汽車差速器的設(shè)計與分析

摘要本次畢業(yè)設(shè)計簡述了驅(qū)動橋的兩個半軸之間的差速器的功用和工作原關(guān)鍵詞：差速器；結(jié)構(gòu)設(shè)計；強度計算；強度校1.1汽車差速器研究的背景及意義一個缺陷——其他差速器在差動轉(zhuǎn)矩較小時不能起差速作用的問題和差動轉(zhuǎn)矩較大時不半軸，并在轉(zhuǎn)彎行駛時允許左、右兩半軸以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(差速)。本世紀(jì)六七十年代，世界經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入了一個高速增長期，而2008年開始的全球金融危機又讓汽車產(chǎn)業(yè)在危1.2汽車差速器國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀當(dāng)前汽車在朝著經(jīng)濟性和動力性的方向發(fā)展，如何能夠使自己的產(chǎn)品燃油經(jīng)濟性和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(yīng)商，在發(fā)動機氣體管理，變不能提供任何有效扭矩給車輛，而伊頓的鎖式差速器則可以在發(fā)現(xiàn)車輪打滑，鎖定動力測試、連續(xù)彈坑、V型溝等試驗中，兩驅(qū)車在裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能及通過政策鼓勵汽車差速器產(chǎn)業(yè)向高科技產(chǎn)品方向發(fā)展，國企企業(yè)新增投資項目逐漸增多。投能解決在其他差速器內(nèi)差動轉(zhuǎn)矩較小時不能起差速作用的問題和轉(zhuǎn)矩較大時不能自動將北力鳴汽車差速器公司投資5000萬元生產(chǎn)的新型差速器2009年批量生產(chǎn)，2010年達(dá)到驗收。LMC?；ユi差速器用于0.5---1.5噸級車輛，它能有效地提高車輛的通過性、越野型、可靠性、安全性和經(jīng)濟性[15],能夠滿足動學(xué)的要求。在驅(qū)動橋的左右車輪之間設(shè)置差速器，稱為輪間差速器，在兩軸間分配轉(zhuǎn)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。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制鎖止式差速器。普通齒輪式差速器的傳動機構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器分圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。強制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，在傳遞轉(zhuǎn)矩時，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動。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)汽車行駛到一定的里程，墊圈磨損后可以通過3)在中、重型汽車上由于需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，所以要安裝四個行星齒輪，行星齒輪軸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平面，以儲存潤滑油潤滑齒輪背面。第二章差速器的設(shè)計方案2.1汽車差速器的設(shè)計初始數(shù)據(jù)(1)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000r/min時，額定功率為99kw;(2)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1300r/min時，額定扭矩為373N·m;(3)變速器的傳動效率為η=0.9;(4)變速器的傳動比：7.64;4.834;2.856;1.895;1.337;1.0;倒擋：7.107由于在汽車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大時取4個。解放牌CA1092汽車可以采用4個行星齒輪。K——液力變矩器變矩系數(shù)，取K=1;n——該汽車的驅(qū)動橋數(shù)目；該車采用發(fā)動機后置后驅(qū)為1;加速時的負(fù)荷增大量60769N;7,i.——分別為主減速器從動齒輪到驅(qū)動輪之間的傳動效率和減速比，故預(yù)選節(jié)錐距為37mm。3.行星齒輪與半軸齒輪的設(shè)計齒數(shù)z2,Z?p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)滿足的條件公式為：l——任意整數(shù)；4.初步確定差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑1)首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角γ?,Y?2)再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m大端端面模數(shù)m根據(jù)圓錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)取為3mm。3)確定半軸齒輪的節(jié)圓直徑5.壓力角α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)0.8。行星齒輪的最小齒數(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度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，所以可以用較大的模數(shù)以提高齒輪的強度。本設(shè)計選22.5°的壓力角。6.確定行星齒輪安裝孔的直徑φ及孔長度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L就是行星齒輪在其安裝軸上的支撐長度，通常都是根據(jù)以下公式進(jìn)行計算：。由上式可得l=24mm,故2.3汽車差速器齒輪的幾何尺寸計算2.3.1汽車差速器直齒錐齒輪的幾何參數(shù)表2-1汽車差速器齒輪參數(shù)表序號項目計算公式計算結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)z?≥10應(yīng)取最小值2半軸齒輪齒數(shù)Z?=14~25且滿足z?/z?=1.5~2.03模數(shù)m4齒面寬5齒工作高6齒全高7壓力角a8軸交角9節(jié)圓直徑節(jié)錐角節(jié)錐距周節(jié)齒頂高齒根高h(yuǎn)?=1.788m-h;h?=1.788m-h?徑向間隙齒根角面錐角根錐角YRi=27.17°;Yk?=56.6外圓直徑節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離;;理論弧齒厚齒側(cè)間隙B=0.245~0.330弦齒厚弦齒高差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，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較低，所以精鍛差速器齒輪的工藝已被廣泛用到加工中。差速器的行星齒輪和半軸齒輪雖然一直處于嚙合狀態(tài)，但它們并不是一直處于相對轉(zhuǎn)動狀態(tài)，只是在左右兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同時才發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，在汽車正常行駛過程中這種情況極為少見，故這些齒輪齒面的接觸疲勞破壞一般不發(fā)生，主要是齒輪的彎曲破壞問題。在汽車設(shè)計中差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強度計算，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才有相對滾動的緣故汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力計算公式為：n——差速器的行星齒輪數(shù)目；K、——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)其他方式支承時取1.10~1.25,且支承剛度大時去最??；可取1.0;F——計算齒輪的齒面寬；J——計算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由下圖查得J=0.231;相咽合另一齒輪的齒數(shù)求綜合系數(shù)J的齒輪齒數(shù)求綜合系數(shù)J的齒輪齒數(shù)J圖2-3彎曲計算用綜合系數(shù)器滿足彎曲強度要求。第三章差速器行星齒輪軸的設(shè)計計算3.1行星齒輪的分類和選用差速器行星齒輪軸的作用是將轉(zhuǎn)矩傳給行星齒輪，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩分配，從而使車輪實現(xiàn)差速運轉(zhuǎn)。行星齒輪軸的種類有很多，而差速器齒輪軸的種類也很多，最常見的是一字軸和十字軸，在小型汽車上由于其轉(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，由四個軸軸頸來分配轉(zhuǎn)矩。為保證行星齒輪和行星齒輪軸之間有良好的潤滑，故在其軸頸上銑有平面供潤滑用，可以有效的提高軸的使用壽命。此次設(shè)計選用的是行星齒輪十字軸。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：3.2行星齒輪軸的尺寸設(shè)計由行星齒輪的支承長度為L=1.1×17≈19mm,根據(jù)安裝時候的方便選擇軸頸的長度3.3行星齒輪軸材料的選擇軸的選擇要滿足強度、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，宜選用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。第四章差速器標(biāo)準(zhǔn)件的選用既要要求螺栓具有較高的強度又要其精密度高。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。而查解放CA1092型載貨汽車數(shù)據(jù)得連接螺栓為M14x1.5,細(xì)牙螺紋，擰緊力矩為137.2-156.8N·m,即4.3汽車差速器軸承的選用軸承是支撐軸的零件，同時可以引導(dǎo)軸的旋轉(zhuǎn)，也可以承受軸上空轉(zhuǎn)的零件。根械設(shè)計課程設(shè)計手冊》,選取的圓錐滾子軸承的型號是30215GB/T297-1994。4.4十字軸鍵的選用的固定選擇普通平鍵。由十字軸的半徑要求，參考《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》GB/T1096-2003,選取平鍵的尺寸為87mm,鍵的長度為20mm,材料選擇45-鋼。4.5差速器殼體的設(shè)計第五章差速器總成的裝配和調(diào)整3)將從動錐齒輪裝到差速器左殼上，用螺栓鎖緊[24]。1)差速器半軸齒輪的設(shè)計及材料選擇。3)差速器十字軸的設(shè)計及材料選擇。4)差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用。5)差速器外殼的選擇。社,2008,25(3).社,2006:158-166.performanceofaxespneumati