托森差速器的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 一托森差速器的简介 托森差速器的工作原理 蜗轮、蜗杆设计 蜗杆前、后轴的设计 空心轴的设计 直齿圆柱齿轮设计 蜗轮轴设计 差速器外壳的设计 参考车型相关数据 设计心得 一 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一 托森差速器的简介 每辆汽车都要配备有差速器，我们知道普通差速器的作用：第一，它是一组减速齿轮，使从变速箱输出的高转速转化为正常车速；第二，可以使左右驱动轮速度不同，也就是在弯道时对里外车轮输出不同的转速以保持平衡。它的缺陷是在经过湿滑路面时就会因打滑失去牵引力。而如果给差速器增加限滑功能就能满足轿车在恶劣路面具有良好操控性的需求了，这就是限滑差速器 (称 全轮驱动轿车 统的基本构成是具有 3 个差速器，它们分别控制着前轮、后轮、前后驱动轴扭矩分配。这 3个差速器不只是人们常见的简单差速器，它们是 有自锁功能以保证在湿滑路面轮胎发生打滑时驱动轮始终保持有充足的扭矩输出从而在恶劣路况获得良好的操控。世界上的 天我们就来看看 音译，这个名字取自 单词头几个字母的组合。其专业意思是：牵引力自感应式扭矩分配 。从字面意思就可以理解：它可以根据各个车轮对牵引力的需求而分配扭矩输出。最为难得可贵的是：这样的分配完全靠机械装置来完成，反应迅速而准确。 。 核心是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统 。 从 杆结构，正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能，正是这一特性限制了滑动。在弯道行驶没有车轮打滑时，前、后差速器的作用是传统差速器，蜗杆齿轮不影响半轴输出速度的不同。如车向左转时，右侧车轮比差速器快，而左侧速度低，左右速度不同的 蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。此时蜗轮蜗杆并没有锁止，因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。 当右侧车轮打滑时，蜗轮蜗杆组件发挥作用，如是传统差速器将不会传输动力到左轮。对于 速器，此时快速旋转的右侧半轴将驱动右侧蜗杆，并通过同步啮合齿轮驱动左侧蜗杆，此时蜗轮蜗杆特性发挥作用。当蜗杆驱动蜗轮时，它们就会锁止，左侧蜗杆和右侧蜗杆实现互锁，保证了非打滑车轮具有足够的牵引力。 速器的特点 ： 速器是恒时 4 驱，牵引力被分配到了每个车轮，于是就有了良好的弯道、直线 (干 /湿 )驾驶性能。 何速度的不同，如前轮遇到冰面时，系统会快速做出反应， 75%的扭矩会转向转速慢的车轮，在这里也就是后轮。 速器实现了恒时、连续扭矩控制管理，它持续工作，没有时间上的延迟，但不介入总扭矩输出的调整，也就不存在着扭矩的损失，与牵引力控制和车身稳定控制系统相比具有更大的优越性。因为没有传统的自锁差速器所配备的多片式离合器，也就不存在着磨损，并实现了免维护。纯机械 动器实现匹 配，与车辆其它安全控制系统 引力控制 )、 身稳定控制 )相容。 车轮刚一打滑的瞬间就会发生作用，它具有线性锁止特性，是真正的恒时四驱，在平时正常行驶时扭矩前后分配是 50 50。 缺点： 一是造价高，所以一般托森差速器都用在高档车上； 二 是重量太大，装上它后对车辆的加速性是一份拖累。 托森差速器几乎可以成为 20 世纪继转子发动机以后精妙机械设计的典范。不过正是因为 这套机构的精妙，导致其需要非常高的加工精度、制造工艺和高强度的材料才能保证其性能的发挥，所以成本非买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 常之高。奥迪 所以没有在前后差速器上都采用托森差速器，估计也是出于成本的考虑。 二 托森差速器的工作原理 托森差速器主要是由外壳，空心轴，蜗轮（ 6个），齿轮（ 12个），蜗杆前轴，蜗杆后轴。空心轴通过花键与外壳联接在一体，齿轮通过蜗轮轴安装在差速器外壳上，其中三个蜗轮与前轴蜗杆啮合，另外三个蜗轮与后轴蜗轮相啮合。与前、后轴蜗杆相啮合彼此通过直齿圆柱齿轮相啮合，前杆和驱动桥的差速器前齿轮轴为一体，后轴 蜗杆和驱动后桥的差速器后齿轮轴为一体。当汽车驱动时，来自发动机的动力通过空心轴传至差速器外壳，差速器外壳通过蜗杆轴传至蜗轮。前轴蜗杆通过差速器前齿轮轴将动力传至前桥，后轴蜗杆通过差速器后齿轮轴传至后桥，从而实现前、后驱动桥的驱动牵引作用，当汽车转弯时，前后驱动轴出现转速差，通过啮合的直齿圆柱齿轮相对转动，使一轴转速加快，另一轴转速下降，实现差速作用。 图一是托森差速器的结构，图二 ，图三 是托森差速器在奥迪车中安装的部位图。 托森差速器的工作过程 可以分为 2种情况：设前、后 轴蜗杆转速分别为1n、2 图一 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1） 汽车直线行驶，当汽车驱动时，来自发动机的动力通过空心轴传至差速器外壳，再通过蜗轮轴传至蜗轮最后传到蜗杆。前、后蜗杆轴将动力分别传至前、后桥。由于两蜗杆轴将动力分别传至 前、后桥。由于两蜗杆轴转 速相等，故蜗轮与蜗杆之间无相对运动，两相啮合的直齿圆柱齿轮之间亦无相对传动，差速器壳与两蜗杆轴均绕蜗杆轴线同步转动，即0n=1n=2n。其转矩平均分配。设差速器壳接受转矩为0M，前、后蜗杆轴上相对应驱动转矩分别为1M、2M，则有1M+2M=0M。 2） 2车转弯或某侧车轮陷于泥泞路面时，为便于分析，假设差速器外壳不懂动，即0n=0，又1n 2n，在1轴蜗杆带动与其啮合的蜗轮转动，蜗轮两端的直齿圆柱亦随之以转速时带动与其啮合的直齿圆柱齿轮以转速齿轮与后轴蜗杆一体，则后轴蜗杆朝相反方向转动。显然，这是不可能的，因蜗轮蜗杆传动副 的传动逆效率极低。实际上，差速器壳一直在旋转，0n 0，前、后轴蜗杆亦随之同向旋转。此时两轴之间的转速差是通过一对相啮合的圆柱齿轮 的相对转动而实现的。由上述分析知，前蜗杆轴使齿轮转动，齿轮随之被迫 转动，并迫使后轴蜗轮带动后轴蜗杆转动，因其齿面之间存在很大的摩擦力，限制了齿轮转速的增加，减少了齿轮及前轴蜗杆转速的增加。显然，只有当两轴转速差不大时才能差速。 图二 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 托森差速器是利用蜗轮蜗杆传动副的高内摩擦力矩 行转矩分配的 。 其原理简述如下 :设前轴蜗杆 1的转速大于后轴蜗杆 2的转速 ,即 前轴蜗杆1将使前端涡轮转动 ,涡轮轴上的直齿圆柱齿轮 3也将转动 ,带动与之啮合的后端直齿圆柱齿轮 4 同步转动 ,而与后端直齿圆柱齿轮同轴的蜗轮也将转动 。 则后端蜗轮带动后轴蜗杆 2 转动 。 蜗轮带动蜗杆的逆传动效率取决于蜗杆的螺旋角及传动副的摩擦条件 。 对于一定的 差速器结构其螺旋角是一定的 。 故此时传动主要由摩擦状况来决定 。 即取决于差速器的内摩擦力矩 而 取决于两端输出轴的相对转速 。 当 速差比较小时 ,后端蜗轮带动蜗杆摩擦力亦较小 ,通过差速器直齿圆柱齿轮吸收两侧输出轴的转速差 。 当前轴蜗杆 高时 ,蜗轮驱动蜗杆的摩擦力矩也较大 ,差速器 将抑制该车轮的空转 ,将输入转矩 转矩分配为 1/2(， 1/2(。 当 0,前轴蜗杆空转时 ,由于后端蜗 轮与蜗杆之间的内摩擦力矩 高 ,使 此时 ,相当于差速器锁死不起差速作用 。图四 为工作原理图 图三 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 蜗轮式差速器转矩比 中 为蜗杆螺旋角 , 为摩擦角 = 时 ,转矩比 b,差速器自锁 达 ,锁紧系数 K 取不同的螺旋升角可得到不同的锁紧系数 ,使驱动力既可来自蜗杆 ,也可以来自蜗轮 损 ,提高使用寿命 , b一般降低到 3右较好 ,这样即使在一端车轮附着条件很差的情况下 ,仍可以利用附着力大的另一端车轮产生足以克服行驶阻力的驱动力 . 托森差速器由于其结构及性能上的诸多优点 ,被广泛用于全轮驱动轿车的中央轴间差速器及后驱动桥的轮间差速器 通常不用做转向驱动桥的轮间差速器 。 三 蜗轮 蜗杆设计 根据 10085推荐 ,采用渐开线蜗杆 ( 蜗杆采用 40经淬火处理 ,硬度为 48轮采用 属模铸造 ,为节约材料 轮芯用灰铸铁 造 。 根据闭式蜗杆传动的设计准则 ,先按齿面接触疲劳强度进行设计 ,再校核齿根弯曲疲劳强度 ,传动中心矩 ： 322 （式 1） ； 蜗杆传动的中心距； 蜗轮的许用接触应力； 图四 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 蜗轮传递的 转 矩； 载荷系数； 弹性影响系数； 接触系数； 1) 按 1 =4,估取 = P= n=1400/3=2 = 106 106 =182986 2) 因工作载荷较稳定 ,故取载荷分布不均匀系数=1,由 7表 11取使用系数 =冲击不大 ,可取动载系数v= K= v= 1 (式 2)； 使用系数； 动载系数； v 载荷分布不均匀系数 3) 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配 ,故 =160 )先假设蜗杆分度圆直径 传动中心距 a 的比值 a= 7中图 11=) 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 属摸铸造 ,蜗杆螺旋齿面硬度 45从 7表 11查到蜗轮的基本许用应力 =268要求寿命 20000h, 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 应力循环次数 : N=60h=60 1 120000=109 (式 3)； 寿命系数 ： K=8 = K =268= 4)； 蜗轮基本许用接触应力； K 寿命系数 。 6) a 3 29 8 35中心距 a=64 从 7中表 11模数 m=8,蜗杆分度圆直径 32 a= 7图 11可查得接触系数 Z=为 Z Z。 因此以上计算结果可用 。 1)轴向齿距 : m=8=式 5)； 直径系数 ： q= m=4（式 6） ； 齿顶圆直径 ： 2h*2+2 1 8=48 式 7)； 齿根圆直径 : 2(h*am+c） =32 2 (8+4)=8 8)； 分度圆导程角 ： r=15 (式 9)； 2)蜗轮齿数 12； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 变位系数 0 ； 验算传动比 ： i = 12/4 =3(式 10)； 这时传动比误差为 (3 3)/3=0，允许 。 蜗轮分度圆直径 ： 8 12=96 11)； 蜗轮喉圆直径 ： 26+2 8=112 12)； 蜗轮齿根圆直径 ： 26 2 8(1+76 13)； 蜗轮咽喉母圆半径 ： a 124 12 112=8 14)； = F(式 15)； k 载荷系数； Y 螺旋角影响系数； 齿形系数； F 许用弯曲应力； 弯曲应力 ； 2T 传递的转矩 。 当量齿数 ： 45 16)； 根据 1 图 11可查得齿形系数 ： 旋角系数 ： Y=114045=用弯曲应力 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 F = F 从 7表 11查得由 10 1p 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 F =56寿命系数 ： F =56 = =曲强度是满足的。 四 、 后 轴的设计 轴的材料为 40由 7中表 15得， 40 为 3555 速 =1297，由 7中式 15得 n(式 17)； 功率； n 转速； 面积。 d d 取为 66 7表 15得 : W 343000=34300(式 18)； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 W 343000=68600(式 19); T=106 nN 20)； 8 1 7 2 9 8 6W (式 21)； 合格。 五 轴的材料为 40由 7中表 15得 40 为 3555 速 1400 r/I 档传动比为 n= =1297，由 7中式 15得 n; 2 2 3 ; 为 72 72100轴径增大 5%7%， d 取为 为 77。 由 1表 15得 = ， W 1 4 )= =1 4 )=42375 3 7 4 W (式 22)； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 合格。 机械设计指导表 9 ： 小径 d 取为 72用中系列，其规格为 N D B=10 72 78 12，C=r=考 d a =配形式为固定，采用一般用公差带，外花键中的 d 用 D 为 B 为 六 直齿圆柱齿轮设计 已知：输入功率 齿轮转速 n=1400r/数比 u=1，工作寿命为 120000小时。 度等级、材料及齿数。 1） 选用直齿圆柱齿轮传动； 2）选用 7级精度； 3）材料选择 ,选择齿 轮材料为 40质 )，硬度为 280 4）选择齿数 24。 由 设计计算公式 进行计算，即 321 1 式 23)； 分度圆直径； 载荷系数； 齿轮传递的扭矩； u 齿数比； Z 材料的弹性影响系数； H 接触疲劳许用应力 ； 齿宽系数 ； 1) （ 1） 试选载荷系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 2） 计算齿轮传递的转矩 ： 105 n=105 105 N （ 3） 齿宽系数 1。 （ 4） 材料的弹性影响系数 Z = （ 5） 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度 600 （ 6） 计算应力循环次数 N=60=60 1 120000=109 (式 24)； （ 7） 查得接触 疲劳寿命系数 ； （ 8）计算接触疲劳许用应力 取失效率为 1%，安全系数 S=1， 得： 5521 S L 25)； 2)（ 1）试算齿轮分度圆直径 入数值得 ： 5 2）计算圆周速度 V V= 0 060 4 0261 00 060 1 nd tm/s （ 3）计算齿宽 b b= 262611 td 4)计算齿宽与齿高之比 模数 mt=z=26/24=高 h=b/h=26/ 5）计算载荷系数 据 V=7级精度， 查得动载系数 齿轮，假设 K Ft/b 100N/得 得使用系数 K =1，查得 7级精度，齿轮相对支承非对称布置时， K= 2d 103 b 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 = 12 ) 12 103 b/h=K= 得 KF=载荷系数 : K=K 1 26)； 动载系数； K 使用系数； K、 齿间载荷分配系数。 （ 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 得 d=3 27)； （ 7）计算模数 m M=d/z=4=弯曲强度的设计公式为 m 3 212 F (式 28)； K 载荷系数； 齿形系数； 应力校正系数； m 模数； Z 齿数； 转矩； Q 齿宽系数。 1) （ 1） 查得齿轮的弯曲疲劳强 度极限 500F （ 2） 查得弯曲疲劳寿命系数 KF= （ 3）计算弯曲疲劳安全系数 S= 0 S = 29)； （ 4）计算载荷系数 K 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 K=K =1 30)； （ 5）查取齿行系数 6） 查取 应力校正系数 7）计算齿轮的 加以比较 =)m 整后取 m=为 d=d/m=26/ 18。 1) d=8 7) b= 27=27) a=( ： 7 7 727 31)； 147327 b F t N/100N/ 32)； 合适 。 七 ，转速 n,转矩 T P=n=1400r/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 T=105 105 N 已知齿轮的分度圆直径为： 27 i n o o i n c o sc o s 1 1141 11 nn N 蜗轮的分度圆直径为 2t= d T 0 520s i n i n co s 1 1141 11 2a= 9 s 11311 N 初步估算轴的直径 。选取轴的材料为 45号钢，调质。 取 12，于是得： d=3 于轴安装的是 套筒 的直径 是最小的 ，所以 取 套筒 的直径为 191)如图所示的装配方案 2)（ 1） 我们选用套筒 ,所以 186521 ll 166521 dd （ 2） b=27以 145432 205432 （ 3） 由于蜗轮长度为 82以 8243 4043 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 4）轴总长 1 4 618148214186554433221 3)齿轮、蜗轮与轴的周向 定位均采用 花 键联接，由手册查得平键截面 bh=87槽用键槽铣刀加工，长为 14时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 7/ 6样，蜗轮与轴的配合 选用 44b h m m m m ，蜗轮轮毂与轴的配合为 7/ 6承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 4)取轴端倒角为 1 45。 5)进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 B）的强度，根据 215取 a=的计算应力 22221332 7 0 9 3 8 0 . 6 5 7 8 0 0 0 3 9 . 80 . 1 4 8c a a aM a T M P M 前已选定轴的材料为 45钢，由 2表查得 1 60 ,故 1，故安全 八 差速器外壳的设计 用 半径为 115 度为 160便于安装，把外壳分成两 部分，用螺栓联接。在外壳与空心轴的连接处 加个套筒，套筒直径选用 80度 15外壳与前、后蜗杆轴的联接处加垫片，以减少之间的摩擦。在蜗杆与差速器壳处也用垫片。安装时，我们把外壳与空心轴用花键联接好， 然后把前、后蜗 杆轴套在外壳中，再来安装好蜗轮轴最后用外壳、用螺栓拧紧。 如图六 图五 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图六 九 装载重量： 车总重量： 动机最大功率： 000动机最大转矩： n =360 380/1200 1400减速器传动比 ： 胎尺寸：子午线轮胎 11速器传动比： 1， 1， 5， 4， 0， 动器传动比：高档： 档： 高车速： 80km/h。 十 经过 2 个星期的托森差速器的设计 ,我从中学习到了许多东西 ,让我感受很深 ,使我受益匪浅。 在这次设计中 ,由于所有的设计说明都要在电脑上完成 ,首先一点就是让 我更加熟悉对 档的使用程度 ,同时我也学会了怎样利用公式编辑器来编入我需要输入的公式 也有了一定的提高 . 其次 ,让我又重新复习了一下我刚学过的 机械工程底盘以及大三时候学习的机械设计和机械原理课程 ,同时也复习了一些材料力学以及大一时候学习的画法几何的知识 ,还有大二时候学习的 ,可以说通过这次设计 ,使我对现在和以前的课程和专业知识又复习了一遍 ,又巩固了一遍 ,可以说温故而知新啊 !增强了专业知识 ,使我更加熟悉差速器 的工作原理和设计过程 了更深刻的了解。 并对差速器有了很深的了解，差速器有三大功用： 把发动机发出的动力传输到车轮上； 充当 汽车主减速齿轮，在动力传到车轮之前将传动系的转速减下来 将动力传到车轮上，同时，允许两轮以不同的轮速转动 。 差速器就是一种将发动机输出扭矩一分为二的装置，允许转向时输出两种不同的转速。 在现代轿车或货车，包括许多四轮驱动汽车上，都能找到差速器。这些四轮驱动车的每组车轮之间都需要差速器。同样，其两前轮和两后轮之间也需要一个买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 差速器。这是因为汽车转弯时，前轮较之后轮，走过的距离是不相同的。 部分四轮驱动车前后轮之间没有差速器。相反的，他们被固定联结在一起，以至于前后轮转向时能够以同样的平均转速转 动。这就是为什么当四轮驱动系统忙碌时，这种车辆转向困难的原因。 不同车速下转弯 我们将从最简单的一类差速器 开式差速器，讲起。首先，我们需要了解一些技术：下图就是一个开式差速器部件。 当一辆轿车沿着一条路直线行驶时，两侧车轮以同一转速转动。输入小齿轮带动螺旋锥齿轮和壳体。壳体内的小齿轮都不转动，两边的齿都有效的将壳体锁住。 注意到输入小齿轮的齿比螺旋锥齿轮的齿小。如果主减速比为 旋锥齿轮的齿数就要比输入小齿轮的齿多 。更多关于传动率的信息请参阅齿轮是如 何工作的。 当一辆汽车转弯时，车轮必须以不同的转速旋转。 壳体内的小齿轮在车辆转向时开始转动。以此实现两侧车轮以不同的转速旋转。内侧车轮要比壳体转得慢。但外侧车轮就要转得相对快点。 在薄冰上行驶 开式差速器一般都是将相同大小的扭矩分配到两侧车轮上。有两个因素决定分配到车轮扭矩的多少：设备及牵引力。在干燥的环境、有充足的牵引力的情况下，分配到车轮的扭矩受到发动机及齿轮的限制；在牵引力较小的情况下，诸如在冰面上行驶。在这种情况下，扭矩的大小受限于车轮不至于打滑。所以，即使一辆车可以产生 更大的扭矩，同样需要足够的牵引力用以将这些扭转力矩传输到地面上。如果当车轮开始打滑时，你用力睬油门，只会使车轮转得更快。 如果你曾经在冰面上开过车，你可能知道使加速变得容易的方法。那就