并能将转矩平稳而连续不断（无脉动）地传递给左右驱动车轮；

（3）当左、右驱动车轮与地面的附着系数不同时，应能充分地利用汽车的牵引力； （4）能承受和传递路面和车架或车厢间的铅垂力，纵向力和横向力，以及驱动时的反作用力和制动时的制动力矩；

（5）驱动桥各零部件在保证其强度、刚度、可靠性及寿命的前提下应力求减小簧下质量，以减小不平路面对驱动桥的冲击载荷，从而改善汽车的平顺性；

（6）轮廓尺寸不大以便于汽车的总体布置并与所要求的驱动桥离地间隙相适应； （7）齿轮与其他传动机件工作平稳、无噪声；

（8）驱动桥总成及零部件的设计应能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求；

（9）在各种载荷及转速工况下有高的传动效率； （10）结构简单、维修方便，机件工艺性好，制造容易。 2.2驱动桥的结构型式选择

在贯通式驱动桥的布置中，各桥的驱动轴布置在同一纵向铅垂平面内，并且各驱动桥不是分别用自己传动轴与分动器直接联接，而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴，是串联布置的。汽车前后两端的驱动桥（第一、第四桥）的动力，是经分动器并贯通中间桥（分别穿过第二，第三桥）而传递的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构、减小了体积和质量。这对于汽车的设计、制造和维修、都带来方便[3]。

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2.3主减速的结构型式选择 （1）主减速器齿轮类型选择

选择双曲面齿轮，目的是降低质心，相同尺寸下承载能力大，传动平稳。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。 （2）主减速器主从动齿轮的支撑形式选择

主、从动齿轮的支撑形式，选择骑马式，相对于悬臂式，刚度大，载荷能力强。 （4）主减速器的减速型式选择

主减速器设置成了两级减速，主要是因为，贯通式的减速器，如果主减速器做成一级，又不能采取涡轮蜗杆传动，会引起贯通轴与齿轮轴的干涉。 （5）主减速的调整

主减速器的调整是通过轴承预紧，锥齿轮啮合 2.4半轴的选择

半轴制成实心轴，利用全浮式支撑，目的是为了使半轴只承受转矩，反力和弯矩由桥壳以及差速器壳承受。 2.5本章小结

本章通过对驱动桥设计要求的分析，确定了总体方案，贯通式双级减速驱动桥，其中，对驱动桥的结构型式和主减速器的结构型式的分析，还有半轴的选择，分别确定各自的型式，做一个总体方案的确定。

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第3章 贯通桥主减速器设计

3.1 主减速器的结构型式

主减速器的结构型式，主要是根据齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而已。 3.1.1 主减速器的齿轮类型

主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和涡轮蜗杆等形式。 在现代汽车的驱动桥上，主减速器采用得最广泛的是“格里森”制或“奥利康”制的螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。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。见图（3.1）

(a)螺旋锥齿轮 (b)双曲面齿轮 (c)圆柱齿轮传动 (d)蜗杆传动

图3.1 主减速器的几种齿轮类型

(a)螺旋锥齿轮

其主、从动齿轮轴线相交于一点。交角可以是任意的，但在绝大多数的汽车驱动桥上，主减速齿轮副都是采用90o交角的布置。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，而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。

(b)双曲面齿轮

双曲面齿轮如图3.1（b）所示，其主、从动齿轮的轴线不相交而呈空间交叉。其

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空间交叉角（即将一轴线平移，使之与另一轴线相交的交角）也都是采用90°。主动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，如图3.1所示。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凄的支承。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i0?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。

此外，双曲面齿轮传动还具有沿齿长方向的纵向滑动。这种滑动有利于磨合，促使齿轮副沿整个齿面都能较好的啮合，因为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，使接触点升高，因而需要专门的双曲面齿轮油来润滑，且传动效率比螺旋锥齿轮略低，达96％。其传动效率与偏移距有关，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。两种齿轮都在同样的机床加工，加工成本基本相同。然而双曲面传动的小齿轮较大，所以刀盘顶距较大，因为刀刃寿命较长。

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。

(c)圆柱齿轮传动

一般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥，在此不采用。

(d)蜗杆传动

与锥齿传动相比，蜗杆传动有如下优点：

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(1)在轮廓尺寸和结构质量较小的情况下，可得到较大的传动比（可大于7）； (2)在任何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声； (3)便于汽车的总布置及贯通式多桥驱动的布置； (4)能传递大的载荷，使用寿命长[4]。

但是由于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，故成本较高；另外，传动效率较低。在此不采用。

由于本车的主减速器传动比大于5，且采用双曲面齿轮可以增大离地间隙，降低质心，相同尺寸下承载能力大，传动平稳。综上所述各种齿轮类型的优缺点,本文设计的东风300主减速器采用双曲面齿轮。 3.1.2 主减速器主从动锥齿轮的支承方案

在壳体结构及轴承型式已定的情况下，主减速器主动齿轮的支承型式及安置方法，对其支承刚度影响很大，这是齿轮能否正确啮合并具有较高使用寿命的重要因素之一。

1、主减速器主动锥齿轮的支承型式及安置方法 现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承型式有以下两种： （1）悬臂式

如图3.2(a)所示，齿轮以其轮齿大端一侧的轴颈悬臂式地支承于一对轴承上。为了增强支承刚度，应使两轴承支承中心间的距离b齿轮齿面宽中点的悬臂长度a大两倍以上，同时尺寸b应比齿轮节圆直径的70%还大，并使齿轮轴径大于或至小等于悬臂长a。当采用一对圆锥滚子轴承支承时，为了减小悬臂长度a和增大支承间的距离b，应使两轴承圆锥滚子的小端相向朝内，而大端朝外，以使b拉长、a缩短，从而增强支承刚度。这样也便于结构布置、轴承预紧度的调整及轴承润滑。应注意，对圆锥滚子轴承来说，由于润滑油只能从圆锥滚子的小端在离心力作用下流向大端，因此在壳体上应有通入两轴承间的进油道及使润滑油返回壳体的回油道。

另外，为了拆装方便起见，应使主动锥齿轮后轴承（即紧靠齿轮大端的轴承）的支承轴径大于其前轴承（即位于驱动桥前部的轴承）的支承轴径，或名义尺寸虽同但公差有别。支承刚度也随轴承与轴及轴承与座孔之间的配合进度的增加而增大。

（2）骑马式

如图3.2(b)所示，齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承，故又称两端支承式。骑马式支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的1/30以下．而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/5 ~1/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。此外，由于大端一侧的前轴承及后轴承之间的距离很小，可以缩短主动锥齿轮轴的长度，使布置更紧凑，这有利于减小传动轴夹

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角及整车布置。起码是支承的导向轴承都采用圆柱滚子式的，并且其内外圈可以分离（有时不带内圈），以利于拆装。为了进一步增强刚度，应尽可能地减小齿轮大端一侧的两轴承间的距离，增大支承轴径，适当提高轴承的配合紧度。

图3.2 主减速器主动齿轮的支承形式及安置方法

（a）悬臂式支承 （b）骑马式支承

装载质量为2t以上的汽车主减速器主动齿轮都是采用骑马式支承，因为在传递较大的转矩的情况下悬臂式支撑难以满足支撑刚度的要求。但是骑马式支承增加了导向轴承支座，是主减速器结构复杂，加工成本提高[5]。

在本设计中，由于我们设计的重型载重汽车，由工作条件决定的采用骑马式支承。 2、主减速器从动锥齿轮的支承型式及安置方法

主减速器从动锥齿轮的支承刚度依轴承的型式、支承间的距离和载荷在轴承之间的分布即载荷离两端轴承支承中心间的距离c和d（见图3.3）之比例而定。为了增强支承刚度，支承间的距离应尽量缩小。然而，为了使从动锥齿轮背面的支承凸缘有足够的位置设置加强筋(一般不应少于6条,切应一直延伸到差速器轴承座近处)及增强支承的稳定性，距离（c?d）应不小于从动锥齿轮节圆直径的70％。两端支承多采用圆锥滚子轴承，安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内，小端相背朝外。为了使载荷能尽量均匀分布在两个轴承上，并且让出位置来加强从动锥齿轮连接凸缘的刚性，应尽量使尺寸c等于或大于尺寸d。为了防止从动齿轮在轴向载荷作用下的偏移，圆锥滚子轴承也应预紧。由于从动锥齿轮轴承是装在差速器壳上，尺寸较大，足以保证刚度。球面圆锥滚子轴承（见图3.3（b））具有自动调位的性能，对轴的歪斜的敏感性较小，这一点当主减速器从动齿轮轴承的尺寸大时极为重要。向心推力轴承不需要调整，但仅见于某些小排量轿车的主减速器中（图3.3（c））。只有当采用直齿或人字齿圆柱齿轮时，由于无轴向力，双级主减速器从动齿轮才可以安装在向心球轴承上（见

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图3.3（d））。

图3.3 主减速器从动锥齿轮的支承型式及安置方法

轿车和轻型货车汽车主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并用细牙螺钉以精度较高的紧配合固定在差速器壳的突缘上（见图3.3（a）（b））。这种方法对增强刚性效果较好，中型和重型汽车主减速从动锥齿轮多采用有辐式结构并有螺栓或铆钉与差速器壳突缘连结（见图3.3（c））。

(a) (b) (c)

图3.4 主减速器从动锥齿轮的止推装置

当从动锥齿轮的径向尺寸较大时，在大的负荷下会产生较大的变形，这是常采用能限制从动锥齿轮因受轴向力而产生便宜的止推装置，对从动锥齿轮的外缘背面加以支承。图3.4（a）（b）（c）分别为不可调整的（由销及青铜止推板组成）、可调整的（由青铜止推块及调整螺栓组成）和滚轮式的止推装置结构图。止推装置的支承面位置应

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进行计算，其正确位置应使当从动锥齿轮在载荷作用下的偏移量达到容许极限时，即与从动锥齿轮背面接触，以制止从动锥齿轮继续变形。主减速器主、从动锥齿轮在载荷作用下的偏移量容许极限值见图3.5。由该图可知，支撑面与从动锥齿轮背面间的安装间隙应不大于0.25mm。

图3.5 在载荷作用下主减速器锥齿轮的容许极限偏移量

3、主减速的轴承预紧及齿轮啮合调整

支承主减速器齿轮的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。预紧力的大小与安装形式，载荷大小，轴承刚度特性及使用转速有关。

主动锥齿轮轴承预紧度的调整，可通过精选两轴承内圈间的套筒长度、调整垫圈厚度、轴承与轴间之间的调整垫片等方法进行。近年来采用波形套筒调整轴承预紧度极为方便。波形套筒安装在两轴承内圈间或轴承与轴肩间。其上有波纹区或其他易产生轴向变形的部分。因该区段的曲线平坦而使轴承预紧度保持在规定范围内。但每拆装一次需在套的一端加装一薄垫片，以使波形套再次在塑性区工作。波形套由冷拨低碳无缝钢管制造。一个新的波形套拆装3、4次就会因塑性太小而报废。主减速器从动锥齿轮轴承的预紧是用轴承外侧的调整螺母、或差速器壳与轴承间的调整垫片、或主减速壳与轴承盖间的调整垫片进行调整。

在调整轴承预紧度之后，还应进行主减速器齿轮的啮合调整。因齿面接触区和齿侧间隙的正确调整是保证齿轮正确啮合、运转平稳和延长齿轮寿命的重要条件。为此，在齿轮支承的结构上应保证主、从动齿轮能进行轴向调整。可采用增减主减速器壳与轴承座之间的调整垫片或增减主动锥齿轮与其后轴承间的调整垫片等方法对主动锥齿轮作轴向调整。

3.1.3 主减速器的减速型式

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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。减速器的选择与汽车的类型及使用条件有关，有时也与制造厂已有的产品系列及制造条件有关，但它主要取决于由动力性，经济性等整车性能所要求的主减速比i0的大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置型式等。

(1)单级主减速器

如图3.6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i?7.6的各种中、小型汽车上。单级主减速器都是采用一对螺旋锥齿轮或双曲面齿轮，也有采用蜗轮传动的。

图3.6单级主减速器 图3.7双级主减速器 图3.8双速主减速器

(2)双级减速

如图3.7所示为双级主减速器。由两级齿轮减速器组成，结构复杂、质量加大，制造成本也显著增加，因此仅用于主减速比较大(7.6?i?12)且采用单级减速不能满足既定的主减速比和离地间隙要求的重型汽车上，本车不采用。

(3)双速主减速器

如图3.8，用于载荷及道路状况变化大、使用条件非常复杂的重型载货汽车。会加大驱动桥的质量，提高制造成本，并要增设较复杂的操纵装置所以本车不采用。

(4)单级（或双级）主减速器附轮边减速器

矿山、水利及其他大型工程等所用的重型汽车，工程和军事上用的重型牵引越野汽车及大型公共汽车等，要求有高的动力性，而车速则可相对较低，因此其传动系的低档总传动比都很大。在设计上述重型汽车、大型公共汽车的驱动桥时，为了使变速器、分动器、传动轴等总成不致因承受过大转矩而使它们的尺寸及质量过大，应将传

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动系的传动比以尽可能大的比率分配给驱动桥。这就导致了一些重型汽车、大型公共汽车的驱动桥的主减速比往往要求很大。当其值大于12时，则需采用单级(或双级)主减速器附加轮边减速器的结构型式，将驱动桥的一部分减速比分配给安装在轮毂中间或近旁的轮边减速器。这样以来，不仅使驱动桥中间部分主减速器的轮廓尺寸减小，加大了离地间隙，并可得到大的驱动桥减速比(其值往往在16~26左右)，而且半轴、差速器及主减速器从动齿轮等零件的尺寸也可减小。但轮边减速器在一个桥上就需要两套，使驱动桥的结构复杂，成本提高，因为只有当驱动桥的减速比大于12时，才推荐采用[6]。如图3.9所示为贯通式双级主减速器。

图3.9 贯通式双级主减速器

综合考虑整车成本和驱动桥的研发与制造成本及输入参数主减速比的实际情况，选择双级贯通式主减速器附轮边减速器。因为贯通式的减速器，如果主减速器做成一级，又不能采取涡轮蜗杆传动，会引起贯通轴与齿轮轴的干涉。

3.2 主减速器基本参数选择与计算载荷的确定

3.2.1 主减速比i0的确定

主减速比对主减速器的结构型式、轮廓尺寸、质量大小以及当变速器处于最高档位时汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。i0的选择应在汽车总体设计时和传动

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系的总传动比iT一起由整车动力计算来确定。可利用在不同下i0的功率平衡图来研究i0对汽车动力性的影响。通过优化设计，对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择i0值，可使汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。

对于具有很大功率储备的轿车、长途公共汽车尤其是竞赛车来说，在给定发动机最大功率Pemax及其转速np的情况下，所选择的i0值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速Vamax。这时i0值应按下式来确定：

i0?0.377 (3.1)

Vamaxigh式中: rr——车轮的滚动半径，东风300轮胎为11.00R20，经计算，车论的滚动半径

为0.512m；9R20,半径为0.484m

rrnpigh——变速器量高档传动比。igh=1

对于其他汽车来说，为了得到足够的功率储备而使最高车速稍有下降，i0一般选择比上式求得的大10％～25％，即按下式选择： i0??0.377~0.472?式中:rr——车辆的滚动半径，m；0.512m

rrnpVamaxighifhiLB (3.2)

iFh——分动器或加力器的高档传动比；1 igh——变速器最高档传动比；1

iLB——轮边减速器的传动比。1.21

根据所选定的主减速比i0值，就可基本上确定主减速器的减速型式（单级、双级等以及是否需要轮边减速器），并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应[7]。

把np=3000r/n , Vamax=95km/h , rr=0.512m, igh=1代入 计算出i0=（5.03~6.30）

根据表2.1选择汽车驱动桥离地间隙

根据表3.1汽车驱动桥最小离地间隙为300mm。

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表3.1 汽车驱动桥离地间隙

车 型 微 型 轿 车 小 型 中 级 高 级 微型、轻型 载货汽车 中 型 重型、超重型 越野汽车 客 车 微型、轻型 中型、重型 小 型 中型、大型 离地间隙/mm 120~190 120~230 130~160 190~220 210~275 230~345 220~280 280~400 180~220 210~290 3.2.2 主减速器齿轮计算载荷的确定

通常是将发动机最大转矩配以传动系最低档传动比时和驱动车轮打滑时这两种

情况下用于主减速器从动齿轮上的转矩（Tce，Tcs）的较小者，作为载货汽车和越野汽车在强度计算中用以盐酸主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷。

1、按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Tce 从动锥齿轮计算转矩

Tce?式中: Tce——计算转矩，N?m；

TemaxiTLK0?T (3.3) nTemax——发动机最大转矩；Temax=1500N?m；

n——计算驱动桥数，2；

iTL——由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比；

iTL=12.11

?T——上述传动部分的效率，取?=0.9；

K0——超载系数，对于一般载货汽车、矿用汽车和越野汽车以及液力传动的各

类汽车取K0=1；

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代入式，有：

Tce?1500?12.11?1?0.9?8174.25N?m

2当计算主减速器主动齿轮时，应将式除以该对齿轮的减速比及传动效率，即主动锥齿轮计算转矩，T=7742.51N?m

2、按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs： Tcs?G2?rr (3.4) ?mim式中：G2——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，后桥所承载13000×

9.8N=127400N的负荷；

?——轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用车，取?=0.85；

对于越野汽车取1.0；对于安装有专门的防滑宽轮胎的高级轿车，计算时可取1.25；

rr——车轮的滚动半径，在此选用轮胎型号为GB516-82 9.0～20，则车论的滚

动半径为0.512m；

?m，im——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，例如轮边减速器，?m取0.9；

所以

Tcs?58671.41N?m

以上计算的转矩是最大转矩而不是正常持续转矩，不能作为疲劳损坏的依据。汽车的类型很多，行驶工况又非常复杂，轿车一般在高速轻载条件下工作，而矿用汽车和越野汽车则常在高负荷低车速条件下工作，没有简单的公式可算出汽车的正常持续使用转矩。但对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续转矩是根据所谓平均比牵引力的值来确定的[8]。

3、按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcf

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：

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Tcf??Ga?GT?rr?fim??m?nR?fH?fp? (3.5)

式中：Ga——汽车满载时的总重量，25000×9.8=245000N；

9.8N=392000N，但仅用于牵引车GT——所牵引的挂车满载时总重量，40000×

的计算；

fR——道路滚动阻力系数，计算时轿车取0.010~0.025；载货汽车可取

0.015~0.020；越野汽车取0.020~0.035；在此取0.016

fH——汽车正常行驶时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车和公共汽车可取

0.05~0.09在此取0.07；

fP——汽车的性能系数；fP?0.195?Ga?GT??1?0.195?Ga?GT?16-,当?16 ??100?TemaxTemax?时，取fP?0；

0.195?Ga?GT??41.46?16，在此取0； Temax?m——主减速器主动齿轮到车轮之间的效率，取0.9；

im——主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；

n——驱动桥数。在此取为2； 所以：

Tcf=12473.71N?m

3.2.3 主减速器齿轮基本参数的选择

主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动齿轮的齿数z1和z2、从动锥齿轮大端分度圆直径D2、端面模数mt、主从动锥齿轮齿面宽b1和b2、中点螺旋角?、法向压力角?等。

1、齿数的选择

选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素： （1）为了磨合均匀，z1，z2之间应避免有公约数。

（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。

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（3）为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于卡车z1一般不小于6。 （4）主传动比i0较大时，z1尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。 （5）对于不同的主传动比，z1和z2应有适宜的搭配。

对于双曲面齿轮贯通式主减速器来说，通常主动齿轮的最小齿数为8. 根据以上要求，这里取z1=9， z2=37，能够满足条件：z1+z2?46?40。 2、节圆直径的选择

可根据从动锥齿轮的计算转矩（Tce，Tcs，并取两者中较小的一个为计算依据），按经验公式选出。

D2可根据经验公式初选，即

D2?KD23Tc (3.6) 式中：KD2——直径系数，一般取13.0～15.3；

Tc ——从动锥齿轮的计算转矩，N?m，为Tce和Tcs中的较小者。 所以 D2=（13.0～15.3）3.8174.25=14.0×3.8174.25=280mm。 初选D2=280mm。 3、 齿轮端面模数的选择 初选D后，按

mt?D2z?28037?7.57mm (3.7)

2参考《机械设计手册》选取mt? 8mm，则D2=296mm

根据mt?Km3Tc来校核ms=8mm选取的是否合适，其中Km=（0.3～0.4） 此处，mt=0.35×38174.25=8.21，因此满足校核条件。

4、齿面宽的选择

双曲面齿轮的从动齿轮齿面宽F(mm)推荐为：

b2?0.155D2=0.155?296mm=46mm (3.8)

（1.1~1.3）b2，取b2?59mm。 主动齿轮齿面宽一般为b1? 18

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