摘 要

汽车减速器是汽车传动系统中最重要部件之一，具有减速增矩的功能。同时也有改变动力输出方向的作用。

本次设计主要研究了利用格里森锥齿轮制齿法完成乘用车主减速器和差速器的设计，包括减速器齿轮设计，减速器轴承选择以及差速器齿轮设计。最后对主减速器的主从动锥齿轮进行有限元分析，通过分析结果比对知道本次设计的减速器齿轮是否达到强度要求。

对主减速器的有限元分析是通过ANSYS进行的，利用Solidworks进行减速器模型的建造，然后将模型导入ANSYS中，选择合适的网格划分以及约束和载荷加载方式，分析减速器齿轮的弯曲应力，验证所设计的减速器达到强度要求。

本文的特色： 通过所学习的理论知识进行所给出整车参数的汽车减速器设计，并在设计之后进行有限元分析的强度验证。

关键词：主减速器；差速器；轴承；有限元分析

Abstract

Automobile reducer is one of the most important components in the automobile transmission system, and has the function of decelerating and increasing torque. It also has the effect of changing the direction of power output.

This design mainly studied the use of Gleason bevel gear manufacturing method to complete the design of passenger car main reducer and differential, including reducer gear design, reducer bearing selection and differential gear design. Finally, the finite element analysis of the driving and driven bevel gear of the main reducer is carried out, and the analysis results are compared to know whether the designed reducer gear meets the strength requirements.

The finite element analysis of the main reducer is carried out through ANSYS. Solidworks is used to build the reducer model, and then the model is imported into ANSYS. The appropriate meshing, constraints and load loading methods are selected to analyze the bending stress of the reducer gear. , Verify that the designed reducer meets the strength requirements.

The characteristics of this paper: Car design of the vehicle reducer with the given vehicle parameters through the learned theoretical knowledge, and the strength verification of the finite element analysis after the design.

Keywords: Main reducer; Differential; Bearing; Finite element analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 主减速器研究现状 1

1.3 有限元法在齿轮上的应用 2

1.4 主减速器设计的要求 3

1.5 本文研究的目的和内容 3

第2章 主减速器的结构形式 5

2.1 主减速器齿轮的类型 5

2.2 主减速器的减速形式 6

2.3 主减速器主、从动锥齿轮的支撑方式及调整 6

2.3.1 选择主动锥齿轮支撑形式 6

2.3.2 从动锥齿轮的支撑 7

2.3.3 锥齿轮轴承的预紧与调整 7

第3章 主减速器计算载荷的确定 8

3.1 按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩 T_Ge 8

3.2 按汽车行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩T_GF 8

第4章 选择主减速器锥齿轮的主要参数 10

4.1 主、从动锥齿轮齿数z₁和z₂ 10

4.2 从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数m_s 10

4.3 主，从动锥齿轮齿面宽b1和b2 11

4.4 中点螺旋角β 11

4.5 螺旋方向 12

4.6 法向压力角α 12

4.7 主减速器锥齿轮几何尺寸的计算 13

第5章 主减速器锥齿轮的强度计算 15

5.1 计算单位齿长圆周力 15

5.2 轮齿弯曲强度 16

5.3 齿轮接触强度 18

第6章 锥齿轮材料 20

第7章 减速器锥齿轮轴承的载荷计算 22

7.1 锥齿轮齿面上的作用力 22

7.2 锥齿轮的受力计算 22

7.3 主减速器轴承载荷的计算以及轴承的选择 23

第8章 差速器设计 27

8.1 差速器结构形式的选择 27

8.2 普通锥齿轮差速器齿轮主要参数选择 27

8.2.1 行星齿轮数n 27

8.2.2 行星齿轮球面半径Rb 27

8.2.3 选择行星齿轮和半轴齿轮齿数z1和z2 28

8.2.4 计算行星齿轮和半轴齿轮节锥角γ1和γ2以及模数m 28

8.2.5 压力角α 28

8.2.6 计算行星齿轮轴直径d以及支撑长度L 29

8.3 差速器齿轮的几何尺寸 29

8.4 差速器齿轮强度计算 31

第9章 主减速器锥齿轮有限元分析 32

9.1 有限元分析 32

9.1.1 有限元基本思想 32

9.1.2 ANSYS简介 33

9.2 主减速器锥齿轮静力分析 33

9.2.1 模型的建立 33

9.2.2 创建材料属性 33

9.2.3 网格划分 33

9.2.4 定义约束和施加载荷 34

9.2.5 后处理分析 34

结 论 36

参考文献 37

致 谢 39

绪论

选题背景

在2019年我国的汽车的产销量位于世界第一，汽车的产量与销量分别为2572.1万辆和2576.9万辆。其中乘用车的产销量分别为2136万辆和2144.4万辆，占到汽车产销比重的83%和83.2%^[1]。所以可以国内的乘用车市场非常的大，相关的零件加工制造企业也会获得迅猛的发展。作为汽车传动系统中重要的部件，主减速器的设计制造对于提高车企自主研发能力有着很重要的作用。

汽车的主减速器是汽车传动系统的最后一环，其主要的功能就是减速，提升传递给驱动轮的扭矩以及其中的差速器可以实现两侧车轮差速。同时作为主减速器的驱动桥外壳还需要承受来自各个方向的载荷，将动力合理的分配给左右两个驱动车轮。本次说设计的减速器就包含了差速器以及部分驱动桥外壳。

由发动机传递出来的转速与扭矩通过变速箱的转变之后往往还不能直接传递给车轮，此时的转速太高而扭矩太低，如果为了达到要求而去增大变速器的传动比的话就会使变速箱齿轮尺寸过大，所以为了给车轮合适的转速和扭矩，在车轮和变速器之间增加一个固定传动比的减速器。同时在汽车采用发动机纵置的传动方式时，其主减速器还需要将发动机纵向传递的动力改变为横向传递给齿轮。由于汽车行驶道路环境的复杂性，其驱动轮上要一直保持一定的驱动力，在动力经过分流的差速器之前安装一个具有较大传动比的减速器，就可以让靠近发动机一端的变速装置以及万向传动轴承受较小的扭矩，这样就可以让整个传动系统在保证了理想的传动比的情况下减小了尺寸，也就降低了质量，降低了汽车平均燃油消耗并且让驾驶者更容易操纵汽车。还可以更加平稳的驾驶汽车以及适应更多地形的路况。

主减速器研究现状

在汽车减速器的研究上，国外目前主要有AAM，GKN以及Magna等企业研究与生产。GKN公司的扭矩矢量控制系统(TWINSTER),目前在路虎揽胜极光Evoque、欧宝Insignia、福特福克斯RS等车型上都可以见到这种系统的应用。为了可以分别给予每个车轮很准确的转矩，实现两个驱动轮的单独控制，该系统使用的是带有双离合器的组件。把上面所说的TWINSTER技术与eAxle减速器中进行组合形成带双离合扭矩矢量控制的电驱动系统（eTWINSTER），其减速比可以达到10以上、每侧的离合器扭矩容量达2400Nm。而后面研发的eTWINSTERX则是更进一步的可以实现两档换挡操作。