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托森差速器的设计与仿真[16张CAD图纸和文档资料]-三维SW

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3D-Model

上壳.SLDPRT

从动锥齿轮.sldprt

六角头法兰面螺栓(加大系列)B级M10×35.SLDPRT

六角头法兰面螺栓(加大系列)B级M16×50.SLDPRT

内六角圆柱头螺钉.SLDPRT

内六角圆柱头螺钉M6×20.SLDPRT

半轴蜗杆m6d90.SLDPRT

圆柱滚子轴承NH212E.SLDPRT

圆柱齿轮17×3.SLDPRT

圆锥滚子轴承302 32.SLDPRT

圆锥滚子轴承30203.SLDPRT

壳体.sldprt

托森差速器.SLDASM

标准型弹性垫圈(装配)10×2．6.SLDPRT

标准型弹性垫圈(装配)12×3．1.SLDPRT

标准型弹性垫圈(装配)16×4．1.SLDPRT

标准型弹性垫圈(装配)6×1．6.SLDPRT

花键.SLDPRT

行星蜗轮.SLDPRT

行星蜗轮（齿轮m3z17）.SLDPRT

轴用弹性挡圈A型32.SLDPRT

防尘盖.SLDPRT

驱动轴.SLDPRT

仿真视频

仿真动画.avi

三维图.dwg

从动锥齿轮.dwg

从动锥齿轮三维图.dwg

圆柱滚子轴承.dwg

圆柱齿轮.dwg

圆锥滚子轴承.dwg

壳体三维图.dwg

整体三维图1.dwg

整体三维图2.dwg

蜗杆.dwg

蜗轮.dwg

行星蜗轮三维.dwg

装配图.dwg

轴承三维图.dwg

驱动轴1.dwg

驱动轴三维.dwg

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关键词：: 16张CAD图纸和文档资料差速器设计仿真 16 cad 图纸以及文档资料

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托森差速器的设计与仿真

摘要

　　随着世界汽车行业的快速发展，汽车核心部件之一的差速器也在经历着巨大的变化，各式各样的差速器应运而生，相对国外差速器的发展与研究水平，国内相关设计与研究还处于追赶阶段。本次设计课题就主要来源于此，针对一款具体车型作托森差速器的设计与仿真。

　　本次设计的具体要求是设计出差速器的结构以及相应的尺寸，并进行三维建模以及运动仿真。针对此次设计，我做了以下工作，通过查阅大量的文献，分析了过内外差速器发展与研究现状，了解了差速器的结构，工作原理，以及种类。通过大量的对比分析出了每种差速器的优点与缺点，综合各方面的因素和实际情况选择了托森差速器作为此次设计的方案。设计了托森差速器的主要结构以及相关零件的尺寸，运用Solid Works软件进行三维建模以及运动仿真。

关键词：托森差速器; 三维建模; 运动仿真; Solid Works

Torsen differential design and simulation

Abstract

As we all know, with the rapid development of auto industry, as one of the core parts of the differential is also undergoing great changes ，A wide variety differentials arises at the historic moment. However, Compared with foreign differential development and research, domestic differentials needs to be improved. So, this design project is coming from this, for a specific model to do Torsen’s differential design and simulation.

　　The specific requirements of the design are to design a differential structure and the corresponding size, and motion simulation. For this design, I have done a lot of works. Through a large number of literatures, Analyzing the development and research level of foreign and domestic .Understanding the structure, principle, species of differentials. I have an knowledge of advantage and disadvantage of each differential. So I choose the torsen differential to do this design. I had designed its structure and corresponding size, did the simulation with the software of Solid works.

Key words ：Torsen differentials; Motion simulation; 3D Modeling; Solid Works

摘要 I

Abstract II

第1章前言 2

　　　1.1 课题的研究背景、及意义 2

　　　1.2 国内国外汽车差速器的研究发与展现状 2

　　　1.2.1 国外汽车差速器的研究发展现状 2

　　　1.2.2国内汽车差速器的研究发展现状 3

　　　1.3差速器的简介 4

　　　1.3.1 汽车差速器的工作原理 5

　　　1.3. 2汽车差速器在汽车中的功用 5

　　　1.3.3 汽车差速器的分类 5

　　　1.4方案选择 9

第2章托森差速器的结构和工作原理 10

　　　2.1托森差速器的结构 10

　　　2.1.1主动部分 11

　　　2.1.2从动部分 11

　　　2.1.3　差速传动机构 11

　　　2.2托森差速器的工作原理 11

　　　2.2.1托森差速器的扭矩分配原理 12

第3章托森差速器的结构设计 13

　　　3.1 该车型托森差速器的主要零部件结构及尺寸的设计 13

　　　3.1.1 涡轮、蜗杆的设计 13

　　　3.1.2蜗杆前后轴的设计 17

　　　3.1.3 空心轴的设计 18

　　　3.1.4 直齿圆柱齿轮设计 20

　　　3.1.5.蜗轮轴设计 25

　　　3.2 参考车型数据 27

第4章．差速器外壳的设计 28

　　　4.1外壳设计 28

　　　4.2该车型托森差速器的主要零部件连接关系 28

　　　4.2.1 各零部件在整个壳体中的布局 28

第5章托森差速器的建模及运动仿真 30

　　　5.1 建模软件的介绍 30

　　　5.1.1 软件的功能介绍 30

　　　5.1.2 本课题主要用到的模块 30

　　　5.2 运动仿真 31

　　　5.2.1 添加伺服电机 31

　　　5.2.2 仿真运动时间的设定 32

　　　5.2.3.动画导出 33

结论 34

致谢 35

参考文献 36

第1章前言

1.1 课题的研究背景、及意义

　　　汽车差速器是由雷诺发明的，是汽车的众多零件的核心之一，有小零件大公用的美誉[2]，雷诺是法国一家大型的汽车制造企业雷诺主要创始人之一。我们都知道，汽车在转弯时，他的左右两侧车轮在相同时间内移动的距离是不同的，内轮移动的距离比外轮要小[3]。差速器的功效就是让汽车在转弯时左右两侧车轮的转速不同。目前我国差速器的技术设计主要来自一些工业强国如美国日本等。虽然我国的差速器相比以往已经取得了很大的进步，但想要达到世界先进水品，还有一段很长的路要走，这影响了我过汽车产业的发展。

1.2 国内国外汽车差速器的研究发与展现状

　　　当前汽车的发展方向为经济性与动力性，如何实现经济性与动力性的相协调，就需要汽车的每一个部件发生变化。差速器作为核心部件，也在被不断的研究改进中

1.2.1 国外汽车差速器的研究发展现状

　　　国外的差速器研究水平遥遥领先国内，而且还在不断的进步中。伊顿集团是一家总部在美国、经营范围全球化的以汽车零部件的制造与供应为主营业务的大型跨国公司[4]。在这一领域居全球领先地位，他们用精密制造发来加工差速器的各个零部件。大众集团旗下的奥迪公司开发的托森差速器广泛的运用在旗下的高档四驱车里，广受市场欢迎。他们都很好的在越野性与安全性之间找到了一个完美的平衡点。

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三维图.jpg

三维图纸.jpg

装配图.gif

从动锥齿轮.gif

驱动轴1.gif

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蜗杆.gif

蜗轮.gif

圆柱齿轮.gif

圆柱滚子轴承.gif

圆锥滚子轴承.gif

内容简介：: 成都理工大学本科毕业设计（论文）托森差速器的设计与仿真作者姓名：王明波专业班级：机械3班指导教师：刘思颂摘要随着世界汽车行业的快速发展，汽车核心部件之一的差速器也在经历着巨大的变化，各式各样的差速器应运而生，相对国外差速器的发展与研究水平，国内相关设计与研究还处于追赶阶段。本次设计课题就主要来源于此，针对一款具体车型作托森差速器的设计与仿真。本次设计的具体要求是设计出差速器的结构以及相应的尺寸，并进行三维建模以及运动仿真。针对此次设计，我做了以下工作，通过查阅大量的文献，分析了过内外差速器发展与研究现状，了解了差速器的结构，工作原理，以及种类。通过大量的对比分析出了每种差速器的优点与缺点，综合各方面的因素和实际情况选择了托森差速器作为此次设计的方案。设计了托森差速器的主要结构以及相关零件的尺寸，运用Solid Works软件进行三维建模以及运动仿真。关键词：托森差速器; 三维建模; 运动仿真; Solid WorksTorsen differential design and simulationAbstract As we all know, with the rapid development of auto industry, as one of the core parts of the differential is also undergoing great changes ，A wide variety differentials arises at the historic moment. However, Compared with foreign differential development and research, domestic differentials needs to be improved. So, this design project is coming from this, for a specific model to do Torsens differential design and simulation.The specific requirements of the design are to design a differential structure and the corresponding size, and motion simulation. For this design, I have done a lot of works. Through a large number of literatures, Analyzing the development and research level of foreign and domestic .Understanding the structure, principle, species of differentials. I have an knowledge of advantage and disadvantage of each differential. So I choose the torsen differential to do this design. I had designed its structure and corresponding size, did the simulation with the software of Solid works.Key words ：Torsen differentials; Motion simulation; 3D Modeling; Solid Works 目录摘要IAbstractII第1章前言21.1 课题的研究背景、及意义21.2 国内国外汽车差速器的研究发与展现状21.2.1 国外汽车差速器的研究发展现状21.2.2国内汽车差速器的研究发展现状31.3差速器的简介41.3.1 汽车差速器的工作原理51.3. 2汽车差速器在汽车中的功用51.3.3 汽车差速器的分类51.4方案选择9第2章托森差速器的结构和工作原理102.1托森差速器的结构102.1.1主动部分112.1.2从动部分112.1.3差速传动机构112.2托森差速器的工作原理112.2.1托森差速器的扭矩分配原理12第3章托森差速器的结构设计133.1 该车型托森差速器的主要零部件结构及尺寸的设计133.1.1 涡轮、蜗杆的设计133.1.2蜗杆前后轴的设计173.1.3 空心轴的设计183.1.4 直齿圆柱齿轮设计203.1.5.蜗轮轴设计253.2 参考车型数据27第4章差速器外壳的设计284.1外壳设计284.2该车型托森差速器的主要零部件连接关系284.2.1 各零部件在整个壳体中的布局28第5章托森差速器的建模及运动仿真305.1 建模软件的介绍305.1.1 软件的功能介绍305.1.2 本课题主要用到的模块305.2 运动仿真315.2.1 添加伺服电机315.2.2 仿真运动时间的设定325.2.3.动画导出33结论34致谢35参考文献3637第1章前言1.1 课题的研究背景、及意义汽车差速器是由雷诺发明的，是汽车的众多零件的核心之一，有小零件大公用的美誉2，雷诺是法国一家大型的汽车制造企业雷诺主要创始人之一。我们都知道，汽车在转弯时，他的左右两侧车轮在相同时间内移动的距离是不同的，内轮移动的距离比外轮要小3。差速器的功效就是让汽车在转弯时左右两侧车轮的转速不同。目前我国差速器的技术设计主要来自一些工业强国如美国日本等。虽然我国的差速器相比以往已经取得了很大的进步，但想要达到世界先进水品，还有一段很长的路要走，这影响了我过汽车产业的发展。1.2 国内国外汽车差速器的研究发与展现状当前汽车的发展方向为经济性与动力性，如何实现经济性与动力性的相协调，就需要汽车的每一个部件发生变化。差速器作为核心部件，也在被不断的研究改进中1.2.1 国外汽车差速器的研究发展现状国外的差速器研究水平遥遥领先国内，而且还在不断的进步中。伊顿集团是一家总部在美国、经营范围全球化的以汽车零部件的制造与供应为主营业务的大型跨国公司4。在这一领域居全球领先地位，他们用精密制造发来加工差速器的各个零部件。大众集团旗下的奥迪公司开发的托森差速器广泛的运用在旗下的高档四驱车里，广受市场欢迎。他们都很好的在越野性与安全性之间找到了一个完美的平衡点。图1-1 托森差速器1.2.2国内汽车差速器的研究发展现状从目前来看，我国差速器也经过了长足的发展，但是现在正处于汽车行业飞速发展的历史时刻，如果我们的差速器不能在这段时间内迅速提升，我们与世界的距离就会越拉越大。所以现在我们就要努力发展研究差速器。而我们现在最紧迫的任务就是提高其准确精度和安全性。中国汽车差速器市场在近几年发展迅速,随着国家政策鼓励，国有企业对其新的投资在不断增加，投资者对这一行业的关注度越来越高。差速器的类别也变得越丰富，作用也变得越来越完善。而目前国内由于制造业的整体水平与世界先进水品仍有差距，所以运用最为广泛，应用最多的是对整体工业水平要求不高的对称式锥齿轮差速器5。差速器在过国内正在经历一段飞跃式的发展。图1 -2 对称式锥齿轮差速器1.3差速器的简介汽车的差速器是汽车传动机构驱动桥中的一个核心部件。它的功效就是当汽车向两侧半轴传递发动机传递过来的动力的时候，能够让左右两侧的轴以不同的转速旋转，从而让左右两侧的车轮行驶的距离不同。让两侧车轮能够尽最大可能的做纯滚动的转动，这样两侧车轮行驶的路程也就不想同了。从而减少轮胎与地面之间的摩擦阻力6，改善汽车的行驶状况。因此才能够使汽车能够正常的转弯。1.3.1 汽车差速器的工作原理图1-3 差速器工作原理1.3. 2汽车差速器在汽车中的功用汽车差速器有很多的零部件，但主要由以下几个部件构成：1左右半轴齿轮，2 两个行星齿轮,3齿轮架。他是用来确保车子在转弯的时候或在路况恶劣的道路上驾驶时，能够确保汽车左右两边车轮的转动的速度是不同的，从而确保汽车的驱动轮不与地面打滑7。汽车安装差速器是为了能够调整左右两侧车轮的转速的，当汽车处于四轮驱动模式时，发动机驱动四个车轮，因此，汽车的四个车轮就必须作为整体连接在一起。如果装配在一起后，汽车在转弯的时候就百分之百不可能以相同的速度旋转，因此为了能够让汽车转弯时旋转速度大体不变，中央差速器就被添加了进来，他用来调整前后车轮转速的不等。 1.3.3 汽车差速器的分类差速器一般大概分为开放式差速器，限滑式差速器，托森差速器，锁止式差速器。a开放式差速器的介绍：开放式差速器是一运用最为广泛的差速器，他向左右两侧驱动半轴分配的扭矩大小是相同的。当汽车处于直线行驶的模式情况下，左边和右车轮受力并不存在不同，左右两半轴齿轮之间的转速是一样的。半轴齿轮通相当直接与车轮相连，因此，在经过这样的动力传递之后，车轮得到的转速和最初从动齿圈的转速并没有发生变化。当车辆处于转弯模式情况下，内侧车轮的转速必须要比外内侧的转速低，这个时候就需要行星齿轮发生作用，他能够让左右两半轴齿轮出现轻微的转速差，而且在这个过程中，扭矩的传递并没有被中断。缺点：差速器分配的动力有时会全部输出到阻力最小的车轮，造成空转。图1-4 开放式差速器b 限滑差速器的介绍因为开放式差速器有着很多的缺点，因此设计厂商又重新设计了新型的限滑差速器。与开放差速器相比较，他增加了两个零件，这两个零件分别是弹簧压盘和离合器组件。汽车在转弯的时候，配备有限滑差速器的车辆产生的力大到能够让半轴齿轮和离合器产生相对滑动。这样，左边和右边两驱动半轴的转速就不会相同。而分离离合器所在这个过程的扭矩分配是由弹簧组件的硬度和离合器材料的表面摩擦情况一起分配的。优点：保证差速器在转动时不会发生空转。图1-5限滑式差速器c 锁止式差速器的介绍锁止式差速器是开放式差速器发展过后的另一种系列，他的驱动桥实际上相当于一根实心轴，他的两半轴齿轮一般用电动气动或者是液压机构来锁止在一起的。一般配备锁止式差速器的车辆都是越野车或者越野赛车，因为此类车型经常会在路面状况极差的环境下行驶，很多时候一侧车轮都会离开地面。而锁止式差速器因为他相当于一根实心轴，因此就相当于把两侧车轮给直接连接在一体，这样他们之间的转速也就完全一样。d托森差速器的介绍Torsen差速器是限滑差速器（Limited Slip Differential）的一种，其名字来源于Torque-sensing Traction单词几个字母的组合。意为牵引力自感应式扭矩分配，通俗来讲就是扭矩输出是根据各个车轮的实际需求来分配的。他的两大关键结构是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统，正是双蜗轮蜗杆的相互啮合互锁和扭矩单向的从蜗轮传到蜗杆齿轮的构造，从而成功的保证了差速器的锁止功能，保证车辆在行驶的时候不打滑 8。在弯道行驶车轮没有打滑时，如果汽车车向右转时，内侧车轮快，外侧车轮慢。对于托森差速器而言，左侧半轴驱动左侧蜗杆，并且凭借同步啮合齿轮来驱动车辆右侧的车轮，而当蜗杆驱动蜗轮时，他们两侧蜗杆就会自动的锁止。正是这一特性保证了没有打滑的车轮它的牵引力是足够让汽车正常行驶的。Torsen差速器的特点：由于他是全时4驱，4个车轮都有牵引力的分配，汽车无论在各种路面上的性能都很好。实现了随时随地的扭矩管理，并且在这一过程中不会中断也不会产生损失。与其他的差速器相对比，托森差速器在结构的设计中并没有配备多片式离合器，因此在转动过程中就根本不会产生摩擦，因而不会对零件有任何的磨损，从而避免了我们维护的麻烦，他的可靠性是非常高的，他能够几乎所有的变速器、分配器正常一起的使用，能够与车辆的其他控制系统如安全控制系统等完美的相兼容。Torsen LSD是经典纯机械结构，他所独特线性锁止功能，是货真价实的全时四驱。缺点：由于结构比较复杂，一方面导致加工制造难度十分大，所以整体成本过高，因此很多时候都只能够装备在高端车型上，另一方面造成整个汽车的自重过高，汽车加速性能相比其他没有配备托森的汽车加速性能逊色不少。托森差速器是纯机械设计的典范，但是因此需要非常高的加工精度、高强度的材料、制造工艺，造成成本非常高。所以一般我们见到运用的车型都是奥迪旗下的高端车里面，在普通车型里面很少配备。图1-6 托森差速器1.4方案选择通过以上对比各种类型差速器的优缺点，针对此次设计，选用托森差速器作为总体方案，接下来对托森差速器的工作原理进行详细的介绍说明。第2章托森差速器的结构和工作原理2.1托森差速器的结构“托森”这个商标是最早是由格里森公司申请注册的，“意为转矩敏感式差速器”9。格里森公司是一家大型的汽车相关产业跨国公司，在汽车零部件的制造等方面处于也界领先地位。托森差速器主要由主动部分、从动部分以及连接两部分的差速传动机构构成。他的作用类型一般分为两种，如图A,B所示。A）左右两侧驱动轮转速相等n1=n2 b）左右两侧驱动轮转速不等（n1n2）图2-1轮间工作原理示意图图2 -2托森轴间差速器的结示意图2.1.1主动部分从示意图中可以看出空心轴2、差速器外壳3组成他的主动部分。这两部分通过一对花链接连接。另一方面，发动机输出的转矩主要由差速器的空心轴传递到差速器外壳上。2.1.2从动部分如图所示，前轴蜗杆9和后轴蜗杆5,差速器齿轮轴1和驱动轴凸缘盘4构成了他的从动部分的整体结构。前后轴蜗杆彼此不接触10。2.1.3差速传动机构分布在差速器壳体上的6个尺寸和结构均相同的齿轮构成他的差速传动机构2.2托森差速器的工作原理设前蜗杆传递转速为a1.后蜗杆传递转速为a2.差速器壳的转速为Z0.前蜗杆轴驱动转矩为B1，后蜗杆驱动轴转矩为B2.差速器壳转矩为B0.1 a1= a2时，汽车行驶状态为直线。发动机的动力传递先由空心轴传递给蜗轮轴再传递给蜗轮最后传至蜗杆。前后蜗轮分别将发动机传递过来的动力传递至前后桥，由于他们两者的转速是一样的，所以蜗轮与蜗杆之间是相对静止的，a1=a2=Z0，所以转矩也平均分配,既有B0=B1+B2。2 a1a0时，汽车行驶状态为弯道行驶，差速器壳体一直在旋转，Z00，前后蜗杆也随差速器壳体旋转，两轴之间的转速差通过的圆柱齿轮的相对转动来实现。但这一过程是需要在一定条件下才能实现的，只有当两轴速度差相差不致太大的情况下才能进行差速。2.2.1托森差速器的扭矩分配原理托森差速器是利用蜗轮蜗杆传动副的内摩擦力矩来进行分配的，他的传动效率是由由他的蜗轮螺旋角和他的传动副摩擦系数来决定的。又因螺旋角是不变的，所以传动副的摩擦情况主要决定传动效率。故主要取决于两侧转速。当n1，n2相近时，两侧轴的转速差主要由直尺圆柱齿轮吸收。当n1较高时，差速器就会对该车轮的空转有较大抵制的作用，输入转矩很大一部分会被输出到后端输出轴上，当n2=0时，此时输入转矩就会全部输出到后轴蜗杆上，这时他根本不会起任何作用，差速器将会自动的被锁死。图2-3扭矩分配图第3章托森差速器的结构设计3.1 该车型托森差速器的主要零部件结构及尺寸的设计3.1.1 涡轮、蜗杆的设计1.蜗杆的传动类型选取根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 11。2.材料的选取此次设计蜗杆选择的材料为40CR,在加工之前先进行淬火处理,他的硬度为48-55HRC,而蜗轮的材料选择ZCUSN10P1,铸造方式用金属膜铸造，齿圈的材料选择青铜,轮芯材料选择灰铸铁HT100，加工方式选用铸造。3.按照齿面接触疲劳强度设计准则进行设计按照闭式蜗杆传动的设计原则,我们进行设计时第一步按照齿面接触疲劳强度进行设计,之后再根据计算出来的数据校核齿根弯曲疲劳强度和传动中心矩：12 （式3-1）；其中：蜗杆传动的中心距；：蜗轮的许用接触应力；：蜗轮传递的转矩；：载荷系数；：弹性影响系数；：接触系数；1).确定作用在蜗轮上的转矩按=4,估取=0.90,则P=100KW, n=1500/3=500r/minT=9.55 10 = =1719000 2).确定载荷系数K因为工作载荷较稳定,因此选取载荷分布不均匀系数=1,根据1表11-5选取使用系数=1.15.由动载系数=1.05,则K= =1.15 1.05 1 1.21 (式3-2)；其中：使用系数；：动载系数；：载荷分布不均匀系数3).确定弹性影响系数因此次设计选用的是ZCUSN10P1，并且它要和钢蜗杆相匹配,故由机械设计指导手册查的弹性影响系数=160 MPa4).确定接触系数设定蜗杆分度圆直径d和传动中心距a的比值d/a=0.5,从1机械设计中图11-18中可查到接触系数=2.75).确定许用接触应力蜗轮材料为ZCUSN10P1,铸造方式为金属膜铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,因此可从1机械设计指导手册表11-7中查到蜗轮的基本许用应力=268MPa设要求寿命L为120000h,应力循环次数: N=60jnL=601500120000=3.610(式3-3)；寿命系数： K=0.48=K=0.48268=128.64MPa(式3-4)；其中：蜗轮基本许用接触应力； K：寿命系数。6).计算中心距 a 28mm取中心距a=64 mm,故从1中表11-2取模数m=8,蜗杆分度圆直径d=32 mm.d/a=0.5,从1图11-18中可查得接触系数Z=2.7,因为Z Z。所以上述结果可以使用。4.蜗杆与蜗轮的参数与几何尺寸的计算1).蜗杆轴向齿距:P=m=3.148=25.12mm.(式3-5)；直径系数：q= d/m=4（式3-6）；齿顶圆直径：d= d+2hm=32+218=48 mm.(式3-7)；齿根圆直径:d=d2(hm+c）=322(8+4)=8mm(式3-8)；分度圆导程角：r=45(式3-9)；2).蜗轮蜗轮齿数Z=12；变位系数X=0 ；验算传动比：= z/z=12/4 =3(式3-10)；这时传动比误差为(33)/3=0，允许。蜗轮分度圆直径：d=mZ=812=96mm(式3-11)；蜗轮喉圆直径：d= d+2h=96+28=112mm(式3-12)；蜗轮齿根圆直径：d= d2h=9628(1+0.25)=76mm(式3-13)；蜗轮咽喉母圆半径：r=ad=64112=8mm(式3-14)5.校核齿根弯曲疲劳强度=YY (式3-15)；其中：载荷系数； Y：螺旋角影响系数； Y：齿形系数；：许用弯曲应力；：弯曲应力；传递的转矩。当量齿数：Z= = =82.8(式3-16)；根据X=0.5，Z=82.8，从图11-19中可查得齿形系数：Y=2.38螺旋角系数：Y=1=0.68许用弯曲应力：=K从1机械设计表11-8中查得由制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56寿命系数： K=0.40=560.40=22.4MPa=26.56MPa弯曲强度是满足的。3.1.2蜗杆前后轴的设计1.选择轴的材料轴的材料为40，由1中表15-3查得，40的为3555MPa。2.求出轴上的功率、转速n=500r/minP=1000.9=90KW3.初步确定轴的最小直径A值为11297，由1中式15-2查得A值为11297，由7中式15-2查得d(式3-17)；其中：功率；：转速；A：面积。dmm取d=63mm由1表15-4查得:W0.1d=250004.7 (式3-18)；W0.2d=50009.4 (式3-19);T=9.5510Nmm(式3-20)；(式3-21)；合格。 3.1.3 空心轴的设计1.选择轴的材料轴的材料为40，由7中表15-3查得40的为3555MPa。2.求出轴上的功率、转速n=1500 r/min，I档传动比为4.3，n=348.83r/min=90KW3.初步确定轴的最小直径A值为11297，由1中式15-2查得d;d;d取为72mm。d=72mm100，对于直径d小与或等于100mm的轴，有一个键槽时，在不影响加工和精度的情况下，轴增大5%7%，因此取为75.276.96，取d=77。由1表15-4查得 =，Wd(1)=25612.4W=0.2d(1)=500024.8(式3-22)；合格。4.空心轴上花键的选择因为d70.6，根据机械设计指导手册查表9-26得：62d82小径d取为72mm，选用中系列，其规格为NdDB=10727812，C=0.6，r=0.5，参考d=67.7mm，a =1.0mm，装配形式为固定，公差采用一般用公差带，外花键中的d的公差是h7，D的公差是11，B的公差是h10。3.1.4 直齿圆柱齿轮设计输入功率p=1000.9=90KW 齿轮转速n=1500r/min齿数比u=1工作寿命为120000小时。1.选定齿轮类型、精度、材料及齿数。 1）选用的传动齿轮的类别为圆柱齿轮； 2）选用7级精度； 3）材料选择,齿轮材料依据机械设计指导手册采用40Cr(调质)，他的硬度为280HBS。 4）选择齿数Z=Z=24。2.按照齿面接触强度设计进行设计计算。由设计计算公式进行计算，即d2.32(式3-23)；其中：d：分度圆直径；K：载荷系数；T：齿轮传递的扭矩；：齿数比；Z：材料的弹性影响系数；：接触疲劳许用应力；：齿宽系数；T=95.510P/n=95.51090/1360.1=6.310Nmm；（3）由1中表10-7选取齿宽系数。（4）由1中表10-6材料的弹性影响系数Z=189.8MPa。（5）由1中图10-21d查得齿轮的接触疲劳强度极限MPa。（6）计算应力循环次数N=60njL =6013601120000 =9.7910(式3-24)；（7）由1中图10-19查得接触疲劳寿命系数；（8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，MPa(式3-25)；2).计算（1）试算齿轮分度圆直径d：d2.32mm （2）计算圆周速度VV=m/s （3）计算齿宽bB9mm (4)计算齿宽与齿高之比bh模数 m=d/z=29/24=1.20mm齿高 h=2.25m=2.7mbh=29/2.7=10.74 （5）计算载荷系数据V=0.58，7级精度，由1中图10-8齿轮相对支撑费对称布局时动载系数K=1.10 直齿轮： K=K=1.1由1机械设计中表10-8查得使用系数K=1，当他的精度等级为7级，齿轮相对支承非对称布置时，K=K0.18(10.6Q)Q0.2310b=1.100.18(10.61)10.23105.3=1.425由bh=10.74，K=1.425由1中图10-13查查得K=1.42故载荷系数:K=KKKK=11.1、01.11.42=1.718(式3-26)；其中：K：动载系数；K：使用系数；K、K：齿间载荷分配系数。（6）根据实际计算所得的载荷系数来校正所算得的分度圆直径，d=dmm(式3-27)；（7）计算模数mM=dz=31.8z24=1.33mm3.按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为公式：m(式3-28)；其中： M：模数；Z：齿数；T：转矩； 1).确定公式内的各计算数值。（1）由1中图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa；（2）由1中图10-18查得弯曲疲劳寿命系数K=0.85；（3）计算弯曲疲劳许用力取安全系数S=1.4,=303.57MPa(式3-29)；（4）计算载荷系数KK=KKKK=11.101.11.42=21.72(式3-30)；（5）由1中表10-5查取齿行系数Y=2.65 （6）由1中表10-5查取应力校正系数Y=1.58 （7）计算齿轮的 =0.013792).设计计算mmm 圆整后取m=2mm,因为d=29mmZ=d/m=29/2=14.5；取15。4.几何尺寸计算：1).计算分度圆直径 d=Zm=152=30mm2).齿宽 b=Qd=130=30mm3).中心距 a=(dd)/2=24mm5.验算：F=N(式3-31)；N/mm100N/mm(式3-32)；合适。3.1.5.蜗轮轴设计1.求轴上的功率P，转速n,转矩TP=1000.9=90KWn=1500r/minT=95.510=5.7310Nmm2.求作用在齿轮上的力齿轮的分度圆直径为：d=30mm；F=NF=tanan*cos-1=3342N蜗轮的分度圆直径为d=256.2mmF=F=FNF=FN3.初步确定轴的最小直径选取45号钢，调质。根据1中表15-3取A=112， d=Amm=18.05mm取套筒的直径为19mm4.轴的结构设计1).拟定轴上的零件的装配方案如图所示的装配方案2).确定轴的各段直径和长度1）因为齿轮与蜗轮是周向定位的方式，所以我们选用套筒,因此mm；mm；（2）.由于齿宽b=30mm,所以mm,mm。（3）由于蜗轮长度为82mm,所以mm,mm。（4）轴总长mm。图3-1 轴3).轴上零件的周向定位根据定位准则，齿轮、蜗轮和轴的周向定位全部选择花键联接，由机械设计指导手册表4-1查得平键截面bh=8mm7mm。键槽用键槽铣刀加工，长度是14mm,，齿轮轮毂与轴的配合为，蜗轮与轴的配合选用，蜗轮轮毂与轴的配合为，轴的直径尺寸公差为m6。4).确定轴上圆角以及其倒角尺寸取轴端倒角为145。5).按照弯矩合成应力来校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度13。根据机械设计指导手册表15-5，取a=0.6，轴的应力为轴的材料采用的是45钢，根据机械设计指导手册表15-1查得,故，因此轴的强度满足实际需要，因此此方案合格。 3.2 参考车型数据最大功率：100kw 最大转矩：1300-1500Nmm 主减速器传动比：6.15最高车速：120KM变速器传动比：5.3 4.3 2.43 1.53 分动传动比：高档：1.07 低挡：2.04第4章差速器外壳的设计4.1外壳设计用半径为115mm,宽度为160mm的圆柱体。差速器的外壳分成两部分，这两部分是用螺栓来联接的。在外壳中我们还需要添加一个套筒，此套筒是用来连接差速器的外壳和空心轴的。套筒的直径为80mm，长度为15mm。垫片是加在外壳与前、后蜗杆轴的联接处的，他的作用是降低他们的摩擦。在蜗杆与差速器壳处也用垫片。图4-1 差速器外壳设计4.2该车型托森差速器的主要零部件连接关系4.2.1 各零部件在整个壳体中的布局托森差速器安装在变速器的后端盖处,他主要用来平衡转速和传递功率 ,托森差速器的零部件连接关系，以及结构如图所示。两个蜗杆置于差速器壳体内，并分别与和齿轮轴驱动轴相连接。每个蜗杆与3个蜗轮相配合,构成了6对蜗轮。每个蜗轮轴上装有两个圆柱直尺齿轮，涡轮轴沿着差速器的断面平均距离安装,同一处的 2个蜗轮轴上的直齿圆柱齿轮彼此啮合。图4-2 零件布局图1差速器齿轮轴 2 空心轴 3 差速器外壳 4 驱动轴 5 驱动轴杆 6 直尺圆柱齿轮 7涡轮轴 8 前轴蜗杆第5章托森差速器的建模及运动仿真5.1 建模软件的介绍此次毕业设计建模及仿真用到的软件主要就是Solid Works5.1.1 软件的功能介绍我们在平时的设计过称重运用Solid Works3D设计软件可以实现各种各样的功能。1.3D实体建模。使用Solid Works3D设计软件中的3D实体建模功能，可以省去很多不必要的步骤，加快项目的进程，将节省出来的时间用到其他步骤上，缩短产品的开发周期，节约人力物力财力，提高我们的效率。2大型装配体设计。 Solid Works3D CAD 处理可包含 1万多个零件的设计，因此节约了很多单独的设计，化繁为简，提升设计效率。3.钣金设计。运用此软件能够快速高效地创建钣金件设计，缩短设计周期，具有很强的灵活性与同用性。4.焊件。使用Solid Works3D 设计，焊件的结构等都可以进行很大的简化，十分方便。5塑料与铸造零件设计。我们在进行塑料盒铸造零件的设计过程中，如果运用此软件，开发满足性能与稳定性安全性可靠性要求的塑料或铸造零件设计的效率是很高的，花费很少的时间就可以完成很大的工作内容。6模具设计。运用此软件进行模具设计的时候，我们能够随时随地的对设计方案，设计过程中修改，并且每一次的修改都会马上生效。7CAD 导入导出。运用此软件我们可以CAD 数据转换为各种满足需求的格式数据，缩短整个设计的周期，节约时间与金钱。Solid Works提供了各种各样的转换程序，CAD数据可以与Solid Works数据相互转换，免去了很多不必要的麻烦。5.1.2 本课题主要用到的模块此次设计主要运用到的模块如下：5.1.2.1草图绘制模块当我在创建托森差速器的各个零件时，通过Solid Works的插件2D Emulator来生成各个零件的截面14。5.1.2.2零件和特征模块最常用的块和零件的特征编辑也是在这个模块中进行完成的，零件的属性的自定义也都是在这个模块里进行编辑的。我们最常用的实体和曲面建模都是在这个模块里完成的。 5.1.2.3装配模块在进行仿真的时候，我们都是把多个零件装配在一个整体之后才能进行仿真的，运用Solid Works的装配模块就能实现这一功能。比如我们将蜗轮蜗杆齿轮等装配在一起构成差速器就需要此模块。除此之外，我们还可以添加装配体的零部件。进行子配体的操作等一系列功能。5.1.2.4高级模块运动仿真（Solid Works motion）模块包括以下功能。A动画：装配体的仿真可以通过动画来检验。 B：基本运动：C：运动分析（可在 Solid Works premium 的 Solid Works Motion TM 插件中使用）。5.2 运动仿真 5.2.1 添加伺服电机伺服电机的添加入下两图所示图5-1伺服电机的添加图5-2 伺服电机的添加 5.2.2 仿真运动时间的设定下图为仿真运动时间的设定图5-3 运动时间的设定 5.2.3.动画导出以上步骤之后可以进行差速器的运动仿真，将差速器运动仿真的动画导出保存在电脑上。结论经过几个月的努力，我终于大致完成了此次设计，在这段期间，遇到了很多问题，但也解决了很多问题。上学期期末的时候，通过与指导老师的沟通，选择了论文课题托森差速器的设计与仿真。为了写好这个题目，我在学校的图书馆和网上查阅饿了大量的资料，并进行了分类归纳总结，撰写了文献综述报告，完成了论文任务书。通过这些前期放面的准备，我大体了解了我此次论文的主要任务以及如何撰写论文。此次论文的难点主要是对差速器结构的设计以及相关零件的尺寸计算，还有就是运用Solid Works软件对其进行三维建模和运动仿真。由于之前我对这一软件的使用并不是很熟悉，花费了大量的时间去去学，还好，通过查阅资料或是向老师和同学请教，基本上能够熟练的使用此软件。通过前期的准备，我基本了解了差速器国内外的发展与研究现状，各种差速器的优缺点以及工作原理，选择了托森差速器作为此次设计的方案。在进行具

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