毕业设计（论文）-轮式装载机差速器设计【全套图纸】 .pdf

黑龙江工程学院本科生毕业设计 i 目录 摘 要 iii abstract . iv 第 1 章 绪 论1 1.1 汽车差速器的功用及其分类 1 1.2 课题设计初始数据的来源与依据2 1.3 本章小结3 第 2 章 差速器的设计方案 4 2.1 差速器的方案选择及结构分析4 2.11 差速器的方案选择 4 2.12 差速器的结构分析 4 2.2 差速器的工作原理 .6 第 3 章 差速器非标准零件的设计 9 3.1 对称式行星齿轮设计计算 .9 3.1.1 对称式行星齿轮参数确定 9 3.1.2 差速器齿轮几何计算图表 13 3.1.3 差速器齿轮的材料 .15 3.1.4 差速器齿轮强度的计算 15 3.2 差速器行星齿轮轴的设计计算 16 3.2.1 行星齿轮轴的分类及选用 16 3.2.2 行星齿轮轴的尺寸设计 17 3.2.3 行星齿轮轴的材料 .17 3.3 差速器垫圈的设计计算 17 3.3.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计 .18 3.3.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 18 3.4 本章小结 .19 黑龙江工程学院本科生毕业设计 ii 第 4 章 差速器标准零件的选用.20 4.1 螺栓的选用和螺栓的材料 .20 4.2 螺母的选用何螺母的材料 .20 4.3 差速器轴承的选用 .20 4.4 十字轴的选择 21 4.5 本章小结 .21 第 5 章 差速器总成的装复和调整 22 5.1 差速器总成的装复 .22 5.2 差速器的零部件的调整 22 5.3 本章小结 .23 结 论 .24 参考文献 .25 致 谢 .26 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 黑龙江工程学院本科生毕业设计 iii 摘 要 差速器作为汽车必不可少的组成部分之一也在汽车市场上产生了激烈的竞争。此 次就是针对汽车差速器这一零件进行设计的。本次设计主要对安装在驱动桥的两个半 轴之间的差速器进行设计，主要涉及到了差速器非标准零件如齿轮结构和标准零件设 计计算，同时也介绍了差速器的发展现状和差速器的种类。对于差速器的方案选择和 工作原理也作出了简略的说明。在设计中参考了大量的文献，因此对差速器的结构和 作用有了更透彻的了解。再设计出合理适用的差速器的同时也对差速器相关的行业有 了一定得认识。通过绘制差速器的组件图也让我在学习方面得到了提高。 关键词：半轴；差速器；齿轮结构 黑龙江工程学院本科生毕业设计 iv abstract 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 structure 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 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 汽车差速器的功用及其分类 差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的 角速度滚动，以保证两侧驱动车轮与地面间作纯滚动运动。 图 1- 1 汽车转弯时驱动轮运动示意图 装载机在行驶时，左右轮在同一时间内所滚动的路程往往不等。如图 1- 1 所示，在 转弯时内、外两侧车轮转弯半径 r1 和 r2 不同，行程显然不同，即外侧车轮滚过的距 离大于内测车轮；汽车在不平的路面行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过 的路程不等；即使在平直的路面行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以 及制造误差等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行驶不 等。如果驱动桥的左、右车轮钢性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑 移或是滑转。这样不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗。而且可能导致转向和操纵 性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车就要安装差速器，从而保证了驱动桥两侧车 轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学的要求。而为了方便安 装和调试差速器，还解决现在差速器的从动齿轮尺寸不受限制所以设计了安装在轮毂的 差速器称为轮边差速器， 在两轴间分配转矩， 保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。 使汽车行驶时能作纯滚动运动，提高了车辆的通过性。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 图 1- 2 meritor（美驰）单后驱动桥 差速器按其结构不同可以分为以下几种形式： 1. 齿轮式 汽车上广泛采用的是对称锥齿轮式差速器，它具有结构简单、 质量小等优点。它又分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强锁止式差速器 等。 2. 凸轮式 现在常见的是滑块凸轮式差速器， 它是一种高摩擦自锁差速器， 结构紧 凑、质量小、但是结构较复杂。 3. 蜗轮式 蜗轮式差速器也是一种高摩擦自锁差速器， 这种差速器结构复杂， 制造 精度要求高，因而限制了它的应用。 4. 牙嵌式 牙嵌式自由轮差速器是自锁式差速器的一种， 该差速器工作可靠， 使用 寿命长，锁紧性能稳定，制造加工也不复杂。 1.2课题设计初始数据的来源与依据 本次设计从学校现有设备和实验便捷程度来考虑，选用的是 928g 轮式装载机差速 器设计作为课题设计的原始数据的来源和依据。二汽集团应广大装载机的各种改进意见 建议，从 928g 开始投产就在不断的改进和提高技术性能、节源性能和稳定性能，到现 在 928g 装载机全面完成了向一个新的高质量水平、高性能水平的过渡和转换。汽车载 重量是汽车最基本、最重要的技术参数之一，是装载机整体设计的基本依据，在装载机 可靠性和经济性上，载重量都将起主导作用。参考的数据有： 1.发动机额定功率为 99kw(当发动机转速为 3000r/min)； 2.发动机额定扭矩为 353nm，最大转矩 158nm(当发动机转速为 12001400r/min)； 3.变速器的传动比为 if=3.704，第低档的传动比为 1.00，变速器传动效率=0.96； 4.主减速器传动比 i0=5.91； 5.半轴杆部直径为50mm。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看， 重 型车产品在主减速比小于 6 的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。 所以此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。图 1- 2meritor 单后驱动桥为中 国重汽引进的美国 rockwell 公司 13 吨级单级减速桥的外形图。 综上所述，由于设计的驱动桥的传动比为 4.444，小于 6。况且由于随着我国公路条 件的改善和物流业对车辆性能要求的变化，重型汽车驱动桥技术已呈现出向单级化发展 的趋势，主要是单级驱动桥还有以下几点优点： (l) 单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺简单，成本较低， 是 驱动桥的基本类型，在重型汽车上占有重要地位； (2) 重型汽车发动机向低速大转矩发展的趋势， 使得驱动桥的传动比向小速比发展； (3) 随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，重型汽车使用条件对汽车 通过性的要求降低。因此，重型汽车不必像过去一样，采用复杂的结构提高通过性； (4) 与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动 效率提高，易损件减少，可靠性提高。 单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看， 重 型车产品在主减速比小于 6 的情况下，应尽量选用单级减速驱动桥。 所以此设计采用单级驱动桥再配以铸造整体式桥壳。图 1- 1meritor 单后驱动桥为中 国重汽引进的美国 rockwell 公司 13 吨级单级减速桥的外形图。 1.3本章小结 主减速器的结构形式主要是根据其齿轮的类型，主动齿轮和从动齿轮的安置方法以 及减速形式的不同而异。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 差速器的设计方案 2.1差速器的方案选择及结构分析 2.11 差速器的方案选择 根据 928g 装载机的类型，初步选定差速器的种类为对称式行星锥齿轮差速器，安 装在驱动桥的两个半轴之间，通过两个半轴把动力传给车轮。现设计简图如下： 图 2- 1 差速器结构方案图 如图 2- 1，对称式行星锥齿轮主要是差速器左右壳 1 和 4，两个半轴齿轮 2、四个行 星齿轮 3、十字轴 5。动力传输到差速器壳 1，差速器壳带动十字轴 5 转动。十字轴又带 动安装在它四个轴颈上的行星齿轮 3 转动，行星齿轮与半轴齿轮相互啮合，所以又将转 矩传递给半轴齿轮， 半轴齿轮与半轴相连， 半轴又将动力传给驱动轮， 完成汽车的行驶。 其具有结构简单、工作平稳、制造方便、安装方便、调试简单等优点。 主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选 用弧齿锥齿轮传动，其特点是主、从动齿轮的轴线垂直交于一点。由于轮齿端面重叠的 影响，至少有两个以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷，加之其轮齿不是在 齿的全长上同时啮合， 而是逐渐有齿的一端连续而平稳的地转向另一端， 所以工作平稳， 噪声和振动小。而弧齿锥齿轮还存在一些缺点，比如对啮合精度比较敏感，齿轮副的锥 顶稍有不吻合就会使工作条件急剧变坏，并加剧齿轮的磨损和使噪声增大；但是当主传 动比一定时，主动齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮比相应的弧齿锥齿轮小，从而可以得到 更大的离地间隙， 有利于实现汽车的总体布置。 另外， 弧齿锥齿轮与双曲面锥齿轮相比， 具有较高的传动效率，可达 99%。 2.12 差速器的结构分析 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 如图 2- 2 行星齿轮 （1）行星齿轮 3 的背面大都做成球面，与差速器壳 1 配合，保证行星齿轮具有良 好的对中性，以利于和两个半轴齿轮 2 正确地啮合； （2）由于行星齿轮 3 和半轴齿轮 2 是锥齿轮传动，在传递转矩时，沿行星齿轮和 半轴齿轮的轴线有很大的轴向作用力，而齿轮和差速器壳之间又有相对运动。为减少齿 轮和差速器壳之间的磨损，在半轴齿轮背面与差速器壳相应的摩擦面之间装有平垫圈， 而在行星齿轮和差速器壳之间装有球面垫圈。当汽车行驶一定得里程。垫圈磨损后可以 通过更换垫圈来调整齿轮的啮合间隙，以提高差速器的寿命。 （3）在中、重型汽车上由于需要传递的转矩较大，所以要安装四个行星齿轮，行 星齿轮轴也要用十字轴。 （4）为了保证行星齿轮和十字轴之间有良好的润滑，在十字轴的轴颈铣出了一个 平面，以储存润滑油润滑齿轮背面。 由于 i=4.4446，一般采用单级主减速器，单级减速驱动桥产品的优势：单级减速 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺较简单，成本较低，是驱动桥的基本 型，在重型汽车上占有重要地位； 目前重型汽车发动机向低速大扭矩发展的趋势使得驱动桥的传动比向小速比发展； 随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，许多重型汽车使用条件对汽车通过 性的要求降低， 因此， 重型汽车产品不必像过去一样， 采用复杂的结构提高其的通过性； 与带轮边减速器的驱动桥相比， 由于产品结构简化， 单级减速驱动桥机械传动效率提高， 易损件减少，可靠性增加。 2.2差速器的工作原理 差速器采用对称式锥齿轮结构，其原理如下图 2- 2 所示。 图 2- 3 差速器差速原理图 差速器壳 3 与行星齿轮 5 连成一体，形成行星架。因为它又与主减速器从动齿轮 6 固连在一起，故为主动件，设其角速度为o;半轴齿轮 1 和 2 为从动件，其角速度为1 和2.a、 b 两点分别为行星齿轮 4 与半轴齿轮 1 和 2 的啮合点。 行星齿轮的中心点为 c， a、b、c 三点到差速器旋转轴线的距离均为 r。 当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同一半径 r 上的 a 、b、c 三点的圆周速度都相等，其值为or.于是，1=2=o，即差速器不起差速 作用，而半轴角速度等于差速器壳 3 的角速度。 行星齿轮在公转的同时也在进行自传，如图当行星齿轮 4 除公转外，还绕本身的轴 5 以角速度4 自转时， 啮合点 a 的圆周速度为 1r=or+4r4， 啮合点 b 的圆周速度为 2r=or- - 4r4.于是有 1r+2r=（or+4r4）+(or- - 4r4) 即 1+2=2o 若角速度以每分钟转数 n 表示，则 n1+n2=2no （2- 1） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 式（2- 1）为两半轴齿轮直径相等的对称式齿轮差速器的运动性方程式。它表明左 右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此， 在汽车转弯行驶或其他行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车 轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。 由式（1- - 1）可得知：当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转 速为差速器壳转速的两倍；当差速器壳转速为零时，若一侧半轴齿轮受到其他外来力 矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。 对称式锥齿轮差速器的转矩分配o：由主减速器传来的转矩，经由差速器壳、行 星齿轮轴和行星齿轮传给半轴齿轮。行星齿轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮的 半径也是相等的。因此，当行星齿轮没有自转时，总是将转矩o 平均分配给左、右两 半轴齿轮，即1=2=02。 当两半轴齿轮以不同的转速朝相同的方向转动时，设左半轴转速 n1 大于右半轴转 速 n2， 则行星齿轮将按顺时针的方向绕行星齿轮轴自转。 此时行星齿轮孔与行星齿轮轴 轴颈间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦。行星齿轮所受的摩擦力矩r 方向与 行星齿轮的转向相反，此摩擦力矩使行星齿轮分别对左、右半轴齿轮附加作用了大小相 等而方向相反的两个圆周力，因此当左、右驱动车轮存在转速差时，1=（0- - r） 2，2=（0+r）2.左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩r。 为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数 k 表示 k=（2- - 1）0=r0 差速器内摩擦力矩r 和其输入转矩0（差速器壳体上的力矩）之比定义为差速器 锁紧系数 k。快慢半轴的转矩之比21 定义为转矩比，以 kb=21=(1+k) (1- k) 目前广泛使用的对称式锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小， 其锁紧系数 k=0.050.15， 转矩比 kb 为 1.11.4.可以认为，无论左、右驱动车轮转速是否相等，其转矩基本上总是 平均分配的。 这样的分配比例对于汽车在好的路面上直线或转弯行驶时， 都是令人满意。 但是当汽车在坏的路面行驶时，却严重影响了通过能力。例如，当汽车的一个驱动车轮 接触到泥泞或冰雪路面的时候，在泥泞路面上的车轮原地滑转，而在好路面上的车轮静 止不动。这是因为在泥泞路面上车轮与路面上车轮与路面之间附着力很小，路面只能对 半轴作用很小的反作用很小的反作用转矩，虽然另一车轮与好路面间的附着力较大，但 因对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特性，使这一个车轮分配到的转矩只能与传 到滑转的驱动车轮上的很小的转矩相等，致使总的驱动力不足以克服行驶阻力，汽车便 不能前进。 在图 2- 3 容易看出汽车在直线行驶时候两半轴的转速相等和在转弯行驶时实现两半 轴转速不等： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 图 2- 4 差速器工作时转矩变化图 当汽车在直线行驶时，此时行星齿轮轴将转距平均分配两半轴齿轮，两半轴齿轮转 速恒等于差速器壳的转速，传递给左右车轮的转矩也是相等的。此时左右车轮的转速时 相等的。 而当汽车转弯行驶时， 其中一个半轴转动一个角， 两半轴的转矩就得不到平均分配， 必然出现一个转速大，一个转速小，此时汽车就平稳地完成了转弯行驶。 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 9 第 3 章 差速器非标准零件的设计 由于差速器壳上装着主减速器的从动齿轮，所以差速器的从动锥齿轮尺寸受到主减 速器从动齿轮轴承支承座以及主动齿轮导向轴承座的限制。而因为此次设计的是安装在 驱动桥的两个半轴之间的差速器，所以尺寸受到轴承座的限制。轮边差速器的非标准零 主要有从动锥齿轮（对称式锥齿轮） 、行星齿轮轴（十字轴）等等。 3.1对称式行星齿轮设计计算 对于安装在半轴之间的差速器它的尺寸受到轴承座的限制，而影响差速器尺寸的主 要就是齿轮的尺寸，所以如何把齿轮设计得更加优化就显得更加重要。如下图 3- 1 为行 星齿轮初步方案图。 图 3- 1 行星齿轮的方案图 3.1.1 对称式行星齿轮参数确定 1.行星齿轮齿数目 n 的确定 行星齿轮数目需要根据承载情况来选择，在承载不大的情况下可以取两个，反之就 取四个。而 928g 装载机选择的是两个行星齿轮即 n=4。 2.行星齿轮球面半径的确定 rb 以及节锥距 a0 的计算 行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星齿轮的背面的球面半径，它就是行星 齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器锥齿轮的节锥距，因此在一定程度上也反映了差 速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力即是强度。 普通的对称式圆锥齿轮差速器由差速器左右壳，两个半轴齿轮，四个行星齿轮，行 星齿轮轴，半轴齿轮垫片及行星齿轮垫片等组成。如图 3- 2 所示。由于其具有结构简单、 工作平稳、制造方便、用于公路汽车上也很可靠等优点，故广泛用于各类车辆上。 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 10 图 3- 1.2 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器 1，12- 轴承；2- 螺母；3，14- 锁止垫片；4- 差速器左壳；5，13- 螺栓；6，半轴齿轮 垫片；7，半轴齿轮；8，行星齿轮轴；9，行星齿轮；10，行星齿轮垫片；11，差速器 右壳 圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星齿轮的背面的球面半径br ，它 就是行星齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器圆锥齿轮的节锥距，因此在一定程度上 也表征了差速器的强度。 球面半径br 可按如下的经验公式确定： 3 tkrbb= mm （3- 1） 上式中： kb为行星齿轮球面半径系数。可取 2.522.99，对于有 2 个行星齿轮 的载货汽车取小值；对于有四个行星齿轮的乘用车和矿用车取最大值； t为差速器计算转矩（n.m） ，t=mintce， tcs;取 tce 和 tcs 的 较小值； rb为球面半径。 转矩的计算 rp 0 amax gh r n i =0.377 vi （3- 2） 上式中： rr为车轮的滚动半径， 取 rr=0.398m； igh变速器量高档传动比。igh =1 根据所选定的主减速比 i0 值，就可基本上确定主减速器的减速型式（单级、双级等 以及是否需要轮边减速器） ，并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。 把 nn=5200r/n ；vamax=140km/h ； rr=0.398m ； igh=1 代入（3- 2）中 计算出 io=5.91； 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 11 从动锥齿轮计算转矩 tce n ii iktk t fed ce h 01max = （3- 3） 上式中： tce计算转矩，nm； temax发动机最大转矩；temax =158 nm n为驱动桥数，取 1； if为变速器传动比，if=3.704； i0为主减速器传动比，i0=5.91； 为变速器传动效率，=0.96； k为液力变矩器变矩系数，k =1； k d为由于猛接离合器而产生的动载系数，k d=1； i1为变速器最低挡传动比，i1=1； 代入式（33）中，有： tce=3320.4 nm 主动锥齿轮计算转矩 tcs =8960.4nm.t 取较小值，即有 t= tce=3320.4 nm； 将以上数据代入式（3- 1）有 br =2.7 3 43320 =40mm 而行星齿轮节锥距 a0 为：a0=（0.980.99） br =（0.980.99）40=40mm 所以预选其节锥距 a0=40mm 3.行星齿轮与半轴齿轮齿数计算 (1)行星齿轮和半轴齿轮齿数的确定 为了使轮齿获得较高的强度，希望取得较大的模数，但是尺寸会增大影响差速器的 安装，于是又要求行星齿轮的齿数 z1 应该取少一些，但 z1 一般不少于 10。半轴齿轮 的齿数一般采用 1425 之间， 大多数汽车的行星齿轮与半轴齿轮的齿数 z2 比 z1/z2 在 1.52.0 的范围内。 差速器的各个行星齿轮与两个半轴齿轮是同时啮合的，因此，在确定这两种齿轮齿 数时，应考虑它们之间的装配关系，在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左右两半轴齿轮 的齿数 z2l、z2r 之和必须能被行星齿轮的数目所整除，以便行星齿轮能均匀地分布于 半轴齿轮的轴线周围，否则，差速器将无法安装，即应满足的安装条件为： i n zz rl = + 22 (3- 4) 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 12 上式中： z2l、 z2r 为左右半轴齿轮的齿数， 对于对称式圆锥齿轮差速器来说， z2l=z2r； n为行星齿轮数目； i任意整数。 根据上述可在此 z1=12；z2=20 ， 满足以上要求。 （2）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定 首先可以根据下面公式求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角 1 g， 2 g； 2 1 1 arctan z z =g = 18 10 arctan 1 g=90- 2 g （3- 5） 将 1 z =12， 2 z =20 代入上述式子中可求得 1 g=30.96 ； 2 g=59.04 第二步再按下式求出圆锥齿轮的大端端面模数 m m= 1 1 0 sin 2 g z a = 2 2 0 sin 2 g z a = 96.30sin 12 27.402 =3.35 查阅相关文献可取 m=4mm 最后而根据齿轮设计计算公式即有： 12411=mzd ; d2=mz2=420=80mm 4.压力角 目前，汽车差速器的齿轮大都采用 22.5的压力角，齿高系数为 0.8。最小齿数可减 少到 10，并且在小齿轮（行星齿轮）齿顶不变尖的条件下，还可以由切向修正加大半轴 齿轮的齿厚，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度。由于这种齿形的最小齿数比压力 角为 20的少，在此选 22.5的压力角。某些总质量较大的商用车采用 25压力角以提高 齿轮强度。 5.行星齿轮安装孔的直径f及其深度 l 行星齿轮的安装孔的直径f与行星齿轮轴的名义尺寸相同，而行星齿轮的安装孔的 深度就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取： f1 . 1=l （3- 6） 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 13 nl t cs f 1 . 1 1030 = （3- 7） nl t l c = s ff 3 0 2 10 1 . 1 （3- 8） 上面式中： 0t 为差速器传递的转矩，nm；在此取 3320.4nm n为行星齿轮的数目；在此取为 4 l为行星齿轮支承面中点至锥顶的距离，mm，约为半轴齿轮齿宽中 点处平均直径的一半即是 l0.5 d2， d2为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而 d2=0.8 d2； cs 为支承面的许用挤压应力，在此取 69 mpa 根据上式有 d2=0.880=64mm ； l=0.564=32mm 将上述计算出的结果代入到式（3- 6）和（3- 7）中即可得 28mm ； l=20.2420mm 3.1.2 差速器齿轮几何计算图表 表 3- 1 差速器几何计算图表 序 号 名称 计算公式 计算结果 1 行 星 齿 轮齿数 1z 10，应尽量取最小值 1 z =12 2 半 轴 齿 轮齿数 2z =1425， 且需满足式 （1- 4） 2 z =20 3 模数 m m =4mm 4 齿面宽 b=(0.250.30)a0;b10m 20mm 5 工 作 齿 高 mhg6 . 1= gh =6.4mm 6 全齿高 051. 0788. 1+=mh 7.203 7 压力角 a 22.5 8 轴交角 =90 9 节 圆 直11mzd =； 22mzd = 481=d 802=d 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 14 径 1 0 节锥角 2 1 1arctan z z =g，1290gg-= 1g=30.96， =03.592g 1 1 节锥距 2 2 1 1 0 sin2sin2gg dd a= 0a=40mm 1 2 周节 t=3.1416m t=12.56mm 1 3 齿顶高 21agahhh-=; m z z ha += 2 1 2 2 37 . 0 43 . 0 1ah=4.14mm 2ah=2.25mm 1 4 齿根高 1fh =1.788m -1ah; 2fh=1.788m -2ah 1fh =3.012mm; 2fh=4.9mm 1 5 径 向 间 隙 c=h-gh =0.188m +0.051 c=0.803mm 1 6 齿根角 1d= 0 1 arctan a hf ; 0 2 2arctan a hf =d 1d=4.32; 2d=6.98 1 7 面锥角 211dgg+=o； 122dgg+=o 1og=35.28； 2og =66.01 1 8 根锥角 111dgg-=r；222dgg-=r 1rg=26.642rg =52. 05 1 9 外 圆 直 径 1111cos2gaohdd+=； 22202cos2gahdd+= 1 .5501=dmm 23.822=dmm 2 0 节 圆 顶 点至齿轮外 缘距离 1 1 2 01sin 2 gch d -= 2 2 1 02sin 2 gch d -= 68.3901=cmm 72.2302=cmm 2 1 理 论 弧 齿厚 21sts-= ()mhh t sta-=tan 2 2 1 2 1s =5.92 mm 2s =6.63 mm 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 15 2 2 齿 侧 间 隙 b =0.2450.330 mm b =0.250mm 2 3 弦齿厚 26 2 3 b d s ss i i ii -= c 1cs =5.269mm 2cs=6.49mm 2 4 弦齿高 i ii ii d s hh 4 cos 2 g c += 1ch =4.29mm 2ch=2.32mm 3.1.3 差速器齿轮的材料 差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差 速器锥齿轮的材料为 20crmnti、20crmoti、22crmnmo 和 20crmo 等。由于差速器齿 轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。要考虑齿轮的许用应 力和弯曲强度，此次选用的齿轮材料为 20crmnti。查阅工程材料相关资料可知此 材料的许用应力为210 mpa 980mpa。 3.1.4 差速器齿轮强度的计算 差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经 常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转 时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度 校核。轮齿弯曲强度ws 为: 3 22 2 10 sm w vn tk k k mb d j s = mpa (3- 9) 上式中： t 为差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式 n t t 6 . 00 =在此将t 取为 498.06nm； n为差速器的行星齿轮数； b2、d2分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径 mm； sk为尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关， 当6 . 1时， 4 4 . 25 m ks=，在此 4 4 . 25 4 =sk0.629； mk为载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，mk1.001.1；其 他方式支承时取 1.101.25。支承刚度大时取最小值。 vk为质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度 高时，可取 1.0； j为计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，参照图 3- 2 可取j=0.225。 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 16 当 t=mintce，tcs时，ws =980 mpa；当 t= tcf 时，ws =210mpa。 图 3- 2 弯曲计算用综合系数 根据上式（39）可得： ws = 225 . 0 802020 629 . 0 1 . 106.498102 3 =478.6mpa980 mpa 所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。 3.2差速器行星齿轮轴的设计计算 3.2.1 行星齿轮轴的分类及选用 行星齿轮的种类有很多，而差速器齿轮轴的种类也很多，最常见的是一字轴和十字 轴，在小型汽车上由于转矩不大，所以要用一字轴，而载货的大质量的汽车传递的转矩 较大，为了轴的使用寿命以及提高轴的承载能力，常用十字轴，由四个轴轴颈来分配转 矩。可以有效的提高轴的使用寿命。 此次设计主要参考 928g 装载机，所以选用的是行星齿轮十字轴。如图 3- 3 所示： 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 17 图 3- 3 十字轴的结构方案图 3.2.2 行星齿轮轴的尺寸设计 由行星齿轮的支承长度为 4 .181 . 1=l 20mm，根据安装时候的方便选择轴颈的长 度为 l1 为 45 mm；而行星齿轮安装孔的直径 d1 为 28mm，所以轴颈的直径 d2 预选为 28mm。 3.2.3 行星齿轮轴的材料 轴的选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。 轴的常用材料主要有碳素钢和合金钢。 碳素钢价廉， 对应力集中敏感性比合金钢低， 应用较为广泛，对重要或者承受较大的轴，宜选用 35、40、45 和 50 等优质碳素钢，其 中以 45 钢最常用。所以此次选用的轴的材料为 45 钢。 3.3差速器垫圈的设计计算 垫圈是垫在连接件与螺母之间的零件，一般为扁平形的金属环，用来保护被接件的 表面不受螺母擦伤，分散螺母对被接件的压力。垫圈的种类有：弹簧垫圈、平垫圈、密 封垫圈、球面垫圈等。垫圈的材料通常是软钢、青铜、尼龙、聚甲醛塑料。 在差速器传递转矩的时候。行星齿轮和半轴齿轮要受到很大的轴向力，而齿轮和差 速器壳之间又有相对运动，所以要用垫圈以减少磨损。差速器要用到两个垫圈，一个垫 圈是半轴齿轮支承垫圈为圆形平垫圈，连接件一个是软质地的，一个是硬质地较脆的， 其主要作用是增大接触面积，分散压力，防止把质地远的压坏。另外一个是差速器行星 齿轮支承垫圈为球面垫圈。球面垫圈将行星齿轮和行星十字轴固定在一起传递转矩。 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 18 3.3.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计 如下图 3- 4 所示：为平垫圈的结构方案简图。 图 3- 4 平垫圈 参考 928g 装载机的半轴直径的数据为 50mm，如图 3- 4（a）所示，按照装配关系 可选择半轴齿轮平垫圈的安装孔直径 d 要大于 50 mm，初步预选安装孔直径 d2 为 50.5mm，由图 3- 4（b）根据安装简易程度选取垫圈的厚度 h 为 1.6mm.选用的材料是聚 甲醛塑料。 3.3.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 图 3- 5 球面垫圈 由十字轴轴颈的直径为 28mm，根据装配关系选择球形垫圈的安装孔直径 d2 为 28 mm，厚度 h 为 1.1mm，选用的材料是聚甲醛塑料。 由于差速器壳上装着主减速器的从动齿轮，所以差速器的从动锥齿轮尺寸受到主减 速器从动齿轮轴承支承座以及主动齿轮导向轴承座的限制。而因为此次设计的是安装在 驱动桥的两个半轴之间的差速器，所以尺寸受到轴承座的限制。轮边差速器的非标准零 主要有从动锥齿轮（对称式锥齿轮） 、行星齿轮轴（十字轴）等等。 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 3 章 差速器非标准零件的设 计 19 3.4本章小结 本章主要叙述了差速器的选择；行星齿轮的设计计算；行星齿轮的参数的确定；差 速器齿轮的几何计算；如轴的材料选择，轴的结构设计计算，轴径的初步估算，轴的结 构设计，轴的受力分析，轴的强度校核，行星齿轮的传动设计等内容。 金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器标准件的 选用 20 第 4 章 差速器标准零件的选用 4.1螺栓的选用和螺栓的材料 螺栓的种类很多，随着机械及其他相关行业的发展，对螺栓的要求也越来越高，既 要要求螺栓具有较高的强度又要其精密度高。目前常见的螺栓有六角头螺栓（全螺纹） 、 六角头铰制孔用螺栓、六角头螺杆带孔螺栓等。 而 928g 装载机在 1984 年以前的连接后桥从动锥齿轮和左差速器壳的 12 个 m12 1.5 的螺栓改为 m141.5 的螺栓。1984 年以前的连接螺栓拧紧后容易发热松动，松动 的原因为大齿轮与差速器左壳之间没有传动销，螺栓的拧紧力矩不足仅为 78498nm， 拧紧力矩所造成的从动齿轮与差速器左壳贴合面之间的摩擦力矩，不足以承受由于汽车 行驶工况经常变化，所导致的交变载荷，造成贴合面间的松动。因此，从动齿轮与差速 器左壳之间的连接螺栓要有足够大的拧紧力矩，大的拧紧力矩要求较大直径的连接螺 栓。因此，在生产条件的允许下，将连接螺栓加大为 m141.5，拧紧力矩加大为 137.2156.8 nm，使情况有了较大的改善，而现在使用的是六角头螺栓，尺寸为 m14 1.5，细牙螺纹。即为 gb/t 5782 m141.5. 现在生产螺栓的原材料一般是碳素钢、不锈钢、铜三种，为了加强螺栓的强度，此 次选用的是碳素钢。 4.2螺母的选用何螺母的材料 我们课本上所学的螺母有六角薄螺母、六角开槽螺母。在机械行业、汽车行业以及 相关行业经过几年的发展，螺母的种类和型号也越来越齐全。根据差速器已选定的尺寸 为 m141.5 的螺栓，所以由装配关系选择差速器螺母应该为 m14 的，性能等级为 8 级的，不经过表面处理、a 及的 i 型六角螺母：即是 gb/t6170 m14.符合东风 eq1090 载货汽车的螺栓要求。 现在一般生产地螺母原材料一般是碳素钢、 不锈钢、 铜三种， 为了加强螺栓的强度， 此次选用的是碳素钢。 4.3差速器轴承的选用 轴承是支撑着轴的零件。可以引导轴的旋转，也可以承受轴上空转的零件。根据装 配关系和连接零件的形状选用的轴承为圆锥滚子轴承。由差速器和半轴的计算数据可取 差速器轴承外径为 140 mm 左右，内径为 80 mm 左右。参考机械设计课程设计手册 选取的圆锥滚子轴承的型号是 30216 gb/t 297- - - 1994. 金陵科技学院学士学位论文 第4章 差速器标准件的 选用 21 4.4 十字轴的选择 键主要用作轴和轴上零件之间的周向固定以传递扭矩，此处行星齿轮与十字轴的固 定选择普通平键。由十字轴的半径要求，参考机械设计课程设计手册gb/t1096- 2003 选取平键的尺寸为 87mm，键的长度为 20mm，材料选择 45 钢。 4.5 本章小结 本章针对差速器上的一些标准零件，结合已经设计的非标准零件的参数，参考查阅 机械设计课程设计手册，选取了符合尺寸要求，装配要求，配合要求的螺栓，螺母以及 圆锥滚子轴承。 黑龙江工程学院毕业设计说明书 第 5 章 差速器总成的装复和 调整 22 第 5 章 差速器总成的装复和调整 5.1 差速器总成的装复 设计完差速器的组成部件就要对差速器进行装配。工业上装配步骤如下： (1) 用压力机将轴承的内圈压入左右差速器的轴颈上；装复总成前，零件必须清洗 干净，零件内腔应无铁屑等尘物，并检查每个零件有无损坏，有损坏者必须更换。 (2) 把内外轴承外圈放人后轮毅座孔，用铜棒轻轻沿圆周敲击，使其到位，然后装 人油封外圈。由于油封外圈很软，应设法用软质垫板垫着均匀敲击，不得损伤内表面。 把左差速器壳放在工作台上，在与行星齿轮 38，半轴齿轮相配合的工作面上涂抹机油， 将半轴齿轮平面垫圈连同半轴齿轮一起装入，将已装好行星齿轮和球面垫圈的的十字轴 装入左差速器壳的十字槽中，并使行星齿轮与半轴齿轮啮合。行星齿轮上装上右边的半 轴齿轮、平面垫圈，将差速器右壳合到左壳上，注意对准壳体上的合件标记，从右向左 插入螺栓，在螺栓左端套上锁片，用螺母紧固，半轴齿轮支承端面与支承垫圈间的间隙 应不大于 0.5mm。 （3） 用压力机把两轴承外圈压人轴承座。若原零件没有损伤可重新装用，但原轴 内外圈应保持原配对，不可混装； 用压力机把前内轴承内圈压到主动锥齿轮轴颈上， 使其紧靠齿轮大端端部，并把后轴承的内圈压上，压靠台肩 ；在内轴承前装隔套、原 有的调整垫片、轴承座、外轴承，放人止推垫圈和主动锥齿轮轴连接凸缘，不装油封座 及油封，调整主动轴轴承预紧度至规定值；轴承预紧度调好后，拆下凸缘，把内外油封 及导向环装人油封座内，再将油封盖总成和衬垫、凸缘、垫圈和螺母依次装到主动锥齿 轮上，然后以 392490n “ m 的规定力矩拧紧凸缘紧固螺母，插人开口销并将其锁好。 5.2 差速器的零部件的调整 （1）用压力机将轴承的内圈压人左、右差速器壳的轴颈上。 （2）把左差速器壳放在工作台上(装轴承的轴颈向下)，在与行星齿轮、半轴齿轮相 配合的工作面上涂抹机油，将支承垫圈连同半轴一起装人，将已装好行星齿轮及其支承 垫圈的十字轴装人左差速器壳的十字槽中，并使行星齿轮与半轴齿轮啮合。 在行星轮上装上右边的半轴齿轮、支承垫圈，将差速器右壳合到左壳上，并对准壳 体上的合件标记。从右向左插人螺栓，在螺栓左端套上锁片，用螺母紧固(螺栓头部的 削扁部分应卡在右壳的台 肩上，各螺母应交叉拧紧)，拧紧力矩为 137- - 157n“m。半轴齿轮支承端面上支承垫圈的 间隙(半轴齿轮与行星齿