差速器半軸設(shè)計

第4章 差速器設(shè)計4.1 概述根據(jù)汽車行駛運(yùn)動學(xué)的要求和實際的車輪、道路的特征，為了消除由于左右車輪在運(yùn)動學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的弊病，汽車左右驅(qū)動輪間都有差速器，保證了汽車驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動學(xué)的要求。4.2 差速器的作用差速器作用：分配兩輸出軸轉(zhuǎn)矩，保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉(zhuǎn)動。 本次設(shè)計選用的普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)可靠，適用于本次設(shè)計的汽車驅(qū)動橋。4.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器設(shè)計中采用的普通對稱式圓錐行星齒輪差速器（如圖4.1）由差速器左殼為整體式，圖4.1 中央為普通對稱式圓錐行星齒輪差速器2個半軸齒輪，4個行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪以及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，所以本設(shè)計采用該結(jié)構(gòu)。由于差速器殼是裝在主減速器從動齒輪上，故在確定主減速器從動齒輪尺寸時，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到從動齒及主動齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。普通圓錐齒輪差速器的工作原理圖，如圖4.2所示。 圖4.2 普通圓錐齒輪差速器的工作原理圖4.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇（1）行星齒輪數(shù)目的選擇 重型貨車多用4個行星齒輪。（2）行星齒輪球面半徑（mm）的確定 圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗公式來確定： =73.62887.36（mm） （4.1）圓整取=75mm式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，2.522.99，對于有4個行星輪的公路載貨汽車取小值，取2.99；確定后，即根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐距： =（0.980.99）=73.574.25mm 取74mm （4.2）（3）行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應(yīng)少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1425。半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比多在1.52范圍內(nèi)。取=11，=22。 在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左、右兩半軸齒輪的齒數(shù)之和，必須能被行星齒輪的數(shù)目n所整除，否則將不能安裝，即應(yīng)滿足： = =11 （4.3）（4）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角： （4.4）式中：行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。 再根據(jù)下式初步求出圓錐齒輪的大端模數(shù)： =6.01 （4.5）取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)6；式中：在前面已初步確定。 算出模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可由下式求得： （4.6） （5）壓力角 目前汽車差速器齒輪大都選用的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減至10，并且再小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的情況下還可由切相修正加大半軸齒輪齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。 （6）行星齒輪安裝孔直徑及其深度L的確定 行星齒輪安裝孔與行星齒輪名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度L就是行星齒輪在其軸上的支承長度。 =35.97（mm） =32.70 mm （4.7）式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩24942； n行星齒輪數(shù)4； 行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x，mm. ，是半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，l=64mm; 支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為69MPa.4.3.2 差速器齒輪的幾何尺寸計算與強(qiáng)度計算表4.1為汽車差速器用直齒錐齒輪的幾何尺寸計算步驟，表中計算用的弧齒厚系數(shù)見圖4.3。表4.1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算表序號項 目計 算 公 式 及 結(jié) 果1行星齒輪齒數(shù)2半軸齒輪齒數(shù)3模數(shù)4齒面寬=22.2mm，取F=22m5齒工作高=1.6m=9.6mm6齒全高h(yuǎn)=1.788m+0.051=10.779mm7壓力角8軸交角9節(jié)圓直徑10節(jié)錐角11節(jié)錐距A=73.79mm12周節(jié)t=3.1416m=18.85mm13齒頂高14齒根高15徑向間隙16齒根角17面錐角18根錐角19外圓直徑20節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離21理論弧齒厚22齒側(cè)間隙（高精度）注:實際齒根高比上表計算值大0.051mm。圖4.3 汽車差速器直齒錐齒輪切向修正系數(shù)（弧齒系數(shù)）差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計算，而對于疲勞壽命則不予考慮，這是由于行星齒輪在差速器的工作中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用，僅在左/右驅(qū)動車輪有轉(zhuǎn)速差時行星齒輪和半軸齒輪之間有相對滾動的緣故。 汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為 （4.8）式中：T差速器一個行星齒輪給予一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，； （4.9） n差速器行星齒輪數(shù)目4； 半軸齒輪齒數(shù)22； 超載系數(shù)1.0； 質(zhì)量系數(shù)1.0； 尺寸系數(shù)； 載荷分配系數(shù)1.1； F齒面寬22mm; m模數(shù)6； J計算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力的總和系數(shù)0.226，見圖4.4。圖4.4 彎曲計算用綜合系數(shù)J 以計算得：=847.02 MPa980 MPa以計算得：=198.93MPa210.9Mpa綜上所述，差速器齒輪強(qiáng)度滿足要求。4.4 本章小結(jié)本章首先說明了差速器作用及工作原理，對對稱式圓錐行星齒輪差速器的基本參數(shù)進(jìn)行了必要的設(shè)計計算，對差速器齒輪的幾何尺寸及強(qiáng)度進(jìn)行了必要的計算，最終確定了所設(shè)計差速器的各個參數(shù)，取得機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造的標(biāo)準(zhǔn)值并滿足了強(qiáng)度計算和校核。第5章 半軸設(shè)計5.1 概述 驅(qū)動車輪的傳動裝置置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動車輪。在斷開式驅(qū)動橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋中驅(qū)動車輪的傳動裝置包括半軸和萬向接傳動裝置且多采用等速萬向節(jié)。在一般非斷開式驅(qū)動橋上，驅(qū)動車輪的傳動裝置就是半軸，這時半軸將差速器半鈾齒輪和輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動齒輪連接起來。5.2 半軸的設(shè)計與計算半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計計算時首先應(yīng)合理地確定其計算載荷。半軸計算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：（1）縱向力（驅(qū)動力或制動力）最大時（=），附著系數(shù)取0.8，沒有側(cè)向力作用；（2）側(cè)向力Y2最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為Z21，側(cè)滑時輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)1在計算中取1.0，沒有縱向力作用；（3）垂向力最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為（Z2-gw）kd，kd是動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(cè)向力的作用。5.2.1 全浮式半軸的設(shè)計計算（1）全浮式半軸在上述第一種工況下 縱向力應(yīng)按最大附著力計算，即 =49884.74N （5.1）式中：滿載靜止汽車的驅(qū)動橋?qū)λ降孛娴妮d荷，取95932.2N； 汽車加速和減速時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于后驅(qū)動橋可取1.3； 輪胎與的地面的附著系數(shù)0.8； 對于驅(qū)動車輪來說，當(dāng)按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及傳動系最低檔傳動比計算所得的縱向力小于按最大附著力所決定的縱向力時，則按下式計算，即 或=27585.6N （5.2）式中：差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)0.6； 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩700； 傳動系最低檔傳動比39.59； 汽車傳動效率0.9； 輪胎滾動半徑0.5425m。取兩者的較小值，所以27585.6N轉(zhuǎn)矩為： 14965.2 （5.3）注：第二種和第三種工況未計算，圖5.1為全浮式半軸支承示意圖。圖5.1 全浮式半軸支承示意圖（2）半軸的設(shè)計桿部直徑的選擇 設(shè)計時，半浮式半軸桿部直徑的初步選擇可按下式進(jìn)行： 取d=36 （5.4）式中：d半軸桿部直徑mm； T半軸的計算轉(zhuǎn)矩，14965.2； 半軸轉(zhuǎn)矩許用應(yīng)力，MPa。因半軸材料取40MnB，為926.1MPa左右，考慮安全系數(shù)在1.31.6之間，可取=692MPa； 半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可由下式計算： =542.1692MPa （5.5）式中：半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa； T半軸的計算轉(zhuǎn)矩14965.2； d半軸桿部直徑36mm。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為： MPa （5.6） 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為： MPa （5.7）式中：T半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩14965.2； 半軸花鍵外徑，57mm； 相配的花鍵孔內(nèi)徑，49.5mm； z花鍵齒數(shù)18； 花鍵的工作長度70mm; b花鍵齒寬，mm，=4.71mm;載荷分布的不均勻系數(shù)，可取為0.75。注：花鍵的選擇（30漸開線）初選分度圓直徑D=54mm，則模數(shù)m=，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3 半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為 （5.8）式中：T半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，14965.2； 半軸長度1100mm； G材料的剪切彈性模量8.410N/mm； J半軸橫截面的極慣性矩，=717452.3mm。5.2.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料與熱處理 為了使半軸和花鍵內(nèi)徑不小于其干部直徑，常常將加工花鍵的端部都做得粗些，并使當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。為了使半軸桿部和突緣間的過渡圓角都有較大的半徑而不致引起其他零件的干涉，常常將半軸凸緣用平鍛機(jī)鍛造。本設(shè)計半軸采用40，半軸的熱處理采用高頻、中頻感應(yīng)淬火。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá)，硬化層深約為其半徑的1/3，心部硬度可定為；不淬火區(qū)（凸緣等）的硬度可定在范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強(qiáng)度較高，加之在半軸