汽车差速器与主减速器设计(最终版)Word格式.doc

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1.1课题来源 1

1.2课题研究现状 1

1.2.1国内外汽车行业CAD研究与应用情况 1

1.3主减速器的研究现状 1

1.4差速器的研究现状 2

1.5课题研究的主要内容 3

2QY7180概念轿车主减速器与差速器总体设计 4

2.1QY7180概念轿车主要参数与主减速器、差速器结构选型 4

2.1.1QY7180概念轿车的主要参数 4

2.1.2QY7180概念轿车主减速器与差速器结构选型 4

2.2主减速器与差速器的结构与工作原理 5

2.3QY7180概念轿车主减速器主减速比i0的确定 6

3主减速器和差速器主要参数选择与计算 7

3.1主减速器齿轮计算载荷的确定 7

3.1.1按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动齿轮的计算转矩Tce 7

3.1.2按驱动车轮打滑转矩确定从动齿轮的计算转矩Tcs 7

3.1.3按日常平均使用转矩来确定从动齿轮的计算转矩 8

3.2主减速器齿轮传动设计 8

3.2.1按齿面接触强度设计 8

3.2.2按齿根弯曲强度设计 10

3.2.3按变速器一挡齿轮设计 12

3.3差速器行星齿轮与半轴齿轮主要参数选择和计算 15

4主减速器与差速器的三维实体建模 18

4.1主减速器三维建模分析与设计思路 18

4.2斜齿轮的建模过程 18

4.3锥齿轮的建模过程 26

4.4差速器壳体、主减速器壳体的创建 36

4.4.1差速器壳体的创建 36

4.4.2主减速器壳体的创建 37

5主减速器与差速器的装配与运动仿真 39

5.1主减速器装配思路 39

5.2主减速器装配过程 39

5.3主减速器运动仿真 41

5.3.1运动仿真思路 41

5.3.2建立运动仿真过程 42

5.3.3运动仿真分析 42

总结与展望 45

致谢 46

参考文献 47

1绪论

1.1课题来源

课题《QY7180概念轿车主减速器、差速器设计》本课题是数字化样车设计的一部分，主要使用Pro/E软件完成QY7180概念轿车变速器主减速器、差速器的三维模型建立、校核分析和工程图设计。

1.2课题研究现状

1.2.1国内外汽车行业CAD研究与应用情况

美国的汽车公司在上世纪80年代初就开始CAD系统的规划与实施，到了80年代中期有大半以上的产品设计工作采用CAD来进行设计制造，并取消了中间过程，使计算机与制造终端直接相连，最终实现了系统网络化，至90年代初其产品开发全面采用CAD。

德国、日本等发达国家的一些大型汽车企业，在上世纪90年代就已基本上全面采用CAD。

我国从20世纪70年代开始研究和推广CAD，到目前为止，国内大型制造型企业如汽车企业已普遍实施了CAD系统，一些大型汽车企业的CAD应用水平也接近国际先进水平。

1.3主减速器的研究现状

减速器是机械装备制造业应用较为广泛的传动与调速设备，在现代科研、国防、交通、冶金、化工以及基础设施建设等众多领域应用十分广泛。

汽车主减速器是驱动桥最重要的组成部分，其功用是将万向传动装置传来的发动机转矩传递给驱动车轮，是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。

目前车用减速器发展趋势和特点是向着六高、二低、二化方向发展，即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高传动效率，低噪声、低成本，标准化、多样化。

自改革开放以来，中国的汽车工业得到了长足发展与进步，车用主减速器也随着整车的发展不断成长和成熟起来。

随着轿车的技术不断发展，发动机前置前轮驱动已成为普及型轿车的首选，发动机前置前轮驱动的轿车，结构紧凑、造价成本较低，但是造成发动机舱零件总成增加、车辆重心前移，对车辆的加速性能与制动性能都有较大影响，对发动机前置前轮驱动的轿车而言，减小发动机与动力总成的质量与尺寸成为一个主要的优化设计方向。

设计开发上，CAD、CAE、CAM等计算机应用技术，以及UG、CATIA、PRO/E等设计软件先后应用于主减速器的结构设计和齿轮加工中，有限元分析、数模建立、虚拟试验分析等也被采用;

齿轮设计也初步实现了计算机编程的电算化，使得主减速器的优化设计变得简单与方便。

从发动机的大马力、低转速的发展趋势以及车辆的最高车速的提升来看，车桥减速器应该向小速比方向发展:

在最大输出扭矩相同时齿轮的使用寿命要求更高（齿轮疲劳寿命平均可达50万次以上）;

在额定轴荷相同时，车桥的超载能力更强;

主减速器齿轮使用寿命更长、噪音更低、强度更大，润滑密封性能更好;

整体刚性好，速比范围宽。

1.4差速器的研究现状

近年来中国汽车差速器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励汽车差速器产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。

投资者对汽车差速器行业的关注越来越密切，这使得汽车差速器行业的发展需求增大。

从目前来看，我国差速器行业已经顺利完成了由小到大的转变，正处于由大到强的发展阶段。

由小到大是一个量变的过程，科学发展观对它的影响或许仅限于速度和时间，但由大到强却是一个质变的过程，能否顺利完成这一蜕变，科学发展观起着至关重要的作用。

然而，在这个转型和调整的关键时刻，提高汽车车辆、石油化工、电力通讯差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。

1.5课题研究的主要内容

课题主要内容

（1）QY7180概念轿车的基本情况

（2）QY7180概念轿车主减速器、差速器设计结构特点及设计方法

（3）QY7180概念轿车主减速器、差速器设计三维建模及二维工程图

（4）QY7180概念轿车主减速器、差速器设计运动分析

（5）了解Pro/E的参数化设计方法

本次课题主要通过对QY7180概念轿车主要动力参数得分析计算，得出其主减速器与差速器的主要参数，并通过Pro/E软件实现主减速器与差速器的三维实体建模，并对其进行运动仿真。

2QY7180概念轿车主减速器与差速器总体设计

2.1QY7180概念轿车主要参数与主减速器、差速器结构选型

2.1.1QY7180概念轿车的主要参数

QY7180概念轿车的主要参数见表2.1。

表2.1QY7180轿车主要参数

主要参数

数值

总质量

1490

最高车速（km/h）

161

最大功率（kw／rpm）

70/5200

最大扭距（N·

m／rpm）

145/3000

前轴轴荷（满载/空载）

800/645

后轴轴荷（满载/空载）

770/425

变速器一挡传动比

3.455

变速器二挡传动比

1.944

变速器三挡传动比

1.286

变速器四挡传动比

0.969

变速器五挡传动比

0.800

2.1.2QY7180概念轿车主减速器与差速器结构选型

QY7180轿车是一款发动机前置前轮驱动的轿车，整车重量较小，发动机输出功率不大，因此该车的整套动力系统均是横向布置、采用质量较小、结构较为简单的部件。

因为经大概估算的主减速比不大，主减速器采用结构简单、体积及质量小且制造成本较低的单级主减速器，且主减速器为横向布置，不需要该变动力的传动方向，因此主减速器齿轮采用传动较为平稳、噪音较低、承载能力较强的圆柱斜齿轮，如图2.1。

对于行驶在公路上的汽车来说，由于路面较好，各驱动轮与路面的附着系数几乎没有差别，且附着较好，因此采用结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器，如图2.2。

2.2主减速器与差速器的工作原理

主减速器是由主减速器主动齿轮、主减速器从动齿轮、轴承与外壳组成；

差速器是由行星齿轮、半轴齿轮与差速器壳体组成。

与差速器结构如图2.1与图2.2所示。

图2.1主减速器结构图

图2.2差速器结构

主减速器是在传动系中起降低转速，增大转矩作用的主要部件，当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。

它是依靠齿数少的齿轮带齿数多的齿轮来实现减速的，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转方向。

将主减速器布置在动力向驱动轮分流之前的位置，有利于减小其前面的传动部件（如离合器、变速器、传动轴等）所传递的转矩，从而减小这些部件的尺寸和质量。

差速器是汽车驱动桥的主要构成部件，其作用就是在向两个半轴传递动力的同时，可以调节两边半轴的转速旋转，使其有转速差以使两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等半径行驶，减少轮胎与地面的摩擦。

发动机的动力经变速器再从传动轴进入主减速器后，直接驱动差速器壳，差速器壳再将动力传递到行星齿轮，由行星齿轮带动左、右半轴齿轮，进而驱动车轮，左、右半轴的转速之和等于差速器壳转速的两倍。

当汽车直线行驶时，行星齿轮、左、右半轴齿轮和驱动车轮三者转速相同。

当汽车转弯行驶时，由于汽车驱动车轮受力情况发生变化，反馈在左右半轴上，进而破坏差速器原有的平衡，这时转速重新分配，导致内侧车轮转速减小，外侧车轮转速增加，重新达到平衡状态，同时，汽车完成转弯动作。

2.3QY7180概念轿车主减速器主减速比i0的确定

主减速比的大小，对主减速器的结构形式、轮廓尺寸及质量的大小影响很大。

主减速器比的选择，应在汽车总体设计时和传动系的总传动比一起，由汽车的整车动力计算来确定。

对于具有很大功率储备的轿车、客车、长途公共汽车，尤其是对竞赛汽车来说，在给定发动机最大功率Pemax的情况下，所选择的值应能保证这些汽车有尽可能高的最高车速vamax[1]。

这时i0值由下式来计算：

rr:

车轮滚动半径rr=0.2862m

np：

发动机最大功率时转速np=5200r/min

vamax：

最高车速vamax=161km/h

igh：

变速器最高档传动比igh=ig5=0.800

3主减速器和差速器主要参数选择与计算

3.1主减速器齿轮计算载荷的确定

由于汽车行驶时传动系载荷的不稳定性，因此要准确地计算出主减速器齿轮的计算载荷是比较困难的。

通常是将发动机最大转矩配以传动系最低档传动比时和驱动车轮在良好路面上开始滑转时这两种情况下作用在主减速器从动齿轮上的转矩（Tce、Tcs）的较小者，作为汽车在强度计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷[1]。

3.1.1按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动齿轮的计算转矩Tce

Kd：

猛接离合器时所产生的动载系数Kd=1