HG1090商用车主减速器设计参数与零件结构优化.docx

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HG1090商用车主减速器设计参数与零件结构优化

1绪论2

3主减速器结构方案分析及选择4

3.1结构形式选择4

3.2螺旋锥齿轮传动7

4主减速器主、从动锥齿轮的支承方案8

4.1主动锥齿轮的支承8

4.2从动锥齿轮的支承9

5.1主减速比i0的确定9

5.2主减速器齿轮计算载荷的确定10

5.3主减速器锥齿轮的主要参数选择11

5.4主减速器锥齿轮的优化15

5.4.1主减速器锥齿轮参数的优化15

5.4.2优化后主减速器锥齿轮的强度计算16

5.4.3优化后主减速器锥齿轮的主要参数17

7主减速器锥齿轮轴承的设计计算20

7.1锥齿轮齿面上的作用力20

7.2锥齿轮轴承的载荷22

主减速器设计

Abstract:

Currently,carhavecomeintoeveryfieldofhumansociety,especiallyintheindustrial,agricultural,commercialandinternationaltrade,nationaldefenceconstruction.

Onthemainreducer,itisanimportantcomponentofthecar,locatedintheterminalofvehicletransmissionsystem,alsoanimportantpartofthedriveaxle.Itsbasicfunctionisauniversaltransmissiondevicetransmitstheenginetorquethroughthemainreducer,reducespeed,increasetorque;theconicalgearpairchangingtorquetransmissiondirection.Theassemblyprecisionofmainreducerassemblypairishigh,themanufacturingandassemblyqualityofthedriveaxleandthevehiclehasacrucialroleindriveaxleandeventhecar.

Keywords:

automobile/mainreducer/conicalgearpair

摘要：

当前，汽车以进入人类社会的各个领域,尤其是工业、农业、商业与国际贸易、国防建设。

对主减速器而言，它是汽车的一个重要组成部分，位于汽车传动系统的末端，也是驱动桥中的一个重要部分，其基本功用是将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器，实现降低转速、增大转矩；通过圆锥齿轮副改变转矩的传递方向[2]。

主减速器的总成对装配精度要求很高，其制造与装配质量对驱动桥乃至整个汽车有至关重要的作用。

关键词：

汽车/主减速器/圆锥齿轮副

1绪论

1.1研究目的及意义

随着汽车工业的发展和汽车技术的提高，主减速器的设计和制造工艺都在日益完善。

主减速器和其他汽车总成一样，除了广泛采用新技术外，在结构设计中日益朝着“零件标准化、部件通用化、产品系列化”的方向发展及生产组织专业化目标前进。

应采用能以几种典型的零部件，以不同方案组合的设计方法和生产方式达到主减速器产品的系列化或变形的目的，或力求做到将某一类型的主减速器以更多或增减不多的零件，用到不同的性能、不同吨位、不同用途的许多变形汽车上。

主减速器是汽车最重要的系统之一，是为汽车传输动力所设计的。

通过本课题设计，使我们对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面的，系统的回顾和总结，提高我们独立思考能力和团结协作的工作作风。

1.2国内外研究现状及趋势

目前我国汽车产业在技术方面还很落后，离世界先进水平还有一段距离。

虽然中国汽车行业处在黄金期，但千万不能以为中国的汽车行业已经走到了世界的最前端，我们在发动机技术、新产品研发、新材料利用等方面还相对落后。

对于中国主减速器产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。

中国主减速器产业发展已到了岔口；中国驱动桥生产企业急需选择发展方向。

目前国产工业车辆主减速器的品种较单一，规格较少，供货周期较长,尤其是牵引车等批量较少的车辆，大多借用其它流动机械如叉车、装载机的主减速器，由于结构型式和工况要求不完全一致很难使整车的动力及传动系统达到理想的匹配要求，因而应大力提倡工业车辆主减速器的专业化、系列化生产。

从目前世界汽车产业的发展现状和趋势来看，大跨国公司的优势越来越明显，我国已经失去了独立发展民族汽车工业的国际环境，只有充分吸纳各国技术所长的合资合作才是降低研究开发成本、缩短新产品开发/生产周期、增强竞争力的现实有效途径。

而主减速器又是汽车传动系统的一个重要部分，它的质量情况也在一定程度上影响着整个汽车的质量，因此，我们应在结构合理的基础上，进一步优化使其结构紧凑、效率高、噪音小，同时还要考虑其经济性。

随着汽车向采用大功率发动机和轻量化方向发展以及路面条件的改善,近年来主减速比有减小的趋势,以满足高速行驶的要求。

为减小驱动轮的外廓尺寸,目前主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮。

实践和理论分析证明，螺旋锥齿轮不发生根切的最小齿数比直齿齿轮的最小齿数少。

显然采用螺旋锥齿轮在同样传动比下，主减速器的结构就比较紧凑。

此外，它还具有运转平稳、噪声较小等优点。

因而在汽车上曾获得广泛的应用。

近年来，准双曲面齿轮在广泛应用到轿车的基础上，愈来愈多的在中型、重型货车上得到采用。

在现代汽车发展中，对主减速器的要求除了扭矩传输能力、机械效率和重量指标外，它的噪声性能已成为关键性的指标。

噪声源主要来自主、被动齿轮。

噪声的强弱基本上取决于齿轮的加工方法。

区别于常规的加工方法，采用磨齿工艺，采用适当的磨削方法可以消除在热处理中产生的变形。

因此，与常规加工方法相比，磨齿工艺可获得很高的精度和很好的重复性。

汽车在行驶过程中的使用条件是千变万化的。

为了扩大汽车对这些不同使用条件的适应范围，在某些中型车辆上有时将主减速器做成双速的，它既可以得到大的主减速比又可得到所谓多档高速，以提高汽车在不同使用条件下的动力性和燃料经济性。

1.3本课题研究内容

HG1090型商用车的主减速器结构三维建模、主减速器齿轮的计算与校核、主减速器壳体的计算与校核、结构方案分析与优化。

主要设计参数：

额定装载质量5000Kg、最大总质量8930Kg、最高车速110Km/h、比功率15Kw/t、比转矩40Nm/t，设计时可参考解放CA1091型货车的参数。

（1）分析主减速器的性能要求和参数的选择；（要考虑到设计的可行性、安全性、经济性）

（2）根据前位同学选好的参数和设计好的结构进行绘制三维图形；

（3）对主要零部件结构强度校核、优化；（可以运用Solidworks进行应力\强度等分析）

（4）撰写驱动桥设计说明书；

2主减速器结构及工作原理简介

主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。

对发动机纵置的汽车，其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。

由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力。

主减速设计应满足如下基本要求：

（1）所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。

（2）外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。

（3）在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。

（4）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。

（5）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。

3主减速器结构方案分析及选择

3.1结构形式选择

主减速器位适应使用要求发展有多种结构型式：

如单级主减速器、双级主减速器、双速主减速器和单级主减速器加轮边减速器。

（1）单级主减速器常由一对圆锥齿轮所组成。

这对锥齿轮的传动比是根据整车动力性和燃油经济性的要求来选定的。

它结构简单，质量轻，所以在可能条件下尽量采用单级主减速器的型式。

然而单级主减速器的传动比一般位3.5—6.7，太大的传动比将会使从动锥齿轮的尺寸过大，影响驱动桥壳下的离地间隙。

离地间隙越小，汽车通过性就越差，这也就限制了从动锥齿轮的最大尺寸。

（2）双级主减速器是由第一级圆锥齿轮副和第二级圆柱齿轮副或第一级圆柱齿轮副和第二级圆锥齿轮副所组成。

采用双级主减速器可达到两种目的：

一是可获得较大的传动比6---10，其二是采用双级减速器后，第二级的传动比可以小一些，由此第二级的从动齿轮尺寸在差速器安装尺寸允许情况下可相应减小，由此减少了桥壳的外形尺寸，增加了离地间隙。

而双级主减速器的重量及制造成本都比单级主减速器要高的多。

（3）双速主减速器内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。

汽车在良好路面上行驶时，使用较小的传动比，在困难的路上行驶或需要较大的牵引力（爬坡）时，则使用较大的传动比。

它与五挡变速器配合使用，可使汽车有十个档位，使汽车获得良好的使用性能，同时，该减速器的成本也相当高的。

（4）单级主减速器加轮边减速器：

越野车、重型矿用自卸车和重型货车需要减速比更大的驱动桥，同时也要很大的离地间隙，因此发展了轮边减速器。

于是驱动桥分成两次减速具有两个减速比----主减速器传动比和轮边减速器比。

相对这时的主减速器传动比要比没有轮边减速器的主减速器传动比要小的多。

其结果时驱动桥中央部分的外形尺寸减小很多，相对地增加了离地间隙。

同时，在主减速器后和轮边减速器前的零件如差速器、半轴等载荷大大减少，其零件尺寸也相应地减小。

它能缩短桥中心到连接传动轴凸缘间地距离，能减少传动轴地夹角。

当然，这种减速器结构复杂，制造装配精度要求高，成本自然也是普通主减速器的几倍。

对于本设计中，其传动比为6左右，因此我们采用单级主减速器。

汽车主减速器广泛采用的是螺旋圆锥齿轮，它包括圆弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮、延摆线齿锥齿轮等多种形式。

圆弧齿锥齿轮传动，制造简单，广泛应用在汽车主减速器上，以对圆弧齿锥齿轮啮合时，轮齿并不在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端，并有几个齿同时参加啮合，所以它比直齿轮能承受更大地载荷，而且平稳无声。

但其对齿合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便使工作条件急剧变坏，伴随磨损、增大和噪声增大。

为保证齿轮副的正确齿合，必须将轴承顶紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。

圆弧齿锥齿轮一般采用格里森制。

双曲面齿轮传动与圆弧齿锥齿轮传动不同之处，在于主、从动轴线不相交而有一偏移距。

由于存在偏移距，从而主动齿轮螺旋角1与从动轮螺旋角2不等，且。

此时两齿轮切向力与之比，可根据啮合面上法向力彼此相等的条件求出。

设与分别为主、从动轮平均分度圆半径，双曲面的传动比为

对于圆弧齿锥齿轮传动，其传动比，令，则

系数一般为1.25~1.5。

这说明当双曲面齿轮尺寸与螺旋锥齿轮尺寸相当时，双曲面传动有更大的传动比，当传动比一定，从动轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比圆弧齿锥齿轮有较大直径，较高的齿轮强度及较大的主动齿轮轴和轴承刚度，当传动比和主动齿轮尺寸一定时，双曲线从动锥齿轮直