車輛工程畢業設計-驅動橋及輪邊減速器設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 14 齒根高 fh =? ?mcha **? fh =8㎜ 15 徑向間隙 c= mc* c= 16 齒根角 0arctan Ahff ?? f?=176。 17 面錐角 211 ??? ??a ； 122 ??? ??a 1a?=176。 2a? =176。 18 根錐角 1f?= 11 ??? 2f? = 22 ?? ? 1f? =176。 2f? =176。 19 外圓直徑 1111 co s2 ?aa hdd ?? 1ad = 12 序號 項 目 計 算 公 式 計 算 結 果 2ad = 221 cos2 ?ahd ? 2ad =299mm 20 節錐頂點止齒輪外緣距離 11201 sin2 ?? ahd ?? 2102 d?? 22sin?ah? 01? = 02? = 21 理論弧齒厚 21 sts ?? mSs k?2 1s = 2s = 主減速器錐齒輪的強度計算 在完成主減速器齒輪的幾何計算之后，應對其強度進行計算，以保證其有足夠的強度和壽命以及安全可靠性地工作。在進行 強度計算之前應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、齒面點蝕及剝落、齒面膠合、齒面磨損等。它們的主要特點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度不足而引起的過載折斷。折斷多數從齒根開始，因為齒根處齒輪的彎曲應力最大。 ① 疲勞折斷：在長時間較大的交變載荷作用下，齒輪根部經受交變的 彎曲應力。如果最高應力點的應力超過材料的耐久極限，則首先在齒根處產生初始的裂紋。隨著載荷循環次數的增加，裂紋不斷 擴大，最后導致輪齒部分地或整個地斷掉。在開始出現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，形成了一個光亮的端面區域，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：由于設計不當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度所允許的范圍，而引起輪 13 齒的一次性突然折斷。此外，由于裝配的齒側間隙調節不當、安裝剛度不足、安裝位置不對等原因，使輪齒表面接觸區位置偏向一端，輪齒受到局部集中載荷時，往 往會使一端（經常是大端）沿斜向產生齒端折斷。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，應使其具有足夠的彎曲強度，并選擇適當的模數、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量等。齒根圓角盡可能加大，根部及齒面要光潔。 （ 2）齒面的點蝕及剝落 齒面的疲勞點蝕及剝落是齒輪的主要破壞形式之一，約占損壞報廢齒輪的70%以上。它主要由于表面接觸強度不足而引起的。 ① 點蝕：是輪齒表面多次高壓接觸而引起的表面疲勞的結果。由于接觸區產生很大的表面接觸應力，常常在節 點附近，特別在小齒輪節圓以下的齒根區域內開始，形成極小的齒面裂紋進而發展成淺凹坑，形成這種凹坑或麻點的現象就稱為點蝕。一般首先產生在幾個齒上。在齒輪繼續工作時，則擴大凹坑的尺寸及數目，甚至會逐漸使齒面成塊剝落，引起噪音和較大的動載荷。在最后階段輪齒迅速損壞或折斷。減小齒面壓力和提高潤滑效果是提高抗點蝕的有效方法，為此可增大節圓直徑及增大螺旋角，使齒面的曲率半徑增大，減小其接觸應力。在允許的范圍內適當加大齒面寬也是一種辦法。 ② 齒面剝落：發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度不夠。例如滲碳齒輪表面層太薄、心部硬度不夠等都會引起齒面剝落。當滲碳齒輪熱處理不當使滲碳層中含碳濃度的梯度太陡時，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，或潤滑冷卻不良、油膜破壞形成金屬齒表面的直接摩擦時，因高溫、高壓而將金屬粘結在一起后又撕下來所造成的表面損壞現象和擦傷現象稱為膠合。它多出現在齒 14 頂附近，在與節錐齒線的垂直方向產生撕裂或擦傷痕跡。輪齒 的膠合強度是按齒面接觸點的臨界溫度而定，減小膠合現象的方法是改善潤滑條件等。 （ 4）吃面磨損 這是輪齒齒面間相互滑動、研磨或劃痕所造成的損壞現象。規定范圍內的正常磨損是允許的。研磨磨損是由于齒輪傳動中的剝落顆粒、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，應予避免。汽車主減速器及差速器齒輪在新車跑合期及長期使用中按規定里程更換規定的潤滑油并進行清洗是防止不正常磨損的有效方法。 汽車驅動橋的齒輪，承受的是交變負荷，其主要損壞形式是疲勞。其表現是齒根疲勞折斷和由表面點蝕引起的剝落。 在要求使用壽命為 20 萬千米或以上時，其循環次數均以超過材料的耐久疲勞次數。因此，驅動橋齒輪的許用彎曲應力不超過 ／ mm2 。 實踐表明，主減速器齒輪的疲勞壽命主要與最大持續載荷（即平均計算轉矩）有關，而與汽車預期壽命期間出現的峰值載荷關系不大。汽車驅動橋的最大輸出轉矩 Tec 和最大附著轉矩 Tcs 并不是使用中的持續載荷，強度計算時只能用它來驗算最大應力，不能作為疲勞損壞的依據。 2. 單位齒長上的圓周力 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圓周力來估算，即： 2bPp? (25) 式中： P—— 作用在齒輪上的圓周力，按發動機最大轉矩 Temax 和最大附著力矩 rrG?2 兩種載荷工況進行計算， N； 2b —— 從動齒輪的齒面寬。 按發動機最大轉矩計算時： 15 213m a x210bdiTp ge ?? （ 26） 式中： maxeT —— 發動機輸出的最大轉矩，在此取 1500 mN? gi —— 變速器的傳動比 1d —— 主動齒輪節圓直徑 54 mm 2b —— 從動齒輪齒面寬 46mm 按上式等于 ／ mm 按最大附著力矩計算時： 2232210bdrGp r ?? ? （ 27） . 式中： 2G —— 汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷，對于后驅動橋還應考慮汽車最大加速時的負荷增加量，在此取 127400N； ?—— 輪胎與地面的附著系數，在此取 ； r —— 輪胎的滾動半徑 。 按上式等于 ／ mm。 在現代汽車的設計中，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提高許用數據的 20%～ 25%。經驗算以上兩數據都在許用范圍內。 3. 輪齒的彎曲強度計算 汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應力為 JmzbK KKKTv ms???? ?????? 203102? （ 28） 式中： T —— 該齒輪的計算轉矩 為 m； 0K —— 超載系數；在此取 ； 16 sK —— 尺寸系數，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關，當ｍ ? 時，在此等于 ； mK —— 載荷分配系數，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時， mK ＝～ 式式支承時取 ～ 。支承剛度大時取最小值； vK —— 質量系數，對于汽車驅動橋齒輪，當齒輪接觸良好，周節及徑向跳動精度高時，可取 ； z—— 計算齒輪的齒數； m —— 端面模數； J—— 計算彎曲應力的綜合系數（或幾何系數），它綜合考慮了齒形系數。 載荷作用點的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應力集中系數及慣性系數等對彎曲應力計算的影響。計算彎曲應力 時本應采用輪齒中點圓周力與中點端面模數，今用大端模數，而在綜合系數中進行修正。按圖五選取小齒輪的 J ＝ ，大齒輪 J ＝ 。 按上式 231 ????? ???????＝ 173 N/ 2mm N/ 2mm 232 ???? ??????? = N/ 2mm N/ 2mm 所以主減速器齒輪滿足彎曲強度要求。 4. 輪齒的表面接觸強度計算 錐齒輪的齒面接觸應力為 bJK KKKTKdC vfmspj 301102 ??? (29) 式中： T —— 主動齒輪的計算轉矩； 17 pC —— 材料的彈性系數，對于鋼制齒輪副取 21N /mm； b —— 齒輪的齒面寬 54； 0K ， vK ， mK —— 見前式的說明； sK —— 尺寸系數，它考慮了齒輪的尺寸對其淬透性的影響，在缺乏經驗的情況下，可取 ； fK —— 表面質量系數，決定于齒面最后加工的性質（如銑齒，磨齒等），即表面粗糙度及表面覆蓋層的 性質（如鍍銅，磷化處理等）。一般情況下，對于制造精確的齒輪可取 ； J—— 計算接觸應力的綜合系數（或稱幾何系數）。它綜合考慮了嚙合齒面的相對曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數、有效尺寬及慣性系數的因素的影響。 取 按上式 =1679 〈 1750 N/ 2mm 主、從動齒輪的齒面接觸應力相等。所以均滿足要求。 5. 貫通橋一級圓柱斜齒輪參數的運算 （ 1） 選擇齒輪數 :Z1=Z2=23 大、小齒輪均 選 45 鋼，采用軟齒面。小齒輪調質處理，齒面硬度為 217～255HBS 平均硬度為 :236HBS 大齒輪正火處理，齒面硬度為 162～ 217HBS 平均硬度為 190HBS，大、小齒輪齒面平均硬度差為 46HBS，在 30～ 50HBS 范圍內，選用 8 級精度。 （ 2）齒輪傳遞的轉矩 )./(3 mmNT = 齒輪軸承 ??11iT （ 210） == 式中 :： 1T －傳遞的轉矩 ,N． mm； 1i －傳動比 18 軸承?－軸承效率，取軸承?= 齒輪?－齒輪傳動效率取齒輪?=93％ (3)初選載荷系數 tk = (4)取齒寬系數 d? = (5)彈性系數 Ez = amP (6)齒數比 u=1 (7)由公式 a? = ?c os)11(21 ?????? ?? zz (211) 得端面重合度 = ??????? ?? 12c os)231231( = (8)由公式 ?? = ?? tan1zd =38 ?12tan = (9)重合度系數 ?z = (10)螺旋角系數 ?z = (11)許用接觸應力由式 : ? ?HHNH sz lim?? ? 算得接觸疲勞極限應力 : aH mp5701lim ?? aH mp4132lim ?? (12)小、大齒輪的應力循環次數分別為： 1N = 250811 3 0 06060 1 ?????a L hn =. 108 7812 ????? iNN (13)壽命系數 1Nz = ?Nz (允許有局部點蝕 ) (14)安全系數 Hs = 19 ? ?HHNaH szmp 1lim11 / ?? ? = ?? ? ? ??? HHNaH szmp ?? ? ? ? ? aHH ?? ?? （ 15)初選齒輪分度圓直徑 ? ? 2)(12/HHEdtt zzzzuuTkmmd ?? ?? ??????? (212) = 3 2) (1 359 ????????= （ 16）計算載荷系數 0k 使用系數 ?Ak 齒輪線速度如下式 : 100 060)/( 31 ??? ? dnsmv ? (213) = 10 0060 13 714 ? ?? =10 動載荷系數 齒向載荷分布系數 ??k 1 齒間載荷分配系數 故 : ?????? aVA KKKkk ? （ 17）確定模數 m=d/z==4 （ 18）計算傳動尺寸中心距