斯太尔重型车双级主减速器设计

摘要

本设计是针对斯太尔重型车而进行的双级主减速器设计。此双级主减速器是由两级齿轮减速组成。与单级主减速器相比，双级减速器具有降低转速,增大扭矩的特点,在保证离地间隙相同时可得到很大的传动比，并且还拥有结构紧凑，噪声小，使用寿命长等优点。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，但是尺寸、质量均较大，成本较高。它主要应用于中、重型货车、越野车和大客车上该设计包含了双级主减速器各零件参数的设计和校核。主要包括：主减速器结构的选择、主动锥齿轮传动比选择与齿轮设计、从动锥齿轮的设计、轴承的选择与校核，轴的选择与校核。在设计中，要选择正确的传动比以满足主从动锥齿轮的齿数分配，主减速器是汽车传动系中减小降低转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。对发动机纵置的汽车，其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力的方向。

关键词：载货汽车；双级主减速器；齿轮；校核；设计

ABSTRACT

This design is designs a structure to the truck to be reasonable, work related reliable two-stage main gear box. This two-stage main gear box is composed of two level of gear reductions. Compares with the single stage main gear box, when the guarantee ground clearance is the same may obtain the very great velocity ratio, and also has the structure to be compact, the noise is small, service life long and so on merits.Two-stage main reducer and a single-stage than in the same ground clearance to ensure a large transmission ratio available, but the size, quality are larger, higher cost. It is mainly used in medium and heavy trucks, SUVs and buses on

This article elaborated the two-stage main gear box each components parameter computation and the selection process, and through computation examination. The design mainly includes: Main gear box structure choice, host, driven bevel gear's design, bearing's examination. In the design, to select the correct gear ratio to satisfy the number of teeth of driving and driven bevel gear allocation The main reducer in the transmission lines used to reduce vehicle speed, increased the torque , it is less dependent on the bevel of more gear drive of less bevel gear . Purchase of the longitudinal engine automobiles, the main bevel gear reducer also used to change the driving force for the direction of transmission.

Key words: Truck；Two-stage Main Reduction Gear；Gear；Check

目录

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

1.1概述 (1)

1.1.1主减速器的概述 (1)

1.1.2国内外研究现状 (1)

1.1.3主减速器设计的要求 (2)

1.2主减速器的结构方案分析 (2)

1.2.1主减速器的齿轮类型 (2)

1.2.2主减速器的减速形式 (3)

1.2.3主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 (4)

1.3本设计主要内容及方案 (5)

第2章主减速器的结构设计与校核 (6)

2.1主减速器传动比的计算 (7)

2.1.1主减速比的确定 (7)

2.1.2双级主减速器传动比分配 (8)

2.2主减速齿轮计算载荷的确定 (8)

2.3主减速器齿轮参数的选择 (11)

2.4主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算与强度计算 (12)

2.4.1主减速器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算 (12)

2.4.2主减速器螺旋锥齿轮的强度校核 (14)

2.5第二级齿轮模数的确定 (18)

2.6双级主减速器的圆柱齿轮基本参数的选择 (19)

2.7齿轮的校核 (20)

2.8主减速器齿轮的材料及热处理 (21)

2.9本章小结 (22)

第3章轴的设计 (23)

3.1一级主动齿轮轴的机构设计 (23)

3.2中间轴的结构设计 (24)

3.3本章小结 (25)

第4章轴的校核 (26)

4.1主动锥齿轮轴的校核 (26)

4.2中间轴的校核 (27)

4.3本章小结 (29)

第5章轴承的选择和校核 (30)

5.1主减速器锥齿轮上作用力的计算 (30)

5.2轴和轴承的设计计算 (33)

5.3主减速器齿轮轴承的校核 (34)

5.4本章小结 (37)

第6章差速器设计 (37)

6.1概述 (37)

6.2差速器齿轮的基本参数选择 (37)

6.3差速器的几何尺寸计算与强度计算 (39)

6.3.1差速器齿轮的几何尺寸计算 (39)

6.3.2差速器齿轮的强度计算 (41)

6.4本章小结 (42)

第7章半轴设计 (43)

7.1概述 (43)

7.2半轴的设计与计算 (43)

7.2.1全浮式半轴的设计计算 (43)

7.2.2半轴的结构设计及材料与热处理 (45)

7.3本章小结 (45)

结论 (46)

致谢 (47)

参考文献 (48)

附录 (49)

第1章绪论

1.1概述

1.1.1主减速器的概述

主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件，它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮。对发动机纵置的汽车，其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力[1]。

对于重型车来说，要传递的转矩较乘用车和客车，以及轻型商用车都要大得多，以便能够以较低的成本运输较多的货物，所以选择功率较大的发动机，这就对传动系统有较高的要求，而主减速器在传动系统中起着非常重要的作用。

随着目前国际上石油价格的上涨，汽车的经济性日益成为人们关心的话题，这不仅仅只对乘用车，对于重型载货汽车，提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝，因为重型载货汽车所采用的发动机都是大功率，大转矩的，装载质量在十吨以上的载货汽车的发动机，最大功率在140KW以上，最大转矩也在700N m以上，百公里油耗是一般都在34L左右。为了降低油耗，不仅要在发动机的环节上节油，而且也需要从传动系中减少能量的损失。

因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良且与发动机匹配性比较高的传动系便成了有效节油的措施之一。所以设计新型的主减速器已成为了新的课题。

1.1.2 国内外研究现状

据我国工信部消息，2015年重卡市场的产能规划在300万量以上。在这样的汽车行业市场需求下，作为汽车工业的重要配套行业，中国车桥行业的产销量同样呈上升趋势。随着汽车行业的高速发展，汽车在节能，环保，舒适等方面的性能将显著提升，这就要求车桥产品的性能进一步提高。车桥作为重卡的核心总成，其重要性受到越来越多的关注。科技的迅猛发展也将带领未来重卡车桥朝着轻量化，大扭矩，长寿命和地生产成本的方向发展，同时技术含量高的驱动桥附件和电子技术将会得到广泛的应

用。

在我国重卡中单级桥因为桥包尺寸大，离地间隙小，导致通过性较差，应用范围相对较小，双级减速器的应用占有很大一部分比例。我国重卡大量使用的斯太尔驱动桥属于典型的双级减速器，其二级减速的结构，主减速器总成相对较小，桥包尺寸减小，因此离地间隙加大，通过性好，承载能力较大。广泛用于公路运输，以及石油，工矿，林业，野外作业和部队等多种领域的车辆。不过，双级减速器也有传动效率低，油耗高，结构相对复杂，产品价格高等缺点。

在欧、美重卡中双级主减速器后驱动桥只占整个产品的40%，且有呈下降趋势，在美国只占10%；日本采用该结构的产品更少。其原因是这些地区的道路较好，采用单级减速双曲线螺旋锥齿轮副成本较低，故大部分均采用这种结构。而亚洲、非洲和南美国家则采用双级主减速器的驱动桥，用于非道路和恶劣道路使用的车辆(工程自卸车等)。当地道路愈差则采用双级主减速器驱动桥愈多，反之，则愈少。

国外汽车驱动桥已普遍采用限滑差速器、湿式行车制动器等先进技术。限滑差速器大大减少了轮胎的磨损，而湿式行车制动器则提高了主机的安全性能，简化了维修工作。国内仅一部分车使牙嵌式差速器。限滑差速器成本较高，因而在多数国产驱动桥上一直没有得到应用。目前向国内提供限滑差速器的制造商主要是美国TraCtech 公司和德国采埃孚公司。美国Tractech公司在苏州的工厂即将建成投产，主要生产牙嵌式、多片摩擦盘式差速器。

1.1.3主减速器设计的要求

主减速器的设计应满足如下基本要求[1]：

1、所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。

2、外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。

3、在各种转速和载荷下具有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。

4、在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。

5、结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。

本设计主要研究双级主减速器的结构与工作原理，并对其主要零部件进行了强度校核。

1.2 主减速器的结构方案分析

主减速器的结构型式主要是根据其齿轮类型、主、从动齿轮的安置方法以及减速形式的不同而异[2]。

1.2.1主减速器的齿轮类型

根据主减速器的使用目的和要求的不同，其结构形式也有很大差异。按主减速器

所处的位置可分为中央主减速器和轮边减速器，按参加减速传动的齿轮副可分为单级式主减速器和双级式主减速器。按主减速器速比的变化可分为单速主减速器和双速主减速器两种。按齿轮副结构形式可分为圆柱齿轮式和圆锥齿轮式两种。按齿型的不同，又分为螺旋锥齿轮和双曲面锥齿轮。他们有着不同的特点：

螺旋锥齿轮，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

90交角的布置。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的齿轮同时啮合，因此，螺旋锥齿轮能承受大的负荷。加之其齿轮不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另一端，使得其工作平稳，即使在高速运转时，噪声和振动也很小。传动效率高，能达到99%，生产成本也较低，不需要特殊的润滑，工作稳定性能好。但对啮合精度很敏感。

双曲面齿轮的特点是主、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。双曲面齿轮传动不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约30％，齿面的接触强度提高，选用较少的齿数，有利于增加传动比和降低轿车车身高度，并可减小车身地板中部凸起通道的高度，从而得到更大的离地间隙，利于实现汽车的总体布置等优点。但双曲面齿轮加工工艺要求比较高。

本文设计的双级主减速器第一级选取弧齿锥齿轮，第二级选取圆柱齿轮。（如图1.1所示）

a)螺旋锥齿轮传动b)双曲面齿轮传动c)圆柱齿轮传动d)蜗杆传动

图1.1 主减速器齿轮传动形式

1.2.2主减速器的减速形式

为了满足不同的使用要求，主减速器的结构形式也是不同的[8]。

根据主减速器的使用目的和要求的不同，其结构形式也有很大差异。按主减速器所处的位置可分为中央主减速器和轮边减速器，按参加减速传动的齿轮副可分为单级式主减速器和双级式主减速器。按主减速器速比的变化可分为单速主减速器和双速主减速器两种。单级式主减速器应用于轿车和一般轻、中型载货汽车。双级式主减速器

应用于大传动比的中、重型汽车上，若其第二级减速器齿轮有两副，并分置于两侧车轮附近，实际上成为独立部件，则称轮边减速器。

由于本文设计的是斯太尔重型汽车主减速器，由于它的主传动比比较大，故选用二级主减速器[3][4]。

1.2.3 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案

主减速器中心必须保证主从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好地工作。齿轮的正确啮合，除了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，还与齿轮的支承刚度密切相关。

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骑马式支承两种。查阅资料、文献，经方案论证，采用悬臂式支承结构（如图1.2（a ）所示）。

2、从动锥齿轮的支承

从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承（如图1.3所示）。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸d c +。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，d c +应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是c 等于或大于d 。

1—调整垫片 2—调整垫圈

（a ）悬臂式支承 （b ）骑马式支承

图1.2主动锥齿轮的支承型式

图1.3从动锥齿轮的支承型式

1.3 本设计的主要内容及方案

其主要的内容为有：1.主减速比的计算；2.主减速比的分配；3.一级齿轮传动机构的设计和校核；4.二级齿轮传动的设计和校核；5.轴的设计；6.轴承的选择和校核。为了达到增大离地间隙和柱减速器的功能要求，在这些内容中最重要的是如何合理的分配好主减速比。在这个过程中，只有反复的通过计算，不断调整一、二级的减速比。方可达到设计目的。

主要方案：运用齿轮传动原理，先用圆锥齿轮改变其转矩的方向，并同时达到减速增扭的目的。然后再通过圆柱齿轮副最终达到我们自己所需要的速度和扭矩。