電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總成設(shè)計(jì).doc

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河南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試畢業(yè)論文 高 等 教 育 自 學(xué) 考 試 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 汽車檢測(cè)與維修專業(yè)（本科） 市　　地： 南陽市 準(zhǔn)考證號(hào)： 130210100317 姓 名： 王鵬飛 河南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試辦公室 高等教育自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 一、 題目： 電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總成設(shè)計(jì) 二、 本環(huán)節(jié)自 年 月 日起至 年 月 日 三、 進(jìn)行地點(diǎn)： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院南實(shí)訓(xùn)樓 四、 內(nèi)容要求： 指導(dǎo)老師： 邵海泉 職稱： 講師 批準(zhǔn)日期： 年 月 日 電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)總成 摘 要 純電動(dòng)客車幾乎是一種零污染的城市交通工具，因此國(guó)家相關(guān)政策和一些企業(yè)也正在投入資金和人力開展深入研究。在城市公交客車上采用純電動(dòng)技術(shù)的意義在行業(yè)內(nèi)已取得普遍共識(shí)，但在其產(chǎn)業(yè)化過程中，除了電池、電機(jī)等技術(shù)瓶頸外，其與普通內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)客車相比，電動(dòng)客車的底盤等機(jī)械構(gòu)件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)也存在著一系列的問題。 本文首先對(duì)電動(dòng)客車的動(dòng)力方式進(jìn)行分析，根據(jù)其動(dòng)力方式來確定電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋類型，并依照驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)原則對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，確定驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方案。選擇恰當(dāng)?shù)男阅軈?shù)，減少電動(dòng)客車運(yùn)行中的能量消耗，提高電動(dòng)客車的能量傳動(dòng)效率，對(duì)電動(dòng)客車的發(fā)展有著重要的意義。 關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車，動(dòng)力方式，驅(qū)動(dòng)橋，設(shè)計(jì)方案 Electric vehicle drive axle assembly design ABSTRACT Almost a pure electric bus 0 polluted urban transport, the national policies and some companies also are investing money and manpower to carry out in-depth study. In the city bus on the meaning of pure electric technology in the industry has achieved widespread consensus, but in its industrialization process, in addition to the battery, motor and other technical bottleneck, its passenger, compared with ordinary internal combustion engine, the electric passenger car chassis, etc. Design and production of mechanical components there are a number of problems. This article first electric vehicle of the dynamic way, according to its power to determine the way the type of electric vehicle drive axle and drive axle design in accordance with the principles of the structure on the drive axle to choose, determine the drive axle design. Select the appropriate performance parameters, to reduce electric energy consumption of passenger cars in operation, the drive to improve the energy efficiency of electric buses, electric buses on the development of great significance. KEY WORDS：pure electric vehicle ，power mode ，overall axle design 53 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 前 言 1 第一章 電動(dòng)客車動(dòng)力方式簡(jiǎn)析 4 §1.1電動(dòng)客車動(dòng)力布置 4 §1.1.1傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式的特征 5 §1.1.2電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征 5 §1.1.3電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征 5 §1.1.4輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征 6 §1.2電動(dòng)客車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)介紹 6 §1.3電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)成 6 第二章 電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總成方案論證 8 §2.1非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 8 §2.2斷開式驅(qū)動(dòng)橋 9 §2.3電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋形式的選取 10 第三章 主減速器的設(shè)計(jì) 11 §3.1主減速器結(jié)構(gòu)方案的選擇 11 §3.1.1單級(jí)主減速器 11 §3.1.2弧齒錐齒輪與雙曲面齒輪的比較 14 §3.1.3雙級(jí)主減速器 15 §3.1.4雙速主減速器 15 §3.2主減速器錐齒輪的許用偏移量 16 §3.3主減速器錐齒輪的支承方案 16 §3.4主減速器計(jì)算載荷的確定 18 §3.4.1 主減速器錐齒輪的計(jì)算載荷的三種確定方法 18 §3.4.2 主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tz 20 §3.5主減速器錐齒輪的參數(shù)選擇 20 §3.5.1主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)的選擇 21 §3.5.2從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)的選擇 21 §3.6雙曲面齒輪偏移距的選擇 22 §3.7錐齒輪上的受力 22 §3.7.1齒面寬中點(diǎn)處的圓周力 22 §3.7.2錐齒輪上的軸向力和徑向力 23 §3.8 主減速器軸承的載荷 24 §3.8.1受力計(jì)算 25 §3.8.2軸承載荷校核 26 第四章 差速器設(shè)計(jì) 29 §4.1差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 29 §4.2對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 30 §4.3對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 §4.3.1行星齒輪數(shù)目的選擇 31 §4.3.2行星齒輪球面半徑的確定 31 §4.3.3行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 32 §4.3.4差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 32 §4.3.5壓力角 33 §4.3.6行星齒輪的軸孔長(zhǎng)度和孔徑 33 §4.4差速器齒輪的材料 34 §4.5差速器的幾何尺寸計(jì)算和強(qiáng)度分析 34 §4.5.1差速器的幾何尺寸計(jì)算 34 §4.5.2差速器的強(qiáng)度分析 34 第五章 車輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 36 §5.1半軸型式的選取 36 §5.1.1半浮式半軸 36 §5.1.2 3/4浮式半軸 37 §5.1.3全浮式半軸 38 §5.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 38 §5.2.1半軸的載荷計(jì)算 39 §5.2.2 全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取 39 §5.2.3 全浮式半軸的強(qiáng)度校核 40 §5.3 半軸花鍵的選擇和強(qiáng)度計(jì)算 40 §5.3.1 半軸花鍵的選擇 41 §5.3.2 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 41 §5.4半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料熱處理 41 第六章 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 43 §6.1橋殼的結(jié)構(gòu)方案的分析 43 §6.1.1可分式橋殼 43 §6.1.2整體式橋殼 44 §6.2橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 45 第七章 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)元件 47 §7.1支承軸承的預(yù)緊 47 §7.2錐齒輪嚙合的調(diào)整 47 §7.3潤(rùn)滑 48 第八章 驅(qū)動(dòng)橋試驗(yàn) 49 §8.1整車道路試驗(yàn)及使用試驗(yàn) 49 §8.2臺(tái)式試驗(yàn) 49 結(jié)　論 51 參考文獻(xiàn) 52 致 謝 53 附 錄 54 前 言 一、背景 近年來，我國(guó)在純電動(dòng)客車領(lǐng)域取得了一系列科技成果和技術(shù)突破，擁有了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，在電動(dòng)汽車整車總體技術(shù)和關(guān)鍵零部件技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了豐碩的成果。我國(guó)正通過電動(dòng)客車產(chǎn)業(yè)化開發(fā)環(huán)境、生產(chǎn)基地以及管理環(huán)境的建設(shè)，爭(zhēng)取在整車產(chǎn)品技術(shù)上取得重大突破，帶動(dòng)電動(dòng)客車、電動(dòng)城市多功能車、電動(dòng)汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。 電動(dòng)客車以車載電源為動(dòng)力，用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。它符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優(yōu)點(diǎn)，使電動(dòng)客車的研究和應(yīng)用（尤其在城市的應(yīng)用）成為汽車工業(yè)的一個(gè)"熱點(diǎn)"。 二、課程目標(biāo)與意義 電動(dòng)客車傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳給客車的驅(qū)動(dòng)軸。 本課題是對(duì)純電動(dòng)中型客車驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。故本說明書將以“驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)”內(nèi)容對(duì)驅(qū)動(dòng)橋及其主要零部件的結(jié)構(gòu)型式與設(shè)計(jì)計(jì)算作一一介紹。 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，由驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成、功用、工作特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求講起，詳細(xì)地分析了驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式及布置方法；全面介紹了驅(qū)動(dòng)橋車輪的傳動(dòng)裝置和橋殼的各種結(jié)構(gòu)型式與設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 課題所設(shè)計(jì)的純電動(dòng)大型客車規(guī)格如下： 1.動(dòng)力方面，轉(zhuǎn)速（額定/峰值）：,功率（額定/峰值）：，扭矩：，控制器最高效率：，最高車速：，加速時(shí)間：，最大爬坡度：，行駛里程勻速行駛：。 2.燃料方面：動(dòng)力電池類型：鋰離子動(dòng)力電池，電池組規(guī)格：，，百公里經(jīng)濟(jì)性（勻速行駛）：。 3.外觀方面：長(zhǎng)，寬，高，前懸/后懸,整備質(zhì)量/滿載質(zhì)量:。 另外，驅(qū)動(dòng)橋總成離地間隙。 電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋是電動(dòng)客車的重大總成之一，承載著客車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動(dòng)橋還傳遞著傳動(dòng)系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，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)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動(dòng)橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪。 由上述可見，汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的品種極為廣泛，對(duì)這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝。因此，通過對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。 三、設(shè)計(jì)概述 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其功用是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩,改變傳動(dòng)方向，并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。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（或梁）等組成。 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求： 1.所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 2.外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。 3.齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。 4.在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。 5.在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。 6.與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。 7.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。 本次電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總成的設(shè)計(jì)主要解決兩個(gè)問題，第一，想辦法將驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩通過傳動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞到后輪子上，達(dá)到更好的車輪牽引力與轉(zhuǎn)向力的有效發(fā)揮，從而提高電動(dòng)客車的行駛能力。第二，在差速器向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，得允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。 本課題的設(shè)計(jì)思路可分為以下幾點(diǎn)：首先選擇初始方案，選擇的電動(dòng)客車為大型城市客車，采用后橋驅(qū)動(dòng)，所以設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)需要符合大型客車的結(jié)構(gòu)要求；接著選擇各部件的結(jié)構(gòu)形式；最后選擇各部件的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)出各主要尺寸。 所設(shè)計(jì)的電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總體制造工藝性好、外形美觀，工作更穩(wěn)定、可靠。該驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)大大降低了制造成本，同時(shí)驅(qū)動(dòng)橋使用維護(hù)成本也降低了。驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)符合城市大型純電動(dòng)客車的整體結(jié)構(gòu)要求。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，修理、保養(yǎng)方便；機(jī)件工藝性好，制造容易的要求。 目前我國(guó)正在大力發(fā)展電動(dòng)客車產(chǎn)業(yè),采用后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車的平衡性和操作性都將會(huì)有很大的提高。后輪驅(qū)動(dòng)的客車加速時(shí)，牽引力將不會(huì)由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，司機(jī)就會(huì)感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費(fèi)用低也是后輪驅(qū)動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費(fèi)用將會(huì)有很大的差別。如果你的變速器出了故障，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車就不需要對(duì)差速器進(jìn)行維修，但是對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)的汽車來說也許就有這個(gè)必要了，因?yàn)檫@兩個(gè)部件是做在一起的。 所以后輪驅(qū)動(dòng)必然會(huì)使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 第一章 電動(dòng)客車動(dòng)力方式簡(jiǎn)析 §1.1電動(dòng)客車動(dòng)力布置 電動(dòng)客車的動(dòng)力系統(tǒng)主要包括能源系統(tǒng)（動(dòng)力電池）、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)是電動(dòng)客車最重要的子系統(tǒng)，幾乎決定了整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，是電動(dòng)客車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)是純電動(dòng)客車的動(dòng)力裝置，這是純電動(dòng)客車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)客車的根本區(qū)別之處。現(xiàn)代的純電動(dòng)客車所采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要是交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)阻尼電動(dòng)機(jī)等。純電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)操縱系統(tǒng)共同組成，隨著純電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)形式不同，采用了不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 圖1-1 一種電動(dòng)客車的基本組成 純電動(dòng)客車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。 其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總布置形式有以下幾種：（1）傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式；（2）電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；（3）電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；（4）輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 §1.1.1傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式的特征 １．電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)；２．仍然采用內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)　系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等總成；３．有電動(dòng)機(jī)前置驅(qū)動(dòng)橋前置（Ｆ-Ｆ），電動(dòng)機(jī)前置驅(qū)動(dòng)橋后置（Ｆ-Ｒ）等各種驅(qū)動(dòng)模式；４．結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的性能。 §1.1.2電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征 1.在電動(dòng)機(jī)端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動(dòng)總成，形成電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；2．有電動(dòng)機(jī)前置驅(qū)動(dòng)橋前置（Ｆ－Ｆ），電動(dòng)機(jī)前置驅(qū)動(dòng)橋后置（Ｆ－Ｒ），驅(qū)動(dòng)橋后置（Ｒ－Ｒ）等驅(qū)動(dòng)模式；3．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，安裝方便。 §1.1.3電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征 1.在電動(dòng)機(jī)端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動(dòng)總成，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)空心軸，有一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的半軸從電動(dòng)機(jī)空心軸中通過；２．有電動(dòng)機(jī)前置驅(qū)動(dòng)橋前置(Ｆ－Ｆ），電動(dòng)機(jī)前置驅(qū)動(dòng)橋后置（Ｆ－Ｒ），驅(qū)動(dòng)橋后置（Ｒ－Ｒ）等驅(qū)動(dòng)模式；３．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，可以作為驅(qū)動(dòng)橋布置在車架下面。 §1.1.4輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征 １．電動(dòng)機(jī)裝在車輪輪轂中，可以有４×２和４×４兩種布置方式，各個(gè)車輪之間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)或差速轉(zhuǎn)動(dòng)由中央控制器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制；２．４×2布置方式有雙雙前輪驅(qū)動(dòng)模式和雙后輪驅(qū)動(dòng)模式；３.４×４布置方式可以實(shí)現(xiàn)４輪驅(qū)動(dòng)模式；４.能騰出大量有效空間，便于布置。 §1.2電動(dòng)客車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)介紹 電動(dòng)客車傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，主要與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性有關(guān)。 如果所選擇的電機(jī)具有的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性不太理想，就要安裝傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車都有的變速器，改變傳動(dòng)比，增大轉(zhuǎn)矩。 一般來說，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性要比內(nèi)燃機(jī)更接近于理想情況，所以其傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)要簡(jiǎn)單一些。但是如果所選用的電機(jī)具有很大的超載能力，在短期內(nèi)能提供足夠大的轉(zhuǎn)矩，就可以取消變速器和離合器，主要靠電機(jī)調(diào)速，使傳統(tǒng)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單。 對(duì)于采用輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)的電動(dòng)客車來說，由于將電機(jī)、減速器等部件直接安裝在驅(qū)動(dòng)輪轂中或驅(qū)動(dòng)輪邊，取消了傳動(dòng)軸、主減速器和差速器等部件，因此傳統(tǒng)系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，驅(qū)動(dòng)輪的差速功能由電子控制裝置來提供。 §1.3電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)成 電動(dòng)客車的驅(qū)動(dòng)橋?yàn)榭蛙噦鹘y(tǒng)系統(tǒng)中最末端總成。其功用主要如下： 一、 將傳動(dòng)裝置傳來的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)增大轉(zhuǎn)矩； 二、 通過主減速器圓錐齒輪副或雙曲面齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向； 三、 通過差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)車輪以不同速度轉(zhuǎn)向； 四、 通過橋殼體和車輪實(shí)現(xiàn)承載及傳力作用。 雖然在采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)客車可以省去傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)客車傳動(dòng)系統(tǒng)的差速器，但對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求太高。并且，電動(dòng)客車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要頻繁啟動(dòng)和停車，并承受較大的加速度或減速度，而且要求低速大轉(zhuǎn)矩爬坡，高速小轉(zhuǎn)矩運(yùn)行和運(yùn)行速度范圍寬。 考慮到本研究課題-電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總成的實(shí)用性，要求本次的電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總成主要由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置以及驅(qū)動(dòng)橋殼等元件構(gòu)成。 第二章 電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋總成方案論證 §2.1非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸架結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。當(dāng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，采用的為非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，又叫整體式驅(qū)動(dòng)橋，即驅(qū)動(dòng)橋殼（或梁）是一根剛性梁。 圖2-1非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 1后橋殼；2差速器殼；3差速器行星齒輪；4差速器半軸齒輪；5半軸；6主減速器從動(dòng)齒圈；7主減速器主動(dòng)小齒輪 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝性好，成本低，可靠性好，維修調(diào)整容易，廣泛用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬于簧下質(zhì)量，汽車簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在汽車輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；公共汽車為了降低汽車的質(zhì)心高度和車廂地板高度，以提高穩(wěn)定性和乘客上下車的方便，可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方；有些雙層公共汽車為了進(jìn)一步降低車廂地板高度，在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí)，將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的旁邊。 在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車、多橋驅(qū)動(dòng)汽車和超重型載貨汽車上，有時(shí)采用蝸輪式主減速器，它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無聲的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)汽車的總體布置很方便。 §2.2斷開式驅(qū)動(dòng)橋 當(dāng)汽車采用獨(dú)立懸架時(shí)，為保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)采用斷開式，此時(shí)主減速器裝在車架或車身上，車輪傳動(dòng)裝置采用萬向節(jié)傳動(dòng)。 圖2-2斷開式驅(qū)動(dòng)橋 斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。 汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。 §2.3電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)橋形式的選取 由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，查閱文獻(xiàn)[2]，參照國(guó)內(nèi)相關(guān)客車的設(shè)計(jì),經(jīng)方案驗(yàn)證，最后本課題選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 圖2-3 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)示意圖 1-鎖緊螺母 2-鍵 3-輪轂 4-橋殼 5-差速裝置 6-半軸 7-軸承 第三章 主減速器的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求： 一、所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車既有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 二、外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。 三、在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)協(xié)調(diào)。 四、在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善汽車平順性。 五、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 §3.1主減速器結(jié)構(gòu)方案的選擇 為適應(yīng)不同車型的使用要求，主減速器有多種結(jié)構(gòu)形式。按照主減速器所具有的齒輪副的數(shù)目可以分為單級(jí)主減速器（有一對(duì)齒輪副）和雙級(jí)主減速器（有兩對(duì)齒輪副）。而雙級(jí)主減速器按結(jié)構(gòu)形式又可分為整體式和分開式兩種。其中，分開式雙級(jí)主減速器的第一級(jí)設(shè)于驅(qū)動(dòng)橋中部（稱為中央減速器），而第二級(jí)設(shè)于輪邊（稱為輪邊減速器）。當(dāng)主減速器具有兩個(gè)擋位時(shí)，稱其為雙速主減速器。 §3.1.1單級(jí)主減速器 單級(jí)主減速器常由一對(duì)圓錐齒輪組成。這種主減速器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，成本低，使用簡(jiǎn)單。但是主傳動(dòng)比不能太大，一般不大于7.0.如果進(jìn)一步提高主傳動(dòng)比將會(huì)增大從動(dòng)齒輪直徑，從而減小離地間隙（降低通過性），并且會(huì)使從動(dòng)齒輪熱處理復(fù)雜化。由于上述特點(diǎn)，單級(jí)主減速器廣泛用于轎車和輕、中型貨車上。 主減速器的傳動(dòng)形式主要有：（a）螺旋錐齒輪傳動(dòng)；（b）雙曲面齒輪傳動(dòng)（又叫準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)）；（c）圓柱齒輪傳動(dòng)；（d）蝸桿蝸輪傳動(dòng)。 圖3-1 主減速器的傳動(dòng)形式 （a）螺旋錐齒輪傳動(dòng)；（b）雙曲面齒輪傳動(dòng) （c）圓柱齒輪傳動(dòng)；（d）蝸桿蝸輪傳動(dòng) 螺旋錐齒輪傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：零件制造比較簡(jiǎn)單，但是其工作噪聲大，且對(duì)嚙合精度很敏感。即，齒輪副錐頂稍有不吻合，便會(huì)使工作條件急劇變壞，從而使磨損加劇，噪聲增大。因此要保證齒輪副的正確嚙合，因而必須將軸承預(yù)緊，提高支撐剛度，增大主減速器殼體的剛度。其中，螺旋錐齒輪傳動(dòng)是弧齒錐齒輪傳動(dòng)的一種形式。 弧齒錐齒輪傳動(dòng)，一對(duì)弧齒錐齒輪嚙合時(shí)，輪齒并不是在全長(zhǎng)上嚙合，而是從一端逐漸連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端，并有幾個(gè)齒同時(shí)載荷，而且嚙合平穩(wěn)?；↓X錐齒輪主動(dòng)齒輪的螺旋角1與從動(dòng)錐齒輪的螺旋角2是相等的，和是主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的平均分度圓半徑，那么弧齒錐齒輪的傳動(dòng)比為： （3-1） 對(duì)于雙曲面錐齒輪傳動(dòng)(如下圖)來說有以下特點(diǎn)：主、從動(dòng)軸軸線不相交，而是有一偏移距E，這是與螺旋錐齒輪傳動(dòng)的不同之處。 圖3-2 雙曲面齒輪副的受力情況 由于存在偏移距E，使主動(dòng)齒輪螺旋角與從動(dòng)齒輪螺旋角不相等，且。其中，是主動(dòng)齒輪的切向力，是從動(dòng)齒輪的切向力。在嚙合點(diǎn)，兩齒輪嚙合齒面的法線方向相同。此時(shí)，嚙合齒面上的法向力應(yīng)該彼此相等，都為。而 （3-2） （3-3） 所以 （3-4） （3-5） 設(shè)和分別為主、從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑，則雙曲面齒輪傳動(dòng) （3-6） 而對(duì)螺旋錐齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)比為 （3-7） 在上式中，。 這說明，當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪的尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)有更大的傳動(dòng)比。從另一個(gè)角度說，當(dāng)傳動(dòng)比一定、從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪比螺旋錐齒輪有較大的直徑，從而有較高的輪齒強(qiáng)度、較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。再者，當(dāng)傳動(dòng)比和主動(dòng)齒輪尺寸一定時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪小，因而可以增大主減速器殼處的離地間隙。 圓柱齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)僅限于用在驅(qū)動(dòng)電機(jī)橫置的驅(qū)動(dòng)橋中，這時(shí)不需要改變傳動(dòng)方向。 蝸桿蝸輪傳動(dòng)的特點(diǎn)為：可以在輪廓尺寸較小、結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下得到的傳動(dòng)比（傳動(dòng)比可以大于7），工作平穩(wěn)、無聲，適宜把多驅(qū)動(dòng)橋汽車的驅(qū)動(dòng)橋布置成貫通式。但是，其傳動(dòng)效率較低，成本較高，蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅，采用的材料價(jià)格高。由于以上特點(diǎn)，蝸桿蝸輪傳動(dòng)盡在生產(chǎn)批量不大的少數(shù)場(chǎng)合得到應(yīng)用。 §3.1.2弧齒錐齒輪與雙曲面齒輪的比較 弧齒錐齒輪工作噪聲大，對(duì)嚙合精度和裝配精度比較敏感。為保證齒輪副的正確嚙合，必須預(yù)緊軸承，并提高軸承的支承剛體和殼體的剛度，若精度得不能滿足，便會(huì)使齒輪磨損增大和噪聲增大。齒輪的工作條件急劇變壞?；↓X錐齒輪制造簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低。雙曲面齒輪工作平穩(wěn)且噪聲較小，但是若偏移距E過大，則沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)可以造成摩擦損失增加，降低傳動(dòng)效率。雙曲面齒輪的齒面間壓力和摩擦功都很大，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面間咬死，所以必須采用特殊的雙曲面齒輪油，以改善油膜的強(qiáng)度，避免齒面燒結(jié)或咬死。雙曲面齒輪主減速器的主動(dòng)軸可以布置在從動(dòng)齒輪中心平面的下方，降低萬向節(jié)傳動(dòng)的高度，從而降低車身的高度；當(dāng)采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋時(shí)，主動(dòng)軸布置在從動(dòng)齒輪中心平面的下方，可以增大傳動(dòng)軸的離地高度，提高汽車的通過性。雙曲面齒輪制造復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪的優(yōu)缺點(diǎn)比較見下表 通過弧齒錐齒輪與雙曲面齒輪的比較，雙曲面齒輪工作平穩(wěn)且噪聲較小，且能降低離地間隙，所以本次設(shè)計(jì)選用雙曲面齒輪傳動(dòng)作為主減速器。 表3-1 雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪的優(yōu)缺點(diǎn)比較 特點(diǎn) 雙曲面齒輪 弧齒錐齒輪 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性 優(yōu) 良 抗彎強(qiáng)度 提高30% 較底 接觸強(qiáng)度 高 較底 抗膠合能力 較弱 強(qiáng) 滑動(dòng)速度 大 小 效率 約96% 約99% 對(duì)安裝誤差的敏感性 取決于支撐剛度和刀盤直徑 同左 軸承負(fù)荷 小齒輪的軸向力大 小齒輪的軸向力小 潤(rùn)滑油 有多種添加劑的特種潤(rùn)滑油 普通潤(rùn)滑油 §3.1.3雙級(jí)主減速器 與單級(jí)主減速器相比，采用雙級(jí)主減速器可以在保證離地間隙相同的情況下得到更大的傳動(dòng)比（），但是其尺寸較大，質(zhì)量較大，成本較高，傳動(dòng)效率低，主要用于中、重型貨車，越野車上。雙級(jí)主減速器又分為整體式和分開式，分開式可以在保證具有較大傳動(dòng)比的條件下，驅(qū)動(dòng)橋中央部分尺寸小，離地間隙較大，多用于越野車、重型礦用自卸車和重型貨車，但是由于必須在每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪旁邊均設(shè)一輪邊減速器，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置輪轂、軸承、車輪和制動(dòng)器較困難，所以，分開式雙級(jí)主減速器不適合用于大型純電動(dòng)客車的主減速器的設(shè)計(jì)。 §3.1.4雙速主減速器 雙速主減速器有兩個(gè)擋位，即有兩個(gè)主傳動(dòng)比，它與普通變速器相配可成倍增加擋位，且不需要采用副變速器。其低檔適于在困難的路面上應(yīng)用，以克服較大的行駛阻力；其高擋適用于良好的路面和非滿載狀況下應(yīng)用，以獲得較好的燃料經(jīng)濟(jì)性和提高平均車速。因此，雙速主減速器最適合用于由標(biāo)準(zhǔn)貨車變形而得到的山區(qū)用車、牽引車和特種汽車上。 綜上所述，參考文獻(xiàn)[2]和[4]從經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性和可靠性方面出發(fā)，又根據(jù)設(shè)計(jì)的電動(dòng)客車傳動(dòng)比遠(yuǎn)小于7，經(jīng)方案驗(yàn)證本次電動(dòng)客車的主減速器的設(shè)計(jì)選用單級(jí)級(jí)主減速器。 §3.2主減速器錐齒輪的許用偏移量 在設(shè)計(jì)具有錐齒輪傳動(dòng)的主減速器中，一個(gè)很重要的考慮就是要保證主動(dòng)和從動(dòng)錐齒輪能良好地嚙合，工作可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。齒輪的正確嚙合，與齒輪的加工質(zhì)量，齒輪的裝配調(diào)整，軸承、主減速器殼體的剛度，以及齒輪的支撐剛度密切相關(guān)。下圖給出了主減速器錐齒輪的許用偏移量。 圖3-3 主減速器錐齒輪的許用偏移量 為了使錐齒輪能夠正常工作，各偏移量應(yīng)該控制在上述許用偏移量范圍內(nèi)。 §3.3主減速器錐齒輪的支承方案 要使帶有錐齒輪的主減速器的主、從動(dòng)錐齒輪嚙合狀況良好，并且可靠而安靜平滑地工作，除了與齒輪加工質(zhì)量、齒輪的裝配間隙調(diào)整、軸承型式選擇以及主減速器整體的剛度有關(guān)外，還與齒輪的支承剛度有著密切的關(guān)系。支承剛度不夠，則可能造成齒輪受載荷變形或者位置偏移，破壞嚙合精度。 主動(dòng)錐齒輪支承有兩種型式：懸臂式支承和跨置式支承。 圖3-4 動(dòng)錐齒輪的支撐形式 a）懸臂式支撐 b)跨置式支承 懸臂式支承如圖a所示，其特點(diǎn)是主動(dòng)錐齒輪軸上兩個(gè)軸承的圓錐滾子大端向外，這樣可以減小懸臂的長(zhǎng)度a，增加支承間的距離b，以提高主動(dòng)軸的支承剛度。在設(shè)計(jì)時(shí)，兩軸承支承間距離b應(yīng)大于2.5倍的懸臂長(zhǎng)度a，靠近齒輪的軸頸直徑應(yīng)不小于懸臂長(zhǎng)度a。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛度較差，用于傳遞較小轉(zhuǎn)矩的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器以及許多雙級(jí)主減速器中。 跨置式支承如圖b所示，其持點(diǎn)是錐齒輪的兩端均用軸承支承，這樣可以增加支承剛度，減少軸承負(fù)荷，提高齒輪的承載能力。但是因?yàn)橹鲃?dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪之間的空間很小，使主動(dòng)齒輪小頭的軸承尺寸受到限制，并且也給主減速器殼體的鑄造和加工增加了困難。在主減速器需要傳遞較大的轉(zhuǎn)矩的情況下，常采用跨置式支承型式。 本次設(shè)計(jì)選用懸臂式支承形式。因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，在滿足支撐載荷需要的同時(shí)，還減少了使用空間。軸承計(jì)算： 圖3-5懸臂式支承 求主動(dòng)齒輪中點(diǎn)分度圓直徑d： 通過分析計(jì)算可得公式： （3-8） 經(jīng)計(jì)算得 而主動(dòng)齒輪齒根圓直徑： （3-9） 所以由以上可求得主動(dòng)齒輪的齒輪軸徑 故暫定， 初選軸承30212，查閱文獻(xiàn)[11]，經(jīng)方案驗(yàn)證得到軸承所需參數(shù)： ，，， ， 所以可以求得x值： （3-10） 為求軸承載荷須求得： §3.4主減速器計(jì)算載荷的確定 §3.4.1 主減速器錐齒輪的計(jì)算載荷的三種確定方法 1、按驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce： （3-11） 式中 Tce—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N.m； Temax—驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大使用轉(zhuǎn)矩，N.m，本車為850N.m； N—驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，本車為1； i1—變速器一檔傳動(dòng)比，本車為6.32； if—分動(dòng)器傳動(dòng)比，本車沒有分動(dòng)器； i0—主減速器傳動(dòng)比，本車為4.11； —從驅(qū)動(dòng)電機(jī)到主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)效率，為0.95； k—液力變矩器系數(shù)，本車沒有液力變矩器； kd—由于猛踩離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載荷系數(shù)，對(duì)液力自動(dòng)變速器kd=1，對(duì) 于手操縱高性能賽車，kd=3；對(duì)于一般貨車、礦用汽車和越野車，kd=1，本車為1； 2、按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)距確定從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcs： （3-12） Tcs—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m； G2—滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜負(fù)荷，N, 本車為85000N; m2—汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù), 本車為1.1； —輪胎與路面間的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的汽車，在良好 路面上， 可取0.85；對(duì)于安裝了防側(cè)滑輪胎的轎車，可取1.25；對(duì)于越野車，變化較大，一般取1或其它值。本車為0.85; —車輪滾動(dòng)半徑，m；本車為0.483. —廠主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，95%； 3、按日常行駛平均(當(dāng)量)轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf： 性能系數(shù) （3-13） 式中，Ga—汽車滿載總重N； 當(dāng)(0.195Ga／Temax)>16時(shí)，取fj＝0。計(jì)算得fj＝0。 （3-14） 式中， Ft—汽車日常行駛平均(當(dāng)量)牽引力，N； Tcf—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N．m； 按上述第一種、第二種方法確定的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce、Tcs，不是汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩，僅為錐齒輪的最大轉(zhuǎn)矩，因而不能用來進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算，而只用作計(jì)算錐齒輪的最大應(yīng)力。然而這兩種載荷確定方法仍很重要，按這兩種方法計(jì)算的最大應(yīng)力可以與同類汽車進(jìn)行比較，也可作為選擇錐齒輪主要參數(shù)的依據(jù)。對(duì)于一個(gè)具體車輛的主減速器錐齒輪，可以取這兩種方法計(jì)算結(jié)果的較小值作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩。按第二種方法(日常行駛平均轉(zhuǎn)矩)確定的計(jì)算載荷，可以用來進(jìn)行錐齒輪的壽命計(jì)算。 §3.4.2 主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tz 當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc取前兩種計(jì)算轉(zhuǎn)矩的最小值，即Tc=min[Tcs,Tcf]；當(dāng)計(jì)算齒輪疲勞壽命時(shí)，Tc取Tcf.。 主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （3-15） §3.5主減速器錐齒輪的參數(shù)選擇 §3.5.1主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)的選擇 在進(jìn)行主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)Z1、Z2的選擇時(shí)，應(yīng)考慮互相嚙合齒輪的齒數(shù)間沒有公約數(shù)，以保證在使用過程中主、從動(dòng)齒輪的各齒之間都能互相嚙合，起到自動(dòng)磨合的作用。為了得到理想的重合系數(shù)和高的輪齒抗彎強(qiáng)度，大、小齒輪的齒數(shù)和應(yīng)不少于40。在主減速器中，為了使齒輪嚙合平穩(wěn)、噪聲小并且不會(huì)產(chǎn)生加工缺陷，對(duì)于轎車而言，小齒輪齒數(shù)Z1一般不小于9；對(duì)于貨車而言，Z1一般不小于6。而且隨著主傳動(dòng)比的減小，Z1應(yīng)該逐漸加大。對(duì)應(yīng)于轎車，貨車的齒數(shù)和可以取得小一些，以得到較大的抗彎強(qiáng)度，但一般不應(yīng)小于40。本次設(shè)計(jì)取Z1=9，Z2=37，符合上述要求。 §3.5.2從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)的選擇 對(duì)單級(jí)主減速器而言，從動(dòng)錐齒輪的尺寸大小會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，并影響跨置式主動(dòng)齒輪前支承架的位置和差速器的安裝。弧齒錐齒輪傳動(dòng)和準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)的從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2，可以根據(jù)從動(dòng)齒輪上的最大轉(zhuǎn)矩由以下經(jīng)驗(yàn)公式初選： （3-17） 式中 D2—從動(dòng)錐齒輪節(jié)圓直徑，mm； Kd2—直徑系數(shù)，取13—18； TG—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N.m； 本次設(shè)計(jì)通過估算可以確定，以后的計(jì)算將檢驗(yàn)其是否合理。 D2初選后，可按m＝D2／Z2算出錐齒輪大端的端面模數(shù)，端面模數(shù)還應(yīng)滿足： （3-18） 式中 Km—模數(shù)系數(shù)，取0.3---0.4。 本次設(shè)計(jì)模數(shù)定為。 §3.6雙曲面齒輪偏移距的選擇 在雙曲面齒輪傳動(dòng)中，小齒輪偏移距E是雙曲面齒輪傳動(dòng)的重要參數(shù)。E值過大將使齒面縱向滑動(dòng)過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷。E值過小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪的特點(diǎn)。在汽車主減速器中，對(duì)于轎車和輕型貨車等輕負(fù)荷傳動(dòng)，可取較大的E值，E0.2D2；對(duì)于貨車和大客車等負(fù)荷較大的傳動(dòng)，應(yīng)取較小的值，E（0.1—0.2）D2。 本次設(shè)計(jì)將雙曲面齒輪偏移距定為。 §3.7錐齒輪上的受力 在工作過程中，弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面上作用有一法向力，這個(gè)法向力可分解成三個(gè)分力：一個(gè)是沿齒輪切線方向的圓周力，另一個(gè)是沿齒輪軸線方向的軸向力，再一個(gè)是與齒輪軸線方向垂直的徑向力：齒輪的其它力可以用作用在齒面寬中點(diǎn)處的圓周力來描述。 §3.7.1齒面寬中點(diǎn)處的圓周力 首先需要求出從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)處的分度圓直徑： （3-19） 式中 —從動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)分度圓直徑； —齒面寬； —從動(dòng)齒輪節(jié)錐角。 本次設(shè)計(jì)可通過計(jì)算得到以上各值，求得為。 于是齒面寬中點(diǎn)處的圓周力P可以表示為： （3-20） 對(duì)于圓錐齒輪傳動(dòng)來說，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的；對(duì)于雙曲面齒輪傳動(dòng)來說，由于主、從動(dòng)齒輪的螺旋角不等，因此它們的圓周力也不相等，作用在雙曲面主動(dòng)齒輪齒面寬中點(diǎn)處的圓周力為： （3-21） §3.7.2錐齒輪上的軸向力和徑向力 圖3-6 主動(dòng)小齒輪齒面上的作用力 弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪的主動(dòng)小齒輪齒面受力情況如圖所示。圖中主動(dòng)小齒輪的螺旋方向?yàn)樽笮?，F(xiàn)是作用在節(jié)錐面上齒面寬中點(diǎn)A處的法向力，可分解為兩個(gè)互相垂直的力F和F。F垂直于節(jié)錐平面，F(xiàn)位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐的切平面內(nèi)，F(xiàn)在此切平面內(nèi)又可分解為沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)錐母線方向的力廠Fs兩個(gè)分力。力F與力F之間的夾角為螺旋，F(xiàn)與F之的夾角為法向壓力角。由幾何關(guān)系可以得出： （3-22） 因而： （3-23） （3-24） 力F可以沿小齒輪的徑向和軸向分解為兄F和F兩個(gè)分力，而力Fs也可以沿徑向和軸向分解為F和F兩個(gè)分力。于是作用在小齒輪齒面上的軸向力F和徑向力F為： （2-25） （3-26） 依據(jù)主動(dòng)小齒輪的螺旋方向以及旋轉(zhuǎn)方向的不同。主、從動(dòng)齒輪齒面上所受到的軸向力和徑向力的計(jì)算公式見下表。當(dāng)利用表中公式計(jì)算準(zhǔn)雙曲面齒輪的軸向力和徑向力時(shí)，公式中的表示輪齒驅(qū)動(dòng)一側(cè)齒廓的法向壓力角；公式中的節(jié)錐角，算小齒輪時(shí)用面錐角代替，算大齒輪時(shí)用根錐角代替。按公式算出的軸向力若為正值，說明軸向力與圖所示的軸向力方向相同，即離開錐頂；若為負(fù)值，軸向力方向則指向錐頂。對(duì)徑向力而言，正值表明徑向力使該齒輪離開相配齒輪，負(fù)值表明徑向力使該齒輪趨向相配齒輪。 圖3-7 單級(jí)主減速器軸承的布置 §3.8 主減速器軸承的載荷 利用計(jì)算得到的錐齒輪齒面上的圓周力、軸向力和徑向力，根據(jù)主減速器齒輪軸承的布置尺寸，就可以確定軸承上的載荷。如上圖所示，根據(jù)其布置尺寸，各軸承的載荷計(jì)算公式見表。在求得軸承的載荷并大致確定了主減速器的使用工況以后，就可以按照一般機(jī)械工程設(shè)計(jì)中軸承的計(jì)算方法選用適當(dāng)?shù)妮S承。 §3.8.1受力計(jì)算 表3-2齒面軸向力和徑向力的計(jì)算公式 主動(dòng)小齒輪 軸向力 徑向力 螺旋方向 旋轉(zhuǎn)方向 右 左 順時(shí)針 逆時(shí)針 主動(dòng)齒輪 從動(dòng)齒輪 主動(dòng)齒輪 從動(dòng)齒輪 右 左 順時(shí)針 逆時(shí)針 主動(dòng)齒輪 從動(dòng)齒輪 主動(dòng)齒輪 從動(dòng)齒輪 （3-27） （3-28） （3-29） （3-30） §3.8.2軸承載荷校核 本次設(shè)計(jì)中外加轉(zhuǎn)矩的旋向和方向?yàn)樽笮槙r(shí)針： 軸承A、B的徑向載荷： （3-31） 軸承A、B的軸向載荷： （3-32） 因?yàn)?，? 所以校核軸承時(shí)，只需校核軸承Ｂ即可。 下面對(duì)軸承B進(jìn)行校核： 按照下式可求出軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷Q 式中　　X—徑向系數(shù) 　　　　　　　Y—軸向系數(shù) 對(duì)單列圓錐滾子來說： 當(dāng)時(shí)，X＝１，Y=0； 當(dāng)時(shí)，X=0.4，Y值及判斷參數(shù)e見軸承手冊(cè)。 本次設(shè)計(jì)中，選用軸承30212。查表的e=0.37 因?yàn)?，大于e值，所以通過手冊(cè)得，Y=0.4。得， （3-33） 計(jì)算軸承的額定壽命L， （3-34） 式中 C—額定動(dòng)載荷，N.m；其值見軸承手冊(cè)； —溫度系數(shù)，可查表得到； —壽命系數(shù)，對(duì)于圓錐滾子。 軸承所能承受的汽車行駛里程為： （3-35） 式中 S——汽車大修里程 從上述計(jì)算中可以看出軸承的使用壽命符合使用要求。 §3.9主減速器錐齒輪的材料 驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求： 一、具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性； 二、齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷； 三、鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制； 四、選擇合金材料是，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 汽車主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。 為改善新齒輪的磨合，防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。 第四章 差速器設(shè)計(jì) §4.1差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 汽車左右車輪行駛的路程往往存在差別，為了適應(yīng)這一特點(diǎn)，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪之間都裝有差速器。在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車上還常裝有軸間差速器，以提高通過性，同時(shí)可以避免在驅(qū)動(dòng)橋間產(chǎn)生功率循環(huán)以及由此引起的附加裁荷，以減少傳動(dòng)系零件的損傷、輪胎的磨損和燃料消耗。 圖4-1 差速器結(jié)構(gòu) 1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈； 6-行星齒輪； 7-從動(dòng)齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓 差速器按結(jié)構(gòu)型式可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌式多種型式。在一般用途的汽車上，輪間差速器常采用對(duì)稱錐齒輪式差速器如圖所示，其兩個(gè)半軸齒輪大小相同，可將轉(zhuǎn)矩大致平均分配結(jié)左、右驅(qū)動(dòng)輪。 圖4-2 普通錐齒輪差速器原理 §4.2對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 齒輪式差速器有錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。錐齒輪式差速器因其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量較小、制造容易、工作平穩(wěn)可靠而被廣泛采用。錐齒輪式又可分為普通錐齒輪差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器等多種型式。 如上圖所示，設(shè)差速器殼體的角速度為，兩個(gè)半軸的角速 分別為和，則有： （4-1） 當(dāng)某一側(cè)的半軸不轉(zhuǎn)，例如時(shí)，另一側(cè)的半軸角速度為；當(dāng)差速器殼不轉(zhuǎn)，即時(shí)，為，即左右半軸反方向等速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)T為差速器殼受到的轉(zhuǎn)矩，、分別為轉(zhuǎn)速快的和轉(zhuǎn)速慢的半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩，為差速器內(nèi)摩擦力矩，則根據(jù)力矩平衡有： （4-2） （4-3） 常以差速器鎖緊系數(shù)K來表征差速器的性能，設(shè) K=/ （4-4） 則由以上的幾個(gè)方程可以得出： （4-5）