汽車差速器及關(guān)鍵零件夾具設(shè)計(jì)

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：汽車差速器及關(guān)鍵零件夾具設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制作及其自動化 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 答辯日期：2013 年 5 月 8 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 摘 要 根據(jù)任務(wù)書的要求對差速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括非標(biāo)準(zhǔn)零件半軸齒輪、行星齒輪以及差速器外殼和一些標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且選擇其中的一道工序進(jìn)行了夾具設(shè)計(jì)，同時(shí)還介紹了差速器的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r以及差速器的工作原理，通過運(yùn)動學(xué)仿真和力學(xué)

2、分析對差速器運(yùn)動原理有了更深一步的認(rèn)識的了解。 關(guān)鍵詞：半軸齒輪；行星齒輪；差速器 II Abstract The differential is designed according to the requirements of the mission, including non-standard parts side gears, planetary gears and differential housing and some standard parts design, and a process fixture design also presents a the

3、differential development at home and abroad as well as the differential working principle, have a deeper understanding of understanding of the principle of differential movement kinematics simulation and mechanical analysis. Keywords: half axle gear; planetary gear; differential mechanism 

4、 目 錄 第1章 緒論 1 1.1選題的背景和意義 1 1.2 國內(nèi)外差速器發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3 課題設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 3 第2章 總體設(shè)計(jì)方案 3 2.1 差速器的方案選擇和結(jié)構(gòu)分析 3 2.2 差速器的工作原理 7 第3章 差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件設(shè)計(jì) 10 3.1對稱式行星齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 10 3.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 13 3.3 差速器材料的選擇 15 3.4 差速器強(qiáng)度的計(jì)算 15 3.5 行星齒輪軸的分類和選用 17 第4章 差速器的運(yùn)動仿真分析 17 4.1 虛擬差速器模型運(yùn)動仿真 17

5、4.2 差速器動力學(xué)分析圖表 20 第5章 差速器外殼夾具的設(shè)計(jì) 22 5.1 夾具的分類 22 5.2 夾具設(shè)計(jì) 22 總 結(jié) 26 參考文獻(xiàn) 27 致 謝 29 第1章 緒論 1.1選題的背景和意義 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被稱為“小零件大功用”。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，內(nèi)、外兩側(cè)車輪在同一時(shí)間內(nèi)要移動不同的距離，外輪移動的距離比內(nèi)輪大。差速器的作用就是將主減速器傳來的動力傳給左、右兩半軸，并在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)允許左、右兩半軸以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。本世紀(jì)六七十年代，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)高速增長期，而2008年開

6、始的全球金融危機(jī)又讓汽車產(chǎn)業(yè)在危機(jī)中有了發(fā)展的機(jī)遇，在世界各處都有廣闊的市場。 目前國內(nèi)重型汽車的差速器產(chǎn)品的技術(shù)基本源自美國、德國、日本等幾個(gè)傳統(tǒng)的工業(yè)國家，我國現(xiàn)有的技術(shù)基本上是引進(jìn)國外的基礎(chǔ)上發(fā)展的，而且已經(jīng)有了一定的規(guī)模。但是目前我國差速器的自主開發(fā)能力仍然很弱，影響了整車新車的開發(fā)，在差速器的技術(shù)開發(fā)上還有很長的路要走。 1.2 國內(nèi)外差速器發(fā)展?fàn)顩r 當(dāng)前汽車在朝著經(jīng)濟(jì)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(jì)性和動力性盡可能提高是每個(gè)汽車廠家都在做的事情，當(dāng)然這是一個(gè)廣泛的概念，汽車的每一個(gè)部件都在發(fā)生著變化，差速器也不例外，尤其是那些對操控性有較高要求的車輛。 1

7、.2.1國外汽車行業(yè)差速器的發(fā)展情況 國外的那些差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究水平已經(jīng)很高，而且還在不斷的進(jìn)步。年銷售額達(dá)18億美金的伊頓公司汽車集團(tuán)是全球化的汽車零部件制造供應(yīng)商，在發(fā)動機(jī)氣體管理，變速箱，牽引力控制和安全排放控制領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位，對汽車差速器的內(nèi)部各零件的加工制造要用精密制造方法。零件主要產(chǎn)品包括發(fā)動機(jī)氣體管理部分及動力控制系統(tǒng)，其中屬于動力控制系統(tǒng)的差速器產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中居領(lǐng)先地位。伊頓公司開發(fā)了新型的鎖式差速器，它的工作原理與其他差速器的不同之處：當(dāng)一側(cè)輪子打滑時(shí)，普通差速器幾乎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，鎖定動力傳遞百分之百的扭矩到不

8、打滑車輪，足以克服各種困難路面給車輛帶來的限制。在牽引力測試、連續(xù)彈坑等試驗(yàn)中，兩驅(qū)車在裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能及通過性能甚至超過了四驅(qū)動的車輛，通過有限元軟件的分析，就可以知道各個(gè)車輪的受力情況。因?yàn)橹灰?qū)動輪的任何一側(cè)發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)以后，伊頓鎖式差速器會馬上鎖住動力，并把全部動力轉(zhuǎn)移到另一有附著力的輪上，使車輛依然能正常向前或向后行駛。毫無疑問，更強(qiáng)的越野性和安全性是差速器的最終目標(biāo)。 1.2.2我國差速器的發(fā)展和現(xiàn)狀 從目前來看，我國差速器行業(yè)已經(jīng)順利完成了由小到大的轉(zhuǎn)變，正處于由大到強(qiáng)的發(fā)展階段，在這個(gè)轉(zhuǎn)型和調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)刻，提高汽車車輛差速器的精度、可靠性是中國差速器行

9、業(yè)的緊迫任務(wù)。近幾年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(xiàng)目逐漸增多。投資者對汽車差速器行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這就使得汽車差速器行業(yè)的發(fā)展需求增大。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)，它能解決在其他差速器內(nèi)差動轉(zhuǎn)矩較小時(shí)不能起差速作用的問題和轉(zhuǎn)矩較大時(shí)不能自動將差速器鎖死的問題。 這里著重介紹一下一種新型差速器為L

10、MC常互鎖差速器：LMC?；ユi差速器是由湖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(yàn)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(jì)性，能夠滿足很多不同條件和不同情況下的車輛要求。這種純機(jī)械、非液壓、非液粘、非電控的中央差速分動裝置，已申報(bào)了美、英、日、韓、俄羅斯等19個(gè)國家的專利保護(hù)，這一技術(shù)不僅僅是一項(xiàng)中國發(fā)明，也是一項(xiàng)世界發(fā)明。LMC常互鎖差速器是由多種類的齒輪系統(tǒng)及相應(yīng)的軸、殼體組成，具備傳動汽車的前輪和后輪輪間差速器、前后橋軸間差速器。LMC常互鎖差速分動器通過四支傳動軸和輪邊

11、減速器帶動四個(gè)車輪，實(shí)現(xiàn)每個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動，在有兩個(gè)車輪打滑的情況下仍能正常行駛，在冰雪路面、泥濘路面、無路路面上有其獨(dú)特優(yōu)勢，可以徹底解決傳統(tǒng)四驅(qū)汽車的不足：如不能高速行駛；車輪打滑不能正常行駛；不能實(shí)現(xiàn)軸間差速；高油耗問題、功率循環(huán)問題；四驅(qū)轉(zhuǎn)換麻煩等。裝有LMC常互鎖差速分動器的車輛具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）提高車輛的通過性：具有混合差速，LMC常互鎖差速分動器可實(shí)現(xiàn)輪間、軸間、對角任意混合差速和鎖止，任何情況下單個(gè)車輪、對角線雙輪不會發(fā)生滑轉(zhuǎn)，即使單個(gè)車輪懸空，車輪仍有驅(qū)動力而能正常行駛。 2）提高汽車的傳動系的壽命和可靠性：因?qū)崿F(xiàn)了任意差速，消除了功率循環(huán)，克服了分時(shí)四驅(qū)

12、在四驅(qū)狀態(tài)下傳動系統(tǒng)因內(nèi)耗而產(chǎn)生的差速器、傳動軸、分動器等機(jī)件磨損，甚至于致命性的損壞，延長了傳動系統(tǒng)的使用壽命。 3）提高車輛的安全性：行車安全，轉(zhuǎn)彎容易，加速性好，制動穩(wěn)定，操縱輕便安全，無需增加操縱機(jī)構(gòu)。 4）具有良好的經(jīng)濟(jì)性：功能領(lǐng)先，制造成本低，維修簡便，節(jié)油，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，產(chǎn)品適用性廣。 1.3 課題設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 基本要求：所設(shè)計(jì)的汽車差速器的發(fā)動機(jī)最大扭矩107Nm；滿載軸荷9.46KN； 傳動系最低傳動比為7；原動機(jī)為電動機(jī)；要求機(jī)構(gòu)緊湊，傳動效率高，傳動平穩(wěn)。 第2章 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 差速器的方案選擇和結(jié)構(gòu)分析 汽車行駛時(shí)，左右輪在同一時(shí)間

13、內(nèi)所滾動的路程往往不等。在轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎半徑不同，行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)測車輪；汽車在不平的路面行駛時(shí)，由于路面波形不同也會造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直的路面行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑不同而使左、右車輪行駛不等。如果驅(qū)動橋的左、右車輪鋼性連接，則行駛時(shí)不可避免地會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上滑移或是滑轉(zhuǎn)。這樣不僅會加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車就要安裝差速器，從而保證了驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)

14、動學(xué)的要求。在兩軸間分配轉(zhuǎn)矩，保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動，使汽車行駛時(shí)能作純滾動運(yùn)動，提高了車輛的通過性。 2.1.1差速器的功能 差速器的功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右驅(qū)動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側(cè)驅(qū)動車輪與地面間作純滾動運(yùn)動。 在驅(qū)動橋的設(shè)計(jì)中選擇差速器的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先從所設(shè)計(jì)的汽車類型及其使用條件出發(fā)，使所選用結(jié)構(gòu)型式的差速器能夠滿足該型汽車在給定使用條件下的性能要求。 2.1.2差速器的類型 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，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它又可分為普通錐齒輪

15、式差速器、強(qiáng)制鎖止式差速器和摩擦片式差速器等。 1）普通對稱式圓錐行星齒輪差速器 圖2.1 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器 圖2.2 錐行星齒輪差速器結(jié)構(gòu)示意圖 如圖2.1所示，普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)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。 由于普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠，所以廣泛應(yīng)用于一般使用條件的汽車驅(qū)動橋中。圖2.2為其示意圖，圖中為差速器殼的角速度，、分別為左、右兩半軸的角速度；為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；為差速器的內(nèi)摩擦力矩；、分別為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩。根據(jù)運(yùn)動分析

16、可得 （2.1） 顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)半軸將以兩倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)力矩平衡可得 (2.2) 差速器性能常以鎖緊系數(shù)來表征，定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比，由下式確定

17、 （2.3) 結(jié)合式（2.2）可得 （2.4） 定義半軸轉(zhuǎn)矩比，則與之間有 （2.5） 普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)一般為．0.05～0.15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比足b為1.11～1.35，這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的

18、。但當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動車輪與地面的附著系數(shù)很小時(shí)，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。 優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上很可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在轎車、客車和各種公路用的載貨汽車上。 缺點(diǎn)；容易因?yàn)槟骋粋?cè)驅(qū)動車輪滑轉(zhuǎn)而陷車。 2）強(qiáng)制鎖止式差速器 如圖2.3所示為強(qiáng)制鎖止差速器，汽車強(qiáng)制鎖止式差速器的特點(diǎn)：外接合器與半軸通過花鍵相連，內(nèi)接合器與差速器殼體通過花鍵相連。當(dāng)內(nèi)外接合器相互接合時(shí)，將半軸齒輪與差速器殼體連為一體，差速器失去差速功能，傳給兩側(cè)驅(qū)動

19、輪的轉(zhuǎn)矩可以不同。 圖2.3 斯堪尼亞LT110型汽車強(qiáng)制鎖止差速器 當(dāng)一個(gè)驅(qū)動輪處于附著系數(shù)較小的路面時(shí)，可通過液壓或氣動操縱，嚙合接合器(即差速鎖)將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)，在駛出難行駛路段剛進(jìn)入較好路段時(shí)，應(yīng)及時(shí)將差速鎖松開，以避免出現(xiàn)因無差速作用帶來的不良后果。 對于裝有強(qiáng)制鎖止式差速器的42型汽車，假設(shè)一驅(qū)動輪行駛在低附著系數(shù)的路面上，另一驅(qū)動輪行駛在高附著系數(shù)的路面上，這樣裝有普通錐齒輪差速器的汽車所能發(fā)揮的最大牽引力為(為驅(qū)動橋上的負(fù)荷)

20、 （2.6） 如果差速器完全鎖住，則汽車所能發(fā)揮的最大牽引力為 （2.7） 可見，采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高倍，從而提高了汽車通過性。當(dāng)然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與地面間的附著力，汽車也無法行駛。 目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車上都裝有差速鎖。 優(yōu)點(diǎn)：提高汽車牽引力。 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)彎困難、輪胎加速磨損、傳動系零件過載和消耗過多的功率。 3）摩擦片式差速器 圖2.3 摩擦式差速

21、器 如圖2.3所示為摩擦式自鎖差速器，該差速器是在普通行星錐齒輪差速器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成，它通過摩擦片之間的相對滑轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力矩使差速器鎖止。在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于差速器殼通過斜面分別使兩根行星齒輪軸的兩端壓緊，使后者連同行星齒輪一起分別向左、右微移，并通過行星齒輪背部的圓柱臺肩壓向推力盤及主、從動摩擦片或壓向錐形摩擦盤，并使他們壓緊，造成左、右驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時(shí)所必須克服摩擦力矩。 優(yōu)點(diǎn)：充分利用了汽車的牽引力，保證轉(zhuǎn)矩在驅(qū)動車輪間的不等分配來提高抗滑能力。 2.2 差速器的工作原理 2.2.1 普通對稱式錐齒輪結(jié)構(gòu)及其原理 圖2.4 差速器差速原理圖 如圖2.

22、4所示，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主減速器從動齒輪 6固連在一起，固為主動件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪 1和2為從動件，其角速度分別為。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)。行星齒輪的中心點(diǎn)為 C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r。 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，其值為。于是，即差速器不起差速作用，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)A的圓周速度為，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為。

23、 （2.8） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n表示，則 （2.9） 式(2.9)為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動特征方程式，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)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而

24、無滑動。 由式(2.9)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(例如中央制動器制動傳動軸時(shí))，若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。 對稱式錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配：由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩，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)矩平均分配給左、右兩半軸齒輪，即。 當(dāng)兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速以相同的方向轉(zhuǎn)動時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速大于右半軸轉(zhuǎn)速，則行星齒輪將按順時(shí)針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。

25、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，因此當(dāng)左、右驅(qū)動車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，，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表示 （2.10） 差速器內(nèi)摩擦力矩和其輸入轉(zhuǎn)矩（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)矩之比定義為轉(zhuǎn)矩比，以

26、 （2.11） 目前廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小，其鎖緊系數(shù)K=0.05υ0.15，轉(zhuǎn)矩比為1.1υ 1.4，可以認(rèn)為，無論左、右驅(qū)動車輪轉(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好的路面上直線或轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，都是令人滿意的。但是當(dāng)汽車在壞的路面行駛時(shí)，卻嚴(yán)重影響了通過能力。例如，當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動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)，而在好路面上的車輪靜止不動。這是因?yàn)樵谀酀袈访嫔系能囕啽仍诤寐访嫔系能?/p>

27、輪與路面之間附著力小，路面只能對半軸作用很小的反作用很小的反作用轉(zhuǎn)矩，雖然另一車輪與好路面間的附著力較大，但因?qū)ΨQ式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)動車輪上的很小的轉(zhuǎn)矩相等，致使總的驅(qū)動力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進(jìn)。 當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，此時(shí)行星齒輪軸將轉(zhuǎn)距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速恒等于差速器殼的轉(zhuǎn)速，傳遞給左右車輪的轉(zhuǎn)矩也是相等的。此時(shí)左右車輪的轉(zhuǎn)速是相等的。 而當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，其中一個(gè)半軸轉(zhuǎn)動一個(gè)角，兩半軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)速大，一個(gè)轉(zhuǎn)速小，此時(shí)汽車就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛。 第3章 差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件設(shè)計(jì)

28、 3.1對稱式行星齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 對于安裝在半軸之間的差速器它的尺寸受到軸承座的限制，而影響差速器尺寸的 主要就是齒輪的尺寸，所以如何把齒輪設(shè)計(jì)得更加優(yōu)化就顯得更加重要。 3.1.1對稱式行星齒輪參數(shù)設(shè)計(jì) 1）行星齒輪齒數(shù)目n的確定 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兩個(gè)，反之就 取四個(gè)。而根據(jù)設(shè)計(jì)要求扭矩為107Nm為小型轎車，取n=2。 2） 行星齒輪球面半徑的確定以及節(jié)錐距的計(jì)算 行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星 齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也反映了差 速器錐齒輪節(jié)

29、錐距的大小和承載能力即是強(qiáng)度。 球面半徑可按照文獻(xiàn)[1]第4章公式確定： （3.1） 式中，為行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.52～2.99，對于2個(gè)行星齒輪，取最小值， 即=2.52。 ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取和的最小值； ——球面半徑。 的計(jì)算： = 式中，——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； ——傳動系最低傳動比（取7）； ——整體傳動效率（取0.96）； ——沖擊載荷（取1）； ——該汽車驅(qū)動橋數(shù)目。 ==747。 的計(jì)算： = 式中

30、，——附著系數(shù)（取0.85）； ——滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷； ——車輪的滾動半徑（選用135/80kb輪胎，r=265mm）； ——主減速器到從動輪的傳動效率和傳動比。 =。 將以上數(shù)據(jù)帶入式（3.1）得： = 差速器行星齒輪球面半徑確定后，可根據(jù)以下式預(yù)選其節(jié)錐距： （3.2） 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)從而使齒輪有較高強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應(yīng)該少于10，半

31、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)比在1.52之間。 差速器的各個(gè)行星齒輪與2個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此在確定這兩種齒輪的齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮他們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器種，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)滿足的條件為 （3.3） 式中：、——左、右半軸齒輪齒數(shù)； ——行星齒輪數(shù)目； ——任意整數(shù)。 行星齒

32、輪取10，半軸齒輪取20帶入公式（3.3）得： = 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 首先初步求出行星出輪與半軸齒輪的節(jié)錐角、； ； （3.4）式中：、——分別為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端面端面模數(shù)m； （3.5） 帶入數(shù)據(jù)得=，=，（通過查表選用） 求出模數(shù)后

33、，節(jié)圓直徑d即可根據(jù)齒輪齒數(shù)z及模數(shù)m求得： （3.6） 帶入數(shù)據(jù)得=20mm，=40mm。 5）壓力角 汽車差速器齒輪過去都選用壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為1，而最少齒數(shù)為13。目前大都選用的壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪齒頂不變尖的條件下，還可由切向修正加大半軸齒輪的厚度，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度，由于這種齒形的最少齒數(shù)比壓力角少，故可用較大的模數(shù)來提高齒輪的強(qiáng)度，故選用壓力角。 6）行星齒輪安裝

34、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撐長度。故通取 (3.7) 式中，為差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩，為行星齒輪數(shù)；l為行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂 的距離(mm)，約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑的一半；為支承面許用擠壓應(yīng)力，取69Mpa。 3.2 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 表3.1為汽車差速器用直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟，表中計(jì)算用的切向修正系數(shù)

35、 表3.1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 長度單位：mm 序號 項(xiàng)目 符號 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) 10 2 半軸齒輪齒數(shù) 20 3 模數(shù) m 2 4 齒面寬 b 5.6 5 工作齒高 hg hg=1.6m 3.2 6 全齒高 h h=1.788m+0.051 3.627 7 壓力角 8 節(jié)圓直徑 d 9 節(jié)錐角 10 節(jié)錐距 11 周節(jié) t t-3.1416m 6.28 12 齒頂高

36、 ha 13 齒根高 hf 14 徑向間隙 c 0.427 15 齒根角 16 面錐角 17 根錐角 18 齒頂圓直徑 da 19 齒根圓直徑 df 3.3 差速器材料的選擇 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工藝已被廣泛應(yīng)用。要考慮齒輪的許用應(yīng)力和彎曲強(qiáng)度，此次選用的齒輪材料為20CrMnTi。 3.4

37、 差速器強(qiáng)度的計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它同于主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運(yùn)動。因此對于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。根據(jù)文獻(xiàn)[1]強(qiáng)度計(jì)算公式得出： （3.8） 式中：——為差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩； 在此將取為498.06Nm； ——為差速器的行星齒輪數(shù)； b

38、2、d2——分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑mm； 　 ——為尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.629； ——為載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，＝1.00～1.1；其他方式支承時(shí)取1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值； ——為質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時(shí)，可取1.0； ——為計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，參照圖3.1可取=0.225。當(dāng)T=min［,］時(shí)，[]=635 Mpa；當(dāng)T= Tcf時(shí)，[]=144Mpa。 圖3.1

39、彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) 根據(jù)上式（3.8）可得： ==478.6MPa<980 MPa 所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 3.5 行星齒輪軸的分類和選用 行星齒輪的種類有很多，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，而載貨的大質(zhì)量的汽車傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，為了使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。在小型汽車上由于轉(zhuǎn)矩不大，所以要用一字軸。 本次設(shè)計(jì)為小型汽車所以選用一字軸。 3.5.1行星齒輪軸尺寸設(shè)計(jì) 由行星齒輪的支承長度為，根據(jù)安裝時(shí)候的方便選擇軸頸的長度為L1為20 mm；而行星齒輪

40、安裝孔的直徑d1為8.1mm，所以軸頸的直徑d2預(yù)選為8mm。 3.5.2行星齒輪軸的材料 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，所以此次選用的軸的材料為45鋼。 第4章 差速器的運(yùn)動仿真分析 4.1 虛擬差速器模型運(yùn)動仿真 我們選用差速器的兩個(gè)行星齒輪、兩個(gè)半軸齒輪和一個(gè)行星齒輪軸作為研究對象各個(gè)齒輪的參數(shù)，如表3.1所示，利用UG8.0軟件作為建模工具。 首先，在UG8.0中建立行星齒輪、兩個(gè)半軸齒輪和一個(gè)行星齒輪軸模型并完成裝配，初步模型如下：

41、 圖4.1 半軸齒輪 圖4.2 行星齒輪 圖4.3 差速器行星齒輪和半軸齒輪裝配模型 如圖4.3為差速器三維裝配圖，裝配時(shí)，要使初始的齒輪面盡可能的嚙合，以減少仿真時(shí)因?yàn)槟Ｐ统跏紶顟B(tài)引起的誤差。 選擇GC工具箱，選擇齒輪建模中的錐齒輪，其中有齒輪嚙合一項(xiàng)，如圖4.5所示。

42、 圖4.5 建立齒輪模型 選擇一個(gè)主動齒輪和一個(gè)配合齒輪，完成齒輪的嚙合，如圖4.6所示。 圖4.6 齒輪嚙合 完成行星齒輪和半軸齒輪的裝配后，選擇開始，選擇運(yùn)動仿真并保存尺寸修改，選擇新建運(yùn)動學(xué)仿真，單機(jī)連桿選擇行星齒輪和半軸齒輪建立連桿，如圖4.7所示。 圖4.7 建立連桿 分別建立4個(gè)連桿后選擇運(yùn)動副，建立4個(gè)

43、運(yùn)動副，建立后如圖4.8所示。 圖4.8 運(yùn)動副 建立好運(yùn)動副后，選擇齒輪副，由于有四個(gè)齒輪互相嚙合，所以我們要建立3租齒輪副來確保他們互相嚙合自轉(zhuǎn)，并且選定其中的行星齒輪為主動齒輪，初始速度設(shè)定為30。 齒輪副建立完成后單機(jī)解算方案，并且求解。至此我們完成了齒輪的運(yùn)動學(xué)仿真。最后單機(jī)動畫，點(diǎn)擊播放即可看到差速器的運(yùn)動仿真，如圖4.9所示。 圖4.9 運(yùn)動仿真 4.2 差速器動力學(xué)分析圖表 該汽車發(fā)動機(jī)最大扭矩107Nm，滿載軸荷9.46KN，輪胎滾動半徑為0.325m，假

44、定路面摩擦系數(shù)0.3。 圖4.10 力學(xué)圖表 如圖4.11所示利用上面的運(yùn)動學(xué)仿真，對其結(jié)果進(jìn)行動力學(xué)分析，單擊繪圖，請求中選擇速度和加速度分析，設(shè)置仿真時(shí)間為4s，步長為1s，仿真結(jié)果如圖4.11。 圖4.11 行星齒輪角加速度 通過上述力學(xué)曲線做出如下分析，當(dāng)直線行駛時(shí)，差速器兩側(cè)驅(qū)動橋零件運(yùn)動情況相同，差速器行星輪無自轉(zhuǎn)，兩側(cè)驅(qū)動輪猶如用一根整軸連接，相同的轉(zhuǎn)速，整體旋轉(zhuǎn)，左右半軸齒輪轉(zhuǎn)速與差速器外殼相同，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，倘若沒有差速器，在車輪滾動的同時(shí)，兩側(cè)輪胎

45、與地面將產(chǎn)生滑移，內(nèi)側(cè)車輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)，兩側(cè)輪胎和地面磨損加大，若裝有差速器，則附加力矩通過半軸齒輪左右到行星齒輪上，產(chǎn)生一個(gè)使行星齒輪轉(zhuǎn)動的力，使行星齒輪沿順時(shí)針產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速加快，內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速減慢，起差速作用。 圖4.12 半軸齒輪行星齒輪嚙合力 分析行星齒輪對半軸齒輪嚙合力曲線可知： 秒時(shí)處于平穩(wěn)行駛階段，此時(shí)嚙合力值呈平穩(wěn)的周期波動狀態(tài)，1秒后由于行星齒輪的自轉(zhuǎn)，將與半軸齒輪產(chǎn)生周期性的嚙合，這樣會產(chǎn)生不斷的沖擊，導(dǎo)致其曲線圖波動明顯。 第5章 差速器外殼夾具的設(shè)計(jì) 5.1 夾具的分類 機(jī)床夾具通常是指裝夾工件用

46、的裝置：裝夾各種刀具用的裝置，則一般稱為“輔助工具”。輔助工具有時(shí)也廣義地包括在機(jī)床夾具的范圍內(nèi)。按照機(jī)床夾具的應(yīng)用范圍，一般可分為通用夾具，專用夾具和可以調(diào)整式夾具等。 1）通用夾具是在普通機(jī)床上一般都附有通用夾具，如車床上的卡盤，銑床上的回轉(zhuǎn)工作臺，分度頭等。它們一般都標(biāo)準(zhǔn)化了，具有一定的通用性，可以用來安裝一定形狀尺寸范圍內(nèi)的各種工件而不需要進(jìn)行特殊的調(diào)整。 2）專用夾具是為了適應(yīng)某一工件的某一工序加工的要求而專門設(shè)計(jì)制造的。 3）可調(diào)整夾具可調(diào)整夾具是為了擴(kuò)大夾具的使用范圍，彌補(bǔ)專用夾具只適用與一個(gè)工件的某一特定工序的缺點(diǎn)，正在逐步推廣使用可調(diào)整式的夾具。 5.2 夾具設(shè)計(jì)

47、本次設(shè)計(jì)的夾具為鉆Φ8的孔，加工過程要保證尺寸公差，該夾具適用于立式鉆床。根據(jù)立式鉆床的要求我們進(jìn)行該零件夾具的設(shè)計(jì)。 5.2.1 確定設(shè)計(jì)方案 這道工序所加工的孔是以差速器外殼下表面L定位，并與該面平行。我們考慮以N面定位來加工該道工序的孔。 從對工件的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行分析可知，該道工序加工一字孔為同心孔定位比較容易，因?yàn)槭褂昧⑹姐@床鉆該一字孔，我們只需考慮在加工時(shí)如何將該工件立起。 工件以差速器外殼下表面如圖5.1在夾具上進(jìn)行定位，限制了三個(gè)自由度，根據(jù)六點(diǎn)定位原則，必須對另外的三個(gè)自由度加以限制。根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)夾具方案如下： 圖5.1 差速器外殼 通過下表面定位已經(jīng)限

48、制了三個(gè)自由度，分別是工件繞X軸的移動，繞Y軸和Z軸的轉(zhuǎn)動，另外三個(gè)自由度分別是X軸的轉(zhuǎn)動、Y軸和Z軸的移動，根據(jù)這樣的要求我們可以設(shè)計(jì)該工件的定位夾緊方案。在此我們使用一個(gè)定位板將工件固定，使其達(dá)到所規(guī)定的精度并固定下來，這樣便限制了Y軸和Z軸的移動兩個(gè)自由度，鑒于該零件多孔的結(jié)構(gòu)，我們可以采用定位銷對其中的一孔進(jìn)行定位來限制X軸的轉(zhuǎn)動。因?yàn)殂@削時(shí)鉆削力是向下的，差速器外殼下面是懸空的，因此我們在下面放置一個(gè)可以調(diào)節(jié)的輔助支撐（圖5.2）。 圖5.2 支撐桿 5.2.2 導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì) 該夾具主要為了加工殼體的一字孔，鉆孔必須使用導(dǎo)向裝置，即鉆模板。又因?yàn)殂@孔精度較高，鉆孔后還需要擴(kuò)

49、孔，因此鉆模板上固定個(gè)1快換鉆套，上面用鉆套螺釘壓緊，如圖5.3所示。 圖5.3 快換鉆套 5.2.3 定位元件的確定 在選擇定位方案時(shí)，由于定位方式多種多樣，對定位基準(zhǔn)、限位基準(zhǔn)的確定也有幾種不同方法，此處采用以下觀點(diǎn)： 1）當(dāng)工件以回轉(zhuǎn)面（內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、球面等）作為定位基面時(shí)，其軸線為定位基準(zhǔn)。當(dāng)工件以平面與定位元件接觸，此平面就是定位基面，它的理想狀態(tài)（平面度誤差為零）是定位基準(zhǔn)。但對于已經(jīng)加工過的平面，通常忽略其平面度誤差，所以認(rèn)為，定位基面就是定位基準(zhǔn)，二者重合。 2）當(dāng)定位元件以回轉(zhuǎn)面作為限位基面時(shí)，其軸線作為限位基準(zhǔn)。此夾具定位元件采用一平面和兩定位銷，有一

50、面未限定的正好與加工的方向反向。可以不作要求，在夾緊的時(shí)候，留有稍微大點(diǎn)的余量即可。（夾具總裝配圖如圖5.4所示） 圖5.4 差速器夾具裝配圖 總 結(jié) 至此為期半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)臨近尾聲，我的大學(xué)生活也圓滿結(jié)束，期間自己通過查閱資料，翻看書籍對機(jī)械設(shè)計(jì)又了更深層次的認(rèn)識和了解，自動動手去實(shí)踐讓自己更一步的提高，我知道自己對于機(jī)械來說還所知甚少，但是我堅(jiān)信我可以通過我的努力讓自己成為一名合格的、過關(guān)的機(jī)械類成員?；叵胱约哼@半年來的學(xué)習(xí)，有過懊惱，有過開心，當(dāng)然也有過迷茫，但是自己一步一步走過來通過努力；完成自己的設(shè)計(jì)，期間遇到很多困難，但是通過自己的學(xué)習(xí)解決了這些問題，讓自己更

51、加自信，讓自己的知識更加多方面。不僅把自己平時(shí)所學(xué)的理論知識加以實(shí)際化，更重要的是我從中學(xué)會了如何提出問題、分析問題和解決問題，在實(shí)踐中升華專業(yè)知識，提高動手能力，讓理論與實(shí)踐相結(jié)合。 參考文獻(xiàn) [1] 劉惟信.汽車車橋設(shè)計(jì)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2003. [2] 陳家瑞等.汽車構(gòu)造(下冊)[M]:北京:人民交通出版社,2001. [3] 王蘭美,殷昌貴.畫法幾何及工程制圖[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995. [4] 張瑞萍,孫曉紅.UG NX 6[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009. [5] 薛源順.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)(第二版) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995

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