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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
東風(fēng)EQ2080越野汽車(chē)作為我國(guó)較先進(jìn)的軍用和民用汽車(chē)，有著廣泛的用途和重要的作用，在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上，為了將輸出的動(dòng)力分配給各驅(qū)動(dòng)橋設(shè)有分動(dòng)器。越野汽車(chē)在良好道路行駛時(shí)，為減小功率消耗及傳動(dòng)系機(jī)件和輪胎磨損，一般要切斷通前橋動(dòng)力。在越野行駛時(shí)，根據(jù)需要接合前橋并采用低速檔，增加驅(qū)動(dòng)輪數(shù)和驅(qū)動(dòng)力。
分動(dòng)器的功用就是將分動(dòng)器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。分動(dòng)器也是一個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，它單獨(dú)固定在車(chē)架上，其輸入軸與分動(dòng)器的輸出軸用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置連接，分動(dòng)器的輸出軸有若干根，分別經(jīng)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置與各驅(qū)動(dòng)橋相連。
本設(shè)計(jì)主要說(shuō)明了越野車(chē)三軸式分動(dòng)器的設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程，設(shè)計(jì)部分較詳細(xì)的敘述了分動(dòng)器的設(shè)計(jì)過(guò)程，選擇結(jié)構(gòu)方案、主要參數(shù)、齒輪設(shè)計(jì)、軸設(shè)計(jì)、操縱機(jī)構(gòu)及其殼體的設(shè)計(jì)。計(jì)算部分分為中心距，傳動(dòng)比的計(jì)算，齒輪和軸的校核。
關(guān)鍵詞：三軸式；分動(dòng)器；校核；高低檔；齒輪傳動(dòng)。
ABSTRACT
Dongfeng EQ2080 off-road vehicle as advanced military and civilian cars, has wide usage and important role in the drive shaft, car, in order to be allocated to each of the output power drive with thansfer. Off-road vehicle in good roads, to reduce the power consumption of the transmission parts and tire wear, general to cut through front axle. On a cross-country driving, front axle and adopted according to the jointing, increase speed and driving wheel drive.
Thansfer function will be assigned to the power output thansfer every thing, and increase torque. Thansfer is also a gear transmission system, it alone, its frame fixed in the input shaft and the output shaft with universal thansfer transmission device connected, thansfer output shaft several root, the universal transmission device connected with each thing.
This design mainly explains the suv triaxial type thansfer design, detail design part describes the design process, choose thansfer structure scheme, main parameters and gear axle design, the design, the design of the control and its shell. The computation part into the center distance ratio of calculation, and gear shaft of checking.
Keywords: Three axis；Thansfer；Checking；High garde；Gear.
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 分動(dòng)器類(lèi)型 1
1.3 分動(dòng)器功用及意義 3
1.4 分動(dòng)器發(fā)展 3
1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3
第2章 分動(dòng)器結(jié)構(gòu)的確定及主要參數(shù)的計(jì)算 5
2.1 設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù) 5
2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析 5
2.2.1 齒輪形式 5
2.2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式 5
2.3 各檔位傳動(dòng)比計(jì)算 6
2.4 中心距A確定 8
2.5 本章小結(jié) 9
第3章 分動(dòng)器的齒輪設(shè)計(jì) 10
3.1 模數(shù)的確定 10
3.2 齒形、壓力角及螺旋角 11
3.3 齒寬 11
3.4 各檔齒輪齒數(shù)的確定 12
3.4.1 低速檔齒輪副齒數(shù)的確定 12
3.4.2 對(duì)中心距進(jìn)行修正 12
3.4.3 確定其他齒輪的齒數(shù) 13
3.5 齒輪損壞的原因和形式 14
3.6 齒輪的材料選擇 14
3.7 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 15
3.7.1 輪齒的彎曲應(yīng)力 16
3.7.2 輪齒接觸應(yīng)力 18
3.8 本章小結(jié) 20
第4章 軸的設(shè)計(jì) 21
4.1 軸的尺寸初選 21
4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.3 花鍵的形式和尺寸 24
4.4 軸承的設(shè)計(jì) 25
4.5 齒輪和軸上的受力計(jì)算 26
4.6 軸的強(qiáng)度校核 27
4.7 本章小結(jié) 30
第5章 分動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)及其殼體的設(shè)計(jì) 31
5.1 分動(dòng)器的操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
5.2 分動(dòng)器殼體 31
5.3 總成的裝配 31
5.4 本章小結(jié) 32
結(jié)論 33
參考文獻(xiàn) 34
致謝 35
附錄 36
第1章 緒 論
1.1 概述
東風(fēng)EQ2080越野汽車(chē)作為我國(guó)較先進(jìn)的軍用和民用汽車(chē)，有著廣泛的用途和重要的作用，在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上，為了將輸出的動(dòng)力分配給各驅(qū)動(dòng)橋設(shè)有分動(dòng)器。分動(dòng)器的功用就是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。分動(dòng)器也是一個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，它單獨(dú)固定在車(chē)架上，其輸入軸與變速器的輸出軸用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置連接，分動(dòng)器的輸出軸有若干個(gè)，分別經(jīng)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置與各驅(qū)動(dòng)橋相連。分動(dòng)器一般都設(shè)有高低檔，以進(jìn)一步擴(kuò)大在困難地區(qū)行駛時(shí)的傳動(dòng)比及排擋數(shù)目。越野汽車(chē)在良好道路行駛時(shí)，為減小功率消耗及傳動(dòng)系機(jī)件和輪胎磨損，一般要切斷通前橋動(dòng)力。在越野行駛時(shí)，根據(jù)需要接合前橋并采用低速檔，增加驅(qū)動(dòng)輪數(shù)和驅(qū)動(dòng)力。
越野車(chē)需要經(jīng)常在壞路和無(wú)路情況下行駛，尤其是軍用汽車(chē)的行駛條件更為惡劣，這就要求增加汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)目，因此，越野車(chē)都采用多軸驅(qū)動(dòng)。例如，如果一輛前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)兩前輪都陷入溝中(這種情況在壞路上經(jīng)常會(huì)遇到)，那汽車(chē)就無(wú)法將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)車(chē)輪與地面的磨擦產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力而繼續(xù)前進(jìn)。而假如這輛車(chē)的四個(gè)輪子都能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的話，那么，還有兩個(gè)沒(méi)陷入溝中的車(chē)輪能正常工作，使汽車(chē)?yán)^續(xù)行駛。在多軸驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上，為了將輸出的動(dòng)力分配給各驅(qū)動(dòng)橋設(shè)有分動(dòng)器。
1.2 分動(dòng)器類(lèi)型
（1）分時(shí)驅(qū)動(dòng)(Part－time 4WD)
這是一種駕駛者可以在兩驅(qū)和四驅(qū)之間手動(dòng)選擇的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由駕駛員根據(jù)路面情況，通過(guò)接通或斷開(kāi)分動(dòng)器來(lái)變化兩輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)模式，這也是一般越野車(chē)或四驅(qū)SUV最常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)模式。最顯著的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選取驅(qū)動(dòng)模式，比較經(jīng)濟(jì)。
（2）全時(shí)驅(qū)動(dòng)(Full－time 4WD)
這種傳動(dòng)系統(tǒng)不需要駕駛?cè)诉x擇操作，前后車(chē)輪永遠(yuǎn)維持四輪驅(qū)動(dòng)模式，行駛時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩按50：50設(shè)定在前后輪上，使前后排車(chē)輪保持等量的扭矩。全時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的駕駛操控性和行駛循跡性，有了全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，就可以在鋪覆路面上順利駕駛。但其缺點(diǎn)也很明顯，那就是比較廢油，經(jīng)濟(jì)性不夠好。而且，車(chē)輛沒(méi)有任何裝置來(lái)控制輪胎轉(zhuǎn)速的差異，一旦一個(gè)輪胎離開(kāi)地面，往往會(huì)使車(chē)輛停滯在那里，不能前進(jìn)。
（3）適時(shí)驅(qū)動(dòng)(Real－time 4WD)
采用適時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輛可以通過(guò)電腦來(lái)控制選擇適合當(dāng)下情況的驅(qū)動(dòng)模式。在正常的路面，車(chē)輛一般會(huì)采用后輪驅(qū)動(dòng)的方式。而一旦遇到路面不良或驅(qū)動(dòng)輪打滑的情況，電腦會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并立即將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩分配給前排的兩個(gè)車(chē)輪，自然切換到 四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，免除了駕駛?cè)说呐袛嗪褪謩?dòng)操作，應(yīng)用更加簡(jiǎn)單。不過(guò)，電腦與人腦相比，反應(yīng)畢竟較慢，而且這樣一來(lái)，也缺少了那種一切盡在掌握的征服感和駕駛樂(lè)趣。
圖1.1 東風(fēng)EQ2080越野車(chē)
本設(shè)計(jì)為東風(fēng)EQ2080越野車(chē)手動(dòng)三軸式分動(dòng)器，駕駛者可以在4驅(qū)和6驅(qū)之間進(jìn)行手動(dòng)選擇，如圖1.1所示，此車(chē)為6×6或者4×4驅(qū)動(dòng)。
1.3 分動(dòng)器的功用及意義
分動(dòng)器的功用就是將分動(dòng)器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。分動(dòng)器也是一個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，它單獨(dú)固定在車(chē)架上，其輸入軸與分動(dòng)器的輸出軸用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置連接，分動(dòng)器的輸出軸有若干根，分別經(jīng)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置與各驅(qū)動(dòng)橋相連。汽車(chē)全輪驅(qū)動(dòng)，可在冰雪、泥沙和無(wú)路的地區(qū)地面行駛。
由于現(xiàn)代車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩比較大，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍可輸出較大的轉(zhuǎn)矩，加上變速箱的傳動(dòng)比變化范圍較大，能夠很好地滿足車(chē)輛的使用要求，因此，依據(jù)越野車(chē)的的主要技術(shù)指標(biāo)、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和車(chē)輛行駛條件，來(lái)確定分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式的選擇、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取及各大零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
1.4 分動(dòng)器發(fā)展
分動(dòng)器已經(jīng)發(fā)展到第五代：第一代的分動(dòng)器基本上為分體結(jié)構(gòu)，直齒輪傳動(dòng)、雙換檔軸操作、鑄鐵殼體；第二代分動(dòng)器雖然也是分體結(jié)構(gòu)，但已改為全斜齒齒輪傳動(dòng)、單換檔軸操作和鋁合金殼體，一定程度上提高了傳動(dòng)效率、簡(jiǎn)便了換檔、降低了噪音與油耗；第三代分動(dòng)器增加了同步器，使多軸驅(qū)動(dòng)車(chē)輛具備在行進(jìn)中換檔的功能；第四代分動(dòng)器的重大變化在于采用了聯(lián)體結(jié)構(gòu)以及行星齒輪加鏈傳動(dòng)，從而優(yōu)化了換檔及大大提高了傳動(dòng)效率和性能；第五代分動(dòng)器殼體采用壓鑄鋁合金材料、齒型鏈傳動(dòng)輸出，其低擋位采用行星斜齒輪機(jī)構(gòu)，使其輕便可靠、傳動(dòng)效率高、操縱簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音更低。分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是前輸出軸傳動(dòng)系統(tǒng)皆采用低噪聲的多排鏈條傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)相對(duì)齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)有傳動(dòng)平穩(wěn)、嗓聲小、中心距誤差要求低、軸承負(fù)荷較小及防止共振。分動(dòng)器功能上的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩容量大、重量輕、傳動(dòng)效率高、噪音小、換擋輕便準(zhǔn)確，大大改善了多驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的轉(zhuǎn)矩分配，進(jìn)而提高了整車(chē)性能。
1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù)東風(fēng)EQ2080越野車(chē)的有關(guān)參數(shù)，通過(guò)分動(dòng)器各部分參數(shù)的選擇和計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種基本符合要求的三軸式分動(dòng)器。本設(shè)計(jì)主要完成下面一些主要工作：
1、參數(shù)計(jì)算。包括分動(dòng)器傳動(dòng)比計(jì)算、中心距計(jì)算、齒輪參數(shù)計(jì)算、各擋齒輪齒數(shù)的分配；
2、分動(dòng)器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算。分動(dòng)器齒輪幾何尺寸計(jì)算；分動(dòng)器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算及材料選擇；計(jì)算各軸的扭矩和轉(zhuǎn)速；齒輪強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)；
3、分動(dòng)器軸設(shè)計(jì)計(jì)算。包括各軸直徑及長(zhǎng)度計(jì)算、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度計(jì)算
4、分動(dòng)器軸承的選擇及校核；
5、分動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選用；
6、分動(dòng)器箱體的設(shè)計(jì)。
第2章 分動(dòng)器結(jié)構(gòu)的確定及主要參數(shù)的計(jì)算
2.1 設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要技術(shù)參數(shù)
本設(shè)計(jì)是根據(jù)東風(fēng)EQ2080越野車(chē)手動(dòng)三軸式分動(dòng)器而開(kāi)展的，設(shè)計(jì)中所采用的相關(guān)參數(shù)均來(lái)源于此種車(chē)型，具體參數(shù)如下所示
最大輸入轉(zhuǎn)速：3000r/min；
最小輸入轉(zhuǎn)速：600r/min；
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 353N·m
分動(dòng)器額定功率40kw
最高車(chē)速 80km/h
輪胎規(guī)格 9.00-18
整備質(zhì)量 5320kg
最大載重 2500kg
分動(dòng)器的主要參數(shù)（中心距、齒輪模數(shù)、軸徑等）選擇可按照變速器的參數(shù)選擇計(jì)算公式進(jìn)行。
2.2 零部件結(jié)構(gòu)方案分析
2.2.1 齒輪形式
齒輪分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。
與直齒圓柱齒輪比較，斜齒圓柱齒輪有使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是制造時(shí)稍有復(fù)雜，工作時(shí)有軸向力，這對(duì)軸承不利。分動(dòng)器中的常嚙合齒輪均采用斜齒圓柱齒輪。
2.2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式
分動(dòng)器的設(shè)計(jì)類(lèi)比于變速器和減速器的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在汽車(chē)大多數(shù)都采用中間軸式變速器，由《汽車(chē)構(gòu)造》中EQ2080型汽車(chē)分動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖，采用輸入軸與后輪輸出軸同軸的形式，輸入軸的后端經(jīng)軸承在后輪輸出軸的軸孔內(nèi)，后輪輸出要經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪副的傳遞，因此傳動(dòng)效率有所降低。
三軸分動(dòng)器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2.1
圖2.1 三軸式分動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖
2.3 各檔位傳動(dòng)比計(jì)算
主減速比的計(jì)算：
（2.1）
根據(jù)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著條件，檔數(shù)和傳動(dòng)比
（2.2）
為了增強(qiáng)汽車(chē)在不好道路的驅(qū)動(dòng)力，目前，四驅(qū)車(chē)一般用2個(gè)檔位的分動(dòng)器，分為高檔和低檔.本設(shè)計(jì)也采用2個(gè)檔位。
選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車(chē)最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力、汽車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑等來(lái)綜合考慮、確定。
汽車(chē)爬陡坡時(shí)車(chē)速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有
（2.3）
則由最大爬坡度要求的分動(dòng)器低檔傳動(dòng)比為
（2.4）
式中， ----汽車(chē)總質(zhì)量；
----重力加速度；
----道路最大阻力系數(shù)；
----驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑；
----發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
----主減速比；
----汽車(chē)傳動(dòng)系的傳
可求得變速器一擋傳動(dòng)比為
（2.5）
式中，G2----汽車(chē)滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給路面的載荷；
φ----路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)取φ=0.7
通過(guò)以上計(jì)算可得到3.79＜＜11，在本設(shè)計(jì)中，取。
根據(jù)一檔傳動(dòng)比可求得低檔傳動(dòng)比 即
根據(jù)設(shè)計(jì)要求
2.4 中心距A確定
將中間軸與第二軸之間的距離稱為中心距A。它是一個(gè)基本參數(shù)，其大小不僅對(duì)分動(dòng)器的外形尺寸、體積個(gè)質(zhì)量大小，而且對(duì)輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短。因此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來(lái)確定。分動(dòng)器的軸經(jīng)軸承安裝在殼體上，從布置分動(dòng)器的可能與方便和不因同一垂直面上的兩軸承孔之間的距離過(guò)小而影響殼體的強(qiáng)度考慮，要求中心距取大些。還有，分動(dòng)器中心取得過(guò)小，會(huì)使分動(dòng)器長(zhǎng)度增加，并因此使軸的剛度被削弱和使齒輪的嚙合狀態(tài)變壞。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： （2.6）
式中，為分動(dòng)器中心距（mm）；KAC為中心距系數(shù)，取KA=17～19.5；Temax為輸入最大扭矩（N m）。
可確定中心距：
為檢測(cè)方便，圓整中心距A=130mm。
2.5 本章小結(jié)
本章主要依據(jù)分動(dòng)器的要求確定了齒輪的形式并通過(guò)結(jié)構(gòu)確定了傳動(dòng)的形式。根據(jù)車(chē)輛的主要技術(shù)參數(shù)，通過(guò)計(jì)算確定了傳動(dòng)比和中心距，為齒輪的齒數(shù)分配及軸的選取提供了依據(jù)。
第3章 分動(dòng)器的齒輪設(shè)計(jì)
各擋位齒輪在分動(dòng)器中的位置安排，考慮到齒輪的受載狀況。承受載荷大的低擋齒輪，安置在離軸承較近的方，以減小鈾的變形，使齒輪的重疊系數(shù)不致下降過(guò)多。分動(dòng)器齒輪主要是因接觸應(yīng)力過(guò)高而造成表面點(diǎn)蝕損壞，因此將高擋齒輪安排在離兩支承較遠(yuǎn)處。該處因軸的變形而引起齒輪的偏轉(zhuǎn)角較小，故齒輪的偏載也小。
3.1 模數(shù)的確定
齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取因素又很多，如齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、噪聲、工藝要求、載荷等。
決定齒輪模數(shù)的因素很多，其中最主要的是載荷的大小。由于高檔齒輪和低檔齒輪載荷不同，股高速擋和低速檔的模數(shù)不宜相同。從加工工藝及維修觀點(diǎn)考慮，同一齒輪機(jī)械中的齒輪模數(shù)不宜過(guò)多。分動(dòng)器齒輪模數(shù)的范圍如表3.1
表3.1 汽車(chē)變速器齒輪的法向模數(shù)
車(chē) 型
乘用車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L
貨車(chē)的最大總質(zhì)量/t
1.0＞V≤ 1.6
1.6＜V≤ 2.5
6.0＜≤14.0
≥14.0
模數(shù)/mm
2.25～2.75
2.75～3.00
3.50～4.50
4.50～6.00
所選模數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1357—1987的規(guī)定，。接合齒和嚙合套多采用漸開(kāi)線齒形。由于工藝上的考慮，同分動(dòng)器中的結(jié)合齒采用同一模數(shù)。其選取的范圍是：轎車(chē)及輕、中型貨車(chē)為2～3.5；重型貨車(chē)為3.5～5。選取較小模數(shù)并增多齒數(shù)有利于換擋。
選取各齒輪副模數(shù)如下：
常嚙合齒輪：mn=4mm；
低速檔：mn=4mm，
高速擋：mn=4mm。
3.2 齒形、壓力角及螺旋角
汽車(chē)變速器的齒形、壓力角及螺旋角按表3.2選取。
表3.2 汽車(chē)分動(dòng)器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角
項(xiàng)目
車(chē)型
齒形
壓力角α
螺旋角β
轎車(chē)
高齒并修形的齒形
，，，
～
一般貨車(chē)
GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形
～
重型車(chē)
GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形
低擋、倒擋齒輪，
小螺旋角
壓力角較小時(shí)，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低；壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)于轎車(chē)，為加大重合度以降低噪聲，應(yīng)取用小些的壓力角；對(duì)于貨車(chē)，為提高齒輪承載能力，應(yīng)取用大些的壓力角。
實(shí)際上，因國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為，所以分動(dòng)器齒輪采用的壓力角為。
斜齒輪在分動(dòng)器中得到廣泛應(yīng)用。選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對(duì)齒輪工作噪聲、齒輪的強(qiáng)度和軸向力有影響。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。實(shí)驗(yàn)還證明：隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過(guò)當(dāng)螺旋角大于 時(shí)，其抗彎強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度仍繼續(xù)上升。因此，從提高低擋齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并不希望用過(guò)大的螺旋角，以 15°～25°為宜；而從提高高擋齒輪的接觸強(qiáng)度和增加重合度著眼，應(yīng)當(dāng)選用較大的螺旋角。但螺旋角太大，會(huì)使軸向力及軸承載荷過(guò)大。初選低速檔嚙合齒輪螺旋角β=20°。
3.3 齒寬
齒輪寬度大，承載能力高。但齒輪受載后，由于齒向誤差及軸的撓度變形等原因，沿齒寬方向受力不均勻，因而齒寬不宜太大。通常可以根據(jù)齒輪模數(shù)來(lái)選擇齒寬b。
（3.1）
式中：－齒寬系數(shù)，直齒輪取，斜齒輪取；
－法面模數(shù)。
齒寬可根據(jù)下列公式初選：直齒輪b=(4.5~8.0)m,斜齒輪b=(7.0~8.6)mn。
綜合各個(gè)齒輪的情況，均為斜齒輪:
設(shè)計(jì)b=4×(7.0~8.6)=28~34.4，齒寬均選為30mm。
3.4 各檔齒輪齒數(shù)的確定
3.4.1 低速檔齒輪副齒數(shù)的確定
在初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)方案來(lái)分配各檔齒輪的齒數(shù)。
齒數(shù)和：
（3.2）
圓整取S=61
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，一軸低速檔齒輪齒數(shù)在z1=24～28之間選取。不妨通過(guò)下列關(guān)系對(duì)著三個(gè)數(shù)值得出的參數(shù)進(jìn)行比較。
通過(guò)比較可以得出z1=25，z2=36時(shí)，i低=2.074，與設(shè)計(jì)要求2.05最接近。
所以：z1=25，z2=36
3.4.2 對(duì)中心距進(jìn)行修正
因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過(guò)取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)，故中心距變?yōu)?
（3.3）
修正中心距，取A=130。
重新確定螺旋角β，其精確值應(yīng)為
下面根據(jù)方程組：
確定常嚙合齒輪副齒數(shù)分別為。
重新確定螺旋角β，其精確值為
3.4.3 確定其他齒輪的齒數(shù)
齒輪5為中橋輸出軸齒輪，因此齒輪5與后橋輸出軸齒輪4各參數(shù)應(yīng)相同。
低速檔齒輪： （3.4）
根據(jù)，
可以得出
于是可得，圓整取
重新確定螺旋角β，其精確值為
齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)如表3.3所示：
表3.3 齒輪各參數(shù)數(shù)據(jù)
齒輪
高速檔
低速檔
常嚙合
齒輪齒數(shù)
輸入軸
齒輪6
中間軸
齒輪7
輸入軸
齒輪1
中間軸
齒輪2
輸出軸
齒輪3
中間軸
齒輪4
35
26
25
36
36
25
實(shí)際傳動(dòng)比i
0.745
1.44
1.44
螺旋角β
法面模數(shù)mn（mm）
4
4
4
法面齒頂高系數(shù)
1
1
1
法面頂隙系數(shù)
0.25
0.25
0.25
分度圓壓力角αn
20°
20°
20°
分度圓直徑d（mm）
149.02
110.68
106.56
153.44
153.44
106.56
中心距A（mm）
130
130
130
齒頂高h(yuǎn)a（mm）
4
4
4
齒根高h(yuǎn)f（mm）
5
5
5
齒全高h(yuǎn)（mm）
9
9
9
有效齒寬b（mm）
30
30
30
當(dāng)量齒數(shù)zv
42.36
31.45
30.25
43.56
43.56
30.25
3.5 齒輪損壞的原因和形式
齒輪在嚙合過(guò)程中，輪齒根部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，過(guò)渡轉(zhuǎn)角處又有應(yīng)力集中，故當(dāng)齒輪受到足夠大的載荷作用，其根部的彎曲應(yīng)力超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)，輪齒就會(huì)斷裂。這種由于強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生的斷裂，其斷面為一次性斷裂所呈現(xiàn)的粗狀顆粒面。在汽車(chē)分動(dòng)器中這種情況很少發(fā)生。而最常見(jiàn)的斷裂則是由于在重復(fù)載荷作用下使齒根受拉面的最大應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)疲勞裂縫而逐漸擴(kuò)展到一定深度后所產(chǎn)生的折斷，其疲勞斷面在疲勞裂縫部分呈光滑表面，而突然斷裂部分呈粗粒狀表面[14]。分動(dòng)器低擋小齒輪由于載荷大而齒數(shù)少、齒根較弱，其主要破壞形式就是這種彎曲疲勞斷裂。
齒面點(diǎn)蝕是常用的高擋齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的形式。齒面長(zhǎng)期在脈動(dòng)的接觸應(yīng)力作用下，會(huì)逐漸產(chǎn)生大量與齒面成尖角的小裂縫。嚙合時(shí)由于齒面的相互擠壓，使充滿了潤(rùn)滑油的裂縫處油壓增高，導(dǎo)致裂縫的擴(kuò)展，最后產(chǎn)生剝落，使齒面上產(chǎn)生大量的扇形小麻點(diǎn)，即是所謂點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕使齒形誤差加大而產(chǎn)生動(dòng)載荷，甚至可能引起輪齒折斷。通常是靠近節(jié)圓根部齒面處的點(diǎn)蝕較靠近節(jié)圓頂部齒面出的點(diǎn)蝕嚴(yán)重；主動(dòng)小齒輪較被動(dòng)大齒輪嚴(yán)重。
對(duì)于高速重載齒輪，由于齒面相對(duì)滑動(dòng)速度高、接觸壓力大且接觸區(qū)產(chǎn)生高溫而使齒面間的潤(rùn)滑油膜破壞，使齒面直接接觸。在局部高溫、高壓下齒面互相熔焊粘連，齒面沿滑動(dòng)方向形成撕傷痕跡的損壞形式成為齒面膠合。在一般汽車(chē)變速器中，產(chǎn)生膠合損壞的情況較少。
增大輪齒根部齒厚，加大齒根圓角半徑，采用高齒，提高重合度，增多同時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)，提高輪齒柔度，采用優(yōu)質(zhì)材料等，都是提高輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的措施。合理選擇齒輪參數(shù)及變位系數(shù)，增大齒廓曲率半徑，降低接觸應(yīng)力，提高齒面強(qiáng)度等，可提高齒面的接觸強(qiáng)度。采用黏度大、耐高溫、耐高壓的潤(rùn)滑油，提高油膜強(qiáng)度，提高齒面強(qiáng)度，選擇適當(dāng)?shù)凝X面表面處理方法和鍍層等，是防止齒面膠合的措施。
3.6 齒輪的材料選擇
1、齒輪材料的選擇原則
(1)滿足工作條件的要求
不同的工作條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同的要求，故對(duì)齒輪材料亦有不同的要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪，要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而且齒面硬，齒芯軟。
(2)合理選擇材料配對(duì)
如對(duì)硬度≤ 350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且使兩輪硬度差在30～50HBS左右。為提高抗膠合性能，大、小輪應(yīng)采用不同鋼號(hào)材料。
(3)考慮加工工藝及熱處理工藝
大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵；中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常采用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。軟齒面齒輪常用中碳鋼或中碳合金鋼，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，再進(jìn)行切削加工即可；硬齒面齒輪（硬度>350HBS）常采用低碳合金鋼切齒后再表面滲碳淬火或中碳鋼（或中碳合金鋼）切齒后表面淬火，以獲得齒面、齒芯韌的金相組織，為消除熱處理對(duì)已切輪齒造成的齒面變形需進(jìn)行磨齒。但若采用滲氮處理，其齒面變形小，可不磨齒，故可適用于內(nèi)齒輪等無(wú)法磨齒的齒輪。
2、齒輪材料的選擇
現(xiàn)代汽車(chē)分動(dòng)器齒輪大都采用滲碳合金鋼制造，使輪齒表面的高硬度與輪齒心部的高韌性相結(jié)合，以大大提高其接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及耐磨性。在選擇齒輪的材料及熱處理時(shí)也應(yīng)考慮其加工性能及制造成本。
國(guó)產(chǎn)汽車(chē)分動(dòng)器齒輪的常用材料是20CrMnTi,也有采用20Mn2TiB，20MnVB，20MnCr5的。這些低碳合金鋼都需隨后的滲碳、淬火處理，以提高表面硬度，細(xì)化材料晶粒。為消除內(nèi)應(yīng)力，還要進(jìn)行回火。
分動(dòng)器齒輪輪齒表面滲碳層深度的推薦范圍如下：
滲碳層深度0.8～1.2mm
3.5＜＜5 滲碳層深度0.9～1.3mm
滲碳層深度1.0～1.6mm
滲碳齒輪在淬火、回火后，要求輪齒的表面硬度為HRC58～63，心部硬度為HRC33～48。
某些輕型以下的載貨汽車(chē)和轎車(chē)等分動(dòng)器的小模數(shù)（）齒輪，采用了40Cr或35Cr鋼并進(jìn)行表面氰化處理。這種中碳鉻鋼具有滿意的鍛造性能及良好的強(qiáng)度指標(biāo)，氰化鋼熱處理后變形小也是優(yōu)點(diǎn)。但由于氰化層較薄且鋼的含碳量又高，故接觸強(qiáng)度和承載能力均受到限制。
3.7 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
與其它機(jī)械設(shè)備用變速器比較，不同用途汽車(chē)的分動(dòng)器齒輪使用條件是相似的。此外，汽車(chē)分動(dòng)器齒輪用的材料、熱處理方法、加工方法、精度級(jí)別、支撐方式也基本一致。如汽車(chē)分動(dòng)器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或磨齒精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于7級(jí)。因此，比用于通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)齒輪，同樣可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。
3.7.1 輪齒的彎曲應(yīng)力
（1）直齒輪彎曲應(yīng)力公式為 (3.5)
式中：－彎曲應(yīng)力(MPa)；
－圓周力(N)，；
－計(jì)算載荷(N·m)；
－節(jié)圓直徑(mm)；
－應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.65；
－摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，對(duì)彎曲應(yīng)力的影響也不同，主動(dòng)齒輪=1.1，從動(dòng)齒輪=0.9；
－齒寬(mm)；
－端面齒距(mm)，；
－模數(shù)；
－齒形系數(shù)，如圖3.1所示
圖3.1齒形系數(shù)圖
因?yàn)辇X輪節(jié)圓直徑，式中為齒數(shù)，所以將上述有關(guān)參數(shù)代入式后得
(3.6)
（2）斜齒輪的彎曲應(yīng)力公式為
(3.7)
式中：－圓周力()，；
－計(jì)算載荷(N·m)；
－節(jié)圓直徑(mm)，，－法向模數(shù)(mm)，－齒數(shù)，－斜齒輪螺旋角()；
－應(yīng)力集中系數(shù)，；
－齒面寬(mm)；
－法向齒距(mm)，；
－齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖4.1中查得；
－重合度影響系數(shù)，。
將上述有關(guān)參數(shù)代入公式后，可得到斜齒輪的彎曲應(yīng)力公式為
(3.8)
當(dāng)計(jì)算載荷取作用到分動(dòng)器輸入軸上的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)乘用車(chē)常嚙合齒輪和高擋齒輪，許用應(yīng)力在180～350MPa范圍，對(duì)貨車(chē)為100～250MPa范圍。
當(dāng)掛上低速檔時(shí)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大，因此只要校核低速檔時(shí)的彎曲應(yīng)力就可以了。
掛上低速檔時(shí)：
輸入軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
低速檔齒輪為斜齒輪，由齒輪的彎曲應(yīng)力公式為
式中：－齒形系數(shù)。由圖4.1得，。
通過(guò)以上的計(jì)算，把各個(gè)參數(shù)代入公式后得
=168MPa100～250MPa
=145MPa100～250Mpa
所以高低速檔的齒輪的彎曲強(qiáng)度均合格。
3.7.2 輪齒接觸應(yīng)力
(3.9)
式中：－輪齒接觸應(yīng)力(MPa)；
－齒面上的法向力(N)，，為圓周力()，，為計(jì)算載荷(N·m)，為節(jié)圓直徑(mm)，為節(jié)點(diǎn)處壓力角()，為齒輪螺旋角()；
－齒輪材料的彈性模量(MPa)，MPa；
－齒輪接觸的實(shí)際寬度(mm)，斜齒輪用代替；
、－主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑(mm)，直齒輪、，斜齒輪、，、主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑(mm)。
將作用在分動(dòng)器輸入軸上的載荷作為計(jì)算載荷時(shí)，變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力見(jiàn)表3.4。
表3.4 變速器齒輪的許用接觸應(yīng)力
齒輪
/MPa
滲碳齒輪
液體碳氮共滲齒輪
一擋和倒擋
1900～2000
950～1000
常嚙合齒輪和高擋
1300～1400
650～700
低檔時(shí)受力分析
低檔時(shí)輸入軸受力分析：
低檔時(shí)中間軸受力分析：
齒輪的接觸應(yīng)力公式為
將各參數(shù)代入公式后得
=1044,04MPa1900～2000MPa
高檔時(shí)受力分析：
中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
高檔時(shí)輸入軸受力分析：
高檔時(shí)中間軸受力分析：
將各參數(shù)代入公式后得
=878.38MPa1300～1400MPa
所以高低檔齒輪的接觸強(qiáng)度都合格。
3.8 本章小結(jié)
本章主要是通過(guò)對(duì)齒輪的基本參數(shù)計(jì)算，確定了齒輪的齒形和齒數(shù)，在齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，需要全面考慮，分清主次要方面，最大限度的平衡各方面關(guān)系，通過(guò)對(duì)齒輪的彎曲應(yīng)力和強(qiáng)度校核，完成了對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)
第4章 軸的設(shè)計(jì)
4.1軸的尺寸初選
分動(dòng)器在工作時(shí)承受著轉(zhuǎn)矩及來(lái)自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸向力引起的彎矩。剛度不足會(huì)引起彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，降低齒輪的強(qiáng)度、耐磨性及壽命。設(shè)計(jì)分動(dòng)器軸時(shí)，其剛度大小應(yīng)以能保證齒輪能有正確的嚙合為前提條件。軸的徑向及軸向尺寸對(duì)其剛度影響很大，且軸長(zhǎng)與軸徑應(yīng)協(xié)調(diào)。
分動(dòng)器輸入軸與中間軸的最大直徑d可根據(jù)中心距按以下公式初選
(4.1)
在已經(jīng)確定了中心距A 后，輸入軸和中間軸中部直徑可以初步確定，d=0.45A=0.45×130mm=58.5mm。在草圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，將最大直徑確定為如下數(shù)值：輸入軸dmax=60，中間軸dmax=60mm，輸出軸dmax=70mm。
4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)保證齒輪、嚙合套及軸承等安裝、固定，并與工藝要求有密切關(guān)系。
本設(shè)計(jì)中，輸入軸和低速檔齒輪做成一體，前端通過(guò)矩形花鍵安裝半聯(lián)軸器，其后端通過(guò)滾針軸承安裝在后橋輸出軸齒輪內(nèi)腔里。高速檔齒輪通過(guò)普通平鍵固定在輸入軸上。
中間軸有旋轉(zhuǎn)式和固定式兩種，本設(shè)計(jì)中采用旋轉(zhuǎn)式中間軸。中間軸與嚙合套的齒座做成一體，兩端通過(guò)圓錐滾子軸承支撐。高、低速檔齒輪均用滾針軸承安裝在軸上，常嚙合齒輪通過(guò)花鍵固定在軸上。中間軸兩端做有螺紋，用來(lái)定位軸承，螺紋不應(yīng)淬硬。
后橋輸出軸與其上齒輪做成一體，齒輪做有內(nèi)腔以安裝輸入軸，齒輪懸臂布置，采用兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐。
中橋輸出軸上的齒輪用平鍵固定在軸上，與前橋輸出軸對(duì)接處做有漸開(kāi)線花鍵，通過(guò)嚙合套可以與前橋輸出軸上的漸開(kāi)線花鍵聯(lián)接，用以接上、斷開(kāi)前橋輸出。
各檔齒輪與軸之間有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，無(wú)論裝滾針軸承、襯套(滑動(dòng)軸承)還是鋼件對(duì)鋼件直接接觸，軸的表面粗糙度均要求很高，不低于0.8，表面硬度不低于HRC58-63。各截面尺寸避免相差懸殊。
（1）輸入軸（圖4.1）
圖4.1 輸入軸
輸入軸的最小直徑在安裝聯(lián)軸器的花鍵處，聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取KA=1.3，則：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)》手冊(cè)表6-97，選用YL11型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑為45mm，故取，，CD段裝有圓錐滾子軸承，查《機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)》表6-67選孔徑為50mm的30210型圓錐滾子軸承與之配合其尺寸為d×D×T×B×C×a=50mm×90mm×21.75mm×20mm×17mm×20mm，故取DE段固定齒輪，故取，根據(jù)整體結(jié)構(gòu)取FG處是齒輪軸上的紙輪6，分度圓直徑GH段安裝滾針軸承，由于只承受彎矩故可取，滾針軸承尺寸d×D×C=40×45×27。
（2）后橋輸出軸（圖4.2）
圖4.2 后橋輸出軸
為了防止兩軸研合到一起引起兩周對(duì)接卡死，輸入軸與后橋輸出軸間留有0.5mm的間隙，IK段是齒輪軸上的齒輪3，分度圓直徑KL段安裝軸承，查表取孔徑70mm的30214型圓錐滾子軸承，其尺寸為d×D×T×B×C×a=70mm×125mm×26.25mm×24mm×21mm×25.8mm，故，LM段根據(jù)端蓋結(jié)構(gòu)取，MN段安裝軸承，查表選取孔徑為65mm的30213型圓錐滾子軸承，其尺寸為d×D×T×B×C×a=65mm×120mm×24.75mm×23mm×20mm×23.8mm取NO段安裝輸出軸聯(lián)軸器，取。
（3）中間軸（圖4.3）
圖4.3 中間軸
de段是嚙合套外齒輪8，分度圓直徑，，嚙合套齒輪8與兩邊的齒輪7、2各留有0.5mm的間隙，齒輪7、2的總齒寬為45mm，齒輪2、4間留有間隙5mm，所以，bc、fg段安裝軸承，取孔徑為50mm的30210型圓錐滾子軸承，，ab、gh段做成螺紋用于軸的兩端固定，取。
（4）中橋輸出軸（圖4.4）
圖4.4 中橋輸出軸
ef段安裝齒輪5，取，bc、fg段安裝軸承，取孔徑為60mm的30212型圓錐滾子軸承，其尺寸為d×D×T×B×C×a=60mm×110mm×23.75mm×22mm×19mm×22.3mm，，de、cd段根據(jù)結(jié)構(gòu)取，，ab段漸開(kāi)線齒輪分度圓直徑，gh段安裝聯(lián)軸器，。
（5）前橋輸出軸（圖4.5）
圖4.5 前橋輸出軸
cd段齒輪分度圓直徑，bc段安裝一對(duì)圓錐滾子軸承，取孔徑為50mm的30210型圓錐滾子軸承，，ab段安裝聯(lián)軸器，取。
4.3 花鍵的形式和尺寸
輸入軸的花鍵部分直徑可按下式初選，式中K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=4.0～4.6；Temax為最大輸入轉(zhuǎn)矩（Nm）。d=34.41～39.57mm，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)》表6-58，取輸入軸矩形花鍵尺寸：
。
其中N為鍵數(shù)，d為小徑，D為大徑，B為鍵寬
其他各花鍵的形式和尺寸根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和尺寸確定，具體參數(shù)列為下。
后橋輸出軸矩形花鍵：
；
前橋輸出軸矩形花鍵：
；
中橋輸出軸矩形花鍵：
4.4 軸承的設(shè)計(jì)
分動(dòng)器的軸經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)，常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸承等。軸承的選用受到結(jié)構(gòu)的限制，并隨所承受載荷的特點(diǎn)不同而不同，在此設(shè)計(jì)中選用圓錐滾子軸承裝于殼體上，軸承的直徑根據(jù)根據(jù)分動(dòng)器中心距和軸的直徑確定，保證殼體后壁兩軸承孔之間的距離不小于6mm。
軸承的實(shí)際的載荷條件常與確定基本額定動(dòng)載荷時(shí)不同。在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，必須將實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動(dòng)載荷時(shí)的載荷條件相一致的假想載荷，在其作用下的軸承壽命與其實(shí)際載荷作用下的相同，這一假想載荷成為當(dāng)量動(dòng)載荷，用P表示，因此，軸承的壽命計(jì)算必須想求出當(dāng)量動(dòng)載荷。
當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算公式為
(4.2)
式中：，－徑向、軸向載荷系數(shù)；，。
－考慮載荷性質(zhì)引入的載荷系數(shù)，對(duì)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，取1.2～1.8，在此取=1.4。
=3708.94N
對(duì)汽車(chē)軸承壽命的要求是轎車(chē)30萬(wàn)Km，貨車(chē)和大客車(chē)25萬(wàn)Km。則軸承的使用預(yù)期使用壽命可按汽車(chē)以平均車(chē)速行駛至大修前的總行駛里程S來(lái)計(jì)算
(4.3)
式中的汽車(chē)平均車(chē)速可取。
所以軸承失效前汽車(chē)行駛的時(shí)間為
h
而軸承壽命的計(jì)算公式為
式中：－壽命系數(shù)，對(duì)滾子軸承，；
－軸承轉(zhuǎn)速。
將參數(shù)代入公式后得
=7394.44h
軸軸承的使用壽命符合要求。
4.5齒輪和軸上的受力計(jì)算
中間軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
后橋輸出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
輸入軸
中間軸
輸出軸
4.6 軸的強(qiáng)度校核
由結(jié)構(gòu)可看出，后橋輸出軸強(qiáng)度最弱，因此首先對(duì)其校核。
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取a值。對(duì)于30214型圓錐滾子軸承，a=25.8mm，因此作為懸臂梁的軸長(zhǎng)
L=15mm+10mm+24mm-25.8mm=23.2mm。
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖4.6）。
（a）
（b）
（c）
圖4.6 軸的載荷分析
（d）
（e）
（f）
圖4.6軸的載荷分析（續(xù)）
由軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出支點(diǎn)處截面是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的次截面處的MH、MV及M的值列于表4.1。
表4.1 載荷計(jì)算
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
FNH=Ft=15368N
FNV=Fr=5960N
彎矩M
MH=356537.6N mm
MV=138272N mm
總彎矩
扭矩T
T=1179000N mm
作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直平面內(nèi)彎曲變形，而圓周力使軸在水平面彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的反力后，計(jì)算相應(yīng)的垂向彎矩、水平彎矩。則軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩的同時(shí)作用下，其應(yīng)力為
式中:(MPa)；
為軸的直徑(mm)，花鍵處取內(nèi)徑；
為抗彎截面系數(shù)(mm3)
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，取α=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
N
軸的材料為20Cr，滲碳淬火，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得。因此，故安全。
4.7 本章小結(jié)
本章通過(guò)對(duì)分動(dòng)器結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計(jì)出軸的結(jié)構(gòu)，并針對(duì)設(shè)計(jì)出的軸設(shè)計(jì)出了想匹配的軸承，達(dá)到正確的裝配關(guān)系，在滿足裝配關(guān)系的條件下還要進(jìn)行強(qiáng)度的校核，以滿足設(shè)計(jì)、使用需要。
第5章 分動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)及其殼體的設(shè)計(jì)
5.1分動(dòng)器的操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
越野汽車(chē)在良好道路行駛時(shí)，為減小功率消耗及傳動(dòng)系機(jī)件和輪胎摩擦，一般均切斷通前橋動(dòng)力。在越野行駛時(shí)，若需低速檔動(dòng)力，則為了防止后橋及中橋超載，應(yīng)使低速檔動(dòng)力由所有驅(qū)動(dòng)橋分擔(dān)。為此，對(duì)分動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)有如下特殊要求：非先接上前橋，不得掛上低速檔；非先退出低速檔，不得摘下前橋。
分動(dòng)器的操縱機(jī)構(gòu)由操縱桿、撥叉軸、撥叉、結(jié)合套等組成。
本次設(shè)計(jì)為越野車(chē)分動(dòng)器，由于總布置關(guān)系，分動(dòng)器布置在離駕駛室座椅較遠(yuǎn)的位置，因此，就需要采用遠(yuǎn)距離操縱。這種機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛度，且各連接件的間隙不能過(guò)大，以保證足夠的剛度。
5.2分動(dòng)器殼體
殼體采用灰鑄鐵鑄造工藝。
殼體壁厚取10mm；殼體側(cè)面的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪齒頂之間留有5～8mm的間隙；齒輪齒頂?shù)椒謩?dòng)器底部之間留有不小于15mm的間隙。
在殼體上設(shè)計(jì)有加強(qiáng)肋，一方面避免了在分動(dòng)器殼體上出現(xiàn)不利于吸收齒輪的振動(dòng)和噪聲的大平面，另一方面增強(qiáng)了殼體的剛度。
為了注油和放油，在分動(dòng)器上設(shè)計(jì)有注油孔和放油孔。注油孔位置設(shè)立在潤(rùn)滑油所在的平面出，同時(shí)利用它作為檢查油面高度的檢查孔。放油孔設(shè)計(jì)在殼體的最低處，放油螺塞采用永恒磁性螺塞，可以吸住存留于潤(rùn)滑油內(nèi)的金屬顆粒。為了保持分動(dòng)器內(nèi)部為大氣壓力，在分動(dòng)器頂部裝有通氣塞。
5.3總成的裝配
主要裝配順序?yàn)?；裝配各軸總成 ——→ 裝配各軸、固定——→ 裝配撥叉軸、撥塊及撥叉——→ 裝配箱蓋，用螺栓堅(jiān)固——→裝配端蓋→ 裝另一面端蓋——→裝配操縱機(jī)構(gòu)外設(shè)裝置——→ 裝配加油、放油螺塞、通氣器等。
裝配工藝的技術(shù)要求主要包括：裝配的完整性、完好性、統(tǒng)一性、緊固性、潤(rùn)滑性和良好的密封性。
分動(dòng)器總成裝配完成之后還要進(jìn)行精度檢驗(yàn)和和性能實(shí)驗(yàn)。
5.4 本章小結(jié)
介紹了操縱機(jī)構(gòu)的組成以及操縱機(jī)構(gòu)的要求，完成本設(shè)計(jì)的最后部分—?dú)んw的設(shè)計(jì)，最后總成裝配，完成三軸分動(dòng)器的設(shè)計(jì)。分動(dòng)器總成裝配完成之后還要進(jìn)行精度檢驗(yàn)和和性能實(shí)驗(yàn)。
結(jié) 論
分動(dòng)器已經(jīng)成為現(xiàn)代軍用車(chē)和SUV不可缺少的部分，分動(dòng)器轉(zhuǎn)矩容量大、重量輕、傳動(dòng)效率高、噪音小、換擋輕便準(zhǔn)確，大大改善了多驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的轉(zhuǎn)矩分配，進(jìn)而提高了整車(chē)性能。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)東風(fēng)EQ2080越野車(chē)三軸式分動(dòng)器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要完成了分動(dòng)器傳動(dòng)方案的確定，分動(dòng)器各擋傳動(dòng)比分配的確定，分動(dòng)器齒輪參數(shù)的選擇，分動(dòng)器各擋齒輪齒數(shù)分配，分動(dòng)器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，分動(dòng)器軸和軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算，操縱機(jī)構(gòu)及箱體的設(shè)計(jì)以及利用AutoCAD畫(huà)裝配圖和零件圖等設(shè)計(jì)任務(wù)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一般是根據(jù)性能要求利用經(jīng)驗(yàn)公式取初值，然后驗(yàn)算其強(qiáng)度，傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)等，如果不符合要求則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)改變某些參數(shù)，繼續(xù)驗(yàn)算，直至符合所有的條件與要求。
本設(shè)計(jì)本著經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的原則，在各部件的設(shè)計(jì)要求上都采用比較開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，因此，設(shè)計(jì)存在誤差，這一點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)的不理想之處。
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致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師王瑛璞老師的親切關(guān)懷和耐心指導(dǎo)下完成的，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，王老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，畢業(yè)設(shè)計(jì)的每一部分都傾注了王老師大量的心血。除了敬佩王瑛璞老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此，謹(jǐn)向王老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！在感謝王老師的同時(shí)，也不會(huì)忘記崔宏耀，李涵武，孫遠(yuǎn)濤老師的指點(diǎn)和幫助，是崔老師和李老師在開(kāi)題答辯時(shí)發(fā)現(xiàn)了我設(shè)計(jì)的誤區(qū)，及時(shí)為我指明了設(shè)計(jì)的方向，是崔老師和孫老師在中期答辯時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在的不足，及時(shí)讓我發(fā)現(xiàn)不足并完善了設(shè)計(jì)。
感謝各位專(zhuān)業(yè)老師對(duì)我的指導(dǎo)。正是由于他們的栽培，我才能夠系統(tǒng)全面地掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，順利完成各項(xiàng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，從而形成了一定的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)技能。這些都是我能夠完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的有力保障。
經(jīng)過(guò)四個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有他人的督促指導(dǎo)，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。但是正是因?yàn)橛辛藢W(xué)院的督促，老師的指導(dǎo)，同學(xué)的幫助，父母的關(guān)心，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成。再一次表示最衷心的感謝！
最后我還要感謝汽車(chē)與交通工程學(xué)院和我的母校黑龍江工程學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的栽培。
附 錄
附錄A 英文科技文獻(xiàn)
Suvs in bad roads or often, especially under the situation and military vehicles driving conditions, this requires more severe increase the number of vehicles driving wheel, therefore, by more than off-road vehicles driving. For example, if a single shaft drive vehicle driving wheel into two ditch (this happens in bad road often meet), then the vehicle can through the wheel and the friction force and move on. If the vehicle is more, even if the drive shaft driving wheel part, the driver to drive wheels still can continue to work, vehicle. In many shaft