货车轮边减速器的设计
货车轮边减速器的设计
轮边减速器是传动系中最后一级减速增扭装置，采用轮边减速器可满足在总传动比相同的条件下，使变速器、传动轴、主减速器、差速器、半轴等部件的载荷减少，尺寸变小以及使驱动桥获得较大的离地间隙等优点，它被广泛应用于载重货车、大型客车、越野汽车及其他一些大型工矿用车。因此对轮边减速器的研究，具有很重要的实际意义和企业实用性。在本论文研究中，主要开展了如下工作：首先介绍了轮边减速器的原理，并对行星式轮边减速器的特点、传动类型及传动装置进行了阐述与分析。其次根据轮边减速器的工作要求，进行了传动设计计算，确定其主要部件的参数并校核了齿轮的强度。
关键词 轮边减速器，行星减速器，载重货车，强度校核
1 引言 1
1.1 轮边减速器研究背景 1
1.2 轮边减速器研究意义 3
1.3 轮边减速器应用 3
1.4 轮边减速器的工作原理 4
1.5 研究内容 4
2 轮边减速器设计 5
2.1 车型数据 5
2.2 轮边减速器的传动方案 6
3 轮边减速器的设计计算 10
3.1 传动比的设计 10
3.2 齿轮材料的选择 11
3.3 齿轮模数的设计 12
3.4 齿轮几何参数的确定及校验 14
3.5 轮边减速器的结构设计 16
3.6 齿轮强度校核验算 18
3.7 花键的选择与校核 24
3.8 行星轴的设计 25
3.9 减速器的润滑 26
4 轮边驱动系统三维建模与仿真 26
4.1 驱动系统建模 26
结论 30
致谢 31
参考文献 32
1 引言
在重型载货货车、矿用汽车、越野车或大型客车上，一般要求有较大的主传动比和比较大的离地间隙，满足载货汽车对重载和通过性的要求。轮边减速器的出现，较好的解决了这一问题。
本文设计的轮边减速器采用行星齿轮传动结构，与普通定轴齿轮传动相比，有很多优点，如体积小、重量轻，变速比大等。轮边减速器，其主要是由太阳轮、行星轮、内齿圈和行星轮架组成，其主动件太阳轮与半轴相连，被动件行星轮架与车轮相连，齿圈与桥壳相接。从发动机经变速器把动力传递到后桥的主减速器，再从主减速器的输出端传递到轮边减速器及车轮，以驱动车辆前进或后退。在这一过程中，轮边减速器的工作原理就是把主减速器传递的转速和扭矩经过降速增矩后，再传递给车轮，提高传动效率，以便使车轮在地面附着力的反作用下，产生较大驱动力。
本文对轮边减速器的传动比，配齿数进行了设计，并对安装条件和零件强度进行了校核。利用实体建模技术对轮边减速器进行了虚拟制造和虚拟装配并进行了运动分析。
轮边减速器是传动系统中的最后一级，所受到的扭矩最大，所以其强度和结构合理与否对于整个传动系统有很大的影响。轮边减速器的设计受到很多条件的限制，如安装条件、邻接条件、同心条件和传动方向等，因此在设计轮边减速器时要综合考虑各种约束条件。
一般轮边减速器有普通定轴直齿和行星齿轮传动两种结构形式，但由于普通定轴直齿传动有很多不可避免的缺点，如速比的限制、安装尺寸的限制、传动方向的限制等，已经很少。使用因此本文中所设计的轮边减速器采用的是行星齿轮传动。
1.1 轮边减速器研究背景
在汽车行业中，由于车辆的工作环境复杂，需要适应多工况、多转速，变扭矩的工作环境，减速机的应用非常广泛。在车辆中，一般都设置有多级减速器和主减速器。其中，主减速器分为单级主减速器和多级主减速器。在重型货车、越野汽车或大型货车上，当要求有较大的主传动比和较大的离地间隙时，往往将双击主减速器中的第二级减速器齿轮机构制成同样的两套，分别装在两侧驱动轮的近旁称为轮边减速器。
在重型货车车，工程和军事上用的重型牵引汽车及大型公共汽车等，要求有较高的动力性，而车速相对较低，因此其传动系的低挡总传动比很大。为了使变速器、分动器、传动轴等总成不致因承受过大尺寸及质量过大，应将传动系的传动比以尽可能大的比率分配给驱动桥。这就导致了一些重型汽车、大型汽车的主减速比必须很大。越野汽车要求在坏路上和无路地区具有良好的通过性，即要求汽车在满载情况下能以平均车速通过各种坏路及无路地带时有足够离地间隙，因此在设计上述重型汽车、大型公共汽车、越野汽车时，需要在车轮旁附加轮边减速器。
在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等。其应用从大功率的传输工作，到小负荷，高精度的角度传输都可以见到减速机的应用，而且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。
轮边减速器是汽车传动系中最后一级减速增扭装置。由于采用轮边减速器的驱动桥结构相对较复杂,成本较高,只有当驱动桥总减速比大于12的工程机械、重型车和对离地间隙有特殊要求的越野车,才推荐采用轮边减速器，以满足其特殊的工况要求。
目前，国内外矿用汽车的驱动桥广泛采用行星齿轮减速器。行星减速器与普通定轴圆柱齿轮减速器相比，具有重量轻、体积小和传动比大的优点。轮边减速器设置在车轮的轮毂内，使得整个驱动桥结构更加紧凑，同时降低一级主减速器、半轴和差速器的负荷，减小传动部件的结构尺寸，保证后桥具有足够的离地间隙，提高了车辆的通过性能以及降低整车装备质量。
在载货汽车设计中，前期的整车布局和轴荷计算阶段已经确定汽车所采用的轮胎型号，因此相对应的轮辋直径也随之确定。所以矿用汽车轮边减速器的设计任务就是在有限空间条件约束下，尽量减小各部件体积、提高传递扭矩能力。
进入21世纪以来，我国经济形势发生了很大的变化。公路运输得到了很快的发展，为了降低运输成本，缓解铁路压力，促使了汽车的运输能力和载货量逐渐加大。因此，重型汽车轮边减速器在我国的应用前景十分广阔。国外发达国家在汽车轮边减速器方面的研究开展得比较早，如针对其结构和传动比的优化，结构的轻量化，以及在机构上能妥善处理制动器、轮毂等分总成与轮边减速器的布置关系，目前已达到产品成熟化阶段。因此，发展我国的轮边减速器产品是非常必要的。轮边减速器属于汽车减速零部件的关键总成，是为了提高汽车的驱动力, 以满足或修正整个传动系统力的匹配。
1.2 轮边减速器研究意义
轮边减速器多用于大型工程机械、载货汽车、越野车及军用车上。在过去多用单级主减速器，单级主减速器存在体积庞大，结构复杂维修困难等弊端。为了改善通过性，在此类汽车上一般使用二级主减速器，扩大主传动比，增大离地间隙，改善通过性。
变速装置是传动系统中很重要的组成部分，它的设计的好坏直接关系到传动效率、燃油消耗率、汽车的使用寿命，甚至是能否启动的问题。而轮边减速器是传动系统的最后一部分，它起到了减速增扭和改变传动方向的作用，直接将动力传输到轮胎上，因此轮边减速器的设计也至关重要。尤其是大型非公路用车和中型载货汽车，由于路面条件限制，必须将更多的传动比分配到驱动桥上，因此轮边减速器可以大大的改善整车的结构和性能。
车辆的另一个重要指标是通过性。在一定载质量下，汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路及无路地带和克服各种障碍的能力，称为汽车的通过性。坏路及无路地带，是指松软土壤、沙漠、雪地、沼泽等松软地面及坎坷不平地段；各种障碍，是指陡坡、侧坡、台阶、壕沟等。轮边减速器可以分配部分主减速器的传动比，减小驱动桥壳的体积，增大离地间隙，从而有效的提高车辆的通过性。
轮边减速器是传动系中最后一级减速增扭装置，采用轮边减速器可满足在总传动比相同的条件下，使变速器、传动轴、主减速器、差速器、半轴等部件的载荷减少，尺寸变小以及使驱动桥获得较大的离地间隙等优点，它被广泛应用于载重货车、大型客车、越野汽车及其他一些大型工矿用车。因此对轮边减速器的研究，具有很重要的实际意义和企业实用性。在本论文研究中，主要开展了如下工作：首先介绍了轮边减速器的原理，并对行星式轮边减速器的特点、传动类型及传动装置进行了阐述与分析。其次根据轮边减速器的工作要求，进行了传动设计计算，确定其主要部件的参数并校核了齿轮的强度。
关键词 轮边减速器，行星减速器，载重货车，强度校核
1 引言 1
1.1 轮边减速器研究背景 1
1.2 轮边减速器研究意义 3
1.3 轮边减速器应用 3
1.4 轮边减速器的工作原理 4
1.5 研究内容 4
2 轮边减速器设计 5
2.1 车型数据 5
2.2 轮边减速器的传动方案 6
3 轮边减速器的设计计算 10
3.1 传动比的设计 10
3.2 齿轮材料的选择 11
3.3 齿轮模数的设计 12
3.4 齿轮几何参数的确定及校验 14
3.5 轮边减速器的结构设计 16
3.6 齿轮强度校核验算 18
3.7 花键的选择与校核 24
3.8 行星轴的设计 25
3.9 减速器的润滑 26
4 轮边驱动系统三维建模与仿真 26
4.1 驱动系统建模 26
结论 30
致谢 31
参考文献 32
1 引言
在重型载货货车、矿用汽车、越野车或大型客车上，一般要求有较大的主传动比和比较大的离地间隙，满足载货汽车对重载和通过性的要求。轮边减速器的出现，较好的解决了这一问题。
本文设计的轮边减速器采用行星齿轮传动结构，与普通定轴齿轮传动相比，有很多优点，如体积小、重量轻，变速比大等。轮边减速器，其主要是由太阳轮、行星轮、内齿圈和行星轮架组成，其主动件太阳轮与半轴相连，被动件行星轮架与车轮相连，齿圈与桥壳相接。从发动机经变速器把动力传递到后桥的主减速器，再从主减速器的输出端传递到轮边减速器及车轮，以驱动车辆前进或后退。在这一过程中，轮边减速器的工作原理就是把主减速器传递的转速和扭矩经过降速增矩后，再传递给车轮，提高传动效率，以便使车轮在地面附着力的反作用下，产生较大驱动力。
本文对轮边减速器的传动比，配齿数进行了设计，并对安装条件和零件强度进行了校核。利用实体建模技术对轮边减速器进行了虚拟制造和虚拟装配并进行了运动分析。
轮边减速器是传动系统中的最后一级，所受到的扭矩最大，所以其强度和结构合理与否对于整个传动系统有很大的影响。轮边减速器的设计受到很多条件的限制，如安装条件、邻接条件、同心条件和传动方向等，因此在设计轮边减速器时要综合考虑各种约束条件。
一般轮边减速器有普通定轴直齿和行星齿轮传动两种结构形式，但由于普通定轴直齿传动有很多不可避免的缺点，如速比的限制、安装尺寸的限制、传动方向的限制等，已经很少。使用因此本文中所设计的轮边减速器采用的是行星齿轮传动。
1.1 轮边减速器研究背景
在汽车行业中，由于车辆的工作环境复杂，需要适应多工况、多转速，变扭矩的工作环境，减速机的应用非常广泛。在车辆中，一般都设置有多级减速器和主减速器。其中，主减速器分为单级主减速器和多级主减速器。在重型货车、越野汽车或大型货车上，当要求有较大的主传动比和较大的离地间隙时，往往将双击主减速器中的第二级减速器齿轮机构制成同样的两套，分别装在两侧驱动轮的近旁称为轮边减速器。
在重型货车车，工程和军事上用的重型牵引汽车及大型公共汽车等，要求有较高的动力性，而车速相对较低，因此其传动系的低挡总传动比很大。为了使变速器、分动器、传动轴等总成不致因承受过大尺寸及质量过大，应将传动系的传动比以尽可能大的比率分配给驱动桥。这就导致了一些重型汽车、大型汽车的主减速比必须很大。越野汽车要求在坏路上和无路地区具有良好的通过性，即要求汽车在满载情况下能以平均车速通过各种坏路及无路地带时有足够离地间隙，因此在设计上述重型汽车、大型公共汽车、越野汽车时，需要在车轮旁附加轮边减速器。
在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等。其应用从大功率的传输工作，到小负荷，高精度的角度传输都可以见到减速机的应用，而且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。
轮边减速器是汽车传动系中最后一级减速增扭装置。由于采用轮边减速器的驱动桥结构相对较复杂,成本较高,只有当驱动桥总减速比大于12的工程机械、重型车和对离地间隙有特殊要求的越野车,才推荐采用轮边减速器，以满足其特殊的工况要求。
目前，国内外矿用汽车的驱动桥广泛采用行星齿轮减速器。行星减速器与普通定轴圆柱齿轮减速器相比，具有重量轻、体积小和传动比大的优点。轮边减速器设置在车轮的轮毂内，使得整个驱动桥结构更加紧凑，同时降低一级主减速器、半轴和差速器的负荷，减小传动部件的结构尺寸，保证后桥具有足够的离地间隙，提高了车辆的通过性能以及降低整车装备质量。
在载货汽车设计中，前期的整车布局和轴荷计算阶段已经确定汽车所采用的轮胎型号，因此相对应的轮辋直径也随之确定。所以矿用汽车轮边减速器的设计任务就是在有限空间条件约束下，尽量减小各部件体积、提高传递扭矩能力。
进入21世纪以来，我国经济形势发生了很大的变化。公路运输得到了很快的发展，为了降低运输成本，缓解铁路压力，促使了汽车的运输能力和载货量逐渐加大。因此，重型汽车轮边减速器在我国的应用前景十分广阔。国外发达国家在汽车轮边减速器方面的研究开展得比较早，如针对其结构和传动比的优化，结构的轻量化，以及在机构上能妥善处理制动器、轮毂等分总成与轮边减速器的布置关系，目前已达到产品成熟化阶段。因此，发展我国的轮边减速器产品是非常必要的。轮边减速器属于汽车减速零部件的关键总成，是为了提高汽车的驱动力, 以满足或修正整个传动系统力的匹配。
1.2 轮边减速器研究意义
轮边减速器多用于大型工程机械、载货汽车、越野车及军用车上。在过去多用单级主减速器，单级主减速器存在体积庞大，结构复杂维修困难等弊端。为了改善通过性，在此类汽车上一般使用二级主减速器，扩大主传动比，增大离地间隙，改善通过性。
变速装置是传动系统中很重要的组成部分，它的设计的好坏直接关系到传动效率、燃油消耗率、汽车的使用寿命，甚至是能否启动的问题。而轮边减速器是传动系统的最后一部分，它起到了减速增扭和改变传动方向的作用，直接将动力传输到轮胎上，因此轮边减速器的设计也至关重要。尤其是大型非公路用车和中型载货汽车，由于路面条件限制，必须将更多的传动比分配到驱动桥上，因此轮边减速器可以大大的改善整车的结构和性能。
车辆的另一个重要指标是通过性。在一定载质量下，汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路及无路地带和克服各种障碍的能力，称为汽车的通过性。坏路及无路地带，是指松软土壤、沙漠、雪地、沼泽等松软地面及坎坷不平地段；各种障碍，是指陡坡、侧坡、台阶、壕沟等。轮边减速器可以分配部分主减速器的传动比，减小驱动桥壳的体积，增大离地间隙，从而有效的提高车辆的通过性。
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