车辆工程毕业设计223重载汽车后驱动桥结构设计说明书(4)

度和寿命以及安全可靠性地工作。在进行强度计算之前应首先了解齿轮的破坏形式及其影响因素。

1） 齿轮的损坏形式及寿命

齿轮的损坏形式常见的有轮齿折断、齿面点蚀及剥落、齿面胶合、齿面磨损等。它们的主要特点及影响因素分述如下： （1）轮齿折断

主要分为疲劳折断及由于弯曲强度不足而引起的过载折断。折断多数从齿根开始，因为齿根处齿轮的弯曲应力最大。

①疲劳折断：在长时间较大的交变载荷作用下，齿轮根部经受交变的弯曲应力。如果最高应力点的应力超过材料的耐久极限，则首先在齿根处产生初始的裂纹。随着载荷循环次数的增加，裂纹不断扩大，最后导致轮齿部分地或整个地断掉。在开始出现裂纹处和突然断掉前存在裂纹处，在载荷作用下由于裂纹断面间的相互摩擦，形成了一个光亮的端面区域，这是疲劳折断的特征，其余断面由于是突然形成的故为粗糙的新断面。

②过载折断：由于设计不当或齿轮的材料及热处理不符合要求，或由于偶然性的峰值载荷的冲击，使载荷超过了齿轮弯曲强度所允许的范围，而引起轮齿的一次性突然折断。此外，由于装配的齿侧间隙调节不当、安装刚度不足、安装位置不对等原因，使轮齿表面接触区位置偏向一端，轮齿受到局部集中载荷时，往往会使一端（经常是大端）沿斜向产生齿端折断。各种形式的过载折断的断面均为粗糙的新断面。

为了防止轮齿折断，应使其具有足够的弯曲强度，并选择适当的模数、压力角、齿高及切向修正量、良好的齿轮材料及保证热处理质量等。齿根圆角尽可能加大，根部及齿面要光洁。

（2）齿面的点蚀及剥落

齿面的疲劳点蚀及剥落是齿轮的主要破坏形式之一，约占损坏报废齿轮的70%以上。它主要由于表面接触强度不足而引起的。

①点蚀：是轮齿表面多次高压接触而引起的表面疲劳的结果。由于接触区产生很大的表面接触应力，常常在节点附近，特别在小齿轮节圆以下的齿根区域内开始，形成极小的齿面裂纹进而发展成浅凹坑，形成这种凹坑或麻点的现象就称为点蚀。一般首先产生在几个齿上。在齿轮继续工作时，则扩大凹坑的尺寸及数目，甚至会逐渐使齿面成块

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剥落，引起噪音和较大的动载荷。在最后阶段轮齿迅速损坏或折断。减小齿面压力和提高润滑效果是提高抗点蚀的有效方法，为此可增大节圆直径及增大螺旋角，使齿面的曲率半径增大，减小其接触应力。在允许的范围内适当加大齿面宽也是一种办法。

②齿面剥落：发生在渗碳等表面淬硬的齿面上，形成沿齿面宽方向分布的较点蚀更深的凹坑。凹坑壁从齿表面陡直地陷下。造成齿面剥落的主要原因是表面层强度不够。例如渗碳齿轮表面层太薄、心部硬度不够等都会引起齿面剥落。当渗碳齿轮热处理不当使渗碳层中含碳浓度的梯度太陡时，则一部分渗碳层齿面形成的硬皮也将从齿轮心部剥落下来。

（3）齿面胶合

在高压和高速滑摩引起的局部高温的共同作用下，或润滑冷却不良、油膜破坏形成金属齿表面的直接摩擦时，因高温、高压而将金属粘结在一起后又撕下来所造成的表面损坏现象和擦伤现象称为胶合。它多出现在齿顶附近，在与节锥齿线的垂直方向产生撕裂或擦伤痕迹。轮齿的胶合强度是按齿面接触点的临界温度而定，减小胶合现象的方法是改善润滑条件等。

（4）齿面磨损

这是轮齿齿面间相互滑动、研磨或划痕所造成的损坏现象。规定范围内的正常磨损是允许的。研磨磨损是由于齿轮传动中的剥落颗粒、装配中带入的杂物，如未清除的 型砂、氧化皮等以及油中不洁物所造成的不正常磨损，应予避免。汽车主减速器及差速器齿轮在新车跑合期及长期使用中按规定里程更换规定的润滑油并进行清洗是防止不正常磨损的有效方法。

汽车驱动桥的齿轮，承受的是交变负荷，其主要损坏形式是疲劳。其表现是齿根疲劳折断和由表面点蚀引起的剥落。在要求使用寿命为20万千米或以上时，其循环次数均以超过材料的耐久疲劳次数。因此，驱动桥齿轮的许用弯曲应力不超过210.9N／mm.

表3-2给出了汽车驱动桥齿轮的许用应力数值

表3-2 汽车驱动桥齿轮的许用应力 N／mm2

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主减速器齿轮的计算载荷 许用弯曲应力 按式（2-1）、式（2-3）计算出的最大700 计算转矩Tec，Tcs中的较小者 按式（2-4）计算出的平均计算转矩Tcf 210.9 1750 210.9 2800 980 许用接触应力 许用弯曲应力 主减速器齿轮的差速器齿轮的实践表明，主减速器齿轮的疲劳寿命主要与最大持续载荷（即平均计算转矩）有关，而与汽车预期寿命期间出现的峰值载荷关系不大。汽车驱动桥的最大输出转矩Tec和最大附着转矩Tcs并不是使用中的持续载荷，强度计算时只能用它来验算最大应力，不能作为疲劳损坏的依据。

2） 主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算

（1）单位齿长上的圆周力

在汽车主减速器齿轮的表面耐磨性，常常用其在轮齿上的假定单位压力即单位齿长圆周力来估算，即

p?PN／mm (3-6) b2式中：P——作用在齿轮上的圆周力，按发动机最大转矩Temax和最大附着力矩G2?rr 两

种载荷工况进行计算，N；

b2——从动齿轮的齿面宽，在此取80mm. 按发动机最大转矩计算时：

Temaxig?103 N／mm （3-7） p?d1b22式中：Temax——发动机输出的最大转矩，在此取830N?m；

ig——变速器的传动比；

d1——主动齿轮节圆直径，在此取108mm.

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830?9.01?103?1731 N／mm 按上式p?108?802 按最大附着力矩计算时：

G2?rr?103 N／mm （3-8） p?d2b22式中：G2——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，对于后驱动桥还应考虑

汽车最大加速时的负荷增加量，在此取130000N；

?——轮胎与地面的附着系数，在此取0.85：

rr——轮胎的滚动半径，在此取0.527m

130000?0.85?0.527?103按上式p?=1619 N／mm

240?75?2在现代汽车的设计中，由于材质及加工工艺等制造质量的提高，单位齿长上的圆周力有时提高许用数据的20%～25%。经验算以上两数据都在许用范围内。其中上述两种方法计算用的许用单位齿长上的圆周力[p]都为1865N/mm2。

（2）轮齿的弯曲强度计算

汽车主减速器锥齿轮的齿根弯曲应力为

2?103?T?K0?Ks?Km?? N/mm2 （3-9） 2Kv?b?z?m?J式中：T——该齿轮的计算转矩，N·m;

K0——超载系数；在此取1.0

Ks——尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关， 当ｍ?1.6时，Ks?4m12，在此Ks?4＝0.829 25.425.4 Km——载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，Km＝1.00～1.1； 其他方式支承时取1.10～1.25。支承刚度大时取最小值。

Kv——质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向 跳动精度高时，可取1.0;

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b——计算齿轮的齿面宽，mm; z——计算齿轮的齿数； m——端面模数，mm;

J——计算弯曲应力的综合系数（或几何系数），它综合考虑了齿形系数。 载荷作用点的位置、载荷在齿间的分布、有效齿面宽、应力集中系数及惯

性系数等对弯曲应力计算的影响。计算弯曲应力时本应采用轮齿中点圆周力与中点端面模数，今用大端模数，而在综合系数中进行修正。按图4-1选取小齿轮的J＝0.225，大齿轮J＝0.195.

2?103?10305.3?1?0.829?1.0522mmmm按上式?1?＝173 N/< 210.3 N/ 21?80?9?4.444?0.225?122?103?10305.3?1?0.829?1.05?2?=199.7 N/mm2<210.3 N/mm2 21?80?40?12?0.195所以主减速器齿轮满足弯曲强度要求。

图4-1 弯曲计算用综合系数J

(3) 轮齿的表面接触强度计算 锥齿轮的齿面接触应力为

Cp2TK0KsKmKf?103?j? N/mm2 (4-10)

d1KvbJ式中：T——主动齿轮的计算转矩；

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