1600型多轴驱动汽车分动器毕业设计

I 1600型多轴驱动汽车分动器设计

摘要

1600型多轴驱动汽车分动器作为我国较先进的军用和民用汽车分动器，有着广泛的用途和重要的作用。在多轴驱动的汽车上，为了将输出的动力合理的分配给各驱动桥，设有分动器。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到个驱动桥，并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输出轴与分动器的输出轴用万向传动装置连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连。越野汽车在良好的道路行驶时，为减少功率消耗及传动系机件和轮胎磨损，一般要切断通向前桥的动力。在越野行驶时，根据需要接合前桥并采用低速档，增加驱动轮数和驱动力。

本文概述了分动器的现状和发展趋势，介绍了分动器领域的最新发展状况，对工作原理做了阐述。本设计选用机械式分动器，其具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点。主要说明了三轴式分动器的设计和计算过程，选择合理的结构方案进行设计，对分动器高低档齿轮和轴以及轴承做了详细的设计计算，并进行了受力分析、强度和刚度校核计算，对一些标准件进行了选型以及壳体得设计。

关键词：分动器，三轴式，高低档，校核，齿轮传动

1600 multi-axis drive vehicle sub-actuator design

ABSTRACT

More advanced as China's military and civilian vehicles in the 1600 multi-axis drive vehicle actuator of the actuator of a wide range of uses and important role. Multi-axis drive the car, the output power to a reasonable allocation of each drive axle, with sub-actuators. In the function of the actuator is the transmission output of the power assigned to a drive axle, and further increases the torque. Lateral is a gear transmission system, it alone is fixed on the frame, universal gear output shaft and the sub-actuator output shaft connected to a number of root sub-actuator output shaft, respectively, the universal drive device connected with the drive axle. Off-road vehicle in good road, in order to reduce power consumption and drive train parts and tire wear, and generally cut off the momentum of the forward bridge. In the off-road, according to the need to joint the front axle and low profile, the number of increase in the driving wheel and the driving force. This article provides an overview of the status quo and development trend of sub-actuator, the latest developments in the sub-field of actuator working principle. This design uses a mechanical actuator, which has the advantages of simple structure, high transmission efficiency, low manufacturing cost and reliable. Illustrates the three-axis actuator design and calculation process, structure design, made a detailed sub-actuator high-low gear and shaft and bearing design calculations and stress analysis, strength and the stiffness checking calculations, selection and shell have designed a number of standard parts.

Keywords: Transfer, Trysail type, Check, High low-grade, Gear transmission

目录

摘要 .................................................................... I ABSTRACT................................................................ II 第1章绪论 (1)

1.1 概述 (1)

1.2 分动器类型和发展 (1)

1.3 分动器的功用及意义 (2)

1.4 设计内容 (2)

第2章分动器结构的确定及主要参数的计算 (1)

2.1 设计所依据的主要技术参数 (1)

2.2分动器的设计要求 (1)

2.3 分动器结构方案的选择 (1)

2.4 传动方案 (2)

2.5 齿轮的安排 (2)

2.6 换挡结构形式 (3)

2.7分动器壳体 (3)

2.8分动器的操纵机构设计 (4)

2.9 分配各级传动比 (4)

2.10 本章小结 (6)

第3章分动器的齿轮设计 (7)

3.1 齿轮的材料选择 (7)

3.2 齿轮模数 (8)

3.3 齿形压力角及螺旋角 (8)

3.4 齿轮的强度计算 (9)

3.5 高速档第一级齿轮设计 (9)

3.6 低速档第一级齿轮设计 (12)

3.7 第二级齿轮设计 (16)

3.8 齿轮损坏的原因和形式 (18)

3.9 本章小结 (19)

第4章轴的设计 (20)

4.1输入轴的设计 (20)

4.2中间轴的设计 (21)

4.3 花键的形式和尺寸 (22)

4.4输入轴的校核 (24)

IV

4.5本章小结 (27)

结论 (28)

参考文献 (29)

致谢 (30)

附录 (31)

第1章绪论

1.1 概述

1600型多轴驱动汽车分动器作为我国较先进的军用和民用汽车分动器，有着广泛的用途和重要的作用[17]。越野车需要经常在坏路和无路的情况下行驶，尤其是军用汽车的行驶条件更为恶劣，这就要求增加汽车驱动轮的数目，因此越野车都采用多轴驱动[15]。例如，如果一辆两驱驱动的汽车两个轮子都陷入沟中，那汽车就无法将发动机的动力通过车轮与地面的摩擦产生驱动力而继续前进。而假如这辆车的四个轮子都能产生驱动力的话，那么还有两个没陷入沟中的车轮能正常工作，使汽车继续行驶。在多轴驱动的汽车上，为了将输出的动力合理的分配给各驱动桥，设有分动器。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到驱动桥，并且增大扭矩。分动器也是齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与变速器的输出轴相连接，分动器的输出轴有若干个，分别经万向传动装置与各驱动桥相连[15]。此分动器设有高低档，以进一步扩大在困难地区行驶时的传动比。越野汽车在良好道路行驶时，为减小功率消耗及传动系机件和轮胎磨损，一般要切断通前桥动力。在越野行驶时，根据需要接合前桥并采用低速档，增加驱动轮数和驱动力。

1.2 分动器类型和发展

⑴分时驱动(Part－time 4WD)

这是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是一般越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。最显著的优点是可根据实际情况来选取驱动模式，比较经济。

⑵全时驱动(Full－time 4WD)

这种传动系统不需要驾驶人选择操作，前后车轮永远维持四轮驱动模式，行驶时将发动机输出扭矩按50：50设定在前后轮上，使前后排车轮保持等量的扭矩。全时驱动系统具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，有了全时四驱系统，就可以在铺覆路面上顺利驾驶。但其缺点也很明显，那就是比较废油，经济性不够好。而且，车辆没有任何装置来控制轮胎转速的差异，一旦一个轮胎离开地面，往往会使车辆停滞在那里，不能前进。

⑶适时驱动(Real－time 4WD)

采用适时驱动系统的车辆可以通过电脑来控制选择适合当下情况的驱动模式。在正常的路面，车辆一般会采用后轮驱动的方式。而一旦遇到路面不良或驱动轮打滑的情况，

电脑会自动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，自然切换到四轮驱动状态，免除了驾驶人的判断和手动操作，应用更加简单。不过，电脑与人脑相比，反应毕竟较慢，而且这样一来，也缺少了那种一切尽在掌握的征服感和驾驶乐趣。

分动器已经发展到第五代：第一代的分动器基本上为分体结构，直齿轮传动、双换档轴操作、铸铁壳体；第二代分动器虽然也是分体结构，但已改为全斜齿齿轮传动、单换档轴操作和铝合金壳体，一定程度上提高了传动效率、简便了换档、降低了噪音与油耗；第三代分动器增加了同步器，使多轴驱动车辆具备在行进中换档的功能；第四代分动器的重大变化在于采用了联体结构以及行星齿轮加链传动，从而优化了换档及大大提高了传动效率和性能；第五代分动器壳体采用压铸铝合金材料、齿型链传动输出，其低挡位采用行星斜齿轮机构，使其轻便可靠、传动效率高、操纵简单、结构紧凑、噪音更低。分动器的结构特点是前输出轴传动系统皆采用低噪声的多排链条传动。链传动相对齿轮传动的优点有传动平稳、嗓声小、中心距误差要求低、轴承负荷较小及防止共振。分动器功能上的特点是转矩容量大、重量轻、传动效率高、噪音小、换挡轻便准确，大大改善了多驱动车辆的转矩分配，进而提高了整车性能。

本设计为1600型多轴驱动汽车手动三轴式分动器的设计，驾驶者可以在4驱和6驱之间进行手动选择。对提高整车安全性、可靠性、舒适性等方面采取了重大改进后开发的车型[17]。提高了汽车的性能，本车型的分动器选用机械式分动器。机械式具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛应用[10]。

1.3 分动器的功用及意义

分动器的功用就是将分动器输出的动力分配到驱动桥，并且增大扭矩。分动器也是齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与分动器的输出轴相连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连[3]。

由于部分车辆发动机输出的转矩比较大，即使在高速运转时仍可输出较大的转矩，加上变速箱的传动比变化范围较大，能够很好地满足车辆的使用要求，因此，依据越野车的的主要技术指标、发动机功率、转速和车辆行驶条件，来确定分动器的结构型式的选择、设计参数的选取及各大零部件的设计计算。

1.4 设计内容

本次设计主要是依据1600型多轴驱动汽车分动器的有关参数，通过分动器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的三轴式分动器。本设计主要完成下面一些主要工作：

1、掌握汽车分动器结构及工作原理，绘出结构原理简图。

2、确定主要零部件（齿轮、轴等）主要设计参数，并对关键部位进行校核。

3、确定零部件结构尺寸。

4、使用AutoCAD完成工程图纸。

5、编写设计说

第2章分动器结构的确定及主要参数的计算

2.1 设计所依据的主要技术参数

本设计是根据1600型多轴驱动汽车手动三轴式分动器而开展的，原始数据：

1)最大输入扭矩：18000Nm；

2)最大输入转速：2800rpm；

3)速比：高档：0.89；低档：1.536。

分动器的主要参数（中心距、齿轮模数、轴径等）选择可按照变速器的参数选择计算公式进行。

2.2分动器的设计要求

分动器也是齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与分动器的输出轴相连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连。汽车全轮驱动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。

对分动器的设计要求要满足以下几点：

1、便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑；

2、保证汽车必要的动力性和经济性；

3、换档迅速、省力、方便；

4、工作可靠。不得有跳档及换档冲击等现象发生；

5、分动器应有高的工作效率；

6、分动器的工作噪声低；

2.3 分动器结构方案的选择

分动器的结构形式是多种多样的，各种结构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随着主观和客观条件的变化而变化。因此在设计过程中我们应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能地考虑到产品的系列化、通用化和标准化，最后确定较合适的方案。

机械式具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛应用。本设计采用的结构方案如图2.1所示

图 2.1 分动器传动示意图

2.4 传动方案

分动器的设计类比于变速器和减速器的设计。现在汽车大多数都采用中间轴式变速器，由《汽车构造》中汽车分动器的结构图，采用输入轴与后轮输出轴同轴的形式，输入轴的后端经轴承在后轮输出轴的轴孔内，后轮输出要经过两对齿轮副的传递，因此传动效率有所降低[15]。

2.5 齿轮的安排

各齿轮副的相对安装位置，对于整个分动器的结构布置有很大的影响，要考虑到以下几个方面的要求：

1、整车总布置

根据整车的总布置，对分动器输入轴与输出轴的相对位置和分动器的轮廓形状以及换挡机构提出要求

2、驾驶员的使用习惯

3、提高平均传动效率

4、改善齿轮受载状况

各挡位齿轮在分动器中的位置安排，考虑到齿轮的受载状况。承受载荷大的低挡齿轮，安置在离轴承较近的方，以减小铀的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。分动器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高挡齿轮安排在离两支承较远处。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小，故齿轮的偏载也小。

2.6 换挡结构形式

目前用于齿轮传动中的换挡结构形式主要有三种：

1、滑动齿轮换挡

通常是采用滑动直齿轮进行换挡，但也有采用滑动斜齿轮换挡的。滑动直齿轮换挡的优点是结构简单、紧凑、容易制造。缺点是换挡时齿端面承受很大的冲击，会导致齿轮过早损坏，并且直齿轮工作噪声大。所以这种换挡方式，一般仅用在较低的档位上，例如变速器中的一挡和倒挡。采用滑动斜齿轮换挡，虽有工作平稳、承裁能力大、噪声小的优点，但它的换挡仍然避免不了齿端面承受冲击。

2、啮合套换挡

用啮合套换挡，可将构成某传动比的一对齿轮，制成常啮合的斜齿轮。而斜齿轮上另外有一部分做成直的接合齿，用来与啮合套相啮合。这种结构既具有斜齿轮传动的优点，同时克服了滑动齿轮换挡时，冲击力集中在1～2个轮齿上的缺陷。因为在换挡时，由啮合套以及相啮合的接合齿上所有的轮齿共同承担所受到的冲击，所以啮合套和接合齿的轮齿所受的冲击损伤和磨损较小。

它的缺点是增大了分动器的轴向尺寸，未能彻底消陈齿轮端面所受到的冲击。

3、同步器换挡

现在大多数汽车的变速器都采用同步器。使用同步器可减轻接合齿在换挡时引起的冲击及零件的损坏。并且具有操纵轻便，经济性和缩短换挡时间等优点，从而改善了汽车的加速性、经济性和山区行驶的安全性。其缺点是零件增多，结构复杂，轴向尺寸增加，制造要求高，同步环磨损大，寿命低。但是近年来，由于同步器广泛使用，寿命问题已解决。比如在其工作表面上镀一层金属，不仅提高了耐腐性，而且提高了工作表面的摩擦系数。

2.7分动器壳体

壳体采用灰铸铁铸造工艺。

根据强度要求壳体壁厚取25mm；壳体侧面的内壁与转动齿轮齿顶之间留有5～8mm的间隙；齿轮齿顶到分动器底部之间留有不小于15mm的间隙。

为了注油和放油，在分动器上设计有注油孔和放油孔。注油孔位置位于壳体的中部，它的作用是加油和油面检视用。放油孔设计在壳体的最低处，放油螺塞采用永恒磁性螺塞，可以吸住存留于润滑油内的金属颗粒。为了保持分动器内部为大气压力，在分动器顶部装有通气塞。