桑塔納LX型轎車-汽車差速器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

桑塔納LX型轎車-汽車差速器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),桑塔納,LX,轎車,汽車,差速器,設(shè)計(jì),說(shuō)明書(shū) 汽 車 差 速 器 的 設(shè) 計(jì) 差速器是汽車傳動(dòng)系的重要組成部分。差速器的性能好壞直接影響整車性能。差速器能使汽車在直線行駛時(shí)兩邊車輪以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而在汽車轉(zhuǎn)彎和路面不平時(shí)使兩邊車輪差速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而減少輪胎與地面的滑動(dòng)磨擦。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和理解汽車差速器結(jié)構(gòu)，以桑塔納 LX 型汽車各數(shù)據(jù)為基本數(shù)據(jù)，對(duì)汽車差速器的行星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸、半軸各參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，從而設(shè)計(jì)適用于桑塔納 LX 型汽車的差速器。在設(shè)計(jì)中參考了大量的文獻(xiàn)，因此對(duì)差速器的結(jié)構(gòu)和作用有了更透徹的了解。再設(shè)計(jì)出合理適用的差速器的同時(shí)也對(duì)差速器相關(guān)的行業(yè)有了一定得認(rèn)識(shí)。通過(guò)繪制差速器的組件圖也讓我在學(xué)習(xí)方面得到了提高。 關(guān)鍵詞：半軸、差速器、齒輪結(jié)構(gòu) I abstract Abstract Differential is an important component of automobile power train.The performance of differential direct impact on vehicle performance.The differential mechanism allows wheels on both sides to rotate with same rotational speed while driving directly.However,the differential mechanism rotates with differential rotational speed while turning or driving on rough road.It enable to reduce the friction between the tire and ground.Through the literature review and understand the structure of automobile differential,a detailed calculation of planetary gear, the car differential half axle gear, planetary gear shaft, differential parameters and Santana LX car to the data as the basic data, to design a suitable Automobile differential mechanism. for Santana LX car. Reference in the design of a large amount of literature on the role of differential structure and have a more thorough 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: Axle,differential, gear structure II 目 錄 1. 緒 論 1 1 汽車差速器的發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)品前沿 1 1.1.1 汽車差速器發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.1.2 汽車差速器產(chǎn)品前沿 2 1.2 汽車差速器的分類 3 1.3 課題研究的背景 4 1.4 課題設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)的來(lái)源 5 2. 差速器的設(shè)計(jì)方案 6 2.1 設(shè)計(jì)對(duì)象類型的選擇 6 2.2 差速器的工作原理 7 2.2.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪式差速器 7 2.2.2 強(qiáng)制鎖止式防滑差速器 9 2.2.3 自鎖式差速器 11 3. 差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計(jì) 14 3.1 對(duì)稱式行星齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3.1.1 對(duì)稱式行星齒輪參數(shù)確定 14 3.1.2 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表 19 3.1.3 汽車差速器齒輪的選材和工藝 20 3.1.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 21 3.2 對(duì)稱式行星齒輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算 23 3.2.1 行星齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì) 23 3.2.2 行星齒輪軸的材料 23 3.3 差速器墊圈設(shè)計(jì)計(jì)算 24 3.3.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 25 3.3.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 2 4. 差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用 26 4.1 螺栓的選用和螺栓的材料 26 4.2 螺母的選用何螺母的材料 27 4.3 差速器軸承的選用 27 總 結(jié) 28 致 謝 29 參 考 文 獻(xiàn) 29 III 1. 緒 論 汽車差速器能夠做到使左、右（或前、后）驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。其功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平整路上行駛的時(shí)候，能夠使左右車輪以不同的旋轉(zhuǎn)速度滾動(dòng)，即可以使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車 輪作單純的滾動(dòng)運(yùn)行。差速器是為了調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速差而安置的。在四輪驅(qū)動(dòng)時(shí)候， 為了帶動(dòng)四個(gè)車輪，必須將所有的車輪聯(lián)接起來(lái)，如果是使四個(gè)車輪機(jī)械的聯(lián)接在一 塊，那么汽車在曲線運(yùn)動(dòng)的時(shí)候就不能以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，為了能使汽車非直線行駛轉(zhuǎn) 動(dòng)速度的基本一致性，這時(shí)候需要使用差速器 圖 1.1 普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪 來(lái)調(diào)整前輪和后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速差。 1.1 汽車差速器的發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)品前沿 1.1.1 汽車差速器發(fā)展現(xiàn)狀 汽車差速器行業(yè)的進(jìn)步與汽車行業(yè)的進(jìn)步聯(lián)系非常密切。最近一些年來(lái)，我國(guó)的汽車市場(chǎng)進(jìn)步速度突出，前進(jìn)勢(shì)頭迅猛。隨著我們國(guó)家公路建設(shè)投入力量規(guī)模的擴(kuò)大、基礎(chǔ)設(shè)施投資的增長(zhǎng)以及國(guó)民收入水平的整體大幅度提高，商用車和乘用車的產(chǎn)量和銷量將持續(xù)增長(zhǎng)，在未來(lái)五年左右的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)整車生產(chǎn)量的 均勻上升速度能夠一直保證在 12%以上，相匹配的市場(chǎng)的均勻增長(zhǎng)率是 14%往上； 汽車銷售之后服務(wù)市場(chǎng)能均勻上升 10%上下；對(duì)外市場(chǎng)能夠平均上升 21%以上。 汽車差速器市場(chǎng)具有著巨大的空間。汽車差速器廠家應(yīng)該可以很好的抓住世界產(chǎn)業(yè)大轉(zhuǎn)移的新的歷史機(jī)會(huì)和冒險(xiǎn)，找好目前的位置，研發(fā)出有優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品，在建設(shè)當(dāng)代企業(yè)規(guī)章的時(shí)候，把自己生產(chǎn)的產(chǎn)品推向國(guó)門之外的外國(guó)市場(chǎng)，參與全球分工，為中華人民共和國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展做出自己應(yīng)盡的義務(wù)。差速器廠家的研發(fā)方向是立于在生產(chǎn)物品的質(zhì)量，積極地與全球的采購(gòu)商洽談，讓我們優(yōu)秀的產(chǎn)品 出口到世界各個(gè)地區(qū)。[1] - 9 - 從現(xiàn)階段看來(lái)，中國(guó)的差速器市場(chǎng)是已經(jīng)基本成功的結(jié)束了由微到多的進(jìn)步并且正處在由多到強(qiáng)的前進(jìn)進(jìn)程之中。由微到多是一個(gè)積累量的過(guò)程，科學(xué)發(fā)展觀對(duì)它產(chǎn)生的作用可能僅僅只在于時(shí)間和快慢，但是由多到領(lǐng)先而卻是一個(gè)質(zhì)變的重要進(jìn)程，是不是能夠好好的結(jié)束這一轉(zhuǎn)變升級(jí)，科學(xué)的發(fā)展觀在其中起到極其有用的影響。但是，在這個(gè)升級(jí)與調(diào)節(jié)的特殊性時(shí)候，改善汽車車輛差速器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)點(diǎn)性是中國(guó)汽車差速器市場(chǎng)的緊切的任務(wù)。最近幾年，我國(guó)汽車差速器行業(yè)進(jìn)步很快，產(chǎn)出產(chǎn)品一直擴(kuò)大拓展，國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)定支持汽車差速器行業(yè)向高新技術(shù)性產(chǎn)品方向進(jìn)步，國(guó)內(nèi)的廠家新增加的投資項(xiàng)目投資量持續(xù)增長(zhǎng)。投資家對(duì)汽車差速器領(lǐng)域的注意力明顯增加，這促使汽車差速器行業(yè)的成長(zhǎng)需求增加。 1.1.2 汽車差速器產(chǎn)品前沿 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。研發(fā)人員也在市場(chǎng)的大環(huán)境下，不斷的開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品以能應(yīng)對(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)外都相繼出現(xiàn)新型差速器。 1. 雙蝸桿差速器 在 2014 年我國(guó)國(guó)內(nèi)出現(xiàn)新型差速器產(chǎn)品即雙蝸桿差速 器。它的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)為在轉(zhuǎn)子里傾斜的放置兩個(gè)相互嚙合的蝸桿，我們把兩個(gè)蝸桿軸端和兩邊的輸出軸聯(lián)接在一起，聯(lián)接的方式有兩種選擇方案，一是用齒輪聯(lián)接另一種是使用萬(wàn)向節(jié)聯(lián)接。把轉(zhuǎn)子上配置一個(gè)齒圈，差速器用軸承安裝在殼體上。比較小的導(dǎo)程角被該差速器的兩個(gè)蝸桿所使用，其大小直接的影響著自鎖的性能，蝸桿和渦輪的傳動(dòng)過(guò)程中，一般是蝸桿為主動(dòng)，而渦輪是從動(dòng)的，兩者相互嚙合，這就像兩個(gè)都為相互的渦輪一般，而當(dāng)導(dǎo)程角度很小，小到某確定的區(qū)間的時(shí)候，這兩個(gè)蝸桿就要發(fā)生互鎖的情況，此時(shí)只有在兩邊同時(shí)給予一個(gè)扭力才可以轉(zhuǎn)動(dòng)，故此為可以自鎖的原因，卻也不干擾差速行駛。 2. Torsen LSD 差速器系統(tǒng) Torsen LSD 差速器系統(tǒng)是奧迪Quattro AWD 的核心，托森式差速器( Torsen differential)我們又稱它為托森式自鎖差速器，這種差速器是巧妙的發(fā)揮了蝸輪蝸桿傳動(dòng)不可逆性的特性，讓差速器依照它的內(nèi)部差動(dòng)轉(zhuǎn)矩的數(shù)值來(lái)自動(dòng)的鎖 死和松開(kāi)，也就是說(shuō)在差速器里面的差動(dòng)轉(zhuǎn)矩很低的時(shí)候有一個(gè)差速的作用，但在普通對(duì)稱式直齒圓錐差速器里的差動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大的時(shí)候差速器就要自動(dòng)鎖止，如此可以很好的提升車輛的通過(guò)性能。 1.2 汽車差速器的分類 就現(xiàn)代汽車上安裝的差速器而言經(jīng)常利用其運(yùn)行特征大致歸為齒輪式差速器和防滑差速器兩大種類。 對(duì)于齒輪式差速器，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同的因素，這樣差速器分置給兩側(cè)輪的轉(zhuǎn)矩一樣。這樣差速器轉(zhuǎn)矩均分特性可以使汽車在較優(yōu)良路面上正常運(yùn)動(dòng)。然而當(dāng)汽車在不平整或泥濘路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，卻極大地干擾通過(guò)性能。比如當(dāng)汽車的一個(gè)動(dòng)力輪困在泥濘路況上時(shí)，盡管另一側(cè)動(dòng)力輪在相對(duì)優(yōu)良的路況上，但汽車經(jīng)常不可以向前行駛（俗稱打滑）。在這個(gè)時(shí)候在較差路況上的動(dòng)力輪在原地點(diǎn)空旋轉(zhuǎn)， 在相對(duì)優(yōu)良的路況上的車輪卻停止不前進(jìn)。這個(gè)是由于車輪在較差路況上與路面兩者的附著力比較小，道路表面只可以利用這個(gè)輪子對(duì)半軸作用較小的反作用力矩，所以差速器配置給這個(gè)輪子的轉(zhuǎn)矩也較少，就算另一驅(qū)動(dòng)輪和相對(duì)優(yōu)良道路路面之間的附著力較大，然而由于均勻分置轉(zhuǎn)矩的特征，導(dǎo)致這一動(dòng)力輪同樣只可以得到和滑轉(zhuǎn)動(dòng)力輪同樣量的轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力欠缺來(lái)克服運(yùn)動(dòng)阻力，汽車不可以運(yùn)動(dòng)，但是動(dòng)力則損失在滑轉(zhuǎn)動(dòng)力輪上。這時(shí)候增大油門不但不可以促使汽車運(yùn)動(dòng)，反而損耗油氣，促使機(jī)器構(gòu)件磨損，特別的使輪胎磨損劇烈。 就防滑差速器能夠優(yōu)化汽車在較差路面上的行駛性能，對(duì)于有一些越野汽車和高級(jí)小轎車?yán)锱鋫浞阑钏倨?。?duì)于防滑差速器的特征為，在一邊動(dòng)力輪在相對(duì)較差的道路表面滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，可以導(dǎo)致絕大多數(shù)或者所有轉(zhuǎn)矩分配那個(gè)優(yōu)等道路路面上的動(dòng)力輪，而使有效使用這個(gè)動(dòng)力輪的附著力用來(lái)得到充足的驅(qū)動(dòng)力，能夠使汽車有效啟動(dòng)或者繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。想要得到以上條件，最單一手段是在對(duì)稱式錐齒輪差速器機(jī)構(gòu)上配備差速鎖，使能夠讓其轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制止鎖式差速器。如果一邊驅(qū)動(dòng)輪胎滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，那么就能夠使用差速鎖讓差速器鎖定從而不能夠?qū)崿F(xiàn)差速的功能。防滑差速器可以防止普通對(duì)稱式圓錐齒輪式差速器由于轉(zhuǎn)矩均勻的置配給兩邊車輪所產(chǎn)生的在較差道路路面（雨雪道路等）上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候， 由于一邊動(dòng)力輪碰到雨雪路面而導(dǎo)致的在原地打滑（滑轉(zhuǎn)），另外一邊在好的道 路路面上的動(dòng)力輪然而在處在靜止情況從而導(dǎo)致汽車的通過(guò)特性下降的短處。由于和雨雪道路路面相碰的動(dòng)力輪與道路路面之間附著力降低，道路路面作用于半軸只有相當(dāng)小的反作用轉(zhuǎn)矩，對(duì)比普通錐齒輪差速器擁有轉(zhuǎn)矩均勻配置的特性， 從而使置于優(yōu)秀道路路面上的驅(qū)動(dòng)輪能夠擁有的轉(zhuǎn)矩僅僅可以和置于較差道路 路面上的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩一樣，所以他們的合力不能夠抵擋運(yùn)動(dòng)阻力，車輛就靜止不前進(jìn)。 除此之外按照其機(jī)構(gòu)的不同普通對(duì)稱式圓錐齒輪也可以分成下面的四種形式：[2] 1. 凸輪式 現(xiàn)在常見(jiàn)的是滑塊凸輪式差速器，它是一種高摩擦自鎖差速器， 結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 2. 齒輪式 汽車上廣泛采用的是對(duì)稱錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)鎖止式差速器等。 3. 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(zhǎng)，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。 4. 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(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。 1.3 課題研究的背景 由于汽車行業(yè)的迅速進(jìn)步，汽車零件生產(chǎn)企業(yè)和比較大的汽車零部件生產(chǎn)單位把企業(yè)建設(shè)的重心放在了構(gòu)成自主開(kāi)發(fā)能力建設(shè)這方面來(lái)，增加產(chǎn)品的技術(shù)含量，得到了與本部一起研發(fā)或者越過(guò)主機(jī)廠產(chǎn)品研發(fā)的長(zhǎng)處，這個(gè)是加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)中的中心，促成了“引入——掌握——嘗試生產(chǎn)——?jiǎng)?chuàng)新升級(jí)”的良性發(fā)展。 我們?cè)谘邪l(fā)新的車型的時(shí)候，車輛的傳動(dòng)系中的一個(gè)非常重要的部分就是驅(qū)動(dòng)橋，他的性能好壞直接導(dǎo)致整個(gè)車輛的性能好壞。同時(shí)差速器又是驅(qū)動(dòng)橋其中很重要的一部分，他的力矩的配置和各個(gè)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向性能、通過(guò)性和可靠性有很大的影響。車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)的各個(gè)條件和實(shí)在的車輪、道路和他們之間的關(guān)系表明：運(yùn)動(dòng)中的汽車，兩邊的車輪在相同的時(shí)間單位內(nèi)所行駛的道路長(zhǎng)度經(jīng)常是不一樣的。 無(wú)論是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是國(guó)際市場(chǎng)很多的汽車驅(qū)動(dòng)橋的生產(chǎn)單位所需求的差速器全部是從其他零部件生產(chǎn)商采購(gòu)齒輪、外殼和螺母等零件，通過(guò)自己自行裝配差速器而得到。這樣的形式，從一個(gè)角度來(lái)看提升了汽車驅(qū)動(dòng)橋生產(chǎn)商的勞動(dòng)總量，所以汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)商期望依照自己的要求直接購(gòu)買差速器總成；從另一個(gè)角度來(lái)看也制約了零部件生產(chǎn)單位所能賺取的利潤(rùn)，同時(shí)零部件廠商同時(shí)期盼產(chǎn)品系統(tǒng)化從而提升自己的利潤(rùn)。所以差速器的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)證也已變成雙方都期待可以處理的問(wèn)題。 1.4 課題設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)的來(lái)源 本次差速器設(shè)計(jì)，選用桑塔納 LX 型汽車相關(guān)數(shù)據(jù)作為差速器設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)源。參考數(shù)據(jù)如下[3] ： 1.發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 66 kw （5200 r min ） 2.主差速器傳動(dòng)比i0 =4.111 3.輪胎型號(hào) 185/70SR13(輪寬 185cm 輪輞直徑 13 英寸) 4.變速器傳動(dòng)比 i =3.167 最低檔 0.800 2. 差速器的設(shè)計(jì)方案 2.1 設(shè)計(jì)對(duì)象類型的選擇 對(duì)于差速器的結(jié)構(gòu)型式的處理，我們應(yīng)該把我們所設(shè)計(jì)的汽車的類型和他的使用條件作為設(shè)計(jì)的立足點(diǎn)，使能夠使所設(shè)計(jì)的汽車在已定的使用條件環(huán)境中的使用性能需求。 差速器的結(jié)構(gòu)型式有很多種，它的結(jié)構(gòu)型式我們可以通過(guò)下面的差速器結(jié)構(gòu)型式框圖了解： 圖 2.1 差速器結(jié)構(gòu)形式框圖 很多車輛都可歸類為道路運(yùn)輸車輛，就在較好的路面行駛的車輛來(lái)說(shuō)，因?yàn)榈缆仿访嫦鄬?duì)較好，各個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪與道路路面之間的附著系數(shù)改變很細(xì)微，所以絕大多數(shù)的汽車差速器都安裝的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、制造方便的普通對(duì)稱式 圓錐行星齒輪差速器。對(duì)于桑塔納 LX 型汽車，其屬于普通公路行駛汽車。此次設(shè)計(jì)對(duì)象為普通對(duì)稱式圓錐齒輪差速器。 2.2 差速器的工作原理 2.2.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪式差速器 驅(qū)動(dòng)橋的主要部件是汽車差速器。其功用就是在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的時(shí)候，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而使兩側(cè)車輪最大可能的用純滾動(dòng)的方式作不等距運(yùn)動(dòng)，從而降低輪胎和道路表面之間的摩擦。 采用對(duì)稱式錐齒輪的差速器的結(jié)構(gòu)，其原理如下圖 2-2 所示[4] 。 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?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪 6 固連在一起，故為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為w0 ；半軸齒輪 1 和 2 為從動(dòng)件，其角速度為w1 和w2 。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w0r 。于是，w1 =w2 =wo ，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(zhuǎn)的同時(shí)也在進(jìn)行自傳，如圖當(dāng)行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5 以角速度ω4 自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙 4 4 4 4 合點(diǎn) A 的圓周速度為w1r =w0r +wr ，嚙合點(diǎn) B 的圓周速度w2r =wo -wr 于是有： 4 4 w1r +w2r =（w0r +wr ）+(w0r -wr ） 即 w1 +w2 =2wo 4 4 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n 表示，則： n1 + n2 =2 n0 （2-1） 式（2-1）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)性方程式。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(wú)關(guān)。因此，在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其他行駛情況下，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(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。由式（1--1）可得知： ①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；②當(dāng)差速器殼轉(zhuǎn)速為零時(shí)，若一側(cè)半軸齒輪受到其他外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 對(duì)稱式錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配M 0 ：由主減速器傳來(lái)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(méi)有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩M 0 M 0 平均分配給左、右兩半軸齒輪，即M 1 = M 2 = 2 。當(dāng)兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速 朝相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速n1 大于右半軸轉(zhuǎn)速n2 ，則行星齒輪將按順時(shí)針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。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(duì)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(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，M 1 = (M 0 - Mr ) 2 ， M 2 = (M 0 + Mr ) 2 左、右車輪上的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù)k 表示： 0 M 0 k = (M 2 - M 1) M = Mr 差速器內(nèi)摩擦力矩Mr 和其輸入轉(zhuǎn)矩M 0（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，以 Kb = M 2 M 1 = (1+ k ) (1- k ) 目前廣泛使用的對(duì)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(zhuǎn)矩比 Kb 為 1.1~1.4.可以認(rèn)為，無(wú)論左、右驅(qū)動(dòng)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(duì)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。但是當(dāng)汽車在壞的路面行駛時(shí)，卻嚴(yán)重影響了通過(guò)能力。例如，當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)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(dòng)。 2.2.2 強(qiáng)制鎖止式防滑差速器[4] 要使汽車在路面情況較差的條件下提高其通過(guò)性能，一部分越野汽車和高級(jí)轎車使用了防滑差速器以得到上述要求。防滑差速器具有普通對(duì)稱式差速器所不具有的功能，在一邊動(dòng)力輪在道路情況較差的情況下滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以得到絕大多數(shù)的或者所有的轉(zhuǎn)矩遞送給在道路情況較好的道路上行駛的動(dòng)力輪，從而有效的使用這一動(dòng)力輪的附著力來(lái)得到充足的的驅(qū)動(dòng)力，以至于讓車輛流暢的啟動(dòng)或者持續(xù)運(yùn)動(dòng)。 提高牽引力利用率的很普通的一種手段是在普通對(duì)稱式直齒圓錐齒輪差速器機(jī)構(gòu)安置差速鎖，在需要的時(shí)候能夠把差速器鎖止。這個(gè)時(shí)候兩邊的驅(qū)動(dòng)車輪 能夠傳達(dá)取決于附著力的所有扭矩。圖 2-3 所示是一種嚙合套式強(qiáng)制鎖止差速 器，將左半軸用嚙合套與差速器殼聯(lián)為一體是其鎖止形式。也有將左，右半軸齒輪聯(lián)為一體的鎖止方法和用指鎖將半軸齒輪鎖止的方法。 圖 2.3 嚙合套式強(qiáng)制鎖止差速器及主減速器1-嚙合套 2-結(jié)合齒 3-操縱機(jī)構(gòu) 4-差速器殼 以 4×2 汽車為例，假如該汽車一側(cè)車輪運(yùn)動(dòng)在一塊冰面上，其附著系數(shù) G2 G2 jmin = 0.1 ，另一個(gè)車輪行駛在干燥路面上，其附著系數(shù)j= 0.7 。這個(gè)時(shí)候裝配了普通對(duì)稱式直齒圓錐齒輪差速器的車輛可以發(fā)揮的最大牽引力 Ft 是 - 16 - Ft = jmin + 2 jmin = G2jmin = 0.1G2 2 式中： G2 為驅(qū)動(dòng)橋荷重 如果差速器完全鎖住，則汽車所能發(fā)揮的最大牽引力為 Ft ￠ = G2 j+ 2 jmin = G2 2 (j+jmin ) = 0.4G2 G2 2 即在上述的情況下，使用差速鎖把普通對(duì)稱式直齒圓錐齒輪鎖止，僅僅可以讓車輛的牽引力提升四倍左右。而在通常的實(shí)際道路上，各驅(qū)動(dòng)輪與地面的附著系數(shù)往往不會(huì)差距那么大。特別當(dāng)車輪滑動(dòng)停車的時(shí)候，已經(jīng)失去原來(lái)的沖力， 在行駛需要克服比原來(lái)行駛時(shí)大的多的阻力，因而驅(qū)動(dòng)車輪需要更多的牽引力， 而這時(shí)被破壞的車輪往往不能承受這么大的牽引力。 另外，如果車輛行駛在相對(duì)較好的路面上的時(shí)候，假設(shè)沒(méi)有消除差速器鎖， 那么此時(shí)如同此汽車沒(méi)有配置差速器，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎困難、輪胎損耗、傳動(dòng)系統(tǒng)零件過(guò)載等一系列問(wèn)題。因?yàn)樯厦嫠v的原因，強(qiáng)行把汽車差速器鎖住的方式并沒(méi)有獲得廣泛的使用。 2.2.3 自鎖式差速器[4] 想要提高汽車牽引力的使用率，確保轉(zhuǎn)矩在動(dòng)力車輪之間的不均勻配置從而增加抗滑性能，另外防止出現(xiàn)上面提到的強(qiáng)制鎖止式差速器的不足之處，開(kāi)發(fā)了各種形式的自鎖式差速器。 1. 帶有摩擦元件的圓錐齒輪防滑差速器 這類高摩擦式自鎖差速器的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式如圖 2-4 所示：在行星齒輪背面用銷釘固定著一個(gè)蘑菇狀的摩擦元件(球面突緣)由于后者的尺寸較大，所以能夠顯著的提高差速器的摩擦力矩。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有加大的行星齒輪-半軸齒 輪的齒數(shù)差或傳動(dòng)比。也就是說(shuō)和普通對(duì)稱式直齒圓錐行星齒輪差速器相比較， 這類差速器的半軸齒輪與行星齒輪的徑向尺寸的差距明顯增大。 圖 2.4 白俄羅斯 BWJIA3-531 型牽引汽車的高摩擦式差速器 1-差速器左殼 2,9-青銅套 3,11-青銅支承墊片 4-半軸齒輪 5-差速器又殼 6-球面突緣 7-銷 8-十字軸 10-行星齒輪 2. 滑塊-凸輪式高摩擦差速器 滑塊-凸輪式高摩擦差速器如圖 2-5 所示，在結(jié)構(gòu)上課分為滑塊沿徑向安置 的和沿軸向安置的兩種類型。前者較后者得到了更多的應(yīng)用。如圖 2-5(a)，徑向滑塊式結(jié)構(gòu)的主動(dòng)套與差速器左殼制成一體，其上有兩排沿圓周均勻分布且交錯(cuò)布置的 12 個(gè)徑向孔。滑塊與座孔之間采用精度較高的滑動(dòng)配合。沒(méi)排滑塊的 兩端分別和內(nèi)外凸輪表面相接觸，而后面兩個(gè)就用花鍵把左邊和右邊半軸連接。通過(guò)差速器殼上面的主動(dòng)套從滑塊把轉(zhuǎn)矩遞送給內(nèi)外凸輪，從而把轉(zhuǎn)矩遞送給左 右半軸。為了不使兩排滑塊均處于如圖 B-B 刨面所示的不能傳遞轉(zhuǎn)矩的位置，當(dāng)兩排外凸輪的工作表面完全重合時(shí)，則兩排內(nèi)凸輪要相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)凸輪包角。兩排內(nèi)外凸輪表面這樣布置，就可以解決單排滑塊-凸輪式差速器所引起的轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)和零件過(guò)早磨損問(wèn)題。為了防止滑塊自轉(zhuǎn)，在其上制有導(dǎo)槽，裝在主動(dòng)套的內(nèi)外卡環(huán)伸入滑塊的導(dǎo)槽內(nèi)，使滑塊只能沿座孔移動(dòng)，不能饒自身轉(zhuǎn)動(dòng)。這兩種卡環(huán)也有助于在差速器的裝配時(shí)防止滑塊由主動(dòng)套的座孔掉出。 當(dāng)左半軸和右半軸的角速度一樣的時(shí)候，滑塊相對(duì)于主動(dòng)套及兩凸輪表面不動(dòng)并帶動(dòng)兩凸輪一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或一側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，左右驅(qū)動(dòng)車輪有轉(zhuǎn)速 差，滑塊-凸輪式差速器就擁有和差速器相同的差速功能。列如當(dāng)w1 > w0 > w2 時(shí)， 由于快輪一側(cè)凸輪的角速度w1 比主動(dòng)套的角速度w0 轉(zhuǎn)的快，而慢轉(zhuǎn)輪一側(cè)的凸輪角速度w2 < w0 ，因此滑塊將由慢轉(zhuǎn)凸輪移到快轉(zhuǎn)凸輪，同時(shí)滑塊對(duì)快速轉(zhuǎn)動(dòng) 的凸輪表面的摩擦力導(dǎo)致的摩擦力矩與w1 的方向相反，而滑塊對(duì)慢轉(zhuǎn)凸輪表面 的摩擦力所形成的摩擦力矩與w2 相同。因此，快轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)矩將減小，而慢速轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)矩將增加。 圖 2.5 滑塊-凸輪式高摩擦差速器 （a）滑塊徑向安置式 （b）滑塊軸向安置式1-差速器殼 2-滑塊 3，4-凸輪套 5,6 卡環(huán) 3. 蝸輪式高摩擦差速器 我們?cè)跓o(wú)論道路情況好壞的條件下或者沒(méi)有道路區(qū)域使用的大噸位載貨汽車、越野車或各種牽引汽車的時(shí)候主要是采用蝸輪式高摩擦差速器。由于鎖緊系數(shù)大，因此在附著系數(shù)變化劇烈的復(fù)雜道路條件下，能得到較好的防止車輪滑動(dòng) 效果。 4. 帶有常作用式摩擦元件的圓錐齒輪差速器 在普通圓錐齒輪差速器的結(jié)構(gòu)中增設(shè)常用作用式摩擦元件，使差速器具有一個(gè)大小一定且始終在起作用的摩擦力矩，以提高汽車的防滑能力。 5. 自由輪式差速器 滾柱式和牙嵌式這兩種形式的差速器是自由輪式差速器的主要形式。滾柱式自由輪機(jī)構(gòu)，由于其接觸應(yīng)力較大，故僅用于傳遞負(fù)荷不大的某些高通過(guò)性轎車和小噸位載貨汽車的輪間差速器或某些越野汽車的軸間差速器。牙嵌式自由輪差速器經(jīng)長(zhǎng)期改造已具有良好使用性能。 3.差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計(jì) 因?yàn)橹鳒p速器的從動(dòng)齒輪安裝在差速器外殼上，故主減速器的從動(dòng)齒輪軸承支承座和主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座直接影響差速器的從動(dòng)錐齒輪尺寸。又由于本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)配置在驅(qū)動(dòng)橋上左半軸和右半軸之間的差速器，故尺寸被軸承座所制約。從動(dòng)錐齒輪（對(duì)稱式錐齒輪）、行星齒輪軸（十字軸）等是輪邊差速器的主要非標(biāo)準(zhǔn)零件。 3.1 對(duì)稱式行星齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1.1 對(duì)稱式行星齒輪參數(shù)確定[4] 1. 行星齒輪數(shù)的確定 行星齒輪數(shù)目的確定是根據(jù)汽車承載情況確定的。小轎車通常是使用兩個(gè)行星齒輪，越野車還有載貨汽車大多數(shù)是使用四個(gè)行星齒輪，只有極少數(shù)的汽車使用的是三個(gè)行星齒輪。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，采用桑塔納型小型汽車，由此可得在此我使用行星齒輪數(shù)其數(shù)目為兩個(gè)即 n=2。 2. 主減速比的確定 就具有較高功率的轎車、客車和長(zhǎng)途客用車輛而言，特別是針對(duì)競(jìng)賽用途的車輛來(lái)說(shuō)，我們指定好了發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 Pe max 的情況下，我們確定的i0 值應(yīng)當(dāng)可以確保這些車輛擁有更高的車速va max 。此時(shí)i0 值我們需要依照下面的式子來(lái)得到： i0 = 0.377 rr np va max igH  (3-1) 式中rr 為車輪的動(dòng)半徑， rr =0.294m； igH 為變速器量高檔傳動(dòng)比， igH =1； 根據(jù)所選擇的主減速比i0 值，就可基本上確定主減速器的減速型式，并使之與汽車總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。 把Va max =161 km/h ， rr =0.294m ， igH =1 ， np =5200r/min 代入式中可有 i0 =4.111 3. 行星齒輪球面半徑 RB 以及節(jié)錐距 A0 的計(jì)算 行星齒輪背面的球面半徑 rb 通常是由普通對(duì)稱式直齒圓錐行星齒輪差速器 的外形大小所規(guī)定的，它就是差速器的行星齒輪的安裝尺寸，在事實(shí)上是表示普通對(duì)稱式圓錐直齒輪差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，從一方面表示了普通對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的強(qiáng)度。 差速器的球面半徑尺寸我們可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定： RB = KB （3-1） KB 是圓錐齒輪差速器的行星齒輪球面半徑系數(shù)， KB = 2.25 - 2.92 ,如果我 們是設(shè)計(jì)小轎車或者公路載貨汽車，由于這兩者有四個(gè)行星齒輪，我們需要取區(qū)間最小值；我們對(duì)于一部分轎車、越野車和礦用汽車，由于其只有兩個(gè)行星齒輪， 我們就需要取區(qū)間去大值； KB =2.99 ； Tj 為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m，取Tje ，Tjj兩值的較小值。 對(duì)于Tje ， Tjj T 計(jì)算如下： hT je = Te max · iTL · K0 · n （3-2） Tjj=( G2 · f · rr ) /(hLB · iLB ) （3-3） Te max 為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m；查相關(guān)數(shù)據(jù) Te max =145N·m； iTL 為由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比； 查相關(guān)數(shù)據(jù)得 iTL =4.111x3.455=14.203； hT 是上面公式中所表示的傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，其值為 0.9； K0 是汽車的超載系數(shù)，就普通載貨汽車、礦用汽車、越野汽車和液力傳動(dòng) 的各個(gè)類型的車輛而言我們?nèi)? K0 =1； n 為該車驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目；桑塔納 lx 型汽車驅(qū)動(dòng)橋數(shù)為 1； G2 為汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；對(duì)后橋來(lái)說(shuō)還應(yīng) 該考慮到汽車加速時(shí)的負(fù)荷增大量；最大負(fù)荷為汽車滿載重力乘以摩擦系數(shù)（摩 擦系數(shù)取 0.3） G2 =4380N； f 為輪胎對(duì)路面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路汽車，取 0.85； 對(duì)于越野汽車取 1.0；對(duì)于安裝專門的防滑輪胎的高級(jí)轎車取 1.25；此處 f 取 0.85； rr  為車輪滾動(dòng)半徑；根據(jù)輪胎型號(hào)參數(shù)可得  rr =0.294m； iTL ， iLB 為分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率 和減速比（例如輪邊減速器）；hLB 取 93.74%， iLB 取 1； 綜上，把數(shù)據(jù)代入 3-2 ，3-2 可得： Tje =1853N·m ， Tjj=1176N·m； 取最小值故Tj =1176N·m；同樣把所得數(shù)據(jù)代入式 3-1 得 RB =31.56； RB 確定后，即可根據(jù)以下的公式預(yù)先選它的節(jié)錐距為： A0 =（0.98—0.99） RB =31mm 4. 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(qiáng)度，我們應(yīng)該盡可能的讓差速器行星齒輪齒數(shù)在其條件允許的情況下取其最小值，以至于使我們得到相對(duì)較高的模數(shù) m，又因?yàn)橥庑纬叽鐢?shù)據(jù)同樣也干擾了差速器在車輛上的使用，其尺寸越大差速器越難以安裝。因此我們也需要差速器的行星齒輪其齒數(shù)在滿足其他條件下盡可能的取相對(duì)少一點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況我們通常取值大于等于 10。半軸齒輪其齒數(shù)通常在區(qū)間(14～25)取值，絕大多數(shù)的車輛的半軸齒輪和行星齒輪的齒數(shù)比也基本在區(qū)間 （1.5～2.0）內(nèi)取值。 基本上普通圓錐行星齒輪差速器其左半軸和右半軸兩個(gè)齒輪的齒數(shù) Z1，Z2 兩者的和需要被行星齒輪的數(shù)目 n 所整除，否則將不能安裝，即應(yīng)滿足 z1 + z2 = 整數(shù) n 上式， Z1 Z2 為左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于普通圓錐齒輪式差速器而言， Z1 = Z2 。在此，取Z1 =10， Z2 =16 滿足要求； 5. 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 需要預(yù)先得到行星齒輪和半軸齒輪兩者的節(jié)錐角γ1,，γ2 ，根據(jù)以下公式： = z1 γ1 arctan z2 - 17 - γ2 = 90°- γ2 （3-4） 將Z1 Z2 值代入 3-4 式得γ1=32°γ2 =58° 之后再依照下面的式子初步得到圓錐齒輪其大端模數(shù) m： m = 2 A0 sing = 2 A0 sing ? （3-5） 1 2 Z 1 Z 2 把相關(guān)數(shù)據(jù)代入 3.5 式中，得 m=3.39。查表 3—1 得 m=4。 表 3.1 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（摘自 GB 135—87） 算出模數(shù) m=4，則節(jié)圓直徑 d1，d2 可根據(jù)以下公式求出： d =z m 代入數(shù)據(jù)：d1 =40mm d2 =80mm 6.壓力角α的確定 過(guò)去汽車差速器齒輪都選用 20°壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為 1，而最少齒數(shù)是 13。目前汽車差速器齒輪大多選用 22°30′的壓力角，齒高系數(shù)為 0.8，最少齒數(shù)可減至 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齒厚，從而使行星齒輪和半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最少齒數(shù)比壓力角為 20°的少，故可用較大的模數(shù)以提高齒輪的強(qiáng)度。某些重型汽車和礦用汽車的差速器也可采用 25°壓力角。 7.行星齒輪安裝孔的直徑f及其深度 L 我們需要在行星齒輪上加工一個(gè)安裝孔以便裝配齒輪軸，不考慮裝配，其孔的直徑f和行星齒輪軸的直徑應(yīng)該是一樣的，但是行星齒輪其安裝孔的深度等于行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，一般情況下為： - 19 - L = 1.1f f= （3-6） （3-7） 上面式中：  Lf= 1.1f2 = T 0 ′103 [sc]′ nl  （3-8） T 0 是差速器傳送的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取 1176 N·m； n 是行星齒輪的數(shù)目；此處為 2； l 為行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm，它的尺寸大小大概是半軸齒輪 的齒寬的中間處處整體平均直徑的二分之一也就是 l ≈0.5 d2’， d2’為差速器的安裝在半軸上的半軸齒輪的齒面寬二分之一處的直徑，由 d2’=0.8 d2， l = （0.5x0.8）d2=25.6mm； [sc]為支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa；由式 3-6—3-8 代入數(shù)據(jù)可得: f≈17mm L≈19mm 3.1.2 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算表 序 號(hào) 名稱 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪齒 數(shù) z1 ≥10，應(yīng)盡量取最小值 z1 =10 2 半軸齒輪齒 數(shù) z2 =14～25，且需滿足式（1-4） z2 =16 3 模數(shù) m m =4mm 4 齒面寬 b=(0.25～0.30)A 0 ;b≤10m 8mm 5 工作齒高 hg = 1.6m hg =6.4mm 6 全齒高 h = 1.788m + 0.051 7.203 7 壓力角 a 22°30′ 8 軸交角 ? =90° 9 節(jié)圓直徑 d1 = mz1 ； d 2 = mz2 d1=40 d2=64 10 節(jié)錐角 g1 = arctan z1 ，g2 = 90° -g1 z2 g1 =30.96°，g2 = 59.03° 11 節(jié)錐距 A0 = d1 = d 2 2 sing1 2 sing2 A0 =32mm 12 周節(jié) t =3.1416 m t =12.56mm 13 齒頂高 ha1 = hg - ha 2 ; é ù ê 0.37 ú ha 2 = ê0.43 + úm ê ? z2 ?2 ú ê ? z ÷ ú ? è 1 ? ? ha1 =4.11mm ha 2 =2.29mm 14 齒根高 hf 1 =1.788 m - ha1 ; hf 2 =1.788 m - ha 2 hf 1 =3.042mm; hf 2 =4.862mm 15 徑向間隙 c = h - hg =0.188 m +0.051 c =0.803mm 16 齒根角 d1 = arctan hf 1 ;d2 = arctan hf 2 A0 A0 d1 =5.42°; d2 =8.63° 17 面錐角 go1 = g1 +d2 ； go 2 = g2 +d1 go1 =37.42°；go 2 =66.63° 18 根錐角 gR1 = g1 -d1 ；gR 2 = g2 -d2 gR1 =26.58°gR 2 =49.37° 19 外圓直徑 do1 = d1 + 2ha1 cosg1 ； d 02 = d 2 + 2ha 2 cosg2 d01=46.97mm d02=66.42mm 20 節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 c01 = d 2 - h' sing1 2 1 c02 = d1 - h' sing2 2 2 c01 = 37.83mm c02 = 18.06 mm 21 理論弧齒厚 s1 = t - s2 s2 = t - (h' - h' )tana-tm 2 1 2 s1 =5.92 mm s2 =6.63 mm 22 齒側(cè)間隙 B =0.245～0.330 mm B =0.250mm 23 弦齒厚 s3 B Sc = s - i - i i 6d 2 2 i Sc1 =5.79mm Sc2 =6.50mm 24 弦齒高 s 2 cosg hc = h' + i i i i 4di hc1 =4.29mm hc2 =2.32mm 3.1.3 汽車差速器齒輪的選材和工藝[5] 眾所周知齒輪的最關(guān)鍵的作用是用來(lái)遞送扭矩，某些場(chǎng)合又可以用來(lái)?yè)Q擋或變化車輛的方向，當(dāng)然有些齒輪只是起到一種分度定位的功用。齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度會(huì)差別巨大，齒輪的直徑尺寸范圍很大，有的只有幾毫米有的甚至達(dá)到了幾米， 其使用的環(huán)境也有很大的差距。所以，齒輪的工作對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的要求是很繁雜的，但大多重要齒輪仍有其共同點(diǎn)。 因?yàn)檫f送扭矩的關(guān)系，齒輪的齒根處受到很多的交變彎曲應(yīng)力； 齒輪的表面需受到很多的接觸應(yīng)力，使用過(guò)程中兩者之間的滾動(dòng)和滑動(dòng)，表面承受劇烈的摩擦和損耗； 因?yàn)閾Q擋和啟動(dòng)以及嚙合不正常的情況，齒輪要承受沖擊； 所以，齒輪的使用材料需要擁有下面的關(guān)鍵特性： 1. 高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度 2. 齒面有高的硬度和耐磨性 3. 齒輪心部要有足夠的強(qiáng)度和韌性 很明顯，我們選擇制作齒輪的材料的時(shí)候，需要考慮很多因素，首先陶瓷肯定是不能使用的，原因是其脆較大，無(wú)法受到?jīng)_擊。在一些受力不大或無(wú)潤(rùn)滑條件下工作的齒輪，可選用塑料來(lái)制作，所以齒輪通常都是使用金屬材料完成。 對(duì)于汽車差速器齒輪，置于傳動(dòng)系統(tǒng)中工作的齒輪，其受到的力很大，承受的沖擊也較多，所以對(duì)其使用材料的標(biāo)準(zhǔn)較高。由于彎曲與接觸應(yīng)力都很大，所以重要的齒輪都滲碳、淬火，把它強(qiáng)化。為了保證心部有足夠強(qiáng)度和韌性，材料的淬透性要求較高，心部的硬度需要達(dá)到 35-45HRC 之間，另外汽車生產(chǎn)的特點(diǎn)是批量大、產(chǎn)量高，因此選鋼材時(shí)，在滿足力學(xué)性能的前提下，對(duì)工藝性能必須給予重視。 實(shí)踐證明，20CrMnTi 具有較高的力學(xué)性能，在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度可達(dá) 58-62HRC，心部硬度能夠達(dá)到 30-45HRC，正火態(tài)的切削工藝性尚好， 熱處理工藝性好。故在此選齒輪材料為 20CrMnTi。 3.1.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算[6] - 20 - 對(duì)于普通對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的行星齒輪的強(qiáng)度計(jì)算我們通常是對(duì)它進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，卻在疲勞壽命方面基本上不過(guò)多考量，這個(gè)是因?yàn)辇X輪在差速器的工作環(huán)境下往往只是充當(dāng)一個(gè)等臂的推力桿的功用，也只是在左動(dòng)力輪和右動(dòng)力輪有轉(zhuǎn)動(dòng)速度差別的時(shí)候行星齒輪和半軸齒輪兩者才能出現(xiàn)相對(duì)滾動(dòng)的原因。 差速器的彎曲應(yīng)力為： - 30 - o = 2·103 TK 0 KSKm  MPa （3-9） 2 w KvFZ2m J 式中 T 為差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，N·m；可用公 式T = Tj ′ 0.6 n （3-10）計(jì)算得出。 Tj 為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按Tje Tjj兩者中最小值和Tjm 計(jì)算； n 為差速器行星齒輪數(shù)目； z2 為半軸齒輪齒數(shù)； K0 為超載系數(shù)，對(duì)于一般載貨汽車、礦用汽車、越野汽車以及液力傳動(dòng)的各類汽車 K0 =1； KS 為尺寸系數(shù)，反映材料性質(zhì)的不均勻性與齒輪尺寸和熱處理有 m 4 關(guān)， 當(dāng)ｍ 3 1.6 時(shí)， Ks = 4 ，在此 Ks = 4 ＝0.629； 25.4 25.4 Kv 為質(zhì)量系數(shù)，就車輛驅(qū)動(dòng)橋的齒輪而言，在齒輪傳動(dòng)正常的情況下，周節(jié)和徑向的跳動(dòng)精度高的情況下，能夠得值為 1.0； Km 是載荷的分配系數(shù)，在兩個(gè)齒輪都是騎馬式支承型的情況下 Km =1.00-1.10； 在一個(gè)齒輪是使用騎馬式支承的情況下，Km =1.10-1.25 剛度高的時(shí)候我們?nèi)⌒≈怠? F 是計(jì)算齒輪的齒面寬度，mm； J 在計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力的時(shí)候所使用的綜合系數(shù)，見(jiàn)圖3-1，查圖可得：J=0.226。 圖 3.1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) J 用于壓力角為 22°30′在刨齒機(jī)上滾切加工的汽車差速器用直齒錐齒輪 （齒面寬 F≤A0/3，刀尖圓角半徑為 0.12m 時(shí) J 應(yīng)乘以 0.89） 綜上，以Tjm 計(jì)算所得的汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)小于等于 210.9MPa；以Tje Tjj兩個(gè)計(jì)算轉(zhuǎn)矩的相對(duì)小值來(lái)計(jì)算的時(shí)候，彎曲應(yīng)力應(yīng)該小于 等于 980MPa。把數(shù)據(jù)代入式 3-9 得sw =958.89MPa；由于sw ＜980MPa，故差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。 3.2 對(duì)稱式行星齒輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算 當(dāng)下，市場(chǎng)上的行星齒輪的類型死很繁雜的，所以普通對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的齒輪軸的類型同樣是很繁雜，我們經(jīng)常能夠看到的是一字軸與十字軸(如圖3-2 3-3)，當(dāng)考慮小型車輛的時(shí)候，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)矩較小，故我們需要選用一字軸， 但對(duì)于用于載貨的大噸位的車輛其傳遞的轉(zhuǎn)矩很高，考慮到其軸工作時(shí)間和提升軸的承受荷載的性能，通常是使用十字軸，通過(guò)四個(gè)軸的軸頸來(lái)分配轉(zhuǎn)矩。能夠很好的改善軸的工作的長(zhǎng)度。 圖 3.2 行星齒輪一字軸 圖 3.3 行星齒輪十字軸 此處設(shè)計(jì)差速器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源是桑塔納 LX 型汽車，屬于小型汽車，故行星齒輪軸選用一字軸。 3.2.1 行星齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì) 因?yàn)樾行驱X輪其支承長(zhǎng)度 L≈19mm，依據(jù)上面所述（對(duì)行星齒輪球面半徑RB 以及節(jié)錐距 A0 的相關(guān)計(jì)算）求得行星齒輪球面半徑 RB=31mm?？紤]到行星齒輪的裝配、球型墊圈厚度和差速器殼體等因素，定軸長(zhǎng) 76mm；又因?yàn)樾行驱X輪上加工出的孔的直徑 f≈17mm，故軸的軸頸的徑向尺寸預(yù)先選為 f≈ 17mm。 3.2.2 行星齒輪軸的材料 普通對(duì)稱式直齒圓錐齒輪差速器行星齒輪軸其功能是把轉(zhuǎn)矩遞送給行星齒輪，從而得到轉(zhuǎn)矩配置，得到讓車輪達(dá)到差速運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。對(duì)于軸類型的選用我們需要考慮是否達(dá)到強(qiáng)度、熱平衡以及軸伸部位承受徑向載荷等等各種情況。 對(duì)材料的選擇和處理應(yīng)滿足以下條件：[5] 1. 材料為低碳合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，應(yīng)采用滲碳淬火處理，其滲碳層深 0.8-1.4mm， 軸頸表面的硬度為 58-64HRC; 2. 材料為中碳、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，應(yīng)采用感應(yīng)淬火處理。軸頸表面淬火硬度不低于 57HRC,硬化層深度為 1.2-2.5mm(軸頸直徑 d≤20mm)，1.7-4.0mm(軸頸直徑 d>20mm)。軸頸根部圓角應(yīng)淬硬; 由于行星齒輪軸主要受彎曲和扭轉(zhuǎn)，這類軸在整個(gè)截面上所受的應(yīng)力分布不均勻，表面應(yīng)力較大，心部應(yīng)力較小，這類軸不需要選用淬性很高的鋼種，既經(jīng)濟(jì)，韌性又高。這類軸一般選用中碳鋼，如 45 鋼、45Cr、40MnB 等。綜上考慮此次選用的軸的材料為 45 鋼。 3.3 差速器墊圈設(shè)計(jì)計(jì)算 墊圈分為：平墊圈-C 級(jí)、大墊圈-A 和 C 級(jí)、特大墊圈-C 級(jí)、小墊圈-A 級(jí)、平墊圈-A 級(jí)、平墊圈-倒角型-A 級(jí)、鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度墊圈、球面墊圈、錐面墊圈、工字鋼用方斜墊圈、槽鋼用方斜墊圈、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈、輕型彈簧墊圈、重型彈簧墊圈、內(nèi)齒鎖緊墊圈、內(nèi)鋸齒鎖緊墊圈、外齒鎖緊墊圈、外鋸齒鎖緊墊圈等。 對(duì)于平墊圈通常情況下是在連接一邊為軟質(zhì)地的材料，一邊為硬質(zhì)地以及很脆的材料的時(shí)候使用，它的最關(guān)鍵的功能為加大接觸的表面，散開(kāi)壓力，預(yù)防把質(zhì)地軟的一邊壓損。球面墊圈是為連接一端為球面而專門設(shè)計(jì)的墊圈，不僅有平墊圈功能，還能有效保護(hù)球面。 考慮到差速器結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)選用平墊圈和球面墊圈。如圖 3.4 3.5 所示： 圖 3.4 球面墊圈 圖 3.5 平面墊圈 3.3.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 如下圖 3.6 所示：所呈現(xiàn)的是平墊圈其結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖。 圖 3.6 平墊圈 根據(jù)桑塔納lx 型汽車其半軸徑向尺寸大小是 50mm,如圖 3.4（a）表示，根據(jù)裝配關(guān)系能夠選擇的半軸齒輪平墊圈的安裝孔直徑 D 要需要＞50mm，預(yù)估的 安裝孔的直徑 D2 為 50.5mm，根據(jù)圖 3.4（b）所示，依照安裝的難易的情況考量墊圈其厚度 h 選 1.6mm.使用的材料為聚甲醛塑料。 3.3.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 如下圖 3.7 所示：是平墊圈其結(jié)構(gòu)的方案簡(jiǎn)圖。 圖 3.7 球面墊圈 因?yàn)槭州S軸頸徑向尺寸為 17mm，依照裝配的關(guān)系我們所使用的球形墊圈其安裝的孔的徑向尺寸 d 是 17 mm，其厚度 h 我們確定為 1.1mm,選擇使用的材料是聚甲醛塑料。 4.差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用[7] 4.1 螺栓的選用和螺栓的材料 依照?qǐng)D紙要求、流轉(zhuǎn)單和作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等技術(shù)、工藝文件的規(guī)定，使用等級(jí)、長(zhǎng)度、直徑合適的螺栓。通常的時(shí)候，螺栓等級(jí)是不允許調(diào)低，盡可能的調(diào)升。螺栓螺母等級(jí)應(yīng)當(dāng)合理配置。螺栓的大小是根據(jù)螺栓孔的尺寸直徑大小確定的。假如預(yù)先聯(lián)接的零件其螺栓孔尺寸不相同，那么把孔徑相對(duì)較小尺寸作為基準(zhǔn)。螺栓孔和與之相配對(duì)的螺栓如下表所示： GB/T5277--1985 由于機(jī)械行業(yè)和其他相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步成長(zhǎng)，我們對(duì)螺栓的使用其各種參數(shù)的要求也越來(lái)越多越來(lái)越規(guī)范，我們?cè)谛枰菟軌蛴泻芨叩膹?qiáng)度的同時(shí)我們也要它擁有較高的精密度。當(dāng)下比較普通的螺栓有下面幾種類型，1.六角頭螺栓（全螺紋） 2.六角頭鉸制孔用螺栓 3.六角頭螺桿帶孔螺栓等。而就車輛使用的差速器而言，差速器左殼和從動(dòng)齒輪兩者的聯(lián)接螺栓需要能夠有充足的擰緊力矩，兩者高大的擰緊力矩需要能夠有比較高的直徑聯(lián)接螺栓。所以，在現(xiàn)實(shí)資源能夠達(dá)到的條件下，可以把螺栓增加到 M14×1.5，擰緊力矩增加到 137.2~156.8 nm ， 這樣就使性能擁有很好的的改進(jìn)，在此處，本設(shè)計(jì)使用的為六角頭螺栓，尺寸大小是 M14×1.5，細(xì)牙螺紋。也就是 GB/T 5782 M14×1.5.當(dāng)下生產(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。 4.2 螺母的選用何螺母的材料 由于機(jī)械行業(yè)和其他相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步成長(zhǎng)和日益的規(guī)范化，螺母的使用品種與型號(hào)同樣越來(lái)越規(guī)范。依據(jù)差速器已經(jīng)選好的尺寸規(guī)格為 M14×1.5 的螺栓， 故通過(guò)裝配的關(guān)系我們使用差速器的螺母尺寸規(guī)格應(yīng)該是 M1