santana轿车主减速器设计与分析.doc

上海工程技术大学毕业设计（论文） SANTANA轿车主减速器设计与分析
各专业完整优秀毕业论文设计图纸

摘 要

主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说，主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。
本课题是以SANTANA轿车主减速器为例，SANTANA轿车采用的是单级主减速器，它具有结构简单，体积小，重量轻和传动效率高等优点。通过深入研究其结构和工作原理，经过理论计算，算出模数、分度圆直径、螺旋角、齿高、重合度等齿轮的重要数据，并且进行齿面接触强度校核及齿根弯曲疲劳强度校核，所有计算得到的数据说明本次设计的主减速器主动锥齿轮与从动锥齿轮符合《机械零件手册》中所提到的要求。
通过计算机的UG软件建立SANTANA轿车主减速器的三维实体模型，建模过程应该注意前面计算出的尺寸大小，运用阵列、引线扫掠、回转、求和等技术，使建模更加精确和方便。
另一方面，通过锥齿轮的受力图分析，算出中点处分度圆上的切向力以及齿宽中点处的轴向力的大小，运用有限元分析法对主动锥齿轮与从动锥齿轮进行强度分析，有限元分析法让强度大小变得更为直观，更容易理解齿轮的受力区域。最后阐述了主动锥齿轮与从动锥齿轮之间啮合间隙的调整与检测，这能更加深入地了解齿轮与齿轮之间的位置关系，能够产生一种空间概念。

关键词：主减速器，理论计算，强度校核，啮合间隙

Design and Analysis of SANTANA’s final drive

ABSTRACT

The final drive is the main components for reduce speed and increase torque in vehicle transmission systems. For the vehicle of longitudinal engine, the final drive also uses bevel gear drive to change the direction of force.
The issue is the final drive of SANTANA as an example. SANTANA use the single-stage final drive which has the advantage of simple structure, small size, light weight and high efficiency drive. Through in-depth study of its structure and working principle and according to theoretical calculations, we can calculate many important gear data which are the modulus, reference diameter, helix angle, tooth depth, contact ratio and overlap ratio, etc. Then we check the strength of tooth flank and tooth rook. ALL of the data on the current design of the final drive of driving bevel gear and follower bevel gear meet the request which are motioned in "mechanical parts Handbook".
Then we can use the software of UG establish the final drive’s 3D solid model of SANTANA. Modeling process should pay attention to ahead of the size and use the technology of array, swept along guide, revolve body, summation, etc. This will enable modeling more accurate and convenient.
On the other hand, through the analysis of stress of picture, we can calculate the size about the tangential force of standard pitch circle in midpoint and the axial force of face width in midpoint. And, we can use FEA to analyze the strength between driving bevel gear and follower bevel gear. FEA will help you know the size of strength more intuitive and more easily understood the regional force of gear. Finally, we describe the adjustment and detection the meshing gap between driving bevel gear and follower bevel gear. This will help you to understand more deeply between gear and gear and produce a concept of space.

Key words: final drive, theoretical calculation, strength check, meshing gap

SANTANA轿车主减速器设计与分析

周晟昊 061103250

0 引言
0.1 汽车工业背景
汽车工业代表着一个国家制造业的发展水平，世界经济大国的经济发展无一不与汽车工业有着极为密切的关系，在很多工业发达的国家，汽车工业都是支柱产业之一。我国的汽车行业经过50年特别是近20年的快速发展，中国汽车工业发生了质的变化。2003年，汽车制造业已经成为中国工业第五大支柱行业。
汽车工业的发展带动了相关行业的进步，促进了国家工业水平的提高。因而发展汽车工业是增强国民经济实力的一种有效手段。但是目前我国的汽车行业面临自主品牌缺失的现状，一汽集团现任总经理一声“断喝”:“如果失去了技术上的独立自主，没有自己的知识产权，中国汽车工业永远是跨国公司设在中国的加工厂”，无疑给中国汽车制造业敲响了警钟一要振兴汽车行业还要靠自己。根据我国《汽车工业振兴规划纲要》，今后汽车工业的发展重点是独立自主地开发汽车及零部件。
0.2 汽车主减速器的概述
0.2.1 主减速器的功用及工作原理
主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。
汽车在正常行驶时，发动机的转速通常在2000至3000r/min左右，如果将这么高的转速只靠变速箱降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需很大，而齿轮副的传动比越大，两齿轮的半径比也越大，换句话说，也就是变速箱的尺寸会越大。另外，转速下降，而扭矩必然增加，也就加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前必须设置一个主减速器。可使主减速器前面的传动部件，如变速器、分动器、万向传动装置等所传递的转矩减小，也可使变速箱的尺寸质量减小，操纵省力。
主减速器工作原理：主减速器是在传动系中起降低转速，增大转矩作用的主要部件，当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。它是依靠齿数少的齿轮带齿数多的齿轮来实现减速的，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转方向。将主减速器布置在动力向驱动轮分流之前的位置，有利于减小其前面的传动部件（如离合器、变速器、传动轴等）所传递的转矩，从而减小这些部件的尺寸和质量。
0.2.2 主减速器的分类
1．按参加减速传动的齿轮副数目分，有单级式主减速器和双级式主减速器。
除了一些要求大传动比的中、重型车采用双级式主减速器外，轿车和一般轻、中型火车基本采用单级式主减速器。单级式主减速器具有结构简单、体积小，重量轻和传动效率高等优点。在双级式主减速器中，若第二级减速在车轮附近进行，实际上构成两个车轮处的独立部件，则称为轮边减速器。这样布置的好处是可以减小半轴所传递的转矩，有利于减小半轴的尺寸和质量。轮边减速器可以是行星齿轮式的，也可以由一队圆柱齿轮副构成。当采用圆柱齿轮副进行轮边减速时，可以通过调节两齿轮的相互位置，改变车轮轴线与半轴之间的上下位置关系。
2．按主减速器传动比挡数分，有单速式和双速式。
目前，国产汽车大都采用传动比固定的单速式主减速器。在双速式主减速器上，设有供选择的两个传动比，这种主减速器实际上又其了变速的作用。
3． 按齿轮副结构形式分，有圆柱齿轮式，圆锥齿轮式和准双曲面齿轮式。
在发动机横向布置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮；在发动机纵向布置的汽车驱动桥上，主减速器往往采用圆锥齿轮式或准双曲面齿轮式。与圆锥齿轮相比，准双曲面齿轮不仅工作平稳性更好，弯曲强度和接触强度更高，同时还可使主动齿轮的轴线相对于从动齿轮轴线偏移。当主动准双曲面齿轮轴线向下偏移时，可降低传动轴的位置，从而有利于降低车身及整车重心高度，提高汽车行驶的稳定性。
0.2.3 主减速器的结构
目前，轿车和一般轻，中型货车采用单级主减速器，即可满足汽车动力性要求。它具有结构简单，体积小，重量轻和传动效率高等优点。
在桑塔纳、奥迪100、切诺基等发动机纵置的汽车上，都是单级主减速器结构，采用一对准双曲面锥齿轮传动。主动锥齿轮与输入轴制成一体，用圆锥滚子轴承和支承。这两个轴承安装在主减速器壳的轴承孔内，并被台阶轴向定位，用来承受在主减速器工作时，对主动锥齿轮产生的轴向和径向力。因为主动锥齿轮处于圆锥滚子轴承和支承点的外面，所以让两轴承的小端相对，这能够增大有效支承点的距离，并使轴承有效支承点距锥齿轮更近，有利于增加主动锥齿轮的支承刚度。输入轴前端的固定螺母把垫圈、叉形凸缘、轴承内圈、预紧调整垫片、隔离套管、轴承内圈和齿轮前后位置调整垫片等固定在齿轮的前端面上。
双曲面齿轮传动的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E，此距离称为偏移距。由于偏移距正的存在，使主动齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角 。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比

式中，、分别为主、从动齿轮的圆周力；、分别为主、从动齿轮的螺旋角。
螺旋角是指在锥齿轮节锥表面展开图上的齿线任意一点的切线与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面宽中点处的螺旋角称为中点螺旋角。通常不特殊说明，则螺旋角系指中点螺旋角。双曲面齿轮传动比为

式中，为双曲面齿轮传动比；、分别为主、从动齿轮平均分度圆半径。
螺旋锥齿轮传动比为

令，则。由于，所以系数，一般为1．25～1．50。这说明：
1)当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动有更大的传动比。
2)当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。
3)当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮直径比相应的螺旋锥齿轮为小，因而有较大的离地间隙。
此外，双曲面齿轮传动的优点：
1)在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。
2)由于存在偏移距，双曲面齿轮副使其主动齿轮的大于从动齿轮的，这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约30％。
3)双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的当量曲率半径较大，其结果使齿面的接触强度提高。
4)双曲绵主动齿轮的变大，则不产生根切的最小齿数可减少，故可选用较少的齿数，有利于增加传动比。
5)双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。
6)双曲面主动齿轮轴布置在从动齿轮中心上方，便于实现多轴驱动桥的贯通，增大传动轴的离地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向传动轴的高度，有利于降低轿车车身高度，并可减小车身地板中部凸起通道的高度。
但是，双曲面齿轮传动也存在如下缺点：
1)沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。双曲面齿轮副传动效率约为96％。
2)齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。
3)双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。
4)双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油。
0.2.4 主减速器的常见故障
1．油封漏油
其原因是：油封失效，或是拆装油封方法不对，导致油封损坏而漏油。
2．主减速器齿轮过早磨损
造成齿轮过早损坏的原因有：（1）所用润滑油规格不对或因其它原因造成的润滑油不良。主减速器齿轮在工作时，由于其传动特点所致，齿间不仅有滚动，而且还有纵向滑移，使齿面间压力加大，不易形成良好的润滑油膜，如果不按规定加注油膜强度高的双曲线齿轮油，就不能保证齿轮的正常润滑，致使齿轮使用寿命减短。（2）差速器壳与主减速器从动齿轮的连接螺栓松动。后桥差速器壳与主减速器从动齿轮之间是用螺栓连接的，当车辆前进时，从动齿轮受到的力作用在齿轮靠近受力点的螺栓处，因此使齿轮受力点对称处的螺栓松动。当螺栓预紧力不足时，从动齿轮的圆周上多数螺栓逐渐松动，齿轮在运转中发生摇摆和冲击，从而严重地破坏了主减速器主、从动齿轮的啮合面与啮合间隙，使主减速器齿轮早期损坏。（3）齿轮啮合面不正确及齿侧间隙过小。主减速器主、从动齿轮啮合印迹不正确，行车时，其动力传动由齿轮小端逐渐移向大端，齿的其余部分不承受符合，应力集中在齿的大端，这样就加剧了齿轮的磨损，甚至折断齿轮。
3．主动齿轮的后轴承过早磨损
产生的原因是：轴承的预紧力不够、主动齿轮的轴向间隙过大，或轴承孔变形等。
0.2.5 主减速器目前的现状
现代汽车的主减速器，广泛采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。双曲面齿轮工作时，齿面间的压力和滑动较大，齿面油膜易被破坏，必须采用双曲面齿轮油润滑，绝不允许用普通齿轮油代替，否则将使齿面迅速擦伤和磨损，大大降低使用寿命。
轿车上的主减速器一般采用双曲线齿轮。这是因为双曲线齿轮与螺旋锥齿轮比较，前者运转噪音少，工作更平稳，轮齿强度较高，而且还具有主动齿轮轴线可以相对从动齿轮轴线偏移的特点，这一点对于汽车的技术性能非常重要，工程师可以在不改变发动机的位置尺寸就可以直接改变驱动桥的离地间隙，也就是改变整部车的离地间隙。
例如有些汽车主减速器的双曲线齿轮的偏移距达30多毫米，在保持一定的离地间隙情况下，可降低主动齿轮和传动轴的位置，使车身重心降低，有利于提高汽车高速行驶的平稳性。
有些在同一车架上生产轿车和运动休闲车，其底盘的参数变换也是利用了双曲线齿轮这一特性。由于有这些优点，目前汽车的驱动桥已经趋向于用双曲线齿轮，实际上近年进口汽车基本上是采用双曲线齿轮，国产汽车也有许多车型采用双曲线齿轮，并已经越来越多地在中、重型货车上得到采用。

0.3 Unigraphics系统简介
Unigraphics（简称UG）是美国EDS公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统。它的功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程，并且广泛地运用在汽车、航天、模具加工及设计和医疗器械行业等方面。它提供了强大的实体建模技术，提供了高效能的曲面建构能力，能够完成最复杂的造型设计。除此之外，装配功能、2D出图功能、模具加工功能与PDM之间的紧密结合，使得UG在工业界成为一套无可匹敌的高级CAD/CAM系统。
UG公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的Unigraphics软件、基于Windows的设计与制图产品Solid Edge、集团级产品数据管理系统iMAN、产品可视化技术ProductVision以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasolid在内的全线产品。
UG自从1990年进入我国以来，以其强大的功能和工程背景，已经在我国航空、航天、汽车、模具和家电等领域得到广泛应用。尤其UG软件PC版本的推出，为UG在我国的普及起到了良好的推动作用。
UG软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/Open GRIP，UG/Open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。
具体来说，UG软件的特点如下：
1．建模的灵活性
    复合建模：无需草图，需要时可进行全参数设计，无需定义和参数化新曲线——可直接利用实体边缘。
    几何特征：具有凸垫、键槽、凸台、斜角、挖壳等特征、用户自定义特征、引用模式。
    光顺倒圆: 业界最好的倒圆技术，可自适应于切口、陡峭边缘及两非邻接面等几何构形，变半径倒圆的最小半径值可退化至极限零。
2．协同化装配建模
    可提供自顶向下、自底向上两种产品结构定义方式并可在上下文中设计/编辑，高级的装配导航工具，可图示装配树结构，可方便快速的确定部件位置，对装配件的简化表达，隐藏或关掉特定组件。局部着色，强大的零件间的相关性，配对条件，零件间的表达式（关系），协同化团队工作，可方便的替换产品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，团队成员可并行设计产品中各子装配或零件。　
3．直观的二维绘图
对制图员来讲，简单并富于逻辑性，剖视图自动相关于模型和剖切线位置，正交视图的计算和定位可简便的由一次鼠标操作完成，自动隐藏线消除，自动尺寸排列——不需要了解设计意图 ，自动工程图草图尺寸标注。
4．被业界证实的数控加工  
2—5轴铣，车加工，线切割，钣金件制造，刀轨仿真和验证，刀具库／标准工艺数据库功能。
5．领先的钣金件制造
可在成型或展开的情况下设计或修改产品结构，折弯工序可仿真工艺成型过程，钣料展开几何自动与产品设计相关，可在一幅工程图中直接展示产品设计和钣料展开几何。
6．集成的数字分析
   机构运动学分析，硬干涉检查和软干涉检查，运动仿真和分析，动画过程中的动态干涉检查。 　
7．广泛的用户开发工具
   用户命令宏，高级编程语言，可自定义裁剪的用户界面。
8．内嵌的工程电子表格
   可与其他表格软件交换数据，可简便定义零件系列，可方便修改表达式，可生成扇形图、直方图和曲线图等。
9．照片真实效果渲染
利用基于数字的设计审视，加快产品上市时间，快速成型。
10．可分阶段实施的数据管理
业界最紧密的CAD/CAM/CAE与PDM集成，可管理CAD数据以及整个产品开发周期中所有相关数据。
UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。
0.4 研究的意义
本课题是以SANTANA轿车主减速器为例，将汽车专业知识与先进的CAD、CAE知识相结合具有一定意义，要求深入研究其结构和工作原理，完成主减速器各部件的技术参数计算和运动分析。同时在进行设计与分析的过程中，通过计算机的CAD软件建立SANTANA轿车主减速器的三维实体模型。在整个毕业设计的过程中，需要通过不断地查找资料，独立分析，来解决各种问题，使自我能力得到很大提高。
以计算机技术为基础的信息处理技术的飞速发展和广泛应用是当代新技术革命中最伟大的成就。CAD的普遍运用使制造业的设计、备料、加工、装配、运输、销售实现了自动化，使科技人员甩掉了画图板和计算尺以及翻阅工具书的繁琐劳动，极大地提高了劳动生产率。
本课题利用UG中的参数化实体造型方法建立汽车主减速器的实体模型，对主、从动锥齿轮进行运动分析，为进一步研究和开发设计汽车底盘和参数化设计技术研究打下基础，因此具有一定的理论和实际意义。

1 主减速器零部件的尺寸计算及强度分析
1.1 初步设计
已知主动锥齿轮齿数，从动锥齿轮齿数，SANTANA轿车的主传动比，发动机最大扭矩（转速）：（3500转/分），中点螺旋角。大小齿轮选用材料，，希望齿轮能够长期工作。
l 设计公式 ；
l 载荷系数 ；
l 估算时的齿轮许用接触应力
式中，试验齿轮的接触强度疲劳强度极限
估算时的安全系数；
l 计算结果 ,取；
1.2 几何计算
l 大端模数 (GB12368-90取标准值6)；
l 大端分度圆直径 ；
l 齿顶高系数 ，顶隙系数；
压力角 （GB12369-90）；
l 径向变位系数　，；
l 切向变位系数　，；
l 分锥角 ,；
l 外锥矩 ；
l 齿宽系数 取；
l 齿宽 ；
l 中点模数 ；
l 中点法向模数 ；
l 中点分度圆直径
；
l 齿宽中点锥矩 ；
l 顶隙 ；
l 大端齿顶高
；
l 大端齿根高
；
l 工作齿高 ；
l 全齿高 ；
l 齿顶圆直径
；
l 齿根圆直径
；
l 大端螺旋角 取；
l 冠顶距
；
l 齿根角 ，；
l 齿顶角 ，；
l 顶锥角 ，；
l 根锥角 ，；
l 导圆半径 ；
l 分度圆齿厚
；
l 中点法向弦齿厚
式中
，；
l 法向弦齿高
；
l 当量齿数 ，；
l 端面重合度 ；
l 纵面重合度 ；
l 总重合度 ；

表1.1 主、从动锥齿轮尺寸
项目
符号
小齿轮
大齿轮
齿顶圆直径

68
223
齿根圆直径

46
208
大端螺旋角

33°
33°3°
齿根角

2°
4°
齿顶角

4°
2°
顶锥角

18°
78°
根锥角

12°
72°
导圆半径

69
69
分度圆齿厚

8.7
4.4
法向弦齿厚

8.68
4.4
法向弦齿高

7.66
2.88
当量齿数

16.875
278.25
端面重合度

1.15
1.15
纵面重合度

1.5
1.5
总重合度

1.89
1.89

1.3 齿面接触强度校核
l 计算公式 ；
l 切向力 ；
l 使用系数 ；
l 动载荷系数 ；
式中，系数，
；
l 载荷分布系数
式中支承情况系数
；
l 载荷分配系数 ；
l 节点区域系数
式中，当量齿轮基圆螺旋角
当量齿轮端面压力角
；
l 弹性系数 ；
l 重合度和螺旋角系数
式中，重合度系数
螺旋角系数
；
l 锥齿轮系数 ；
l 接触应力；
l 许用接触应力 ；
l 试验齿轮接触疲劳强度极限 ；
l 最小安全系数 ；
l 寿命系数 （长期工作，取为无限寿命设计）；
l 润滑油膜影响系数 ；
l 尺寸系数 ；
l 工作硬化系数 ；
l 许用接触应力值 ；
综上所述，，符合条件，
1.4 齿根弯曲疲劳强度校核
l 计算公式 ；
l 复合齿形系数 ；
l 重合度和螺旋角系数 ；
l ，；
l 计算齿根应力 ；
l 许用弯曲应力 ；
l 齿根应力基本值 ；
l 最小安全系数 ；
l 寿命系数 （长期工作，取为无限寿命设计）；
l 相对齿根圆角敏感系数 ；
l 相对齿根表面状况系数 ；
l 尺寸系数 ；
l 许用齿根应力值 ；
综上所述，，符合条件。

2 主减速器零件的模型建立
2.1从动齿轮的模型建立

第一步：创建新零件文件
新建文件Crown gear：文件→新建或　，文件名（N）→Crown gear；单位→毫米
第二步：打开应用模块的实体模型
进入建模应用模块：→
第三步：建立草图sketch_000，并生成实体外型轮廓
l 建立需要用的基准平面：
选择基准面图标，弹出基准面对话框，并在Z、Y平面上建立基准面。

图2.1 基准面的建立
l 建立需要用的基准轴：
选择基准轴图标，弹出基准轴对话框，并在Z、Y平面上建立基准轴。

图2.2 基准轴的建立

图2.3 基准轴和基准面的建立
l 选择草图平面：
进入草图绘制菜单：选择草图图标，弹出生成草图平面对话框，sketch name→sketch_000。

l 建立草图：
² 在所选择的草图平面上，绘制出从动齿轮的横截面大致轮廓；
² 按图标对草图分别进行形状约束和尺寸约束，得到从动齿轮的横截面图，如图2.4所示。

图2.4 从动齿轮横截面草图
l 生成实体外型：
利用扫描特征生成实体外型：选择回转图标→选中所需曲线→选中旋转轴→确定。如图2.5

图2.5 实体生成
第四步：成型特征及其他特征建立
l 倒角：
进入构建倒角菜单：选择倒角图标→选中所要倒角的边或孔→偏置：输入具体的值。如图2.6黑色部分

图2.6 倒角生成
l 简单孔：
² 进入构建孔特征菜单：选择打孔图标→选择简单孔→选中所得实体的底面→参数：直径8MM，深度10MM，顶锥角0
² 定位:（点到面距离）→选择圆心在基准面上→距离为0。
（点到点距离）→选择圆心到底面大圆圆心→距离61
镜像复制：
进入镜像复制菜单：选择镜像复制图标→选择刚建立的底面小孔 →确定→在数字中输入8，角度中输入45，单击确定。如图2.7所示

图2.7 镜像复制的建立
l 对小孔倒角：
进入构建倒角菜单：选择倒角图标→选中所要倒角的边或孔→偏置：输入具体的值。如图2.8黑色部分，
8个孔相同。

图2.8 小孔倒角
倒螺纹：
进入构建倒螺纹菜单：选择倒螺纹图标→选择所要倒螺纹的孔：主直径10MM,长度10MM,螺距1.5MM,角度60deg,右手,最后单击确认。如图2.9所示。

图2.9 螺纹建立
l 对螺纹镜像复制：
步骤同上面镜像过程。
l 建立草图：
在所选择的草图平面上，按图标对草图分别进行形状约束和尺寸约束，绘制出如图2.10所示的轮廓。

图2.10 草图建立
l 生成实体：
生成所画轮廓的实体，步骤同前。如图2.11黑色部分。

图2.11 实体生成
l 曲面上做曲线：
选择在曲面上做曲线图标→绘出如图2.12的四条曲线

图2.12 曲线生成
l 建立基准面并在所建立基准面上绘制草图：
操作过程同前，基准面的偏置距离为52.35MM，在偏置的基准面上绘制草图。

图2.13 草图建立

图2.14 基准面上的草图
l 引线扫掠：
选择引线扫掠图标→选中之前曲面上做的曲线以及上步草图上所画曲线→确定。出现如图2.15实体。

图2.15 实体生成
l 变换命令做绕点旋转：
进入变换命令菜单：编辑→变换→选中上步所做实体→绕点旋转→选中圆心→确认→角度12→确认→选择复制→直到出现一周实体，如图2.16所示。

图2.16 绕点旋转后的实体
l 求和：
进入求和菜单：选择求和图标→选择小的实体以及大的实体→保留目标体→确认。
l 完成从动齿轮建模
2.2 从动轴的模型建立

第一步：创建新零件文件
新建文件output shaft：文件→新建或　，文件名（N）→output shaft；单位→毫米
第二步：打开应用模块的实体模型
进入建模应用模块：→
第三步：建立草图sketch_000，并生成实体外型轮廓
l 建立需要用的基准平面：
选择基准面图标，弹出基准面对话框，并在Z、X平面上建立基准面。

图2.17 基准面建立
l 建立需要用的基准轴：
选择基准轴图标，弹出基准轴对话框，并在Z、X平面上建立基准轴。

图2.18 基准轴的建立

图2.18 基准轴和基准面的建立
l 选择草图平面：
进入草图绘制菜单：选择草图图标，弹出生成草图平面对话框，sketch name→sketch_000。
l 建立草图：
² 在所选择的草图平面上，绘制出从动轴的大致轮廓；
² 按图标对草图分别进行形状约束和尺寸约束，得到从动轴，如图2.19所示。

图2.19 草图生成
l 生成实体外型：
利用扫描特征生成实体外型：选择回转图标→选中所需曲线→选中旋转轴→确定。如图2.20所示

图2.20 实体生成
第四步：成型特征及其他特征建立
l 建立基准平面及基准轴
操作步骤同上，位置如图2.21所示

图2.21 创建基准面
l 建立凸垫：
进入凸垫菜单：选择凸垫图标→矩形→基准面→接受默认边→基准轴→X长度2.5MM，Y长度16MM，Z长度1.8，拐角半径0，拔模角0。如图2.22所示。

图2.22 凸垫生成
l 重复上述步骤建立另一个凸垫：
尺寸和前一个一样，如图所示。

图2.23 第2个凸垫生成
l 建立草图：
在所选择的草图平面上，按图标对草图分别进行形状约束和尺寸约束，绘制出如图2.24所示的轮廓。

图2.24 草图生成
l 生成实体：
生成所画轮廓的实体，步骤同前。如图2.25白色部分。

图2.25 实体生成
l 曲面上做曲线：
选择在曲面上做曲线图标→绘出如图2.26的四条曲线

图2.26 表面曲线生成
l 以从动轴顶端做基准面绘制草图：
操作过程同前，如图2.27做出草图

图2.27 草图生成
l 引线扫掠：
选择引线扫掠图标→选中之前曲面上做的曲线以及上步草图上所画曲线→确定。出现如图2.28实体。

图2.28 实体生成
l 变换命令做绕点旋转：
进入变换命令菜单：编辑→变换→选中上步所做实体→绕点旋转→选中圆心→确认→角度45→确认→选择复制→直到出现一周实体，如图2.29所示。

图2.29 绕点旋转后实体生成
l 求和：
进入求和菜单：选择求和图标→选择小的实体以及大的实体→保留目标体→确认。
l 简单孔：
² 进入构建孔特征菜单：选择打孔图标→选择简单孔→选中所得实体的底面→参数：直径10MM，深度50MM，顶锥角0
² 定位:（点到面距离）→选择圆心在基准面上→距离为0
（点到点距离）→选择圆心到底面大圆圆心→距离0
l 镜像复制：
进入镜像复制菜单：选择镜像复制图标→选择所建立的第一个凸垫的底面小孔 →确定→在数字中输入29，角度中输入12.5，单击确定。如图2.30所示。

图2.30 镜像复制后实体
同样的方法对第2个凸垫进行镜像复制
l 倒角：
进入构建倒角菜单：选择倒角图标→选中所要倒角的边或孔→偏置：输入具体的值。对所有凸垫进行相同操作如图2.31。

图2.31 倒角生成
l 倒螺纹：
进入构建倒螺纹菜单：选择倒螺纹图标→选择所要倒螺纹的面：副直径17.5MM,长度20MM,螺距2.5MM,角度60deg,右手,最后单击确认。如图2.32所示。

图2.32 倒螺纹生成
l 完成从动轴建模

3 主减速器零部件分析
3.1 轮齿受力分析
汽车的动力经变速箱和中间传动轴到后桥减速器后，再经主、从齿轮的啮合，改变方向后经差速机构把动力传递到汽车的轮毂，从而实现汽车的驱动。汽车在前进时，被齿对主齿的作用力所产生的轴向分力是由下轴承承受；而在倒挡时，被齿对主齿的作用力所产生的轴向分力由主齿传递给上轴承。由于主动齿轮为弧齿锥齿轮，此时其受力如图3.1所示。
图3.1 锥齿轮受力分解图

对于斜锥齿轮，其受力一般都视为作用在平均分度圆上，即齿宽中点处的分度圆上。
变速器Ⅰ档的传动比 ，Ⅱ档的传动比 ，变速器Ⅲ档的传动比 ，变速器Ⅳ档的传动比 ，变速器R档的传动比 ，可以看出最大传动比是在Ⅰ档处。
按发动机最大输出扭矩，变速器为Ⅰ档时，作用于主动齿轮的扭矩为：

—发动机的最大输出扭矩
—变速器Ⅰ档的传动比
—为传动效率
计算得到
那么此时主齿中点处分度圆上的切向力为：

齿宽中点处的轴向力为：

—齿宽中点螺旋角
—齿宽处压力角
—齿宽分度圆直径
计算得到
根据上式，把汽车后桥减速器的主齿的参数代入上式，可得到当前需要的轴向力的大小。
3.2 应用有限元法分析锥齿轮强度
3.2.1 装配主、从动锥齿轮
第一步：创建新零件文件
新建文件Gear：文件→新建或　，文件名（N）→Gear；单位→毫米
第二步：打开装配选项
进入菜单点击→在装配项打勾
第三步：进行装配
l 添加组件：
² 进入添加组件菜单：选择添加组件图标→选择部件文件→打开先前建立的从动锥齿轮，出现如图3.2所示的预览对话框→中键点选后将其固定。

图3.2 从动锥齿轮预览对话框
² 重复以上步骤，打开主动锥齿轮预览对话框，如图3.3所示。

图3.3 主动锥齿轮预览对话框
中键点选→弹出配对对话框→在配对类型中选择对齐→选中2个面对齐，将主动锥齿轮放入图中，如图3.4所示。

图3.4 主、从动锥齿轮对齐部分
l 定位组件：选中主动锥齿轮，选择定位组件图标→在对话框中选择平移→测量两个对齐平面的距离，在Y轴上进行平移，最后进行位置调整，如图3.5所示。

图3.5 主、从动锥齿轮装配图
l 装配完成
3.2.2 有限元法分析齿轮强度
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用，特别是在材料应力-应变的线性范围内更是如此。另外，当考虑机械应力与热应力的偶合时，像ANSYS、NASTRAN等大型软件都提供了极为方便的分析手段。齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用的传动零件。通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。
运用ANSYS软件对装配图中的主动锥齿轮和从动锥齿轮进行强度的分析。首先将主动锥齿轮的中心轴固定在X轴上，使其只绕X轴旋转；将从动锥齿轮的中心线固定在Y轴上，使其只绕Y轴旋转，接着在从动轴的轴肩施加一个的载荷（由前面计算得到），选用材料的弹