1、 汽车主减速器的对比分析与设计 Comparative Analysis And Design Of Final Drive 学 院： 机械工程学院 专 业 班 级： 车辆工程 0701 班 学 号： 070104031 学 生 姓 名： 柳春丽 指 导 教 师： 金嘉琦 （ 教授 ） 2011年 6 月 密级： 公开 I 摘 要 汽车主减速器作为汽车驱动桥中重要的传力部件，是汽车最关键的部件之一。 它承担着在汽车传动系中减小转速、增大扭矩的作用，同时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，可以使主减速器前面的传动部件，如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，同时也减小了
2、变速箱的尺寸和质量，而且操控灵敏省力 。汽车主减速器结构多种多样，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异。 按照 主减速器齿轮的类型 分为： 螺旋锥齿轮和双曲面齿轮 ；按照 主减速器主动锥齿轮的支承型式及安置方法 分为：悬臂式和跨置式；按照 主减速器减速形式分为： 单级减速、双级减速、双速减速、贯通 式主减速器和 轮边减速等。 主减速器设计的好坏关系到汽车的动力性、经济性以及噪 声、寿命等诸多方面。如何协调好各方关系、合理匹配设计参数，以达到满足使用要求的最优目标，是主减速器设计中最重要的问题。通常主减速器优化设计多是仅从某一角度考虑，单一的改善其某一方面参数
3、，而没有将其参数优化有效结合起来，因此，本文是通过设计不同类型的主减速器，进行分析比较，看看各种类型的主减速器都适应何种汽车，或者是说每种类型的主减速器采用什么样的构件合适，以便能优化设计主减速器，使其能够适应现在汽车的发展趋势，向着小速比、大扭矩、传动效率高、成本低等客车和货车主减速器技术的发展趋势发展。 关键词：汽车主减 速器；设计；对比；分析 II Abstract The final drive as that part of a power transmission system of the drive bridge is one of the key components of
4、the car. Its function is decreasing speed and increasing torque in the power train.At the same time. Designing a final drive before the differential which drive the power to two drive wheel may make drive train components before final drive ,such as transmission, power divider and universal driven d
5、evice and so on,decrease the torque they transmit, but also reduced the size and quality of transmission , and control quickly and easily. The structure of final drive is various and is based mainly on the gear type, the settle mothod of bevel pinion gear and drive gear vary according to. According
6、to the type of final drive wheel: spiral bevel gear and hypoid gear; According to the supporting form and settle mothod of bevel pinion gear: cantilever type and supports on both ends of the gear. According to the down form of final drive: single reduction final drive, double reduction final drive,
7、two speed final drive, penetrable final drive and hub reduction gear and so on. The final drive design in relation to the dynamic quality ,economy and noise, life and so on. How to appropriately, the relationship between matches the design parameters to meet the needs of the best aim is the final dr
8、ive in the design of the most important problem. Usually optimum design of the final drive is only from a perspective, a single improve its some one parameter, and not to put their argument to optimize effectiveness , Therefore, this text is designed by different types of the final drive, an analysi
9、s and comparison to see all kinds of gear have to adapt to any kind of car, or is that each type of the final drive what kind of members to adopt appropriate to optimize designs the final drive which can accommodate now the trend towards smaller than the speed of transmission, torque and high effici
10、ency, low cost etc coach and freight the main gear technology the trend of development. Keywords: final drive; design ; contrast ; analysis III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 引言 . 1 1.1 课题研究的目的及意义 . 1 1.2 汽车主减速器发展现状 . 1 1.3 课题研究的内容 . 3 1.3.1 主减速器齿轮的类型 . 3 1.3.2 主减速器主动锥齿轮的支承型式及安置方法 . 3 1.3.3 主减速器的轴承
11、预紧及齿轮啮合调整 . 4 1.3.4 主减速器的减速型式 . 4 第 2 章 汽车主减速器概述 . 5 2.1 主减速器的功用 . 5 2.2 主减速器的分类 . 5 第 3 章 主减速器的对比分析 . 6 3.1 主减速器结构方案分析 . 6 3.1.1 螺旋锥齿轮传动 . 6 3.1.2 双曲面齿轮传动 . 7 3.1.3 圆柱齿轮传动 . 9 3.1.4 蜗杆传动 . 9 3.1.5 单级主减速器 . 10 3.1.6 双级主减速器 . 11 3.1.7 双速主减速器 . 13 3.1.8 贯通式主减速器 . 15 3.1.9 单双级减速配轮边减速器 . 18 3.2 主减速器主、从动
12、锥齿轮的支承方案 . 20 3.2.1 主动锥齿轮的支承 . 20 3.2.2 从动锥齿轮的支承 . 21 第 4 章 单级主减速器的设计 . 23 4.1 结构设计 . 23 4.1.1 主减速器齿轮的类型 . 23 4.1.2 主、从动齿轮的支承方案 . 23 4.2 基本参数选择与计算载荷的确定 . 23 IV 4.2.1 齿轮计算载荷的确定 . 23 4.2.2 锥齿轮主要参数的选择 . 24 4.3 主减速器锥齿轮的强度校核 . 26 4.3.1 齿轮弯曲强度 . 26 4.3.2 轮齿接触强度 . 28 4.4 绘图 . 28 第 5 章 结论 . 32 参 考 文 献 . 33
13、致 谢 . 35 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 引言 1.1 课题研究的目的及意义 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。对发动机纵置的汽车来说，主减速器还有改变动力传输方向的作用。汽车正常行驶时，发动机的转速通常在 200 至 3000r/min 左右，如果将这么高的转速只靠变速箱来降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需要很大，齿轮的半径也相应加大，也就是说变速箱的尺寸会加大。另外，转速下降，扭矩必然增加，也加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以，在动力向左
14、右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器，可以 使主减速器前面的传动部件，如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，同时也减小了变速箱的尺寸和质量，而且操控灵敏省力 1。 1.2 汽车主减速器发展现状 改革开放以来，中国的汽车工业得到了长足发展，尤其是加入 WTO 以后，我国的汽车市场对外开发，汽车工业逐渐成为世界汽车整体市场的一个重要组成部分。同样，车用减速器也随着整车的发展不断成长和成熟起来 3。 随着高速公路网状况的改善和国家环保法规的完善，环保、舒适、快捷成为客车和货车市场的主旋律。对整车主要总成之一的驱动桥而言，小速比、大扭矩、传动效率高、 成本低逐渐成为客车和货车主减速器技术
15、的发展趋势。 产品上，国内卡车市场用户主要以承载能力强、齿轮疲劳寿命高、结构先进、易维护等特点的产品为首选。目前己开发的产品，如陕西汉德引进德国撇 N公司技术的 485 单级减速驱动桥，一汽集团和东风公司的 13 吨级系列车桥为代表的主减速器技术，都是在有效吸收国外同类产品新技术的基础上，针对国内市场需求开发出来的高性能、高可靠性、高品质的车桥产品。这些产品基本代表了国内车用减速器发展的方向。通过整合和平台化开发，目前国内市场形成了 457、 460、 480、 500 等众多成型稳定产品， 并被用户广泛认可和使用。设计沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 2 开发上， CAD、 CAE、等计算
16、机应用技术，以及 AUTOCAD、 UG16、 CATIA、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。新一代减速器设计开发的突出特点是 ： 不仅在产品性能参数上进一步进设计上完全遵从模块化设计原则，产品配套实现车型的平台化，造型和结构更加合理，更宜于组织批量生产，更适应现代工业不断发展，更能应对频繁的车型换代和产品系列化的特点，这些都对基础件产品提出愈来愈高的配套要 求，需要在产品设计上不断地进行二次开发和持续改进，以满足快速多变的市场需求。 与国外相比，我国的车用减速器开发设计不论在技术上、制
17、造工艺上，还是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力，技术手段落后 (国外己实现计算机编程化、电算化 )。目前比较突出的问题是，行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低，企业管理方式较为粗放，相当比例的产品仍为中低档次，缺乏有国际影响力的产品品牌，行业整体散乱情况依然严重。这需要我们加快技术创新、技术进步的步伐，提高管理水平，加快与国际先进水平接 轨，开发设计适应中国国情的高档车用减速器总成，由仿制到创新，早日缩小并消除与世界先进水平的差距。近几年来，国内汽车生产厂家，如重汽集团、福田汽车、江淮汽车等通过与国外卡车巨头，如沃尔沃、通用、五十铃、现代、奔驰、
18、雷诺等进行合资合作，在车桥减速器的开发上取得了显著的进步。目前，上汽集团、东风、一汽、北汽等各大汽车集团也正在开展合作项目，希望早日实与世界先进技术的接轨，争取设计开发的新突破。 总体来说，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，计算机技术、信息技术、自动化技术广泛应用。从发动机的大马力、低转速的发展趋势以及商用车的最高车速的提升来看，公路用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 ) 4；在额定轴荷相同
19、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 5。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 3 1.3 课题研究的内容 汽车主减速器结构多种多样，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以 及减速型式的不同而异。例如： 1.3.1 主减速器齿轮的类型 在现代汽车驱动桥上，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。在双级主减速器中，通常还要加一对圆柱齿轮（多采用斜齿圆柱齿轮），或一组行星齿轮。在轮边减速器中则常采用普通平行轴式布置的斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。在某些公共汽车、无轨电车和超重型汽车的主减速器上，有时
20、也采用蜗轮传动 6。 1.3.2 主减速器主动锥齿轮的支承型式及安置方法 在壳体结构及轴承型式已定的情况下，主减速器主动齿轮的支承型式及安置方法，对其支承刚度影响很大，这是齿轮能 否正确啮合并具有较高使用寿命的重要因素之一 7。 现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承型式有以下两种： （ 1） 悬臂式 齿轮以其轮齿大端一侧的轴颈悬臂式地支承于一对轴承上。为了增强支承刚度，应使两轴承支承中心间的距离齿轮齿面宽中点的悬臂长度大两倍以上，同时比齿轮节圆直径的 70%还大，并使齿轮轴径大于等于悬臂长。当采用一对圆锥滚子轴承支承时，为了减小悬臂长度和增大支承间的距离，应使两轴承圆锥滚子的小端相向朝内，而大端朝
21、外，以缩短跨距，从而增强支承刚度。 （ 2） 跨置式 齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承，故又称两端支 承式。 跨置式 支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的 1/30 以下 。 而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至 1/51/7。齿轮承载能力较悬臂式可提高 10%左右。装载质量为 2t 以上的汽车主减速器主动齿轮都是采用 跨置式 支承。但是 跨置式 支承增加了导向轴承支座，是主减速器结构复杂，成本提高 8。轿车和装载质量小于 2t 的货车，常采用结构简单、质量较小、成本较低的悬臂式结构。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 4 1.3.3 主减
22、速器的轴承预紧及齿轮啮合调整 支承主减速器齿轮的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间 隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。预紧力的大小与安装形式、载荷大小、轴承刚度特性及使用转速有关。 主动锥齿轮轴承预紧度的调整，可通过精选两轴承内圈间的套筒长度、调整垫圈厚度、轴承与轴肩之间的调整垫片等方法进行。近年来采用波形套筒调整轴承预紧度极为方便，波形套筒安装在两轴承内圈间或轴承与轴肩间 9。 1.3.4 主减速器的减 速型式 主减速器的减速型式分为单级减速、双级减速、双速减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等 10。 正如上面我们看的一样，减速器的类型很多，那么每种类型 的主减速器都适用什
23、么类型的车呢？ 是不是有种减速器是完美无缺的？本课题就是来解决这些问题的。其实每种类型都有它的优缺点，我们本课题要研究的内容就是要通过分析设计，在齿轮副抗疲劳强度、主减速器噪声、制造成本、整体尺寸等方面，找出不同类型的减速器的优缺点。了解了他们的优缺点后我们就能更好更充分的利用它们，为汽车优化设计提供方便。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 5 第 2 章 汽车主减速器概述 2.1 主减速器的功用 汽车主减速器是驱动桥最重要的组成部分，其功用是 ： 1） 将万向传动装置传来的发动机转矩传递给驱动车轮 ； 2）减小 汽车传动系中 的转速、增大 扭矩的主要部件 ； 3）当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用 11； 2.2 主减速器 的分类 按参加减速传动的齿轮副数目分，有单级式主减速器和双级式主减速器。在双级式主减速器中，若第二级减速器齿轮有两副，并分置于两侧车轮附近，实际上成为独立的部件，则称为轮边减速器 12。 按主减速器主传动比挡数分，有单速式和双速式。前者的传动比是固定的，后者有两个传动比供驾驶员选择，以适应不同行驶条件的需要。 按齿轮副结构形式分，有圆柱齿轮式（又分为轴线固定式和轴线旋转式即行星齿轮式、锥齿轮式和准双曲面式 ） 。
