宇通客车主减速器设计
摘 要
在现代汽车驱动桥上，主减速器的功用是将输入的转距增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。单级主减速器通常由主动齿轮和从动齿轮组成。在双级主减速器中，通常还要加一对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。主减速器采用的最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。在某些公共汽车和重型汽车上有时也选用蜗轮传动。本次设计的题目是宇通某客车主减速器设计。汽车主减速器是汽车传动中最重要的部件之一，它能够将万向传动装置传来的发动机转矩传给驱动车轮，以实现减速增扭。主减速器的设计对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着独特的作用，是汽车设计的重点之一。本文选取宇通客车为参考车型，在分析其主减速器的结构组成、工作原理和运动特点后选择最合适的主减速器设计方案，主要完成了单级主减速器螺旋锥齿轮和主动齿轮轴的设计和校核工作，然后作出相关零件图、装配图，并对主要零部件进行三维建模。这次毕业设计主要介绍了减速器的类型作用及构成等，全方位的运用所学过知识。如：机械制图，金属材料工艺学公差等以学过的理论知识。在实际生产中得以分析和解决。
关键词：宇通客车 主减速器，螺旋锥齿轮，主动齿轮轴，轴承，三维建模
Abstract
On the drive axle of modern automobile, the function of the main reducer is to increase the input pitch and reduce the speed accordingly, as well as to change the direction of torque rotation when the engine is in the longitudinal position. The single-stage main reducer is usually composed of driving gear and driven gear. In the two-stage main reducer, a pair of cylindrical gears or a group of planetary gears are usually added. In the wheel side reducer, helical cylindrical gears or planetary gears with parallel axes are usually used. Spiral bevel gears and hyperboloid gears are widely used in the main reducer. Worm wheel drive is sometimes used in some buses and heavy vehicles. The topic of this design is the design of a bus owner reducer in Yutong. The main reducer is one of the most important parts of automobile transmission. It can transfer the engine torque from universal transmission to the driving wheel to achieve deceleration and torsion increase. The design of the main reducer plays a unique role in improving the ride stability and trafficability of automobiles, and it is one of the key points in automobile design. In this paper, Yutong bus is selected as the reference model. After analyzing the structure, working principle and motion characteristics of the main reducer, the most suitable design scheme of the main reducer is selected. The design and verification of spiral bevel gear and drive gear axle of the single-stage main reducer are mainly completed. Then the related parts and assembly drawings are made, and the three-dimensional model of the main parts and components is built.
目录
1.绪 论 1
1.1 研究本课题的目的和意义 1
1.2 主减速器的定义种类功用 1
1.3 论文研究内容 3
2 主减速器的设计 3
2.1 主减速器的工作原理和设计要求 3
2.2 主减速器结构形式的选择 3
2.2.1 根据减速形式选择 4
2.2.2 根据齿轮类型选择 4
2.2.3 主动锥齿轮的支撑形式 7
2.2.4 从动锥齿轮的支撑形式 8
2.3 设计的主要参数 9
2.4 主减速器齿轮计算载荷的确定 9
2.4.1 从动锥齿轮的计算载荷 9
2.4.2 主动锥齿轮的计算载荷 12
2.5 螺旋锥齿轮基本参数的选择 13
2.5.5 螺旋方向的选择 16
2.5.6 法向压力角 17
2.5.7 圆弧齿锥齿轮铣刀盘名义直径的选择 17
2.6 主减速器圆弧齿锥齿轮的几何尺寸计算 18
2.7 主减速器圆弧齿锥齿轮的强度计算 21
2.7.1 齿轮的损坏形式及其影响因素 21
2.7.2 螺旋锥齿轮的强度校核 24
2.8 齿轮的材料及热处理 29
2.9 螺旋锥齿轮的受力分析 30
2.9.1 计算转矩的确定 30
2.9.2 主动锥齿轮齿宽中点处的圆周力 32
2.9.3 锥齿轮所受的轴向力和径向力 33
2.10 本章小结 35
3 轴的设计 35
3.1 支撑方式的选择 35
3.1.1 锥齿轮的支撑方案 35
3.1.2 从动锥齿轮的支撑 36
3.2 轴的设计与校核 37
3.3 轴承的设计 41
3.4 本章小节 45
4 结论 45
参考文献 47
1.绪 论
1.1研究本课题的目的和意义
主减速器是驱动桥的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到车辆的动力性、经济性。目前,国内减速器行业重点骨干企业的产品品种、规格及参数覆盖范围近几年都在不断扩展，产品质量已达到国外先进工业国家同类产品水平，完全可承担起为我国汽车行业提供传动装置配套的重任，部分产品还出口至欧美及东南亚地区。由于计算机技术、信息技术和自动化技术的广泛应用，主减速器将有更进一步的发展。对主减速器的研究能极大地促进我国的汽车工业的发展。
1.2主减速器的定义种类功用
主减速器是传动系的一部分，与差速器，车轮传动装置和桥壳共同组成驱动桥。主减速器的功用是增扭，降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩传递给差速器。
在现代汽车驱动桥上，主减速器种类很多，包括单级减速、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。其中应用得最广泛的是采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮的单级主减速器。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，有时也采用蜗轮传动。
单级螺旋锥齿轮减速器其主、从动齿轮轴线相交于一点。交角可以是任意的，但在绝大多数的汽车驱动桥上，主减速齿轮副都是采用90o交角的布置。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此，螺旋锥齿轮能承受大的负荷。加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，面是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另—端，使得其工作平稳，即使在高速运转时，噪声和振动也是很小的。
单级双曲面齿轮其主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。其空间交叉角也都是采用90o。主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上或向下的偏移，称为上偏置或下偏置。这个偏移量称为双曲面齿轮的偏移距。当偏移距大到一定程度时，可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴旁通过。这样就能在每个齿轮的两边布置尺寸紧凄的支承。这对于增强支承刚度、保证轮齿正确啮合从而提高齿轮寿命大有好处。双曲面齿轮的偏移距使得其主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮的螺旋角。因此，双曲面传动齿轮副的法向模数或法向周节虽相等，但端面模数或端面周节是不等的。主动齿轮的端面模数或端面周节大于从动齿轮的。这一情况就使得双曲面齿轮传动的主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮传动的主动齿轮有更大的直径和更好的强度和刚度。其增大的程度与偏移距的大小有关。另外，由于双曲面传动的主动齿轮的直径及螺旋角都较大，所以相啮合齿轮的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮当量曲率半径为大，从而使齿面间的接触应力降低。随偏移距的不同，双曲面齿轮与接触应力相当的螺旋锥齿轮比较，负荷可提高至175％。双曲面主动齿轮的螺旋角较大，则不产生根切的最少齿数可减少，所以可选用较少的齿数，这有利于大传动比传动。当要求传动比大而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮更为合理。因为如果保持两种传动的主动齿轮直径一样，则双曲面从动齿轮的直径比螺旋锥齿轮的要小，这对于主减速比大于4.5的传动有其优越性。当传动比小于2时，双曲面主动齿轮相对于螺旋锥齿轮主动齿轮就显得过大，这时选用螺旋锥齿轮更合理，因为后者具有较大的差速器可利用空间。
由于双曲面主动齿轮螺旋角的增大，还导致其进入啮合的平均齿数要比螺旋锥齿轮相应的齿数多，因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作得更加平稳、无噪声，强度也高。双曲面齿轮的偏移距还给汽车的总布置带来方便。例如，在乘用车上当主减速器采用下偏置(这时主动齿轮为左旋)的双曲面齿轮时，可降低传动轴的高度，从而降低了车厢地板高度或减小了因设置传动轴通道而引起的地板凸起高度，进而可使车辆的外形高度减小。
单级圆柱齿轮主减速器只在节点处一对齿廓表面为纯滚动接触而在其他啮合点还伴随着沿齿廓的滑动一样，螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动都有这种沿齿廓方向的滑动。此外，双曲面齿轮传动还具有沿齿长方向的纵向滑动。这种滑动有利于唐合，促使齿轮副沿整个齿面都能较好地啮合，因而更促使其工作平稳和无噪声。但双曲面齿轮的纵向滑动产生较多的热量，使接触点的温度升高，因而需要用专门的双曲面齿乾油来润滑，且其传动效率比螺旋锥齿轮略低，达96％。其传动效率与倔移距有关，特别是与所传递的负荷大小及传动比有关。负荷大时效率高。螺旋锥齿轮也是一样，其效率可达99％。两种齿轮在载荷作用下对安装误差的敏感性本质上是相同的。如果螺旋锥齿轮的螺旋角与相应的双曲面主、从动齿轮螺旋角的平均值相同，则双曲面主动齿轮的螺旋角比螺旋锥齿轮的大，而其从动齿轮的螺旋角则比螺旋锥齿轮的小，因而双曲面主动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的大，而从动齿轮的轴向力比螺旋锥齿轮的小。两种齿轮都在同样的机床上加工，加工成本基本相同。然而双曲面传动的小齿轮较大，所以刀盘刀顶距较大，因而刀刃寿命较长。单级蜗杆-蜗轮主减速器在汽车驱动桥上也得到了一定应用。在超重型汽车上，当高速发动机与相对较低车速和较大轮胎之间的配合要求有大的主减速比(通常8～14)时，主减速器采用一级蜗轮传动最为方便，而采用其他齿轮时就需要结构较复杂、轮廓尺寸及质量均较大、效率较低的双级减速。与其他齿轮传动相比，它具有体积及质量小、传动比大、运转非常平稳、最为静寂无噪声、便于汽车的总体布置及贯通式多桥驱动的布置、能传递大载荷、使用寿命长、传动效率高、结构简单、拆装方便、调整容易等一系列的优点。其惟一的缺点是耍用昂贵的有色金属的合金(青铜)制造，材料成本高，因此未能在大批量生产的汽车上推广。
1.3 论文研究内容
首先我将对主减速器进行介绍，接着根据车型进行方案的选择，然后对主减速器主从动锥齿轮进行设计计算，然后对齿轮进行强度校核，接着选择齿轮的材料以及热处理工艺。在第三章我将对主动齿轮轴进行设计和校核，然后对齿轮轴的轴承进行选择和校核工作。最后进行三维建模以验证可行性。
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