汽車差速器的設(shè)計

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1、摘要 ABSTRACTI 1引言0 1.1 差速器的作用0 1.2 差速器的工作原理0 1.3 差速器的方案選擇及結(jié)構(gòu)分析3 1.3.1 差速器的方案選擇4 1.3.2 差速器的結(jié)構(gòu)分析4 2差速器齒輪的設(shè)計6 2.1 差速器設(shè)計初始數(shù)據(jù)的來源與依據(jù)6 2.2 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇6 2.3 差速器齒輪的幾何尺寸計算10 2.3.1 差速器直齒錐齒輪的幾何參數(shù)10 2.3.2 差速器齒輪的材料選用13 2.3.3 差速器齒輪的強度計算13 3差速器行星齒輪軸的設(shè)計計算15 3.1 行星齒輪軸的分類及選用15 3.2 行星齒輪軸的尺寸設(shè)計15 3.3 行

2、星齒輪軸材料的選擇15 3.4 差速器墊圈的設(shè)計計算16 3.4.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計16 3.4.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計16 4 差速器標準零件的選用18 4.1 螺栓的選用和螺栓的材料18 4.2 螺母的選用和螺母的材料18 4.3 差速器軸承的選用18 4.4 十字軸鍵的選用18 4.5 差速器殼體設(shè)計18 5 差速器總成的裝配和調(diào)整20 5.1 差速器總成的裝配20 5.2 差速器總成的裝配20 結(jié)束語21 參考文獻23 附錄25 解放CA1092型汽車差速器的設(shè)計 摘要 文章首先根據(jù)差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理，對差速器的設(shè)計方案選擇作出

3、了選擇， 最終確定選擇差速器的類型為對稱式圓錐行星齒輪差速器。本文參照傳統(tǒng)差速器的設(shè) 計方法進行了解放CA1092型載貨汽車差速器的設(shè)計,根據(jù)經(jīng)驗公式進行計算，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)計參數(shù)，然后對差速器 齒輪的強度進行設(shè)計計算和校核，進行一些標準件的選用和非標準件的設(shè)計，繼而根 據(jù)裝配關(guān)系設(shè)計差速器殼體。在得到各個零件尺寸之后繪制出主要零件圖以及整體裝 配圖，制作出差速器的裝配動畫。 關(guān)鍵詞：汽車；差速器；結(jié)構(gòu)設(shè)計 LIBERATIONCA1092CARSDIFFERENTIALDESIGN ABSTRACT Firstly,accor

4、dingtothestructureandworkingprincipleofthedifferentialonthedifferentialdesignchoicesmadechoices,andultimatelydeterminetheselectiondifferentialsymmetricalconetypeplanetarygeardifferential.ThisarticlereferstothetraditionaldifferentialdesignmethodsliberationCA1092-typetruckdifferentialdesign,calculated

5、accordingtotheempiricalformula,thereferencestructuresizeconeplanetarygeardifferentialtodeterminethemaindesignparametersofthedifferentialgear,Thentheintensityofthedifferentialgeardesigncalculationsandverification,somenon-standarddesignselectionandstandardparts,whichinturnbasedontherelationshipbetween

6、designdifferentialhousingassembly.Drawthepartsdrawingandassemblydrawingaftergettingthewholepartsize,makingadifferentialassemblyanimation. KEYWORDS:Automobile;Differential;Design 1 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為“小零件大功用”。 汽車在行駛的過程中，左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左 右兩輪胎內(nèi)

7、的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負荷不均勻而引起車輪滾動半 徑不相等；左右兩車輪接觸的路面條件不同，行駛阻力不等。如果驅(qū)動橋的左、右車 輪為剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行駛或者直線行駛，均會引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)， 一方面會加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn) 定性變壞。為此，在驅(qū)動橋的左右車輪間都裝有輪間差速器[1]。 差速器是個差速傳動機構(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，用來保證各驅(qū)動輪在各種運動條件下的動力傳遞，避免輪胎與 地面間打滑[2]。 1.1 差速器的作用 汽車差速器是驅(qū)動轎的主件，簡單說它

8、的作用就是在向兩邊半軸傳遞動力的同 時，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等距 行駛，減少輪胎與地面的摩擦。汽車在直線行駛時，左右車輪轉(zhuǎn)速幾乎相同，而在轉(zhuǎn) 彎時，左右車輪轉(zhuǎn)速不同，差速器能實現(xiàn)左右車輪轉(zhuǎn)速的自動調(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中的最重要的部件之一，它有三大作用：首先是將發(fā)動機 輸出的動力傳輸?shù)杰囕喩?；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，擔任汽車主減速齒輪，在動力傳輸至車輪前將傳動系的轉(zhuǎn)速減下來， 將動力傳到車輪上，同時允許兩側(cè)車輪以不同的輪速轉(zhuǎn)動[3]。差速器對提高汽車行

9、駛 平穩(wěn)性和其通過性有著獨特的作用，是汽車設(shè)計的重點之一。 1.2 差速器的工作原理 差速器的這種調(diào)整是自動的，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一個碗內(nèi)，豆子會自動停留在碗底 而絕不會停留在碗壁，因為碗底是能量最低的位置（位能），它自動選擇靜止（動能 最小）而不會不斷運動。同樣的道理車輪在轉(zhuǎn)彎時也會自動趨向能耗最低的狀態(tài)，自 動地按照轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速[4]。 當轉(zhuǎn)彎時，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，兩個驅(qū)動輪此時就會產(chǎn)生兩個方向相反的附加力，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

10、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，從而實現(xiàn)兩邊車輪轉(zhuǎn)速的差異。 驅(qū)動橋兩側(cè)的驅(qū)動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，當汽車轉(zhuǎn)向行駛時，就會出現(xiàn)以下問題：由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移動過的距離大，所以將使外側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑拖，而內(nèi)側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)；即使是汽車直線行駛，也會因為路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動半徑不等（輪胎 制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等等問題）而引起車輪的滑動或滑拖。 車輪滑動時不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗，還會使汽車轉(zhuǎn)向困難、制動性能變差。為使車

11、輪盡可能不發(fā)生滑動，在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輪能以不同的角度轉(zhuǎn)動。 差速器采用對稱式圓錐齒輪結(jié)構(gòu)，其原理如下圖所示： gj1干 0 GJ A co 0 co w4 co 圖1-1差速器差速原理圖 1、2—半軸齒輪 3-差速器殼4-行星齒輪5-行星齒輪軸6-從動齒輪 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。因為它又與主減速器從動齒輪6連在一起，故為主動件，假設(shè)其角速度為與；半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為以和82。A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中

12、點為C,A、B、C三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為 當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑r上的A、B、C三點的圓周速度都相等，其值為6?！?。于是以=切2=切°,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。 當行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度切4自轉(zhuǎn)時，嚙合點A的圓周 速度為則『=8°r+編4「，嚙合點B的圓周速度為82r=?or—04r。于是便有 ?，1r?5”戊N,-4r?^r--4「 即 81+82=2切0(1-1) 如果角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n來表示，則 n1+n2=2n0(1-2) 上式為兩半軸齒輪直徑的對稱式圓錐齒

13、輪差速器的運動特征方程式，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)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動［5］。 由式(1-2)還可以得知：①當任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；②當差速器殼的轉(zhuǎn)速為零(例如中央制動器制動傳動軸時)，另一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動時，另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動［6］0 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，經(jīng)由差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當于一

14、個等臂杠桿，而兩個半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時，總是將轉(zhuǎn)矩Mo平均分配給左、 右兩個半軸齒輪，即M1=M2=Mo/2。 當兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速朝相同的方向轉(zhuǎn)動時，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速小大于右半軸轉(zhuǎn) 速n2,則行星齒輪將按順時針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。此時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)動車輪存在轉(zhuǎn)速差時，Mi=(Mo-M.y2,M2=(Mo+Mr丫2,左、右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩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

15、以鎖緊系數(shù)K表示，計算 公式如下： K=(M2-Mi/M=Mr/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，所以 Kb=M2/Mi=(1+K丫(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較好的路面上直線或者轉(zhuǎn)彎行駛時，都是令人滿意的。但是當汽車在較壞的路面行駛時，卻嚴重影響了通過能力［7］。例如，當汽車的

16、一個驅(qū)動車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時候，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。這是因為在泥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，汽車便不能前進網(wǎng)。 當汽車直線行駛時，此時行星齒輪軸將轉(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，所以此時左右車輪的轉(zhuǎn)速也相等。而當汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，其中

17、一個半軸轉(zhuǎn)動一個角，兩半軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均的分配，必然會出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)速大，另一個轉(zhuǎn)速小的現(xiàn)象，此時汽車就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛［9］0 1.3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，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［10］。 強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。當一側(cè)驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn) 時，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。差

18、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)動橋的兩個半軸之間，通過兩個半軸把動力傳給車輪。設(shè)計簡圖如下： 圖1-2差速器結(jié)構(gòu)方案圖 1—差速器左殼2—半軸齒輪3—行星齒輪4—差速器右殼5—十字軸 如上圖1-2所示，對稱式行星錐齒輪主要是由差速器左、右殼1和4,兩個半軸齒輪2,四個行星齒輪3,十字軸5組成。動力傳輸?shù)讲钏倨鳉?,差速器殼帶動十字軸5轉(zhuǎn)動，十字軸又帶動安裝在它四個軸頸上的行星齒輪3轉(zhuǎn)動

19、，由于行星齒輪與半軸齒輪相互嚙合，所以行星齒輪又將轉(zhuǎn)矩傳遞給半軸齒輪，半軸齒輪又與半軸相連，于是傳給半軸，半軸又將動力傳送給驅(qū)動輪，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動來完成汽車的行駛［11］。 1.3.2 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

20、。當汽車行駛到一定的里程，墊圈 磨損后可以通過更換墊圈來調(diào)整齒輪的嚙合間隙，以此來提高差速器的壽命。 （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 個平面，以儲存潤滑油潤滑齒輪背面[12]。 2差速器齒輪的設(shè)計 2.1 差速器設(shè)計初始數(shù)據(jù)的來源與依據(jù) 本次設(shè)計選用的是解放CA1092載貨汽車作為課題設(shè)計的原始數(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新的高質(zhì)量

21、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)計的基本依據(jù)，在汽車可靠性和經(jīng)濟性的基礎(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)動機額定功率為99kw(當發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000r/min)； (2)發(fā)動機額定扭矩為373Nm(當發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1300r/min); (3)變速器的傳動效率n=0.9； (4)變速器傳動比：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 由于在差速器殼上裝著主減速器從動齒輪，所以在

22、確定主減速器從動齒輪尺寸時。應(yīng)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撐座及主動齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。 (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，反之 則取4個。解放CA1092采用4個行星齒輪。 (2)行星齒輪球面半徑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度［13］。 球面半徑Rb可按如下的經(jīng)驗公式確定： Rb=KbVtT(2-1) 式中：Kb——行星齒輪球面半徑系數(shù)

23、，可取2.5?2.99,對于有4個行星齒輪的載貨 汽車取最小值; Tc——計算*$矩，取Tce和Tcs的較小值，Nm. 從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩Tce (2-2) kdTemaxkiiifio Tce二 式中：Te max——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩; Temax= 373 N m； (2-3) ii——變速器最低檔傳動比ii=7.64; io——主減速一級傳動比1.93; if——分動器傳動比，在此無； ——上述傳動部分的效率，取=0.9; kd——超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動的 各類汽車取kd=1; k——液力變矩器變矩系數(shù)，在此無；

24、n——該車的驅(qū)動橋數(shù)目；該車采用發(fā)動機后置后驅(qū)為1; G2——汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負荷，對后橋來說還應(yīng) 考慮到汽車加速時的負荷增大量60769N（參考解放CA1092車型）； m2負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)取1.1; 中一一輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取中=0.85; 對越野汽車取中=1.0；對于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級轎車取 中=1.25；貨車為一般公路用車取0o0.85； rr——車輪的滾動半徑，0.4064m（輪胎型號：8.25-R16）; nm,im——分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅(qū)動輪之間的傳動效 率和減速比（例如輪邊減速器等）,n

25、m=0.9,im=3 代入式(2-2)(2-3),有: Tce 3737.641.930.9=3429Nm G2m2T607691.10.850.4064 —2--==8552.3Nm imm 30.9 計算轉(zhuǎn)矩Tc的值取Tce和Tcs的較小值，所以Tc=3429Nm 根據(jù)式（2-1）可得到： RB=2.533429=37.7mm 取整為RB=38mm。 Rb確定后，即可根據(jù)以下公式預(yù)選節(jié)錐距: Ao=。98~0.99Rb (2-4) 在此取 A0=0.98Rb：?37mm （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度，應(yīng)使行

26、星齒輪的齒數(shù)盡量少，但 一般不少于10。半軸齒輪白齒數(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Z2/Z1在1.5?2.0的范圍內(nèi)［14］。在此選取行星齒輪齒數(shù)乙=12,半軸齒輪齒數(shù) z2=20o 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，在確定這兩種齒輪 齒數(shù)時，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，左右兩個半 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)滿足的條件公式為: Z2LZ2R 二I n (2-5) 式中：左右半軸齒輪的齒數(shù)，對

27、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) 所以，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節(jié)錐角/,% Zi12 1aarctan—=arctan——=30.96 z220 2-90-1=59.04 m =2A0si

28、n i Zi 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m =2A0sin2=2^7sin59.04=3.17z220 根據(jù)標準值取為3mm。 于是可得到齒輪的節(jié)圓直徑 d1=mz1=312=36mm d2=mz2=320=60mm (5)壓力角a 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。在此選22.5的壓 力角［15］。 (6)行星

29、齒輪安裝孔的直徑中及其深度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 (2-6) 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)以下公式進行計算: L=1.1 (2-7) (2-8) To103 1.1L-chl 式中：To——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm;根據(jù)CA1092型汽車查得To=2101.54Nm; n行星齒輪數(shù); l ——行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x, mm。l電0.5d2 , d2是半軸齒輪齒 面寬中點處的直徑，d2*0.8d2； tc 1——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取為 69MPa。

30、 根據(jù)上式可得l=24mm 17 mm ._2101.54103 一1.169424 L-1.11719mm 所以，行星齒輪安裝孔的直徑力為17mm,深度L為19mm。 2.3 差速器齒輪的幾何尺寸計算 2.3.1 差速器直齒錐齒輪的幾何參數(shù) 表2-1差速器齒輪參數(shù)表 項目 1 行星齒輪齒數(shù) 乙至10應(yīng)盡量取最小值 z1=12 z2=14~25且滿足 2 半軸齒輪齒數(shù) Z2=20 z2.z1=1.5?2.0 3 模數(shù) m m=3mm 4 兇回竟 F二(0.25~0.30)A0F<10m F=10.2m

31、m 5 齒工作高 hn=1.6mg hg=4.8mmg 6 齒全高 h-1.788m0.051 h=5.415mm 7 壓力角 a ?二22.5 8 軸交角 '=90 %=90 9 節(jié)圓直徑 d1= mz1;d2=mz； 2 d1 10 11 12 13 14 節(jié)錐角 節(jié)錐距 周節(jié) 齒頂局 齒根高 71=arcta A0— 2 t hc ■ ha2= : hf1 hf2 n亙；￥2=90 Z2 d1d2 sinm2sin， =3.1416m i1=hg-ha2 八村0.370 0.43十

32、2 但】 一".二 =1.788m-ha1 a1 =1.788m-ha2 a2 ’2 m X 15 16 徑向間隙 齒根角 c=h-h 邑 a=0.188m+0.051g 一一hf1 =arctan A0 hf2 =arctan A 61 17 面錐角 %-2；"2=尸2 +4 18 19 20 根錐角 外圓直徑 節(jié)錐頂點至齒輪 外緣距離 y_y_ ，R1—'1一 d01= d02= 1.=01 心=02 ^1；:R2=G_&2 d1+2ha1cos?1 d2+2ha2cos；’2 d2,.丁 二一h

33、a1Sin，1 2 d1.■y 二一ha2Sin'2 2 ；‘R1 =36mm;d2=60mm =30.96?;%=59.04。 A0=37mm t=9.42mm ha1=3.11mm ha2=1.69mm hf1=2.254mm hf2=3.674mm c=0.615mm =43.79°;52=46.173 =37.13口；丁02=62.83? =27.17?；￥R2=56.66* d01=41.33mm d02=61.74mm 01=28.4mm

34、 02 = 16.55 mm 21 22 理論弧齒厚 齒側(cè)間隙 S2=：_ha1_ha2tan:-m B =0.245~0.330 Sx1 $S3B S12 6d12 23 弦齒厚 Sx2 GS23B -S2-6d22-2 hx1 2 ,§cos1 ^ha1-1 4d1 24 弦齒高 hx2 _..S22cos2 -ha2 4d2 S1=t-S2 S1=5.16mm S

35、2=4.26mm B=0.250mm Sxi=5.08mm Sx1=4.20mm hxi=3.1327mm hx2=1.73mm 齒輪零件圖如下圖所示: 圖2-1行星齒輪 圖2-2半軸齒輪 2.3.2 差速器齒

36、輪的材料選用 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[16]o 2.3.3 差速器齒輪的強度計算 差速器齒輪主要進行彎曲強度計算，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 2 103TK0KsKm KvFz2m2 J MPa (2-9)

37、 式中：T——差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計算公式T=五出6 n 在此T=315.381N?m（n——差速器的行星齒輪數(shù)）； 端面模數(shù)，m=3; Ko——動載系數(shù)，對于一般載貨汽車，取丸=1； 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mA1.6 時‘Ks=d2mr在此Ks=i；234"59； Km——載荷分配系數(shù)，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，Km=1.00~1.1； 其他方式支承時取1.10~1.25。支承剛度大時取最小值； Kv——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動 精度高時，可取1.0; F——計

38、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 圖2-3彎曲計算用綜合系數(shù) 2103315.38110.591.1 根據(jù)上式二w=2=877.47MPa：：980MPa 110.22030.231 所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求 3差速器行星齒輪軸的設(shè)計計算 3.1行星齒輪軸的分類及選用 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)

39、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，故在其軸頸上銃有 平面供潤滑用，可以有效的提高軸的使用壽命［17］。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： 陽dl /I 1I/ \/ 口 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 由行星齒輪的支承長度為L=1.1M17球19mm,根據(jù)安裝時候的方便選擇軸頸的 長度Li為20mm；而行星齒輪安裝孔的孔徑4=17mm,所以軸頸的直徑外預(yù)選為 17mm。 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

40、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，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)計計算 墊圈是墊在連接件與螺母間的零件，一般為扁平形的金屬環(huán)，用來保護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］0 在差速器傳遞轉(zhuǎn)矩的時候，行星齒輪和半軸齒輪都要受到很大的軸向力，而齒輪和差速器之間又有相對運動，所以要用墊圈

41、來減少磨損。差速器要用到兩個墊圈，一個墊圈是半軸齒輪支承墊圈，選取為圓形平墊圈，其中一個是軟質(zhì)地的，一個是硬質(zhì)地的，其主要作用是增大接觸面積，分散壓力，防止壓壞。另一個是差速器行星齒輪支承墊圈，根據(jù)相關(guān)要求選取為球面墊圈，墊圈將行星齒輪和行星十字軸固定在一起傳遞轉(zhuǎn)矩［20］。 3.4.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計 如下圖所示：為平墊圈的結(jié)構(gòu)方案簡圖 D1 /D2 /T —一h| <1 (a)(b) 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50mm,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50mm,初步預(yù)選安裝孔直徑D2為50.5

42、mm,由圖根據(jù)安裝的簡易程度選取墊圈的厚度h為8mm,選用的材料是65Mn。 3.4.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計 D2 D1 圖3-3球面墊圈 由行星齒輪十字軸軸頸的直徑為17mm,根據(jù)裝配關(guān)系選擇球型墊圈的安裝孔, 直徑口2為17mm,厚度h為7mm,選用的材料是Q235A。 4差速器標準零件的選用 4.1 螺栓的選用和螺栓的材料 螺栓的種類很多，隨著機械及其他相關(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）、六角頭較制孔用螺栓、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

43、螺栓為M14M1.5,細牙螺紋，擰緊力矩為137.2~156.8Nm,即為GB/T5782M14義1.5。 現(xiàn)在生產(chǎn)螺栓的原材料一般是碳素鋼、不銹鋼、銅三種，為了加強螺栓的強度，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。在機械行業(yè)、汽車行業(yè)以及相關(guān)行業(yè)，經(jīng)過幾年的發(fā)展，螺母的種類和型號也越來越齊全。根據(jù)差速器已選定的尺寸為M14黑1.5的螺栓，所以由裝配關(guān)系選擇差速器螺母應(yīng)該為M14的，性能等級為8 級的，不經(jīng)過表面處理的六角螺母，即：GB/T6170M14。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

44、素鋼、不銹鋼、銅三種，為了加強螺栓的強度，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。根據(jù)裝配關(guān)系和連接零件的形狀來選用軸承，在此選擇的軸承為圓錐滾子軸承［22］0由差速器的計算數(shù)據(jù)，參考資料取差速器軸承外徑為130mm,內(nèi)彳全為75mm。參考《機械設(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 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］0由十字軸的半徑要求，參考《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》GB/T109

45、6-2003,選取平鍵的尺寸為8M7mm,鍵的長度為20mm,材料選擇45鋼。4.5差速器殼體設(shè)計 為制造和加工方便，差速器的殼體采用鑄造制成，材料為HT200,結(jié)構(gòu)為剖分式結(jié)構(gòu)。具體尺寸根據(jù)裝配進行設(shè)計。 圖4-2差速器下殼 5差速器總成的裝配和調(diào)整 5.1差速器總成的裝配 設(shè)計完差速器的組成部件就要對差速器進行裝配。工業(yè)上裝配的步驟如下： （1）用壓力機將軸承的內(nèi)圈壓入左右差速器的半軸軸頸上； （2）把差速器殼放在工作臺上，在與行星齒輪和半軸齒輪相配合的工作面上涂 抹機油，將半軸齒輪平面墊圈連同半軸齒輪一起裝入，將已裝好行星齒輪和球面墊圈 的十字軸裝入左差

46、速器殼的十字槽中，并使行星齒輪與半軸齒輪嚙合。行星齒輪上裝 上右邊的半軸齒輪、平面墊圈，將差速器右殼合到左殼上，注意對準殼體上的合件標 記，從右向左插入螺栓，在螺栓左端套上鎖片，用螺母左端套上鎖片，用螺母緊固， 半軸齒輪支撐斷面與支承墊圈間的間隙應(yīng)不大于0.5mm。 （3）將從動錐齒輪裝到差速器左殼上，用螺栓鎖緊[24]。 5.2差速器總成的裝配 齒輪嚙合間隙的調(diào)整方法：正確的齒輪嚙合間隙范圍應(yīng)該為0.15~0.4mm,而一 對齒輪的齒輪間隙變動為0.15mm。如：一對嚙合齒輪白最小齒輪間隙為0.15mm, 則最大間隙只能為0.30mm，若最大齒輪間隙為0.40mm，則最小齒輪

47、間隙為0.25mm 等。齒輪的嚙合間隙的調(diào)整可用移動差速器軸承的調(diào)整螺母達到。由于差速器軸承的 預(yù)緊度已經(jīng)預(yù)先調(diào)好，因此調(diào)整嚙合間隙時，一側(cè)的調(diào)整螺母松或者是緊多少，另一 側(cè)的調(diào)整螺母也要松或者是緊多少，以便差速器軸承的預(yù)緊度保持不變[25]。 結(jié)束語 本次畢業(yè)設(shè)計是以解放CA1092型汽車差速器作為研究對象，對差速器的結(jié)構(gòu)和 作用進行分析后，對差速器零部件進行設(shè)計及計算，繪制各個零部件圖紙及裝配圖， 最后繪制出三維實體，實現(xiàn)裝配動畫。同時自己也設(shè)計出了比較理想的汽車差速器， 可以滿足汽車轉(zhuǎn)彎時左右車輪速度和轉(zhuǎn)矩的相關(guān)對應(yīng)要求。主要完成如下任務(wù)： （ 1） 差速器半軸齒輪的設(shè)

48、計及材料選擇。 （ 2） 差速器行星齒輪的設(shè)計及材料選擇。 （ 3） 差速器十字軸的設(shè)計及材料選擇。 （ 4） 差速器標準零件的選用。 （ 5） 差速器外殼的選擇。 此設(shè)計屬一般性難度，適宜作為畢業(yè)設(shè)計的題目。但是本設(shè)計還有待完善，只是 根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗公式一步步推算，對于創(chuàng)新方面還需要有提高。 致謝 為期一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計基本已經(jīng)結(jié)束了，回顧整個設(shè)計過程,我覺得受益匪淺。 畢業(yè)設(shè)計既是對大學(xué)幾年學(xué)習(xí)情況的綜合檢測，也是畢業(yè)之前理論與實踐相結(jié)合的一 個強化過程，對即將踏入工作階段學(xué)習(xí)的我具有很大的幫助，也能讓我們學(xué)到很多。 在此畢業(yè)設(shè)計中，是對以前的知識初步回顧，彌補了

49、自己以前沒有學(xué)好的課程，尤其 加深了對減速器的理解。 本次差速器的設(shè)計主要經(jīng)過三個階段。第一階段是實習(xí)即資料收集階段，第二階 段是整理資料,第三階段是正式設(shè)計階段。在第一階段我們充分利用圖書館及互聯(lián)網(wǎng)， 以及之前通過金工實習(xí)和外出實習(xí)等其他渠道的學(xué)習(xí)，對所設(shè)計課題有了初步的了 解，首先使我對課題有了一個感性的認識，獲得了很多關(guān)于差速器的資料，這些資料 在我的整個設(shè)計中起到很大的作用。第二階段是重點整理分析所收集的資料，分析和 掌握差速器的工作原理及特點等，大致構(gòu)思出本次的設(shè)計思路。第三階段進行設(shè)計計 算，繪制草圖和計算機圖樣，編寫設(shè)計說明書。 除了學(xué)習(xí)到與差速器相關(guān)的大量知識

50、外，應(yīng)特別說明的是，本次設(shè)計的完成，極 大地鍛煉了我的實際動手能力，包括機械設(shè)計的基本步驟，方案的確定，工具書的查 找，機械制圖能力的考驗，計算機繪圖能力的加強等等，這為我以后在工作階段的機 械設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)，這樣一來我就能在以后的設(shè)計中很好的去適應(yīng)這個過程， 這一點對于一個設(shè)計人員來說是十分重要的。 在此要特別感謝楊建偉老師對我的指導(dǎo)和教誨，他不辭辛苦，在百忙中抽出時 間來對我的設(shè)計分析，給予難點、疑點的講解，并指出了我設(shè)計中的錯誤，讓我能在 有限的時間里做出修改，得到有效的成果。在楊老師這么多年的教學(xué)經(jīng)驗和科研成果 的引導(dǎo)下，更讓我學(xué)習(xí)做到知識、學(xué)問務(wù)必追求嚴謹、務(wù)實

51、的學(xué)習(xí)態(tài)度，認識到成績 是踏踏實實做出來的。在楊老師的幫助和自己的努力下，我的畢業(yè)設(shè)計得以圓滿完成， 對楊老師表示衷心地感謝。 參考文獻 [1] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,1981:98-141. [2] 劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001:165-171. [3] 候運豐,劉雨.托森差速器的傳動特性分析[J].北京:機械工業(yè)出版社,2008,25(3). [4] 吉林大學(xué)汽車工程系.汽車構(gòu)造[M].北京:人民交通出版社,2006:1-10. [5] 成偉華.汽車概論[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2008:6-10. [6] 王望予.汽

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