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科技譯文
題 目 汽車差速器的發(fā)展史
學院名稱
專業(yè)名稱
年 級
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學 號
汽車差速器的發(fā)展史
在火車和汽車出現(xiàn)之前，馬車一直都是人們出行十分重要交通工具。人們喜歡乘坐馬車從容地穿過鄉(xiāng)村的大道或古舊的城區(qū)街巷去拜訪朋友。追溯以往，我們已經沒有辦法知道是誰第一個發(fā)明了車輪子，誰又造出了第一輛帶輪子的車輛。雖然車輪技術在初期并不太理想，但是它的出現(xiàn)還是提高了人類搬運物品的速度，促進了人類的發(fā)展。公元前2000年，有的部落開始用馬來拉有輪子的車，這種車輪已經開始像圓形，而不是早期車輪那樣以整個木頭塊做成的。約公元前1世紀，羅馬制車匠發(fā)明了四輪馬車并逐漸加以改進，使得四輪馬車可以以前輪為導向前進。為了讓四輪馬車的性能更高，他們在車輪上鑲嵌金邊用來減少車輪與車體的摩擦。此后這種用作長途運輸?shù)鸟R拉車成為各國主要的運輸車輛。它的優(yōu)點是運輸量大和運行平穩(wěn)，缺點是需要較為平坦的路面才能行駛。隨著用于四輪馬車行駛的道路年久失修，人們又改用實用的兩輪車，因為它可以在崎嶇的地形條件能夠行駛。后來經過再次改進，但人們對四輪馬車的速度始終不能滿意，希望發(fā)明一種比馬更有耐力和更強壯的動力機器，以使車輪能夠轉得更快。
幾千年后，在英國和美國的一些地方，少數(shù)人開始試驗用蒸汽做動力，以鋼鐵做道路。蒸汽火車便這樣出現(xiàn)了，它的使用大大縮短了人們遠程旅行的時間。不過由于鐵軌鋪設的限制，人們去大多數(shù)地方還只有依靠馬車。為了解決這個問題，尋找一種能夠完全替代馬車的物品，發(fā)明家們又開始忙碌了起來。后來經過不懈努力，卡爾·本茨研發(fā)出了一種能夠代替馬車的，就是由鋼鐵制成的三輪汽車。本茨發(fā)明的三輪汽車裝載量只相當于兩輪馬車，并沒有舒適的車箱可供乘客遮風擋雨，不能獲得大家認可。可金子早晚都會發(fā)光的，不久有人對三輪汽車進行了改造，將它變?yōu)榱怂膫€輪子，并且具有像馬車一樣的帶窗箱子，還讓它有了一個好聽的名字“無馬馬車”。
在這種四輪汽車出現(xiàn)后，它與四輪馬車最大不同的地方在于轉彎的時候。四輪馬車在轉彎的時候是控制馬拖動改變前面兩個輪子的前進方向，再由與兩個前輪相連接的車箱拖動后輪進行轉向運動。由于馬是動力的來源，前輪只是被馬拖著完成轉向的，后輪通過車體帶動完成的，所以不存在轉向困難的問題。而汽車的結構則完全不同，它將發(fā)動機安裝在車身上，但是驅動汽車前進的力卻必須直接傳送到輪子上。動力傳遞要經過離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動軸等裝置。這樣汽車的前輪與后輪之間就多出來了一根杠桿，而杠桿只能以一種速度傳給后面的兩個輪，這樣的直接后果就是后輪不能以不同速度轉動，就會造成轉彎困難。
若汽車順利轉彎，兩個后輪就不能以相同的速度轉動。汽車在轉彎的時候，車輪的行駛軌跡是一個圓弧，如果向左轉彎，圓弧的中心點就在左側，同一時間，右側輪子走的弧線就比左側輪子長。汽車轉彎時要平衡左右輪的差異，右側的輪子轉的快一點，左側的輪子轉的慢一點，用轉速的不同來彌補距離上的差異。
汽車工程師為了解決這個問題。他們先是試著讓兩個后輪不再使用一根杠桿進行連接而是斷開，讓兩個后輪獨自擁有一根杠桿，也就是兩個獨立的軸，就是半軸。只要對兩個半軸上的杠桿分別施以不同的力量，就能使得左右兩個車輪具有不同的轉速。斷開后麻煩就來了，汽車只有一根傳動軸，怎么能分別給兩個半軸合理傳輸動力呢?這就需要一個裝置來做中間“人”。先用兩根杠桿在垂直角度與兩個連接后輪的杠桿相連，然后再通過一個杠桿在水平的位置與垂直的位置兩個杠桿相交，從而帶動兩個后輪的轉動。這樣的連接方式雖然可以使得兩個后輪進行轉動，但不能實現(xiàn)兩個車輪以不同的速度轉動，因為它們實際的意義上還是一個整體。經過不斷的實驗發(fā)現(xiàn)，在連接兩個后輪的杠桿上各安裝一個十字杠桿，并且與它們的垂直角度也安裝一個相同的十字杠桿，并用這個十字杠桿來帶動兩個輪上的十字杠桿。隨著垂直角度的十字杠桿的轉動，中間的這個十字杠桿并不會在同一時間內帶動連接兩個后輪的十字杠桿，從而實現(xiàn)了兩個車輪處于有不同的轉速。
這樣雖然能解決了兩后輪不同轉速的問題，但是十字杠桿的空間過大，三個十字杠桿就容易出現(xiàn)帶動困難的情況。后又在十字杠桿的基礎上增加更多的杠桿，總共增加到了十二根，就形成了三個有十二根杠桿的風車輪，這樣三個風車輪都能夠很好的轉動。解決方案的模型已經造出，總不可能在汽車上直接就安裝吧。在機械上與風車輪具有相同功能的就是齒輪，而且齒輪可以根據(jù)需要打造更多的齒進行咬合，使用壽命還比較長，出現(xiàn)脫落的機率微乎其微，完全是實現(xiàn)這個模型的最佳選擇。
當時這樣的設計只是簡單的完成了原始的方案，并沒有實際上應用到汽車上。就像任何一幅大作都需要畫龍點睛的一筆，完成這一筆的人就是法國雷諾汽車的創(chuàng)始人路易斯·雷諾。雷諾在看到了這個原始的設計后，要想若將它應用到汽車上還需要改進才行。不光需要齒輪緊緊咬合，還需要使齒輪可以隨著其他齒輪一起轉動，但齒輪還不能太多，六個就足夠。東西是有了，還是應該給它取個好聽的名字，“差速器”就不錯，形象而且生動。
就這樣，解決汽車轉彎問題的差速器誕生了。在此后的一百多年里，汽車外觀和其他部件換了一代又一代，但這個關鍵部件還是沒有多大的改變，因為它的組成原理注定了它就是那個樣子。什么樣子呢?簡單一點的說就是由六個齒輪所組成。復雜一點，就是由一組行星齒輪組成，核心是兩個行星齒輪和兩個與左右后輪傳動軸相連接的半軸齒輪。什么是行星齒輪?在浩瀚的宇宙中，有這樣一種星球，它不僅圍繞著自己的軸線進行轉動，而且還圍繞著其他的星球進行轉動。如地球，地球就是一個行星。不僅要自轉，還要圍繞著太陽進行不停地公轉。明白了什么是行星后，就容易理解行星齒輪了。行星齒輪是指那些不僅自身要轉動，而且還要圍繞著其他齒輪轉動的齒輪。差速器是由六個齒輪組成的，兩個行星齒輪+兩個半軸齒輪=四個齒輪，還有兩個。剩下的這兩個齒輪就是負責與傳動桿連接的，將發(fā)動機輸出的動力，在經過了變速箱和傳動軸順利的交接給差速器，再由差速器根據(jù)實際的情況將動力分配到左右兩個后輪。只有將差速器安裝在傳動桿與兩個后輪半軸之間才可以實現(xiàn)合理的控制車輪的轉速，從而實現(xiàn)兩個車輪具有不同速度的目的。在將這六個齒輪安裝到相應位置后，總不能讓它們裸露在外吧，還需要安一個遮風擋雨的保護殼，以保護齒輪不受到其他位置零部件的干擾。為了節(jié)省空間，現(xiàn)代的差速器很少再使用經典的平面齒輪了，更多的是使用曲齒圓錐齒輪、交錯軸斜齒輪、準雙曲面齒輪甚至蝸桿，但基本的六個齒輪的結構一直延續(xù)了下來。
History of automotive differential
Before the advent of the train and bus, coach has been very important for people to travel transportation. People like to take a leisurely carriage road through the village streets of the city or to visit old friends. Trace the past, we have no way of knowing who invented the wheel first child, who has created the first one wheeled vehicles. Although the wheel technology in the early and less than ideal, but it's there or to improve the human handling of goods, promoting human development. 2000 BC, some tribes began to Malays pull a wheeled vehicle, the wheels have started like this round, rather than early, as the whole wheel made of wood blocks. 1st century BC, the Roman system, Cartwright invented the chariot and gradually be improved, making the four-wheel carriage can be driven forward. In order for carriage of higher performance, they are embedded in Phnom Penh on wheels used to reduce the friction wheel and body. After such a long-distance transport of horse-drawn vehicles for a major national transport vehicles. The advantage is that transport large and smooth operation, drawback is the need to travel relatively flat road. With the road for carriage driving dilapidated, two-wheelers people and use practical, because it can travel over rough terrain can be. Later, after once again improved, but it is the speed of the carriage is not always satisfactory, hoping to invent a more endurance than the horse power and more robust machines to make the wheels to turn faster.
Thousands of years later, in some parts of the United Kingdom and the United States, few people began to experiment with steam-powered, with a steel-made road. This steam train will be there, its use greatly reduces the distance people travel time. However, because of restrictions on the laying of tracks, most places only people to rely on the carriage. To solve this problem, to find a way to completely replace the carriage of goods, inventors began to busy again. Later, through unremitting efforts, Carl ? Benz developed a way to replace the carriage, is made of three cars of steel. Benz invented the three-wheeled vehicles loading only the equivalent of two carriages, the carriages are not comfortable shelter for passengers, can not get you recognized. Sooner or later gold will be shining, and soon was on the three vehicles has been transformed, it becomes four wheels, and has the same belt as the carriage window boxes, it also has a nice name, "No Mama car."
In this four-wheeled vehicles appears, with the biggest wagon is a different place when cornering. When the carriage is in turn control the horse drag to change the forward direction of the front two wheels, then connected with the two front wheels for steering the rear trunk drag movement. As the horse is a source of power, front wheel only to be dragged to complete turn of the horse, rear-wheel drive through the body done, so there is no turning difficult problems. The car's structure is completely different, it will be the engine installed in the car body, but the forces driving the car forward, but must be sent directly to the wheels. Power transfer to go through the clutch, transmission, universal joints, drive shafts and other devices. This car's front and rear wheels out more between a lever, while the lever can only be passed back to a speed of two wheels, so a direct consequence of the rear wheels can rotate at different speeds, will result in turning difficult.
If the car turns smoothly, the two rear wheels can not turn the same speed. When the car turns, the wheel travel path is an arc, if turning left, the center of the arc on the left, at the same time, the right wheels to go a long arc than the left wheel. When the car turns left and right wheels to balance the difference the right wheels turn a little faster, turn the wheel left a little slower, with different speed to compensate for the distance differences.
Automotive engineers to solve this problem. First they try to make the two rear wheels are no longer using a lever connected but disconnected, so that the two rear wheels with a lever alone, that is, two independent axes, is the axle. As long as the lever on the axle of the two were subject to different forces, we can make about two wheels have different speeds. After the trouble came off, the car is only a drive shaft, how can two axle, respectively, to transmit power it reasonable? This requires a device to do the middle of "person." First with two levers and two connections in the vertical angle of the lever connected to the rear, and then by a lever in a horizontal position and vertical position of the two levers intersect, so as to drive two rear wheels turn. Although such a connection can be made for the two rear wheels rotating, but can not achieve the two wheels rotate at different speeds, because their actual sense, or as a whole. After years of experiments found that the lever connecting the two rear wheels of the installation of a cross on the lever, and with them also installed a vertical angle of the same cross levers, and use this leverage to drive two wheels cross the cross on the lever. With the vertical angle of the cross lever rotation in the middle of the cross lever and not at the same time connecting the two rear wheels driven by the cross levers, wheels in order to achieve the two different speeds.
Although this can solve the problem of two different speed rear wheel, but the space is too large cross levers, three cross drive lever prone to difficult situations. Then on the basis of the cross lever to add more leverage, increased to a total of twelve, to form a three twelve leverage wind wheel, so all three can be a good wind wheels turning. Solution model has manufactured, the total can not be directly installed in the car on it. With the wind in the mechanical function of the wheel is the same gear, and gear as needed to create more teeth to bite, life is relatively long, there is minimal chance of loss is completely the best choice to achieve this model.
This design was simply to complete the original program does not actually applied to the car. Like any masterpiece needs a finishing touch to complete this amount of people is the founder of France, Louis Renault ? Renault. Renault saw the original design, in order to apply it to the car If we need to improve Caixing. Closely not only need to gear meshing, gear may also need to rotate together with the other gear, but gear can not be too much, six is ??enough. What is there, or should give it a nice name, "differential" pretty good, and vivid image.
In this way, to solve the problem of differential turning car was born. Over the next 100 years, other components for automotive appearance and generation after generation, but the key components is not much change, because it's composed of the principle that it is destined that way. Look like? Simple point that is formed by the six gears. Complex that is formed by a group of planetary gears, two core and two planetary gear shaft with the left rear wheel axle gear connected. What is a planetary gear? In the vast universe, there is such a planet, it is not only revolve around their own axis of rotation, but also around other planets to rotate. Such as the Earth, the Earth is a planet. Not only to rotation, but also around the sun to keep the revolution. Understand what is a planet, the planetary gear up it is easy to understand. Planetary gear means to turn that not only their own, but also around the other gears of the gear. Differential is composed of six gears, planetary gear + two = four gear two axle gear, there are two. The remaining two gears with the drive rod is responsible for connecting the engine output power, gearbox and drive shaft after a smooth transition to the differential, then the differential will be based on the actual situation to the power distribution left and right rear wheels. Only differential installed in the rear axle drive rod between the two can achieve reasonable control wheel speed, in order to achieve the speed of two wheels with different purposes. In this six gear installed to the appropriate location, can not let them exposed it, still need a safe shelter to protect shell to protect the gear position is not affected by other parts of the interference. To save space, modern differential rarely use the classic flat gear, and more is to use the song bevel gears, screw gears, hypoid gears or worm, but the basic structure of the six gears have been continued down.
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畢業(yè)論文（設計）成績單
院系
專業(yè)
入學時間
學號
學生姓名
班級
周數(shù)
起止日期
指導教師
職稱
論文題目
載重汽車主減速器及差速器設計
指
導
教
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建議成績
指導教師簽名
年 月 日
評
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人
評
語
建議成績
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年 月 日
答辯與評分
綜合成績
答辯小組
負責人簽名
年 月 日
本成績單一式二份，一份裝訂在畢業(yè)論文（設計）中，一份入學生學籍檔案。
載重汽車主減速器及差速器設計
目錄
1緒論 1
2設計任務書 2
3設計計算說明書 3
3.1 主減速器的結構形式的選擇 3
3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇 3
3.1.2 主減速器的減速形式選擇 5
3.1.3 主減速器主、從動雙曲面齒輪的支承型式 7
3.2 主減速器基本參數(shù)的選擇與計算載荷的確定 9
3.2.1車輪滾動半徑和主減速比的確定： 9
3.2.2主減速器齒輪計算載荷的確定 10
3.2.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定 12
3.3主要計算 17
3.3.1 單位齒長上的圓周力 17
3.3.2輪齒的彎曲強度計算 18
3.3.3 輪齒的接觸強度計算 20
3.4 主減速器軸承的計算 21
3.4.1 雙曲面齒輪的軸向力和徑向力計算 21
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理 22
3.6 差速器總成的設計 23
3.6.1 差速器結構形式選擇 24
3.6.2 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 25
3.6.3 差速器齒輪強度計算 28
4使用說明書 29
4.1主要參數(shù) 29
4.2主減速器及差速器工作原理 29
4.3潤滑使用及維修 30
5標準審查報告 30
5.1 產品圖樣的審查 30
5.2 產品技術文件的審查 31
5.3 標注件的使用情況 31
5.4 審查結論 31
結 論 32
參考文獻 33
致謝 34
載重汽車主減速器及差速器設計
摘 要：汽車主減速器及差速器是汽車后橋的主要部件之一，其基本的功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉矩，再將轉矩分配給左右驅動車輪，并使左右驅動車輪具有汽車行駛運動所要求的差速功能。同時，驅動橋還要承受作用于路面和車架或承載車身之間的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩。其質量、性能的好壞直接影響整車的安全性、經濟性、舒適性、可靠性。
本文參考了東風EQ1090E載重汽車驅動橋，在論述載重汽車汽車驅動橋運行機理的基礎上，提練出了在驅動橋設計中應掌握的滿足汽車行駛的平順性和通過性、降噪技術的應用及零件的標準化、部件的通用化、產品的系列化等三大關鍵技術；闡述了汽車驅動橋的基本原理并進行了系統(tǒng)分析；根據(jù)經濟、適用、舒適、安全可靠的設計原則和分析比較，確定了載重汽車驅動橋結構形式、布置方法、主減速器總成、差速器總成的結構型式；并對主要零部件進行了強度校核，完善了主減速器及差速器的整體設計。
通過本課題的研究，開發(fā)設計出適用于裝置大功率發(fā)動機載重汽車的單級驅動橋產品，確保設計的載重汽車驅動橋經濟、實用、安全、可靠。
關鍵詞：載重汽車； 主減速器； 差速器； 設計
Differential design of the main gear and truck
Abstract
Automotive final drive and rear axle differential is one of the main components, its basic function is to increase the drive shaft or transmission came directly from the torque, then torque distribution to the left and right drive wheels, and to drive the wheels with the car driving around the required differential movement capabilities. Meanwhile, the drive axle must bear the effect on the body surface and the frame or between the vertical load force, longitudinal force, lateral force and torque. Its quality, performance, a direct impact on vehicle safety, economy, comfort and reliability.
This reference to the east EQ1090E truck drive axle, in his discussion of automotive drive axle truck running mechanism, based on the extraction of a bridge design in the driver should have to meet the comfort and vehicle driving through sex, noise reduction technology and standardization of parts, components of the universal, the product series such as the three key technologies; describes the basic principles of automotive drive axle and a systematic analysis; based on economic, suitable, comfortable, safe and reliable design principles and analysis and comparison identified the truck driver bridge structure, layout methods, the main gear assembly, the
differential assembly structure; and strength check of major components were to improve the final drive and the overall design of differential .
Through this research project, designed to develop high-power engine on the device for single-stage drive axle truck products, ensure that the design of the truck drive axle economic, practical, safe and reliable.
朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典
Keywords ： heavy truck; Final drive; Differential; Design.
1 緒論
汽車主減速器及差速器是傳動系中的重要部件，其性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當采用大功率發(fā)動機輸出大的轉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，必須要搭配一個高效、可靠的驅動橋。所以采用傳動效率高的單級減速驅動橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統(tǒng)驅動橋的設計方法進行了載重汽車驅動橋的設計。本文首先確定主要部件的結構型式和主要設計參數(shù)；然后參考類似驅動橋的結構，確定出總體設計方案；最后對主、從動齒輪，差速器齒輪的強度進行校核以及壽命校核。
為了提高汽車行駛平順性和通過性，現(xiàn)在汽車的驅動橋也在不斷的改進。與獨立懸架相配合的斷開式驅動橋相對與非獨立懸架配合的整體式驅動橋在平順性和通過性方面都得到改進。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，驅動橋將會得到進一步的發(fā)展。展望將來需開發(fā)汽車驅動橋智能化設計軟件，設計新驅動橋只需輸入相關參數(shù)，系統(tǒng)將自動生成三維圖和二維圖，以達到效率高、強度低、匹配佳的最優(yōu)方案。
驅動橋是汽車傳動系統(tǒng)中主要總成之一。驅動橋的設計是否合理直接關系到汽車使用性能的好環(huán)。因此，設計中要保證：所選擇的主減速比應保證汽車在給定使用條件下有最佳的動力性能和燃料經濟性。
(1) 當左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時，驅動橋必須能合理的解決左右車輪的轉矩分配問題，以充分利用汽車的牽引力；
(2) 具有必要的離地間隙以滿足通過性的要求；
(3) 驅動橋的各零部件在滿足足夠的強度和剛度的條件下，應力求做到質量輕，特別是應盡可能做到非簧載質量，以改善汽車的行駛平順性；
(4) 能承受和傳遞作用于車輪上的各種力和轉矩；
(5) 齒輪及其它傳動部件應工作平穩(wěn)，噪聲小；
(6) 對傳動件應進行良好的潤滑，傳動效率要高；
(7) 結構簡單，拆裝調整方便；
(8) 設計中應盡量滿足“三化”。即產品系列化、零部件通用化、零件設計標準化的要求。
2 設計任務書
東風EQ1108G6D的整車參數(shù)見表2-1、發(fā)動機參數(shù)見表2-2、其他參數(shù)見表2-3：
載質量
5000
裝備質量
4570
空車
前軸
2370
后橋
2200
滿載
前軸
3200
后橋
6570
總質量
9770
最高車速（km/h）
95
最大爬坡度
≥ 25%
制動距離（滿載30km/h）（m）
≤ 8
最小轉彎半徑（m）
≤9
百公里油耗（L）
16L
長度
（mm）
總長
7220
總寬
2470
高度（駕駛室，滿載）
2540
車廂內部尺寸
長
4800
寬
2294
高
500
軸距
3950
輪距
前輪
1900
后輪
1800
最小離地間隙（mm）
240
行駛角（° ）
接近角
30
離去角
14
表2-1 整車參數(shù)
主減速器相當于后橋的心臟，其設計的好壞直接關系到后橋運行的平穩(wěn)性、噪音、異響等問題。因此主減速器的設計非常關鍵既要與整車匹配好，又要滿足自身功能和性能要求，設計時既要考慮傳動系統(tǒng)的匹配性，又要考慮自身的強度、剛度和整車的通過性，也就是說它與發(fā)動機輸出扭矩，功率，變速箱的傳動性以及整車承載能力密切相關。車輪對路面的滑動不僅會加速輪胎磨損，增加汽車的動力消耗，而且可能導致轉向和制動性能的惡化。若主減速器從動齒輪通過一根整軸同時帶動兩側驅動輪，則兩側車輪只能同樣的轉速轉動。為了保證兩側驅動輪處于純滾動狀態(tài)，就必須改用兩根半軸分別連接兩側車輪，而由主減速器從動齒輪通過差速器分別驅動兩側的半軸和車輪，使它們可用不同角速度旋轉。稱這種裝在同一驅動橋兩側的驅動輪之間的差速器為輪間差速器。在多軸驅動汽車的各驅動橋之間，也存在類似問題。為了適應各驅動橋所處的不同路面情況，使各驅動橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅動橋之間裝設軸間差速器。
表2-2發(fā)動機參數(shù)
6BT型 、 四沖程 、 水冷 、 直列六缸 、 增壓 、 柴油發(fā)動機
氣缸直徑x活塞行程
102x120mm
工作容積（L）
5.88
壓縮比
17.5
額定轉速（r/min）
2600
額定功率（2600r/min）
118KW
最大扭矩（1400r/min）
539N.M
噴油順序
1-5-3-6-2-4
燃油種類
夏季
0號
冬季
0-20號
表2-3其他參數(shù)
主減速比
6.33
輪胎型號
9.00R20-14PR
變速器傳動比（六個前進擋，一個倒擋）
Ⅰ擋
5.606
Ⅱ擋
3.627
Ⅲ擋
2.313
Ⅳ擋
1.487
Ⅴ擋
1.00
Ⅵ擋
0.79
倒擋
5.046
3 設計計算說明書
3.1 主減速器的結構形式的選擇
3.1.1 主減速器的齒輪類型選擇
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。
1. 弧齒錐齒輪傳動
弧齒錐齒輪的特點是主，從動齒輪的軸線垂直相交于一點。由于齒輪斷面重疊影響，至少有兩對以上的齒輪同時嚙合，因此可以承受較大的載荷，加之其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸由齒的一端連續(xù)平穩(wěn)地轉向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和震動小，但弧齒錐齒輪對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍不吻合就會使工作條件急劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲變大。
2. 雙曲面齒輪傳動
雙曲面齒輪傳動的特點是主從動齒輪的軸線相互垂直但不相交，且主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線向上或向下偏移一距離E，稱為偏移距，如圖2-1所示。當偏移距大到一定程度時，可使一個齒輪軸從另一個齒輪軸旁通過。這樣就能在每個齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。這對于增強支承剛度、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齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃育X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。主動齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)大于從動齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動的主動齒輪比相應的螺旋錐齒輪傳動的主動齒輪有更大的直徑和更好的強度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當量曲率半徑較相應的螺旋錐齒輪當量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應力降低。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應力相當?shù)穆菪F齒輪比較，負荷可提高至175％。雙曲面主動齒輪的螺旋角較大，則不產生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)，這有利于大傳動比傳動。當要求傳動比大而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪更為合理。因為如果保持兩種傳動的主動齒輪直徑一樣，則雙曲面從動齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對于主減速比i0≥4.5的傳動有其優(yōu)越性。當傳動比小于2時，雙曲面主動齒輪相對于螺旋錐齒輪主動齒輪就顯得過大，這時選用螺旋錐齒輪更合理，因為后者具有較大的差速器可利用空間。
由于雙曲面主動齒輪螺旋角的增大，還導致其進入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪相應的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動工作得更加平穩(wěn)、無噪聲，強度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。
3.圓柱齒輪傳動
圓柱齒輪傳動廣泛應用于發(fā)動機橫置的前置前驅動乘用車驅動橋和雙級主減速器驅動橋以及輪邊減速器。
4. 蝸桿傳動
蝸桿-蝸輪傳動簡稱蝸輪傳動，在汽車驅動橋上也得到了一定應用。在超重型汽車上，當高速發(fā)動機與相對較低車速和較大輪胎之間的配合要求有大的主減速比(通常8～14)時，主減速器采用一級蝸輪傳動最為方便，而采用其他齒輪時就需要結構較復雜、輪廓尺寸及質量均較大、效率較低的雙級減速。與其他齒輪傳動相比，它具有體積及質量小、傳動比大、運轉非常平穩(wěn)、最為靜寂無噪聲、便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅動的布置、能傳遞大載荷、使用壽命長、傳動效率高、結構簡單、拆裝方便、調整容易等一系列的優(yōu)點。其惟一的缺點是耍用昂貴的有色金屬的合金(青銅)制造，材料成本高，因此未能在大批量生產的汽車上推廣。
該驅動橋是為中型卡車設計，根據(jù)以上的對比分析知，該橋的主減速器齒輪應該選用雙曲面齒輪。
3.1.2 主減速器的減速形式選擇
主減速器的減速型式分為單級減速、雙續(xù)減速、雙速減速、單級貫通、雙級貫通、主減速及輪邊減速等。
（1）單級主減速器
由于單級主減速器具有結構簡單、質量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比i0<7.0的各種中、小型汽車上。單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳動的。
（2）雙級主減速器
由兩級齒輪減速器組成，結構復雜、質量加大，制造成本也顯著增加，因此僅用于主減速比較大(7.0
16時 取為0
因為=33.93>16, 所以=0
所以 = = 5082.8 （3-11）
3.2.3主減速器齒輪基本參數(shù)的確定
主減速器雙曲面齒輪的主要參數(shù)有主、從動雙曲面齒輪齒數(shù)和、從動雙曲面齒輪大端分度圓直徑、端面模數(shù)、齒面寬、雙曲面齒輪副的偏移距、中點螺旋角、法向壓力角等。
1）齒數(shù)的選擇
選擇主、從動雙曲面齒輪齒數(shù)時應考慮如下因素：
（1）為了磨合均勻，、之間應避免有公約數(shù)；
（2）為了得到理想的重合系數(shù)和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(shù)和應不少于40；
（3）為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強度，對于轎車，一般不少于9；對于貨車，一般不少于6；
（4）當主傳動比較大時，盡量使取得少些，以便得到滿意的離地間隙。當≥6時，可取最小值并等于5，但為了嚙合平穩(wěn)并提高疲勞強度常大于5；當較小時（3.5～5），可取7～12。
本設計范例：根據(jù)之前計算得到的主減速器傳動比=6.30，查表2-4考慮到=6.17較大，齒數(shù)盡可能選的小，所以?。?
=6，=37
重新計算傳動比=6.17，返回（3-7）、（3-8）和（3-9）計算得：
Tje=16770.07 n.m ， =26411.8 n.m ， =5082.8 n.m
表3-1 汽車主減速器主動雙曲面齒輪齒數(shù)
傳動比（z2/z1）
z1推薦
z1允許范圍
1.50-1.75
14
12-16
1.75-2.00
13
11-15
2.00-2.50
11
10-13
2.50-3.00
10
9-11
3.00-3.50
10
9-11
3.50-4.00
10
9-11
4.00-4.50
9
8-10
4.5-5.0
8
7-9
5.00-6.00
7
6-8
6.00-7.50
6
5-7
7.50-10.00
5
5-6
2）從動齒輪模數(shù)的選擇
表3-2 許用單位齒長上的圓周力 []
參數(shù)
類別
輪胎與地面的附著系數(shù)
Ⅰ檔
Ⅱ檔
Ⅲ檔
轎車
893
536
321
893
0.85
載貨汽車
1429
250
1429
0.85
公交車
982
214
0.85
根據(jù)單位齒長上的許用圓周力選擇，查表得;I擋時
≤ 1429 （3-12）
其中=0.155=0.155，=
將各個參數(shù)代入得m≧11.08
表3-3錐齒輪模數(shù) （mm）
0.1
0.12
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.125
1.25
1.375
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
8
9
10
11
12
14
16
18
20
22
25
28
30
32
36
40
45
50
注：1、表中模數(shù)指錐齒輪大端端面模數(shù)；
2、該表適用于直齒、斜齒及曲面錐齒輪。
查表2-6 取 m = 12
= 444 mm （3-13）
3）從動雙曲面齒輪齒面寬
一般要求小于10倍的端面模數(shù)。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會降低。從動雙曲面齒輪齒面寬推薦值為
=0.155 （3-14）
對于主動雙曲面齒輪齒面寬通常較從動雙曲面齒輪齒面寬大10%。
本設計范例：=68.82mm。 取為69mm 取為75mm
4）雙曲面齒輪螺旋方向
從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。
主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉方向影響其所受軸向力的方向，判斷軸向力方向時，可以用手勢法則，左旋齒輪的軸向力的方向用左手法則判斷，右旋齒輪用右手法則判斷；判斷時四指握起的旋向與齒輪旋轉方向相同，其拇指所指方向則為軸向力的方向。當變速器掛前進擋時，應使主動齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離趨勢，防止輪齒卡死而損壞。
5）雙曲面齒輪副偏移距及偏移方向的選擇
轎車、輕型客車和輕型載貨汽車主減速器的值，不應超過從動齒輪節(jié)錐距的40%（接近于從動齒輪大端分度圓直徑的20%）；而載貨汽車、越野汽車和公交車等重負荷傳動，則不應超過從動齒輪節(jié)錐距的20%（或取為的10%～12%，一般不超過12%）。傳動比越大則也應越大，大傳動比的雙曲面齒輪傳動，可達到的20%～30%，但此時需要檢查是否存在根切。
雙曲面齒輪的偏移可分為上偏移和下偏移兩種。由從動齒輪的錐頂向其齒面看去，并使主動齒輪處于右側，如果主動齒輪在從動齒輪中心線的上方，則為上偏移；在從動齒輪中心線下方，則為下偏移。如果主動齒輪處于左側，則情況相反。圖8a、b為下偏移，圖8c、d為上偏移。
本設計范例：考慮到為中型貨車，取=0.1=0.1×444=44.4mm，取為45mm，考慮到上偏移可以減小離地間隙，采用主動雙曲面齒輪上偏移，，主動雙齒輪選擇右旋，從動雙曲面齒輪選擇左旋。
6）中點螺旋角
螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪螺旋角沿齒寬是變化的，因此，常用齒面寬中點處的螺旋角來表示，稱為中點螺旋角或名義螺旋角。
螺旋錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，而雙曲面齒輪副由于存在偏移距，而使其中點螺旋角不相等，且主動齒輪螺旋角要比從動齒輪螺旋角大,兩者之差稱為偏移角。
選擇時，應考慮它對齒面重合度、輪齒強度和軸向力大小的影響。越大，則也越大，同時嚙合的齒數(shù)越多，傳動就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強度越高。一般應不小于1.25，在1.5～2.0時效果最好。但是過大，齒輪上所受的軸向力也會過大。 “格里森”制齒輪推薦用下式預選主動齒輪螺旋角的名義值：
（3-15）
式中：——主動齒輪名義（中點）螺旋角的預選值；
、——主、從動齒輪齒數(shù)；
——從動齒輪的分度圓直徑；
——雙曲面齒輪副的偏移距。
對于雙曲面齒輪，當確定了主動齒輪的螺旋角之后，可用下式近似的確定從動齒輪的名義螺旋角
=25°+5°°+90°=46.42°
=36.03
=0.17316 =9.97°
所以 = 36.03 因為= 在35°-40°范圍內， 所以修正得=45°，=35°， =40°
7）齒輪法向壓力角的選擇
格里森制齒輪規(guī)定轎車主減速器螺旋錐齒輪選用14°30′或16°的法向壓力角，載貨汽車和重型汽車選用20°或22°30′的法向壓力角；對于雙曲面齒輪轎車選用19°的平均壓力角，載貨汽車選用22°30′的平均壓力角。當≥8時，其平均壓力角均選用21°15′。
本設計：雙曲面齒輪=20°30′。
8）銑刀盤名義直徑的選擇
刀盤名義直徑可按從動齒輪分度圓直徑直接按表選?。?
本設計：由于為444mm，故查表可選擇=152.4mm。
在完成主減速器齒輪的幾何計算后，應驗算其強度，進行強度計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠地工作。
齒輪的損壞形式常見的有輪齒折斷、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損。，齒輪的使用壽命除與設計的正確與否有直接關系外，在實際生產中也往往會由于材料、加工精度、熱處理、裝配調整以及使用條件的不當而發(fā)生損壞。但正確的設計應是減少或避免上述損壞的一項重要措施。強度驗算則是進行正確設計的一個方面。目前的強度計算多為近似計算，在汽車工業(yè)中確定齒輪強度的主要依據(jù)是臺架試驗及道路試驗，以及在實際使用中的情況，強度計算可供參考。
3.3主要計算
3.3.1 單位齒長上的圓周力
表3-4 許用單位齒長上的圓周力[p] N/mm
車型
按發(fā)動機最大轉矩計算
按最大附著力矩計算
附著系數(shù)
1檔
2檔
直接檔
轎車
893
536
321
893
0.85
貨車
1429
250
1429
0.85
公共汽車
982
214
0.85
牽引汽車
536
250
0.65
在現(xiàn)代汽車設計中，由于材質及加工工藝等制造質量的提高，單位齒長上的圓周力有時高出表中數(shù)據(jù)的20%-25%
按發(fā)動機最大轉矩計算時有：
式中：——發(fā)動機最大轉矩，N.mm；
——變速器傳動比，通常?、駲n及直接檔進行計算；
——主動齒輪分度圓直徑（mm），對于雙曲面齒
；對螺旋齒輪有。
按最大附著力矩計算時有：
（3-16）
式中：——滿載下驅動橋上的靜載荷，N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，按表2-9查得；
——輪胎的滾動半徑，m；
——主減速器從動齒輪分度圓半徑，mm。
本設計實例： 對雙曲面齒輪有：
按發(fā)動機最大轉矩計算有：
≈1219.62N/mm＜[]=1429N/mm，滿足設計要求；
按最大附著力矩計算有：
≈1724.23N/mm＜1.2[]=1786.25n/mm,滿足設計要求。
3.3.2輪齒的彎曲強度計算
汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪輪齒的計算彎曲應力 (N／mm2)為
（3-17）
式中Tj——齒輪的計算轉矩，N·m，對于從動齒輪按Tje、Tje、中的較小者和計算，對于主動齒輪還需要將上述計算轉矩換算到主動齒輪上。
K0——超載系數(shù)；對于一般載貨汽車取為1
Ks——尺寸系數(shù)，反映材料性質的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關。當端面模數(shù)m≥1.6mm時，Ks==0.7；
Km——載荷分配系數(shù)，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，Km＝1.00~1.10；當一個齒輪用騎馬式支承時，Km＝1.10~1.25。支承剛度大時取小值；
Kv——質量系數(shù)，對于汽車驅動橋齒輪，當輪齒接觸良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取Kv＝1；
F——計算齒輪的齒面寬，mm；
Z——計算齒輪的齒數(shù)；
m——端面模數(shù)，mm；
J——計算彎曲應力用的綜合系數(shù)
查機械設計手冊取=0.28，=0.25
按Tje、中的較小者計算
=247.31<700 合格
=288.54<700 合格
按計算
=110.57<210.9 合格
=109.25<210.9 合格
表3-5 汽車驅動橋齒輪的許用應力
計算載荷
主減速器齒輪的許用彎曲應力
主減速器齒輪的許用接觸應力
差速器齒輪的許用彎曲應力
按計算得出的最大計算轉矩Tje，Tjφ中的較小者
700
2800
980
按平均計算轉矩Tjm
210.9
1750
210.9
3.3.3 輪齒的接觸強度計算
圓錐齒輪與雙曲面齒輪齒面的計算接觸應力 (MPa)為
（3-18）
式中：T1、T1max——分別為主動齒輪的工作轉矩和最大轉矩，N·m；
Cp——材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6N1/2／mm；
d1——主動齒輪節(jié)圓直徑，mm；
Kf——表面質量系數(shù)，對于制造精確的齒輪可取Kf=1；
F——齒面寬，mm，取齒輪副中的較小值(一般為從動齒輪齒面寬)；
J——計算接觸應力的綜合系數(shù)。
查機械設計手冊取得J=0.135
通常式(3-18)簡化為：
（3-19）
按Tje、中的較小者計算
=1497.79MPa<2800MPa
按計算
=1245.543MPa<2800MPa 合格
圖3-3 主減速器主動齒輪受力分析
3.4 主減速器軸承的計算
軸承的計算主要是計算軸承的壽命。通常是根據(jù)主減速器的結構尺寸初步選定軸承的型號，然后驗算軸承壽命。在驗算之前，首先應求出作用在齒輪上的軸向力、徑向力，然后再求出軸承反力，以確定軸承載荷。
3.4.1 雙曲面齒輪的軸向力和徑向力計算
⑴齒寬中點處的圓周力為：
P=2/dm
式中：T——計算轉矩，作用在主減速器主動齒輪上的當量轉矩， dm為該齒輪齒面寬中點的分度圓直徑
= （3-20）
——變速器在各擋使用率
——變速器各擋傳動比
——變速器在各擋發(fā)動機轉矩利用率
表3-6和 的參考值
,
擋位
數(shù)值
Ⅰ
0.5
Ⅱ
3.5
Ⅲ
7
Ⅳ
59
Ⅴ
-
超速擋
30
Ⅰ
50
Ⅱ
60
Ⅲ
70
Ⅳ
70
Ⅴ
-
超速檔
70
計算得主動齒輪的當量轉矩 =28.86n.m
查表得 =73.64mm =376.24mm
主從動齒輪的中點處的圓周力，P2
分別為P1===784.01N, （3-21）
P2===908.24N （3-22）
⑵主動齒輪的軸向力和徑向力
表3-7 雙曲面齒輪軸向力及徑向力
主動齒輪螺旋方向：右
主動齒輪旋轉方
向：
逆時針
軸向力A
徑向力R
主動齒輪
主動齒輪
A=
R=
從動齒輪
從動齒輪
A=
R=
根據(jù)表可算出主、從動雙曲面齒輪的軸向力和徑向力，
α=22°30′ ，查表3-8得 =45°=35° =11.8° =77.88°
代入計算得： 主動雙曲面齒輪：A=781.854N R=289.2N
從動雙曲面齒輪：A=315.5N R=719.3N
3.5 主減速器齒輪的材料及熱處理
汽車驅動橋主減速器的工作相當繁重，與傳動系其他齒輪比較，它具有載荷大、作用時間長、載荷變化多、帶沖擊等特點。其損壞形式主要有齒板彎曲折斷、齒面疲勞點蝕(剝落)、磨損和擦傷等。據(jù)此對驅動橋齒輪的材料及熱處理應有以下要求：
（1）具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度以及較好的齒面耐磨性，故齒表面應有高的硬度；
（2）輪齒芯部應有適當?shù)捻g性以適應沖擊載荷，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)律性易控制，以提高產品質量、減少制造成本并降低廢品率；
（4）選擇齒輪材料的合金元素時要適應我國的情況。例如，為了節(jié)約鎳、鉻等我國發(fā)展了以錳、釩、硼、鈦、鉬、硅為主的合金結構鋼系統(tǒng)。
汽車主減速器和差速器圓錐齒輪與雙曲面齒輪目前均用滲碳合金鋼制造。常用的鋼號有20CrMnTi，22CrMnMo，20CrNiMo，20MnVB和20Mn2TiB。
用滲碳合金鋼制造齒輪，經滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度可高達HRC58～64，而芯部硬度較低，當端面模數(shù)m>8時為HRC29～45，當m<8時為HRC32～45。
對于滲碳層深度有如下的規(guī)定：當端面模數(shù)m≤5時，為0.9～1.3mm；m>5～8時，為1.0～1.4mm；m>8時，為1.2～1.6mm。
由于新齒輪潤滑不良，為了防止齒輪在運行初期產生膠合、咬死或擦傷，防止早期磨損，圓錐齒輪與雙曲面齒輪副(或僅大齒輪)在熱處理及精加工(如磨齒或配對研磨)后均予以厚度為0.005～0.010～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種表面鍍層不應用于補償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。
對齒面進行噴丸處理有可能提高壽命達25%。對于滑動速度高的齒輪，為了提高其耐磨性可進行滲碳處理。滲碳處理時的溫度低，故不會引起齒輪變形。滲碳后摩擦系數(shù)可顯著降低，故即使?jié)櫥瑮l件較差，也會防止齒輪咬死、膠合和擦傷等現(xiàn)象產生。
3.6 差速器總成的設計
根據(jù)汽車行駛運動學的要求和實際的車輪、道路以及它們之間的相互關系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時間內所滾過的行程往往是有差別的。例如，轉彎時外側車輪的行程總要比內側的長。另外，即使汽車作直線行駛，也會由于左右車輪在同一時間內所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅動車輪軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右驅動車輪的轉速雖相等而行程卻又不同的這一運動學上的矛盾，引起某一驅動車輪產生滑轉或滑移。這不僅會使輪胎過早磨損、無益地消耗功率和燃料及使驅動車輪軸超載等，還會因為不能按所要求的瞬時中心轉向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉彎時有大的滑轉或滑移，易使汽車在轉向時失去抗側滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運動學上的不協(xié)調而產生的這些弊病，汽車左右驅動輪間都裝有差速器，后者保證了汽車驅動橋兩側車輪在行程不等時具有以不同速度旋轉的特性，從而滿足了汽車行駛運動學要求。
3.6.1 差速器結構形式選擇
差速器的分類可按用途(如圖3-4所示)也可按其工作特性分類(如圖3-5所示)。
圖3-4 差速器按用途分類
圖3-5 差速器按工作特性分類
從經濟性和平穩(wěn)性考慮，后橋選用結構簡單、緊湊、工作平穩(wěn)、制造方便，用于公路汽車也很可靠的普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。
3.6.2 差速器齒輪主要參數(shù)選擇
（1）行星齒輪數(shù)目的選擇
轎車常用2個行星齒輪，載貨汽車和越野汽車多用4個行星齒輪，少數(shù)汽車采用3個行星齒輪。故行星齒輪數(shù)目定為4。
（2）行星齒輪球面半徑RB(mm)的確定
圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑RB，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實際上代替了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征了差速器的強度。
球面半徑可根據(jù)經驗公式來確定：
（3-23）
式中：KB——行星齒輪球面半徑系數(shù)，KB=2.52~2.99，對于有4個行星齒輪的轎車和公路載貨汽車取小值；對于有2個行星齒輪的轎車以及越野汽車、礦用汽車取最大值；Tj——計算轉矩，按中的較小者選取，N·m。
所以mm，取66mm
(3) 節(jié)錐距的確定
Ao = (0.98 -0.99 ) （3-24）
取A0=64mm
(4)行星齒輪齒數(shù)和半軸齒輪齒數(shù)的選擇
為了得到較大的模數(shù)從