苑壯壯 左朝陽(yáng)

（西京學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,陜西 西安 710123）

1 概述

根據(jù)重型汽車的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)[1],本文將基于以下基本條件:軸距3400mm;準(zhǔn)備質(zhì)量:7000KG;總裝質(zhì)量:19000KG。

2 計(jì)算過程

2.1 傳動(dòng)比計(jì)算

輪側(cè)減速器直接影響到主減速器的整體結(jié)構(gòu)和形式,外形尺寸的大小,質(zhì)量的大小和動(dòng)力的大小[2],它可以提高汽車的驅(qū)動(dòng)力,以滿足或修正整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)力的匹配。輪側(cè)減速器的性能應(yīng)滿足整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求。i0的選擇是根據(jù)車輛的總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比的總體設(shè)計(jì)而定的[3]。傳動(dòng)比數(shù)據(jù)主要是通過參考同一重型運(yùn)輸卡車的基本數(shù)據(jù),發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率與傳動(dòng)系統(tǒng)的最佳匹配來準(zhǔn)確確定i0,從而使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間的匹配合乎邏輯,并且汽車的油耗率也會(huì)得到提高。一般來說,使用i0是為了保證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最高功率和速度,以滿足給定發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率的要求。一般[4],所選i0的確定方法如下（圖1）：

圖1 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

一般來說= 1.4 -2.0,輪減速器在整個(gè)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要作用是作為汽車主減速器的第二減速系統(tǒng)。參考重型運(yùn)輸車的主要數(shù)據(jù),對(duì)減速器進(jìn)行盡可能的優(yōu)化[5],選擇較大的傳動(dòng)比。傳動(dòng)比分布如下:

2.2 傳動(dòng)特性及機(jī)構(gòu)圖

設(shè)計(jì)時(shí)傳動(dòng)比小,傳遞扭矩大,且重型運(yùn)輸卡車使用環(huán)境較差,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意相應(yīng)設(shè)計(jì)的沖擊載荷。因此本次設(shè)計(jì)選用2K-H、NGW 型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)[6-7]。根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分、從動(dòng)部分和固定部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。NGW型的主要結(jié)構(gòu)如圖2 所示:

圖2 結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

本設(shè)計(jì)采用的方法是輸入為太陽(yáng)輪,輸出為行星架。如圖3 所示,左端為輸入軸,右端為輸出軸[8-11]。

圖3 結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

通過機(jī)械機(jī)械原理的知識(shí)可以知道,兩個(gè)齒輪的嚙合點(diǎn)在嚙合線上運(yùn)動(dòng),并且每時(shí)每刻都運(yùn)動(dòng)在不同的位置。這樣在計(jì)算兩齒輪間的平均距離時(shí)就可以先計(jì)算出一個(gè)齒輪在一個(gè)周期內(nèi)嚙合點(diǎn)到嚙合線上中點(diǎn)的距離的平均距離r。

圖4 齒輪嚙合原理圖

2.3 齒數(shù)計(jì)算

結(jié)合以上條件以及表1 和表2,輪胎寬度為317mm,輪轂直徑為281mm,傳動(dòng)比為3.15。本次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)齒輪齒數(shù)為22 個(gè),行星齒輪單體數(shù)為5 個(gè)。根據(jù)Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)[9-10]的傳動(dòng)比：

表1 直齒輪參數(shù)表

表2 齒輪模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列

2.4 模塊化設(shè)計(jì)與計(jì)算以及疲勞壽命預(yù)測(cè)

當(dāng)輪邊減速器的齒輪正常工作時(shí),齒輪的材料和載荷會(huì)發(fā)生多次彎曲,這可能導(dǎo)致齒輪的應(yīng)力極限超過額定值,造成齒根部分?jǐn)嗔验_裂,計(jì)算方法是根據(jù)行星輪和齒面的剩余強(qiáng)度初步計(jì)算齒輪的傳動(dòng)功率。齒輪分度圓直徑的模數(shù)dn是根據(jù)行星齒[11]的彎曲強(qiáng)度計(jì)算行星齒輪的模數(shù)m。如果結(jié)果不合適,可以再增大分度圓的直徑。在計(jì)算數(shù)字時(shí),每個(gè)行星輪的傳動(dòng)載荷分布均勻,因此需要科學(xué)分析和精確計(jì)算一個(gè)行星輪的載荷。太陽(yáng)輪和行星輪在每個(gè)行星輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中需要承受的力矩為：

根據(jù)材料的疲勞理論：（1）疲勞壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確與否和載荷譜是密切相關(guān)的,載荷譜表明了零件或者系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境中,其受到的應(yīng)力與時(shí)間的函數(shù)曲線圖,該圖能夠真實(shí)是反映出零件或系統(tǒng)的工作狀態(tài)[11-13]。該圖有時(shí)也被成為工作譜,該圖需在典型的工況下測(cè)得,這樣預(yù)測(cè)的壽命會(huì)更加準(zhǔn)確,但是在實(shí)際的工程環(huán)境中,想要獲得準(zhǔn)確的載荷譜數(shù)據(jù)量很不方便,難以對(duì)材料疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),因此在實(shí)際工程中,通常把實(shí)際測(cè)得的載荷譜進(jìn)一步簡(jiǎn)化。（2）疲勞損傷是指在材料的初期某個(gè)局部結(jié)構(gòu)在疲勞的過程中從微小的變化到出現(xiàn)明顯裂紋的過程。根據(jù)文獻(xiàn)[14-16]疲勞的積累損傷可以歸結(jié)為四大類：a.線性疲勞積累損傷；b.雙線性疲勞累積損傷理論；c.非線性疲勞損傷理論；d.經(jīng)驗(yàn)類累計(jì)損傷理論。疲勞壽命預(yù)測(cè)分為S-N 曲線如圖5 所示、名義應(yīng)力法如圖6 所示、局部應(yīng)力應(yīng)變法如圖7 所示。

圖5 理想化的S-N 曲線

圖6 名義應(yīng)立法預(yù)測(cè)零部件疲勞壽命流程圖

圖7 應(yīng)力應(yīng)變預(yù)測(cè)零部件壽命流程圖

2.5 計(jì)算效率

在相同齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的行星齒輪傳動(dòng)中,由于輸入部件和輸出部件的不同,其效率值η 會(huì)有所不同。計(jì)算了行星齒輪傳動(dòng)效率η 和本文設(shè)計(jì)的輪側(cè)減速器[17-19]的η 值。第一步應(yīng)仔細(xì)分析實(shí)際使用時(shí)可能造成傳動(dòng)效率[20-21]損失的輪側(cè)減速器,從而有助于計(jì)算齒輪傳動(dòng)的效率。得到行星齒輪傳動(dòng)效率公式為：

3 結(jié)論

本文根據(jù)已知的貨車相關(guān)數(shù)據(jù),通過對(duì)齒輪相關(guān)參數(shù)的計(jì)算,進(jìn)而從系統(tǒng)中獲得更高的傳動(dòng)效率,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輪側(cè)減速器的優(yōu)化。