差速器畢業(yè)設(shè)計(jì)-論文

1、摘 要 IAbstract II1 引言 31.1 差速器的作用 31.2 差速器的工作原理 31.3 差速器的方案選擇及結(jié)構(gòu)分析 71.3.1 差速器的方案選擇 71.3.2 差速器的結(jié)構(gòu)分析 72 差速器的設(shè)計(jì) 82.1 差速器設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)的來源與依據(jù) 82.2 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 82.3 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 122.3.1 差速器直齒錐齒輪的幾何參數(shù) 122.3.2 差速器齒輪的材料選用 132.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 143 差速器行星齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 153.1 行星齒輪軸的分類及選用 153.2 行星齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì) 163.3 行星齒輪軸材料的選擇 163.

2、4 差速器墊圈的設(shè)計(jì)計(jì)算 163.4.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 173.4.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 174 差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用 174.1 螺栓的選用和螺栓的材料 174.2 螺母的選用和螺母的材料 184.3 差速器軸承的選用 184.4 十字軸鍵的選用 185 半軸的設(shè)計(jì) 185.1 半軸的選型 185.2 半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 195.2.1 半軸的受力分析 195.2.2 半軸計(jì)算載荷的確定 205.2.3 半軸桿部直徑初選 215.2.4 半軸的強(qiáng)度計(jì)算 215.2.5 半軸的材料 226 差速器總成的裝配和調(diào)整 236.1 差速器總成的裝配 236.2 差速器總成的裝配 2

3、3解放 CA1092 型汽車差速器的設(shè)計(jì)摘要本文參照傳統(tǒng)差速器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了解放 CA1092 型載貨汽車差速器的設(shè)計(jì)， 首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算， 參考圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸， 確定出差速器齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)， 然后對差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和校核， 最后進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)件的選用和非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)。 文章對差速器的工作原理和方案選擇也作出了簡略說明。關(guān)鍵詞汽車 /差速器 / 設(shè)計(jì)2LIBERATION CA1092 CARS DIFFERENTIAL DESIGNAbstractThis article refers to the traditional differential desi

4、gn methods, conducted a liberated CA1092-type truck differential design. First, calculated according to the empirical formula, reference structure size cone the planetary gear differential, determined the main design parameters of the differential gear. Then calculate the strength of the differentia

5、l gear and check. Finally, some of the standard parts selection and design of non-standard. Articles on the working principle and scheme selection differentials also made a brief explanation.KEY WORDS automobile/ differential / design1 引言在汽車行業(yè)發(fā)展初期，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人雷諾發(fā)明了汽車差速器，汽車差速器作為汽車必不可少的部件之一曾被汽車專家譽(yù)為“小零

6、件大功用” 。汽車在行駛過程中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、 胎面磨損不均勻、 兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(dòng)半徑不相等； 左右兩車輪接觸的路面條件不同， 行駛阻力不等等。 如果驅(qū)動(dòng)橋的左、 右車輪剛性連接， 則不論轉(zhuǎn)彎行駛或者直線行駛， 均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)， 一方面會(huì)加劇輪胎磨損、 功率和燃料消耗， 另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重， 通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。 為此， 在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器1。差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩， 并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)， 用來保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳

7、遞， 避免輪胎與地面間打滑 2 。近幾年來中國汽車差速器市場發(fā)展迅速， 產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張， 國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)汽車差速器產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展。 差速器的種類趨于多元化， 功用趨于完整化， 目前汽車上最常用的就是對稱式錐齒輪差速器， 還有現(xiàn)在各種各樣的功能多樣的差速器，如：輪間差速器、防滑差速器、強(qiáng)制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、 托森差速器。 其中的托森差速器是一種新型差速器機(jī)構(gòu)， 它能解決在其它差速器內(nèi)差動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小時(shí)不能起差速作用的問題和轉(zhuǎn)矩較大時(shí)不能自動(dòng)將差速器鎖死的問題 3 。1.1 差速器的作用汽車在直線行駛時(shí)， 左右車輪轉(zhuǎn)速幾乎相同， 而在轉(zhuǎn)彎時(shí)， 左右車輪轉(zhuǎn)速不同，差速器能實(shí)現(xiàn)左

8、右車輪轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)，允許左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。汽車差速器是汽車傳動(dòng)中的最重要的部件之一， 它有三大作用： 首先是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳輸?shù)杰囕喩希?其次， 將主減速器已經(jīng)增加的扭矩一分為二的分配給左右兩根半軸； 最后， 擔(dān)任汽車主減速齒輪， 在動(dòng)力傳輸至車輪前將傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速減下來，將動(dòng)力傳到車輪上，同時(shí)允許兩側(cè)車輪以不同的輪速轉(zhuǎn)動(dòng) 4 。差速器對提高汽車行駛平穩(wěn)性和其通過性有著獨(dú)特的作用，是汽車設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。差速器的這種調(diào)整是自動(dòng)的，這里涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上 所有物體都傾向于耗能最小的狀態(tài)。 例如把一粒豆子放進(jìn)一個(gè)碗內(nèi)，豆子會(huì)自動(dòng) 停留在碗底而絕不會(huì)停留在碗壁，因?yàn)橥氲资?/p>

9、能量最低的位置（位能） ，它自動(dòng) 選擇靜止（動(dòng)能最?。┒粫?huì)不斷運(yùn)動(dòng)。同樣的道理車輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)也會(huì)自動(dòng)趨向 能耗最低的狀態(tài)，自動(dòng)地按照轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于外側(cè)輪有滑拖的現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)輪有滑轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪此 時(shí)就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然導(dǎo)致兩邊車輪 的轉(zhuǎn)速不同，從而破壞了三者的平衡關(guān)系，并通過半軸反映到半軸齒輪上， 迫使 行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快，內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢，從而實(shí)現(xiàn)兩邊車 輪轉(zhuǎn)速的差異。驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪若用一根整軸剛性連接，則兩輪只能以相同的角度旋 轉(zhuǎn)。這樣，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移過的距離大，將使 外側(cè)

10、車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑拖，而內(nèi)側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。即使是汽 車直線行駛，也會(huì)因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動(dòng)半徑不等（輪胎制造誤 差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動(dòng)。車輪滑動(dòng)時(shí)不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗，還會(huì)使汽車轉(zhuǎn)向困難、 制動(dòng)性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輪能以不同 的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器采用對稱式圓錐齒輪結(jié)構(gòu)，其原理如下圖所示:44-13w132BA0G)0,3435圖1-2差速器差速原理圖如上圖所示，對稱式圓錐齒輪差速器是一種行星齒輪結(jié)構(gòu)。 差速器殼3與行 星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪 6連在一起，

11、 故為主動(dòng)件，假設(shè)其角速度為0 ;半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為1和2。 A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中點(diǎn)為C, A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r o當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)， 顯然，處在同一半徑 r上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等，具值為 r。于是12。，即差速器起不到差速的作用，而半軸角速度等于差速器殼 3的角速度。當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度4自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)A的 圓周速度為 f 0r 4，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為2r0r 4r。于是便有J 2r0r 4r 0r 4r即1220( 1-1 )如果角速度以每分

12、鐘轉(zhuǎn)數(shù)n來表示，則n n2 2n0(1-2)上式為兩半軸齒輪直徑的對稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左、右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無 關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或者其它行駛的情況下，也都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng) 5。由式(1-2)還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半 軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零(例如中央制動(dòng) 器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí))，另一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪 即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)6。對稱式圓錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配：由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩，

13、經(jīng)由差速器殼、 行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，而兩個(gè)半 軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩 M。平均 分配給左、右兩個(gè)半軸齒輪，即 M1 M2 M0/2O當(dāng)兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速朝相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速ni大于右半軸轉(zhuǎn)速n2,則行星齒輪將按順時(shí)針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。此時(shí)行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩Mr方向與行星齒輪的轉(zhuǎn)向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對左、右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，Mi Mo Mr心，M2 Mo Mr /2,左、右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力

14、矩 Mr0為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù)K表示KM2 M1 /M M r/M0(1-3)差速器內(nèi)摩擦力矩Mr和其輸入轉(zhuǎn)矩Mo (差速器殼體上的力矩)之比定義為差速器鎖緊系數(shù)K?？炻胼S的轉(zhuǎn)矩之比M2/M1定義為轉(zhuǎn)矩比，以Kb M2/M11 K/1 K(1-4)目前廣泛使用的對稱式圓錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小，其鎖緊系數(shù)K 0.05 0.15,轉(zhuǎn)矩比Kb 1.1 1.4 ,可以認(rèn)為無論左、右驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速是否相等，其轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對于汽車在較好的路面上直 線或者轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，都是令人滿意的。但是當(dāng)汽車在較壞的路面行駛時(shí)， 卻嚴(yán)重 影響了通過能力

15、7。例如，當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時(shí)候， 在泥濘路面上的車輪原地滑轉(zhuǎn)，而在好的路面上的車輪靜止不動(dòng)。 這是因?yàn)樵谀?濘路面上的車輪比在好的路面上的車輪與路面之間的附著力小，路面只能對半軸作用很小的反作用轉(zhuǎn)矩，雖然另一車輪與好的路面之間的附著力較小，但是由于對稱式圓錐齒輪差速器具有轉(zhuǎn)矩平均分配的特性，使這一個(gè)車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只 能與傳到滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)車輪上的很小的轉(zhuǎn)矩相等，致使總的驅(qū)動(dòng)力不足以克服行駛 阻力，汽車便不能前進(jìn)網(wǎng)。當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，此時(shí)行星齒輪軸將轉(zhuǎn)矩平均分配給兩半軸齒輪， 兩半軸 齒輪轉(zhuǎn)速包等于差速器殼的轉(zhuǎn)速，傳遞給左右車輪的轉(zhuǎn)矩也是相等的，所以此時(shí) 左右車輪的轉(zhuǎn)速也

16、相等。而當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，其中一個(gè)半軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角，兩半 軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均的分配，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)速大，另一個(gè)轉(zhuǎn)速小的現(xiàn)象，此時(shí)汽車就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛91.3差速器的方案選擇及結(jié)構(gòu)分析差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種 形式。普通汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器， 具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量 較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制 鎖止式差速器。普通齒輪式差速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器分圓錐齒輪 式和圓柱齒輪式兩種10。強(qiáng)制鎖止式差速器就是在對稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，可利用差速鎖使差速器不起

17、差速作用。差速鎖在軍用汽車上應(yīng)用較廣。1.3.1 差速器的方案選擇對稱式錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)可靠，廣泛應(yīng)用于一般使用條件的 汽車驅(qū)動(dòng)橋上，根據(jù)解放CA1092型載貨汽車的類型，初步選定差速器的種類為 行星錐齒輪差速器，安裝在驅(qū)動(dòng)橋的兩個(gè)半軸之間，通過兩個(gè)半軸把動(dòng)力傳給車 輪。設(shè)計(jì)簡圖如下：圖1-1差速器結(jié)構(gòu)方案圖如圖所示，對稱式行星錐齒輪主要是差速器左右殼 1和4,兩個(gè)半軸齒輪2、 四個(gè)行星齒輪3、十字軸5。動(dòng)力傳輸?shù)讲钏倨鳉?,差速器殼帶動(dòng)十字軸5轉(zhuǎn) 動(dòng)。十字軸又帶動(dòng)安裝在它四個(gè)軸頸上的行星齒輪 3轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪與半軸齒輪 相互嚙合，所以又將轉(zhuǎn)矩傳遞給半軸齒輪，半軸齒輪與半軸相連，

18、半軸又將動(dòng)力 傳給驅(qū)動(dòng)輪，完成汽車的行駛11o1.3.2 差速器的結(jié)構(gòu)分析（ 1）行星齒輪3 的背面大都做成球面，與差速器殼 1 配合，保證行星齒輪具有良好的對中性，以利于和兩個(gè)半軸齒輪2 正確地嚙合；（ 2）由于行星齒輪3 和半軸齒輪2 是錐齒輪傳動(dòng)，在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，沿行星齒輪和半軸齒輪的軸線有很大的軸向作用力， 而齒輪和差速器殼之間又有相對運(yùn)動(dòng)。 為減少齒輪和差速器殼之間的磨損， 在半軸齒輪背面與差速器殼相應(yīng)的摩擦面之間裝有平墊圈， 而在行星齒輪和差速器殼之間裝有球面墊圈。 當(dāng)汽車行駛一定的里程， 墊圈磨損后可以通過更換墊圈來調(diào)整齒輪的嚙合間隙， 以提高差速器的壽命。（ 3）在中、重型汽車上

19、由于需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，所以要安裝四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸也要用十字軸。（ 4）為了保證行星齒輪和十字軸之間有良好的潤滑，在十字軸的軸頸銑出了一個(gè)平面，以儲(chǔ)存潤滑油潤滑齒輪背面12 。2 差速器的設(shè)計(jì)2.1 差速器設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)的來源與依據(jù)本次設(shè)計(jì)選用的是解放 CA1092 載貨汽車作為課題設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)的來源和依據(jù)。 從解放 CA1092 開始投產(chǎn)就在不斷的改進(jìn)和提高技術(shù)性能、 節(jié)源性能和穩(wěn)定性能， 到現(xiàn)在解放 CA1092 載貨汽車全面完成了向一個(gè)新的高質(zhì)量水平、 高性能水平的過渡和轉(zhuǎn)換。 汽車載重量是汽車最基本、 最重要的技術(shù)參數(shù)之一， 是汽車整體設(shè)計(jì)的基本依據(jù)， 在汽車可靠性和經(jīng)濟(jì)性的基

20、礎(chǔ)上， 載重量將起到主導(dǎo)作用。解放CA1092 型汽車規(guī)定的載重量為 4350 千克。參考的數(shù)據(jù)有：（ 1）發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為 99kw （當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 3000r/min） ；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩為373 Nm （當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1300r/min）;（3）變速器的傳動(dòng)效率0.9 ；（4）變速器傳動(dòng)比：7.64； 4.834； 2.856； 1.895； 1.337,； 1.0；倒檔：7.107；2.2 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇（1） 行星齒輪數(shù)目的選擇行星齒輪數(shù)目需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取2 個(gè)，反之則取 4 個(gè)。解放 CA1092 采用 4 個(gè)行星齒輪。(2)行星齒

21、輪球面半徑RB (mm)的確定圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑RB ,它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)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13 o球面半徑Rb可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定：RB KB3斤j(2-1)式中：KB 行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取 2.522.99,對于有4個(gè)行星齒輪的載貨汽車取最小值；Tj 計(jì)算*$矩，取Tce和Tcs的較小值，N m.從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce(2-2)Te maxk0i tln式中:Tce計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N m ；Temax發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax = 373 N m ；n計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，1;itl 由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)

22、算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng) 比，itl = 6.29;變速器傳動(dòng)效率，=0.9;k0由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，k0 = 1 ;代入式(2-2),有：Tce= 2111.55 Nm根據(jù)式 1, RB = 2.5542111.55 = 32.71mm,取整為 34mmRB確定后，即可根據(jù)以下公式預(yù)選節(jié)錐距：24(2-3)Ao= (0.980.9吩 Rb在此取A0=0.98 RB=34mm(3)行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇為了獲得較大的模數(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，但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1425,大多數(shù)汽車的半軸齒輪與 行星齒輪的齒數(shù)比Z

23、2/Z1在1.52.0的范圍內(nèi)14。差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的， 因此，在確定這兩種 齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，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)Z2l , Z2R之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除， 以便行星齒 輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍， 否則，差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的 安裝條件為：Z2L Z2R(2-4)式中：左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對稱式圓錐齒輪差速器來說,Z2L = Z2R ；行星齒輪數(shù)目;任意整數(shù)在此z1=12, z2 =20滿足以上要求(4)差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的

24、節(jié)錐角=arc tan = arc tan =30.96209059.04再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)mm也加1 =也sin 2 = 2_34 sin59.04 =2.92 乙z220根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值取為3mm行d1 mz1 = 3 12 36 mmd2 mz23 20 60 mm(5)壓力角目前，汽車差速器的齒輪大都采用22.5的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒 數(shù)可減少到10,并且在小齒輪(行星齒輪)齒頂不變尖的條件下，還可以由切 向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種 齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20。的少，故可以用較大的模數(shù)以提高齒輪的強(qiáng)度。 在此選22

25、.5的壓力角15。(6)行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L行星齒輪安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝 孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支撐長度，通常取(2-5)(2-6)(2-7)L 1.1L Li必 c nlT0 1031,1.1 c nl式中：T0 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm;n 行星齒輪數(shù)；l 行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x,mm。l 0.5d2 , d2是半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，d20.8d2 ；c 支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為69MPa。根據(jù)上式l 24mm2101.54 103/17 mm1.1 69 4 24L 1.1 17 19mm所以，行星齒輪安裝孔的直徑為17

26、 mm,深度L為19 mm。2.3差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算2.3.1 差速器直齒錐齒輪的幾何參數(shù)在舁 廳P項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)乙10應(yīng)盡量取最小值z1122半軸齒輪齒數(shù)Z2 14 25 且須滿足式1-1Z2203模數(shù)mm 3 mm4齒面寬F (0.25 0.30)A0 F 10mF 10.2 mm5齒工作高h(yuǎn)a 1.6m ghg 4.8 mm6齒全高h(yuǎn) 1.788m 0.051h 5.415 mm7壓力角22.58軸交角90909節(jié)圓直徑d1 mz1 ; d2 mz2d136 mm； d260 mm10節(jié)錐角, 乙產(chǎn)arc tan;2 901Z2130.96 ;259.0411節(jié)

27、錐距dd2A0c.c .2sin 1 2sin 2A0 34 mm12周節(jié)t 3.1416mt 9.42 mm13齒頂局ha1hgha2-0.370ha20.43 mZ2Z1ha13.11 mmha21.69 mm14齒根高h(yuǎn)f11.788m ha1hf21.788m ha2hf12.254 mmhf 2 3.674 mm15徑向間隙c h ha 0.188m 0.051 gc 0.615 mm16齒根角hf11 arctan Ahf 22arctanA143.79 ;2 6.1717面錐角0112 ；02210137.13 ;0262.8318根錐角R111 ；R222ri 27.17 ;

28、R2 56.6619外圓直徑d01d1 2ha1 cos 1d02 d2 2ha2cos 2d0141.33 mmd0261.74 mm20節(jié)錐頂點(diǎn)至齒 輪外緣距離d201- ha1Sin 12d1卜。*02-ha2 sin 220128.4 mm02 16.55 mm21理論弧齒厚S1 t S2 tS2 ha1 ha2 tanm2S15.16 mmS2 4.26 mm22齒側(cè)間隙B 0.245 0.330B 0.250 mm23弦齒厚S S反巨Sx1S1 6d122S23 BSx2S2226d22Sx15.08 mmSx14.20 mm24弦齒高2S1 cos 1hx1ha1一4dl2.S2

29、 cos 2hx2ha2一4d2hx1 3.1327 mmhx2 1.73 mm2.3.2 差速器齒輪的材料選用差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料多為 20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度比較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用 162.3.3差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)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(dòng)車輪有 轉(zhuǎn)速差時(shí)行星齒輪和半軸齒輪之間才有相對滾動(dòng)的緣故。汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)

30、力為2 103TK0KsKm2KvFz2m2JMPa(2-8)式中：T差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算公式T 0.6 ,一T -0,在此 T 315.381 N m；nn差速器的行星齒輪數(shù)；Z2半軸齒輪齒數(shù)；Ks 尺寸系數(shù)，反應(yīng)材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，當(dāng)mm 1.6時(shí)，Ks 4J,在止匕 Ks,25.443.25.40.59 ;KmKm載荷分配系數(shù)，1.001.1;其他方式支承時(shí)取當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，1.101.25。支承剛度大時(shí)取最小值;Kv 質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0；J 計(jì)算汽車差速器齒輪彎

31、曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由下圖查得J 0.231圖2-1彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)一 一 3 一 一， ，根據(jù)上式 w 20一315.381 2 0.59 1.1 877.47 MPa 980 MPa 1 10.2 20 32 0.231所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。3差速器行星齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 行星齒輪軸的分類及選用行星齒輪軸的種類有很多，而差速器齒輪軸的種類也很多，最常見的時(shí)一字 軸和十字軸，在小型汽車上由于轉(zhuǎn)矩不大，所以要用一字軸，而載貨的大質(zhì)量的 汽車傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，為了軸的使用壽命以及提高軸的承載能力，常用十字軸， 由四個(gè)軸軸頸來分配轉(zhuǎn)矩?？梢杂行У奶岣咻S的使用壽命17。此次設(shè)計(jì)選用的

32、時(shí)行星齒輪十字軸。如圖所示d2圖3-1十字軸的結(jié)構(gòu)方案圖3.2 行星齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)由行星齒輪的支承長度為L 1.1 17 19 mm,根據(jù)安裝時(shí)候的方便選擇軸 頸的長度Li為45 mm；而行星齒輪安裝孔的孔徑17 mm,所以軸頸的直徑1預(yù)選為17 mm。3.3 行星齒輪軸材料的選擇軸的選擇要滿足強(qiáng)度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。軸的常用材料主要有碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中敏感性比合 金鋼低，應(yīng)用較為廣泛，對重要或者承受較大的軸，直選用35、40、45和50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中以45鋼最常用。所以此次選用的軸的材料為 45鋼18。3.4 差速器墊圈的設(shè)計(jì)計(jì)算墊圈是墊在連接件與

33、螺母之間的零件， 一般為扁平形的金屬環(huán)，用來保護(hù)被 接件的表面不受螺母擦傷，分散螺母對被接件的壓力。墊圈的種類有：彈簧墊圈、 平墊圈、密封墊圈、球面墊圈等。墊圈的材料通常是軟鋼、青銅、尼龍、聚甲醛 塑料19。在差速器傳遞轉(zhuǎn)矩的時(shí)候，行星齒輪和半軸齒輪要受到很大的軸向力，而齒 輪和差速器之間又有相對運(yùn)動(dòng)，所以要用墊圈來減少磨損。差速器要用到兩個(gè)墊 圈，一個(gè)墊圈是半軸齒輪支承墊圈，選取為圓形平墊圈，其中一個(gè)是軟質(zhì)地的， 一個(gè)是硬質(zhì)地較脆的，其主要作用是增大接觸面積，分散壓力，防止壓壞。另一 個(gè)是差速器行星齒輪支承墊圈為球面墊圈，墊圈將行星齒輪和行星十字軸固定在起傳遞轉(zhuǎn)矩203.4.1 半軸齒輪平墊

34、圈的尺寸設(shè)計(jì)如下圖所示：為平墊圈的結(jié)構(gòu)方案簡圖D1h(b)D2i I - . lrI L1 z(a)圖3-2平墊圈參考解放CA1092型載貨汽車的半軸直徑的數(shù)據(jù)為 50 mm,如圖所示，按照 裝配關(guān)系可選擇半軸齒輪平墊圈的安裝孔直徑 D要大于50 mm,初步預(yù)選安裝 孔直徑D2為50.5 mm,由圖根據(jù)安裝的簡易程度選取墊圈的厚度 h為8 mm,選 用的材料是65Mn。3.4.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計(jì)hD2圖3-3球面墊圈由行星齒輪十字軸軸頸的直徑為17 mm,根據(jù)裝配關(guān)系選擇球型墊圈的安裝 孔，直徑D2為17 mm,厚度h為7mm,選用的材料是 Q235A。4差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用4.1

35、 螺栓的選用和螺栓的材料螺栓的種類很多，隨著機(jī)械及其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對螺栓的要求也越來越 高，既要要求螺栓具有較高的強(qiáng)度又要其精密度高。目前常見的螺栓有六角頭螺栓（全螺紋） 、 六角頭鉸制孔用螺栓、 六角頭螺桿帶孔螺栓等21 。而查解放 CA1092型載貨汽車數(shù)據(jù)得連接螺栓為 M14 1.5 ，細(xì)牙螺紋，擰緊力矩為 137.2156.8 N m,即為 GB/T 5782 M14 1.5?，F(xiàn)在生產(chǎn)螺栓的原材料一般是碳素鋼、 不銹鋼、 銅三種， 為了加強(qiáng)螺栓的強(qiáng) 度，此次選用的是碳素鋼。4.2 螺母的選用和螺母的材料我們所學(xué)的螺母有六角薄螺母、 六角開槽螺母。 在機(jī)械行業(yè)、 汽車行業(yè)以及相關(guān)行業(yè)

36、， 經(jīng)過幾年的發(fā)展， 螺母的種類和型號(hào)也越來越齊全。 根據(jù)差速器已選定的尺寸為 M 14 1.5的螺栓，所以由裝配關(guān)系選擇差速器螺母應(yīng)該為M 14的，性能等級(jí)為8級(jí)的，不經(jīng)過表面處理的六角螺母，即： GB/T 6170 M14。符合解 放 CA1092 型載貨汽車的螺栓要求?，F(xiàn)在一般生產(chǎn)的螺母原材料一般是碳素鋼、 不銹鋼、 銅三種， 為了加強(qiáng)螺栓 的強(qiáng)度，此次選用的是碳素鋼。4.3 差速器軸承的選用軸承是支撐著軸的零件， 同時(shí)可以引導(dǎo)軸的旋轉(zhuǎn)， 也可以承受軸上空轉(zhuǎn)的零件。 根據(jù)裝配關(guān)系和連接零件的形狀來選用的軸承， 在此選擇的軸承為圓錐滾子軸承 22 。 由差速器和半軸的計(jì)算數(shù)據(jù)可取差速器軸承

37、外徑為 140 mm 左右， 內(nèi)徑為 80 mm 左右。參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊 ，選取的圓錐滾子軸承的型號(hào)是30216 GB/T 297 1994。4.4 十字軸鍵的選用鍵主要用作軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞扭矩， 此處行星齒輪與十字軸的固定選擇普通平鍵 23 。由十字軸的半徑要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊GB/T10962003,選取平鍵的尺寸為8 7mm,鍵的長度為20mm,材料選 擇 45 鋼。5 半軸的設(shè)計(jì)5.1 半軸的選型驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置位于汽車傳動(dòng)系的末端， 其功用其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器的半軸輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。 驅(qū)動(dòng)車輪的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)橋的驅(qū)動(dòng)橋形式與驅(qū)動(dòng)形式密切相關(guān)，在一般

38、的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸。 半軸 的形式主要取決于半軸的支撐形式。 普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外表支 撐形式或者受力狀況的不同分為半浮式， 3/4浮式和全浮式三種。半浮式半軸承受的載荷較復(fù)雜，但是機(jī)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低 廉，故被質(zhì)量較小、使用條件好、承載負(fù)荷也不大的轎車和微型客貨車所采用。3/4浮式半軸的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單輕便，因此可用于轎車和微型、輕型客貨車。全 浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋外端結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 制造成本高，但其工作可靠，故廣泛應(yīng)用 于各種載貨汽車、越野汽車和客車上240根據(jù)各種半軸的特點(diǎn)分析，所以選用 全浮式半軸。5.2 半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.1 半軸

39、的受力分析圖5-1全浮式半軸及受力簡圖半軸的主要尺寸是它的直徑，計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮以下三種可能的載荷工況：（1）縱向力X2 （制動(dòng)力或者驅(qū)動(dòng)力）最大時(shí)（X2 Z2V）,附著系數(shù)v取0.8,沒 有側(cè)向力作用；（2）側(cè)向力丫2最大時(shí)為Z2v （發(fā)生于側(cè)滑時(shí)），沒有縱向力作用，地面與輪胎的側(cè) 向力附著系數(shù)vi在側(cè)滑時(shí)計(jì)算取1.0;(3)垂向力最大時(shí)(在汽車以高速通過不平整路況發(fā)生時(shí)),其值為Z2 gw kd , 其中g(shù)w為車輪對地面的垂直載荷，kd為動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)不考慮縱向力和 側(cè)向力的作用。由于車輪承受的縱向力X2,側(cè)向力丫2的值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，

40、即有Z2.,X22丫22故縱向力最大時(shí)沒有側(cè)向力作用，而側(cè)向力最大時(shí)也沒有縱向力作用。5.2.2 半軸計(jì)算載荷的確定全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算轉(zhuǎn)矩T可由式(5-3)求得，其中X2L, X2R 的計(jì)算，可根據(jù)以下方法計(jì)算，并取兩者中的較小者。(1)若按最大附著力計(jì)算，即：，mG2一，、X2L X 2R (51 )2式中：v 輪胎與地面的附著系數(shù)取 0.8;m汽車加速或者減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于后驅(qū)動(dòng)橋可取1.21.4,在此取1.3。根據(jù)上式(5-1 )得：X2L X2R 1.3 0.8 92655.45 2 48180.834 N(2)若按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算，即：X2L X2RTemaxi

41、/ =(5-2)式中：差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于普通圓錐行星齒輪差速器取0.6;Temax 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax = 373 Nm； 汽車傳動(dòng)效率，計(jì)算時(shí)取 0.9;i 傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比；輪胎的滾動(dòng)半徑。根據(jù)上式得：(5-3)X2L X2R 19462.93 N T X2L rr X2R rr T 9617.805 N m 5.2.3半軸桿部直徑初選 全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進(jìn)行：(5-4)d 31T 10(2.052.18)VT,0.196式中：d 半軸桿部直徑，mm；半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，MPa。 根據(jù)公式(5-4)得：d (2.05 2.18) 21.266 (43.596 43.361) mm根據(jù)強(qiáng)度要求在此d取46 mm.半軸桿部直徑應(yīng)小于或者等于半軸花鍵的底 徑，以便使各部分達(dá)到基本強(qiáng)度。5.2.4半軸的強(qiáng)度計(jì)算103(1)半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算(MPa)(5-5)行d3503.237 MPa(490 588) MPa(2)半軸扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算180TlGIp103(5-6)式中:半軸長度，900 mm；G 材料的剪切彈性模量，取 80 MPa；Ip 半軸橫截面的極慣性矩，Ip 439573.215 mm4 p p0.00001418(3)半軸花鍵的計(jì)算半軸和半軸齒輪一般采用漸開線花鍵連接，花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，所