轮边减速器总成的设计

由 于 采 用 轮 边 减 速 器 的 驱 动 桥 结 构 相 对 较 复 于其太阳轮、齿圈和行星齿轮架等有关零件在轮边减
杂， 成本较高， 只有当驱动桥总减速比大于 １２ 的工 速器中起的作用有所变化， 单排圆柱行星齿轮式轮边
程机械、重型车和对离地间隙有特殊要求的越野车， 减速器有图 １ａ、图 １ｂ、图 １ｃ 所示的三种结构方案。
齿轮计算程序所采用扭矩为最大扭矩 Ｔ０。 （ ２） 台架试验考核采用最大扭矩
按驱动车轮打滑计算：
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设 计·研 究
汽车科技增刊 ２００８ 年 ２ 月
Ｔ１＝
Ｇ·!·ｒｄ ｉｌｂ
式 中， Ｔ１ 为齿轮计算载荷； Ｇ 为驱动桥承载质量； ! 为路面附着
系数， 通常取 ０．７； ｉｌｂ 为轮边减速器速比； ｒｄ 为车轮滚动半径。
２ 基本参数选择与设计计算
２．１ 减速比 减速比对轮边减速器的结构型式， 轮廓尺寸及
设 计·研 究
质量影响很大， 应根据总体设计和传动系的总速比
（ 变速器速比、分动器速比、驱动桥主减速比） 一起考
虑， 并通过整车动力性的计算后确定。通常轮边减速
比是固定的， 需调整的是主减速比。
２．２ 齿轮计算载荷
准确地计算出齿轮的计算载荷很困难， 通常将传
２．５ 齿轮热处理
采用渗碳淬火， 一般经验推荐有效硬化层深为模
数的 １５％￣２０％； 表面硬度： ＨＲＣ５８～６４； 心部硬度：
ＨＲＣ２６～４０； 特殊重载齿轮心部硬度控制在 ＨＲＣ２６～
３５。
２．６ 齿轮强度校核
齿轮手册推荐常啮合的圆柱齿轮许用接触疲劳
应力为 １ ３００￣１ ５００ ＭＰａ， 变速器 １ 挡齿轮许用接
触疲劳应力为 １ ９００￣２ ０００ ＭＰａ， 日产柴的标准将
变 速 器 １ 挡 齿 轮 许 用 接 触 疲 劳 应 力 提 高 为 ３ ０００
ＭＰａ。轮边减速器强度校核在国内没有现成的标准，
经过大量的台架试验和道路试验， 并参考日产柴和
伊顿标准确定： 接触应力 "ｊ 不大于 ３ ０００ ＭＰａ， 弯曲 应力 "ｗ 不大于 ６５０ ＭＰａ。 ２．７ 验证方法确定
轮毂轴承的刚性由旋转体、轮毂及外圈的弹性 变量来决定。变形量可利用结构解析（ ＦＥＭ） 来计算。
（ ４） 强度 利用 ＦＥＭ 对轴承的凸缘强度， 倾斜刚性进行解 析的同时， 还需考虑紧凑的外形。 （ ５） 配合 一般轴承处于运行状态下会有少许游隙， 而轴 承组装后游隙为负值状态， 使预压法得以适用。 作用： ①受力情况下刚性可以提高； ②抑制轴的振 动， 提高旋转精度； ③防止外部振动引起滚道的磨蚀。 经验： 靠测量轮毂轴的起动力矩确定预紧值， 包 括油封阻力前提下， 通过台架试验确定一个精确值。 首先拧紧内螺母并转动轮毂使轴承处于正确的安装 位置， 拧紧力矩同相应螺纹规格对应， 然后将螺母松 １／５～１／４ 圈， 或再装锁紧螺母， 或采用其他方式保证 内螺母不松动。 （ ６） 润滑 保证轴承滚动面或滑动面形成油膜， 一般采用 润滑油 ＧＬ－ ４， 军用越野车建议采用 ＧＬ－ ５。由于相 对主减速器来说结构简单， 通常采用飞溅润滑形式。 （ ７） 密封 同油封一起考虑。 （ ８） 带 ＡＢＳ 一种主动式半导体传感器带有内置的偏压磁， 一些没有。前者用于一般的感应环， 后者需多极磁性 偏码器， 分径向型和轴向型。 ３．２ 壳体 （ １） 材料 轮边减速器由于是最后一级传动总成， 整个传 动系中处于受力最复杂的环节， 因此壳体材料对总 成 的 可 靠 性 影 响 很 大 。 推 荐 材 料 ： 球 铁 ＱＴ４００、 ＱＴ４５０、ＱＴ５００ 或铸钢。由于壳体具备承担悬架和转 向系统运动学等功能， 不建议采用铸铝件。 （ ２） 设计要点 同整车和悬架系统优化设计共同确定包容角即 主销内倾角和车轮外倾角的和， 由于主销内倾角控制 半度公差， 包容角公差不得超过 ０．２５°。设计时最好保 证主销旋转中心点同球笼旋转中心点重合， 可以避免 输入轴产生附加弯矩给运动带来不利影响。壳体保证 足够润滑冷却性能， 容积尽量缩小， 满足轻量化要求， 装车后最低处预留带磁铁的放油螺塞位置。 （ ３） ＣＡＥ 分析 汽车行驶过程中， 驱动力、轮荷、车轮转向力、制 动力以及惯性力都会传递给壳体， 主要考虑以下六 种工况： 稳态工况； 大跳动工况； 制动＋跳动工况； 驱
用要求和设计开发实践， 提出了一些针对性技术
５ 电磁环境适应技术
措施。
电磁环境适应技术就是电磁兼容能力， 它包括 两个方面。其一抗干扰， 即设备暴露在外部磁场中能 够持续提供可靠服务的能力； 其二设备产生的电磁 场应该保持在不产生干扰的最低水平。简单的说就 是不干扰其它设备也不受其它设备的干扰。
随着越野汽车电子电器设备的大幅度增加， 整车电磁环境日益复杂， 对其电磁兼容能力要求 越来越高。整车电磁兼容性应该满足国家法规、 ＩＥＣ／ＣＩＳＰＲ、ＩＳＯ、ＧＪＢ 等 相 应 标 准 的 要 求 。 在 整 车 电器设备的选择和匹配时就要将电磁兼容对干扰 预防和抑制作为考虑重点， 成品必须通过电磁兼 容测试。
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轮边减速器总成的设计 ／ 汪振晓， 李增辉
７ ４ １
２ １ ６
５ ６
２３
３
５
４ ７２
４ ３ １６
５ ７
（ ａ）
（ ｂ）
（ ｃ）
ａ） 太阳轮为主动件， 齿圈为从动件， 行星齿轮架为固定件 ｂ） 太阳轮为主动件， 行星齿轮架为从动件， 齿圈为固定件 ｃ） 齿圈为主动件， 行星齿轮架为从动件， 太阳轮为固定件 １．太阳轮； ２．齿圈； ３．行星齿轮架； ４．行星齿轮； ５．半轴； ６．桥 壳； ７．驱动车轮
才推荐采用轮边减速器。
单排圆柱行星齿轮式轮边减速器的减速比 ｉＬＢ， 可 按行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式， 并根据
在该行星机构中的主动件、从动件和固定件而求出：
收稿日期： ２００８－ ０１－ ０７
（ １） 当太阳轮为主动件， 齿圈为从动件， 行星齿
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动系最低挡速比时的发动机最大转矩情况下作用在
主、从动齿轮上的转矩， 作为最大应力的计算载荷。
２．３ 齿轮基本参数
（ １） 齿轮型式
齿轮采用渐开线通常采用渐开线圆柱齿轮， 有
两种型式： 一种为直齿； 一种为斜齿。
（ ２） 中心距
根据最大输入扭矩， 初选中心距 Ａ。
Ａ＝Ｋ!３ Ｍ 式中， Ｋ 为一般取 １７～１９； Ｍ 为轮边减速器最大输入扭矩。
效的日产齿轮材料。
日产材料 ＳＣｒ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２０Ｈ 对应的国内材料
分别为 ２０ＣｒＨ、２０ＣｒＭｏＨ。
Ｔ０＝
Ｔｅｍａｘｉｇｉｄｉ０ ２ｎ
式 中 ， Ｔ０ 为 齿 轮 计 算 载 荷 ； Ｔｅｍａｘ 为 发 动 机 最 大 扭 矩 ； ｉｇ 为 变 速 器一挡速比； ｉｄ 分动器低挡速比； ｉ０ 为主减速器速比； ｎ 为驱动 桥个数。
越野车底盘更多的是由主减速器和轮边减速器
相对位置的布置， 考虑轮边驱动轴的许用工作夹角
决定的。
（ ３） 齿数
Ｚ１、Ｚ２ 应避免有公约数。 （ ４） 模数
推荐数值， 轻、中型车 ２．５￣５； 重型车 ４．５￣６。
（ ５） 压力角
压力角增大， 则齿轮承载能力增强， 但过大齿顶
会变尖。一般情况下， 直齿圆柱齿轮标准压力角选
１９９９． ［ ３］ Ｂｏｓｃｈ 汽车电气和电子［ Ｍ］ ．北京： 北京理工大学出版社，
２００４．来自百度文库
Ｏｆｆ－ ｒ ｏａｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｌｉｍｉｔ Ｅｎｖｉｒ ｏｎｍｅｎｔａｌ Ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＺＨＯＵ Ｚｈｏｎｇ－ ｓｈｅｎｇ， ＪＩＮＧ Ｄａ－ ｙｏｎｇ （ ＤＦＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｗｕｈａｎ ４３００５６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｏｆｆ － ｒｏａｄ ｖｅｈｉｃｌｅ’ｓ ａｄａｐｔ－ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｆｏｒｄｉｎｇ ｉｎ ｗａｔｅｒ， ｈｉｇｈ － ａｌｔｉｔｕｄｅ， ＥＭＣ ｅｔｃ ｌｉｍｉｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｏｍｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｆｆ－ ｒｏａｄ ｖｅｈｉｃｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｏｆｆ － ｒｏａｄ ｖｅｈｉｃｌｅ； ｈｅａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａ－ ｔｕｒｅ； ｆｏｒｄｉｎｇ ｉｎ ｗａｔｅｒ； ｈｉｇｈ ａｌｔｉｔｕｄｅ； ＥＭＣ
６ 结论
本文根 据 越 野 汽 车 高 温 、低 温 、涉 水 、高 海 拔 、 电磁环境等极端环境的使用要求， 结合具体的使
参考文献： ［ １］ 汽 车 摩 托 车 标 准 汇 编 ［ Ｍ］ ．天 津 ： 中 国 汽 车 技 术 研 究 中 心
标准化研究所， ２００３． ［ ２］ Ｂｏｓｃｈ 汽 车 工 程 手 册 ［ Ｍ］ ． 北 京 ： 北 京 理 工 大 学 出 版 社 ，
轮固定（ 图 １ｃ） 时：
ｉＬＢ＝
ｎ２ ｎ３
＝１＋
１ !
＝１＋
Ｚ１ Ｚ２
（ ３）
式（ １） 、式（ ２） 和式（ ３） 中， ｎ１、ｎ２、ｎ３ 分 别 为 太 阳 轮 、齿 圈 和 行 星
齿轮架的转速， Ｚ１、Ｚ２ 分别为太阳轮和齿圈的齿数。
对于普通圆柱式轮边减速器， 结构如图 ２ 所示，
其减速比为：
以使中间主减速器的外形尺寸减小， 保证车辆具有
按齿轮及布置方式分： 行星齿轮式及普通圆柱
足够的离地间隙， 由于轮边是最后的一级减速， 其前 齿轮式两种类型。
面的半轴、差速器及主减速器的从动轮等零件的尺
常见的行星齿轮式轮边减速器为单排圆柱行星
寸都可以减小。
齿轮机构， 多在国内外工程机械的驱动桥上采用。由
ｉＬＢ＝
ｎ′１ ｎ′２
＝
Ｚ′２ Ｚ′１
式中， ｎ′１、ｎ′２ 分别为 主 动 轮 、从 动 轮 的 转 速 ， Ｚ′１、Ｚ′２ 分 别 为 主
动轮和从动轮的齿数。
４１ ３
２
１．主动齿轮； ２．从动齿轮； ３．轮边驱动轴； ４．驱动车轮 图 ２ 普通圆柱齿轮式轮边减速器结构方案
根据整车和驱动桥的要求来选择轮边减速器的 结构型式， 对越野车来说， 考虑到离地间隙， 推荐选 择普通圆柱齿轮式， 如选用大尺寸轮胎， 给其它系统 预留更多的空间， 也可采用行星齿轮式。
不低于 ５０ 万次， 样品数量取 ３。
常见的失效模式： ①轮齿断裂； ②齿面剥落； ③
齿面点蚀； ④轴承损坏； ⑤轴类零件断裂、变形或工
作面烧蚀； ⑥壳体开裂； ⑦油封漏油。
３ 其他零部件的选择及计算
３．１ 轴承 主要计算轮毂轴承， 其他轴承可根据经验选取。 （ １） 寿命计算 轴承的运行负荷主要为路面施加于车轮的径向
图 １ 单排圆柱行星齿轮式轮边减速器的结构方案
轮架固定（ 图 １ａ） 时：
ｉＬＢ＝
ｎ１ ｎ２
＝－ !＝－
Ｚ２ Ｚ１
（ １）
（ ２） 太阳轮为主动件， 行星齿轮架为从动件， 齿
圈固定（ 图 １ｂ） 时：
ｉＬＢ＝
ｎ１ ｎ３
＝１＋!＝１＋
Ｚ２ Ｚ１
（ ２）
（ ３） 齿圈为主动件， 行星齿轮架为从动件， 太阳
负荷和轴向负荷。 额定寿命公式 Ｌ１０＝（ Ｃｒ ／Ｐｒ） (
式中， Ｌ１０ 为轴承基本额定寿命； Ｃｒ 为 轴 承 基 本 额 定 动 载 荷 ； Ｐｒ 为 轴 承 当 量 动 载 荷 ； ( 为 轴 承 寿 命 指 数 ， 球 轴 承 取 ３， 圆 锥 滚子和圆柱滚子轴承取 １０／３。
（ ２） 允许应力及肩部高度 滚珠型允许应力为 ４ ２００ ＭＰａ， 滚子型允许应 力为 ４ ０００ ＭＰａ。 肩部高度： 轴承旋转体和轨道的接触面为椭圆。 （ ３） 刚性
内轮边减速器设计的空白， 也为今后相关产品的开发提供参考。
关键词： 轮边减速器； 设计流程； ＣＡＥ 分析
中图分类法： Ｕ４６３．２１２＋．２
文献标识码： Ａ
文章编号： １００５－ ２５５０（ ２００８） Ｓ１－ ００３２－ ０４
轮边减速器一般为双级减速驱动桥中安装在轮 １ 结构方案选型
毂中间或附近的第二级减速器， 采用轮边减速器可
２０°， 对于越野车可选 ２５°。
（ ６） 齿宽
加大齿宽能提高承载能力， 过宽则影响载荷分
配， 故 Ｂ＝４．５～８ ｍ。
２．４ 齿轮强度校核
（ １） 按发动机最大使用扭矩计算
一般按格里森计算程序计算齿轮的几何参数及
应力值， 计算过程中须根据经验反复调整参数寻求
最优的结果。如按日产柴计算程序， 则采用与之相等
Ｔ１ 为 实 验 参 考 值 ， 采 用 《汽 车 驱 动 桥 台 架 试 验 方法 （ ＱＣ／Ｔ ５３３－ １９９９） 》中关于疲劳试验部分的内
容， 主减速器输出扭矩参数作为轮边减速器的输入
参数， 对应的评价标准《ＱＣ／Ｔ ５３４－ １９９９》， 总成疲劳
寿命指标： 最低寿命不低于 ３０ 万次， 平均中值寿命
设 计·研 究
汽车科技增刊 ２００８ 年 ２ 月
轮边减速器总成的设计
汪振晓， 李增辉
（ 东风汽车公司 技术中心， 武汉 ４３００５６）
摘要： 介绍了轮边减速器 的 一 般 设 计 方 法 ， 包 括 结 构 方 案 选 型 、基 本 参 数 设 计 、强 度 校 核 、部 件 ＣＡＥ 分 析 等 ， 填 补 国