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1、0 机电与车辆工程学院毕业设计（论文） 题 目： 汽车分动器设计 专 业： 车辆工程 班 级： 09级1班 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2013年6月5日 汽车分动器设计 摘 要：在多轴驱动的汽车上，为了将输出的动力分配给各驱动桥设有分动器。越野汽车在良好道路行驶时，为减小功率消耗及传动系机件和轮胎磨损，一般要切断通后桥动力。本设计基于哈弗2.0L都市版主要参数，主要说明了越野车三轴式分动器的设计和计算过程，设计部分较详细的叙述了分动器的设计过程，选择结构方案、主要参数、齿轮设计、轴设计。计算部分分为中心距，传动比的计算，齿轮和轴的校核。 关键词：分动器 高低档 齿轮传动 目录引
2、言11分动器概况及现状分析11.1 概况11.2现状分析12分动器结构的确定及主要参数的计算22.1 设计所依据的主要技术参数22.2 零部件结构方案分析22.2.1齿轮形式22.2.2结构示意图22.3 挡数及传动比22.4 中心距A确定43齿轮的设计及校核53.1 模数的确定53.2 压力角53.3 螺旋角的确定53.4 齿宽63.5 齿顶高系数63.6 各档齿轮齿数的确定63.6.1 低速档齿轮副齿数的确定63.6.2 对中心距进行修正73.6.3 确定其他齿轮的齿数73.7 齿轮的变位83.8 齿轮的校核103.8.1 计算扭矩T的确定103.8.2 轮齿的弯曲应力113.8.3 轮齿
3、接触应力144轴的设计与校核154.1 轴的失效形式及设计准则154.2 轴的尺寸初选154.3 轴的结构设计164.4啮合套的设计184.5轴的强度计算184.5.1 轴的受力计算184.5.2 轴的刚度计算194.5.3 轴的强度计算215变速器同步器及结构元件设计245.1 同步器设计245.1.1 同步器的功用及分类245.1.2 惯性式同步器245.1.3 锁环式同步器主要尺寸的确定255.1.4 主要参数的确定255.2 分动器箱体26致谢27参考文献28 引言 多轴驱动的汽车都装用分动器，用于传递和分配动力至各驱动桥，兼作副变速器之用。常设两个档，低档和高档。为了不使后驱动桥超载
4、常设联锁机构，使只有结合前驱动桥以后才能挂上低档，用于克服汽车在坏路面上和无路地区的较大行程阻力及获得最低稳定车速。高档为直接档或亦为减速档。分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩，是越野车汽车传动系中不可缺少的传动部件，它的前部与汽车变速箱联接，将其输出的动力经适当变速后同时传给汽车的前桥和后桥，此时汽车全轮驱动，可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。大多数分动器由于要起到降速增矩的作用而比变速箱的负荷大，所以分动器中的常啮齿轮均为斜齿轮，轴承也采用圆锥滚子轴承支承。1分动器概况及现状分析1.1 概况 分动器有以下几种类型：1)分时四驱(Parttime 4WD)
5、 这是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是一般越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。最显著的优点是可根据实际情况来选取驱动模式，比较经济。(2)全时四驱(Fulltime 4WD)这种传动系统不需要驾驶人选择操作，前后车轮永远维持四轮驱动模式，行驶时将发动机输出扭矩按50：50设定在前后轮上，使前后排车轮保持等量的扭矩。全时驱动系统具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，有了全时四驱系统，就可以在铺覆路面上顺利驾驶。但其缺点也很明显，那就是比较废油，经济性不够好。而且，车辆没有任何装置来控制轮胎转速的差异，
6、一旦一个轮胎离开地面，往往会使车辆停滞在那里，不能前进。 (3)适时驱动(Realtime 4WD)采用适时驱动系统的车辆可以通过电脑来控制选择适合当下情况的驱动模式。在正常的路面，车辆一般会采用后轮驱动的方式。而一旦遇到路面不良或驱动轮打滑的情况，电脑会自动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，自然切换到 四轮驱动状态，免除了驾驶人的判断和手动操作，应用更加简单。1.2现状分析第一个自动变速器是1914年奔驰公司最先推出，克莱斯勒1914推出了带液力偶合器的四速半自动变速器。分动器已经发展到第五代：第一代的分动器基本上为分体结构，直齿轮传动、双换档轴操作、铸铁壳体；第二代分动器虽然
7、也是分体结构，但已改为全斜齿齿轮传动、单换档轴操作和铝合金壳体，一定程度上提高了传动效率、简便了换档、降低了噪音与油耗；第三代分动器增加了同步器，使多轴驱动车辆具备在行进中换档的功能；第四代分动器的重大变化在于采用了联体结构以及行星齿轮加链传动，从而优化了换档及大大提高了传动效率和性能；第五代分动器壳体采用压铸铝合金材料、齿型链传动输出，其低挡位采用行星斜齿轮机构，使其轻便可靠、传动效率高、操纵简单、结构紧凑、噪音更低。2分动器结构的确定及主要参数的计算2.1 设计所依据的主要技术参数表2.1 哈弗2.0L主要参数最高转速5600轮胎规格225/65 R17最高车速140km/h整备质量168
8、8kg功率110kw最大功率转速5600r/min发动机最大转矩210N m最大转矩转速4500r/min变速器传动比 轴距27252.2 零部件结构方案分析2.2.1齿轮形式 齿轮分为直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等优点；缺点是制造时稍有复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。分动器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。2.2.2结构示意图如图所示图2.1 分动器结构简图1输入轴 2.分动器壳 3.输入轴高速档齿轮 4.换挡结合套 5.输入轴低速档齿轮6.输入轴常啮合齿轮 7.后桥输出轴 8.中间轴 9.中间轴常啮合齿轮10.中桥输
9、出轴11中桥输出齿轮 12.中间轴低速档齿轮 13.中间轴高速档齿轮14.前桥结合套 15.前桥输出轴2.3 挡数及传动比主减速比的计算： （2.1）其中根据轮胎规格225/65 R17得轮胎半径根据驱动车轮与路面的附着条件确定传动比: （2.2）为了增强汽车在不好道路的驱动力，目前，四驱车一般用2个档位的分动器，分为高档和低档.本设计也采用2个档位。选择最低档传动比时，应根据汽车最大爬坡度、驱动轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动轮的滚动半径等来综合考虑、确定。汽车爬陡坡时车速较低，所以可以忽略掉空气阻力，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有 (2.3
10、) 则由最大爬坡度要求的分动器低档传动比： （2.4） 式中，-汽车总质量； -重力加速度； -道路最大阻力系数； -驱动轮的滚动半径； -发动机最大转矩； -主减速比； -汽车传动系的传动效率； -前后轮转矩分配比； 求得变速器一挡传动比为：根据满足不产生滑转条件，即用一档发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下： （2.5）式中，-汽车满载静止于水平路面时驱动桥给路面的载荷； -路面的附着系数，计算时取通过以上计算可得到，在本设计中，取。取高挡传动比。2.4 中心距A确定将中间轴与第二轴之间的距离称为中心距A。它是一个基本参数，其大小不仅对分动器的外形尺寸、体积质量大小，而且对
11、轮齿的接触强度有影响。中心距越小，齿轮的接触应力越大，齿轮寿命越短。因此，最小允许中心距应当由保证轮齿有必要的接触强度来确定。分动器的轴经轴承安装在壳体上，从布置分动器的可能与方便和不因同一垂直面上的两轴承孔之间的距离过小而影响壳体的强度考虑，要求中心距取大些。还有，分动器中心取得过小，会使分动器长度增加，并因此使轴的刚度被削弱和使齿轮的啮合状态变坏。中心距对变速器的尺寸及质量有直接影响，所选的中心距、应能保证齿轮的强度。三轴式变速器的中心距A（mm）可根据对已有变速器的统计而得出的经验公式初定： (2.6)式中，-中心距系数。对轿车，=8.99.3；对货车， =8.69.6-变速器处于一档时
12、的输出扭矩故由（2.6）可得出初始中心距 ：为检测方便，圆整中心距。3齿轮的设计及校核各挡位齿轮在分动器中的位置安排，考虑到齿轮的受载状况。承受载荷大的低挡齿轮，安置在离轴承较近的方，以减小轴的变形，使齿轮的重叠系数不致下降过多。分动器齿轮主要是因接触应力过高而造成表面点蚀损坏，因此将高挡齿轮安排在离两支承较远处。该处因轴的变形而引起齿轮的偏转角较小，故齿轮的偏载也小。3.1 模数的确定齿轮模数是一个重要参数，并且影响它的选取因素又很多，如齿轮的强度、质量、噪声、工艺要求、载荷等。决定齿轮模数的因素有很多，其中最主要的是载荷的大小。从加工工艺及维修等观点考虑，同一齿轮机械中的齿轮模数不宜过多。
13、分动器齿轮模数的范围如表3.1表3.1 汽车变速器齿轮的法向模数车 型乘用车的发动机排量V/L货车的最大总质量/t1.0V1.61.6V2.56.014.014.0 模数/mm2.252.752.753.003.504.504.56.00一系列1.001.251.52.002.503.004.005.006.00二系列1.752.252.753.253.503.754.505.50所选模数应符合国家标准GB/T13571987的规定，。接合齿和啮合套多采用渐开线齿形。由于工艺上的考虑，同分动器中的结合齿采用同一模数。其选取的范围是：轿车及轻、中型货车为23.5；重型货车为3.55。选取较小模数并增多齿数有利于换挡，所以初选齿轮模数为3。3.2
