发布时间 : 星期六 文章汽车减速器设计方法与思路讲义更新完毕开始阅读7381ebd584254b35eefd3496
汽车减速器设计方法与思路
汽车减速器的功能概述
一、汽车底盘的布置形式
汽车底盘的布置形式与发动机的位置及汽车的驱动方式有关，一般有发动机前置后轮驱动、发动机前置前轮驱动、发动机后置后轮驱动、发动机前置全轮驱动等布置形式。 1．发动机前置后轮驱动
发动机前置后轮驱动的英文简称为FR，其布置形式如图所示，发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、万向传动装置、后驱动桥，传到后驱动车轮，使汽车行驶。
用途：货车、高级轿车、部分客车
优点：附着力大、发动机散热好、离合器、变速器操纵方便，操纵机构简单、维修方便。 缺点：噪音大、驾驶空间小、传动轴长。 2．发动机前置前轮驱动
发动机前置前轮驱动的英文简称为FF，其布置形式如图所示，发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、前驱动桥，传到前驱动车轮。这种布置形式在变速器与驱动桥之间省去了万向传动装置，使结构简单紧凑，整车质量小，高速时操纵稳定性好。大多数轿车采用这种布置形式，但这种布置形式的爬坡性能差，豪华轿车一般不采用，而采用传统的发动机前置后轮驱动。
用途：中级以下轿车
优点：传动系结构紧凑，传动轴短，发动机散热好、离合器、变速器操纵方便，操纵机
构简单、维修方便、汽车重心低。
缺点：噪音大、驾驶空间小、上坡行驶性能差。 3．发动机后置后轮驱动
发动机后置后轮驱动的英文简称为RR，其布置形式如图所示，发动机布置在汽车后部，动力经过离合器、变速器、角传动装置、万向传动装置、后驱动桥，传到后驱动车轮，使汽车行驶。这种布置形式便于车身内部的布置，减小了室内发动机的噪声，一般用于大型客车。
用途：大、中型客车
优点：传动系结构紧凑，后轮附着力大、车厢面积利用率高，驾驶员工作条件好。 缺点：发动机散热差、离合器、变速器操纵不方便，操纵机构复杂、维修不便 。 4．发动机前置全轮驱动
发动机前置全轮驱动的英文简称为XWD，一般有4WD和6WD两种。发动机前置全轮驱动的布置形式如图1-1-7所示，发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、分动器、万向传动装置分别到达前、后驱动桥，最后传到前、后驱动车轮，使汽车行驶。由于所有的车轮都是驱动车轮，因而这种形式提高了汽车的越野性能，这是越野汽车采取的布置形式。
? 采用发动机前纵置、前轮驱动的传动系布置形式的，如一汽奥迪、上海桑塔纳、天津夏利等轿车。
? 采用发动机前横置、前轮驱动的传动系布置形式的，如：福特探索、丰田卡雷娜、丰田塞利卡、丰田佳美、日产千里马、本田雅阁等轿车。 二、汽车减速器的功用
将变速器输出的动力进一步降低转速，增大转矩，并改变旋转方向，然后传递给驱动轮，以获得足够的汽车牵引力和适当的车速。主减速器类型较多，有单级、双级、双速、轮边减速器等。 三、主减速器的类型 1）单级主减速器
由一对减速齿轮实现减速的装置，称为单级减速器。其结构简单，重量轻，东风BQl090型等轻、中型载重汽车上应用广泛。
2）双级主减速器
对一些载重较大的载重汽车，要求较大的减速比，用单级主减速器传动，则从动齿轮的直径就必须增大，会影响驱动桥的离地间隙，所以采用两次减速。通常称为双级减速器。双级减速器有两组减速齿轮，实现两次减速增扭。 为提高锥形齿轮副的啮合平稳性和强度，第一级减速齿轮副是螺旋锥齿轮。二级齿轮副是斜齿圆柱齿轮。
主动圆锥齿轮旋转，带动从动圆锥齿轮旋转，从而完成一级减速。第二级减速的主动圆柱齿轮与从动圆锥齿轮同
轴而一起旋转，并带动从动圆柱齿轮旋转，进行第二级减速。因从动圆柱齿轮安装于差速器外壳上，所以，当从动圆柱齿轮转动时，通过差速器和半轴即驱动车轮转动。
差速器
差速器用以连接左右半轴，可使两侧车轮以不同角速度旋转同时传递扭矩。保证车轮的正常滚动。有的多桥驱动的汽车，在分动器内或在贯通式传动的轴间也装有差速器，称为桥间差速器。其作用是在汽车转弯或在不平坦的路面上行驶时，使前后驱动车轮之间产生差速作用。
目前国产轿车及其它类汽车基本都采用了对称式锥齿轮普通差速器。对称式锥齿轮差速器由行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴（十字轴或一根直销轴）和差速器壳等组成。
目前大多数汽车采用行星齿轮式差速器，普通锥齿轮差速器由两个或四个圆锥行星齿轮、行星齿轮轴、两个圆锥半轴齿轮和左右差速器壳等组成。
汽车减速器的系统设计
一、 减速器的结构设计要点 1、锥齿轮的许用偏移量
? 主减速器锥齿轮的许用偏移量如图所示，只要各偏移量在图示许用偏移量范围内，就可以保证正常工作。 ? 主齿的偏移距是减速器外壳的设计依据之一，主要作为减速器外壳的设计坐标，具有重要作用。 2、主减速器齿轮的支承
主减速器中必须保证主、从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、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跨置式支承两种。
悬臂式支承结构的特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴颈，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两支承间的距离凸b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。为了尽可能地增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a，且应比齿轮节圆直径的70％还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于尺寸a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承的轴径比另一轴承的支承轴径大些。靠近齿轮的支承轴承有时也采用圆柱滚子轴承，这时另一轴承必须采用能承受双向轴向力的双列圆锥滚子轴承。支承刚度除了与轴承形式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度有关以外，还与轴承与轴及轴承与座孔之间的配合紧度有关。
跨置式支承结构的特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，因此齿轮的承载能力高于悬臂式。此外，由于齿轮大端一侧轴颈上的两个相对安装的圆锥滚子轴承之间的距离很小，可以缩短主动齿轮轴的长度，使布置更紧凑，并可减小传动轴夹角，有利于整车布置。但是跨置式支承必须在主减速器壳体上有支承导向轴承所需要的轴承座，从而使主减速器壳体结构复杂，加工成本提高。另外，因主、从动齿轮之间的空间很小，致使主动齿轮的导向轴承尺寸受到限制，有时甚至布置不下或使齿轮拆装困难。跨置式支承中的导向轴承都为圆柱滚子轴承，并且内外圈可以分离或根本不带内圈。它仅承受径向力，尺寸根据布置位置而定，是易损坏的一个轴承。在需要传递较大转矩情况下，最好采用跨置式支承。 ②从动锥齿轮的支承
从动锥齿轮的支承，其支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及轴承之间的分布比例有关。从动锥齿轮多用圆锥滚子轴承支承。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c+d。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，c十d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70％。为了使载荷能尽量均匀分配在两轴承上，应尽量使尺寸c等于或大于尺寸d。
在具有大的主传动比和径向尺寸较大的从动锥齿轮的主减速器中，为了限制从动锥齿轮因受轴向力作用而产生偏移，在从动锥齿轮的外缘背面加设辅助支承。辅助支承与从动锥齿轮背面之间的间隙，应保证偏移量达到允许极限时能制止从动锥齿轮继续变形。
3、轴承的预紧及预紧力的调整
? 为了减小在锥齿轮传动过程中产生的轴向力所引起的齿轮轴的轴向位移，提高轴的支承刚度，保证锥齿轮副的
正常啮合，装配主减速器时，圆锥滚子轴承应有一定的装配预紧度，即在消除轴承间隙的基础上，再给予一定的压紧力，但也不能过紧，过紧会使传动效率降低，且加速轴承磨损。为克服这个矛盾，出现了波形套筒。
4、锥齿轮啮合调整
? 锥齿轮啮合调整又包括啮合印痕的调整和齿侧间隙的调整。
? 啮合印痕的调整方法是：在从动锥齿轮轮齿两侧涂以红丹油，然后用手反复转动主动锥齿轮，观察从动锥齿轮
轮齿两侧的接触印痕，若从动锥齿轮轮齿凹面和凸面的接触印痕均位于齿高的中间偏于小端，并占齿面宽度的60％ 、高度的50％ 以上即为正确啮合。
? 啮合间隙的调整方法是：通过调整垫片、调整环等调整结构对从动锥齿轮进行轴向调整，使从动锥齿轮大端处
齿侧间隙在适当的范围内(一般为0.1-0.35mm)。主齿偏置距方向一般依靠加工精度保证，不再做调整措施。
5、主减速器总成的润滑
? 对于弧齿锥齿轮主减速器，可加注普通齿轮油。但对于双曲面齿轮主减速器，则必须加注双曲面齿轮油。差速
器壳上应开孔使润滑油能进入，以保证差速齿轮和滑动表面的润滑。双曲线齿轮工作时，齿面间会有较大的相对滑动，且齿面压力很大，齿面油膜容易被破坏。为减少摩擦，提高效率，必须要采用含有防刮伤添加剂的专用双曲线齿轮油，绝不能用其它的齿轮油代替，否则将使齿面迅速磨损和擦伤，严重影响汽车的运行状态。 ? 添加润滑油太少，油面过低，齿轮得不到充分润滑，右面过高，会引起过大的搅油损失，会增加噪音。一般而
言，加润滑油至被动轮下齿面宽的1/3处，进行试验，根据试验中润滑油的温度、齿轮的传动噪音和磨损情况进行适量调整。
6、锥齿轮参数设计
? 汽车主减速器锥齿轮的切齿法主要有“格里森”(Gleason)切齿法和奥利康(Oerlikon)切齿法。
? 与传动系其他齿轮比较，主减速器锥齿轮的载荷大且作用时间长、变化多、冲击较大，它们的工作条件更加恶
劣。因此，驱动桥齿轮材料应满足如下要求：
(1) 具有较高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有较高硬度(保证耐磨性)。 (2) 在轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷；避免在冲击载荷下发生齿根折断。 (3) 钢材锻造性能、切削性能及热处理性能好；热处理变形要小或变形规律要容易控制。 (4) 选择齿轮材料要适合我国情况。 锥齿轮主要参数的选择
? 主、从动锥齿轮齿数z1和z2 ;
? 从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms ; ? 主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2 ;
? 双曲面齿轮副的偏移距E、中点螺旋角β、法向压力角α. ? 对于不同的主传动比，z1和z2应适宜搭配。 主、从动锥齿轮齿数z1和z2
1)为了磨合均匀,z1、z2之间应避免有公约数。
2)为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主从动齿轮齿数之和，对于载货汽车应不少于40，对于轿车应不少于50。因此，主从动齿轮的齿数和应满足:60≥Z1+Z2≥40
3)为了啮合平稳、噪声小和具有高的疲劳强度，对于轿车，z一般1不小9，对于货车z1一般不少于6。 4)当主传动比i0较大时，尽量使z1取得小些，以便得到满意的离地间隙。 从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms
对于单级主减速器，D2对驱动桥壳尺寸有影响，D2大将影响桥壳的离地间隙；D2小则影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。
D2的初选
3?mcsms的计算 s 2 2 ms还需满足强度要求：
主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2
1) 锥齿轮齿面过宽会加大应力集中，还降低了刀具的使用寿命。引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿
面过宽也会引起装配空间的减小。但是齿面过窄，轮齿表面的耐磨性会降低。齿面宽过大或过小都会降低齿轮的强度和寿命。从动齿轮齿面宽一般不得大于大端端面模数的10倍，即:F≤10m 。
2) 从动锥齿轮齿面宽b2推荐不大于其节锥距A2的0.3倍，即b2≤0.3A2，而且b2应满足b2≤10ms 。 3) 汽车上一般也推荐b2=0.155D2。
4) 对于螺旋锥齿轮，b1一般比b2大10%。 双曲面齿轮副的偏移距E
1) E值过大将使齿面纵向滑动过大，从而引起齿面早期磨损和擦伤。 2) E值过小，则不能发挥双曲面齿轮的特点。
m?D/zmKT3) 在双曲面齿轮传动中，小齿轮中心线对大齿轮中心线的偏移距E的大小和方向往往是很重要的因素。E值过
大时，将导致齿面纵向滑动的增大，从而引起齿面的早期磨损或擦伤，而且可能出现根切现象。因此，对小轿车和轻型载货汽车，E值不应超过大齿轮分度圆直径d2的20%，即:E≤ 0.2d2 中点螺旋角β.
1) 螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端的螺旋角最小。 2) 弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，
3) 双曲面齿轮副的中点螺旋角是不相等的，β1>β2。
4) 选择β时，应考虑它对齿面重合度εF、轮齿强度和轴向力大小的影响。
5) β越大，则εF也越大，同时啮合的齿数越多，传动就越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高。但β过大，
齿轮上所受的轴向力也会过大。一般εF应不小于1.25，在1.5~2.0时效果最好。 6) 汽车主减速器弧齿锥齿轮螺旋角或双曲面齿轮副的平均螺旋角一般为35°~40°。轿车选用较大的β值以保证
较大的εF，使运转平稳，噪声低；货车选用较小β值以防止轴向力过大，通常取35°。 螺旋方向
1) 从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。 2) 主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。
3) 螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。
当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离
趋势，防止轮齿卡死而损坏。
轴向力方向的判断：根据主动齿轮的旋向，左旋用左手定则，右旋用右手定则，四指指向旋
向，大拇指的指向即为轴向力方向。
法向压力角α
? 对于弧齿锥齿轮，轿车：α一般选用14°30′或16°；货车：α为20°；重型货车：α为22°30′。
? 对于双曲面齿轮，大齿轮轮齿两侧压力角是相同的，但小齿轮轮齿两侧的压力角是不等的，选取平均压力角时，
轿车为19°或20°，货车为20°或22°30′。 齿轮常用材料 ：
驱动桥锥齿轮的工作条件具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。是传动系中的薄弱环节。 锥齿轮材料应满足如下要求：
1)具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。 2)轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。
3)锻造性能、切削加工性能及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。
4)选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。
汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20CrMoTi 、20CrMo 、20MnVB、
20MnTiB、22CrNiMo、16SiMn2WMoV等。
齿轮是依靠本身的结构尺寸和材料强度来承受外载荷的，这就要求材料具有较高强度韧性和耐磨性；由于齿轮形状复杂，齿轮精度要求高，还要求材料工艺性好。常用材料为锻钢、铸钢、铸铁、非金属材料。 选取材料时应考虑：
齿轮的工作条件不同，轮齿的破坏形式不同，是确定齿轮强度计算准则和选择材料和热处理的根据。 1．对于受冲击载荷时，轮齿容易折断应选用韧性较好的材料，可选用低碳钢渗碳淬火。 2．对于高速闭式传动，齿面易点蚀，应选用齿面硬度较好的材料，可选用中碳钢表面淬火。
3．对于低速中载，轮齿折断，点蚀，磨损均可发生时，应选取机械强度，齿面硬度等综合机械性能好的材料，可选中碳钢调质精切。
4．力求材料品种少，便于管理，考虑资源和供应情况。 5．当结构尺寸要求紧凑，耐磨性高时，要采用合金钢。 6．制造单位的设备及技术情况。 7、普通差速器设计
汽车差速器是驱动轿的主件。它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。
普通差速器由行星齿轮、行星轮架（差速器壳）、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足：（左半轴转速）+（右半轴转速）=2（行星轮架转速）。当汽车直行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，