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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：重載汽車后驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010962914
姓 名： 黃瑞
指導(dǎo)教師： 劉柏希
完成日期： 2014年5月25日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）題目： 重載汽車后驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)： 2010962914 姓名： 黃瑞 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 劉柏希 系主任： 劉柏希
一、主要內(nèi)容及基本要求
本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：
1．了解重型卡車后驅(qū)動(dòng)橋工作原理；
2. 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋主減速器的結(jié)構(gòu)；
3. 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋差速器的結(jié)構(gòu)；
4．對(duì)后驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行總裝。
本設(shè)計(jì)的基本要求如下：
1．掌握汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器的工作原理和關(guān)鍵設(shè)計(jì)步驟；
2．掌握關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝配；
3．掌握驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)方法。
二、重點(diǎn)研究的問題
本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究問題有兩個(gè)：
1．驅(qū)動(dòng)橋主減速器傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
2．驅(qū)動(dòng)橋主減速器結(jié)構(gòu)裝配。
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
查閱相關(guān)資料
第1周
2
了解主減速器工作原理、
擬定傳動(dòng)方案
第2－3周
3
主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配
第4－11周
4
翻譯相關(guān)英文資料一份3000字左右
第12周
5
撰寫畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）說明書
第13周
6
7
8
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1] 劉惟信．汽車車橋設(shè)計(jì)[M]．北京:清華大學(xué)出版社，2004．
[2] 王望予．汽車設(shè)計(jì)[M]．第3版．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000．
[3] 臧杰．汽車構(gòu)造[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[4] 余志生．汽車?yán)碚揫M]．第3 版．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000．
[5] 劉軍利.單級(jí)橋：重型車橋的發(fā)展方向.商用汽車雜志，2005.
[6] 譚秀卿.重型汽車發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)析.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.
[7] 張國(guó)鋒.中國(guó)重型車橋誰主沉浮.技術(shù)新視野，2009.
[8] 劉昌仁.JQ8QH后驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì).客車技術(shù)與研究，1994.
[9] 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)（上）.長(zhǎng)春汽車研究所，2012.
[10] 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)（下）.長(zhǎng)春汽車研究所，2012.
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表
學(xué)號(hào) 2010962914 姓名 黃瑞 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 重載汽車后驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
評(píng)價(jià)項(xiàng)目
評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容
選題
1.符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量適當(dāng)；
3.與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。
能力
1.有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；
3.具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文
（設(shè)計(jì)）質(zhì)量
1.立論正確，論述較充分，結(jié)構(gòu)較嚴(yán)謹(jǐn)合理，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理比較科學(xué)；技術(shù)用語比較準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，圖表圖紙完備、整潔、正確，引文比較規(guī)范；
2.文字通順，有觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力較好；
3.有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，有創(chuàng)新之處。
綜
合
評(píng)
價(jià)
選題符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)了本學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)及教學(xué)計(jì)劃的基本要求，能夠達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的，難度適當(dāng)。
作者具備較好查閱文獻(xiàn)的能力，具有一定綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，初步掌握了科研的一般方法，具備了較好的外文和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。
設(shè)計(jì)方案基本正確，論述較為充分，結(jié)構(gòu)合理，仿真結(jié)果正確，圖表較為完備、清晰，文章比較規(guī)范，文字通順，有一定的綜合概括能力，研究課題有一定的應(yīng)用價(jià)值。
工作量較為飽滿，論文的篇幅達(dá)到規(guī)定要求。
評(píng)閱人：
2014年 月 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見
學(xué)號(hào)： 2010962914 姓名： 黃瑞 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 45 頁 圖 表 5 張
論文（設(shè)計(jì)）題目： 重載汽車后驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
內(nèi)容提要： 驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一,它的性能的好壞直接影響整車性能,而對(duì)于
載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速
重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。驅(qū)動(dòng)橋一般由
主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速
驅(qū)動(dòng)橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。
本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。本文首先確定主要
部件的結(jié)構(gòu)形式和主要涉設(shè)計(jì)參數(shù)；然后參考類似驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案；
最后對(duì)主、從動(dòng)錐齒輪、差速器圓錐行星齒輪、半軸齒輪、全浮式半軸和整體橋殼的強(qiáng)
度進(jìn)行校核以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核。
本設(shè)計(jì)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：由于的是采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，使得整個(gè)后橋的結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，從而大大的降低了制造成本。并且，弧齒錐齒輪的單級(jí)主減速器
提高了后橋的傳動(dòng)效率，提高了傳動(dòng)的可行性。
在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有
效節(jié)油的措施之一。所以設(shè)計(jì)新型的驅(qū)動(dòng)橋成為新的課題。
指導(dǎo)教師評(píng)語
該同學(xué)能夠基本完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，解決方案尚可，能夠基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；
圖、表基本合格，文理尚通順；具有一定運(yùn)用已學(xué)知識(shí)分析、解決問題的能力；
工作態(tài)度尚可。
同意其參加答辯
指導(dǎo)教師：
2014年 月 日
答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語
答辯陳述條理較清楚、重點(diǎn)較突出?；卮饐栴}準(zhǔn)確程度較高。
根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績(jī)?cè)u(píng)定為 。
答辯小組組長(zhǎng)：
2014年 月 日
答辯委員會(huì)意見
答辯委員會(huì)主任：
2014年 月 日
目 錄
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 引言 1
2 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析 1
3 主減速器設(shè)計(jì) 4
3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 4
3.1.1 主減速器的齒輪類型 4
3.1.2 主減速器的減速形式 4
3.1.3 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式 4
3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 5
3.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定 5
3.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇 7
3.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算 9
3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 11
3.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 17
3.2.6 主減速器軸承的計(jì)算 17
4 差速器設(shè)計(jì) 23
4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 23
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 24
4.3 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 25
4.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 25
4.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 27
4.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 29
5 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 30
5.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 31
5.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 32
5.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 32
5.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 32
6 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 33
6.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu) 34
6.2 橋殼的強(qiáng)度校核 35
結(jié) 論 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
附 錄 英文文獻(xiàn)翻譯 39
重載汽車后驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對(duì)于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。
本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)；然后參考類似驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案；最后對(duì)主，從動(dòng)錐齒輪，差速器圓錐行星齒輪，半軸齒輪，全浮式半軸和整體式橋殼的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核。
本設(shè)計(jì)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：由于的是采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，使得整個(gè)后橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，從而大大的降低了制造成本。并且，弧齒錐齒輪的單級(jí)主減速器提高了后橋的傳動(dòng)效率，提高了傳動(dòng)的可行性。
關(guān)鍵字：驅(qū)動(dòng)橋，主減速器，差速器，半軸，橋殼
The Designing of Heavy Truck Rear Drive Axles
Abstract
The driving axle takes automobile one of four big units, its performance quality immediate influence complete bikes performance, but appears regarding the truck especially important. When uses the uprated engine to output the big torque satisfies the present truck fast, the heavy load high efficiency, the high benefit need, must match one highly effective, the reliable driving axle. The driving axle generally by the final drive, the differential, the wheel transmission device and the driving axle housing and so on is composed. Will therefore use the transmission efficiency high single stage deceleration driving axle to become in the future the heavy load automobile's development direction.
This article referred to the traditional driving axle's design method to carryon the truck driving axle's design. This article first determines major component's structure pattern and the main design variable; Then the reference similar driving axle's structure, determines the overall project design; Finally to the host,the driven bevel gear, the differential device circular cone planet gear, the rear axle shaft gear, full-floating axle shaft and the banjo housing's intensity carried on the examination as well as has carried on the life examination to the supporting bearing.
This design has the following merit: What because uses the central single stage deceleration driving axle, causes the entire rear axle of car the structure to be simple, the fabrication technology is simple, thus big reduced the production cost. And, the arc cusp gear's single stage main gear box raised the rear axle of car transmission efficiency, enhanced the transmission feasibility.
key words: Driving axle，final drive，differential，axle shaft，axle housing
47
1引言
汽車的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端,它的基本功用是增大由傳動(dòng)軸傳來的轉(zhuǎn)矩,將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪,并且使左右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能;同時(shí),驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或者承載式車身之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及力矩。
主減速器是驅(qū)動(dòng)橋的重要組成部分，車橋的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)參數(shù)除了對(duì)汽車的可靠性與耐久性有重要的影響外，也對(duì)汽車的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機(jī)動(dòng)性和操作穩(wěn)定性等有直接影響。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車技術(shù)的提高，驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)、制造工藝都在日益完善。汽車驅(qū)動(dòng)橋和其他汽車總成一樣除了廣泛的采用新技術(shù)以外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織的專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。
目前國(guó)內(nèi)重型車橋生產(chǎn)企業(yè)也主要集中在中信車橋廠、東風(fēng)襄樊車橋公司、濟(jì)南橋箱廠、漢德車橋公司、重慶紅巖橋廠和安凱車橋廠幾家企業(yè)。這些企業(yè)幾乎占到國(guó)內(nèi)重卡車橋90%以上的市場(chǎng)。
在本設(shè)計(jì)中還采用了AutoCAD繪圖軟件分別進(jìn)行了工程圖的繪制，運(yùn)用AutoCAD繪制了一些重要的零件圖，通過對(duì)AutoCAD的編輯工具與命令的運(yùn)用，掌握了從AutoCAD基礎(chǔ)圖形的繪制→基礎(chǔ)零件的繪制→各類零件圖的創(chuàng)建與繪制的方法，并且理解了機(jī)械圖繪制的工作流程，為今后更好的學(xué)習(xí)和掌握各種應(yīng)用軟件和技能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案分析
由于要求設(shè)計(jì)的是重型汽車后驅(qū)動(dòng)橋，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車輪都屬于簧下質(zhì)量。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下：
1)中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。此是驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)中最為簡(jiǎn)單的一種，是驅(qū)動(dòng)橋的基本形式， 在載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動(dòng)比小于6的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。目前的中央單級(jí)減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動(dòng)小齒輪采用騎馬式支承， 有差速鎖裝置供選用。
2)中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋。在國(guó)內(nèi)目前的市場(chǎng)上，中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋主要有2種類型：一類如伊頓系列產(chǎn)品，事先就在單級(jí)減速器中預(yù)留好空間，當(dāng)要求增大牽引力與速比時(shí)，可裝入圓柱行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，將原中央單級(jí)改成中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）程度高， 橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類如洛克威爾系列產(chǎn)品，當(dāng)要增大牽引力與速比時(shí)，需要改制第一級(jí)傘齒輪后，再裝入第二級(jí)圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這時(shí)橋殼可通用，主減速器不通用， 錐齒輪有2個(gè)規(guī)格。
由于上述中央雙級(jí)減速橋均是在中央單級(jí)橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)，作為系列產(chǎn)品而派生出來的一種型號(hào)，它們很難變型為前驅(qū)動(dòng)橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動(dòng)橋存在。
3)中央單級(jí)、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當(dāng)前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。
①圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。由圓錐行星齒輪式傳動(dòng)構(gòu)成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級(jí)橋組成為一系列。在該系列中，中央單級(jí)橋仍具有獨(dú)立性，可單獨(dú)使用，需要增大橋的輸出轉(zhuǎn)矩，使?fàn)恳υ龃蠡蛩俦仍龃髸r(shí)，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級(jí)橋。這類橋與中央雙級(jí)減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，把增大的轉(zhuǎn)矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上 ，其“三化”程度較高。但這類橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。
②圓柱行星齒輪式輪邊減速橋。單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。由于輪邊減速比大，因此，中央主減速器的速比一般均小于3，這樣大錐齒輪就可取較小的直徑，以保證重型汽車對(duì)離地問隙的要求。這類橋比單級(jí)減速器的質(zhì)量大，價(jià)格也要貴些，而且輪穀內(nèi)具有齒輪傳動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間在公路上行駛會(huì)產(chǎn)生大量的熱量而引起過熱；因此，作為公路車用驅(qū)動(dòng)橋，它不如中央單級(jí)減速橋。
綜上所述，由于設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比為4.444，小于6。況且由于隨著我國(guó)公路條件的改善和物流業(yè)對(duì)車輛性能要求的變化，重型汽車驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化發(fā)展的趨勢(shì)，主要是單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
(l) 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低， 是驅(qū)動(dòng)橋的基本類型，在重型汽車上占有重要地位；
(2) 重型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢(shì)，使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比向小速比發(fā)展；
(3) 隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，重型汽車使用條件對(duì)汽車通過性的要求降低。因此，重型汽車不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過性；
(4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性提高。
單級(jí)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為單級(jí)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度看， 重型車產(chǎn)品在主減速比小于6的情況下，應(yīng)盡量選用單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。
所以此設(shè)計(jì)采用單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋再配以鑄造整體式橋殼。圖2-1Meritor單后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)橹袊?guó)重汽引進(jìn)的美國(guó)ROCKWELL公司13噸級(jí)單級(jí)減速橋的外形圖。
圖2-1 Meritor（美馳）單后驅(qū)動(dòng)橋
3 主減速器設(shè)計(jì)
3.1 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。
3.1.1 主減速器的齒輪類型
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。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。而弧齒錐齒輪還存在一些缺點(diǎn)，比如對(duì)嚙合精度比較敏感，齒輪副的錐頂稍有不吻合就會(huì)使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲增大；但是當(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%。
3.1.2 主減速器的減速形式
由于i=4.444＜6，一般采用單級(jí)主減速器，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)渭?jí)減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，是驅(qū)動(dòng)橋的基本型，在重型汽車上占有重要地位；目前重型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大扭矩發(fā)展的趨勢(shì)使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比向小速比發(fā)展；隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，許多重型汽車使用條件對(duì)汽車通過性的要求降低，因此，重型汽車產(chǎn)品不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其的通過性；與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性增加。
3.1.3 主減速器主，從動(dòng)錐齒輪的支承形式
作為一個(gè)13噸級(jí)的驅(qū)動(dòng)橋，傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩較大，所以主動(dòng)錐齒輪采用騎馬式支承。裝于輪齒大端一側(cè)軸頸上的軸承，多采用兩個(gè)可以預(yù)緊以增加支承剛度的圓錐滾子軸承，其中位于驅(qū)動(dòng)橋前部的通常稱為主動(dòng)錐齒輪前軸承，其后部緊靠齒輪背面的那個(gè)齒輪稱為主動(dòng)錐齒輪后軸承；當(dāng)采用騎馬式支承時(shí)，裝于齒輪小端一側(cè)軸頸上的軸承一般稱為導(dǎo)向軸承。導(dǎo)向軸承都采用圓柱滾子式，并且內(nèi)外圈可以分離（有時(shí)不帶內(nèi)圈），以利于拆裝。
3.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1 主減速器計(jì)算載荷的確定
1. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Ｔce
（3-1）
式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)系的最低擋傳動(dòng)比，在此取9.01，此數(shù)據(jù)此參考斯太爾1291.260/N65車型；
——發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出的最大轉(zhuǎn)矩，此數(shù)據(jù)參考斯太爾1291.260/N65車型在此取830；
——傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，在此取0.9；
——該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目在此取1；
——由于猛結(jié)合離合器而產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)的超載系數(shù)，對(duì)于一般的載貨汽車，礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速器的各類汽車取=1.0，當(dāng)性能系數(shù)>0時(shí)可取=2.0；
（3-2）
——汽車滿載時(shí)的總質(zhì)量在此取20000 ；
所以 0.195 =47>16
=-0.31〈0 即=1.0
由以上各參數(shù)可求
==29910.2
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
（3-3）
式中 ——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，預(yù)設(shè)后橋所承載130000N的負(fù)荷;
——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用車，取=0.85；對(duì)于越野汽車取1.0；對(duì)于安裝有專門的防滑寬輪胎的高級(jí)轎車，計(jì)算時(shí)可取1.25;
——車輪的滾動(dòng)半徑，在此選用輪胎型號(hào)為12.00R20，滾動(dòng)半徑為 0.527m；
，——分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)錐齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比，取0.9，由于沒有輪邊減速器取1.0
所以==64703.9
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
對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定：
（3-4）
式中：——汽車滿載時(shí)的總重量，參考斯太爾1291.260/N65車型在此取2000000N；
——所牽引的掛車滿載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車的計(jì)算；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取0.015~0.020；在此取0.018
——汽車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于載貨汽車可取0.05~0.09在此取0.07
——汽車的性能系數(shù)在此取0；
，，n——見式（3-1），（3-3）下的說明。
所以
==10305.8
式（3-1）～式（3-4）參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》式（3-10）～式（3-12）。
3.2.2 主減速器基本參數(shù)的選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)和，從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、主從動(dòng)錐齒輪齒面寬和、中點(diǎn)螺旋角、法向壓力角等。
1. 主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
1）為了磨合均勻，，之間應(yīng)避免有公約數(shù)。
2）為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40。
3）為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對(duì)于商用車一般不小于6。
4）主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。
5）對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。
根據(jù)以上要求參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》中表3-12 表4-13取=9 =40
+=49〉40
2. 從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)
對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。
可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即
（3-5）
——直徑系數(shù)，一般取13.0～16.0
——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為Tce和Tcs中的較小者
所以 =（13.0～16.0）=（403.5～496.7）
初選=450 則=/=450/40=11.25
有參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中選取12 則=480
根據(jù)=來校核=12選取的是否合適，其中=（0.3～0.4）
此處，=（0.3～0.4）=（9.31～12.4），因此滿足校核。
3. 主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬和
錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過窄及刀尖圓角過小，這樣不但會(huì)減小了齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)力，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時(shí)載荷集中于輪齒小端，會(huì)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會(huì)降低。
對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對(duì)于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用：
=0.155480=74.4 在此取75
一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大10%較為合適，在此取=80.
4.中點(diǎn)螺旋角
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端螺旋角最小，弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則也越大，同時(shí)嚙合的齒越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°～40°，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取35°。
5. 螺旋方向
主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢(shì)，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。
6. 法向壓力角
加大壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來說，規(guī)定重型載貨汽車可選用22.5°的壓力角。
3.2.3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算
表3-1 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
序 號(hào)
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
1
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
9
2
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
40
3
端面模數(shù)
12㎜
4
齒面寬
=80㎜ =75㎜
5
工作齒高
20.4㎜
6
全齒高
=22.656㎜
7
法向壓力角
=22.5°
8
軸交角
=90°
9
節(jié)圓直徑
=
108㎜
=480㎜
10
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=12.682°
=77.318°
11
節(jié)錐距
A==
A=245.97㎜
12
周節(jié)
t=3.1416
t=37.699㎜
13
齒頂高
=10.2㎜
14
齒根高
=
=12.456 ㎜
15
徑向間隙
c=
c=2.256㎜
16
齒根角
=2.899 °
17
面錐角
=15.581°
=80.217°
18
根錐角
=
=
=9.783°
=74.419°
19
齒頂圓直徑
=
=127.902㎜
=484.479㎜
20
節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪外緣距離
=237.761㎜
=44.049㎜
21
理論弧齒厚
=27.38mm
=10.32mm
22
齒側(cè)間隙
B=0.305～0.406
0.4mm
23
螺旋角
=35°
3.2.4 主減速器圓弧錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
在完成主減速器齒輪的幾何計(jì)算之后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命以及安全可靠性地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
1） 齒輪的損壞形式及壽命
齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點(diǎn)及影響因素分述如下：
（1）輪齒折斷
主要分為疲勞折斷及由于彎曲強(qiáng)度不足而引起的過載折斷。折斷多數(shù)從齒根開始，因?yàn)辇X根處齒輪的彎曲應(yīng)力最大。
①疲勞折斷：在長(zhǎng)時(shí)間較大的交變載荷作用下，齒輪根部經(jīng)受交變的彎曲應(yīng)力。如果最高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產(chǎn)生初始的裂紋。隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致輪齒部分地或整個(gè)地?cái)嗟?。在開始出現(xiàn)裂紋處和突然斷掉前存在裂紋處，在載荷作用下由于裂紋斷面間的相互摩擦，形成了一個(gè)光亮的端面區(qū)域，這是疲勞折斷的特征，其余斷面由于是突然形成的故為粗糙的新斷面。
②過載折斷：由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或齒輪的材料及熱處理不符合要求，或由于偶然性的峰值載荷的沖擊，使載荷超過了齒輪彎曲強(qiáng)度所允許的范圍，而引起輪齒的一次性突然折斷。此外，由于裝配的齒側(cè)間隙調(diào)節(jié)不當(dāng)、安裝剛度不足、安裝位置不對(duì)等原因，使輪齒表面接觸區(qū)位置偏向一端，輪齒受到局部集中載荷時(shí)，往往會(huì)使一端（經(jīng)常是大端）沿斜向產(chǎn)生齒端折斷。各種形式的過載折斷的斷面均為粗糙的新斷面。
為了防止輪齒折斷，應(yīng)使其具有足夠的彎曲強(qiáng)度，并選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)、壓力角、齒高及切向修正量、良好的齒輪材料及保證熱處理質(zhì)量等。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。
（2）齒面的點(diǎn)蝕及剝落
齒面的疲勞點(diǎn)蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報(bào)廢齒輪的70%以上。它主要由于表面接觸強(qiáng)度不足而引起的。
①點(diǎn)蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結(jié)果。由于接觸區(qū)產(chǎn)生很大的表面接觸應(yīng)力，常常在節(jié)點(diǎn)附近，特別在小齒輪節(jié)圓以下的齒根區(qū)域內(nèi)開始，形成極小的齒面裂紋進(jìn)而發(fā)展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點(diǎn)的現(xiàn)象就稱為點(diǎn)蝕。一般首先產(chǎn)生在幾個(gè)齒上。在齒輪繼續(xù)工作時(shí)，則擴(kuò)大凹坑的尺寸及數(shù)目，甚至?xí)饾u使齒面成塊剝落，引起噪音和較大的動(dòng)載荷。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤(rùn)滑效果是提高抗點(diǎn)蝕的有效方法，為此可增大節(jié)圓直徑及增大螺旋角，使齒面的曲率半徑增大，減小其接觸應(yīng)力。在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)加大齒面寬也是一種辦法。
②齒面剝落：發(fā)生在滲碳等表面淬硬的齒面上，形成沿齒面寬方向分布的較點(diǎn)蝕更深的凹坑。凹坑壁從齒表面陡直地陷下。造成齒面剝落的主要原因是表面層強(qiáng)度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會(huì)引起齒面剝落。當(dāng)滲碳齒輪熱處理不當(dāng)使?jié)B碳層中含碳濃度的梯度太陡時(shí)，則一部分滲碳層齒面形成的硬皮也將從齒輪心部剝落下來。
（3）齒面膠合
在高壓和高速滑摩引起的局部高溫的共同作用下，或潤(rùn)滑冷卻不良、油膜破壞形成金屬齒表面的直接摩擦?xí)r，因高溫、高壓而將金屬粘結(jié)在一起后又撕下來所造成的表面損壞現(xiàn)象和擦傷現(xiàn)象稱為膠合。它多出現(xiàn)在齒頂附近，在與節(jié)錐齒線的垂直方向產(chǎn)生撕裂或擦傷痕跡。輪齒的膠合強(qiáng)度是按齒面接觸點(diǎn)的臨界溫度而定，減小膠合現(xiàn)象的方法是改善潤(rùn)滑條件等。
（4）齒面磨損
這是輪齒齒面間相互滑動(dòng)、研磨或劃痕所造成的損壞現(xiàn)象。規(guī)定范圍內(nèi)的正常磨損是允許的。研磨磨損是由于齒輪傳動(dòng)中的剝落顆粒、裝配中帶入的雜物，如未清除的
型砂、氧化皮等以及油中不潔物所造成的不正常磨損，應(yīng)予避免。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長(zhǎng)期使用中按規(guī)定里程更換規(guī)定的潤(rùn)滑油并進(jìn)行清洗是防止不正常磨損的有效方法。
汽車驅(qū)動(dòng)橋的齒輪，承受的是交變負(fù)荷，其主要損壞形式是疲勞。其表現(xiàn)是齒根疲勞折斷和由表面點(diǎn)蝕引起的剝落。在要求使用壽命為20萬千米或以上時(shí)，其循環(huán)次數(shù)均以超過材料的耐久疲勞次數(shù)。因此，驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用彎曲應(yīng)力不超過210.9N／mm.
表3-2給出了汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力數(shù)值
表3-2 汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪的許用應(yīng)力 N／mm
計(jì)算載荷
主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
主減速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
差速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力
按式（2-1）、式（2-3）計(jì)算出的最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tec，Tcs中的較小者
700
2800
980
按式（2-4）計(jì)算出的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf
210.9
1750
210.9
實(shí)踐表明，主減速器齒輪的疲勞壽命主要與最大持續(xù)載荷（即平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩）有關(guān)，而與汽車預(yù)期壽命期間出現(xiàn)的峰值載荷關(guān)系不大。汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tec和最大附著轉(zhuǎn)矩Tcs并不是使用中的持續(xù)載荷，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)只能用它來驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。
2） 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
（1） 單位齒長(zhǎng)上的圓周力
在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來估算，即
N／mm (3-6)
式中：P——作用在齒輪上的圓周力，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩 兩種載荷工況進(jìn)行計(jì)算，N；
——從動(dòng)齒輪的齒面寬，在此取80mm.
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
N／mm （3-7）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取830；
——變速器的傳動(dòng)比；
——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取108mm.
按上式 N／mm
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
N／mm （3-8）
式中：——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋還應(yīng)考慮汽車最大加速時(shí)的負(fù)荷增加量，在此取130000N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85：
——輪胎的滾動(dòng)半徑，在此取0.527m
按上式=1619 N／mm
在現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長(zhǎng)上的圓周力有時(shí)提高許用數(shù)據(jù)的20%～25%。經(jīng)驗(yàn)算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。其中上述兩種方法計(jì)算用的許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力[p]都為1865N/mm。
（2）輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為
N/ （3-9）
式中：——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m;
——超載系數(shù)；在此取1.0
——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，
當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.829
——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，＝1.00～1.1；
其他方式支承時(shí)取1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值。
——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向
跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0;
——計(jì)算齒輪的齒面寬，mm;
——計(jì)算齒輪的齒數(shù)；
——端面模數(shù)，mm;
——計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)?！ ?
載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。按圖4-1選取小齒輪的＝0.225，大齒輪＝0.195.
按上式＝173 N/< 210.3 N/
=199.7 N/<210.3 N/
所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
圖4-1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J
(3) 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算
錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為
N/ (4-10)
式中：——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；
——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6/mm;
，，——見式(3-9)下的說明；
——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取1.0；
——表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒，磨齒等），即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)（如鍍銅，磷化處理等）。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取1.0
——計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)）。它綜合考慮了嚙合齒面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)的因素的影響，按圖3-2選取=0.115
按上式=1445 〈1750 N/
主、從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力相等。所以均滿足要求。
圖3-2 接觸計(jì)算用綜合系數(shù)
3.2.5 主減速器齒輪的材料及熱處理
驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系的其它齒輪相比，具有載荷大，作用時(shí)間長(zhǎng)，載荷變化多，帶沖擊等特點(diǎn)。其損壞形式主要有齒輪根部彎曲折斷、齒面疲勞點(diǎn)蝕（剝落）、磨損和擦傷等。根據(jù)這些情況，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋齒輪的材料及熱處理應(yīng)有以下要求：
①具有較高的疲勞彎曲強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應(yīng)有高的硬度；
②輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷；
③鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律易于控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時(shí)間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率；
④選擇齒輪材料的合金元素時(shí)要適合我國(guó)的情況。
汽車主減速器用的螺旋錐齒輪以及差速器用的直齒錐齒輪，目前都是用滲碳合金鋼制造。在此，齒輪所采用的鋼為20CrMnTi
用滲碳合金鋼制造的齒輪，經(jīng)過滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到58～64HRC，而心部硬度較低，當(dāng)端面模數(shù)〉8時(shí)為29～45HRC。
由于新齒輪接觸和潤(rùn)滑不良，為了防止在運(yùn)行初期產(chǎn)生膠合、咬死或擦傷，防止早期的磨損，圓錐齒輪的傳動(dòng)副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對(duì)研磨）后均予與厚度0.005～0.010～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面不應(yīng)用于補(bǔ)償零件的公差尺寸，也不能代替潤(rùn)滑。
對(duì)齒面進(jìn)行噴丸處理有可能提高壽命達(dá)25％。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，為了提高其耐磨性，可以進(jìn)行滲硫處理。滲硫處理時(shí)溫度低，故不引起齒輪變形。滲硫后摩擦系數(shù)可以顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會(huì)防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產(chǎn)生。
3.2.6 主減速器軸承的計(jì)算
1．錐齒輪齒面上的作用力
錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切向方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
為計(jì)算作用在齒輪的圓周力，首先需要確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩。汽車在行駛過程中，由于變速器擋位的改變，且發(fā)動(dòng)機(jī)也不全處于最大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，故主減速器齒輪的工作轉(zhuǎn)矩處于經(jīng)常變化中。實(shí)踐表明，軸承的主要損壞形式為疲勞損傷，所以應(yīng)按輸入的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算：
(3-11)
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此取830N·m；
，…——變速器在各擋的使用率，可參考表3-3選??；
，…——變速器各擋的傳動(dòng)比；
，…——變速器在各擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率，可參考表3-3選??；
表3-3 及的參考值
經(jīng)計(jì)算為1164.8Ｎ·ｍ
對(duì)于圓錐齒輪的齒面中點(diǎn)的分度圓直徑
經(jīng)計(jì)算＝91.54mm =406.82mm
式（3-11）參考《汽車車橋設(shè)計(jì)》。
(1) 齒寬中點(diǎn)處的圓周力
齒寬中點(diǎn)處的圓周力為
＝ N (3-12)
式中：——作用在該齒輪上的轉(zhuǎn)矩，作用在主減速器主動(dòng)錐齒輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩見
式(3-11);
——該齒輪的齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑.
按上式主減速器主動(dòng)錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的圓周力 ==25.45KN
（2）錐齒輪的軸向力和徑向力
圖3-3 主動(dòng)錐齒輪齒面的受力圖
如圖3-3，主動(dòng)錐齒輪螺旋方向?yàn)樽笮?，從錐頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，F(xiàn) 為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，在A點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)分解成兩個(gè)相互垂直的力F和，F(xiàn)垂直于OA且位于∠OO′A所在的平面，位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。在此平面內(nèi)又可分為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)圓母線方向的力。F與之間的夾角為螺旋角，F(xiàn)與之間的夾角為法向壓力角，這樣就有：
（3-13）
（3-14）
（3-15）
于是，作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力A和徑向力R分別為
（3-16）
（3-17）
式（3-16）可計(jì)算20202N
式（3-17）可計(jì)算=9662N
式（3-12）～式（3-17）參考《汽車設(shè)計(jì)》。
2.主減速器軸承載荷的計(jì)算
軸承的軸向載荷就是上述的齒輪的軸向力。但如果采用圓錐滾子軸承作支承時(shí)，還應(yīng)考慮徑向力所應(yīng)起的派生軸向