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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒論
1.1 研究背景
輕型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有大的比重。驅(qū)動(dòng)橋在整車中十分重要，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本課題是進(jìn)行輕型載貨汽車主減速器的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出輕型載貨汽車包括主減速器、差速器的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)車輛的全局，設(shè)計(jì)出的驅(qū)動(dòng)橋符合國(guó)家各項(xiàng)輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn)[1]，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，成本降低，適合本國(guó)路面的行駛狀況和國(guó)情。
1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀
為適應(yīng)不斷完善社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的要求以及加入世貿(mào)組織后國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形勢(shì)，推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)，全面提高汽車產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，滿足消費(fèi)者對(duì)汽車產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，特制定汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。通過(guò)該政策的實(shí)施，使我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在2010年前發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)做出更大的貢獻(xiàn)。政府職能部門依據(jù)行政法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的強(qiáng)制性要求，對(duì)汽車、農(nóng)用運(yùn)輸車(低速載貨車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品實(shí)施管理，規(guī)范各類經(jīng)濟(jì)主體在汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的市場(chǎng)行為。
輕型載貨汽車，在汽車發(fā)展趨勢(shì)中，有著很好的發(fā)展前途。生產(chǎn)出質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜的輕型載貨汽車將適合大多數(shù)消費(fèi)者的要求。在國(guó)家積極投入和支持發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，能研制出適合中國(guó)國(guó)情，包括道路條件和經(jīng)濟(jì)條件的車輛，將大大推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高。
在新政策《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》中，在2010年前，我國(guó)就要成為世界主要汽車制造國(guó)，汽車產(chǎn)品滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分需求并批量進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)；2010年，汽車生產(chǎn)企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產(chǎn)品品牌；通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形成幾家具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型汽車企業(yè)集團(tuán)，力爭(zhēng)到2010年跨入世界500強(qiáng)企業(yè)之列，等等。同時(shí)，在這個(gè)新的汽車產(chǎn)業(yè)政策描繪的藍(lán)圖中，還包含許多涉及產(chǎn)業(yè)素質(zhì)提高和市場(chǎng)環(huán)境改善的綜合目標(biāo)，著實(shí)令人鼓舞。然而，不可否認(rèn)的是，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀離產(chǎn)業(yè)政策的目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)木嚯x。長(zhǎng)期以來(lái)困擾中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復(fù)建設(shè)問(wèn)題，還沒(méi)有從根本上得到解決。多數(shù)企業(yè)家預(yù)計(jì)在新的汽車產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵(lì)下，將會(huì)有越來(lái)越多的汽車生產(chǎn)企業(yè)按照市場(chǎng)規(guī)律組成企業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和資源共享。
1.3 研究的主要內(nèi)容和研究的主要方法
設(shè)計(jì)出小型低速載貨汽車主減速器、差速器、等傳動(dòng)裝置及橋殼等部件。使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品使用方便，材料使用最少，經(jīng)濟(jì)性能最高。
a. 提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更舒適，更機(jī)動(dòng)，更方便，動(dòng)力性更好，污染更少。
b. 改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
首先了解輕型商用車主減速器的基本結(jié)構(gòu)，基本形狀，工作原理和設(shè)計(jì)方法，再依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的主減速器作為設(shè)計(jì)原型，在給定變速器輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的主減速器，設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其校核計(jì)算。在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，使用CAD繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。
第2章主減速器設(shè)計(jì)
本章主要內(nèi)容為主減速器的結(jié)構(gòu)形式選擇和主要齒輪的參數(shù)計(jì)算及校核、軸承的選擇及壽命計(jì)算和一些聯(lián)接件的選擇和校核。
2.1 汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。
2.11 汽車主減速器的齒輪類型
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，螺旋錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。圓柱齒輪傳動(dòng)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的前置前驅(qū)動(dòng)乘用車和雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋。在某些公共汽車、無(wú)軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時(shí)也采用蝸輪傳動(dòng)。
A B C D
圖2.1 主減速器的幾種齒輪類型
A弧齒錐齒輪 B雙曲面齒輪 C圓柱齒輪傳動(dòng) D蝸桿傳動(dòng)
1、螺旋錐齒輪
其主、從動(dòng)齒輪軸線相交于一點(diǎn)。交角可以是任意的，但在絕大多數(shù)的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速齒輪副都是采用90o交角的布置。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此，螺旋錐齒輪能承受大的負(fù)荷。加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另—端，使得其工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲和振動(dòng)也是很小的[4]。
2、雙曲面齒輪
雙曲面齒輪主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角都是采用90o。主動(dòng)齒輪軸相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個(gè)偏移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當(dāng)偏移距大到一定程度時(shí)，可使一個(gè)齒輪軸從另一個(gè)齒輪軸旁通過(guò)。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊凄的支承。這對(duì)于增強(qiáng)支承剛度、保證輪齒正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。雙曲面齒輪的偏移距使得其主動(dòng)齒輪的螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃?dòng)齒輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。主動(dòng)齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動(dòng)齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高至175％。雙曲面主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)，這有利于大傳動(dòng)比傳動(dòng)。當(dāng)要求傳動(dòng)比大而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪更為合理。因?yàn)槿绻３謨煞N傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑一樣，則雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對(duì)于主減速比i≥4.5的傳動(dòng)有其優(yōu)越性。當(dāng)傳動(dòng)比小于2時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪相對(duì)于螺旋錐齒輪主動(dòng)齒輪就顯得過(guò)大，這時(shí)選用螺旋錐齒輪更合理，因?yàn)楹笳呔哂休^大的差速器可利用空間。由于雙曲面主動(dòng)齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo)致其進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)工作得更加平穩(wěn)、無(wú)噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來(lái)方便。
3、圓柱齒輪傳動(dòng)
一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋，在此不采用。
4、蝸桿傳動(dòng)
與錐齒傳動(dòng)相比，蝸桿傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）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(dòng)比（可大于7）；
（2）在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無(wú)噪聲；
（3）便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置；
（4）能傳遞大的載荷，使用壽命長(zhǎng)。
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(dòng)效率較低。在此不采用。
在此選用弧齒錐齒輪傳動(dòng)，其特點(diǎn)是主、從動(dòng)齒輪的軸線垂直交于一點(diǎn)。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩個(gè)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此可以承受較大的負(fù)荷，加之其輪齒不是在齒的全長(zhǎng)上同時(shí)嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)的地轉(zhuǎn)向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小。當(dāng)主傳動(dòng)比一定時(shí)，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪比相應(yīng)的弧齒錐齒輪小，從而可以得到更大的離地間隙，有利于實(shí)現(xiàn)汽車的總體布置。另外，弧齒錐齒輪與雙曲面錐齒輪相比，具有較高的傳動(dòng)效率，可達(dá)99%。
本次設(shè)計(jì)采用圓弧齒螺旋錐齒輪。
2.12 減速器的減速形式
汽車主減速器的減速型式分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。
（1）單級(jí)主減速器，如圖2.2所示為單級(jí)主減速器。由于單級(jí)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用在主減速比i<7的各種中、小型汽車上。單級(jí)主減速器都是采用一對(duì)螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動(dòng)的。
（2）雙級(jí)減速，如圖2.3所示為雙級(jí)主減速器。由兩級(jí)齒輪減速器組成，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(7
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