轻型车后桥主减结构设计与布置

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【摘要】：本文主要介绍直径为￠330mm的从动锥齿轮后桥设计依据、结构特点及其参数的选择，着重叙述了后桥减速器结构的选择和布置，并简单介绍齿轮和后桥壳的强度计算。

【关键词】：减速器、 齿轮 、后桥、 后桥壳

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

概述

直径为￠330mm从动锥齿轮后桥是在吸收引进的日产柴后桥技术和借鉴其它各种后桥设计方法的基础上设计的。在设计中利用现有的计算机模拟技术，对桥壳进行了有限元分析。在主减速器结构布置中为了找到一种比较好的结构，同时完成了跨置式和悬臂式两种结构布置。

设计依据

根据市场要求及车型参数, ￠330mm的后桥设计应满足以下要求：

冲压焊接桥壳，单级减速，全浮式半轴。

后桥结构布置及参数选择

主减速器的结构设计

在主减速器的跨置式和悬臂式两种结构布置设计时特别考虑了主、从动锥齿轮的支承刚度。下面就简要介绍一下两种结构的优缺点和在布置中采取的方法。

对跨置式结构，在布置时使主动轮上的两圆锥滚子轴承间距尽可能的小，并相应增加支承轴颈的直径，适当提高轴承与轴及轴承与座孔间的配合紧度，通过它们来缩短主动锥齿轮轴的长度且减小轴颈变形。这种结构有很好的支承刚度，布置更为紧凑。虽然结构复杂，制造成本高，但能够传递较大扭矩。

对主减速器的悬臂式结构，在布置中采用了两滚锥轴承大端相背的结构。为了增强主动轮的支承刚度，需b≥2a，同时靠近齿轮的轴承轴径应大于悬臂长a。虽然这种布置结构简单、成本较低，但输出扭矩较小。

为增加从动锥齿轮的支承刚度，差速器壳上两滚锥轴承大端相对，且在满足结构要求的情况下使两滚锥轴承间距c+d尽可能小。如图所示

在结构布置中发现悬臂式结构与跨置式结构相比，在离地间隙和小减速比时从动锥齿轮的支承刚性上效果更好。故在设计中采用了悬臂式结构。

差器壳的结构布置

差速器壳的结构的布置根据以往的经验选择为普通对称式结构。

主动锥齿轮偏移距E的选择

对车型布置来讲E值大有利于降低汽车重心高度，但E过大将使齿面纵向滑动的增大从而引起齿面的早期磨损和擦伤，并降低传动效率，E过小又不能发挥双曲面齿轮的特点。故Gleason推荐值为从动锥齿轮节锥距的20%以下,或从动锥齿轮节圆直径的12%一下。经过综合考虑取E=30。

汽车主减速器锥齿轮设计

主减速器锥齿轮参数的选择

在这里主要谈一下主要参数的选择。

主减速器主、从动锥齿数Z1和Z2的选择

双曲面齿轮要求主动锥齿轮齿数不小于6个齿，一般地，主动锥齿轮齿数越多则齿轮的啮合越平稳，但相应地从动锥齿轮的齿数也增多，从而导致齿轮的抗弯能力减弱。因此,为了得到理想的重合系数和高的齿轮弯曲强度，大小齿轮齿数和应不小于40，对于不同的主减速比Z2/Z1，应适当选取齿数。

本设计中取Z1=11，Z2=38。

齿面宽F大轮齿面宽通常为其外锥距的30%(或大轮节圆直径的15.5%)不应超过外锥距的33%。齿面宽过大和过小都会降低齿轮的强度和寿命,设计中取F=49mm

中点螺旋角β由于螺旋角的大小影响齿面重叠系数、轮齿的强度和轴向力的大小。螺旋角应足够大以使传动更平稳噪音更低,但螺旋角过大,则轴向力也随着增加,因此,螺旋角的选择应有一个合适的范围。在本设计中取主动锥齿轮的螺旋角为β=43

差速器齿轮参数的选择

齿数

为了使齿轮有较高的强度,希望齿轮有较高的模数,应使行星齿轮的齿数尽可能的少,但一般不少于10个。半轴齿轮的齿数采用14~25个,并且两半轴齿轮的齿数和应能被行星齿轮的数目整除。本车型选用了行星齿轮的齿数为10个,半轴齿轮的齿数为16个。

行星齿轮的球径

行星齿轮的背面的球径,决定了圆锥行星齿轮差速器的尺寸；它反映了差速器圆锥行星齿轮节锥距的大小和承载能力。

根据经验取球径：

其中:K球 —行星齿轮球面半径系数, K球=2.5~2.97。

这里取￠球 =135mm。

齿面宽FG

一般齿面宽的选取应不超过节锥距的1/3。

这里取FG =22mm

减速器主、从动齿轮强度计算

经过计算,主减速比为 i0=3.454时主、从动双曲面齿轮的应力见下表:

由上表看出,齿轮的应力水平与Gleason推荐值相比是满足要求的,具体结果应由试验结果来判定。

桥壳强度计算

由后桥壳的受力情况可以看到,在静态载荷作用下,后桥壳上的危险断面处为轮毂轴管内轴承处(A-A)、环焊缝处(B-B)以及板簧座处(C-C),如图1所示。在动载荷作用时,当汽车通过不平路面或超越障碍物产生垂直动负荷时,此时只考虑垂直动负荷作用引起的弯矩,危险断面在钢板弹簧座附近的断面C-C,而当汽车拐弯转向受到最大横向力(侧滑)时,此时一个车轮离开地面,后桥垂直负荷全部作用在外侧车轮上,危险断面在B-B断面处,如图2所示

通过计算,各危险断面的应力及安全系数见下表:(应力值单位:MPa)

从上表可知，EQ1086G后桥桥壳总成危险断面的静弯曲应力值和最大动弯曲应力值结果满足设计要求,但最终判断还应根据试验确认。

结束语

以上的计算表明, ￠330mm的后桥结构和参数的选择及理论计算是满足要求的。尽管国内外有此类的产品，但是由于国内现有的后桥产品在大扭矩时大都采用的是跨置式结构，因此，需要试验来验证该产品，以便增加我们的经验。

参考文献：

[1] 王望予. 《汽车设计》(第4版)机械工业出版社，2005．

[2] 刘惟信. 《汽车设计》清华大学出版社，2001．

[3] 金国栋.主编.汽车概论.北京.机械工业出版社，2000

[4]陈家瑞. 《汽车构造》机械工业出版社，2005．

[5] 余志生. 《汽车理论》(第3版)机械工业出版社，2000．