差速器的設(shè)計(jì)

差速器的設(shè)計(jì)差速器的功用當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行使時(shí)，內(nèi)外兩側(cè)車輪中心在同一時(shí)間內(nèi)移過(guò)的曲線距離顯然不同，即外側(cè)車輪移過(guò)的距離大于內(nèi)側(cè)車輪，若兩側(cè)車輪都固定在同一剛性轉(zhuǎn)軸上，兩輪角速度相等，則此時(shí)外輪必然是邊滾動(dòng)邊滑移，內(nèi)輪必然是邊滾動(dòng)邊滑轉(zhuǎn)。同樣，汽車在不平路面上直線行駛時(shí)，兩側(cè)車輪實(shí)際移過(guò)曲線距離也不相等。即使路面非常平直，但由于輪胎制造尺寸誤差，磨損程度不同或充氣壓力不等，各個(gè)輪胎的滾動(dòng)半徑實(shí)際上不可能相等。因此，只要各車輪角速度相等，車輪對(duì)路面的滑動(dòng)就必然存在。這樣會(huì)加速輪胎磨損、增加汽車動(dòng)力消耗、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)性能的惡化。為了使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)，保證其純滾動(dòng)狀態(tài)，所以必需安裝差速器裝置。差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇本設(shè)計(jì)中采用齒輪式差速器中的對(duì)稱式錐齒輪差速器，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)可靠，所以被廣泛采用。如圖3-1。1．對(duì)稱式錐齒輪差速器差速原理圖3-1中，差速器殼3與行星齒輪5連成一體，形成行星架，因?yàn)樗峙c主減速器的從動(dòng)齒輪6固定在一起，故為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度分別為和。、兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為，、、三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r。圖3-1差速器差速原理圖當(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，處在同一半徑上的、、三點(diǎn)的圓周速度都相等，其值為。于是==，此時(shí)，差速器不起作用,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以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)的圓周速度為=-。于是，+=2，或表示為。這表明：①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；②當(dāng)差速器殼體轉(zhuǎn)速為零時(shí)，左右半軸將等速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。2．對(duì)稱式錐齒輪差速器中的轉(zhuǎn)矩分配如圖3-2。圖3-2差速器轉(zhuǎn)矩分配由主減速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)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)半軸齒輪半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒(méi)有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩平均分配給左右兩半軸齒輪，即==/2。當(dāng)兩半軸齒輪以不同轉(zhuǎn)速朝相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速大于右半軸轉(zhuǎn)速，則行星齒輪將按圖實(shí)線箭頭的方向繞行星齒輪軸軸頸5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方向與其轉(zhuǎn)速方向相反，如圖上虛線頭所示。此摩擦力矩使行星齒輪分別對(duì)左右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個(gè)圓周力。使傳到轉(zhuǎn)得快的左半軸上的轉(zhuǎn)矩減小而卻使傳到轉(zhuǎn)得慢的右半軸上的轉(zhuǎn)矩增加。因此，當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，=（-）/2，=（+）/2。左右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩。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表征，即=（-）/=/差速器內(nèi)摩擦力矩和其輸入轉(zhuǎn)矩之比，定義為差速器鎖緊系數(shù)。而快慢半軸的轉(zhuǎn)矩之比/，定義為轉(zhuǎn)矩比，以表示，=/=1+/1-目前廣泛使用的對(duì)稱錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)一般為0.05～0.15，轉(zhuǎn)矩比為1～1.4?？梢哉J(rèn)為無(wú)論左右驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速是否相等，而轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。差速器齒輪的基本參數(shù)選擇1）行星齒輪數(shù)目的選擇轎車常采用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車和越野汽車多用4個(gè)行星齒輪，少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪。據(jù)此，本方案采用4個(gè)行星齒輪，=4。2）行星齒輪球面半徑的確定可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式=·來(lái)確定式中：——球面半徑系數(shù)，=2.52～2.99之間；——計(jì)算轉(zhuǎn)矩,取和兩者較小值，N·m；——球面半徑，mm。所以：=2.6·=69mm行星齒輪預(yù)選節(jié)錐距：=（0.98～0.99）=（0.98～0.99）×64=(62.72～63.36)mm,取=63mm。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)從而使有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)盡量小，但一般不小于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.5～2的范圍內(nèi)。本次設(shè)計(jì)的行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇：取行星齒輪齒數(shù)為11，半軸齒輪齒數(shù)為22，所以半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比為22/13=1.69，在1.5～2的范圍內(nèi)，并且要滿足安裝條件：=I==11式中：——左邊半軸齒輪齒數(shù)；——右邊半軸齒輪齒數(shù)；n——行星齒輪數(shù)目；I——任意整數(shù)。4）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪的節(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、；=arctan(/)=arctan(11/22)=26.565°=arctan(/)=arctan(22/11)=63.43°式中：，——分別為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。大端端面模數(shù)：=2/·sin=2×63/11×sin26.565°=6.0mm節(jié)圓直徑為：==6.0×11=66mm==6.0×22=132mm5)壓力角目前大多選用22°30′的壓力角，齒高系數(shù)為0.8的齒型，在某些中型與中型以下貨車上采用20°的壓力角。所以，本次設(shè)計(jì)中壓力角選取為20°，齒高系數(shù)為0.8。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中與行星齒輪軸的名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度。通常取=1.1=1.1=×10/[]=mm（3-1）式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；——行星齒輪目數(shù)；——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm；≈0.5,為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而≈0.8；[]——支承面的許用擠壓應(yīng)力，取為69MPa。=0.5×0.8×245=78.4==32.70mm=1.1×32,70=35.97mm差速器強(qiáng)度計(jì)算汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為：=2×/()MPa（3-2）式中：——差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，N·m；其計(jì)算式為=×0.6/N式中：——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按、(見(jiàn)式（2-1）式（2-2）)兩者中的較小者計(jì)算——差速器行星齒輪數(shù)，=4；——半軸齒輪齒數(shù)，=22；，，，，，—見(jiàn)式（2-3）下的說(shuō)明；——尺寸系數(shù)=（m/25.4）=（5/25.4）=0.67；——計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，=0.35。=18600×0.6/4=2790N·m=2××2790×1×0.79×1.05/(1×20×22×5×0.35)=979.8MPa＜980MPa符合要求。差速器直齒圓錐齒輪參數(shù)表3.5汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表序號(hào)項(xiàng)目計(jì)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