關(guān)于整體式橋殼單級主減速器設(shè)計

于敬華

(河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063004)

前言

驅(qū)動橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動機輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個高效、可靠的驅(qū)動橋。所以采用傳動效率高的單級減速驅(qū)動橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。

1.技術(shù)參數(shù)

42前置后驅(qū)汽車總質(zhì)量9.31t，后橋的軸荷分配為75%，發(fā)動機最大功率及轉(zhuǎn)速為:99KW—3000r/min，發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速為:353Nm—1300r/min，主減速比為6.33，輪胎型號為:9.00—20，變速器最低檔傳動比為:7.31，最高車速為85km/h，輪距為1.7m，軸距為4m。要求:主減速器為雙曲面齒輪，主動齒輪采用跨置式支承。

2.總體方案確定

2.1 整體式橋殼

所設(shè)計車輛為中型貨車，橋殼選用鑄造整體式橋殼。

2.2 主減速器方案分析

主減速器方案采用雙曲面齒輪單級主減速器，主動錐齒輪支承方案采用跨置式(即騎馬式)。

2.3 離地間隙

查表可知，選擇最小離地間隙為0.22－0.30mm

2.4 差速器型式

采用普通對稱式圓錐行星齒輪差速器

2.5 半軸

由于載貨汽車所受的車輪彎矩較大，所以選擇全浮式半軸，由橋殼承受大部分車輪彎矩。

2.6 橋殼截面

橋殼截面形狀為矩形。

3.主減速器設(shè)計計算

3.1 主減速器齒輪基本參數(shù)的選擇

(1)齒數(shù)的選擇

對于單級主減速器，由于i0較大，為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強度，z1可取7，為了磨合均勻，主、從動齒輪的齒數(shù)之間應(yīng)避免有公約數(shù)z1，z2為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，其齒數(shù)之和對于載貨汽車應(yīng)不少于40，所以考慮到傳動比為6.33，從動齒輪齒數(shù)z2選為44。傳動比校核:

(2)節(jié)圓直徑的選擇

由經(jīng)驗公式可初步估算從動錐齒輪的節(jié)圓直徑

取整得d2=370mm

(3)齒輪斷面模數(shù)的選擇

(4)齒面寬的選擇

汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的從動齒輪齒面寬推薦公式為

F=0.155d2=0.155 × 370=57.35mm

齒面寬F=60mm

(5)雙曲面齒輪的偏移距

E=0.1d2=0.1 × 370=37mm

(6)雙曲面齒輪的偏移方向

為了保證貨車有較好的通過性，必須使驅(qū)動橋有足夠的離地間隙，故主動齒輪采用上偏移，齒輪旋向為主動齒輪為右旋，從動齒輪為左旋。

(7)雙曲面齒輪旋轉(zhuǎn)方向

根據(jù)兩齒輪軸向力相背離的原則，選擇主動齒輪旋轉(zhuǎn)方向為逆時針，從動齒輪旋轉(zhuǎn)方向為順時針。

3.2 主減速器齒輪的材料及熱處理

汽車驅(qū)動橋主減速器的工作繁重，與傳動系其他齒輪比較，具有載荷大，作用時間長，載荷變化多，帶沖擊等特點。其損壞形式主要有齒根彎曲折斷，齒面疲勞點蝕，磨損和擦傷等。據(jù)此對驅(qū)動輪齒輪的材料及熱處理有以下要求:

(1)具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度以及較好的齒面耐磨性，故齒面應(yīng)有高的硬度;

(2)輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下輪齒根部折斷;

(3)鋼材的鍛造、切削與熱處理等加工性能良好，熱處理變形小或變形規(guī)律性易控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少制造成本并減低廢品率;

(4)選擇齒輪材料的合金元素時要適應(yīng)我國的情況。所以，齒輪的材料采用20CrMnTi，熱處理為滲碳，淬火，回火。

4.橋殼設(shè)計

4.1 橋殼的結(jié)構(gòu)形式

采用鋼板沖壓焊接式，因為其具有制造工藝簡單、材料利用率高、廢品率低、生產(chǎn)率高以及制造成本低等優(yōu)點，此外，還有足夠的強度和剛度，特別是質(zhì)量小，因而也得到了廣泛的應(yīng)用。

4.2 橋殼的受力分析與強度計算

(1)不平路面沖擊載荷作用下橋殼的強度計算

當(dāng)汽車在不平路面上高速行駛時，橋殼除承受靜止?fàn)顟B(tài)下那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷。在這兩種載荷的總作用下，橋殼所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σwd為

σwd=kdσwj

式中:kd—動載荷系數(shù)，對于載貨汽車取2.5;

根據(jù)上面的數(shù)據(jù)可得:σwd=78.53MPa

(2)汽車以最大牽引力行駛時橋殼的強度計算

為了使計算簡化，不考慮側(cè)向力，僅按汽車作直線行駛的情況進行計算，另從安全系數(shù)方面作適當(dāng)考慮。如圖1所示為汽車以最大牽引力行駛的受力簡圖。

圖1 汽車以最大牽引力行駛的受力簡圖

地面對左右驅(qū)動車輪的最大切向反作用力

pmax=TemaxiTLηT/r

代入數(shù)據(jù)得:pmax=30.46KN

由于設(shè)計時某些參數(shù)未定而無法計算出汽車加速行駛時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)m2值，而對于載貨汽車的后驅(qū)動橋m2可在1.1～1.3范圍內(nèi)選取，在此取1.2。

這時后驅(qū)動橋殼在兩鋼板彈簧之間的垂直彎矩。

代入數(shù)據(jù)可得:Mv=15601.7N.m

由于驅(qū)動車輪所承受的地面對其作用的最大切向反作用力Pmax，使驅(qū)動橋殼也承受著水平方向的彎矩Mh，對于裝有普通圓錐齒輪差速器的驅(qū)動橋，由于其左、右驅(qū)動車輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相等，故有

故根據(jù)上式Mh=5787.4N·m

橋殼還承受因驅(qū)動橋傳遞驅(qū)動轉(zhuǎn)矩而引發(fā)的反作用力矩，這時在兩鋼板彈簧座間橋殼承受的轉(zhuǎn)矩T為

代入數(shù)據(jù)可得:T=7350.35N·m

所以在鋼板彈簧座附近的危險斷面處的彎曲應(yīng)力σw和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ分別為

式中:Mv，Mh—— 分別為橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩和水平彎矩

Wv，Wh，Wt—— 分別為橋殼在危險斷面處的垂向彎曲截面系數(shù)，水平彎曲截頁系數(shù)和扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)

根據(jù)上式可計算 σw=53.3MPa，τ=9.8MPa

由于橋殼的許用彎曲應(yīng)力［σ］為 300 ～500MPa，許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力［τ］為150 ～ 400MPa，所以該設(shè)計的橋殼滿足這種條件下的強度要求。

5.結(jié)束語

此設(shè)計主減速比選擇適當(dāng)，保證了汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性;外擴尺寸小，保證了汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性要求;齒輪的設(shè)計滿足了傳動部件工作平穩(wěn)，噪聲小、在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動效率的要求;整體設(shè)計滿足強度和剛度要求，足以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩;整體質(zhì)量、尤其是簧下質(zhì)量降低，減少了不平路面的沖擊載荷，提高汽車行駛平順性;結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，維修、調(diào)整方便。