轮边减速器说明书

华侨大学机电及自动化学院课程设计说明书

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2014年1月

目录

一任务介绍 (1)

二轮边减速器简介 (2)

2.1材料的选择 (3)

2.2铸造性能对铸件的结构设计工艺性的要求 (3)

三装配工艺规程 (4)

3.1 装配前要求 (4)

3.2装配过程要求 (4)

四绘图 (6)

4.1三维图建模 (6)

4.2工程图的制作 (8)

五轮边减速器的装配 (10)

5.1装配前的准备工作 (10)

5.2装配的具体步骤及注意事项 (10)

5.3装配工艺流程设计 (11)

5.4拧紧力矩的确定 (11)

5.5装配后的调整及检查 (14)

六运动仿真 (15)

6.1仿真 (15)

6.2爆炸图 (17)

七结束语 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

一任务介绍

驱动桥位于汽车传动系统的末端，主要由主减速器、差速器、半轴及桥壳等组成。其功用用是：将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动轮，实现降低转速、增大转矩；通过主减速器锥齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮的差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向[1]。

本次课程设计的任务就是通过实物驱动桥的拆装达到认知且熟知的目的，从而在此基础上对驱动桥主传动部分进行设计、三维装配、工程装配图以及运动仿真，画出爆炸图，达到对驱动桥主传动部分详知目的。采用轮边减速器是为了提高汽车的驱动力，以满足或修正整个传动系统驱动力的匹配。

目前采用的轮边减速器，就是为满足整个传动系统匹配的需要，而增加的一套降速增扭的齿轮传动装置。安装在车辆动力输出终端，减轻变速箱负载。发动机点火经离合器、变速器和分动器把动力传递到前、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，以驱动汽车行驶。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其降速增扭后，再传递到车轮，以便使车轮在地面附着力的反作用下，产生较大驱动力。

本次课程设计，通过测绘一驱动桥的轮边减速器，用CAD及pro/e画出其各零件二维及三维图，再经过装配，从而进行仿真运动。

二轮边减速器简介

轮边减速器，就是为满足整个传动系统匹配的需要，而增加的一套降速增扭的齿轮传动装置。安装在车辆动力输出终端，减轻变速箱负载。其中铸铁密封环装配在壳体的凹槽内，挡耳、方形支座和销轴装配到连接体上，通过冲铆销轴进行连接固定，连接体、环形密封盘、弹簧和橡胶体通过低碳钢丝连接密封，形成小总成，上述小总成通过螺栓连接到壳体上，并用低碳钢丝锁固，铜制环形密封盘通过沉头螺钉固定在主动轮总成上，装配了铜制环形密封盘的主动轮总成装配到输出轴，通过自紧螺母、端盖和橡胶密封垫进行固定，此时铜制环形密封盘与环形密封盘齿面接触密封。其构成为：半轴、行星齿轮、行星架、齿圈、太阳轮以及连接用的螺栓等。中心太阳轮以花键方式与车桥半轴联接，随车桥半轴转动，是主动件；齿圈与齿圈支架利用卡环固联，齿圈支架利用花键与半轴套管固联，齿圈固定不动。

图2-1.1

2.1材料的选择

轮边减速器的行星齿轮、齿圈及半轴的太阳轮工作环境为高速环境这些零件的表面要求有高的硬度和耐磨性及高的接触疲劳强度，心部则要求具有良好的韧性，故经过多重考虑，只有采用合金渗碳钢经渗碳处理后才能满足上述性能要求。合金渗碳钢分为三类：一类为低淬性合金渗碳钢，如：20Cr、20Mn2、20MnV等，用于制造尺寸较小的零件，如小齿轮、活塞销等。一类为中淬透性合金渗碳钢，如20CrMn、20CrMnTi等，可用于制造承受高速、中速、冲击和在剧烈摩擦条件下工作的零件，如汽车、拖拉机的变速箱齿轮、离合器轴等。最后一类为高淬透性合金渗碳钢，如18Cr2Ni4WA等，用于制造大截面、高速负荷以及要求高耐磨性及良好韧性的重要零件，如飞机、坦克的曲轴、齿轮及内燃机车的主动牵引齿轮等。[2]从经济性、安全性等各方面考虑，行星齿轮及太阳轮采用中淬透性合金渗碳钢20CrMnTi钢较为适宜。

半轴材料采用优质碳素结构钢。优质碳素结构钢主要用于制造机器零件。根据碳的质量分数不同，有不同的用途。08、08F、10钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成型性能，常冷轧呈薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机的冷冲压件，如汽车车身、拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨，心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销、样板等；30、35、45钢经热处理后具有良好的综合性能，即具有较高强度和较高的塑性、韧性用于制作轴类零件。经过综合的分析对比以及半轴具体的工作环境，采用45号钢用于制造半轴。

2.2铸造性能对铸件的结构设计工艺性的要求

减速器的行星轮、半轴、齿圈采用中淬透性合金渗碳钢，其采用淬火+低温回火，其表面组织为细针状回火高碳马氏体+粒状碳化物+少量残留奥氏体，硬度为56~64HRC，心部组织为铁素体（或托氏体）+低碳马氏体，硬度为35~45HRC。其热处理工艺规范为正火、机加工、渗碳、油冷、回火、磨齿。

半轴采用45号钢，不经过相应的热处理达不到材料所要求的性能，其热处理工艺为淬火+高温回火即调质处理，经过该项热处理后，其具有良好的综合性能，即具有较高的强度和较高的韧性、塑性。

三装配工艺规程

装配工艺规程是规定产品或部件装配工艺规程和操作方法等的工艺文件，是制订

装配计划和技术准备，指导装配工作和处理装配工作问题的重要依据。它对保证装配质量，提高装配生产效率，降低成本和减轻工人劳动强度等都有积极的作用。装配工艺是一个和复杂、很细致的工作。即使有高质量的零件，若装配工艺不当，轻则机械的性能达不到要求，造成返工，重则造成机械或人身事故。所以，应严格按照装配的技术要求进行工作。

轮边减速器装配的工艺流程为：齿圈联接于轮毂的花键上，行星齿轮通过行星轴装配在行星架上，行星架与轮边支承轴花键联接为一体，行星齿轮与齿圈啮合。太阳齿轮通过花键配合连接于轮边输入轴上并与行星齿轮啮合。

3.1 装配前要求

装配之前应熟知装配前要求：

1、应当熟悉机械各零件的相互连接关系及装配技术要求。例如：行星齿轮与行星轴的配合。

2、确定适当的装配工作地点，准备好必要的设备、仪表、工具和装配时所需的辅助材料，如纸垫、毛毡、铁丝、垫圈、开口销等。

3、零件装配前必须进行清洗，保证装配前零部件的洁净，确保装配的精度。

3.2装配过程要求

1、装配时应注意装配方法与顺序，注意采用合适的工具及设备，遇到有装配困难的情况，应分析原因，排除障碍，禁止乱敲猛打

2、过盈配合件装配时，应先涂润滑油脂，以利装配和减少配合表面的磨损。;

3、装配时，应核对零件的各种安装记号，防止装错。

4、对某些装配技术要求，如装配间隙、过盈量（紧度）、灵活度、啮合印痕等，应边安装边检查，并随时进行调整，避免装后返工。

5、旋转的零件，检修后由于金属组织密度不均、加工误差、本身形状不对称等原因，可能使零部件的重心与旋转中心发生偏移所以在装配前，应对旋转零件按要求进行静平

衡或动平衡试验。合格后方能允许装配。

6、对运动零件的摩擦面，均应涂以润滑油脂，一般采用与运转时所用的润滑油相同。油脂的盛具须清洁加盖，不使沙尘进入。盛具应定期清洗。

7、所有附设之锁紧制动装置，必须按机械原定要求配齐，不得遗漏。

8、每一部件装配完毕，必须仔细检查和清理，防止有遗漏和未装的零件。防止将工具、多余零件密封在箱壳之中造成事故。

3.3装配后要求

轮边减速器主要由半轴、太阳轮、行星架、行星轮、齿圈构成，对照工艺卡片，对装配后的部件进行测试，对各个零部件装配的要求进行分析，反复校对，最后确认无误，各零部件之间不发生干涉，固定的部件不发生松动，可移动的部件仅发生按要求规定的运动方可。

四绘图

4.1三维图建模

建模是装配过程中很重要的步骤，必须保证每个零件的尺寸都要很精确，然后才能与其他零件去配合。

在装配过程中，一开始装的时候发现不同同学的零件由于测量误差跟测量精度的问题导致装配时没法配合。

首先是行星架上，三个行星轮轴离行星架中心线稍大导致行星轮跟半轴齿轮不能啮合好，将行星轮轴心跟行星架轴心调整后行星轮跟半轴齿轮啮合良好，初步解决了装配问题。

缺省视图

图4-1.1

在装轮毂时是将轮毂跟制动盘作为一个整体装在支撑轴上，发现轮毂跟支撑轴之间的尺寸也有问题。经过同学一起再测量发现两个尺寸都有问题，首先轮毂装轴承的地方

尺寸不够，轴承会露出来，改好之后轴承能很好的装在轮毂上，经过调节后将轮毂制动盘跟支撑轴上。

主视图

图4-1.2

轮毂跟行星架还有齿圈装配时，发现齿圈跟行星架上的行星轮不能完全在一个平面上，由于轮毂过长导致行星架不能完全跟齿圈配合，测量后是轮毂外侧测量时长度多了30mm导致的，将轮毂改好之后所有零件的图的尺寸都能很好的对上去了，三维建模的工作也差不多完成了，再将所有的标准件键好，就开始装配仿真了。

三维建模，每个零件是很简单的事，但要将所有的零件都配合在一起那必须每一步每一个尺寸都必须很精确，不然会给后面装配带来很多问题，所以并不是自己完成自己的那部分工作就完成了，还要多跟同学交流，这样才能保证所有的尺寸到最后都能用，才能好的建模三维装配。

侧视图

图4-1.3

4.2工程图的制作

三维建模完经过仿真后就得制作工程图，本次课设采用CAD2010进行工程图制作。

工程图是通过平面制图让人对东西有很明确的理解，其中包括其基本尺寸、基本零件，有的部位还需通过剖面将零件表达出来，有配合等级的还需要标注他的配合等级。

制作工程图时是将个零件的零件图拿过来，通过一定的调节将每个零件都装上去，且保证每个零件都能很好的表达出来，通过不同的视图将每个零件表达清楚。

装配图的工程图必须要有技术要求，技术要求要详细明确。

工程图

图4-2.1

五轮边减速器的装配

5.1装配前的准备工作

研究和熟悉装配图的技术条件，了解产品的结构和零件作用，以及相连接关系。确定装配的方法、程序和所需的工具。领取和清洗零件。装配时，应检查零件与装配有关的形状和尺寸精度是否合格，检查有无变形、损坏等，并应注意零件上各种标记，防止错装。

固定连接的零部件，不允许有间隙。活动的零件，能在正常的间隙下，灵活均匀地按规定方向运动，不应有跳动。各运动部件的接触表面，必须保证有足够的润滑、若有油路，必须畅通。各种管道和密封部位，装配后不得有渗漏现象。

在进行主传动部分的装配工作之前，必须准备好所需要的部件与工具。从外观上检查各配件是否有损，准备好装配工具。只有通过零件的预装才能确保正式装配的顺利进行。在试配过程中，有些零件经过试配后还要拆卸，待正式进行部件装配时再重新安装。组件装配，即按照划分的组件进行装配。部件由许多零件和组件组合而成。组件装配后，即可按一定顺序将所有组件和零件互相连接起来，并进行正确定位和调整，从而达到对部件装配所提出的技术要求。

5.2装配的具体步骤及注意事项

1、加装行星轮，分别将一个行星轮垫片与行星轮轴插入行星轮中。注意垫片的凹槽面向齿轮。然后装配第一圈滚针，放入隔套，然后装配第二圈滚针装上垫片，同样注意垫片凹槽面向行星轮。然后依次加装剩下的两个行星轮。

2、将太阳轮垫片装入行星轮中间位置，然后分别将三个行星轮及轴放入行星架中。注意压装前需将行星轮垫片的圆弧侧对着太阳轮的缺省位置。

3、将太阳轮放入行星轮的中间位置，注意太阳轮必须与行星轮啮合且无旋转困难的情况。为此，可以再装配太阳轮的过程中对其润滑，然后加装垫片。

4、注意框架桶与行星架的配对，将框架桶压入行星轮与太阳轮的总成中，紧固

框架桶与行星架的连接螺钉。

1）轮毂安装轮边减速器总成

操作注意事项：①将“O”形密封圈装在轮毂密封槽内，并在轮边减

速器框架内腔配合处均匀涂抹润滑脂，使工具压装轮边减速器壳到位，在装入3个沉头螺钉紧固；轮边减速器装配前注意除去磕碰毛刺。②轮边减速器与轮毂连接沉头螺钉要装到底。

2)装中、后桥制动鼓

操作注意事项：①使用塞尺测量同一侧两蹄片与制动鼓的间隙差，要求不大于

0.5mm。如有超差更换制动蹄片总成。②轮边减速器与轮毂连接沉头螺钉要装到底。

3)装半轴、太阳轮

操作注意事项：应先将衬套装于半轴套管后，再将半轴插入差速器壳体中时，不要到底；装配前检查半轴、太阳轮磕碰伤并修复。

4)装轮边端盖

操作注意事项：①清洁端盖与轮边减速器框架的配合面，在端盖上放上纸垫片。

②用螺栓扭紧端盖，螺栓的扭紧力矩为：41～51N.m。③拧紧放油螺塞，加油并拧紧加油螺塞。拧紧力矩为25～35N.m。

5.3装配工艺流程设计

具体的装配工序流程见工序卡。

5.4拧紧力矩的确定

目前,螺栓的联接在设计和安装时,几乎无拧紧力矩要求,常由于预紧力不足,使螺

栓产生松动。用螺栓联接零部件是靠施加预紧力达到紧固联接的目的,较高的预紧力对联接件和被联接件的寿命都是有益的。但过高的预紧力,如果控制不当会导致联接失效。

要使联接可靠而又不使螺栓断裂或螺纹脱扣,则要求设计、工艺及装配中必须十分重视,不能凭经验选择螺栓。螺栓联接的受力情况在工作过程中,机械振动,导致传动装置元部件失效,影响驱动桥正常运转,降低了差速器运行的可靠性。所以对重要部位螺栓联接要进行受力分析,提高螺栓轴向预紧力,增加紧固件在振动工况条件下的可靠性和安全性。多数情况下螺栓都是成组使用的,设计时,是根据被联接件的结构和联接的载荷来确定联接的传力方式、螺栓的数目和布置。其受力情况有以下几种:(1)纯轴向力,即只在螺栓的轴向受力;(2)横向力,即螺栓的径向受力;(3)旋转力矩,如轮法兰联接;(4)翻转力矩。(1)、(4)种受力是采取受拉螺栓联接,(2)、(3)种受力情况既可采取受拉螺栓联接,也可采取受剪螺栓联接。生产中,采取受拉螺栓联接为多,按国家标准选用的螺栓也为受拉螺栓(GB ΠT3098.1-2000紧固件机械性能)。故讨论受拉螺栓联接。螺栓轴向力与力矩的关系拧紧螺栓联接时,拧紧力矩T 需要克服螺拧紧螺栓联接时,拧紧力矩T 需要克服螺纹副的螺纹阻力矩T1和螺母与被联接件支承面间的端面摩擦力矩T2。螺栓拧紧时,施加一个预紧力,其螺栓螺纹部分受轴向力F 和螺纹力矩T 的作用。

T =21T T +=[tan F λ(+v ρ)2d 2∏+μrn ][3]

(1)

式中λ———螺纹升角,

=λarctan ∏L [(π2d )]=arctan ns [∏)(2d π]; （2）

v ρ———螺纹当量摩擦角,

)cos arctan(arctan βμρ∏==f v V

2d ———螺纹中径;

rn ———螺母和垫圈间接触面的平均半径;

μ———螺母和垫圈间的摩擦系数;

L———导程;

n———线数;

S———螺距;

———当量摩擦系数;

v

f———实际摩擦系数;

β———牙形斜角。

当使用具有一定形式的螺栓、螺母、垫圈时,由于

d、β、λ、f、rn、μ为定数,

2

则

T=K

d F (3)

2

式中K———拧紧力矩系数。从式(中可以看出T与F成正比,并且力矩系数的取值是直接影响螺栓联接安装质量的重要因素。设计时,为使联接可靠和安全,对重要部位螺栓的紧固力矩应作出具体详细的规定。其力矩适当,既不能过大,也不能过小。过大将使螺栓产生永久性变形以至断裂或螺纹变形脱扣,过小螺栓容易动脱落,发生安全事故;对重要联接应作受力分析,根据受力情况确定F值,再根据F值的大小选择联接螺栓和螺母(在有关紧固件标准中给出了螺栓和螺母的最小拉力载荷或保证载荷),在选定联接件后,根据T=Kd2F可以确定合适的拧紧力矩。装配时只要拧紧到设计时确定的拧紧力矩,使螺栓取得准确的轴向预紧力,则螺栓在工作时既能承受施加在螺栓上的力,又不致于

出现螺栓变形、断裂和松动等缺陷。因此提高了紧固件在工作条件下的可靠性和安全性。

拧紧力矩的检验根据上述方法,可以确定拧紧力矩,在联接件装配时应严格按拧紧

力矩要求进行装配,最好用力矩扳手来拧紧,以便控制拧紧力矩的大小。为查明拧紧力矩是否达到要求必须进行检验。

(1)静拧矩检验方法该方法为顺紧固件的紧固方向均匀拧紧,直到断裂,测其断裂时的力矩值。这种要求拧到紧固件断裂与实际要求检验已装配后的螺栓联接的紧固程度

是否达到了规定值的内容是不一致的。

(2)使用过程中检验方法 先在联接件紧固后的装配位置上打上标记,然后旋松约1Π4圈,接着再拧紧到打标记位置,检查其拧紧力矩值。此法由于放松后再拧紧,其螺纹状态、接头板材的密贴程度、施工误差、螺母复位的准确度等对力矩值有很大影响。即使第2次拧紧到原来位置,其值也达不到最初数值,比最初值要小。用此方法检查,由于是在使用过程中检验,第2次的数值达不到最初的数值,一般比最初数值平均低10%左右

(3)放松拧紧的检验方法 拧紧螺栓的力矩和螺栓轴向力有一定关系,拧松螺母时,力矩和螺栓轴向力也有一定关系,拧松的力

μλρrn d f T v +∏-=22')tan([ （4）

一般情况下,拧松力矩为拧紧力矩的70%～75%。此法由于读出螺母刚开转动时

的力矩比较困难,所以试验结果比较分散,误差比较大。

(4)用力矩扳手顺螺母拧紧方向的检验方法用力矩扳手顺螺母拧紧方向,当读数达到规定要求下限,螺母不转动,而螺母转动时的读数值小于规定要求的上限则可判定为合格;当未达到规定值下限螺母即转动或读数已超过规定值的上限螺母仍不转动则判断为不合格。这种检验方法结果比较可靠,操作方便,也是目前应用最广泛的一种方法。

在设计时对重要部位的螺栓联接应进行受力分析,选定符合要求的螺栓和螺母,再根据螺栓的最小拉力载荷、保证载荷及螺母的保证载荷确定合适的拧紧力矩。在检验时最好用顺螺母拧紧方向的检验方法,通过力矩扳手达到设计规范。

5.5装配后的调整及检查

轮边减速器装配的成功与否，关键是看在装配完成后转动太阳轮和半轴，整个转动是否流畅，是否有噪音和振动，所受阻力是否过大，如出现上述情况，可行的解决办法有：

(1)紧固螺栓。（2）调整垫片位置，改变间隙距离。（3）用齿轮油润滑。（4）采用对称的方式加装紧固件。

六运动仿真

6.1仿真

本次仿真是通过PROE实现的，首先是各零件的三维图制作，将轮毂、行星架、行星轮、行星轮轴、半轴及个螺栓垫片等标准件三维建模，然后依次将这些零件装上去。

由于仿真必须是装配时定义运动副，所以每一步都要考虑到跟后续装配的兼容性。经过一番摸索后得到如下三位仿真装配步骤：

1.首先新建装配文档，插入轮边支撑轴，其状态为刚性固定。

2.再将轮毂跟制动盘以销钉的方式插入，使其达到完全约束

3.将齿圈通过约束与支撑轴花键刚性连接

4.行星架行星轮半轴作为一个整体装配，行星架为固定刚性，太阳轮定义为销钉，行星轮一太阳轮为基础定义销钉。

5.将装好的行星架行星轮及半轴部分以销钉装入轮毂部分调节好位置得到如图6-1.1

图6-1.1

将装好的三维图打开并隐藏行星架部分可以看到如图6-1.2。

图6-1.2

打开结构分析，定义机构，将半轴齿轮跟行星轮定义为齿轮链接且齿数比为12:19，三个行星轮都是如此。由于行星架跟轮毂是通过螺栓连接在一起的且行星架上的行星轮是通固定齿圈的导轨运动，但是齿圈跟支撑轴是通过花键链接是不动的就给行星轮轴一个反力使行星架运动，行星架通过螺栓带动轮毂运动。所以定义轮毂跟行星轮也为齿轮链接其齿数比按行星轮跟齿圈的齿数比来定义是19:51。

定义完运动后再在半轴上加电机自定义其速度。最后运动仿真。（详见视频）

通过仿真可以看出来半轴的速度通过轮边减速器减速后轮毂的速度明显速度降低，减速效果达到，仿真成功。

6.2爆炸图

通过PROE将装配好的轮边减速器装配图散开，再将每个小零件标号，把每个零件都清晰的表达出来。

将装配好的装配图分解得到爆炸图 6-2.1

图6-2.1

1、法兰面螺栓

2、行星架盖

3、螺栓M8×20

4、橡胶密封圈

5、行星轮

6、螺栓M12×30

7、行星轮轴

8、行星架

9、垫片1 10、滚针 11、垫片2 12、轴承Φ70 13 轴承Φ75 14、油孔螺栓 15、轮毂 16、齿圈 17、半轴 18、挡圈 19、内六角M8×16 20、支撑轴