汽車差速器設(shè)計(jì)【含11張CAD圖紙、說明書】【QX系列】

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開題報告 題 目 汽車差速器 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 年 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 年 月 日 選題的依據(jù)及意義（包括課題的理論價值和實(shí)踐價值；國內(nèi)外的研究概況等）： 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。但是目前我國的差速器沒有自己的核心技術(shù)產(chǎn)品，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。 汽車發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)離合器、變速器、傳動軸，最后傳送到驅(qū)動橋,再左右分配給半軸驅(qū)動車輪，在這條動力傳送途徑上，驅(qū)動橋是最后一個總成，它的主要部件是減速器和差速器。減速器的作用就是減速增矩，這個功能完全靠齒輪與齒輪之間的嚙合完成，比較容易理解。而差速器 就比較難理解，什么叫差速器，為什么要“差速”？ 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)彎時，每個車輪駛過的距離不相等，即內(nèi)側(cè)車輪比外側(cè)車輪駛過的距離要短。因?yàn)檐囁俚扔谄囆旭偟木嚯x除以通過這段距離所花費(fèi)的時間，所以行駛距離短的車輪轉(zhuǎn)動的速度就慢。同時需要注意的是：前輪較之后輪，所走過的路程是不同的。 對于后輪驅(qū)動型汽車的從動輪，或前輪驅(qū)動型汽車的從動輪來說，不存 在這樣的問題。由于它們之間沒有相互聯(lián)結(jié)，它們彼此獨(dú)立轉(zhuǎn)動。但是兩主動輪間相互是有聯(lián)系的。因此一個引擎或一個變速箱可以同時帶動兩個車輪。如果你的車上沒有差速器，兩個車輪將不得不固定聯(lián)結(jié)在一起，以同一轉(zhuǎn)速驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。這會導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)向困難。此時，為了使汽車能夠轉(zhuǎn)彎，一個輪胎將不得不打滑。對于現(xiàn)代輪胎和混凝土道路來說，要使輪胎打滑則需要很大的外力，這個力通過車橋從一個輪胎傳到另一個輪胎，這樣就給車橋零部件產(chǎn)生很大的應(yīng)力。 汽車差速器是驅(qū)動轎的主件。它主要有三大功用： 把發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力傳輸?shù)杰囕喩希? 充當(dāng)汽車主減速齒輪，在動力傳到車輪之前將傳動系的轉(zhuǎn)速減下來； 將動力傳到車輪上，同時，允許兩輪以不同的輪速轉(zhuǎn)動。 從而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。 差速器在汽車上有很重要的意義，汽車除了直行，還要轉(zhuǎn)彎。在轉(zhuǎn)彎過程中，由于車體存在寬度，左右輪的回轉(zhuǎn)半徑是不一樣大的，也就是說在轉(zhuǎn)彎過程中，左右輪的轉(zhuǎn)速是不一樣的，可早期的汽車左右驅(qū)動輪為剛性連接，輪胎和機(jī)械部件在轉(zhuǎn)彎過程中存在相當(dāng)大的損耗，車輛的壽命受到嚴(yán)重的限制，路易斯.雷諾（法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人）通過一個小小的齒輪機(jī)構(gòu)解決了這個問題，并形象的將其命名為差速器?，F(xiàn)代的差速器已經(jīng)有了越來越優(yōu)良的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛動力和操控性的完美結(jié)合。 國內(nèi)目前的差速器產(chǎn)品大多是通過引進(jìn)而開發(fā)的類型，沒有什么核心的技術(shù)產(chǎn)品，還有一部分是通過進(jìn)口的產(chǎn)品?，F(xiàn)在我國已經(jīng)對差速器有了深入的研究設(shè)計(jì)，但沒有形成一定規(guī)模的工業(yè)化設(shè)計(jì)和制造，所以我們需要在這個領(lǐng)域開發(fā)和生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適合我國國情的重型汽車差速器。 本課題研究內(nèi)容 1. 本設(shè)計(jì)的目的及意義。 2. 差速器結(jié)構(gòu)方案的選擇與設(shè)計(jì)。 3. 差速器總成設(shè)計(jì)。 4. 差速器主要零部件的選擇與設(shè)計(jì)。 5. 其他零件設(shè)計(jì)。 6. 詳細(xì)撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。 本課題研究方案 樣機(jī)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn) 可行性試驗(yàn)通過后，便設(shè)計(jì)和制造汽車差速器的樣機(jī)。樣機(jī)制造好后，再進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，經(jīng)設(shè)計(jì)——制造——試驗(yàn)——修改——制造——試驗(yàn)的幾次循環(huán)，最終使樣機(jī)各項(xiàng)運(yùn)作指標(biāo)達(dá)到規(guī)定的要求，并通過鑒定。 研究的創(chuàng)新之處 1. 改善了汽車后橋差速器圓錐齒輪設(shè)計(jì)方案中應(yīng)力集中。 2. 改善了汽車后橋差速器圓錐齒輪應(yīng)力不合理分布與擴(kuò)展的狀況。 3. 提高了基體的承載能力,減少了斷裂失效的預(yù)期,優(yōu)化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 研究過程(含完成期限) 2009年12月5日　　　　　　　　　　　 下達(dá)畢業(yè)課題任務(wù)書、確認(rèn)課題任務(wù) 2010年4月16日－2010年4月19日 查閱有關(guān)文獻(xiàn)，完成開題報告 2010年4月20日－2010年5月10日 對汽車差速器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和分析 2010年5月11日－2010年6月5日 重點(diǎn)對差速器進(jìn)行分析計(jì)算 2010年6月6日－2010年6月9日　　 撰寫完善畢業(yè)論文并繪制裝配圖和零件圖 2010年6月10日－2010年6月11日　 提交畢業(yè)論文、翻譯文獻(xiàn)并準(zhǔn)備答辯 2010年6月12日 　　 畢業(yè)答辯 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽名： 年 月 日 院系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 NC439212796汽車差速器設(shè)計(jì),專業(yè)： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)導(dǎo)師：,設(shè)計(jì)過程,引言 1.進(jìn)行本設(shè)計(jì)的意義 2. 汽車差速器的發(fā)展趨勢 3.汽車差速器的工作原理 4.汽車差速器的主要結(jié)構(gòu)部件 5.結(jié)論 致謝,引言,對于整車的結(jié)構(gòu)體系來說，差速器只是裝在兩個驅(qū)動半軸之間的一個小軸承?？此莆⒉蛔愕?，但如果沒有它，兩個驅(qū)動半軸之間以剛性連接，左右車輪的轉(zhuǎn)速保持一致，汽車將只能直線行駛，不能轉(zhuǎn)彎。自從一百年前雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯雷諾發(fā)明出差速器后，它就在汽車上發(fā)揮著巨大作用。,進(jìn)行本設(shè)計(jì)的意義,差速器在汽車上有很重要的意義，汽車除了直行，還要轉(zhuǎn)彎。在轉(zhuǎn)彎過程中，由于車體存在寬度，左右輪的回轉(zhuǎn)半徑是不一樣大的，也就是說在轉(zhuǎn)彎過程中，左右輪的轉(zhuǎn)速是不一樣的，可早期的汽車左右驅(qū)動輪為剛性連接，輪胎和機(jī)械部件在轉(zhuǎn)彎過程中存在相當(dāng)大的損耗，車輛的壽命受到嚴(yán)重的限制，路易斯.雷諾（法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人）通過一個小小的齒輪機(jī)構(gòu)解決了這個問題，并形象的將其命名為差速器?，F(xiàn)代的差速器已經(jīng)有了越來越優(yōu)良的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛動力和操控性的完美結(jié)合,汽車差速器的發(fā)展趨勢,,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。但是目前我國的差速器沒有自己的核心技術(shù)產(chǎn)品，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 。 國內(nèi)目前的差速器產(chǎn)品大多是通過引進(jìn)而開發(fā)的類型，沒有什么核心的技術(shù)產(chǎn)品，還有一部分是通過進(jìn)口的產(chǎn)品?，F(xiàn)在我國已經(jīng)對差速器有了深入的研究設(shè)計(jì)，但沒有形成一定規(guī)模的工業(yè)化設(shè)計(jì)和制造，所以我們需要在這個領(lǐng)域開發(fā)和生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適合我國國情的重型汽車差速器。,汽車差速器的工作原理,發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)變速器從動軸進(jìn)入差速器后，直接驅(qū)動差速器殼，再傳遞到行星齒輪，帶動左、右半軸齒輪，進(jìn)而驅(qū)動車輪，左右半軸的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍。當(dāng)汽車直線行駛時，行星齒輪，左、右半軸齒輪和驅(qū)動車輪三者轉(zhuǎn)速相同。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時，由于汽車受力情況發(fā)生變化，反饋在左右半軸上，進(jìn)而破壞差速器原有的平衡，這時轉(zhuǎn)速重新分配，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速增加，重新達(dá)到平衡狀態(tài)，同時，汽車完成轉(zhuǎn)彎動作 。,汽車差速器部件的介紹,如上圖所示： 整個汽車差速器的部件主要包括：太陽輪，行星輪，輸入錐齒輪，驅(qū)動半軸，行星軸，殼體等。,結(jié)論,經(jīng)過本次設(shè)計(jì)我對汽車機(jī)械的了解更加的深入，對我以后的工作有了很好的指示，也讓我明白了做任何事情都會碰到很多的困難，但是戰(zhàn)勝困難才能得到成功。,致謝,感謝各位老師的觀看，因?yàn)樗接邢?，所以是設(shè)計(jì)時可能有不足之處，希望能夠得到各位老師的指導(dǎo)。 謝謝,畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 題 目： 汽車差速器設(shè)計(jì) 作 者： 學(xué) 號 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師： （姓名） （專業(yè)技術(shù)職務(wù)） 評 閱 者： （姓名） （專業(yè)技術(shù)職務(wù)） 年 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 汽車差速器設(shè)計(jì) 摘要：隨著社會的發(fā)展，汽車在生產(chǎn)和生活中的越來越廣泛，差速器是汽車中的重 要部件，其殼體的結(jié)構(gòu)及加工精度直接影響差速器的正常工作，因此研究差速器的 加工方法和工藝的編制是十分必要和有意義的。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有：差速器的工 作原理結(jié)構(gòu)分析，差速器殼體的工藝編制，差速器側(cè)面錐形齒輪、太陽輪（驅(qū)動齒 輪） 、行星齒輪、驅(qū)動半軸、行星軸的設(shè)計(jì)及加工，以及對材料的選擇。在總體設(shè) 計(jì)完成后對不同的零件進(jìn)行了必要的校核計(jì)算，并且對該差速器的使用、維護(hù)及壽 命也進(jìn)行了簡單的分析。隨著科技的發(fā)展，我國關(guān)于差速器的改進(jìn)也逐漸趨于完善， 但是與外國先進(jìn)的機(jī)械相比還是有很大的差距，因此，對加速器的快速研究及發(fā)展 就顯得尤為重要。 通過本次汽車差速器的設(shè)計(jì)過程，我很好的認(rèn)識到了自己的不足，在設(shè)計(jì)過程 中也借鑒了一些我國其它機(jī)械的經(jīng)驗(yàn)，對以后的工作有了新的認(rèn)識。 關(guān)鍵詞：差速器 直齒圓錐齒輪 驅(qū)動半軸 行星軸 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要 Automotive differential Abstract With the development of society, the cars in the production and the life more and more widely, differential is an important part in the car, shell structure and processing accuracy directly affect the normal work of the differential, so the study of processing method and process differential preparation is very necessary and meaningful. Main contents: the design principle of the differential differential shell structure analysis, the craft, the side gears, cone- shaped differential drive gear wheel (planetary gear drive, half of the planetary shaft, design and processing, as well as to the choice of materials. After the completion of the overall design in different parts of the necessary to check calculation, and the use and maintenance of life and make a simple analysis. With the development of science and technology in China, the improvement on differential gradually matured, but compared with foreign advanced mechanical or have a large gap, therefore, the research and development of fast accelerator is particularly important. Through the design process of the car, I differential well known to my own shortcomings, in the design process and some other machinery in China from the experience of working with new knowledge. Keywords：belt conveyor；fixed； Lectotype Design；main parts 目 錄 1 緒論.....................................................................1 1.1 課題研究的背景.........................................................1 1.2 差速器的研究現(xiàn)狀 ......................................................1 1.3 課題研究的具體內(nèi)容及方法...............................................3 2 技術(shù)任務(wù)書(JR) ..........................................................3 2.1 設(shè)計(jì)要求...............................................................3 2.2 結(jié)構(gòu)及其工作原理 ......................................................4 2.3 主要參數(shù)介紹 ..........................................................4 2.4 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案 ....................................................4 3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（SS） ....................................................5 3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 ....................................6 3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) ........................................7 3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ..................................7 3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 ..........................................7 3.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 ...............................................10 3.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 ...............................................12 3.3.4 差速器齒輪的材料 ...................................................13 3.4 驅(qū)動半軸的設(shè)計(jì)........................................................13 3.4.1 半浮式半軸桿部半徑的確定 ...........................................14 3.4.2 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 .................................................16 3.4.3 半軸其他主要參數(shù)的選擇 .............................................17 3.4.4 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 .......................................17 3.4.5 行星齒輪軸的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度計(jì)算 .......................................18 3.4.6 軸承的選擇與校核 ...................................................18 3.5 主減速器從動齒輪的設(shè)計(jì) ...............................................19 3.5.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 ...........................................19 3.5.2 主減速器的減速形式 .................................................19 3.5.3 主減速器的齒輪類型..................................................20 3.5.4 主減速器主、從動錐齒輪的支承型式及安置方法 .........................21 3.5.5 主減速器從動齒輪的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................21 3.5.6 主減速從動齒輪計(jì)算載荷的確定 .......................................23 3.6 驅(qū)動橋殼設(shè)計(jì) .........................................................25 4 使用說明書(SM) .........................................................26 4.1 型號名稱 .............................................................26 4.2 差速器的主要技術(shù)參數(shù) .................................................26 4.3 使用注意事項(xiàng) .........................................................27 4.4 維護(hù)及保養(yǎng) ...........................................................27 5 標(biāo)準(zhǔn)化審查檢驗(yàn)報告(BS) .................................................27 5.1 概述 .................................................................27 5.2 產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件的標(biāo)準(zhǔn)化審查 .......................................27 5.3 新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù) .....................................................27 5.4 新產(chǎn)品貫徹執(zhí)行的各類標(biāo)準(zhǔn) .............................................28 5.5 對改型產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)情況的綜合評價 .........................................29 6 結(jié)論....................................................................29 參考文獻(xiàn) .................................................................30 致謝 .....................................................................31 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 0 - 汽車差速器設(shè)計(jì) 1 緒論 11 課題研究的背景 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，零部件供應(yīng)商和規(guī)模較大的零部件廠把形成自主開發(fā)能力 建設(shè)擺到重要地位，提升產(chǎn)品技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)和主機(jī)廠同步開發(fā)甚至超越主機(jī)廠產(chǎn)品 發(fā)展的優(yōu)勢，這是增強(qiáng)競爭力的關(guān)鍵所在，形成了“引進(jìn)吸收試制一自主創(chuàng)新” 的良性發(fā)展。 在新車型的研發(fā)中，驅(qū)動橋作為汽車傳動系中的一個關(guān)鍵性的部件總成，其性能 直接影響著整車性能。而差速器則是驅(qū)動橋的關(guān)鍵部件之一，其力矩的分配和各構(gòu)件 的強(qiáng)度，直接決定著車輛的轉(zhuǎn)向性能、通過性和可靠性。汽車行駛運(yùn)動學(xué)的要求和實(shí) 際車輪、道路及其相互關(guān)系表明：汽車在行駛過程中，左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過 的路程往往是不相等的，如轉(zhuǎn)彎時內(nèi)側(cè)車輪行程比外側(cè)車輪短。即使汽車作直線行駛， 也會由于左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右兩輪胎的 氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素，引起車輪滾動半徑不相 等。這種情況下，如果驅(qū)動橋的左右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行駛或直線行駛，均 會引起車輪在路面上滑移或滑轉(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，通過和操縱性交壞。為此， ，在驅(qū)動橋的左右輪間都裝有輪間差速器。 在多橋驅(qū)動的汽車上還裝有軸間差速器，以提高通過性，同時避免在驅(qū)動橋間產(chǎn)生功 率循環(huán)及由此引起的附載荷，傳動系零件損壞，輪胎磨損和燃料消耗等。差速器用來 在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉(zhuǎn)動。 國內(nèi)外大多車橋制造企業(yè)所需的差速器都是分別從零部件制造廠購買齒輪，殼體 和墊片等零件，然后自行裝配差速器總成。這種方式，一方面增加了車橋企業(yè)的勞動 量，因此車橋企業(yè)希望根據(jù)需求直接采購差速器總成；另一方面也限制了零部件廠的 利潤空間，而零部件廠也希望產(chǎn)品系統(tǒng)化以提高利潤。因此差速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)以及 強(qiáng)度驗(yàn)證成為雙方都亟待解決的問題。 12 差速器的研究現(xiàn)狀 - 1 - 差速器作為汽車零部件中一個較小的總成，把它單獨(dú)拿來進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析的比較 少，通常都把它作為驅(qū)動橋設(shè)計(jì)的一部分，因此對它的設(shè)計(jì)方法及分析的相關(guān)研究一 般都不夠詳細(xì)具體。 2005年，四川大學(xué)的李建超等人在研究后橋的設(shè)計(jì)過程中對差速器的設(shè)計(jì)從理論 上作了比較完整的闡述。他們詳細(xì)敘述了差速器的類型，分析了差速器的結(jié)構(gòu)，受力 以及運(yùn)動情況。并且列出了差速器設(shè)計(jì)所需的計(jì)算公式，為差速器的設(shè)計(jì)提供了理論 依據(jù)。 2005年，吉林大學(xué)的蔣法國等人對差速器的行星齒輪進(jìn)行了彎曲強(qiáng)度分析，并且 分析了齒根圓角變化對結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明該該差速器行星齒輪的齒根彎曲應(yīng)力在 規(guī)定的范圍內(nèi)，另外隨著齒根圓角半徑的增大齒根應(yīng)力逐漸減小。通過他們的分析為 行星齒輪的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，并且他們對單齒齒根應(yīng)力的加載求解方法也為其它齒輪 分析找到了一種新方法。 2005年，華中科技大學(xué)的吳忠鳴，王新云等基于ANSYS對差速器圓錐齒輪進(jìn)行了輪 齒接觸碰撞有限元分析。建立了完整的行星齒輪和半軸齒輪的接觸模型，采用solid95 單元，選擇大齒輪齒面做接觸面，小齒輪齒面作目標(biāo)面。采用MPCI 84單元來傳遞扭矩。 從而在靜態(tài)中近似模擬接觸碰撞。分析結(jié)果表明隨著嚙合位置向齒頂推移，齒輪的接 觸變形就越嚴(yán)重，符合實(shí)際情況。 2007年，合肥工業(yè)大學(xué)的姜平應(yīng)用MATLAB軟件對差速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)置齒輪 的體積為目標(biāo)函數(shù)，約束行星齒輪的齒數(shù)、半軸齒輪齒數(shù)、模數(shù)、尺寬、裝配條件等， 然后利用MATLAB軟件的優(yōu)化工具箱輸出計(jì)算后的最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。計(jì)算結(jié)果顯示比傳統(tǒng) 設(shè)計(jì)方法更有效，更精確。 2007年，華中科技大學(xué)的鄭威、金俊松等學(xué)者基于UG開發(fā)了一套差速器圓錐齒輪 的參數(shù)化造型系統(tǒng)。該系統(tǒng)供用戶輸人齒輪造型所需的參數(shù)，包括基本參數(shù)和形狀參 數(shù)。形狀參數(shù)包括兩部分，一部分由基本參數(shù)計(jì)算得到(如節(jié)錐角、弧齒厚等)，另一 部分需要用戶指定(如齒輪背面的球半徑、齒輪中心孔直徑等)。在實(shí)際的工程應(yīng)用中， 由基本參數(shù)計(jì)算得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)還需要進(jìn)行修改(弧齒厚、齒頂角、齒根角)。因此， 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面包括基本參數(shù)輸入對話框和需要用戶指定或修改的形狀參數(shù)輸入對話 框。設(shè)計(jì)結(jié)果表明只需輸入一些參數(shù)，差速器齒輪就能自動生成，大大的節(jié)約了設(shè)計(jì) 開發(fā)的時間。 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 2 - 2008年，江蘇大學(xué)的高翔，程建平等人基于LSDYNA軟件對差速器直齒錐齒輪進(jìn)行了 動力學(xué)接觸仿真分析。他們采用的是一對齒的嚙合分析，定義齒輪內(nèi)圈為shelll63單 元并定義為剛體，便于施加轉(zhuǎn)矩；創(chuàng)建了4個PART定義了面面接觸；然后施加一定的約 束和載荷?？梢钥吹烬X輪嚙合的每個瞬間的應(yīng)力情況，同時也為齒輪的動力學(xué)接觸分 析提供了新的方法。 13 課題研究的具體內(nèi)容及方法 本課題的主要研究內(nèi)容及方法包括以下幾個方面： (1)利用Proe對行星齒輪進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)出的系統(tǒng)界面包括行星齒輪參數(shù)輸入 對話框和半軸齒輪參數(shù)輸入對話框，能達(dá)到只需在對話框中輸入若干的參數(shù)值，即可 生成精確的齒輪模型的目的。 (2)根據(jù)對給定的車型相關(guān)參數(shù)以及差速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，確定行星齒輪和半軸 齒輪的類型和數(shù)目，然后通過計(jì)算確定基本參數(shù)后，綜合考慮確定最終的設(shè)計(jì)方案。 (3)根據(jù)獲得的齒輪的參數(shù)，利用Proe生成行星齒輪和半軸齒輪的精確三維模型， 然后建立差速器殼體、軸承和螺釘?shù)饶Ｐ?，完成差速器總成的建模?(4)確定單元尺寸、創(chuàng)建各部件之間的裝配連接或接觸對、選擇計(jì)算工況、確定載 荷，建立了差速器殼體、行星齒輪、半軸齒輪和嚙合的齒輪對的有基本模型。 (5)對所設(shè)計(jì)的差速器進(jìn)行分析，包括對差速器殼體的分析，對半軸齒輪和行星齒 輪的強(qiáng)度進(jìn)行分析，對嚙合齒輪的動態(tài)接觸分析以及差速器殼體和齒輪的基本分析等。 (6)對齒輪、半軸、行星軸的受力進(jìn)行力分析，對齒輪、半軸、行星軸及軸承進(jìn)行 全壽命分析。 (7)自行設(shè)計(jì)殼體，盡量使殼體簡單化。 2 技術(shù)任務(wù)書(JR) 2.1 設(shè)計(jì)要求 由于差速器的主要組成和工作部分是齒輪機(jī)構(gòu)，因此對差速器設(shè)計(jì)提出的主要目 標(biāo) - 3 - 要求也集中在齒輪的設(shè)計(jì)方面： (1)齒輪組的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足給定的球形限制范圍。 (2)齒輪組用鍛造成型的方法加工。 (3)包括墊片在內(nèi)的齒輪組(兩個行星齒輪和兩個半軸齒輪)的球體半徑不能超 415mm。 (4)行星齒輪的中心孔和橫軸的接觸長度不超過19mm。 2.2 結(jié)構(gòu)及其工作原理 汽車差速器是驅(qū)動轎的主件。它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。汽車在拐彎時車輪的軌線是圓弧，如果汽車向左轉(zhuǎn)彎，圓弧的 中心點(diǎn)在左側(cè)，在相同的時間里，右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長，為了平衡這個差 異，就要左邊輪子慢一點(diǎn)，右邊輪子快一點(diǎn)，用不同的轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)距離的差異。如果 后輪軸做成一個整體，就無法做到兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速差異，也就是做不到自動調(diào)整。為 了解決這個問題，早在一百年前，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯.雷諾就設(shè)計(jì)出了 差速器這個玩意。普通差速器由行星齒輪、行星輪架（差速器殼） 、半軸齒輪等零件組 成。發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)傳動軸進(jìn)入差速器，直接驅(qū)動行星輪架，再由行星輪帶動左、右 兩條半軸，分別驅(qū)動左、右車輪。差速器的設(shè)計(jì)要求滿足：（左半軸轉(zhuǎn)速）+（右半軸 轉(zhuǎn)速）=2（行星輪架轉(zhuǎn)速） 。當(dāng)汽車直行時，左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處 于平衡狀態(tài)，而在汽車轉(zhuǎn)彎時三者平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)輪轉(zhuǎn) 速增加。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(jìn)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?yàn)橥氲资悄芰孔畹偷奈恢茫ㄎ荒埽?，它自動選擇靜止（動能最?。?而不會不斷運(yùn)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。當(dāng)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)，速減慢，從而實(shí)現(xiàn)兩邊車輪轉(zhuǎn)速的差異。 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 4 - 2.3 主要參數(shù)介紹 主要參數(shù)見表 2-1。 2.4 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案 差速器的結(jié)構(gòu)精巧，可巧妙地抵消不同車輪間的轉(zhuǎn)速差，但它又有致命的弱點(diǎn)。 就是碰到惡劣路面如沙、泥地時，只要一個車輪陷入打滑狀態(tài)，差速器另一端的車輪 會完全喪失動力而一動不動。為解決這個問題，你必須為你的差速器裝上 LSD 防滑差 速器或 AIRLOCK 氣動差速鎖，把差速器的齒輪組部分完全鎖止，使差速作用臨時失效。 表 2-1 參數(shù)表 參數(shù)名稱 數(shù)值 單位 汽車布置方式 前置后驅(qū) 總長 4320 mm 總寬 1750 mm 軸距 2620 mm 前輪距 1455 mm 后輪距 1430 mm 整備質(zhì)量 1480 kg 總質(zhì)量 2100 kg 車輪直徑 0.796 m 發(fā)動機(jī)型式 汽油 直列 四缸 排量 1.993 L 最大功率 76.0/5200 KW 最大轉(zhuǎn)矩 158/4000 NM 離合器 摩擦式離合器 變速器檔數(shù) 五檔手動 輪胎類型與規(guī)格 185R14 km 最高車速 140 km/h 3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（SS） 普通圓錐齒輪差速器設(shè)計(jì) 汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎 時內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不 - 5 - 平路面上行駛時，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 路面上行駛，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、右車輪因滾動半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動橋的 左、右車輪剛性連接，則行駛時不可避免地會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這 不僅會加劇輪胎的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，汽車左、右驅(qū)動輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動橋 兩側(cè)車輪在行程不等時具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動學(xué)要求。 差速器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。 差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。 3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 圖 3-1 差速器差速原理 如圖 3-1 所示，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。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，其角速度為 和 。A、B 兩點(diǎn)012 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，顯然，處在同一半徑 上的r A、B、C 三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖 3-1） ，其值為 。于是 = = ，即差速器不0r120 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（圖 3-1） ，嚙合點(diǎn) A4 的圓周速度為 = + ，嚙合點(diǎn) B 的圓周速度為 = - 。于是1r04r2r04r 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 6 - + =（ + ）+( - )1r20r40r4 即 + =2 （3-1）12 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 表示，則n （3-2）021n 式（3-2）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)速在地面上滾動而無滑動。 由式（3-2）還可以得知：當(dāng)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；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） ， 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。 3.2 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪， 行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖 3-2 所示。由于其具有結(jié)構(gòu) 簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛 上。 圖 3-2 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器 1， 12-軸承； 2-螺母； 3，14-鎖止墊片； 4-差速器左殼； 5，13-螺栓； 6-半軸齒輪墊片； - 7 - 7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片；11-差速器右殼 3.3 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 由于在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承座及主動齒 輪導(dǎo)向軸承座的限制。 3.3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 1.行星齒輪數(shù)目的選擇 載貨汽車采用 2 個行星齒輪。 2.行星齒輪球面半徑 的確定BR 圓錐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BR 就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度 上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑 可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定：BR mm (3-3) 3TKRB 式中 行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取 2.522.99，對于有 2 個行星齒輪的載 BK 貨汽車取小值； T 計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取 Tce 和 Tcs 的較小值，Nm. 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 （3-rp0amxghni=.37vi 4） 式中 車輪的滾動半徑， =0.398mr r igh變速器量高檔傳動比。i gh =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(yīng)。 把 nn=5200r/n , =140km/h , r =0.398m , igh=1 代入（3-4）amxv 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 8 - 計(jì)算出 i =5.910 從動錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tce （3-5） nikTfedce 01max 式中 Tce計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm； Temax發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；T emax =158 Nm n計(jì)算驅(qū)動橋數(shù)，1； if變速器傳動比，i f=3.704； i0主減速器傳動比，I 0=5.91； 變速器傳動效率，=0.96； k液力變矩器變矩系數(shù)，K=1； Kd由于猛接離合器而產(chǎn)生的動載系數(shù)，K d=1； i1變速器最低擋傳動比，i 1=1； 代入式（3-5） ，有： Tce=3320.4 Nm 主動錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T=896.4Nm 根據(jù)上式 =2.7 =40mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距 A =40mmBR34.200 3.行星齒輪與半軸齒輪的選擇 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但 一般不少于 10。半軸齒輪的齒數(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 1.52.0 的范圍內(nèi)。1z2 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Lz2R 布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： (3-6) InzRL2 - 9 - 式中 ， 左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對稱式圓錐齒輪差速器來說， =Lz2R Lz2 ；Rz2 行星齒輪數(shù)目；n 任意整數(shù)I 在此 =12， =20 滿足以上要求。1z2 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 ，12 = =30.96 =90- =59.03211arctnz80rta21 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m m= = = =3.3510sinzA20siz96.30sin17.4 取 m=4mm 得 =48mm =420=80mm241md2zd 5.壓力角 過去汽車差速器都采用壓力角為 ，齒高系數(shù)為 1 的格里森制齒輪。目前，汽車0 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(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為 20的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選 22.5的壓力角。 6.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?。? 1.L nlTc 302. 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 10 - nlTc1.03 式中 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩， Nm；在此取 3320.4Nm0T 行星齒輪的數(shù)目；在此為 4n 行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x， mm， 0.5d ， d 為半軸齒輪齒l l2 面寬中點(diǎn)處的直徑，而 d 0.8 ；22 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPac 根據(jù)上式 =64mm =0.564=32mm80.2dl 18.4mm 20mm324691. 4.18L 3.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算 表 3-1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 序號 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) 10，應(yīng)盡量取最小值1z =121z 2 半軸齒輪齒數(shù) =1425 ，且需滿足式（1-4）2 Z2=20 3 模數(shù) m=4mmm 4 齒面寬 b=(0.250.30)A ;b10m0 20mm 5 工作齒高 hg6.1=6.4mmgh 6 全齒高 5787.203 7 壓力角 22.5 8 軸交角 =90 9 節(jié)圓直徑 ； 1mzd2z 481d02 10 節(jié)錐角 ，21arctn190=30.96，3.592 11 節(jié)錐距 210sini2dA=40mm0A 12 周節(jié) =3.1416tm=12.56mmt - 11 - 13 齒頂高 ;21agahmz 2137.04. =4.14mm1ah =2.25mm2 14 齒根高 =1.788 - ; =1.788 -1fm1a2f 2ah=3.012mm;1f =4.9mm2fh 15 徑向間隙 = - =0.188 +0.051chg =0.803mmc 16 齒根角 = 01artnAf; 022arctnAhf1 =4.32; =6.9812 17 面錐角 ；o 1o =35.281o =66.012 18 根錐角 ；11R22R=26.641R =52.052 19 外圓直徑 ；11cosaohd220mm.501d mm382 20 節(jié)圓頂點(diǎn)至齒 輪外緣距離 1 1sin202hd mm6.901 mm7232 序號 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 21 理論弧齒厚 21stmttan21 =5.92 mm1s =6.63 mm2 22 齒側(cè)間隙 =0.2450.330 mmB=0.250mmB 23 弦齒厚 263BdsSiii =5.269mm1S =6.49mm2 24 弦齒高 iiish4co2 =4.29mm1h =2.32mm2 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 12 - 3.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(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，它不像主減速器齒輪那樣 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，或一側(cè)車輪打滑而 滑轉(zhuǎn)時，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。輪齒彎曲強(qiáng)度 為w MPa (3-7) 3210smvnTkbdJ 式中 差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式T nT6.0 在此 為 498.06Nm； 差速器的行星齒輪數(shù)；n 半軸齒輪齒數(shù)；2z 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)，sK 當(dāng) 時， ，在此 0.6296.14.25ms4.25sK 載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時， 1.001.1；m mK 其他方式支承時取 1.101.25。支承剛度大時取最小值。 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vK 跳動精度高時，可取 1.0; 計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖 3-2 可查得 =0.225J J 圖 3-2 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) - 13 - 根據(jù)上式 = =478.6MPa980 MPaw25.082691.4910 3 所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 3.3.4 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(yīng)用。 3.4 驅(qū)動半軸的設(shè)計(jì) 驅(qū) 動 半 軸 位 于 傳 動 系 的 末 端 ， 其 基 本 功 用 是 接 受 從 差 速 器 傳 來 的 轉(zhuǎn) 矩 并 將 其 傳 給 車 輪 。 在 斷 開 式 驅(qū) 動 橋 和 轉(zhuǎn) 向 驅(qū) 動 橋 中 ， 車 輪 傳 動 裝 置 的 主 要 部 件 是 萬 向 節(jié) 傳 動 裝 置 。 在 非 斷 開 式 具 有 橋 殼 的 驅(qū) 動 橋 中 ， 車 輪 傳 動 裝 置 的 主 要 零 件 是 半 軸 。 這 里 僅 介 紹 半 軸 的 設(shè) 計(jì) 方 法 。 半軸結(jié)構(gòu)形式分析 半 軸 按 其 輪 端 的 受 力 情 況 ， 可 分 為 三 種 ， 即 半 浮 式 、 3/4浮 式 和 全 浮 式 如 圖 （ 3-3） 所 示 ， 根 據(jù) 課 題 要 求 確 定 半 軸 采 用 半 浮 式 半 軸 結(jié) 構(gòu) ， 具 體 結(jié) 構(gòu) 采 用 以 突 緣 直 接 與 車 輪 輪 盤 及 制 動 鼓 相 聯(lián) 接 。 半 浮 式 半 軸 (圖 3-3a)的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 是 半 軸 外 端 支 承 軸 承 位 于 半 軸 套 管 外 端 的 內(nèi) 孔 ， 車 輪 裝 在 半 軸 上 。 半 浮 式 半 軸 除 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 外 ， 其 外 端 還 承 受 由 路 面 對 車 輪 的 反 力 所 引 起 的 全 部 力 和 力 矩 。 半 浮 式 半 軸 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 所 受 載 荷 較 大 ， 只 用 于 轎 車 和 輕 型 貨 車 及 輕 型 客 車 上 。 圖3-3 半軸結(jié)構(gòu)形式簡圖及受力情況 a）半浮式 b）3/4浮式 c）全浮式 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 14 - 3.4.1 半浮式半軸桿部半徑的確定 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。 半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： （1）縱向力 X2最大時(X 2Z 2 )，附著系數(shù)預(yù)取 0.8，沒有側(cè)向力作用； （2）側(cè)向力 Y2最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為 Z2 中， ，側(cè)滑時輪胎與地面1 的側(cè)向附著系數(shù) ，在計(jì)算中取 1.0，沒有縱向力作用；1 （3）垂向力 Z2最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為(Z 2- gw)kd，k d是動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(cè)向力的作用。 由于車輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即 22YXZ 故縱向力 X2最大時不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力 Y2最大時也不會有縱向力作用。 選取材料 40Cr，調(diào)制處理。根據(jù)表 15-3，取 =112，于是得：0A d =112 =27.380A3pn37652 初步確定半軸直徑在 0.040m 半 浮 式 半 軸 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 考 慮 如 下 三 種 載 荷 工 況 ： （ 1） 縱 向 力 最 大 ， 側(cè) 向 力 為 0： 此 時 垂 向 力 ， 取2xF2yF2/2GmFz 10500N 縱 向 力 最 大 值 ， 計(jì) 算 時 可 取 1 2， 取 0 8。/2Gmx 得 =6300N =5040N 2xy 半 軸 彎 曲 應(yīng) 力 ， 和 扭 轉(zhuǎn) 切 應(yīng) 力 為 32216drFaxzx 式 中 a輪 轂 支 承 軸 承 到 車 輪 中 心 平 面 之 間 的 距 離 ， a 取 0.06m =77.08mpa =99.63mpa - 15 - 合 成 應(yīng) 力 = =406mpa 42 (2)側(cè) 向 力 最 大 ， 縱 向 力 =0， 此 時 意 味 著 發(fā) 生 側(cè) 滑 ： 外 輪 上 的 垂 直 反2yF2xF 力 。 和 內(nèi) 輪 上 的 垂 直 反 力 分 別 為oz iz )(0.5GFF-122z20zoziBhg 式 中 汽 車 質(zhì) 心 高 度 參 考 一 般 計(jì) 算 方 法 取 738.56mm；gh 輪 距 =1430mm； 為 側(cè) 滑 附 著 系 數(shù) ， 計(jì) 算 時 可 取 1 0。2B21 外 輪 上 側(cè) 向 力 和 內(nèi) 輪 上 側(cè) 向 力 分 別 為oyFiyF2 12z20iFozi 內(nèi) 、 外 車 輪 上 的 總 側(cè) 向 力 為 。2y1G 這 樣 ， 外 輪 半 軸 的 彎 曲 應(yīng) 力 和 內(nèi) 輪 半 軸 的 彎 曲 應(yīng) 力 分 別 為0i3220)(daFriziyi ozroy = 565.1mpa =666.4 mpa 0i (3)汽 車 通 過 不 平 路 面 ， 垂 向 力 最 大 ， 縱 向 力 ， 側(cè) 向 力 ：2z 02x 02yF 此 時 垂 直 力 最 大 值 為 ：2zF221kGr 式 中 ， 是 為 動 載 系 數(shù) ， 轎 車 ： ， 貨 車 ： ， 越 野 車 ：75. 0.2k 。5.2k 半 軸 彎 曲 應(yīng) 力 ， 為 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 16 - =87.7mpa323216dakGFz 半浮式半軸許用合成應(yīng)力可取為 600-750Mpa 范圍 故校核半徑取 0.040m 滿足合成應(yīng)力在 600mpa -750mpa 范圍 3.4.2 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 半軸齒輪與半軸常用花鍵連接，一般采用漸開線花鍵。對花鍵需要進(jìn)行擠壓應(yīng)力 和鍵齒剪切應(yīng)力驗(yàn)算。擠壓許用應(yīng)力不大于 200Mpa，剪切應(yīng)力不大于 73Mpa。國產(chǎn)汽 車半軸多采用 40Cr 或 40MnB 制造。另外，在中、小型汽車上，已有不少采用 40 或 45 號鋼制造半軸。對半軸一般需要進(jìn)行中頻淬火，使其具有適當(dāng)硬化層，并在表面形成 較大殘余壓應(yīng)力，明顯提高半軸的靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為 （3-8）bzLdDTpABs410 3 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 （3-9）2/)(4/)(10 3ABABpc ddLzT 式中 T半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=3320.4Nm； DB半軸花鍵(軸)外徑，D B=44mm； dA相配的花鍵孔內(nèi)徑，d A=40mm； z花鍵齒數(shù)，在此取 20； Lp花鍵工作長度，L p=25mm； b花鍵齒寬，b=3.75 mm； 載荷分布的不均勻系數(shù)，取 0.75。 將數(shù)據(jù)帶入式（3-8） 、 （3-9）得： =51.1MPa =95.8 MPabc 根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時，半軸花鍵的切應(yīng)力 不應(yīng)超過 71.05 MPa，擠4l s - 17 - 壓應(yīng)力 不應(yīng)超過 196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。 c 3.4.3 半軸其他主要參數(shù)的選擇 花鍵參數(shù)：齒數(shù)：120 十孔位置度 0.2 為了滿足工作要求及差速器的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，半軸需與軸承配合，最終使不同轉(zhuǎn)速傳 到汽車輪胎，因而對半軸的長度作如下分配： =25mm， =4mm， =691mm， =20mm 如圖所示：1l2l3l4l 25 691 20 圖 3-4 花鍵軸 3.4.4 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并 適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取 10 齒(轎車半軸)至 18 齒(載貨汽車半軸)。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量 增大各過渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很 大，當(dāng)無較大鍛造設(shè)備時可采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡化 工藝。在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如 40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi 等。40MnB 是我國研制出 的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì) 后要求桿部硬度為 HB388444(突緣部分可降至 HB248)。近年來采用高頻、中頻感應(yīng) 淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá) HRC5263，硬化層深約為其半徑的 13，心部硬度可定為 HRC3035；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度可定在 HB248277 范圍 內(nèi)。由于硬化層本身的強(qiáng)度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，以及采用噴 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 18 - 丸處理、滾壓半軸突緣根部過渡圓角等工藝，使半軸的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高， 尤其是疲勞強(qiáng)度提高得十分顯著。由于這些先進(jìn)工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳 (40 號、45 號)鋼的半軸也日益增多。 3.4.5 行星齒輪軸的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度計(jì)算 由行星齒輪的孔徑 初步確定行星軸的直徑為 d=18.4mm18.4m 由 得半軸與行星齒輪之間的傳動比為：12zi =2.67201i 由傳動比可以確定功率的傳動變化，即 pi 帶入數(shù)據(jù)得 算出762.p28.46KW 將其帶入校核公式有： 20PdAN 其中 ， p=28.46kw ，n=5200 轉(zhuǎn) ，計(jì)算可得012A8.29m 由上可知行星軸直徑不小于 8.29mm 就是安全可靠的 根據(jù)行星齒輪的工作要求可確定行星齒輪軸的長度為 L=118mm，因而行星軸直徑選 可以滿足工作需求。為了滿足工作需求配合軸承行星軸兩端出現(xiàn)長為 9mm18.4dm 直徑為 15mm 的階梯段軸。 3.4.6 軸承的選擇與校核 1. 軸承的選擇：初步選軸承為：常用滾動軸承,型號為 6007、6002。 2. 軸承的校核： 假設(shè)軸承的壽命為 10000h,當(dāng)量動載荷的計(jì)算公式為： P=XFr+YFa (3-10) 式中： Fr軸承的徑向載荷（即軸承實(shí)際載荷的徑向分量） ； Fa軸承所受的軸向載荷（既軸承實(shí)際載荷的軸向分量） ； - 19 - X徑向動載荷系數(shù)，將實(shí)際徑向載荷 Fr 轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動載荷的修正系數(shù)； Y軸向動載荷系數(shù)，將實(shí)際軸向載荷 Fa 轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動載荷的修正系數(shù)。 其中： Fr=10（KN） Fa=7.52（KN） X=0.27 Y=1.04 將數(shù)值代入公式（4.8）得： P=XFr+YFa 0.271.47526.5()KN=+ （3-11） 1160hnLCPe 其中：=3 將數(shù)值代入上公式（4.9）得： )(21.7103.765036KNC 3.計(jì)算軸承的基本額定壽命 Lh： Lh （3-12） P3.760 將上面計(jì)算所得數(shù)值代入公式（4.10）得： h1052.3.763 所以軸承 6007、6002 都合格。 3.5 主減速器從動齒輪的設(shè)計(jì) 3.5.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式的選擇 單級圓錐齒輪減速器 3.5.2 主減速器的減速形式 汽車差速器的設(shè)計(jì) - 20 - 單級主減速器：由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本 低廉的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用在主減速比 i040 符合要求。 （2）節(jié)圓直徑的選擇 從動錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩中取較小值按經(jīng)驗(yàn)公式選出： （3-13） 321.85cdTm 式中 d 2從動錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm； Kd2直徑系數(shù)，K d2=13.015.3；取 =14.22dk Tc計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm; 3320.4Nm 根據(jù)該式可知從動錐齒輪大端分度圓直徑的取值范圍為 189.65mm223.20mm.推 薦當(dāng)以擋傳遞 時，節(jié)圓直徑 應(yīng)大于或等于以下兩式算得數(shù)值中較小值：maxe2d =208mm0max1346.0iTge =206mmrG2285.. 即在本設(shè)計(jì)中需使 200mmd 當(dāng)以直接傳遞 時， 則需滿足以下條件maxeT2 =175mm0max574.iTe 最后根據(jù)上兩式中所選得的 值中的較大者，即可取 =212mm2d2d （3）齒輪端面模數(shù)的選擇 d2選定后，可按式 m=d2/z2算出從動錐齒輪大端端面模數(shù)為 5.0，并用下式校核： （3-14）3TcKm 式中 T c計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；3320.4 Nm Km模數(shù)系數(shù)，取 Km=0.3-0.4。 由（5-2）可得模數(shù)的取值范圍為 4.485.97 故模數(shù)取 5.0 合適。 （4）齒面寬的選擇 汽車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的從動齒輪齒面寬 B(mm)推薦為 10： - 23 - B=0.155d=0.155 21232.86mm （3-15） 式中 d 2從動齒輪節(jié)圓直徑，212mm。 并且 B 要小于 10m即 59.10mm。 考慮到齒輪強(qiáng)度要求取 35mm。 小錐齒輪的齒面寬一般要比大錐齒輪的大 10%,故取 39mm （5）雙曲面齒輪的偏移距 E 轎車、輕型客車和輕型載貨汽車主減速器的 E 值，不應(yīng)超過從動齒輪節(jié)錐距 A0 的 40%(接近于從動