小汽车减速器的发展

小汽车减速器的发展第1章引言1.1课题研究的目的及意义汽车主减速器是驱动桥最重要的组成部分，其功用是将万向传动装置传来的发动机转矩传递给驱动车轮，是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。

对发动机纵置的汽车来说，主减速器还有改变动力传输方向的作用。

汽车正常行驶时，发动机的转速通常在200至3000r/min左右，如果将这么高的转速只靠变速箱来降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需要很大，齿轮的半径也相应加大，也就是说变速箱的尺寸会加大。

另外，转速下降，扭矩必然增加，也加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。

所以，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，可以使主减速器前面的传动部件，如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，同时也减小了变速箱的尺寸和质量，而且操控灵敏省力[1]。

1.2汽车主减速器发展现状改革开放以来，中国的汽车工业得到了长足发展，尤其是加入WTO以后，我国的汽车市场对外开发，汽车工业逐渐成为世界汽车整体市场的一个重要组成部分。

同样，车用减速器也随着整车的发展不断成长和成熟起来[3]。

随着高速公路网状况的改善和国家环保法规的完善，环保、舒适、快捷成为客车和货车市场的主旋律。

对整车主要总成之一的驱动桥而言，小速比、大扭矩、传动效率高、成本低逐渐成为客车和货车主减速器技术的发展趋势。

产品上，国内卡车市场用户主要以承载能力强、齿轮疲劳寿命高、结构先进、易维护等特点的产品为首选。

目前己开发的产品，如陕西汉德引进德国撇N公司技术的485单级减速驱动桥，一汽集团和东风公司的13吨级系列车桥为代表的主减速器技术，都是在有效吸收国外同类产品新技术的基础上，针对国内市场需求开发出来的高性能、高可靠性、高品质的车桥产品。

这些产品基本代表了国内车用减速器发展的方向。

通过整合和平台化开发，目前国内市场形成了457、460、480、500等众多成型稳定产品，并被用户广泛认可和使用。

设计开发上，CAD、CAE、等计算机应用技术，以及AUTOCAD、UG16、CATIA、等设计软件先后应用于主减速器的结构设计和齿轮加工中，有限元分析、数模建立、虚拟试验分析等也被采用，齿轮设计也初步实现了计算机编程的电算化。

新一代减速器设计开发的突出特点是：不仅在产品性能参数上进一步进设计上完全遵从模块化设计原则，产品配套实现车型的平台化，造型和结构更加合理，更宜于组织批量生产，更适应现代工业不断发展，更能应对频繁的车型换代和产品系列化的特点，这些都对基础件产品提出愈来愈高的配套要求，需要在产品设计上不断地进行二次开发和持续改进，以满足快速多变的市场需求。

与国外相比，我国的车用减速器开发设计不论在技术上、制造工艺上，还是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力，技术手段落后(国外己实现计算机编程化、电算化)。

目前比较突出的问题是，行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低，企业管理方式较为粗放，相当比例的产品仍为中低档次，缺乏有国际影响力的产品品牌，行业整体散乱情况依然严重。

这需要我们加快技术创新、技术进步的步伐，提高管理水平，加快与国际先进水平接轨，开发设计适应中国国情的高档车用减速器总成，由仿制到创新，早日缩小并消除与世界先进水平的差距。

近几年来，国内汽车生产厂家，如重汽集团、福田汽车、江淮汽车等通过与国外卡车巨头，如沃尔沃、通用、五十铃、现代、奔驰、雷诺等进行合资合作，在车桥减速器的开发上取得了显著的进步。

目前，上汽集团、东风、一汽、北汽等各大汽车集团也正在开展合作项目，希望早日实与世界先进技术的接轨，争取设计开发的新突破。

总体来说，车用减速器发展趋势和特点是向着六高、二低、二化方向发展，即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高传动效率，低噪声、低成本，标准化、多样化，计算机技术、信息技术、自动化技术广泛应用。

从发动机的大马力、低转速的发展趋势以及商用车的最高车速的提升来看，公路用车桥减速器应该向小速比方向发展：在最大输出扭矩相同时齿轮的使用寿命要求更高(齿轮疲劳寿命平均可达50万次以上)[4]；在额定轴荷相同时，车桥的超载能力更强;主减速器齿轮使用寿命更长、噪音更低、强度更大，润滑密封性能更好；整体刚性好，速比范围宽[5]。

1.3课题研究的内容汽车主减速器结构多种多样，主要是根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速型式的不同而异。

例如：1.3.1主减速器齿轮的类型在现代汽车驱动桥上，主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。

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[6]。

1.3.2主减速器主动锥齿轮的支承型式及安置方法在壳体结构及轴承型式已定的情况下，主减速器主动齿轮的支承型式及安置方法，对其支承刚度影响很大，这是齿轮能否正确啮合并具有较高使用寿命的重要因素之一[7]。

现在汽车主减速器主动锥齿轮的支承型式有以下两种：（1）悬臂式齿轮以其轮齿大端一侧的轴颈悬臂式地支承于一对轴承上。

为了增强支承刚度，应使两轴承支承中心间的距离齿轮齿面宽中点的悬臂长度大两倍以上，同时比齿轮节圆直径的70%还大，并使齿轮轴径大于等于悬臂长。

当采用一对圆锥滚子轴承支承时，为了减小悬臂长度和增大支承间的距离，应使两轴承圆锥滚子的小端相向朝内，而大端朝外，以缩短跨距，从而增强支承刚度。

（2）跨置式齿轮前、后两端的轴颈均以轴承支承，故又称两端支承式。

跨置式支承使支承刚度大为增加，使齿轮在载荷作用下的变形大为减小，约减小到悬臂式支承的1/30以下。

而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1/5~1/7。

齿轮承载能力较悬臂式可提高10%左右。

装载质量为2t以上的汽车主减速器主动齿轮都是采用跨置式支承。

但是跨置式支承增加了导向轴承支座，是主减速器结构复杂，成本提高[8]。

轿车和装载质量小于2t的货车，常采用结构简单、质量较小、成本较低的悬臂式结构。

1.3.3主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整支承主减速器齿轮的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度。

预紧力的大小与安装形式、载荷大小、轴承刚度特性及使用转速有关。

主动锥齿轮轴承预紧度的调整，可通过精选两轴承内圈间的套筒长度、调整垫圈厚度、轴承与轴肩之间的调整垫片等方法进行。

近年来采用波形套筒调整轴承预紧度极为方便，波形套筒安装在两轴承内圈间或轴承与轴肩间[9]。

1.3.4主减速器的减速型式主减速器的减速型式分为单级减速、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[10]。

正如上面我们看的一样，减速器的类型很多，那么每种类型的主减速器都适用什么类型的车呢？是不是有种减速器是完美无缺的？本课题就是来解决这些问题的。

其实每种类型都有它的优缺点，我们本课题要研究的内容就是要通过分析设计，在齿轮副抗疲劳强度、主减速器噪声、制造成本、整体尺寸等方面，找出不同类型的减速器的优缺点。

了解了他们的优缺点后我们就能更好更充分的利用它们，为汽车优化设计提供方便。

第2章汽车主减速器概述2.1主减速器的功用汽车主减速器是驱动桥最重要的组成部分，其功用是：1）将万向传动装置传来的发动机转矩传递给驱动车轮；2）减小汽车传动系中的转速、增大扭矩的主要部件；3）当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用[11]；2.2主减速器的分类按参加减速传动的齿轮副数目分，可分为单级式主减速器和双级式主减速器。

除了一些要求大传动比的中、重型车采用双级主减速器外，一般微、轻、中型车基本采用单级主减速器。

1、双级减速器可以分为整体式和分开式两种:a)整体式主减速器。

双级主减速器中的两级减速机构装在一个壳体内称整体式主减速器。

b)分开式主减速器。

双级式主减速器中的第一级主减速器与第二级主减速器分开，并且各装在一个单独的壳体内，称分开式主减速器。

当第一级主减速器安装在汽车左、右轮中部时称中央减速器。

当主减速器传动比较大时，为保证汽车具有足够的离地间隙，这时则需采用双级主减速器。

双级减速器多了一个中间过渡齿轮，主动椎齿轮左侧与中间齿轮的伞齿部分啮合，伞齿轮同轴有一个小直径的直齿轮，直齿轮与从动齿轮啮合。

这样中间齿轮向后转，从动齿轮向前转动。

中间有两级减速过程。

双级减速由于使车桥体积增大，过去主要用在发动机功率偏低的车辆匹配上，现在主要用于低速高扭矩的工程机械方面。

在双级式主减速器中，若第二级减速在车轮附近进行，实际上构成两个车轮处的独立部件，则称为轮边减速器。

这样作的好处是可以减小半轴所传递的转矩，有利于减小半轴的尺寸和质量。

轮边减速器可以是行星齿轮式的，也可以由一对圆柱齿轮副构成。

当采用圆柱齿轮副进行轮边减速时可以通过调节两齿轮的相互位置，改变车轮轴线与半轴之间的上下位置关系。

这种车桥称为门式车桥，常用于对车桥高低位置有特殊要求的汽车2、单级减速器单级减速器就是一个主动椎齿轮(俗称角齿)，和一个从动伞齿轮(俗称盆角齿)，主动椎齿轮连接传动轴，顺时针旋转，从动伞齿轮贴在其右侧，啮合点向下转动，与车轮前进方向一致。

由于主动锥齿轮直径小，从动伞齿轮直径大，达到减速的功能。

按减速齿轮副结构型式分，可分为圆柱齿轮式、圆锥齿轮和准双曲面齿轮等型式。

①圆柱齿轮。

它的结构简单、加工容易，常用斜齿圆柱齿轮。

圆柱齿轮多用在发动机横置时的主减速器，轮边减速或者双级主减速器中。

②弧齿锥齿轮。

它的传动特点是主动齿轮轴线与从动齿轮轴线相互垂直交于一点。

此外，工作时同时啮合的齿数多，故工作平稳、噪声小、承载能力大。

对安装精度要求高，运用于发动机纵置的场合。

③双曲面齿轮。

它的传动特点是主动齿轮轴线与从动齿轮轴线相互垂直而不相交。

主动齿轮轴线相对于从动齿轮轴线向上(下)偏移一距离E，称偏移距。

相同条件下即传动比一定，从动齿轮相同时双曲面齿轮有较高的强度，同时啮合的齿数多，工作平稳噪声小。

利用两齿轮轴线允许偏移的特点可以调节汽车质心位置或提高离地间隙，改善汽车在坏路面上的通过能力。

为防止使用中齿面过快磨损，必须用特种润滑油。

目前这种齿轮广泛应用在发动机纵置时的驱动桥中。

④蜗轮蜗杆。

它的工作非常平稳可靠、无噪声，轮廓尺寸及质量均小，可以得到大些的传动比。

还有结构简单、拆装方便等优点。

它的缺点是传动效率低。

蜗轮蜗杆式减速器适用于发动机纵置场合，但应用较少。

2.3 主减速的组成不同系列的主减速器的结构是不一样的。

老的汽车结构教材上一般都以东风140的主减速器为蓝本，而实际上东风140的主减速器结构也比较经典，可以代表大多数汽车主减速器的结构。