汽車差速器虛擬樣機(jī)研究應(yīng)用

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1、 目錄 摘 要 II Summary III 第一章 前言 1 1.1汽車差速器相關(guān)知識(shí)的介紹 1 1.2小結(jié) 5 第二章 差速器設(shè)計(jì) 6 2.1差速器設(shè)計(jì)方案 6 2.2汽車差速器主要參數(shù)的設(shè)定及其計(jì)算: 7 2.3差速器的鎖緊系數(shù)與轉(zhuǎn)矩分配系數(shù) 8 2.4差速器的效率與差速器的傳動(dòng)效率 9 2.5差速器行星齒輪的力矩分析及轉(zhuǎn)矩計(jì)算 11 2.6差速器齒輪的基本參數(shù)選擇及齒輪參數(shù)計(jì)算 15 2.7差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 19 2.8差速器的材料選擇和參數(shù)的設(shè)定 20 2.9小結(jié) 23 第三章 差速器建模 24 3.1差速器總成的建模 24 3.2差

2、速器的建模過程 25 3.3 差速器的裝配 34 3.4小結(jié) 40 第四章 差速器的有限元分析 41 4.1有限元分析 41 4.2小結(jié) 45 總結(jié) 46 致謝 47 參考文獻(xiàn) 48 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的與日俱進(jìn)，汽車已經(jīng)不是與我們那么的遙不可及，千千萬萬的汽車已經(jīng)步入我們的生活，那么就引起了我的好奇，汽車在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，左右輪運(yùn)行速度的不同是如何實(shí)現(xiàn)的，它是通過汽車差速器實(shí)現(xiàn)的。那么就不得不說汽車的差速器啦，差速器作為汽車驅(qū)動(dòng)橋中的主要部件，在汽車行駛轉(zhuǎn)向中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，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，

3、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)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)，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(shí)現(xiàn)兩邊車輪轉(zhuǎn)速的差異。總而言之，它在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)也能保證兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，很大程度上的避免了汽車在轉(zhuǎn)向過程中驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移的現(xiàn)象，從而很好的實(shí)現(xiàn)了汽車的安全的轉(zhuǎn)彎功能。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目就是汽車差速器的虛擬樣研究，根據(jù)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)任務(wù)書中的要求，本文首先對(duì)汽車差速器做了闡述，并介紹了汽車差速器的分類和設(shè)計(jì)要求，著重介紹了差速器的組成和功用，并對(duì)其

4、幾個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。然后建立汽車差速器的實(shí)體模型并進(jìn)行了裝配。接著對(duì)差速器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。最后對(duì)差速器典型零件進(jìn)行有限元分析，最后做出結(jié)論。 關(guān)鍵詞：差速器；對(duì)稱式圓錐差速器 II Summary With the social development and progress, with Japans economic development and science and technology the times, and our car is not so far away, thousands of

5、cars have entered our lives, then it aroused my curiosity , in the car when turning left and right wheel speed difference is how to achieve it is through the automobile differential achieved. Then we have to say it automobile differential, differential as a vehicle drive axle main components in cars

6、 plays a crucial role in steering. When cornering, the outside wheel has a slip due to drag phenomenon, the inside of the wheel slip phenomenon has two wheels in the opposite direction this time it will have two additional force, due to "the minimum energy principle," will inevitably lead to both si

7、des of the wheel the different speeds, thereby undermining the balance between the three, and by reflecting on the axle side gear, forcing the rotation of planetary gears, the outer axle speed to accelerate, slow down the speed of the inside of the axle, in order to achieve both sides of the wheel s

8、peed difference. All in all, it is transmitted to the axle on both sides of power but also to ensure that both sides of the axle rotating at different speeds, largely avoiding the vehicle drive wheels to generate slip or slip phenomenon during steering, so good to achieve the cars safety features of

9、 cornering. This graduation design topic is like a virtual automobile differential research, design tasks according to the requirements thesis of the book, this paper made an exposition of the automobile differential, and introduced the automobile differential classification and design requirements

10、, It focuses on the composition and function of the differential, and its analysis and calculation of several important design parameters. Then the entity model cars and differential assembly. Next to the differential motion simulation. Finally, the typical differential parts finite element analysis

11、, the final conclusions. Keywords: differential; symmetrical cone differential III 第一章 前言 1.1汽車差速器相關(guān)知識(shí)的介紹 1）汽車差速器研究的背景及意義 汽車行業(yè)發(fā)展初期，法國(guó)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(yù)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(dòng)不同的距離，外輪移動(dòng)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(dòng)力傳給左、右兩半軸，并在轉(zhuǎn)彎行駛

12、時(shí)允許左、右兩半軸以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)（差速）。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(zhǎng)期，而2008年開始的全球金融危機(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(chǎng)。 目前國(guó)內(nèi)重型汽車的差速器產(chǎn)品的技術(shù)基本源自美國(guó)、德國(guó)、日本等幾個(gè)傳統(tǒng)的工業(yè)國(guó)家，我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)基本上是引進(jìn)國(guó)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(guó)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(zhǎng)的路要走。 2）汽車差速器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 當(dāng)前汽車在朝著經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)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(dòng)力性盡可能提高是每個(gè)汽車廠家都在

13、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(duì)操控性有較高要求的車輛。 (1)國(guó)外差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究現(xiàn)狀 國(guó)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(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī)氣體管理部分及動(dòng)力控制系統(tǒng)，其中屬于動(dòng)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)

14、一側(cè)輪子打滑時(shí)，普通開式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(dòng)力傳遞百分之百的扭矩到不打滑車輪，足以克服各種困難路面給車輛帶來的限制。在牽引力測(cè)試、連續(xù)彈坑、V型溝等試驗(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(dòng)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(dòng)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(huì)馬上鎖住動(dòng)力，并把全部動(dòng)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)。 (2)我國(guó)差速器行業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀 從目前

15、來看，我國(guó)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(guó)差速器行業(yè)的緊迫任務(wù)。近幾年中國(guó)汽車差速器市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)汽車差速器產(chǎn)業(yè)向高科技產(chǎn)品方向發(fā)展，國(guó)企企業(yè)新增投資項(xiàng)目逐漸增多。投資者對(duì)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(duì)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

16、器機(jī)構(gòu)，它能解決在其他差速器內(nèi)差動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)MC?；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(jí)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(dòng)裝置，已申報(bào)了美、英、日、韓、俄羅斯等19個(gè)國(guó)家的專利保護(hù)，這一技術(shù)不僅僅是一項(xiàng)中國(guó)發(fā)明，也是一項(xiàng)世界發(fā)明。LMC

17、?；ユi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(dòng)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(dòng)器通過四支傳動(dòng)軸和輪邊減速器帶動(dòng)四個(gè)車輪，實(shí)現(xiàn)每個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，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(shì)，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?；ユi差速分動(dòng)器的車輛具有以下優(yōu)點(diǎn)： a.提高車輛的通過性：具有混合差速，LMC?；ユi差速分動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)輪間、軸間、對(duì)角任意混合差速和鎖止，任何情況下單個(gè)車輪、對(duì)角線雙輪不會(huì)發(fā)

18、生滑轉(zhuǎn)，即使單個(gè)車輪懸空，車輪仍有驅(qū)動(dòng)力而能正常行駛。 b.提高汽車的傳動(dòng)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)在四驅(qū)狀態(tài)下傳動(dòng)系統(tǒng)因內(nèi)耗而產(chǎn)生的差速器、傳動(dòng)軸、分動(dòng)器等機(jī)件磨損，甚至于致命性的損壞，延長(zhǎng)了傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。 c.提高車輛的安全性：行車安全，轉(zhuǎn)彎容易，加速性好，制動(dòng)穩(wěn)定，操縱輕便安全，無需增加操縱機(jī)構(gòu)。 d.具有良好的經(jīng)濟(jì)性：功能領(lǐng)先，制造成本低，維修簡(jiǎn)便，節(jié)油，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，產(chǎn)品適用性廣。 LMC?；ユi差速分動(dòng)器的研發(fā)是在經(jīng)濟(jì)刺激的影響下產(chǎn)生的產(chǎn)品，符合我國(guó)國(guó)情的需要。 3)汽車差速器的功用及其分類 差

19、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(dòng)車輪以不同的角速度滾動(dòng)，以保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面間作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 圖1.1汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)示意圖 汽車行駛時(shí)，左右輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾動(dòng)的路程往往不等。如圖1.1所示，在轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎半徑R1和R2不同，行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)測(cè)車輪；汽車在不平的路面行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)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(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑不同而使左、右車輪行駛不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪鋼性連

20、接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上滑移或是滑轉(zhuǎn)。這樣不僅會(huì)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(dòng)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)動(dòng)學(xué)的要求。在驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪之間設(shè)置差速器，稱為輪間差速器，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(dòng)，使汽車行駛時(shí)能作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，提高了車輛的通過性。 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(duì)稱式錐齒輪差速器，還有各種各樣的功能多樣的差速器，如：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、

21、行星圓柱齒輪差速器。 a.開放式差速器 開放式差速器最為常用，其能向左右兩驅(qū)動(dòng)半軸分配同等大小的扭矩。車輛直線行駛時(shí)，左右車輪受力相等，兩半軸齒輪不存在轉(zhuǎn)速差，所以行星齒輪不發(fā)生自轉(zhuǎn)，主減速器從動(dòng)齒圈相當(dāng)于直接驅(qū)動(dòng)兩半軸齒輪。半軸齒輪通過驅(qū)動(dòng)半軸與車輪相連，因此實(shí)質(zhì)上經(jīng)過一系列動(dòng)力傳遞過程后，車輪得到了和主減速器從動(dòng)齒圈相同的轉(zhuǎn)速。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車輪希望能夠獲得比內(nèi)側(cè)車輪更高的轉(zhuǎn)速，此時(shí)行星齒輪介入，在維持扭矩傳遞的同時(shí)允許兩半軸齒輪出現(xiàn)輕微的轉(zhuǎn)速. 開放式差速器的缺點(diǎn)：如果一側(cè)的半軸齒輪相對(duì)另一側(cè)靜止不動(dòng)，那么輸入差速器的所有動(dòng)力都將被分配給阻力較小的車輪上。這就是為

22、何當(dāng)車子一側(cè)車輪在冰面上，另一側(cè)在附著力良好的路面上時(shí)大腳加油，冰面一側(cè)的車輪拼命打滑，而附著力良好的路面上的車輪卻紋絲不動(dòng)的原因。此時(shí)車輛根本動(dòng)彈不得，因?yàn)橐嫠械膭?dòng)力都被輸送到了阻力最小的——即處在冰面上的那個(gè)車輪上。 如果是一輛前后軸都使用開放式差速器的四輪驅(qū)動(dòng)車輛，在越野時(shí)遇到單個(gè)前輪或后輪離地的狀況，是沒有脫困可能的。差速器會(huì)賣力的驅(qū)動(dòng)懸空車輪空轉(zhuǎn)，而留在路面上的車輪則不會(huì)得到任何驅(qū)動(dòng)力。 b. 限滑差速器 限滑差速器正是為克服開放式差速器的窘境而生的。限滑差速器仍然保留了開放式差速器的所有部件，但額外增加了兩個(gè)關(guān)鍵部分。一是彈簧壓盤，即布置于行星齒輪架兩半軸

23、齒輪間的一對(duì)彈簧和壓盤組件。彈簧壓盤推動(dòng)半軸齒輪向外運(yùn)動(dòng). 　　增加的第二部分在離合器組件。半軸齒輪背面涂有摩擦材料，在和行星齒輪架內(nèi)側(cè)的離合器片擠壓接觸后能夠產(chǎn)生摩擦力。這種結(jié)構(gòu)意味著離合器一直迫切渴望工作，試圖讓兩半軸齒輪的速率和主減速器從動(dòng)齒圈及行星齒輪架保持一致，如同普通差速器直線行駛時(shí)一樣。 　　過彎時(shí)，裝有限滑差速器的車子將產(chǎn)生足夠的力讓半軸齒輪和離合器摩擦材料之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。如此一來，左右兩驅(qū)動(dòng)半軸便可產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。彈簧組件的硬度和離合器組件的摩擦系數(shù)，共同決定了分離離合器所需的扭矩大小。 　　限滑差速器的優(yōu)點(diǎn)：同樣是一側(cè)車輪在冰面上，另一側(cè)在附著力良好的路面上的情況下，安

24、裝限滑差速器后，在彈簧和離合器組件的作用下，即便一個(gè)車輪在冰面上，差速器都會(huì)竭力同步兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速。此時(shí)只需在低轉(zhuǎn)速下保持一定的油門開度，處在附著力良好路面一側(cè)的車輪便能得到足夠的扭矩驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。 c.托森差速器 托森差速器是開放式差速器的一個(gè)衍生形式。當(dāng)分配給左右兩車輪的扭矩相等時(shí)，托森差速器和普通的開放式差速器無異。當(dāng)分配給左右兩車輪的扭矩不等時(shí)，二者間的差別就會(huì)顯現(xiàn)出來。比如說當(dāng)一個(gè)車輪處在低附著力的路面上時(shí)，差速器內(nèi)的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)便會(huì)發(fā)生自鎖。 托森差速器是一個(gè)無需離合器、液壓系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或傳感器的全機(jī)械裝置。托森差速器的蝸輪不但與半軸上的蝸桿相嚙合，蝸輪兩端

25、還額外通過常規(guī)直齒輪彼此嚙合。此連接特性使托森差速器在扭矩均勻時(shí)能夠和普通開放式差速器一樣工作；一旦扭矩分配不均，便可立刻產(chǎn)生扭矩感應(yīng)作用。 　　擁有固定扭矩分配比的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)決定扭矩的分配率，齒輪機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖時(shí)能分配左右動(dòng)力輸出。比如一個(gè)扭矩分配比為3:1的托森差速器能夠?qū)⑴ぞ胤糯?倍傳遞給驅(qū)動(dòng)橋上抓地力更大的那個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。但其缺點(diǎn)在于，若某一驅(qū)動(dòng)輪突然失去牽引力，另一個(gè)車輪也將徹底失去牽引力。 仍然以3:1的這個(gè)示例為例，一個(gè)車輪最大可獲得另一個(gè)車輪3倍的扭矩。如果一個(gè)車輪沒有牽引力，那么3乘0等于0，另一邊也不會(huì)得到任何扭矩。托森差速器通常是高性能全輪驅(qū)動(dòng)車輛前后軸之間中央差

26、速器的首選，其功用不是分配左右半軸的扭矩，而是負(fù)責(zé)前后軸之間的扭矩分配。 d.鎖止式差速器 鎖止式差速器是開放式差速器的另一個(gè)衍生形式，通過電子、氣動(dòng)或液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)將兩半軸齒輪鎖止為一體，這樣驅(qū)動(dòng)橋就相當(dāng)于一根實(shí)心軸。這種裝置在越野賽中比較常見，因?yàn)樵揭皶r(shí)難免會(huì)遇到單輪離地的狀況。差速器鎖止后相當(dāng)于一根實(shí)心軸，左右兩車輪將保持相同轉(zhuǎn)速前進(jìn)。 1.2小結(jié) 通過本章的學(xué)習(xí)，對(duì)于差速器的功能和作用有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)于國(guó)內(nèi)外的差速器有了一個(gè)了解. 第二章 差速器設(shè)計(jì) 2.1差速器設(shè)計(jì)方案 由于普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

27、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(dòng)橋中。圖1.2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；為差速器的內(nèi)摩擦力矩；，分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)。 圖2.1 普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡(jiǎn)圖 根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得: …………………………………………………………(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

28、器性能常以鎖緊系數(shù)k是來表征，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 結(jié)合式(2.2)可得: ………………………………………………………(2.3) 定義快慢轉(zhuǎn)半軸的轉(zhuǎn)矩比kb= / ，則kb與k之間有: , …………………………………………………(2.4) 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(zhuǎn)矩比kb=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(duì)于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。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(dòng)車輪

29、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(dòng)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,故使用對(duì)稱式圓錐差速器進(jìn)行設(shè)計(jì), 以SUES-06汽車差速器為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2汽車差速器主要參數(shù)的設(shè)定及其計(jì)算: 驅(qū)動(dòng)型式 42（后輪為雙胎） 裝載質(zhì)量 2000㎏ 空車質(zhì)量 1880㎏ 滿載時(shí)前軸載荷 13400N 滿載時(shí)后軸載荷

30、 27350N 車輪半徑 R=0.325 m 最高車速 =85 km/h 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 =51.47 KW 及轉(zhuǎn)速 =3800～4000 r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 =137Nm 及轉(zhuǎn)速 =2000～2300 r/min 主減速器傳動(dòng)比 =5.833 傳動(dòng)效率 =0.9 變速器傳動(dòng)比

31、 表2.1 變速器傳動(dòng)比 I II III IV R 四檔變速器 6.09 3.09 1.71 1.00 4.95 2.3差速器的鎖緊系數(shù)與轉(zhuǎn)矩分配系數(shù) 通常采用系數(shù)： …………………………………………………………（2.5） ，分別表示兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)矩，而K則表示兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)矩可能相差的最大倍數(shù)，因?yàn)樗舱f明了迫使差速器工作所需的轉(zhuǎn)矩大小，即差速器“鎖緊”的程度，故被稱為差速器的鎖緊系數(shù)。因?yàn)椋?，鎖緊系數(shù)K＞1。 有的文獻(xiàn)將差速器的鎖緊系數(shù)定義為 ………………………（2.6） …………

32、…………………………………………………（2.7） ……………………………………………………………（2.8） 這時(shí)，K＇是一個(gè)小于1的數(shù)。 差速器的轉(zhuǎn)矩分配特性可用轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)ξ來表示： ξ=……………………………………………………………（2.9） 由于小于差速器上的轉(zhuǎn)矩，故ξ小于1。 系數(shù)K以及ξ對(duì)汽車性能有直接影響。在汽車設(shè)計(jì)中是根據(jù)汽車的類型、性能要求以及使用條件等來選擇差速器的鎖緊系數(shù)K的。在一般情況下從汽車的通過性要求來看，希望鎖緊系數(shù)K的值越大越好；但從轉(zhuǎn)向操縱的靈活性、行駛的穩(wěn)定性、延長(zhǎng)有關(guān)傳動(dòng)零件的使用壽命和減小輪胎磨損等方面考慮，鎖緊系數(shù)K的值有不宜過大。

33、系數(shù)K與ξ主要決定于差速器的結(jié)構(gòu)型式。 普通的圓錐行星齒輪式差速器的鎖緊系數(shù)K=1.1～1.5，轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)ξ=0.55～0.6，故可近似地看成它是將轉(zhuǎn)矩平均分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。這樣的分配比例對(duì)在良好的路面上行駛的汽車來說是適當(dāng)?shù)摹．?dāng)驅(qū)動(dòng)橋裝有高摩擦差速器時(shí)，由于高摩擦差速器具有大的K值和ξ值，能使與地面附著良好的驅(qū)動(dòng)車輪比附著不良的驅(qū)動(dòng)車輪有更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故通過性就會(huì)好些。 有時(shí)鎖緊系數(shù)過大，例如當(dāng)采用差速鎖裝置將左、右半軸聯(lián)成一體時(shí)，會(huì)使鎖緊系數(shù)K增至無限大，這時(shí)，似乎全部轉(zhuǎn)矩會(huì)傳到一個(gè)半軸上而使其過載，但在一般情況下，其載荷不應(yīng)超過該側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面的最大附著力。

34、對(duì)高摩擦式自鎖差速器來說更是如此，即它不會(huì)使半軸有明顯的過載。 本設(shè)計(jì)使用的是普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪，由于普通的圓錐行星齒輪式差速器的鎖緊系數(shù)為1.1～1.5因此在這里我設(shè)定差速器鎖緊系數(shù)為1.1，轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)為0.55。 2.4差速器的效率與差速器的傳動(dòng)效率 差速器的效率是指差速器殼不轉(zhuǎn)時(shí)（=0），一個(gè)半軸驅(qū)動(dòng)另一個(gè)半軸時(shí)輸出功率與輸入功率之比，即: ……………………………………………………（2.10） 由于此時(shí)兩半軸的轉(zhuǎn)速相等，即，故有: …………………………………………………（2.11） 即差速器的效率為其鎖緊系數(shù)的倒數(shù)。約為0.1（某些蝸輪式差

35、速器）～0.9（普通的圓錐行星齒輪差速器）。由上式可知，差速器的鎖緊系數(shù)K與差速器的效率成反比。差速器的內(nèi)摩擦力矩越大，其鎖緊系數(shù)也就越大，將使得差速器的效率越低，則越有利于兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)矩的重新分配，越有利于提高汽車的通過性。這里還應(yīng)指出，差速器的效率低表明有大的內(nèi)摩擦損失，但后者僅僅在左、右車輪有顯著的轉(zhuǎn)速差時(shí)才發(fā)生，在一般的情況下這種轉(zhuǎn)速差不大，因此差速器的摩擦損失功率也不顯著。當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速相等時(shí)，差速器的摩擦損失功率為零。汽車以最小轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)向時(shí)，差速器的摩擦損失功率達(dá)到最大值。 差速器的傳動(dòng)效率是指動(dòng)力經(jīng)差速器殼傳給左、右半軸的效率，即 …………………………………………

36、（2.12） 圖2.2給出的是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候后驅(qū)動(dòng)橋的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖。圖中為外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速；為內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速；B為輪距；R為后驅(qū)動(dòng)橋中間一點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑；△ω為驅(qū)動(dòng)車輪或半軸與差速器的轉(zhuǎn)速差。 圖2.2 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)后驅(qū)動(dòng)橋的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖 由圖2.2可知： ……………………………………………（2.13） 由此得: ………………………………………（2.14） ……………………………………………（2.15） …………………………………………(2.16） …………………………（2.17） 將它們代入式（2.12），得 整理后得到差速器的傳動(dòng)效率的表達(dá)式為:

37、 …………………………………………（2.18） 由式（2.18）可知，差速器的傳動(dòng)效率區(qū)別于差速器的效率，后者僅與差速器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而前者還與汽車后驅(qū)動(dòng)橋中間點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑R以及輪距B有關(guān)，并隨R的變化而改變。分析式（2.18）可以看出，即使差速器的效率很低，差速器的傳動(dòng)效率依然會(huì)得到較高的數(shù)值。這就是為什么有些高摩擦式自鎖差速器的效率雖然很低，但仍然被采用的原因。 由于本設(shè)計(jì)選擇普通對(duì)稱錐齒輪差速器，而且本次我設(shè)定的鎖緊系數(shù)為1.1，所以為0.9，為0.99。 2.5差速器行星齒輪的力矩分析及轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1) 差速器行星齒輪的力矩分析 差速器內(nèi)摩擦主要由三部分組成，

38、一是行星齒輪自轉(zhuǎn)時(shí)與行星齒輪軸之間以及行星齒輪背球面與差速器殼之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力,方向與行星自轉(zhuǎn)方向相反；二是行星輪支撐滑動(dòng)軸承產(chǎn)生的摩擦力矩,方向與行星自轉(zhuǎn)方向相反；三是兩半軸輪背面同差速器殼之間產(chǎn)生的摩擦力矩， ,大小相等，其中外輪與地面對(duì)車輪的附加阻力引起的阻力矩方向相反，內(nèi)輪則與附加阻力引起的阻力矩方向相同。 由于差速器在工作中齒輪的轉(zhuǎn)速較低，可忽略速度對(duì)摩擦力的影響。各部分摩擦力與摩擦系數(shù)的關(guān)系符合以下關(guān)系： ……………………………………………………………（2.19） 式中N為相對(duì)運(yùn)動(dòng)面正壓力。 輸入轉(zhuǎn)矩已知，行星齒輪和半軸齒輪參數(shù)已知時(shí)，,可由計(jì)算得

39、到。設(shè)行星齒輪壓力角，節(jié)錐角，安裝孔直徑，球面直徑d，背球球半徑，節(jié)圓半徑，半軸齒輪節(jié)錐角，錐頂圓直徑，支撐軸外徑，節(jié)圓半徑。 行星齒輪上同半軸齒輪捏合齒面受力分析如圖2.3所示 圖2.3 同半軸齒輪捏合齒面受力分析 圖中 -----行星齒輪齒面正壓力 -----行星齒輪齒面正壓力的徑向分量 -----行星齒輪正壓力軸向分量 -----輸入轉(zhuǎn)矩在行星齒輪輪齒與半軸齒輪輪齒嚙合點(diǎn)上的等效圓周力，圖中大小為 ……………………………………………………（2.20） 其中為差速器殼傳遞到行星齒輪上的力矩。 ， ， ， 之間的關(guān)系如方程組所示 …

40、……………………………………………（2.21） 根據(jù)方程組（2.21）可知 ………………………………………（2.22） 令： ……………………………………………（2.23） 則行星齒輪背球面上承受的正壓力可以用下式簡(jiǎn)化計(jì)算 ………………………………………（2.24） 根據(jù)經(jīng)典摩擦力學(xué)理論知識(shí)，行星齒輪背球與差速器之間產(chǎn)生的摩擦力為： ………………………………………………………（2.25） 摩擦力矩為： …………………………………………………（2.26） 將式（2.23），（2.24），（2.25）代入（2.26）得： ……………（2.

41、27） 式（2.23）即為行星齒輪背球面產(chǎn)生的摩擦力力矩的計(jì)算模型。 同理，行星齒輪滑動(dòng)軸承產(chǎn)生的摩擦力為： ………………………………………………………（2.28） 摩擦力矩為： …………………………………………（2.29） 式（2.29）即為行星齒輪滑動(dòng)軸承產(chǎn)生摩擦力矩的計(jì)算模型。 2）差速器轉(zhuǎn)矩計(jì)算 由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準(zhǔn)確地計(jì)算出主減速器齒輪比較困難。通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪在良好路面上開始滑轉(zhuǎn)時(shí)這兩種情況下作用在主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（, ）的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)

42、齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。由于主減速器與差速器屬于剛性連接，因此所得的值也同樣可以驗(yàn)算差速器最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。方程如下： ……………………………………………(2.30) …………………………………………………………(2.31) ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，已知汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為137Nm ——由發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比；這里等于35.52； ——傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，取等于0.9； ——對(duì)于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速的汽車取等于1； n——該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目。這里n等于1； ——汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最

43、大負(fù)荷，N；對(duì)后橋來說還應(yīng)該考慮到汽車加速度時(shí)的負(fù)荷增加量；設(shè)計(jì)汽車空載時(shí)的質(zhì)量為1880千克，前軸載荷為9230N，后軸載荷為9570N；允許滿載時(shí)的總質(zhì)量為4075千克，前軸載荷為13400N，后軸載荷為27350N。所以這里的取27350N。 ——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，取; ——車輪的滾動(dòng)半徑，m；這里取0.39米； ， ——分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和減速比（例如輪邊減速等）。這里取0.9，取1。 將以上參數(shù)代入式（2.30）與式（2.31） Nm; Nm 所以取小值，即4354.96 Nm。 以上兩結(jié)果

44、是汽車最大轉(zhuǎn)矩而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。汽車的類型很多，行駛工況有非常復(fù)雜，轎車一般在高速輕載條件下工作，而礦用汽車和越野汽車則在高負(fù)荷低車速低條件下工作，沒有簡(jiǎn)單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉(zhuǎn)矩。對(duì)于公路汽車而言，使用條件比較穩(wěn)定，主減速器從動(dòng)齒輪的平均轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算： …………………………………（2.32） — 汽車滿載時(shí)的總重力，N — 所牽引的掛車的滿載總重力，N，僅用于牽引車的計(jì)算； — 道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于貨車取0.015～0.020，本設(shè)計(jì)取=0.020； — 汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，貨車取0.05～0.09，本設(shè)計(jì)取=0.05

45、； — 汽車的性能系數(shù)： 當(dāng)時(shí)，取=0。 本次設(shè)計(jì)=0 所以，由式（2.32）可得： Nm 由式（2.26）和式（2.27）求得的計(jì)算載荷是從動(dòng)齒輪的最大轉(zhuǎn)矩，不同于式（2.28）求得的平均計(jì)算載荷。當(dāng)計(jì)算齒輪最大應(yīng)力時(shí)，平均計(jì)算載荷取前面兩種的較小值，即=4354.96 Nm。 2.6差速器齒輪的基本參數(shù)選擇及齒輪參數(shù)計(jì)算 a. 差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 1）行星齒輪數(shù)n 行星齒輪數(shù)n需根據(jù)承載情況來選擇。通常情況下，轎車：n＝2；貨車或越野車：n＝4。少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪。本課題中，針對(duì)SUES-06型汽

46、車為輕型載重汽車這一特性，選擇的行星齒輪數(shù)n=4。 2）行星齒輪球面半徑 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背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上也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。 球面半徑可以按照如下的經(jīng)驗(yàn)公式來確定： …………………………………………………（2.33） ——為行星齒輪球面半徑系數(shù)，＝2.52～2.99，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的轎車和公路用貨車取小值，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的轎車及四個(gè)行星齒輪的越野車和礦用車取大值； ——為差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩（Nm）， Nm將以上數(shù)據(jù)代入式（2.33）得=54m

47、m。 行星齒輪節(jié)錐距: ……………………………（2.34） 這里選擇。 3) 行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)、 為了使齒輪有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會(huì)增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)取少些，但一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)在14～25選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.5～2.0的范圍內(nèi)。在這里行星齒輪的齒數(shù)選擇10，而半軸齒輪齒數(shù)選擇16。半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比等于1.6，符合以上要求。 差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(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)、

48、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……………………………（2.35） 式中：、——左、右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器來說,； n——行星齒輪數(shù)目； I——任意整數(shù)。 ，n等于4，因此,滿足上述安裝條件。 4) 差速器圓錐齒輪模數(shù)以及半軸齒輪節(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、； ..............................................................(

49、2.36) ............................................................（2.37） 在這里已知、=16，將它們代入上述兩，得： =35.56， =64.44 再按照下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m： ………………………………………(2.38） 而式中已經(jīng)初步確定了:50.96 mm， 、=16， =35.56， =64.44。將它們代入上式，得m=5.4。 求出模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即可根據(jù)齒數(shù)z及模數(shù)m由下式求得： …………………………………………………………（2.39 ）

50、 將m=5.4,、=16分別代入上式，得差速器行星齒輪節(jié)圓=54mm，半軸齒輪節(jié)圓=86.4mm。 5） 壓力角α 目前大都選用2230ˊ的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(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向于等強(qiáng)度。由于這種齒行的最少齒數(shù)比壓力角為的少，因此可以用比較大的模數(shù)以提高齒輪的強(qiáng)度。某些重型貨車和礦用汽車也可以采用壓力角。由于這里設(shè)定SUES-06型汽車為輕型載貨汽車，所以選用的差速器齒輪壓力角為2230ˊ。 6） 行星齒輪安裝孔的直徑φ及支承長(zhǎng)度L 行星齒輪安裝孔的直徑φ與

51、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承長(zhǎng)度。通常取 φ………………………………………………………........（2.40） ………………………………………………（2.41） ………………………………………………….（2.42） 式中:——為差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nm）； n——為行星齒輪數(shù)； l——為行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x（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； 根據(jù)上述，已知： ，n=4，代入式（2.38），得， 。 b.

52、 差速器齒輪參數(shù)計(jì)算 接下來說明一些齒輪中的幾何計(jì)算問題: 1） 齒輪齒數(shù)z：已知行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)分別為，。 2） 模數(shù)m：已知行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù) 3） 齒面寬F：F=（0.25～0.30); 行星齒輪與半軸齒輪齒面寬為12.8mm。 4） 齒工作高：=1.6m， 行星齒輪與半軸齒輪齒工作高為8.64mm。 5） 齒全高h(yuǎn): 6） 軸交角：。 7） 周節(jié)t：mm。 8） 齒頂高：；。 9） 齒根高： ；。 10） 徑向間隙c：。 11） 齒根角：；。 12） 面錐角：；。 13） 根錐角：； 14） 外圓直徑：，得，。 15） 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣

53、的距離：； 16） 理論齒厚S：。其中，根據(jù)以及的值查表以確定切向修正系數(shù)；，。 17） 齒端間隙B：根據(jù)模數(shù)為5.4查表，取高精度，得到B的范圍是：0.152～0.203；在這里選擇。 18） 弦齒厚：，推出,。 19） 弦齒高：,推出，。 2.7差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪主要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，而對(duì)于疲勞壽命在不予考慮，這是因?yàn)椴钏倨鼾X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)常處于嚙合傳動(dòng)狀態(tài)，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。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(dòng)的相對(duì)

54、運(yùn)動(dòng)。汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力（MPa）為 ……………………………………………………（2.43） 式中：T——差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，Nm；其計(jì)算式為： …………………………………………………………（2.44） ——按照與計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由上述已知它們的值分別為4354.96 Nm與946.4 Nm； n——為行星齒輪數(shù)；已經(jīng)選定n是4個(gè)； ——半軸齒輪齒數(shù)， =16； J——為計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)；這里根據(jù)差速器齒輪的齒數(shù)=10，=16查出0.226； m——差速器齒輪模數(shù)，m=5.4；

55、F——差速器計(jì)算齒輪的齒面寬，根據(jù)上面計(jì)算F=12.8； ——超載系數(shù),=1； ——尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸與熱處理等有關(guān)。當(dāng)端面模數(shù)>1.6時(shí)，，所以=0.68； ——載荷分配系數(shù)，這里取1.10； ——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸接觸良好、周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取 =1； 按照以上方式用進(jìn)行計(jì)算后所得的彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于210.90 MPa；按照兩種計(jì)算轉(zhuǎn)矩中的較小值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，彎曲應(yīng)力不大于980 MPa；將以上數(shù)據(jù)代入式（2.39），得分別等于157.35 MPa 和724.08 MPa。因此計(jì)算符合要求。

56、 上述汽車差速器直齒錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，使用與在直齒錐齒輪刨齒機(jī)上用成對(duì)刨刀滾切加工（切除非腰鼓形輪齒），或在直齒錐齒輪銑齒機(jī)上用成對(duì)原盤銑刀滾切加工（切出腰鼓形輪齒）的汽車差速器齒輪。在現(xiàn)代汽車大批量生產(chǎn)中，有時(shí)還采用生產(chǎn)效率更高、用弧刃圓盤拉刀加工、齒形接近于圓弧的Revacycle錐齒輪。這種齒輪在齒高方向的收縮齒型屬于雙重收縮齒；而齒輪兩側(cè)的齒廓曲線為用同一曲率半徑但不同心的弧刃圓盤拉刀回轉(zhuǎn)拉削時(shí)所形成的近似圓弧。這種齒輪也具有腰鼓形輪齒，而且具有齒數(shù)少（如=5～11）而且無根齒、齒頂不會(huì)變尖和齒根強(qiáng)度比較高等優(yōu)點(diǎn)。但刀具復(fù)雜，齒輪模數(shù)也不能過大，一般m＜6.35，所以僅用于大批量

57、生產(chǎn)的中等模數(shù)的汽車、拖拉機(jī)差速器錐齒輪。 2.8差速器的材料選擇和參數(shù)的設(shè)定 1）差速器齒輪材料 由于汽車差速器和主減速器還有雙曲面齒輪目前都用滲碳合金鋼制造目前用于制造差速器錐齒輪20CrMnTi,22CrMnMo,20CrNiMo,20MnVB和20Mn2TiB。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。 此次設(shè)計(jì)汽車差速器齒輪的所用材料為20CrMnTi。 2）差速器行星齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 a.行星齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì) 由行星齒輪的支承長(zhǎng)度為，；而行星齒輪安裝孔的直徑為，所以軸頸的直徑預(yù)選為。 b.行星齒輪軸的材料 軸的選

58、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(duì)應(yīng)力集中敏感性比合金鋼低，應(yīng)用較為廣泛，對(duì)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)差速器墊圈的設(shè)計(jì)計(jì)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(hù)被接件的表面不受螺母擦傷，分散螺母對(duì)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(zhuǎn)矩的時(shí)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

59、之間又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以要用墊圈以減少磨損。差速器要用到兩個(gè)墊圈，一個(gè)墊圈是半軸齒輪支承墊圈為圓形平墊圈，連接件一個(gè)是軟質(zhì)地的，一個(gè)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(yuǎn)的壓壞。另外一個(gè)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(zhuǎn)矩。 a.半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 如下圖所示：為平墊圈的結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖。 圖3-4 平墊圈 半軸直徑的數(shù)據(jù)為58mm,如上圖（a）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5

60、8 mm，初步預(yù)選安裝孔直徑D2為58.5mm，由圖（b）根據(jù)安裝簡(jiǎn)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。 b.行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 球面墊圈 由一字軸軸頸的直徑為22.37mm，根據(jù)裝配關(guān)系選擇球形墊圈的安裝孔直徑22.37為22mm，厚度h為1.1mm,選用的材料是聚甲醛 4)螺栓的選用和螺栓的材料 螺栓的種類很多，隨著機(jī)械及其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)螺栓的要求也越來越高，既要要求螺栓具有較高的強(qiáng)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

61、螺桿帶孔螺栓等。 而載貨車在1984年以前的連接后橋從動(dòng)錐齒輪和左差速器殼的12個(gè)M121.5的螺栓改為M141.5的螺栓。1984年以前的連接螺栓擰緊后容易發(fā)熱松動(dòng)，松動(dòng)的原因?yàn)榇簖X輪與差速器左殼之間沒有傳動(dòng)銷，螺栓的擰緊力矩不足[僅784~98Nm],擰緊力矩所造成的從動(dòng)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(dǎo)致的交變載荷，造成貼合面間的松動(dòng)。因此，從動(dòng)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M141.5，擰緊力矩加大為137.2~156.8 Nm，使情況有了較

62、大的改善，而現(xiàn)在使用的是六角頭螺栓，尺寸為 M141.5，細(xì)牙螺紋。即為GB/T 5782 M141.5. 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(qiáng)螺栓的強(qiáng)度，此次選用的是碳素鋼。 5)螺母的選用和螺母的材料 我們課本上所學(xué)的螺母有六角薄螺母、六角開槽螺母。在機(jī)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(hào)也越來越齊全。根據(jù)差速器已選定的尺寸為 M141.5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(jí)為8級(jí)的，不經(jīng)過表面處理、A及的I型六角螺母：即是GB/T6170 M14.符合載貨車螺栓要求。 現(xiàn)在一般生產(chǎn)地螺母原材料

63、一般是碳素鋼、不銹鋼、銅三種，為了加強(qiáng)螺栓的強(qiáng)度，此次選用的是碳素鋼。 6)差速器軸承的選用 軸承是支撐著軸的零件。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選用的軸承為圓錐滾子軸承。由差速器和半軸的計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取的圓錐滾子軸承的型號(hào)是7510E GB/T 297---1994. 2.9小結(jié) 了解了差速器的相關(guān)知識(shí)，那么就得開始進(jìn)行設(shè)計(jì)了，本章首先確定了差速器的設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行了差速器設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算，完成相關(guān)零件的設(shè)計(jì)。

64、 第三章 差速器建模 3.1差速器總成的建模 差速器總成由行星齒輪軸以及薄鋼板、行星齒輪零件、差速器螺栓防松墊片、后橋半軸齒輪、后橋差速器殼（右）、后橋差速器殼（左）、后橋差速器行星齒輪、后橋差速器軸承蓋、行星齒輪止推墊圈、軸承調(diào)整螺母、軸承調(diào)整螺母鎖片組成。其中要求建模的后橋差速器零件包括后橋差速器軸承蓋、后橋差速器行星齒輪、后橋差速器殼、后橋半軸齒輪和差速器螺栓放松墊片，軸承螺母墊片，軸承調(diào)整螺母等零件；要求建模的差速器裝置零件包括后橋差速器殼（左），軸承調(diào)整螺母，行星齒輪軸等零件。以下部件大多有復(fù)雜的尺寸或外形，進(jìn)行三維建模有一定的難度，現(xiàn)對(duì)其中的幾

65、個(gè)部件的建模特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。 1）螺母建模特點(diǎn) 軸承調(diào)整螺母形狀較為復(fù)雜，尤其是其上下表面并非是一對(duì)平行的平面，而是有很多的相似特征，其模型中滾珠較多，初步建模思想是用草圖拉伸，然后做出一個(gè)滾珠的特征，通過鏡像陣列的方式完成其他滾珠的建模。如圖3.1所示。 圖3.1 軸承調(diào)整螺母建模 2）軸承調(diào)整螺母鎖片建模特點(diǎn) 軸承調(diào)整螺母鎖片形狀看似簡(jiǎn)單，但由于不是在同一個(gè)基準(zhǔn)面內(nèi)，所以首先在底面由草圖繪制拉伸出實(shí)體，然后建立與之地面垂直的基準(zhǔn)平面，在此由繪制草圖來完成拉伸實(shí)體。在建立與底面垂直的基準(zhǔn)平面時(shí)，根據(jù)零件的尺寸，確定另一基準(zhǔn)平面的位置，以確保零件尺寸的完整，如

66、圖3.2所示。 圖3.2 軸承調(diào)整螺母鎖片 3) 行星齒輪軸建模特點(diǎn) 行星齒輪軸的外形并不難，看上去是一根軸。但是，在其上有鍵槽等特征，不是簡(jiǎn)單的草圖拉伸即可完成，需要在一根軸上去除材料得到一根需要的行星齒輪軸，如圖3.3所示。 圖3.3 行星齒輪軸建模 3.2差速器的建模過程 鑒于差速器中零部件比較多，所以以下就對(duì)軸承調(diào)整螺母鎖片和軸承調(diào)整螺母的建模過程進(jìn)行詳細(xì)介紹 1)軸承調(diào)整螺母鎖片建模 下面就以軸承調(diào)整螺母鎖片建模過程來說明本次設(shè)計(jì)的建模過程。首先進(jìn)入start－Modeling，選擇進(jìn)行草圖的繪制，依據(jù)二維圖形要設(shè)計(jì)要求，在此繪制軸承調(diào)整螺母墊片圖形。建立基準(zhǔn)平面YC-XC，在此平面上繪制二維圖形： 圖3.4 繪制二維平面圖 完成二維圖形繪制之后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵彈出以下圖形： 圖3.5 二維圖確認(rèn) 此時(shí)選擇finish Sketch結(jié)束二維圖形繪制，進(jìn)行下一步拉伸實(shí)體。選擇命令，此時(shí)會(huì)彈出以下界面，給定拉伸的深度值 圖3.6 拉伸菜單