畢業(yè)論文(設計)驅動橋差速器的設計

誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。本人簽名： 年 月 日畢業(yè)設計任務書設計題目： 驅動橋差速器的設計系部：機械工程系 專業(yè)：機械設計及其自動化 學號： 135011115學生： 指導教師（含職稱）：課題意義及目標。通過畢業(yè)設計，能夠對機械傳動的原理及差速器的結構有深刻的理解和掌握，對設計規(guī)范、計算方法及設計思想等內(nèi)容有一定的了解，為學生在畢業(yè)后能盡快適應所從事的工作奠定一些基礎。主要任務確定叉車驅動橋差速器的結構形式，并進行必要的設計計算。繪制叉車驅動橋差速器裝配圖及零件圖。編寫設計說明書一本附：車型：3噸叉車；4.輪距：前20%；最高車速：20km/h最大爬坡度：3000；傳動系最小傳動比：；主減速器傳動比：6；輪邊傳動比：2；最大起升高度：2000mm ；8.載荷中心：500；9.自由起升高度：155；10.最大轉速：3700；3．主要參考資料2004（3，4卷）.北京：機械工業(yè)出版社，19912004200520051997（第四版）.北京：中國計量出版社，2000設計各階段名稱收集資料、完成開題報告差速器設計驅動半軸設計起 止日 期1設計各階段名稱收集資料、完成開題報告差速器設計驅動半軸設計起 止日 期12345完善設計內(nèi)容、完成設計說明書準備答辯2014-12-202014-12-302015-03-032015-04-132015-04-142015-05-042015-05-052015-06-012015-06-022015-06-15審核人：年 月 日摘要Proe軟件對差速器進行建模工作，也讓我學習方面得到了提高。關鍵詞：半軸、差速器、齒輪結構AbstractAbstract：Thedesignofthemaindriversontheinstallationofthebridgeinbetweenthetwoaxledifferentialdesign,mainlyrelatedtothedifferentialstructureofnon-standardpartssuchasgearpartsandstandardsfordesignandcalculation,alsointroducedthedevelopmentofdifferentialstatusandthetypeofdifferential.Fordifferentialselectionandtheprincipleoftheprogramhavealsomadeabriefnote.Referenceinthedesignofalargeamountofliteratureontheroleofdifferentialstructureandhaveamorethoroughunderstanding.differentialthroughtheuseofCATIAsoftwaremodelingalsoletmeinthefieldoflearninghasBeenimproved.Keyword：axle，differential，gearstruck目錄前言 1本課題研究內(nèi)容和意義 1國內(nèi)外發(fā)展狀況 21.2.1國外差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究現(xiàn)狀 2我國差速器行業(yè)市場的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 2差速器的功能及其分類 3本課題達到的要求 4主要任務 4驅動橋設計要求 5差速器的設計 5對稱型圓錐齒輪差速器的差速原理 6對稱型圓錐齒輪差速器的結構 9對稱型圓錐齒輪差速器的設計 10差速器齒輪基本參數(shù)的選擇 10差速器齒輪的基本計算 14差速器齒輪的強度計算 16驅動半軸的設計 18結構形式分析 18全浮式半軸計算載荷的確定 21全浮式半軸桿部直徑的初選 22半軸花鍵的強度計算 22全浮式半軸的強度計算 23驅動橋殼的設計 24鑄造整體式橋殼的結構 25橋殼的受力分析和強度計算 26輪邊的設計 277小結 298參考文獻 291.前言2008中有了發(fā)展的機遇，在世界各處都有廣泛的市場。向力，以及制動力矩和反作用力矩等。向力，以及制動力矩和反作用力矩等。接影響整車的安全性，經(jīng)濟性，舒適性，可靠性。1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況有較高要求的車輛。國外差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究現(xiàn)狀18億美金的伊頓公司汽車集團是全球化的汽車零部件制造供應商，在向前或向后行駛，毫無疑問，更強的越野性和安全性是差速器的最終目標。我國差速器行業(yè)市場的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀速器，如：；輪間差速器，防滑差速器，強制鎖止式差速器，高摩擦自鎖式差速器，托森差速器。器，托森差速器。差速器的功能及其分類差速器的功能是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側驅動車輪與地面間做純滾動運動。差速器的功能是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側驅動車輪與地面間做純滾動運動。汽車轉彎時驅動輪運動示意圖R1R2不同，行程顯然不同，即外側車輪滾過行駛時能作純滾動運動，提高了車輛的通過性。現(xiàn)在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是對稱式錐齒輪差速器，還有各種各樣的功能多樣的差速器，如：防滑差速器，強制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、托森差速器、行星圓柱齒輪差速器。設計驅動橋時應當滿足如下基本要求：油經(jīng)濟性。外廓尺寸小，保證叉車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。在各種載荷和轉速工況下有較高的傳動效率。的平順性。結構簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。立懸架驅動橋。主要任務確定叉車驅動橋差速器的結構形式，并進行必要的設計計算。繪制叉車驅動橋差速器裝配圖及零件圖。驅動橋設計要求車型：4噸叉車；空載質量：5400kg滿載質量：8400kg4.輪距：前20%；最高車速：20km/h 最大爬坡度：3000；傳動系最小傳動比：19.2； 主減速器傳動比：6；輪邊傳動比：2；最大起升高度：2000mm ；8.載荷中心：500；自由起升高度：155；最大轉速：3700。差速器設計轉動。差速器有多種形式，在此設計普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。差速器結構圖對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理差速器差速原理當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉軸線公轉時，顯然，處在同一半徑0rA、B、C（圖），其值為ωγω1=ω2=0，3的角速度。045以角速度4自轉時（圖），嚙合Aω1r=ω0r+ω4r，嚙合點Bω2r=ω0r-ω4r。于是ω1γ+ω2γ=(ω0γ+ω4γ)+(ω0γ-ω4γ)即ω1+ω2=2ω0 （4-1）若角速度以每分鐘轉數(shù)n表示，則n+1（4-2）

n=n2 0式（4-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式，自轉，使兩側驅動車輪以不同轉速在地面上滾動而無滑動。有式（4-2）還可以得知：①當任何一側半軸齒輪的轉速為零時，另一側半（器制動傳動軸時即以相同的轉速反向轉動。直線行駛時差速器的工作狀態(tài)：直線行駛時，差速器殼體（作為差速器的輸入）左側車輪轉速（即左側半軸齒輪轉速（右半軸齒輪轉速差速器殼體的轉速對稱式圓錐行星齒輪差速器的結構普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖3-2所示。由于其具有結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路叉車上也很可靠等優(yōu)點，故廣泛用于各類車輛上普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器差速器右殼1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪；7-從動齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓對稱式圓錐行星齒輪差速器的設計由于在差速器殼上裝著主減速器從動齒輪，所以在確定主減速器從動齒輪尺寸時，應考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動齒輪軸承支承座及主動齒輪導向軸承座的限制。差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇行星齒輪數(shù)目的選擇載貨叉車采用4個行星齒輪。Rb圓錐行星齒輪差速器的結構尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑在一定程度上也表征了差速器的強度。Tce=（Kd*Temax*k*i1*if*i0*η）/nn1+n2=n0N·m；Temax—發(fā)動機最大轉矩；Temax=140N·mn—計算驅動橋數(shù)，1；if—變速器傳動比，if；i0η—變速器傳動效率，??；K=1；Kd—i1—變速器最低擋傳動比，i1=1；代入式，有：Tce=（Kd*Temax*k*i1*if*i0*η）/n=（）/1=2419.2N·m按驅動輪打滑轉矩確定從動錐齒輪的計算轉矩TcsTcs=G2Φγ/ηm·im N·m 式中 G2——叉車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷，后橋所承84600N的負荷;Φ——輪胎對地面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用車，取；對于越野叉車??；對于安裝有專門的防滑寬輪胎的高級轎車，計算時可取1.25;γ——GB516-829.0～20論的滾動半徑為；ηm，im——分別為所計算的主減速器從動錐齒輪到驅動車輪之間的傳動效率和傳動比，ηLB取，由于有輪邊減速器iLB取所以Tcs=G2Φγr/ηLB·iLB=84600*0.85*0.3/0.9*2=11985N·mT取Tce和Tcs的較小值T=2419.2N·m球面半徑RB可按如下的經(jīng)驗公式確定：3RB=KB Tmm (4-3)式中：3

T——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取，對于有4個行星齒輪的叉車取小值；T——計算轉矩取Tce和Tcs的較小值，2419.2N·m.32419.2

3=KB T=35mmA0=35mm3.行星齒輪與半軸齒輪的選擇為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強度，應使行星齒輪的齒數(shù)盡量1014～25z1/z2在的范圍內(nèi)。差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種z2L，z2R的安裝條件為：（z2L+=I （4-4）式中：z2L，z2R——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=z2Rn——行星齒輪數(shù)目；I——任意整數(shù)。在此z1=10，z2=18 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節(jié)錐角γ1，γ2γ1=arctan（z1/z2）=arctan（10/18）=29.05°γ1=90°-γ2=60.95°再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)mm=2A0/D1sinγ1=2A0/d2sinγ2取m=6mm得D1=mz1=6*10=60mm 5.壓力角α22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為。最小齒數(shù)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20°22.5°的壓力角。6.行星齒輪安裝孔的直徑Φ及其深度L行星齒輪的安裝孔的直徑Φ裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。篢 103L2

02 cnlΦ= T （4-5）式中：T0——差速器傳遞的轉矩，N·m；在此取2419.2N·mn——行星齒輪的數(shù)目；在此為4l中點處的直徑，而d`2≈0.8d2；[αc]——支承面的許用擠壓應力，在此取69MPa根據(jù)上式 d2Φl=1.1*13.58≈15mm差速器齒輪的幾何計算表3-1叉車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算用表半軸齒輪齒數(shù)模數(shù)半軸齒輪齒數(shù)模數(shù)z2=14～25，且需滿足式（3-4）mz=182m=6mm齒面寬～0.30)A0b≤10m20mm工作齒高hghg全齒高壓力角α22.5°軸交角∑=90°節(jié)圓直徑d1=mz1；d2=mz2d1=60mm項目計算公式計算結果行星齒輪齒數(shù)z1≥10，應盡量取最小值z1=10d2=108mmγ1=29.05°，節(jié)錐角γ1=arctanz1/z2，γ2=90°-γ1γ2=60.95°節(jié)錐距A0=d1/2sinγ1=d2/2sinγ2A0周節(jié)齒頂高ha1=hg-ha2;ha2=[0.43+0.37/(z2/z1)2]mha1=4mmha2齒根高hf1=1.788m-ha1;hf2=1.788m-ha2hf1=6.728mm;hf2徑向間隙c=h-hg項目項目計算公式計算結果齒根角δ1=arctanhf1/A0δ2=arctanhf2/A0面錐角γ01=γ1+δ2；γ02=γ2+δ1根錐角γR1=γ1-δ1；γR2=γ2-δ2δ1=6.215°;δ2=4.74°γ01=33.79°，γ02=61.165°γR1=22.835°，γR2=56.21°外圓直徑d01=d1+2ha1cosγ1d02=d2+2ha2cosγ2d01d02外緣距離x01=d2/2-h1′sinγ1x02=d1/2-h2′sinγ2X01X02理論弧齒厚s1=t-s2s2=t/2-(h1′-h2′)tanα-ζms1=15.24mms2=12.66mm齒側間隙～0.330mm弦齒厚SZi=si-s3i/6d2-B/2SZ1i1SZ2弦齒高hZi=hi′+s2icosγ1/4dihZ1hZ2差速器齒輪的強度計算δw為δw=2TKsKm/kmbdJn*103 MPa (4-6)式中：T——差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉矩，在此T為362.88N·m；n——差速器的行星齒輪數(shù)；z2——半軸齒輪齒數(shù)；KV、Ks、Km——見式（2-8）下的說明；Jn—3-3Jn彎曲計算用綜合系數(shù)根據(jù)上式δ=1/18*1*36*0.225*20=171.73mpa≤mpa所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。材料為 20CrMnTi、20CrMoTi22CrMnMo和20CrMo。五驅動半軸的設計驅動半軸位于傳動系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉矩對于斷開式驅動橋和轉向驅動橋，車輪傳動裝置為萬向傳動裝置。萬向傳動裝置的設計見第四章，以下僅講述半軸的設計。結構形式分析半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為牛浮式、 3/4浮式和全浮三種形式。半浮式半軸(圖5—28a)的結構特點是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結構簡單，所受載荷較大，只用于轎車和輕型貨車及輕型客車上。3/4浮式半軸(圖5—28b)的結構特點是半軸外端僅有一個軸承并裝在動橋殼半軸套管的端部，直接支承著車輪輪轂，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用 在轎車和輕型貨車上。全浮式半軸(圖5—28c)的結構特點是半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相聯(lián)，而輪轂又借用兩個圓錐滾子軸承支承在驅動橋殼的半軸套管上。理論上來說，半軸只承受轉矩，作用于驅動輪上的其它反力和彎矩全由橋殼來承受。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同女、半軸法蘭平面相對其軸線不垂直等5～70MPa半軸主要用于中、重型貨車上。在這里我們選擇全浮式半軸?？幢容^合適的半軸半徑，然后對它進行強度校核。荷工況：X（驅動力或制動力）最大時，其最大值為GΦ，附著系數(shù)Φ在2 2 1計算時取，沒有側向力作用；Y2最大時，其最大值為G2Φ（發(fā)生于叉車側滑時），側滑時輪胎1與地面的側向附著系數(shù)Φ1在計算時取，沒有縱向力作用；垂向力最大時（發(fā)生在叉車以可能的高速通過不平路面時），其值為(G2-gw)kd，其中gw為車輪對地面的垂直載荷，kd向力和側向力的作用。由于車輪承受的縱向力X2，側向力Y2值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即有

X2YX2Y22 22故縱向力最大時不會有側向力作用，而側向力最大時也不會有縱向力作用。全浮式半軸計算載荷的確定TΦ=X2L·rr=X2R·rr求得，X2L，X2R的計算，可根據(jù)以下方法計算，并取兩者中的較小者。若按最大附著力計算，即X2L=X2R=mG2/2*Φ （5-1）式中：Φ——輪胎與地面的附著系數(shù)??；m——叉車加速或減速時的質量轉移系數(shù)，可取～在此取。根據(jù)上式X2i=X2r=1.3*84600/2*0.8=43922N若按發(fā)動機最大轉矩計算，即X2L=X2R=ζTemaxiη/rrX X2L 2R

emax

i/rr

（5-2）式中：ζ——差速器的轉矩分配系數(shù)，對于普通圓錐行星齒輪差速器取；Temax——發(fā)動機最大轉矩，N·m；η——叉車傳動效率，計算時可取1或?。籭——傳動系最低擋傳動比；rr——輪胎的滾動半徑m。根據(jù)上式在此X2L=X2R=9226.9N T=2918.07N·m全浮式半軸的桿部直徑的初選全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進行ΦT 2918.07N·m，根據(jù)～2.18)3Φ根據(jù)強度要求在此d35mm。

2918.07半軸花鍵的強度計算半軸花鍵的剪切應力為ζb=T*103/(z*L*b*i*(Dk+dk)/4) 半軸花鍵的擠壓應力為δc=T*103/(z*LP*Φ[(D3+dk)/4]*(Dp-dk)/2) 式中：T——半軸承受的最大轉矩，T=2918.07Nm；DB——半軸花鍵(軸)外徑，DB=30mm；dA——相配的花鍵孔內(nèi)徑，dA=25mm；z——花鍵齒數(shù)，在此取24；Lp——花鍵工作長度，Lp=100mm；b——花鍵齒寬，b=3mm；Ф——載荷分布的不均勻系數(shù)，取。將數(shù)據(jù)帶入式（5-5）、（5-6）得：ζb=62.9MPaδc=142.6MPa根據(jù)要求當傳遞的轉矩最大時，半軸花鍵的切應力[ζc]不應超過71.05MPa，擠壓應力[δc]不應超過196MPa，以上計算均滿足要求。全浮式半軸的強度計算首先是驗算其扭轉應力：式中：

ζ=TΦ/πdMPa （5-6）TΦ——半軸的計算轉矩，N·m2918.07N·m；d——半軸桿部的直徑，31.152mm。根據(jù)上式ζ＝2918.07/3.14*31.152=477mpa<[ζ]=(490～588)MPa所以滿足強度要求。半軸的扭轉角為式中：

θ=TФ/180/ Glπ (5-7)θl為半軸長度，取l=1180/2=590G為材料剪切彈性模量，PII=πd44。PP轉角宜為每米長度6～。計算較核得θ=10.24°此節(jié)的有關計算參考了《叉車車橋設計》中關于半軸的計算的內(nèi)容。驅動橋殼的設計驅動橋課的主要功用是支撐叉車質量，并承受由車輪傳來的路面的反力和反力和矩，并經(jīng)懸架傳給車架（或車身）；它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體驅動橋殼應滿足如下設計要求：1）加彎曲應力．2）在保證強度和剛度的前提下，盡量減小質量以提高叉車行駛平順性．保證足夠的離地間隙．結構工藝性好，成本低．保護裝于其上的傳動部件和防止泥水浸入．拆裝，調(diào)整，維修方便．考慮的設計的是載貨叉車，驅動橋殼的結構形式采用鑄造整體式橋殼。整體式橋殼鑄造式b)鋼板沖壓焊接式鑄造整體式橋殼的結構通?？刹捎们蚰T鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。在球鐵中加入1.7%的鎳，解決了球鐵低溫（-41°C）沖擊值急劇降低的問題，得到了與常溫相同的沖擊值。5-1所示，每邊半軸套管與橋殼的壓配表面共四出的傾向，所以必須將橋殼與半軸套管用銷釘固定在一起。鑄造整體式驅動橋結構鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點在于可制成復雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應力分布，其強度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負荷較大的中、叉車，適于采用這種結構。尤其是叉車，其驅動橋殼承載很重，在此采用球鐵