差速器設計

差速器設計,差速器,設計 摘 要 在去年金融危機的影響下，汽車產(chǎn)業(yè)結構的重組給汽車的發(fā)展帶來了新的機遇，與汽車相關的各行各業(yè)更加注重汽車的質(zhì)量。差速器作為汽車必不可少的組成部分之一也在汽車市場上產(chǎn)生了激烈的競爭。此次就是針對汽車差速器這一零件進行設計的。本次設計主要對安裝在驅動橋的兩個半軸之間的差速器進行設計，主要涉及到了差速器非標準零件如齒輪結構和標準零件設計計算，同時也介紹了差速器的發(fā)展現(xiàn)狀和差速器的種類。對于差速器的方案選擇和工作原理也作出了簡略的說明。在設計中參考了大量的文獻，因此對差速器的結構和作用有了更透徹的了解。再設計出合理適用的差速器的同時也對差速器相關的行業(yè)有了一定得認識。通過繪制差速器的組件圖也讓我在學習方面得到了提高。 關鍵詞：差速器、齒輪結構、設計計算 Abstract Abstract In the last year under the impact of financial crisis, automotive industrial restructuring brought about by the development of motor vehicles to new opportunities, and automotive related businesses pay more attention to the quality of cars. Differential as an integral part of car, one of the automotive market also resulted in fierce competition. The differential is the spare parts for motor vehicles designed. The design of the main drivers on the installation of the bridge in between the two axle differential design, mainly related to the differential struct -ure of non-standard parts such as gear parts and standards for design and calculation, but also introduced the development of differential status and the type of differential. For differential selection and the principle of the program have also made a brief note. Reference in the desi -gn of a large amount of literature on the role of differential structure and have a more thoro -ugh understanding. Re-engineering the application of a reasonable differential at the same time also has been related industries must be aware of. Differential through the mapping component map also let me in the field of learning has been improved. Keywords:differential, gear structure,design 店長鏈接：www.5201314cad.com 淘寶店鋪 5201314cad.taobao.com ；本小店也接代畫CAD、preo/e業(yè)務；難度視尺寸及標注數(shù)量而定 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 I 第一章 概述 1 1.1汽車差速器的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2汽車差速器的功用及其分類 2 1.3課題設計初始數(shù)據(jù)的來源與依據(jù) 6 第二章 差速器的設計方案 8 2.1差速器的方案選擇及結構分析 8 2.2差速器的工作原理 9 第三章 差速器非標準零件的設計 12 3.1對稱式行星齒輪設計計算 12 3.1.1對稱式行星齒輪參數(shù)確定 12 3.1.2差速器齒輪幾何計算圖表 13 3.1.3差速器齒輪的材料 15 3.1.4差速器齒輪強度的計算 15 3.2差速器行星齒輪軸的設計計算 16 3.2.1行星齒輪軸的分類及選用 16 3.2.2行星齒輪軸的尺寸設計 17 3.2.3行星齒輪軸的材料 17 3.3差速器墊圈的設計計算 17 3.3.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設計 18 3.3.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 18 第四章 差速器標準零件的選用 19 4.1螺栓的選用和螺栓的材料 19 4.2螺母的選用何螺母的材料 19 4.3差速器軸承的選用 19 第五章差速器總成的裝復和調(diào)整 21 5.1差速器總成的裝復 21 5.2差速器的零部件的調(diào)整 21 小結 22 致 謝 23 參考文獻 24 - 27 - 課程設計說明書 第一章 概述 1.1汽車差速器的發(fā)展現(xiàn)狀 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”。如圖1-1所示普通差速器的結構分解圖。 本世紀六七十年代，世界經(jīng)濟發(fā)展進入了一個高速增長期，而去年開始的全球金融危機又讓汽車產(chǎn)業(yè)在危機中有了發(fā)展的機遇，在世界各處都有廣闊的市場。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變，正處于由大到強的發(fā)展階段。由小到大是一個量變的過程，科學發(fā)展觀對它的影響或許僅限于速度和時間，但是由大到強卻是一個質(zhì)變的過程，能否順利完成這一個蛻變，科學發(fā)展觀起著至關重要的作用。然而在這個轉型和調(diào)整的關鍵時刻，提高汽車車輛、石油化工、電力通訊差速器的精度、可靠性是中國差速器行業(yè)的緊迫任務。 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)擴張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵汽車差速器產(chǎn)業(yè)向高技術產(chǎn)品方向發(fā)展，國企企業(yè)新增投資項目逐漸增多。投資者對汽車差速器行業(yè)的關注越來越密切，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構，它能解決在其他差速器內(nèi)差動轉矩較小時不能起差速作用的問題和轉矩較大時不能自動將差速器鎖死的問題。下面圖1-1為普通差速器的結構分解圖。這次設計的輪邊差速器主要是為克服輪間差速器安裝調(diào)整不方便，還有因為要布置差速器也使從動齒輪的尺寸受到限制等缺點來設計的。輪邊差速器是安裝在驅動輪的輪轂內(nèi)，差速器殼通過行星齒輪軸固定行星齒輪.行星齒輪與半軸齒輪齒合. 絕對直線行駛時.差速器殼和行星齒輪(行星齒輪與半軸齒輪不發(fā)生相對轉動)一同隨減速器被動齒輪轉動.稱為公轉. 行星齒輪饒自身軸線轉動稱之自轉.將兩輪懸空.自轉方向相反,轉速相同. 在轉彎時,行星齒輪自轉的同時還和差速器殼一起公轉.實現(xiàn)兩邊不等速。 這里我們著重介紹一下一種新型差速器為LMC?；ユi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)的新型差速器預計2009年批量生產(chǎn)，2010年達到驗收。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、越野性、可靠性、安全性和經(jīng)濟性，能夠滿足很多不同條件和不同情況下的車輛要求。這種純機械、非液壓、非液粘、非電控的中央差速分動裝置，已申報了美、英、日、韓、俄羅斯等19個國家的專利保護，這一技術不僅僅是一項中國發(fā)明，也是一項世界發(fā)明。LMC?；ユi差速器是由多種類的齒輪系統(tǒng)及相應的軸、殼體組成，具備傳統(tǒng)汽車的前輪和后輪輪間差速器、前后橋軸間差速器。LMC?；ユi差速分動器通過四支傳動軸和輪邊減速器帶動四個車輪，實現(xiàn)每個車輪獨立驅動，在有兩個車輪打滑的情況下仍能正常行駛，在冰雪路面、泥濘路面、無路路面上有其獨特優(yōu)勢，可以徹底解決傳統(tǒng)四驅汽車的不足：如不能高速行駛；車輪打滑不能正常行駛；不能實現(xiàn)軸間差速；高油耗問題、功率循環(huán)問題；四驅轉換麻煩等。裝有LMC常互鎖差速分動器的車輛具有以下優(yōu)點： （1）提高車輛的通過性：具有混合差速，LMC?；ユi差速分動器可實現(xiàn)輪間、軸間、對角任意混合差速和鎖止，任何情況下單個車輪、對角線雙輪不會發(fā)生滑轉，即使單個車輪懸空，車輛仍有驅動力而能正常行駛。 （2）提高汽車的傳動系的壽命和可靠性：因實現(xiàn)了任意差速，消除了功率循環(huán)，克服了分時四驅在四驅狀態(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，無需增加操縱機構。 （4）具有良好的經(jīng)濟性：功能領先、制造成本低，維修簡便、節(jié)油，經(jīng)濟環(huán)保，產(chǎn)品適用性廣。 LMC常互鎖差速分動器的研發(fā)是在經(jīng)濟刺激的影響下產(chǎn)生的產(chǎn)品，符合我國國情的需要。 1.2 汽車差速器的功用 差速器的功用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作純滾動運動。 圖1-1 汽車轉彎時驅動輪運動示意圖 汽車行駛時，左右輪在同一時間內(nèi)所滾動的路程往往不等。如圖1-1所示，在轉彎時內(nèi)、外兩側車輪轉彎半徑R1和R2不同，行程顯然不同，即外側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，由于路面波形不同也會造成兩側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。如果驅動橋的左、右車輪鋼性連接，則行駛時不可避免地會產(chǎn)生驅動輪在路面上滑移或是滑轉。這樣不僅會加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗。而且可能導致轉向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車就要安裝差速器，從而保證了驅動橋兩側車輪在行程不等時具有不同的旋轉角速度，滿足了汽車行駛運動學的要求。而為了方便安裝和調(diào)試差速器，還解決現(xiàn)在差速器的從動齒輪尺寸不受限制所以設計了安裝在輪轂的差速器稱為輪邊差速器，在兩軸間分配轉矩，保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉動。使汽車行駛時能作純滾動運動，提高了車輛的通過性。 差速器按其結構不同可以分為以下幾種形式： 1. 齒輪式 汽車上廣泛采用的是對稱錐齒輪式差速器，它具有結構簡單、 質(zhì)量小等優(yōu)點。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強鎖止式差速器等。 2. 凸輪式 現(xiàn)在常見的是滑塊凸輪式差速器，它是一種高摩擦自鎖差速器，結構緊湊、質(zhì)量小、但是結構較復雜。 3. 蝸輪式 蝸輪式差速器也是一種高摩擦自鎖差速器，這種差速器結構復雜，制造精度要求高，因而限制了它的應用。 4. 牙嵌式 牙嵌式自由輪差速器是自鎖式差速器的一種，該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復雜。 1.3 差速器的主要結構形式介紹 (一)齒輪式差速器 汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結構簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，應用廣泛。他又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等 1．普通錐齒輪式差速器 由于普通錐齒輪式差速器結構簡單、工作平穩(wěn)可靠，所以廣泛應用于一般使用條件的汽車驅動橋中。圖1-2為其示意圖，圖中ω0為差速器殼的角速度；ω1、ω2分別為左、右兩半軸的角速度；To為差速器殼接受的轉矩；Tr為差速器的內(nèi)摩擦力矩；T1、T2分別為左、右兩半軸對差速器的反轉矩。 圖1-2 普通錐齒輪式差速器 普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)是一般為0．05～0．15，兩半軸轉矩比kb=1．11～1．35，這說明左、右半軸的轉矩差別不大，故可以認為分配給兩半軸的轉矩大致相等，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。但當汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側驅動車輪與地面的附著系數(shù)很小時，盡管另一側車輪與地面有良好的附著，其驅動轉矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側同樣減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。 2.摩擦片式差速器 為了增加差速器的內(nèi)摩擦力矩，在半軸齒輪7與差速器殼1之間裝上了摩擦片2(圖1-3)。兩根行星齒輪軸5互相垂直，軸的兩端制成V形面4與差速器殼孔上的V形面相配，兩個行星齒輪軸5的V形面是反向安裝的。每個半軸齒輪背面有壓盤3和主、從動摩擦片2，主、從動摩擦片2分別經(jīng)花鍵與差速器殼1和壓盤3相連。 圖1-3 摩擦片式差速器 摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)k可達0．6，可達4。這種差速器結構簡單，工作平穩(wěn)，可明顯提高汽車通過性。 3．強制鎖止式差速器 當一個驅動輪處于附著系數(shù)較小的路面時，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)，使牽對于裝有強制鎖止式差速器的4X2型汽車，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。 強制鎖止式差速器可充分利用原差速器結構，其結構簡單，操作方便。目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車上都裝用差速鎖。 (二)滑塊凸輪式差速器 圖1-4為雙排徑向滑塊凸輪式差速器。差速器的主動件是與差速器殼1連接在一起的套，套上有兩排徑向孔，滑塊2裝于孔中并可作徑向滑動。滑塊兩端分別與差速器的從動元件內(nèi)凸輪4和外凸輪3接觸。內(nèi)、外凸輪分別與左、右半軸用花鍵連接。當差速器傳遞動力時，主動套帶動滑塊并通過滑塊帶動內(nèi)、外凸輪旋轉，同時允許內(nèi)、外凸輪轉速不等。理論上凸輪形線應是阿基米德螺線，為加工簡單起見，可用圓弧曲線代替。 圖1-4 滑塊凸輪式差速器 (三)蝸輪式差速器 蝸輪式差速器(圖1-5)也是一種高摩擦自鎖差速器。蝸桿2、4同時與行星蝸輪3與半軸蝸輪1、5嚙合，從而組成一行星齒輪系統(tǒng)。 圖1-5 蝸輪式差速器 (四)牙嵌式自由輪差速器 牙嵌式自由輪差速器(圖1-6)是自鎖式差速器的一種。裝有這種差速器的汽車在直線行駛時，主動環(huán)可將由主減速器傳來的轉矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動環(huán)(即左、右半軸)。當一側車輪懸空或進入泥濘、冰雪等路面時，主動環(huán)的轉矩可全部或大部分分配給另一側車輪。當轉彎行駛時，外側車輪有快轉的趨勢，使外側從動環(huán)與主動環(huán)脫開，即中斷對外輪的轉矩傳遞；內(nèi)側車輪有慢轉的趨勢，使內(nèi)側從動環(huán)與主動環(huán)壓得更緊，即主動環(huán)轉矩全部傳給內(nèi)輪。由于該差速器在轉彎時是內(nèi)輪單邊傳動，會引起轉向沉重，當拖帶掛車時尤為突出。此外，由于左、右車輪的轉矩時斷時續(xù)，車輪傳動裝置受的動載荷較大，單邊傳動也使其受較大的載荷。 圖1-6 牙嵌式差速器 牙嵌式自由輪差速器的半軸轉矩比Ab是可變的，最大可為無窮大。該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復雜。 1.4 課題設計初始數(shù)據(jù) 表1-1 參數(shù)表 參數(shù)名稱 數(shù)值 車型???????????????微型客車 驅動形式???????????FR4×2 發(fā)動機位置?????????前置 最高車速???????????Umax=110km/h 最大爬坡度?????????imax≥30% 汽車總質(zhì)量?????????ma=1410kg 滿載時前軸負荷率???40% 外形尺寸???????????總長La×總寬Ba×總高Ha=3496×1445×1841mm3 迎風面積???????????A≈0.85?Ba×Ha 空氣阻力系數(shù)???????CD=0.6 軸距???????????????L=2200mm 前輪距?????????????B1=1440mm 后輪距?????????????B2=1420mm 車輪半徑???????????r=300mm 離合器?????????????單片干式摩擦離合器 變速器?????????????兩軸式、四擋 課程設計說明書 第二章 差速器的設計方案 2.1 差速器的方案選擇及結構分析 根據(jù)微型客車的類型，初步選定差速器的種類為對稱式行星錐齒輪差速器，安裝在驅動橋的兩個半軸之間，通過兩個半軸把動力傳給車輪?，F(xiàn)設計簡圖如下： 圖2-1差速器結構方案圖 如圖2-1，對稱式行星錐齒輪主要是差速器左右殼1和4，兩個半軸齒輪2、2個行星齒輪3、十字軸5。動力傳輸?shù)讲钏倨鳉?，差速器殼帶動十字軸5轉動。十字軸又帶動安裝在它四個軸頸上的行星齒輪3轉動，行星齒輪與半軸齒輪相互嚙合，所以又將轉矩傳遞給半軸齒輪，半軸齒輪與半軸相連，半軸又將動力傳給驅動輪，完成汽車的行駛。其具有結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、安裝方便、調(diào)試簡單等優(yōu)點。 2.1.1 差速器的結構分析 （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。當汽車行駛一定得里程。墊圈磨損后可以通過更換墊圈來調(diào)整齒輪的嚙合間隙，以提高差速器的壽命。 （3）在中、重型汽車上由于需要傳遞的轉矩較大，所以要安裝4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。 2.2 差速器的工作原理 差速器采用對稱式錐齒輪結構，其原理如下圖2-2所示。 圖2-2 差速器差速原理圖 差速器殼3與行星齒輪5連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6固連在一起，故為主動件，設其角速度為ωo;半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為ω1和ω2.A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心點為C，A、B、C三點到差速器旋轉軸線的距離均為r。 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r上的A 、B、C三點的圓周速度都相等，其值為ωor.于是，ω1=ω2=ωo，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。 行星齒輪在公轉的同時也在進行自傳，如圖當行星齒輪4除公轉外，還繞本身的軸5以角速度ω4自轉時，嚙合點A的圓周速度為ω1r=ωor+ω4r4，嚙合點B的圓周速度為ω2r=ωor--ω4r4.于是有 ω1r+ω2r=（ωor+ω4r4）+(ωor--ω4r4) 即 ω1+ω2=2ωo 若角速度以每分鐘轉數(shù)n表示，則 n1+n2=2no （2-1） 式（2-1）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式齒輪差速器的運動性方程式。它表明左右兩側半軸齒輪的轉速之和等于差速器殼轉速的兩倍，而與行星齒輪轉速無關。因此，在汽車轉彎行駛或其他行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應轉速自轉，使兩側驅動車輪以不同轉速在地面上滾動而無滑動。 由式（2--1）可得知：①當任何一側半軸齒輪的轉速為零時，另一側半軸齒輪的轉速為差速器殼轉速的兩倍；②當差速器殼轉速為零時，若一側半軸齒輪受到其他外來力矩而轉動，則另一側半軸齒輪即以相同的轉速反向轉動。 對稱式錐齒輪差速器的轉矩分配ＭO：由主減速器傳來的轉矩，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時，總是將轉矩ＭO平均分配給左、右兩半軸齒輪，即Ｍ1=Ｍ2=Ｍ0／2。 當兩半軸齒輪以不同的轉速朝相同的方向轉動時，設左半軸轉速n1大于右半軸轉速n2，則行星齒輪將按順時針的方向繞行星齒輪軸自轉。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圓周力，因此當左、右驅動車輪存在轉速差時，Ｍ1=（Ｍ0--Ｍr）／2，Ｍ2=（Ｍ0+Ｍr）／2.左、右車輪上的轉矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩Ｍr。 為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉矩分配特性，常以鎖緊系數(shù)K表示 K=（Ｍ2--Ｍ1）／Ｍ0=Ｍr／Ｍ0 差速器內(nèi)摩擦力矩Ｍr和其輸入轉矩Ｍ0（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數(shù)K。快慢半軸的轉矩之比Ｍ2／Ｍ1定義為轉矩比，以 Kb=Ｍ2／Ｍ1=(1+K) ／(1-K) 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=0.05~0.15，轉矩比Kb為1.1~1.4.可以認為，無論左、右驅動車輪轉速是否相等，其轉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彎行駛時，都是令人滿意。但是當汽車在壞的路面行駛時，卻嚴重影響了通過能力。例如，當汽車的一個驅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，而在好路面上的車輪靜止不動。這是因為在泥濘路面上車輪與路面上車輪與路面之間附著力很小，路面只能對半軸作用很小的反作用很小的反作用轉矩，雖然另一車輪與好路面間的附著力較大，但因對稱式錐齒輪差速器具有轉矩平均分配的特性，使這一個車輪分配到的轉矩只能與傳到滑轉的驅動車輪上的很小的轉矩相等，致使總的驅動力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進。 在圖2-3容易看出汽車在直線行駛時候兩半軸的轉速相等和在轉彎行駛時實現(xiàn)兩半軸轉速不等： 圖2-3 差速器工作時轉矩變化圖 當汽車在直線行駛時，此時行星齒輪軸將轉距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉速恒等于差速器殼的轉速，傳遞給左右車輪的轉矩也是相等的。此時左右車輪的轉速時相等的。 而當汽車轉彎行駛時，其中一個半軸轉動一個角，兩半軸的轉矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個轉速大，一個轉速小，此時汽車就平穩(wěn)地完成了轉彎行駛。 課程設計說明書 第三章 差速器非標準零件的設計 由于差速器殼上裝著主減速器的從動齒輪，所以差速器的從動錐齒輪尺寸受到主減速器從動齒輪軸承支承座以及主動齒輪導向軸承座的限制。而因為此次設計的是安裝在驅動橋的兩個半軸之間的差速器，所以尺寸受到軸承座的限制。輪邊差速器的非標準零主要有從動錐齒輪（對稱式錐齒輪）、行星齒輪軸（十字軸）等等。 3.1對稱式行星齒輪設計計算 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，所以如何把齒輪設計得更加優(yōu)化就顯得更加重要。如下圖3-1為行星齒輪初步方案圖。 圖3-1行星齒輪的方案圖 3.1.1對稱式行星齒輪參數(shù)確定 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，反之就取四個。而微型客車選擇的是兩個行星齒輪，即n=2。 2.行星齒輪球面半徑的確定RB以及節(jié)錐距A0的計算 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，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實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)錐距的大小和承載能力即是強度。 球面半徑可按照如下公式確定： mm （3-1） 上式中： KB——為行星齒輪球面半徑系數(shù)。可取2.52~2.99，對于有2個行星齒輪的微型客車取小值；對于有四個行星齒輪的乘用車和礦用車取最大值； T——為差速器計算轉矩（N.m）,T=min［Tce,Tcs］;取Tce和Tcs的較小值； RB——為球面半徑。 轉矩的計算 （3-2） 上式中： rr——為車輪的滾動半徑， 取rr=0.3m； igh——變速器最高檔傳動比。igh =1 根據(jù)所選定的主減速比i0值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級、雙級等以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車總布置所要求的離地間隙相適應。 把nn=5200r/n ；vamax=110km/h； rr=0.3m ； igh=1代入（3-2）中 計算出 io=5.35； 從動錐齒輪計算轉矩Tce （3-3） 上式中： Tce——計算轉矩，Nm； Temax——發(fā)動機最大轉矩；Temax =158 Nm n——為驅動橋數(shù)，取1； if——為變速器傳動比，if=3.704； i0——為主減速器傳動比，i0=5.35； η——為變速器傳動效率，η=0.96； k——為液力變矩器變矩系數(shù)，k =1； k d——為由于猛接離合器而產(chǎn)生的動載系數(shù)，k d=1； i1——為變速器最低擋傳動比，i1=1； 代入式（3—3）中，有： Tce=3005.4Nm 主動錐齒輪計算轉矩Tcs =8960.4Nm.T取較小值，即有T= Tce=3005.4Nm； 將以上數(shù)據(jù)代入式（3-1）有 =2.7=40mm 而行星齒輪節(jié)錐距A0為：A0=（0.98~0.99）=（0.98~0.99）40=40mm 所以預選其節(jié)錐距A=40mm 3.行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)計算 (1)行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的確定 為了使輪齒獲得較高的強度，希望取得較大的模數(shù)，但是尺寸會增大影響差速器的安裝，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)Z1應該取少一些，但Z1一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)一般采用14～25之間，大多數(shù)汽車的行星齒輪與半軸齒輪的齒數(shù)Z2比Z1/Z2在1.5～2.0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，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，應考慮它們之間的裝配關系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(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，即應滿足的安裝條件為： (3-4) 上式中： Z2L、Z2R ——為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=Z2R； ——為行星齒輪數(shù)目； ——任意整數(shù)。 根據(jù)上述可在此Z1=12；Z2=20 ， 滿足以上要求。 （2）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 首先可以根據(jù)下面公式求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角，； = =90°-° （3-5） 將=12，=20代入上述式子中可求得 =30.96° ；=59.04° 第二步再按下式求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m m====3.35 查閱相關文獻可取m=4mm 最后而根據(jù)齒輪設計計算公式即有： ; d2=mz2=4×20=80mm 4.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)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，在此選22.5°的壓力角。某些總質(zhì)量較大的商用車采用25°壓力角以提高齒輪強度。 5.行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L 行星齒輪的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就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常取： （3-6） （3-7） （3-8） 上面式中：——為差速器傳遞的轉矩，N·m；在此取3320.4N·m ——為行星齒輪的數(shù)目；在此取為4 ——為行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x，mm，約為半軸齒輪齒寬中點處平均直徑的一半即是 ≈0.5 d2’， d2’為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而d2’=0.8 d2； ——為支承面的許用擠壓應力，在此取69 MPa 根據(jù)上式有 d2’=0.8×80=64mm ； =0.5×64=32mm 將上述計算出的結果代入到式（3-6）和（3-7）中即可得 φ≈28mm ； L=20.24≈20mm 3.1.2差速器齒輪幾何計算圖表 表3-1 差速器幾何計算圖表 序號 名稱 計算公式 計算結果 1 行星齒輪齒數(shù) ≥10，應盡量取最小值 =12 2 半軸齒輪齒數(shù) =14～25，且需滿足式（1-4） =20 3 模數(shù) =4mm 4 齒面寬 b=(0.25～0.30)A;b≤10m 20mm 5 工作齒高 =6.4mm 6 全齒高 7.203 7 壓力角 22.5° 8 軸交角 =90° 9 節(jié)圓直徑 ； 10 節(jié)錐角 ， =30.96°， 11 節(jié)錐距 =40mm 12 周節(jié) =3.1416 =12.56mm 13 齒頂高 ; =4.14mm =2.25mm 14 齒根高 =1.788-; =1.788- =3.012mm; =4.9mm 15 徑向間隙 =-=0.188+0.051 =0.803mm 16 齒根角 =; =4.32°; =6.98° 17 面錐角 ； =35.28°；=66.01° 18 根錐角 ； =26.64°=52.05° 19 外圓直徑 ； mm mm 20 節(jié)圓頂點至齒輪外緣距離 mm mm 21 理論弧齒厚 =5.92 mm =6.63 mm 22 齒側間隙 =0.245～0.330 mm =0.250mm 23 弦齒厚 =5.269mm =6.49mm 24 弦齒高 =4.29mm =2.32mm 3.1.3差速器齒輪的材料 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用。要考慮齒輪的許用應力和彎曲強度，此次選用的齒輪材料為20CrMnTi。查閱《工程材料》相關資料可知此材料的許用應力為[210 MPa ~980MPa]。 3.1.4差速器齒輪強度的計算 差速器齒輪的尺寸受結構限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當汽車轉彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側車輪打滑而滑轉時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此對于差速器齒輪主要應進行彎曲強度校核。輪齒彎曲強度為: MPa (3-9) 上式中： ——為差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉矩，其計算式在此將取為498.06N·m； ——為差速器的行星齒輪數(shù)； b2、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， 　　　　　 當ｍ時，，在此＝0.629； 　 ——為載荷分配系數(shù)，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，＝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。 　 ——為質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅動橋齒輪，當齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取1.0； ——為計算汽車差速器齒輪彎曲應力用的綜合系數(shù)，參照圖3-2可取=0.225。 當T=min［Tce,Tcs］時，[]=980 Mpa；當T= Tcf時，[]=210Mpa。 圖3-2 彎曲計算用綜合系數(shù) 根據(jù)上式（3—9）可得： ==478.6MPa〈980 MPa 所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。 3.2差速器行星齒輪軸的設計計算 3.2.1行星齒輪軸的分類及選用 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，在小型汽車上由于轉矩不大，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矩，可以有效的提高軸的使用壽命。 此次設計主要參考微型客車，所以選用的是行星齒輪一字軸。 3.2.2行星齒輪軸的尺寸設計 由行星齒輪的支承長度為≈20mm，根據(jù)安裝時候的方便選擇軸頸的長度為L1為45 mm；而行星齒輪安裝孔的直徑d1為22mm，所以軸頸的直徑d2預選為22mm。 3.2.3行星齒輪軸的材料 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，對應力集中敏感性比合金鋼低，應用較為廣泛，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。 3.3差速器墊圈的設計計算 墊圈是墊在連接件與螺母之間的零件，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。 在差速器傳遞轉矩的時候。行星齒輪和半軸齒輪要受到很大的軸向力，而齒輪和差速器殼之間又有相對運動，所以要用墊圈以減少磨損。差速器要用到兩個墊圈，一個墊圈是半軸齒輪支承墊圈為圓形平墊圈，連接件一個是軟質(zhì)地的，一個是硬質(zhì)地較脆的，其主要作用是增大接觸面積，分散壓力，防止把質(zhì)地遠的壓壞。另外一個是差速器行星齒輪支承墊圈為球面墊圈。球面墊圈將行星齒輪和行星十字軸固定在一起傳遞轉矩。 3.3.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設計 如下圖3-4所示：為平墊圈的結構方案簡圖。 圖3-4 平墊圈 參考微型客車的半軸直徑的數(shù)據(jù)為50mm,如圖3-4（a）所示，按照裝配關系可選擇半軸齒輪平墊圈的安裝孔直徑D要大于50 mm，初步預選安裝孔直徑D2為50.5mm，由圖3-4（b）根據(jù)安裝簡易程度選取墊圈的厚度h為1.6mm.選用的材料是聚甲醛塑料。 3.3.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 圖3-5 球面墊圈 由一字軸軸頸的直徑為22mm，根據(jù)裝配關系選擇球形墊圈的安裝孔直徑D2為22mm，厚度h為1.1mm,選用的材料是聚甲醛塑料。 【一級標題】 第四章 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）、六角頭鉸制孔用螺栓、六角頭螺桿帶孔螺栓等。 而微型客車載貨車在1984年以前的連接后橋從動錐齒輪和左差速器殼的12個M12×1.5的螺栓改為M14×1.5的螺栓。1984年以前的連接螺栓擰緊后容易發(fā)熱松動，松動的原因為大齒輪與差速器左殼之間沒有傳動銷，螺栓的擰緊力矩不足[僅為784~98Nm],擰緊力矩所造成的從動齒輪與差速器左殼貼合面之間的摩擦力矩，不足以承受由于汽車行駛工況經(jīng)常變化，所導致的交變載荷，造成貼合面間的松動。因此，從動齒輪與差速器左殼之間的連接螺栓要有足夠大的擰緊力矩，大的擰緊力矩要求較大直徑的連接螺栓。因此，在生產(chǎn)條件的允許下，將連接螺栓加大為M14×1.5，擰緊力矩加大為137.2~156.8 Nm，使情況有了較大的改善，而現(xiàn)在使用的是六角頭螺栓，尺寸為 M14×1.5，細牙螺紋。即為GB/T 5782 M14×1.5. 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 我們課本上所學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 M14×1.5的螺栓，所以由裝配關系選擇差速器螺母應該為M14的，性能等級為8級的，不經(jīng)過表面處理、A及的I型六角螺母：即是GB/T6170 M14.符合微型客車的螺栓要求。 現(xiàn)在一般生產(chǎn)地螺母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。 4.3差速器軸承的選用 軸承是支撐著軸的零件。可以引導軸的旋轉，也可以承受軸上空轉的零件。根據(jù)裝配關系和連接零件的形狀選用的軸承為圓錐滾子軸承。由差速器和半軸的計算數(shù)據(jù)可取差速器軸承外徑為80 mm左右，內(nèi)徑為50 mm左右。參考《機械設計課程設計手冊》選取的圓錐滾子軸承的型號是7510E GB/T 297---1994. 課程設計說明書 第五章 差速器總成的裝配和調(diào)整 5.1 差速器總成的裝配 設計完差速器的組成部件就要對差速器進行裝配。工業(yè)上裝配步驟如下： (1) 用壓力機將軸承的內(nèi)圈壓入左右差速器的軸頸上； (2) 把左差速器殼放在工作臺上，在與行星齒輪38，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的十字軸裝入左差速器殼的十字槽中，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，用螺母緊固，半軸齒輪支承端面與支承墊圈間的間隙應不大于0.5mm。 (3) 將從動齒錐齒輪裝到差速器左殼上，用螺栓鎖緊。 5.2差速器的零部件的調(diào)整 齒輪嚙合間隙的調(diào)整：正確的齒輪嚙合間隙范圍為0.15~0.40 mm，而一對齒輪的齒輪間隙變動范圍為0.15 mm。如：一對齒輪的最小齒輪間隙為0.15 mm，則最大間隙只能為0.30 mm，若最大齒輪間隙為0.40 mm，則最小齒輪間隙為0.25 mm等。齒輪的嚙合間隙的調(diào)整可用移動差速器軸承的調(diào)整螺母來達到。由于差速器軸承的預緊度已經(jīng)預先調(diào)好，因此調(diào)整嚙合間隙時，一側的調(diào)整螺母松或緊多少。另一側的調(diào)整螺母也要松或緊多少，以便差速器軸承的預緊度保持不變。 課程設計 小結 在大學的學習過程中，課程設計是一個重要的環(huán)節(jié)，是我們步入社會參與實際的汽車零件設計一次極好的演示，此次我做的設計從最初的選題，到差速器組成部分的設計計算、繪圖直到完成設計。期間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改圖紙等等，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。 在學校提供的實驗設備和實驗條件下，我反復的做了幾次差速器的拆裝實驗，再結合查找的資料，讓自己更深層次的了解了差速器的用途和工作原理，熟悉了差速器的非標準件的設計步驟，鍛煉了自己獨立成功完成實驗的能力，培養(yǎng)了獨立設計的能力。此次課程設計是對我所學公共基礎知識和專業(yè)知識的一次實際檢驗和鞏固，同時也為我走向現(xiàn)在汽車設計的工作崗位前的一次熱身。 在設計中也碰到了很多問題，剛開始并不是很透徹地明白差速器的工作原理以及它在汽車行駛時是如何起到作用的，讓設計很難進行；還有差速器行星錐齒輪的設計參數(shù)的選定以及選用，十字軸尺寸的設計和標準零件的選用都碰到了一些困難，但是經(jīng)過查閱圖書館的資料和網(wǎng)上信息來熟悉零件的特點，再比較所選定零件的優(yōu)劣性以及安裝和調(diào)整難易程度來選用最合適的零件。每攻克一個難題都讓我欣喜的同時也受益匪淺。 在完成課程設計的過程中也收獲了很多，比如學會了查找相關資料的相關標準，也初步學會分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得是前人不懈努力的結果。同時，仍然有很多課題需要后輩去努力完善。也學會了做事應有的態(tài)度和心態(tài)，對出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要童富國正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事半功倍。在收獲很多的同時也暴露了自身的不足，對專業(yè)知識學得不夠深不夠透徹，只從表面去理解，缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次設計是對自己大學四年所學知識的一次大檢閱，使我明白自己的只是還很淺薄，雖然馬上就要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人。 課程設計說明書 致 謝 此次論文歷時一個多月，能夠順利完成并非我一個人的努力，論文從開始選題到現(xiàn)在的順利完成，首先我要感謝我的指導老師羅紅專，在他的身上我學到了對待知識和學習的態(tài)度，他給了我很多幫助，也在我失去信心的時候給了我克服困難的條件，為我的論文的順利完成指出了很好的方向；還要感謝和我分在一組的同學的幫助，感謝他們在給我提供資料的同時也給了我撰寫論文的意見和建議。另外，要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我獲得很多的專業(yè)知識，這也是論文得以完成的基礎。也要感謝學校提供和創(chuàng)造很多讓我們順利完成論文的實驗條件。 在此還要鄭重地感謝我的父母，給我創(chuàng)造上大學的條件，讓我不斷地進步與成熟。讓我擁有更多的資本去完成和完善我以后的人生。 附 錄 參考文獻 [1] 陳家瑞，張建文．汽車構造.北京：機械工業(yè)出版社， 2003年 [2] 王望予、張建文.汽車設計 .北京：機械工業(yè)出版社， 2003年 [3] 顧任安.東風EQ110---1微型客車修理圖冊， 1997年 [4] 張洪欣.汽車設計.北京：機械工業(yè)出版社，1996年 [5] 余志生.汽車理論.北京：機械工業(yè)出版社，2001年 [6] 陳作模等.機械原理.高等教育出版社，2006年 [7] 濮良貴.機械設計.高等教育出版社，2006年 [8] 吳宗澤等.機械設計手冊.高等教育出版社，2006年 [9] 周鳳云.工程材料.華中科技大學出版社，2002年 [10] 吳植民.汽車構造.機械工業(yè)出版社，1990年 [11] 常明.汽車底盤構造.國防工業(yè)出版社，2005年 [12] 第二汽車制造廠.東風載重汽車配件目錄.人民交通出版社，1984年 [13] 李維諤.東風汽車使用問答.湖北人民出版社，1989年 [14] 吳宗澤.機械設計實用手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2004年