畢業(yè)論文——空氣動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1課題研究目的1</p><p>　　1.2課題研究的意義1<

2、/p><p>　　1.3課題研究背景3</p><p>　　1.4課題研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4.1國(guó)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4.3汽車性能對(duì)比4</p><p>　　1.5設(shè)計(jì)基本內(nèi)容以及擬解決的主要問題5<

3、/p><p>　　1.5.1設(shè)計(jì)基本內(nèi)容5</p><p>　　1.5.2擬解決的主要問題5</p><p>　　第2章 空氣動(dòng)力車的總體設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2.1驅(qū)動(dòng)器的選擇6</p><p>　　2.2.2 活塞式氣馬達(dá)8</p><p>　　2.3小車基本參數(shù)的選取和傳動(dòng)

4、方案確定10</p><p>　　2.3.1小車的基本參數(shù)10</p><p>　　2.3.2 傳動(dòng)系方案的確定11</p><p>　　第3章 葉片式馬達(dá)的計(jì)算與選型17</p><p>　　第4章 汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算19</p><p>　　4.1主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算19</p><

5、p>　　4.1.1主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置方法19</p><p>　　4.1.2主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算21</p><p>　　4.1.3主減速器錐齒輪的主要參數(shù)選擇23</p><p>　　4.1.4 主減速器錐齒輪的材料26</p><p>　　4.1.5 主減速器圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算27&

6、lt;/p><p>　　4.1.6 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算28</p><p>　　4.2差速器的設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.2.1差速器結(jié)構(gòu)形式選擇29</p><p>　　4.2.3差速器參數(shù)確定30</p><p>　　4.3半軸的設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.3.1 半軸

7、結(jié)構(gòu)形式34</p><p>　　4.3.2半軸參數(shù)的設(shè)計(jì)及計(jì)算35</p><p>　　4.3.2半軸花鍵參數(shù)的確定及其強(qiáng)度計(jì)算38</p><p>　　第5章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)40</p><p>　　5.1盤式制動(dòng)器工作原理40</p><p>　　5.2盤式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定41</p>

8、<p>　　第6章 氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)46</p><p>　　6.1氣罐的設(shè)計(jì)計(jì)算46</p><p>　　6.2氣動(dòng)系統(tǒng)效能的分析46</p><p><b>　　結(jié)論48</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)49</b></p><p><

9、;b>　　致謝51</b></p><p><b>　　空氣動(dòng)力車的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　Design of Compressed-air Powered Vehicle</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著2l世紀(jì)人們對(duì)環(huán)境保護(hù)以及

10、可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高，使用對(duì)環(huán)境友好的清潔汽車替代消耗石油等不可再生礦物資源并對(duì)城市空氣污染嚴(yán)重的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車已成為當(dāng)今社會(huì)的迫切需要。本課題設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力車就是這樣一款以壓縮空氣為動(dòng)力，尾氣排放為零的真正“綠色環(huán)?！毙≤嚒＞唧w工作如下：</p><p>　　首先，本文分析了國(guó)內(nèi)外壓縮空氣動(dòng)力車的發(fā)展現(xiàn)狀；在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)以葉片式氣動(dòng)馬達(dá)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣動(dòng)力小車。整個(gè)小車的核心結(jié)構(gòu)系傳遞小車驅(qū)

11、動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)橋以及只屬于氣動(dòng)小車的獨(dú)一無二的動(dòng)力系統(tǒng)；然后本文詳細(xì)設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)橋的三大組成部分—主減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)半軸，分別對(duì)上述三部分進(jìn)行了選型的分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算。此外論文還設(shè)計(jì)了小車的制動(dòng)器，進(jìn)行了制動(dòng)器的選型分析及計(jì)算；最后，本文設(shè)計(jì)了空氣動(dòng)力小車的動(dòng)力系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓縮空氣動(dòng)力小車；葉片式氣馬達(dá)；驅(qū)動(dòng)橋；差速器</p><p><b>　　ABS

12、TRACT</b></p><p>　　As the steady rise in people’s demands of environmental protection and sustainable development in the 21st century, it is an urgent need in present-day society that the internal-comb

13、ustion engine cars which seriously pollutes urban air and consumes nonrenewable mineral resources such as petroleum should be replaced with environmental protection green cars. Compressed-air powered vehicle designed in

14、this project is just the “green car” which has compressed air as the power and exhausts zero vehic</p><p>　　The nuclear structure of the entire car is the driving axle which transmits driving force and the u

15、nique power system which belongs to the compressed-air powered vehicle.</p><p>　　First of all, this essay analyzes the domestic and foreign development situation of the compressed-air powered vehicle. Based

16、on this, this essay designs a compressed-air powered vehicle which has blade-type air motor as the engine. The analysis of the type selection and the calculation of structural parameter of the above-mentioned parts are m

17、ade respectively. Then three main component elements of driving axle are designed in detail- main reducing gear, compensating gear and jackshaft. In addit</p><p>　　Key words: Compressed-air powered vehicle；V

18、ane motor；Driving axle；differential</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題研究目的</b></p><p>　　在21世紀(jì)的今天，汽車已從原來的奢侈品成了必不可少的代步工具。業(yè)內(nèi)專家指出，到2011年底，包括重型卡車等車型在內(nèi)，估計(jì)全

19、球共有9.7億量汽車在路上行駛，比2010年增加3000萬輛。而到2012年底，汽車總量突破了十億[1]。汽車的普及的確給人們的生活帶來了便捷，但正因?yàn)槠嚨钠占?，帶來的一系列社?huì)問題也顯而易見。首當(dāng)其沖的是能源問題和環(huán)境問題，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高，使用對(duì)環(huán)境友好的清潔汽車替代消耗石油等不可再生礦物資源并對(duì)城市空氣污染嚴(yán)重的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車已成為當(dāng)今社會(huì)的迫切需要。因此，環(huán)保的“綠色汽車”成為了新型汽車設(shè)計(jì)的基本

20、理念，“零排放”與可循環(huán)能源的利用成為汽車發(fā)展的新的主題。人們期待著一種沒有污染、用之不竭的新型能源出現(xiàn)，壓縮空氣能源正是滿足了這樣的要求?？諝鈩?dòng)力車?yán)褂脡嚎s的空氣作為動(dòng)力源，空氣作為介質(zhì)，在汽車運(yùn)行時(shí)通過動(dòng)力裝置把壓縮空氣儲(chǔ)存的壓能轉(zhuǎn)化為汽車的動(dòng)能，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)無化學(xué)變化，不產(chǎn)生破環(huán)環(huán)境的物質(zhì)，是一種真正的“綠色汽車”。綜上所述，空氣動(dòng)力車的設(shè)計(jì)課題的研究目的就是為了設(shè)計(jì)出一款能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的綠色汽車。</p>&

21、lt;p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　長(zhǎng)期以來，資源緊缺、環(huán)境污染嚴(yán)重成為困擾人類的巨大難題，而隨著人類文明的進(jìn)步，城市的規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大，在城市中穿梭著的車輛數(shù)量與日俱增，車輛排放的尾氣的處理問題成為城市污染的巨大難題。因此，清潔新能源的開發(fā)與應(yīng)用成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的話題，生物能、太陽能汽車和電池動(dòng)力車等可再生的清潔能源作動(dòng)力的新型車輛開始逐漸走進(jìn)我們的生活，然而對(duì)于日益嚴(yán)峻的危機(jī)，這些

22、努力顯得杯水車薪?？諝鈩?dòng)力車的出現(xiàn)，為解決能源與環(huán)境問題提供了嶄新的思路，相比生物能、太陽能、電池動(dòng)力車，空氣動(dòng)力車具有無與倫比的優(yōu)勢(shì)，相信不遠(yuǎn)的將來，它必將在人們生活中扮演不可或缺的角色。利用壓縮空氣作為推動(dòng)汽車的動(dòng)力，與傳統(tǒng)的燃燒汽油或者利用化學(xué)電池提供動(dòng)力相比有著以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)[2]。</p><p><b>　　1）、零污染 </b></p><p>　　空氣動(dòng)

23、力車與傳統(tǒng)燃油動(dòng)力車不同，依靠壓縮空氣膨脹做功輸出動(dòng)力，真正做到無污染、零排放。燃油動(dòng)力車存在的資源供應(yīng)緊張、尾氣排放污染嚴(yán)重與治理困難等問題使其必然遭到歷史的淘汰。電池動(dòng)力車依靠充電電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力，看似清潔無污染，但是廢舊電池的處理為其廣泛應(yīng)用埋下了隱患，電池內(nèi)的重金屬以及廢酸液如果不能得到妥善回收，其對(duì)土壤和地下水的危害十分嚴(yán)重且難以治理?？諝鈩?dòng)力車‘燃燒’空氣，排放出的也是空氣，利用水力、風(fēng)力和太陽能發(fā)出的可再生清潔電力供給

24、空氣壓縮機(jī)，大氣中無窮的空氣將成為我們?nèi)≈槐M的能源，毫無污染并且可以循環(huán)利用。</p><p><b>　　2）、造價(jià)低 </b></p><p>　　空氣的可循環(huán)再利用決定了空氣動(dòng)力車的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，它十分廉價(jià)。發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的突破，使得車身結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，減少了車身的成本；行駛耗能方面，即使使用汽油混合動(dòng)力，空氣動(dòng)力汽車平均能達(dá)到每加侖106英里，是現(xiàn)在最省油的豐田普銳斯

25、（Pirus）混合動(dòng)力車的兩倍多。壓縮空氣膨脹過程中吸熱，因此還可以作為汽車的空調(diào)系統(tǒng)加以利用。</p><p><b>　　3）、加氣快 </b></p><p>　　空氣動(dòng)力車特有的儲(chǔ)氣罐，讓我們可以像加油一樣在加氣站幾分鐘的時(shí)間加滿壓縮空氣，而不必像電動(dòng)汽車一樣要花上幾個(gè)小時(shí)為電池充電。壓縮空氣在儲(chǔ)氣罐中不會(huì)緩慢泄露，而電動(dòng)汽車的電池隨著時(shí)間的推移電量會(huì)逐漸喪失

26、。加氣既可以在家中利用空氣壓縮機(jī)完成，也可以在建設(shè)好的加氣服務(wù)站完成。</p><p><b>　　4）、節(jié)約能源</b></p><p>　　在溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重的今天，各國(guó)對(duì)于節(jié)能減排已經(jīng)逐步達(dá)成共識(shí)。未來幾年，二氧化碳排放量將受到各國(guó)的嚴(yán)厲限制，低耗能汽車是大勢(shì)所趨。插電式混合動(dòng)力能大幅消減尾氣排放，但造價(jià)較高，若要推廣則需要改良基礎(chǔ)設(shè)施，如大規(guī)模建立充電站。目前

27、技術(shù)上制造燃燒氧氣產(chǎn)生水的燃料電池仍有困難。空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)利用空氣分子間隙大、易壓縮的特點(diǎn)，能量的存儲(chǔ)和釋放都是物理過程，而且空氣采集容易并可循環(huán)利用。</p><p><b>　　5）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 </b></p><p>　　因?yàn)闅鈩?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)是可以無級(jí)變速，又可以帶負(fù)荷起動(dòng)，所以不必安裝變速箱、散熱器、傳動(dòng)軸等。又因氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，所以不需要倒檔。車的重量減

28、輕60%--70%，車就顯得輕薄。</p><p><b>　　6）、費(fèi)用低</b></p><p>　　與傳統(tǒng)汽車相比，其發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)無燃料燃燒過程，所以發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、質(zhì)量輕、造價(jià)低，設(shè)計(jì)和制造容易。整車使用維護(hù)和生產(chǎn)費(fèi)用低，且可利用現(xiàn)有氣動(dòng)技術(shù)、汽車設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，研制和開發(fā)周期短。</p><p>　　綜上來說，本

29、課題的意義在于能夠滿足人們對(duì)新型能源且無污染的汽車的需求，而且該車優(yōu)勢(shì)顯著，可行性可見一斑。</p><p><b>　　1.3課題研究背景</b></p><p>　　在19世紀(jì)，法國(guó)著名科幻小說家儒勒.凡爾納就曾描繪過這樣一幅圖景——滿街跑著用空氣作動(dòng)力的汽車。在2002年在巴黎舉行的國(guó)際汽車展上，展出了一種不用燃油而使用高壓空氣推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的小型汽車“城市之貓”（

30、CityCAT），發(fā)明者為居伊·內(nèi)格爾（Guy Negre）。</p><p>　　如今，對(duì)空氣動(dòng)力車的研究與應(yīng)用已經(jīng)引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，許多汽車公司也爭(zhēng)相投入到空氣動(dòng)力車的研發(fā)與推廣，試圖搶先占領(lǐng)市場(chǎng)制高點(diǎn)。法國(guó)MDI公司的推出壓縮空氣動(dòng)力車，一罐300升、300個(gè)大氣壓的壓縮空氣，可以行駛300公里以上，最大時(shí)速達(dá)100公里[3]。美國(guó)華盛頓大學(xué)的一個(gè)科研小組正在研制一種利用液氮提供動(dòng)力的無污染

31、汽車。這種汽車貯存超低溫液氮,液氮通過管道輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中,迅速汽化成氣體,體積急劇膨脹,推動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)汽車。澳大利亞Engineair公司更是依賴壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)研制了一系列車型。</p><p><b>　　1.4課題研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　1.4.1國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　法國(guó)設(shè)計(jì)師Guy Negre受Fl方程式

32、賽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的啟發(fā)，于1991年獲得了壓縮空氣動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的專利，并創(chuàng)建了MDI公司，于1998年推出了第一臺(tái)壓縮空氣動(dòng)力汽車樣車。在當(dāng)?shù)卣膮f(xié)助下，MDI公司現(xiàn)正在南非約翰內(nèi)斯堡、墨西哥城推廣基于二壓縮空氣動(dòng)力的城市用出租車。目前國(guó)外的研究工作主要集中在法國(guó)工程Guy Negre領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，他們已獲得相關(guān)的專利20余項(xiàng)，其設(shè)計(jì)出的氣動(dòng)汽車已經(jīng)定型并投入了商業(yè)生產(chǎn)。美國(guó)人Roger Lee 也提出了類似的專利。荷蘭的國(guó)際汽車研

33、究中心，以及奧地利等一些歐洲國(guó)家也正積極進(jìn)行相關(guān)的研究。美國(guó)華盛頓大學(xué)在美國(guó)能源部的資助下，于1997年研制了一臺(tái)以液氮為動(dòng)力的氣動(dòng)原型汽車[4]。其基本原理與壓縮空氣動(dòng)力汽車相同，只是動(dòng)力來源于液氮在受熱蒸發(fā)后氣體膨脹做功。其主要優(yōu)點(diǎn)在于液氮無須使用高壓儲(chǔ)存和高壓罐，安全性較好。但液氮的制取和存儲(chǔ)需很低的溫度，制氮成本不低，儲(chǔ)氮費(fèi)用也較大。使用過程中存在氮?dú)庖輾饬看?，液氮?dú)饣臒峤粨Q量也很大。</p><p>

34、　　1.4.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)內(nèi)近來也有人提出液態(tài)空氣動(dòng)力汽車的設(shè)想，但液態(tài)空氣動(dòng)力汽車也同樣存在液氮?dú)怏w動(dòng)力 汽車的問題。壓縮空氣動(dòng)力汽車的研究，目前國(guó)內(nèi)尚無文獻(xiàn)報(bào)道。浙江大學(xué)的氣動(dòng)汽車課題組已存氣動(dòng)摩托車動(dòng)力平臺(tái)上分別進(jìn)行了凸輪配氣、閥配氣的尊缸和雙缸壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究，已取得了一定的成果。該課題組還同時(shí)進(jìn)行了液氮?dú)怏w動(dòng)力汽車的有關(guān)項(xiàng)目研究[5]。</p><

35、p>　　1.4.3汽車性能對(duì)比</p><p>　　為了進(jìn)一步說明以壓縮空氣為動(dòng)力的氣動(dòng)汽車的特點(diǎn)．以人們普遍看好的氫燃料電池電動(dòng)汽車作為全面的比較對(duì)象，表1.1列出了壓縮空氣動(dòng)力汽車與氫燃料電池電動(dòng)汽車常用的使用特性的對(duì)比情況[6]。 </p><p>　　表1.1 與氫燃料電池電動(dòng)汽車的特性比較</p><p>　　由此可見，氣動(dòng)汽車在制造、使用和安全性等

36、方面都具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和實(shí)用性，特別是壓縮空氣動(dòng)力汽車具有良好的環(huán)保特性和較低的制造成本，這些獨(dú)特的特性必將在未來社會(huì)發(fā)揮其獨(dú)特作用。</p><p>　　1.5設(shè)計(jì)基本內(nèi)容以及擬解決的主要問題</p><p>　　1.5.1設(shè)計(jì)基本內(nèi)容</p><p>　　本文的主要目的是設(shè)計(jì)一款完整的，可靠的，能運(yùn)動(dòng)的空氣動(dòng)力汽車，重點(diǎn)是空氣動(dòng)力車動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括以下內(nèi)

37、容：</p><p>　　1）、壓縮空氣動(dòng)力車整體方案的設(shè)計(jì)與選擇，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇，小車整體參數(shù)的確定，動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案的確定；</p><p>　　2）、空氣動(dòng)力車的動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)—驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，包括主減速器的設(shè)計(jì)、差速器的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)；</p><p>　　3）、壓縮空氣動(dòng)力車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，包括制動(dòng)器的選型，和主要參數(shù)的計(jì)算；</p>&l

38、t;p>　　4）、壓縮空氣動(dòng)力車動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及相關(guān)選件的選型計(jì)算和分析。</p><p>　　1.5.2擬解決的主要問題</p><p>　　1）、傳動(dòng)系能量的傳送路線的確定。即主減速器的主動(dòng)齒輪將發(fā)動(dòng)機(jī)的能量傳遞給差速器殼上的從動(dòng)錐齒輪，從動(dòng)錐齒輪帶動(dòng)差速器殼旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給半軸齒輪，最后半軸齒輪帶動(dòng)半軸使輪轂旋轉(zhuǎn)，汽車啟動(dòng)。</p><p>　　2

39、）、發(fā)動(dòng)機(jī)馬達(dá)的選擇。通過給定的數(shù)據(jù)計(jì)算出馬達(dá)的額定功率和額定轉(zhuǎn)矩，選擇合適參數(shù)的馬達(dá)。</p><p>　　3）、驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。包括確定主減速器的傳動(dòng)比、齒輪的載荷計(jì)算；選擇差速器的結(jié)構(gòu)形式，差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，有普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器和防滑差速器；半軸的設(shè)計(jì)參數(shù)及校核。</p><p>　　4）、制動(dòng)器的選擇與設(shè)計(jì)。汽車所用都制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類 。

40、通過計(jì)算，確定制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。</p><p>　　5）、氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)?？s空氣動(dòng)力汽車本質(zhì)上是一套氣動(dòng)設(shè)備，與常規(guī)的氣動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成只是一些元器件上的差別，也包括了氣源、氣閥、氣動(dòng)管道、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（在此為壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)）和控制元件等。</p><p>　　第2章 空氣動(dòng)力車的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要工作是設(shè)計(jì)一個(gè)用壓縮空氣為動(dòng)力的小車，能夠

41、實(shí)現(xiàn)載人載物運(yùn)動(dòng)，小車的機(jī)械本體是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。就本設(shè)計(jì)而言，機(jī)械本體包括驅(qū)動(dòng)器，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及制動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)的汽車已內(nèi)燃機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。而本設(shè)計(jì)是以壓縮空氣為動(dòng)力，所以利用氣動(dòng)馬達(dá)將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，作為驅(qū)動(dòng)裝置。該車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車類似，主要部分為驅(qū)動(dòng)橋，包括主減速器、差速器和半軸。制動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)跟傳統(tǒng)汽車相同。</p><p><b>　　2.1驅(qū)動(dòng)器的選擇</b&

42、gt;</p><p>　　氣動(dòng)馬達(dá)也稱為風(fēng)動(dòng)馬達(dá)，是指將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能的裝置。一般作為更復(fù)雜裝置或機(jī)器的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源。氣動(dòng)馬達(dá)按結(jié)構(gòu)分類為：葉片式氣動(dòng)馬達(dá)，活塞式氣動(dòng)馬達(dá)。氣動(dòng)馬達(dá)有如下特點(diǎn)：</p><p>　　可以無級(jí)調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出功率和轉(zhuǎn)速。便可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和功率的目的。</p><

43、p>　　能夠正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)。大多數(shù)氣馬達(dá)只要簡(jiǎn)單地用操縱閥來改變馬達(dá)進(jìn)、排氣方向，即能實(shí)現(xiàn)氣馬達(dá)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時(shí)換向。在正反向轉(zhuǎn)換時(shí)，沖擊很小。氣馬達(dá)換向工作的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它具有幾乎在瞬時(shí)可升到全速的能力。葉片式氣馬達(dá)可在一秒半的時(shí)間內(nèi)升至全速；活塞式氣馬達(dá)可以在不到一秒的時(shí)間內(nèi)升至全速。利用操縱閥改變進(jìn)氣方向，便可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間短，速度快，沖擊性小，而且不需卸負(fù)荷。</p><p

44、>　　工作安全，不受振動(dòng)、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動(dòng)、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。</p><p>　　有過載保護(hù)作用，不會(huì)因過載而發(fā)生故障。過載時(shí)，馬達(dá)只是轉(zhuǎn)速降低或停止，當(dāng)過載解除，立即可以重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機(jī)件損壞等故障。可以長(zhǎng)時(shí)間滿載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，溫升較小。</p><p>　　具有較高的起動(dòng)力矩，可以直接帶載荷起動(dòng)。起動(dòng)、

45、停止均迅速?？梢詭ж?fù)荷啟動(dòng)。啟動(dòng)、停止迅速。</p><p>　　功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬。功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦；轉(zhuǎn)速可從零一直到每分鐘萬轉(zhuǎn)。</p><p>　　操縱方便，維護(hù)檢修較容易 氣馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，馬力大，操縱容易，維修方便。</p><p>　　使用空氣作為介質(zhì)，無供應(yīng)上的困難，用過的空氣不需處理，放到大氣中無污染 壓縮空氣可以集中

46、供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。</p><p>　　2.1.1 葉片式氣馬達(dá)</p><p>　　反方向的轉(zhuǎn)葉片式氣馬達(dá)的原理見圖2.1。葉片式氣馬達(dá)主要由定子1、轉(zhuǎn)子2、葉片3及4等零件構(gòu)成。定子上有進(jìn)、排氣用的配氣槽或孔，轉(zhuǎn)子上銑有長(zhǎng)槽，槽內(nèi)有葉片。定子兩端有密封蓋，密封蓋上有弧形槽與進(jìn)、排氣孔A、B及葉片底部相通。轉(zhuǎn)子與定子偏心安裝，偏心距為e。這樣由轉(zhuǎn)子的外表面、葉片（兩葉片之間）、定子的內(nèi)表

47、面及兩密封端蓋就形成了若干個(gè)密封工作容積。 壓縮空氣由A孔輸入時(shí)，分為兩路：一路經(jīng)定子兩端密封蓋的弧形槽進(jìn)入葉片底部，將葉片推出。葉片就是靠此氣壓推力及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力的綜合作用而保證運(yùn)轉(zhuǎn)過程中較緊密地抵在定子內(nèi)壁上。壓縮空氣另一路經(jīng)A孔進(jìn)入相應(yīng)的密封工作容積。如圖1，壓縮空氣作用在葉片3和4上，各產(chǎn)生相矩，但由于葉片3伸出長(zhǎng)（與葉片4伸出相比），作用面積大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于葉片4產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子在相應(yīng)葉片上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩差作用下按逆

48、時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，做功后的氣體由定子孔C排出，剩余殘氣經(jīng)孔B排出。</p><p>　　圖2.1 葉片式馬達(dá)原理圖</p><p>　　改變壓縮空氣的輸入方向（如由B孔輸入），則可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。葉片式氣馬達(dá)多數(shù)可雙向回轉(zhuǎn)，有正反轉(zhuǎn)性能不同和正反轉(zhuǎn)性能相同兩類。圖2.2為正反轉(zhuǎn)性能相同的葉片式馬達(dá)特性曲線。這一特性曲線是在一定工作壓力（例如0.5MPa）下做出的，在工作壓力不變時(shí)，它的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)

49、矩及功率均依外加載荷的變化而變化。當(dāng)外加載荷轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，即為空轉(zhuǎn)，此時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)最大值nmax，馬達(dá)輸出功率為零。當(dāng)外加載荷轉(zhuǎn)矩等于氣馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩Tmax時(shí)，氣馬達(dá)停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為零，此時(shí)輸出功率也為零。當(dāng)外加載荷轉(zhuǎn)矩等于氣馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩的一半時(shí)，其轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速的一半， 此時(shí)馬達(dá)輸出功率達(dá)最大值Pmax。一般說來，這就是氣馬達(dá)的額定功率。 </p><p>　　圖2.2 正反轉(zhuǎn)性能相同的葉片式馬達(dá)特性曲線</p&g

50、t;<p>　　2.2.2 活塞式氣馬達(dá) </p><p>　　常用活塞式氣馬達(dá)大多是徑向連桿式的，圖2.3為徑向連桿活塞氣馬達(dá)工作原理圖。壓縮空氣由進(jìn)氣口（圖中未畫出）進(jìn)入配氣閥套1及配氣閥2，經(jīng)配氣閥及配氣閥套上的孔進(jìn)入氣缸3（圖示進(jìn)入氣缸I和Ⅱ），推動(dòng)活塞4及連桿組件5運(yùn)動(dòng)。通過活塞連桿帶動(dòng)曲軸6旋轉(zhuǎn)。曲軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)與曲軸固定在一起的配氣閥2同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓縮空氣隨著配氣閥角度位置的改變進(jìn)

51、入不同的缸內(nèi)（圖示順序?yàn)棰瘛ⅱ?、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），依次推?dòng)各個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)，各活塞及連桿帶動(dòng)曲軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)進(jìn)氣缸對(duì)應(yīng)的氣缸分別處于排氣狀態(tài)。圖2.4為一小型活塞式氣馬達(dá)的特性曲線?？梢娀钊綒怦R達(dá)也具有軟特性的特點(diǎn)。特性曲線各值隨馬達(dá)工作壓力的變化有較大的變化，工作壓力增高，馬達(dá)的輸出功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均大幅度增加；當(dāng)工作壓力不變時(shí)，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率均隨外加載荷的變化而變化。其基本情況與葉片式氣馬達(dá)大致相同。 </p>&

52、lt;p>　　圖2.3 徑向連桿活塞氣馬達(dá)工作原理圖</p><p>　　圖2.4 小型活塞式氣馬達(dá)的特性曲線</p><p>　　表2.1　葉片式與活塞式氣馬達(dá)性能對(duì)比</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計(jì)選用轉(zhuǎn)速高，單位質(zhì)量功率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修方便的葉片式氣動(dòng)馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　2.3小車基本參數(shù)的選取和傳動(dòng)方

53、案確定</p><p>　　2.3.1小車的基本參數(shù)</p><p><b>　　如下表2.2：</b></p><p>　　表2.2　小車整體參數(shù)</p><p>　　2.3.2 傳動(dòng)系方案的確定</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力小汽車的驅(qū)動(dòng)采用后橋驅(qū)動(dòng)，后驅(qū)動(dòng)橋是壓縮空氣動(dòng)力小汽車傳動(dòng)系

54、的主要組成部分，主要由主減速器、差速器、半軸組成。驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力。</p><p><b>　?。?）驅(qū)動(dòng)橋的分類</b></p><p>　　a.非斷開式即整體式</p><p>　　圖2.5

55、 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋</p><p>　　定義：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋也稱為整體式驅(qū)動(dòng)橋，其半軸套管與主減速器殼均與軸殼剛性地相連一個(gè)整體梁，因而兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪相關(guān)地?cái)[動(dòng)，通過彈性元件與車架相連。它由驅(qū)動(dòng)橋殼1，主減速器，差速器和半軸組成。 </p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，制造工藝性好，維修和調(diào)整易行，工作可靠。 </p><p>　　用途：廣泛載貨

56、汽車、客車、多數(shù)越野車、部分轎車用于上。</p><p>　　b.斷開式驅(qū)動(dòng)橋 </p><p>　　圖2.6 斷開式驅(qū)動(dòng)橋</p><p>　　定義：驅(qū)動(dòng)橋采用獨(dú)立懸架，即主減速器殼固定在車架上，兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪能在橫向平面相對(duì)于車體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的則稱為斷開式驅(qū)動(dòng)橋。為了與獨(dú)立懸架相配合，將主減速器殼固定在車架（或車身）上，

57、驅(qū)動(dòng)橋殼分段并通過鉸鏈連接，或除主減速器殼外不再有驅(qū)動(dòng)橋殼的其它部分。為了適應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立上下跳動(dòng)的需要，差速器與車輪之間的半軸各段之間用萬向節(jié)連接。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：可以增加最小離地間隙，減少部分簧下質(zhì)量，減少車輪和車橋上的動(dòng)載兩半軸相互獨(dú)立，抗側(cè)滑能力強(qiáng)可使獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，提高操縱穩(wěn)定性</p><p>　　缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高</p><p&g

58、t;　　用途：多用于輕、小型越野車和轎車</p><p><b>　　(2)主減速器</b></p><p>　　主減速器一般用來改變傳動(dòng)方向，降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，保證汽車有足夠的驅(qū)動(dòng)力和適當(dāng)?shù)乃倨ぁＶ鳒p速器類型較多，有單級(jí)、雙級(jí)、雙速、輪邊減速器等。</p><p>　　單級(jí)主減速器由一對(duì)減速齒輪實(shí)現(xiàn)減速的裝置，稱為單級(jí)減速器。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重

59、</p><p>　　量輕，東風(fēng)BQl090型等輕、中型載重汽車上應(yīng)用廣泛。</p><p>　　圖2.7 單級(jí)主減速器</p><p>　　雙級(jí)主減速器對(duì)一些載重較大的載重汽車，要求較大的減速比，用單級(jí)主減速器傳動(dòng)，則從動(dòng)齒輪的直徑就必須增大，會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級(jí)減速器。雙級(jí)減速器有兩組減速齒輪，實(shí)現(xiàn)兩次減速增扭。</p&g

60、t;<p>　　為提高錐形齒輪副的嚙合平穩(wěn)性和強(qiáng)度，第一級(jí)減速齒輪副是螺旋錐齒輪。二級(jí)齒輪副是斜齒圓柱齒輪。</p><p>　　主動(dòng)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)從動(dòng)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而完成一級(jí)減速。第二級(jí)減速的主動(dòng)圓柱齒輪與從動(dòng)圓錐齒輪同軸而一起旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)從動(dòng)圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第二級(jí)減速。因從動(dòng)圓柱齒輪安裝于差速器外殼上，所以，當(dāng)從動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過差速器和半軸即驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。</p>&

61、lt;p>　　圖2.8 雙級(jí)主減速器</p><p><b>　　(3)差速器</b></p><p>　　差速器用以連接左右半軸，可使兩側(cè)車輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)同時(shí)傳遞扭矩。保證車輪的正常滾動(dòng)。有的多橋驅(qū)動(dòng)的汽車，在分動(dòng)器內(nèi)或在貫通式傳動(dòng)的軸間也裝有差速器，稱為橋間差速器。其作用是在汽車轉(zhuǎn)彎或在不平坦的路面上行駛時(shí)，使前后驅(qū)動(dòng)車輪之間產(chǎn)生差速作用。驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)的驅(qū)

62、動(dòng)輪若用一根整軸剛性連接,則兩輪只能以相同的角速度旋轉(zhuǎn)。這樣,當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí),由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移過的距離大,將使外側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑拖,而內(nèi)側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。即使是汽車直線行駛,也會(huì)因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動(dòng)半徑不等（輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動(dòng)。 車輪滑動(dòng)時(shí)不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗,還會(huì)使汽車轉(zhuǎn)向困難、制動(dòng)性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動(dòng),在結(jié)構(gòu)上必須保證

63、各車輛能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。通常從動(dòng)車輪用軸承支承在心軸上,使之能以任何角速度旋轉(zhuǎn),而驅(qū)動(dòng)車輪分別與兩根半軸剛性連接,在兩根半軸之間裝有差速器。這種差速器又稱為輪間差速器。多軸驅(qū)動(dòng)的越野汽車,為使各驅(qū)動(dòng)橋能以不同角速度旋轉(zhuǎn),以消除各橋上驅(qū)動(dòng)輪的滑動(dòng),有的在兩驅(qū)動(dòng)橋之間裝有軸間差速器?，F(xiàn)代汽車上的差速器通</p><p><b>　　(4) 半軸</b></p><p>

64、;　　半軸是將差速器傳來的扭矩再傳給車輪，驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)汽車行駛的實(shí)心軸。由于輪轂的安裝結(jié)構(gòu)不同，而半軸的受力情況也不同。所以，半軸分為全浮式、半浮式、3／4浮式三種型式。</p><p><b>　　a.全浮式半軸</b></p><p>　　一般大、中型汽車均采用全浮式結(jié)構(gòu)。 半軸的內(nèi)端用花鍵與差速器的半軸齒輪相連接，半軸的外端鍛出凸緣，用螺栓和輪轂連接。輪轂

65、通過兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的圓錐滾子軸承文承在半軸套管上。半軸套管與后橋殼壓配成一體，組成驅(qū)動(dòng)橋殼。用這樣的支承形式，半軸與橋殼沒有直接聯(lián)系，使半軸只承受驅(qū)動(dòng)扭矩而不承受任何彎矩，這種半軸稱為“全浮式”半軸。所謂“浮”意即半軸不受彎曲載荷。全浮式半軸，外端為凸緣盤與軸制成一體。但也有一些載重汽車把凸緣制成單獨(dú)零件，并借花鍵套合在半軸外端。因而，半軸的兩端都是花鍵，可以換頭使用。</p><p><b>　　b.半

66、浮式半軸</b></p><p>　　半浮式半軸的內(nèi)端與全浮式的一樣，不承受彎扭。其外端通過一個(gè)軸承直接支承在半軸外殼的內(nèi)側(cè)。這種支承方式將使半軸外端承受彎矩。因此，這種半袖除傳遞扭矩外，還局部地承受彎矩，故稱為半浮式半軸。這種結(jié)構(gòu)型式主要用于小客車。</p><p><b>　　c.3／4浮式半軸</b></p><p>　　3／

67、4浮式半軸是受彎短的程度介于半浮式和全浮式之間。此式半軸目前應(yīng)用不多，只在個(gè)別小臥車上應(yīng)用，如華沙M20型汽車。</p><p><b>　　(5) 橋殼</b></p><p>　　a.整體式橋殼：整體式橋殼因強(qiáng)度和剛度性能好，便于主減速器的安裝、調(diào)整和維修，而得到廣泛應(yīng)用。整體式橋殼因制造方法不同，可分為整體鑄造式、中段鑄造壓入鋼管式和鋼板沖壓焊接式等。</

68、p><p>　　b.分段式驅(qū)動(dòng)橋殼：分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓1將兩段連成一體。分段式橋殼比較易于鑄造和加工。</p><p>　　綜上所述，傳動(dòng)系能量的傳送路線為：主減速器的主動(dòng)齒輪將葉片式氣發(fā)達(dá)的能量傳遞給差速器殼上的從動(dòng)錐齒輪，從動(dòng)錐齒輪帶動(dòng)差速器殼旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給半軸齒輪，最后半軸齒輪帶動(dòng)半軸使輪轂旋轉(zhuǎn)，汽車啟動(dòng)。主減速器選用單級(jí)式弧齒雙曲面齒輪的主減速器，而差速器采用對(duì)稱式錐齒

69、輪傳動(dòng)，傳動(dòng)半軸使用半浮式半軸。</p><p><b>　　制動(dòng)器的選取</b></p><p>　　汽車盤式制動(dòng)器分為定鉗盤式制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器。與定鉗盤式制動(dòng)器相比，浮鉗盤式制動(dòng)器軸向和徑向尺寸較小，而且制動(dòng)液受熱汽化的機(jī)會(huì)較少，故自70年代以來，浮鉗盤式制動(dòng)器逐漸取代了頂鉗盤式制動(dòng)器。</p><p>　　圖2.9　浮鉗盤式制動(dòng)器&

70、lt;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)的小車采用浮鉗盤式制動(dòng)器（圖2.9），它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。分泵固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)，制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)，分泵的活塞受油管輸送來的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來就好像用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來一樣。</p><p>　　第

71、3章 葉片式馬達(dá)的計(jì)算與選型</p><p>　　葉片式氣馬達(dá)主要參數(shù)為：額定功率（kW），額定扭矩（N·m）。當(dāng)氣動(dòng)馬達(dá)的這兩個(gè)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定下來后，氣動(dòng)馬達(dá)的型號(hào)也就確定下來了，而氣動(dòng)馬達(dá)的特性主要與這兩個(gè)參數(shù)有關(guān)。由前面介紹的葉片式馬達(dá)的工作原理可知，葉片式氣動(dòng)馬達(dá)的額定功率一般指轉(zhuǎn)速在最高轉(zhuǎn)速的一半時(shí)的輸出功率，額定扭矩即額定功率下的扭矩。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)小車

72、的最高速度要求為30km/h，即V1=8.4m/s。小車載重（含自重）M=1030kg，小車車輪的滾動(dòng)半徑為D1=255mm，小車受力如3.1圖所示。</p><p>　　圖3.1　小車受力示意圖</p><p>　　當(dāng)小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)有：</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中：m—小車

73、的總質(zhì)量，取1030kg；</p><p>　　g—重力加速度，取9.8kg/m2。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式子得：。</p><p><b>　　小車所受阻力：</b></p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　式中：—汽車滾動(dòng)摩擦阻尼系數(shù)

74、，取0.0132；</p><p>　　—地面對(duì)小車的支持力，取10094N。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式子得：。</p><p>　　小車勻速運(yùn)動(dòng)所需的牽引力為：</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　所以，牽引力F=133.25N。</p>&

75、lt;p>　　小車勻速運(yùn)動(dòng)所需的功率為：</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　式中：F—小車勻速運(yùn)動(dòng)所需牽引力，133.25N；</p><p>　　V—小車勻速運(yùn)動(dòng)的速度，8.4m/s。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式（3-4）得，P=1.112kW。</p>&l

76、t;p>　　小車勻速運(yùn)動(dòng)所需的扭矩為：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　式中：F—小車勻速運(yùn)動(dòng)所需牽引力，133.25N；</p><p>　　r—車輪滾動(dòng)半徑，0.255m。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式（3-5）得，T=33.97N·m。</p>

77、<p>　　根據(jù)上述所求的額定功率和額定轉(zhuǎn)矩可確定型號(hào)為TMYJ6-2.5的葉片式氣動(dòng)馬達(dá)，其參數(shù)如表3.1所示。</p><p>　　表3.1　葉片式氣馬達(dá)參數(shù)</p><p>　　第4章 汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.1主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的主減速器為單級(jí)主減速器，單級(jí)主減速器具有

78、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于主傳動(dòng)比的轎車和一般輕、中型載貨汽車。例如，乘用車（一般)、總重量較小的商用車都采用單級(jí)主減速器。主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式?，F(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋的主減速器齒輪廣泛采用螺旋錐齒輪。螺旋錐齒輪傳動(dòng)在承受較高載荷時(shí)，工作平穩(wěn)，噪音小，滑動(dòng)速度低，作用在齒面上的接觸負(fù)荷也小。所以本題采用單級(jí)圓弧錐齒輪。</p><p>　　4.1

79、.1主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置方法</p><p>　　主減速器中心必須保證主、從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好地工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。</p><p>　　1）、主動(dòng)錐齒輪的支承</p><p>　　主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂支承（圖4.1）和跨置

80、式支承（亦稱騎馬式）（4.2）兩種。</p><p>　　懸臂式支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在錐齒輪大端一側(cè)有較長(zhǎng)的軸，并在其上安裝一對(duì)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長(zhǎng)度a和增加兩支承的距離b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承而反向軸向力則由另一個(gè)軸承承受。</p><p>　　圖4.1　主動(dòng)齒輪懸臂式支承形式 圖4.2　主動(dòng)錐齒輪跨置式

81、支承形式</p><p>　　跨置式支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在錐齒輪兩端的軸上均有軸承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)相對(duì)安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)齒輪軸的長(zhǎng)度，使布置更緊湊，并可減小傳動(dòng)軸夾角，有利于整車布置。但是跨置式支承增加了導(dǎo)向軸承支座，使主減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高。</p><p

82、>　　轎車和裝載質(zhì)量小于2t的貨車，常采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小、成本較低的懸臂式結(jié)構(gòu)，所以本次設(shè)計(jì)的小車在這里采用懸臂式結(jié)構(gòu)合理。</p><p>　　2）、從動(dòng)齒輪的支承</p><p>　　從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承（如圖4.3示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c+d應(yīng)

83、不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上，應(yīng)是c等于或大于d。</p><p>　　圖4.3　從動(dòng)錐齒輪支撐形式</p><p>　　4.1.2主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1)、主減速比i0的確定</p><p>　　驅(qū)動(dòng)橋的主減速比是主減速器的設(shè)計(jì)依據(jù)，是設(shè)計(jì)主減速器時(shí)的原始參數(shù)。&l

84、t;/p><p>　　對(duì)于具有很大功率的轎車、客車、長(zhǎng)途公共汽車，尤其是對(duì)競(jìng)賽汽車來說，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的情況下，所選擇的值應(yīng)能保證這些汽車有盡可能高的最高車速。這時(shí)值應(yīng)按下式來確定：</p><p><b>　　(4.1)</b></p><p>　　式中：——車輪的滾動(dòng)半徑，.；</p><p>　　——最大功率時(shí)的

85、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，；</p><p>　　——汽車的最高車速，；</p><p>　　——變速器最高檔傳動(dòng)比，通常為1。</p><p>　　通過式（4-1）的計(jì)算得到，。</p><p>　　2）、按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Ｔce</p><p>　　式中：Tce---------計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm

86、；</p><p>　　Temax---------發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =65N.m</p><p>　　n---------計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)， n= 1；</p><p>　　if---------分動(dòng)器傳動(dòng)比， if= 1；</p><p>　　i0---------主減速器傳動(dòng)比，

87、i0=3.57；</p><p>　　η---------變速器傳動(dòng)效率， η=0.90；</p><p>　　k---------液力變矩器變矩系數(shù)， K=1；</p><p>　　Kd---------由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1；</p><p>　　i1---------變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=2.5；

88、</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入上式可得：</p><p>　　Tce=522N.m</p><p>　　3）、按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中：--------每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸上的重量，為60%G=60%×10

89、094=6056.4N</p><p>　　--------加速時(shí)重量轉(zhuǎn)移系數(shù)，此處為1.1；</p><p>　　----------輪胎與路面的附著系數(shù)，對(duì)于一般輪胎的公路用汽車在良好的混凝土或?yàn)r青路上可取0.85；</p><p>　　---------車輪滾動(dòng)半徑，0.254m；</p><p>　　---------車輪到從動(dòng)錐齒輪

90、間的傳動(dòng)比，取1；</p><p>　　----------車輪到從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率，一般為0.9；</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入公式可得到=1598 N.m</p><p>　　4）、按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　（4.3）</b></p><p&

91、gt;　　式中：----------汽車總重量，10094N；</p><p>　　-----------車輪滾動(dòng)半徑，0.254m；</p><p>　　------------從動(dòng)錐齒輪到輪邊減速比，取1；</p><p>　　-----------驅(qū)動(dòng)軸傳動(dòng)效率，圓弧錐齒輪取0.90；</p><p>　　-----------公路坡度

92、系數(shù)，它代表汽車在設(shè)計(jì)時(shí)要求能夠持續(xù)爬坡的能力，而不是公路的坡度系數(shù)，取0.06；</p><p>　　-----------性能系數(shù)，代表汽車在坡度上的加速能力，取0.017；</p><p>　　代入公式可得：=219.3</p><p>　　所以對(duì)于主動(dòng)錐齒輪：</p><p><b>　?。?.4）</b><

93、;/p><p>　　最大計(jì)算扭矩取，計(jì)算的較小值：</p><p>　　所以主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩： </p><p><b>　　（4.5）</b></p><p>　　4.1.3主減速器錐齒輪的主要參數(shù)選擇</p><p>　　主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2</p><p&

94、gt;　　選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：</p><p>　　為了嚙合平穩(wěn)、噪音小和具有高的疲勞強(qiáng)度，大小齒輪的齒數(shù)和不少于40在轎車主減速器中，小齒輪齒數(shù)不小于9。</p><p>　　主減速器的傳動(dòng)比為3.54，初定主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1=11，從動(dòng)齒輪齒數(shù)z2=39。</p><p><b>　　所以：，，</b></p>

95、<p>　　從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑和端面模數(shù)</p><p>　　對(duì)于單級(jí)主減速器，增大尺寸會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼的離地間隙，減小又會(huì)影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。</p><p>　　可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選，即</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　——直徑系數(shù)

96、，一般取13.0～16.0</p><p>　　——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，，為Tce和Tcs中的較小者</p><p>　　所以 =（13.0～16.0）=（104.6～128.8）</p><p>　　初選=117 則=/=117/39=3</p><p>　　初選=3mm， 則=117</p><p>　

97、　根據(jù)=來校核=3選取的是否合適，其中=（0.3～0.4）</p><p>　　此處，=（0.3～0.4）=（2.41～3.22），因此滿足校核。</p><p>　　主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬和</p><p>　　錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過窄及刀尖圓角過小，這樣不但會(huì)減小了齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)

98、力，還降低了刀具的使用壽命。此外，安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時(shí)載荷集中于輪齒小端，會(huì)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會(huì)降低。</p><p>　　對(duì)于從動(dòng)錐齒輪齒面寬，推薦不大于節(jié)錐的0.3倍，即，而且應(yīng)滿足，對(duì)于汽車主減速器圓弧齒輪推薦采用：</p><p>　　=0.155117=1

99、8 （4.7）</p><p>　　一般習(xí)慣使錐齒輪的小齒輪齒面寬比大齒輪稍大，使其在大齒輪齒面兩端都超出一些，通常小齒輪的齒面加大10%較為合適，在此取=1.1=20</p><p><b>　　中點(diǎn)螺旋角</b></p><p>　　齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，越大，則也越

100、大，同時(shí)嚙合的齒越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高，應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。</p><p>　　汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°～40°，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，通常取35°。 </p><p><b>　　螺旋方向</b></p>&l

101、t;p>　　主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向，當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離的趨勢(shì)，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時(shí)針，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。</p><p><b>　　法向壓力角</b></p>&l

102、t;p>　　加大壓力角可以提高齒輪的強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，但對(duì)于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般對(duì)于“格里森”制主減速器螺旋錐齒輪來說，在此輕型轎車選擇壓力角</p><p><b>　　具體參數(shù)如下表</b></p><p>　　表4.1 主減速器齒輪參數(shù)表</p><p>

103、;　　4.1.4 主減速器錐齒輪的材料</p><p>　　驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求：</p><p>　　具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。</p><p>　　齒輪芯部

104、應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。</p><p>　　鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。</p><p>　　選擇合金材料時(shí)，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。</p><p>　　汽車主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20

105、MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳

106、量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。在此選擇材料為20CrMnTi。</p><p>　　為改善新齒輪的磨合，防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25%的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。</p><p>　　4.1.5 主減速器

107、圓弧齒螺旋錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　單位齒長(zhǎng)上的圓周力</b></p><p>　　在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來估算</p><p>　　按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)</p><p>　　N／mm（4.7）</p><p>　　式

108、中：——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，在此取65；</p><p>　　——變速器的傳動(dòng)比；2.5</p><p>　　——主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，在此取66mm.</p><p><b>　　按上式 N／mm</b></p><p><b>　　輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>

109、;　　汽車主減速器錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為</p><p><b>　　N/（4.8）</b></p><p>　　式中：——該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=146.25N·m;=522N·m.</p><p>　　——超載系數(shù)；在此取1.0</p><p>　　——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處

110、理有關(guān)，</p><p>　　當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.586</p><p>　　——載荷分配系數(shù)，跨置式，取1。</p><p>　　——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向</p><p>　　跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0;</p><p>　　——計(jì)算齒輪的齒面寬，18mm、20mm;</p&g

111、t;<p>　　——端面模數(shù)，3mm;</p><p>　　——計(jì)算彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)（或幾何系數(shù)），它綜合考慮了齒形系數(shù)。　</p><p>　　載荷作用點(diǎn)的位置、載荷在齒間的分布、有效齒面寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)等對(duì)彎曲應(yīng)力計(jì)算的影響。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)本應(yīng)采用輪齒中點(diǎn)圓周力與中點(diǎn)端面模數(shù)，今用大端模數(shù)，而在綜合系數(shù)中進(jìn)行修正。按圖2-1選取小齒輪的＝0.198.</

112、p><p>　　按上式N/< 700N/</p><p><b>　　N/<700N/ </b></p><p>　　所以主減速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。</p><p>　　4.1.6 輪齒的表面接觸強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　錐齒輪的齒面接觸應(yīng)力為</p><p&g

113、t;<b>　　N/（4.9）</b></p><p>　　式中：——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；=146.25N·m;=522N·m.</p><p>　　——材料的彈性系數(shù)，對(duì)于鋼制齒輪副取232.6/mm;</p><p>　　，，——與上一式相同；</p><p>　　——尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪的尺

114、寸對(duì)其淬透性的影響，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，可取1.0；</p><p>　　——表面質(zhì)量系數(shù)，決定于齒面最后加工的性質(zhì)（如銑齒，磨齒等），即表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)（如鍍銅，磷化處理等）。一般情況下，對(duì)于制造精確的齒輪可取1.0</p><p>　　——計(jì)算接觸應(yīng)力的綜合系數(shù)（或稱幾何系數(shù)）。它綜合考慮了嚙合齒面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用的位置、輪齒間的載荷分配系數(shù)、有效尺寬及慣性系數(shù)的因