主减速器参数计算软件设计(附件)
在主减速器设计过程中，参数计算往往是最耗时耗力的，也是最容易出错的地方，所以我们需要一个易于使用的参数计算软件来帮助设计人员进行参数计算。本次毕业设计内容就是设计汽车主减速器参数计算软件，帮助设计人员快速准确地完成主减速器参数计算任务。设计中使用VB语言进行软件编写，运用模块化思想将主减速器设计过程进行分块，对每块子功能先分别进行软件编写，将这些子功能模块组合在一起就完成了软件编写。软件中加入了齿轮参数优化设计方案，使用VB语言中的搜索功能，实现与优化软件MATLAB的连接，方便设计人员进行参数优化设计。
关键词：主减速器，参数计算，计算软件，效率，参数优化
目 录
1 绪论 1
1.1 主减速器的减速类型 1
1.2 主减速器的齿轮类型 2
1.3 主减速器的支撑形式 3
2 软件设计 4
2.1 Visual Basic简介 4
2.2 软件结构设计 5
2.3 软件使用介绍 6
3 主减速器计算实例 8
3.1 主减速比的确定 8
3.2 汽车驱动桥的最小离地间隙 9
3.3 主减速齿轮计算载荷的确定 9
3.4 主减速器齿轮基本参数的选择 13
3.5 螺旋锥齿轮几何尺寸计算 19
3.6 齿轮的强度校核及材料选择 21
4 齿轮参数优化 26
4.1 设立目标函数 27
4.2 设计变量 28
4.3 选择约束条件 28
4.4 优化结果 31
结论 33
致 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
谢 34
参考文献35
附录A 主减速器齿轮几何参数表 36
附录B 弯曲强度计算用综合系数图与接触强度计算用综合系数图 41
1 绪论
主减速器在传动系中主要起到降低转速增大转矩的作用。它是依靠齿数少的主动齿轮带动齿数多的从动齿轮来实现减速增扭的，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转的方向。主减速器一般被布置在动力向驱动轮传递之前，这样有利于减小其前面的传动部件（如离合器、变速器、传动轴等）所传递的转矩，从而减小这些部件的尺寸和质量。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。主减速器一般根据所采用的齿轮型式、主动和从动齿轮的装置方法以及减速型式的不同而互异。
1.1 主减速器的减速类型
为了满足不同的使用需求，主减速器的结构形式也不同。按参加减速传动的齿轮副数目分类，有单级主减速器、双级主减速器、双速主减速器和双级减速配以轮边减速器等。单级主减速器多采用一对弧齿锥齿轮或双曲面齿轮传动，广泛应用于主传动比小于7的汽车上，多应用于轿车和一般轻、中型载货汽车中。单级主减速器由一对圆锥齿轮组成，具有结构简单、质量小、成本低等优点。双级主减速器应用于大传动比的中、重型汽车上。双级主减速器是由两级齿轮减速组成的主减速器，第一级是锥齿轮、第二级是圆柱齿轮传动，与单级主减速器相比，保证有足够的离地间隙同时可得较大的传动比，一般为7～12。
图1-1 双级主减速器的布置方案
双级主减速器减速方案如图1-1：图1-1（a）第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮；图1-1( b)第一级为锥齿轮，第二级为行星齿轮；图1-1( c)第一级为圆柱齿轮，第二级为锥齿轮。双级主减速器减速方案较多，需要根据设计需求灵活选择。
1.2 主减速器的齿轮类型
主减速器中广泛采用格里森制或奥康利制的螺旋锥齿轮或双曲面齿轮。前横置发动机前轮驱动汽车的主减速器采用斜齿圆柱齿轮；双级和双速主减速器的第二级常用斜齿圆柱齿轮或一组行星齿轮；轮边减速器采用一般斜齿圆柱齿轮或行星齿轮机构，或用圆锥齿轮机构；大型客车、无轨电车和超重型汽车的主减速器也有采用蜗轮蜗杆传动的。
图1-2 主减速器齿轮类型
螺旋锥齿轮传动的特点是主、从动齿轮的轴线垂直交于一点。受到轮齿端面重叠的影响，至少有两个以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷，加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐有齿的一端连续而平稳的地转向另一端，所以工作平稳，噪声和振动小，具有较高的传动效率。螺旋锥齿轮还存在一些缺点，比如对啮合精度比较敏感，齿轮副的锥顶稍有不吻合就会使工作条件急剧变坏，并加剧齿轮的磨损和使噪声增大。当从动齿轮直径相同时，双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有更大的直径，更好的支承刚度和结构强度，接触应力反而降低，负荷可以增大达到175%。同时双曲面齿轮传动更为平稳、噪声低，更适合大传动比传动。双曲面齿轮传动既有沿齿廓又有沿齿长方向的滑动，有利于磨合，但必须用耐高压的双曲面齿轮润滑油。
图1.2 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动
螺旋锥齿轮传动；(b)双曲面齿轮传动
1.3 主减速器的支承形式
主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式和跨置式两种。跨置式支撑的结构特点是在锥齿轮两端的轴上均有轴承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，从而可以改善齿轮啮合条件。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，并减小传动轴夹角，有利于整车布置。但是跨置式的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。
悬臂式支承（图1-4）的结构特点是在锥齿轮大端一侧有较长的轴，并在其上安装一对圆锥滚子轴承。两轴承的圆锥滚子的大端应朝外，这样可以减小悬臂长度a和增加两支承间的距离b，以改善支撑刚度。为了尽可能的地增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承轴径比另一轴承的支承轴径大些。悬臂式支承结构简单，支承刚度差，用于传动转矩较小的减速器上，通常在负荷较小的小客车和轻型载荷汽车上采用。
图1-4 主动锥齿轮悬臂式 图1-5 从动锥齿轮支撑形式
从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承（见图1-5）。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+d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是c等于或大于d。
图2-1 软件结构图
2.3 软件使用介绍
2.3.1 开始界面
图2-2 开始界面
开始界面中有开始按钮、使用说明与设计相关三个按钮。开始按钮的功能是开始主减速器参数计算，它与目录相连，点击后跳转至目录界面。单击使用说明按钮可以弹出信息框，查看本软件的使用方法与注意事项。设计相关按钮中的内容是作者与指导教师。
2.3.2 目录界面
图2-3 目录界面
开始界面用来选择计算过程，点击按钮就可以进入相对应的参数计算界面。
软件中将两个公式都进行了编程，使用时按需求进行选择。设计车型按最高车速需求计算主减速比，将所需参数输入完成后点击计算主减速比按钮就可以得到主减速比的初选值。设计所需参数为=0.508mm，=2500r/min,=100km/h,=1，输入计算软件中进行计算得到的结果为4.7879。主从动齿轮齿数分别选择=8，=39，得到主减速比=4.875。
1 绪论 1
1.1 主减速器的减速类型 1
1.2 主减速器的齿轮类型 2
1.3 主减速器的支撑形式 3
2 软件设计 4
2.1 Visual Basic简介 4
2.2 软件结构设计 5
2.3 软件使用介绍 6
3 主减速器计算实例 8
3.1 主减速比的确定 8
3.2 汽车驱动桥的最小离地间隙 9
3.3 主减速齿轮计算载荷的确定 9
3.4 主减速器齿轮基本参数的选择 13
3.5 螺旋锥齿轮几何尺寸计算 19
3.6 齿轮的强度校核及材料选择 21
4 齿轮参数优化 26
4.1 设立目标函数 27
4.2 设计变量 28
4.3 选择约束条件 28
4.4 优化结果 31
结论 33
致 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
谢 34
参考文献35
附录A 主减速器齿轮几何参数表 36
附录B 弯曲强度计算用综合系数图与接触强度计算用综合系数图 41
1 绪论
主减速器在传动系中主要起到降低转速增大转矩的作用。它是依靠齿数少的主动齿轮带动齿数多的从动齿轮来实现减速增扭的，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转的方向。主减速器一般被布置在动力向驱动轮传递之前，这样有利于减小其前面的传动部件（如离合器、变速器、传动轴等）所传递的转矩，从而减小这些部件的尺寸和质量。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。主减速器一般根据所采用的齿轮型式、主动和从动齿轮的装置方法以及减速型式的不同而互异。
1.1 主减速器的减速类型
为了满足不同的使用需求，主减速器的结构形式也不同。按参加减速传动的齿轮副数目分类，有单级主减速器、双级主减速器、双速主减速器和双级减速配以轮边减速器等。单级主减速器多采用一对弧齿锥齿轮或双曲面齿轮传动，广泛应用于主传动比小于7的汽车上，多应用于轿车和一般轻、中型载货汽车中。单级主减速器由一对圆锥齿轮组成，具有结构简单、质量小、成本低等优点。双级主减速器应用于大传动比的中、重型汽车上。双级主减速器是由两级齿轮减速组成的主减速器，第一级是锥齿轮、第二级是圆柱齿轮传动，与单级主减速器相比，保证有足够的离地间隙同时可得较大的传动比，一般为7～12。
图1-1 双级主减速器的布置方案
双级主减速器减速方案如图1-1：图1-1（a）第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮；图1-1( b)第一级为锥齿轮，第二级为行星齿轮；图1-1( c)第一级为圆柱齿轮，第二级为锥齿轮。双级主减速器减速方案较多，需要根据设计需求灵活选择。
1.2 主减速器的齿轮类型
主减速器中广泛采用格里森制或奥康利制的螺旋锥齿轮或双曲面齿轮。前横置发动机前轮驱动汽车的主减速器采用斜齿圆柱齿轮；双级和双速主减速器的第二级常用斜齿圆柱齿轮或一组行星齿轮；轮边减速器采用一般斜齿圆柱齿轮或行星齿轮机构，或用圆锥齿轮机构；大型客车、无轨电车和超重型汽车的主减速器也有采用蜗轮蜗杆传动的。
图1-2 主减速器齿轮类型
螺旋锥齿轮传动的特点是主、从动齿轮的轴线垂直交于一点。受到轮齿端面重叠的影响，至少有两个以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷，加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐有齿的一端连续而平稳的地转向另一端，所以工作平稳，噪声和振动小，具有较高的传动效率。螺旋锥齿轮还存在一些缺点，比如对啮合精度比较敏感，齿轮副的锥顶稍有不吻合就会使工作条件急剧变坏，并加剧齿轮的磨损和使噪声增大。当从动齿轮直径相同时，双曲面齿轮比螺旋锥齿轮有更大的直径，更好的支承刚度和结构强度，接触应力反而降低，负荷可以增大达到175%。同时双曲面齿轮传动更为平稳、噪声低，更适合大传动比传动。双曲面齿轮传动既有沿齿廓又有沿齿长方向的滑动，有利于磨合，但必须用耐高压的双曲面齿轮润滑油。
图1.2 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动
螺旋锥齿轮传动；(b)双曲面齿轮传动
1.3 主减速器的支承形式
主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式和跨置式两种。跨置式支撑的结构特点是在锥齿轮两端的轴上均有轴承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，从而可以改善齿轮啮合条件。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，并减小传动轴夹角，有利于整车布置。但是跨置式的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。
悬臂式支承（图1-4）的结构特点是在锥齿轮大端一侧有较长的轴，并在其上安装一对圆锥滚子轴承。两轴承的圆锥滚子的大端应朝外，这样可以减小悬臂长度a和增加两支承间的距离b，以改善支撑刚度。为了尽可能的地增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承轴径比另一轴承的支承轴径大些。悬臂式支承结构简单，支承刚度差，用于传动转矩较小的减速器上，通常在负荷较小的小客车和轻型载荷汽车上采用。
图1-4 主动锥齿轮悬臂式 图1-5 从动锥齿轮支撑形式
从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承（见图1-5）。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+d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是c等于或大于d。
图2-1 软件结构图
2.3 软件使用介绍
2.3.1 开始界面
图2-2 开始界面
开始界面中有开始按钮、使用说明与设计相关三个按钮。开始按钮的功能是开始主减速器参数计算，它与目录相连，点击后跳转至目录界面。单击使用说明按钮可以弹出信息框，查看本软件的使用方法与注意事项。设计相关按钮中的内容是作者与指导教师。
2.3.2 目录界面
图2-3 目录界面
开始界面用来选择计算过程，点击按钮就可以进入相对应的参数计算界面。
软件中将两个公式都进行了编程，使用时按需求进行选择。设计车型按最高车速需求计算主减速比，将所需参数输入完成后点击计算主减速比按钮就可以得到主减速比的初选值。设计所需参数为=0.508mm，=2500r/min,=100km/h,=1，输入计算软件中进行计算得到的结果为4.7879。主从动齿轮齿数分别选择=8，=39，得到主减速比=4.875。
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