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工程软件技能训练1第1章绪论1.1设计的主要内容一．课程设计目的汽车设计课程设计是车辆工程专业学生学完《汽车设计》后，进行的一个重要的实践性教学环节。通过设计培养学生综合运用所学知识的能力，为以后的毕业设计进行一次综合训练和准备。通过本课程设计使学生在下述各方面得到训练：设计出小型低速载货汽车主减速器、差速器、等传动装置及桥壳等部件。使设计出的产品使用方便，材料使用最少，经济性能最高。a.提高汽车的技术水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更经济，更舒适，更机动，更方便，动力性更好，污染更少。b.改善汽车的经济效果，调整汽车在产品系列中的档次，以便改善其市场竞争地位并获得更大的经济效益了解轻型商用车主减速器的基本结构，基本形状，工作原理和设计方法，再依据现有生产企业在生产车型的主减速器作为设计原型，在给定变速器输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，独立设计出符合要求的主减速器。首先确定主减速器的结构形式；其次，据所给汽车参数合理的分配主减速器主、从动齿轮模数，齿数，计算出主减速器的相关数据，并对主减速器齿轮进行强度校核；然后选择合适该汽车使用的差速器类型，并对行星齿轮和半轴齿轮模数，齿数进行合理的分配并计算校核，最后，利用UG建模ANSYS软件对主减速器的主要零件进行分析校核，设计出符合该汽车使用的主减速器，并绘制出装配图和零件图。工程软件技能训练2第2章主减速器结构方案确定2.1轻型货车参数车型：东风EQ1060F驱动形式：4×2装载质量：3吨总质量：6吨发动机最大功率：71kw转速：3200转/分发动机最大转矩：245mN转速：2200转/分轮胎型号：7.50—16主减速器比：i0=5.85变速器传动比ig低档—4.71；高档V挡—0.78最高车速：90km/h2.2主减速器主、从动锥齿轮的支承方案主减速器中必须保证主、从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关以外，与齿轮的支承刚度密切相关。2.2.1主动锥齿轮的支承主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。悬臂式支承结构(图2.1a)的特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴颈，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度倪和增加两支承间的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。为了尽可能地增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a，且应比齿轮节圆直径的70％还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于尺寸a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承的轴径比另一轴承的支承轴径大些。靠近齿轮的支承轴承有时也采用圆柱滚子轴承，这时另一轴承必须采用能承受双向轴向力的双列圆锥滚子轴承。支承刚度除了与轴承形式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度有关以外，还与轴承与轴及轴承与座孔之间的配合紧度有关[4]。工程软件技能训练3悬臂式支承结构简单，支承刚度较差，用于传递转矩较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。(a)主动锥齿轮悬臂式(b)主动锥齿轮跨置式(c)从动锥齿轮图2.1主减速器锥齿轮的支承形式跨置式支承结构(图2.1b)的特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，因此齿轮的承载能力高于悬臂式。此外，由于齿轮大端一侧轴颈上的两个相对安装的圆锥滚子轴承之间的距离很小，可以缩短主动齿轮轴的长度，使布置更紧凑，并可减小传动轴夹角，有利于整车布置。但是跨置式支承必须在主减速器壳体上有支承导向轴承所需要的轴承座，从而使主减速器壳体结构复杂，加工成本提高。另外，因主、从动齿轮之间的空间很小，致使主动齿轮的导向轴承尺寸受到限制，有时甚至布置不下或使齿轮拆装困难。跨置式支承中的导向轴承都为圆柱滚子轴承，并且内外圈可以分离或根本不带内圈。它仅承受径向力，尺寸根据布置位置而定，是易损坏的一个轴承[5]。在本设计中，由于载荷量超过2吨，故采用跨置式。2.2.2从动锥齿轮的支承图2.2从动锥齿轮辅助支承图2.3主、从动锥齿轮的许用偏移量从动锥齿轮的支承(图2.1c)，其支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及轴承之间的分布比例有关。从动锥齿轮多用圆锥滚子轴承支承。为了增加支承刚度，工程软件技能训练4两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，c+d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70％。为了使载荷能尽量均匀分配在两轴承上，应尽量使尺寸c等于或大于尺寸d。在具有大的主传动比和径向尺寸较大的从动锥齿轮的主减速器中，为了限制从动锥齿轮因受轴向力作用而产生偏移，在从动锥齿轮的外缘背面加设辅助支承(图2.2)。辅助支承与从动锥齿轮背面之间的间隙，应保证偏移量达到允许极限时能制止从动锥齿轮继续变形。主、从动齿轮受载变形或移动的许用偏移量如图2.3所示。2.3主减速器齿轮的类型分析1.主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不同而不同。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。2、双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动(图2.4b)的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E，此距离称为偏移距。由于偏移距E的存在，使主动齿轮螺旋角β1大于从动齿轮螺旋角β2。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比：2121coscosFF(2.1)式中：F1、F2主、从动齿轮的圆周力,N;β1、β2主、从动齿轮的螺旋角。螺旋角是指在锥齿轮节锥表面展开图上的齿线任意一点A的切线TT与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面宽中点处的螺旋角称为中点螺旋角(图2.5)。通常不特殊说明，则螺旋角系指中点螺旋角。工程软件技能训练5图2.5双曲面齿轮副受力情况双曲面齿轮传动比为：112211220coscosrrrFrFis(2.2)式中：i0s双曲面齿轮传动比；r1主动齿轮平均分度圆半径，mm；r2从动齿轮平均分度圆半径，mm。螺旋锥齿轮传动比i0L为：120rriL(2.3)令12coscosK，则i0s=Ki0L。由于β1β2，所以系数K1，一般为1.25～1.50[7]。3、圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动(图2.4c)一般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥(图2.6)和双级主减速器贯通式驱动桥。4、蜗杆传动蜗杆(图2.4d)传动与锥齿轮传动相比有如下优点：(1)在轮廓尺寸和结构质量较小的情况下，可得到较大的传动比(可大于7)。(2)在任何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声。(3)便于汽车的总布置及贯通式多桥驱动的布置。(4)能传递大的载荷，使用寿命长。5、结构简单，拆装方便，调整容易。但是由于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，故成本较高；另外，传动效率较低。工程软件技能训练6蜗杆传动主要用于生产批量不大的个别重型多桥驱动汽车和具有高转速发动机的大客车上[8]。图2.6发动机横置且前置前驱动轿车驱动桥2.4主减速器的减速形式主减速器的减速形式可分为单级减速、双级减速、双速减速、单双级贯通、单双级减速配以轮边减速等[9]。2.4.1单级主减速器图2.7单级主减速器可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0不能太大，一般i0≤7，进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。工程软件技能训练72.4.2双级主减速器双级主减速器与单级相比，在保证离地间隙相同时可得到大的传动比，i0一般为7～12。但是尺寸、质量均较大，成本较高。它主要应用于中、重型货车、越野车和大客车上。整体式双级主减速器有多种结构方案：第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮(图2.9a)；第一级为锥齿轮，第二级为行星齿轮；第一级为行星齿轮，第二级为锥齿轮(图2.9b)；第一级为圆柱齿轮，第二级为锥齿轮(图2.9c)。对于第一级为锥齿轮、第二级为圆柱齿轮的双级主减速器，可有纵向水平(图2.9d)、斜向(图2.9e)和垂向(图2.9f)三种布置方案。在具有锥齿轮和圆柱齿轮的双级主减速器中分配传动比时，圆柱齿轮副和锥齿轮副传动比的比值一般为1.4～2.0，而且锥齿轮副传动比一般为1.7～3.3，这样可减小锥齿轮啮合时的轴向载荷和作用在从动锥齿轮及圆柱齿轮上的载荷，同时可使主动锥齿轮的齿数适当增多，使其支承轴颈的尺寸适当加大，以改善其支承刚度，提高啮合平稳性和工作可靠性。图2.8双级主减速器双速主减速器(图2.8)内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。它与普通变速器相配合，可得到双倍于变速器的挡位。双速主减速器的高低挡减速比是根据汽车的使用条件、发动机功率及变速器各挡速比的大小来选定的。大的主减速比用于汽车满载行驶或在困难道路上行驶，以克服较大的行驶阻力并减少变速器中间挡位的变换次数；小的主减速比则用于汽车空载、半载行驶或在良好路面上行驶，以改善汽车的燃料经济性和提高平均车速。工程软件技能训练8双速主减速器的换挡是由远距离操纵机构实现的，一般有电磁式、气压式和电一气压综合式操纵机构。由于双速主减速器无换挡同步装置，因此其主减速比的变换是在停车时进行的。双速主减速器主要在一些单桥驱动的重型汽车上采用[10]。(a)(b)(c)(d)(e)图2.9双级主减速器布置方案2.4.3单双级减速配轮边减速器在设计某些重型汽车、矿山自卸车、越野车和大型公共汽车的驱动桥时，由于传动系总传动比较大，为了使变速器、分动器、传动轴等总成所受载荷尽量小，往往将驱动桥的速比分配得较大。当主减速比大于12时，一般的整体式双级主减速器难以达到要求，此时常采用轮边减速器。这样，不仅使驱动桥的中间尺寸减小，保证了足够的离地间隙，而且可得到较大的驱动桥总传动比。另外，半轴、差速器及主减速器从动齿轮等零件由于所受载荷大为减小，使它们的尺寸可以减小。但是由于每个驱动轮旁均设一轮边减速器，使结构复杂，成本提高，布置轮毂、轴承、车轮和制动器较困难。综上分析，本设计中采用单级减速器就能满足要求。2.5本章小结本章首先确定了主减速比，用以确定其它参数。对主减速器型式确定中主要从主减速器齿轮的类型、主减速器的减速形式、主减速器主动锥齿轮的支承形式及安装方式的选择、从动锥齿轮的支承方式和安装方式的选择。工程软件技能训练9第3章主减速器齿轮基本参数的选择与计算3.1主减速器齿轮计算载荷的确定1、按发动机最大转矩和传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Tce5.69890maxnKiTTTTLejemN(3.1)4.124512LBLBrjirGTmN(3.2)式中：maxeT——发动机最大转矩245mN；TLi由发动机至所计算的主减速器从动齿轮间的传动系最低档传动比31.7；T传动系上述传动部分的传动效率，T=0.9；0K由于“猛接合”离合器而产生冲击载荷时的超载系数，取1；n该车驱动桥数目，n取1；2G汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷；轮胎对地面的附着系数，取0.85；LBLBi，——分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动车轮之间的传动比和传动效率。2、主动锥齿轮的计算转矩为：2.1690)()(LBPHRLBrTajmfffnirGGTmN(3.3)式中:Ga汽车满载总质量，N；GT所牵引的挂车的满载总质量，N；但仅用于牵引车的计算；rr车轮滚动半径，m；fR道路滚动阻力系数，对于载货汽车可取0.015~0.02；工程软件技能训练10fH汽车正常使用时的平均爬坡能力系数，对于载货汽车取0.05~0.09。表3.1车驱动桥齿轮的许用应力计算载荷主减速器齿轮的许用弯曲应力主减速器齿轮的许用接触应力差速器齿轮的许用弯曲应力jeT，jT中的较小者7002800980jmT210.91750210.93.2主