毕业设计（论文）-普拉多托森差速器设计.doc

毕业设计 普拉多托森差速器设计机械工程系135011125刘钊学生姓名： 学号： 系 部： 机械设计制造及其自动化李雅青专 业： 指导教师： 二零一五年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 2015年 6月 3日 毕业设计任务书设计题目： 普拉多托森差速器设计 系部：机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 135011125 学生： 刘钊 指导教师（含职称）： 李雅青（副教授） 1课题意义及目标 为解决转向不足和转向过度的问题就需要差速器来调节，让汽车更安全的驶过弯道。现在我国已经对差速器有了深入的研究设计，但没有形成一定规模的工业化设计和制造，所以我们需要在这个领域开发和生产具有自主知识产权、适合我国国情的汽车差速器。2主要任务（1）掌握托森差速器结构及其工作原理。（2）确定主要零部件（蜗杆、涡轮、涡杆前后轴、直齿圆柱齿轮、涡轮轴、车速器外壳空心轴）主要设计参数，完成所有参数、尺寸的计算。（3）使用绘图软件绘制蜗杆、涡轮、装配图图纸。（4）完成设计说明书，并以电子文档的形式给出。3主要参考资料1濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版设.2申永胜.机械原理教程.清华大学出版社.3胡宁.现代汽车底盘构造.上海交通大学出版社.4席振鹏.汽车底盘结构与维修.哈尔滨工业大学出版社.4进度安排设计各阶段名称 日 期1调查研究，参考文献，设计方案确定2015-03-012015-03-142蜗轮蜗杆 涡杆前后轴 空心轴设计2015-03-152015-03-283直齿圆柱齿轮 涡轮轴 车速器外壳设计2015-03-292015-04-30 4绘制装配图 2015-05-012015-05-315准备答辩2015-06-012015-06-15审核人： 年 月 日太原工业学院毕业设计普拉多托森差速器设计摘 要： 汽车差速器能够使左、右（或前、后）驱动轮实现以不同转速转动的机构。托森式差速器，它利用蜗轮蜗杆传动的不可逆性原理和齿面高摩擦条件，使差速器根据其内部差动转矩(即差速器的内摩擦转矩)的大小而自动锁死或松开，即当差速器内差动转矩较小时起差速作用，而当差速器内差动转矩过大时差速器将自动锁死，这样可以有效地提高汽车的通过能力。本设计基于普拉多托森差速器，首先概述差速器的现状和发展趋势，介绍差速器领域的最新发展状况。其次，对工作原理做了阐述，对不同的差速器进行比较。再次，对差速器的涡轮、蜗杆、涡轮前后轴、空心轴、的零件做了详细的设计计算，并进行了受力分析、强度和刚度校核计算。关键词：托森差速器 、涡轮、蜗杆、涡轮前后轴、空心轴 Prado torque sensitive differential designAbstract：The automobile differential can make the drive wheel of left and right (or front and rear) drive wheel to rotate at different speed. Torsen differential. It uses of worm gear is not reversible principle and tooth surface with high friction condition, enables the differential mechanism according to the size of the internal differential torque (i.e. differential internal friction torque) and automatic lock die or loose, namely when the differential in differential torque than hours difference function of speed, and when the differential torque differential too big moveout velocity device will automatically lock. Only in this way can effectively improve the car through the ability.The design based on Prado Torsen differential, first an overview of the differential current situation and development trend, introduce the latest development of the field of differential. Secondly, the working principle is described, the comparison of different differential. Again, the differential turbine, worm, turbine axis, hollow shaft, parts made a detailed design calculation, and subjected to force analysis, strength and stiffness calculation.Keywords: torque sensitive differential、Turbine、Scroll bar、Turbine front axis、Hollow shaft目 录1绪论11.1 齿轮式差速器11.2 防滑差速器21.3 Torsen核心系统31.4 双蜗杆差速器52.托森差速器的工作原理62.1托森差速器的工作过程62.2托森差速器的转矩分配原理73.蜗轮 蜗杆设计93.1选择蜗杆传动类型93.2选择材料93.3按齿面接触疲劳强度进行设计93.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸103.5校核齿根弯曲疲劳强度114蜗杆前、后轴的设计134.1选择轴的材料134.2求出轴上的功率、转速134.3初步确定轴的最小直径135.空心轴的设计145.1选择轴的材料145.2求出轴上的功率、转速145.3初步确定轴的最小直径145.4空心轴上花键的选择146.直齿圆柱齿轮设计156.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数156.2按齿面接触强度设计156.3按齿根弯曲强度设计176.4几何尺寸计算186.5验算187.蜗轮轴设计197.1求解轴上的功率P，转速n,转矩T197.2求作用在齿轮上的力197.3初步确定轴的最小直径197.4轴的结构设计197.5差速器外壳218结论22参考文献24致谢251绪论 图1.1普通差速器三维示意图普通差速器由行星齿轮、行星轮架（差速器壳）、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足：（左半轴转速）+（右半轴转速）=2（行星轮架转速）。当汽车直行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，导致内侧轮转速减小，外侧轮转速增加。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(Limited Slip Differential，简称LSD)。全轮驱动轿车四驱系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LSD差速器，带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。现代汽车上的差速器通常按其工作特性分为齿轮式差速器和防滑差速器两大类。1.1 齿轮式差速器 由于结构原因，这种差速器分配给左右轮的转矩相等。这种差速器转矩均分特性能满足汽车在良好路面上正常行驶。但当汽车在坏路上行驶时，却严重影响通过能力。例如当汽车的一个驱动轮陷入泥泞路面时，虽然另一驱动轮在良好路面上，汽车却往往不能前进（俗称打滑）。此时在泥泞路面上的驱动轮原地滑转，在良好路面上的车轮却静止不动。这是因为在泥泞路面上的车轮与路面之间的附着力较小，路面只能通过此轮对半轴作用较小的反作用力矩，因此差速器分配给此轮的转矩也较小，尽管另一驱动轮与良好路面间的附着力较大，但因平均分配转矩的特点，使这一驱动轮也只能分到与滑转驱动轮等量的转矩，以致驱动力不足以克服行驶阻力，汽车不能前进，而动力则消耗在滑转驱动轮上。1.2 防滑差速器图1.2防滑差速器为提高汽车在坏路上的通过能力，某些越野汽车及高级轿车上装置防滑差速器。防滑差速器的特点是，当一侧驱动轮在坏路上滑转时，能使大部分甚至全部转矩传给在良好路面上的驱动轮，以充分利用这一驱动轮的附着力来产生足够的驱动力，使汽车顺利起步或继续行驶。为实现上述要求，最简单的方法是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁，使之成为强制止锁式差速器。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器锁死而不起差速作用。防滑差速器能够克服普通锥齿轮式差速器因转矩平均分配给左、右轮而带来的在坏路面（泥泞、冰雪路面等）上行驶时，因一侧驱动轮接触泥泞、冰雪路面而在原地打滑（滑转），另一侧在好路面上的驱动轮却处在不动状态使汽车通过能力降低的缺点。这是因为与泥泞、冰雪路面接触的驱动轮与路面的附着力减少，路面对半轴作用有很小的反作用转矩，结合对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特点，这使处在好路面上的驱动轮所得到的转矩只能与处于坏路面上的驱动轮转矩相等，于是两者的合力不足以克服行驶阻力，汽车便停止不动。根据结构特点不同，防滑差速器有强制锁止式、高摩擦式和自由轮式3种。其中，高摩擦式中又有摩擦片式自锁差速器、托森差速器、蜗轮式差速器、滑块凸轮式差速器和粘性联轴器式差速器5种。托森差速器是美国格里森公司生产的转矩感应式差速器，即差速器可以根据其内部差动转矩的大小而决定是否限制差速器的差速作用。在结构上巧妙地利用涡轮蜗杆传动的不可逆原理而设计。作为一种新型差速机构，托森差速器以其独特的优越性能在各种汽车上得到广泛应用。托森差速器是是torsen的音译，这个名字取自Torque-sensing Traction的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。 Torsen的核心是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统。 从Torsen差速器的结构视图中我们可以看到双蜗轮、蜗杆结构，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Torsen LSD差速器，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。1.3 Torsen核心系统图1.3托森B型差速器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，这一方向动力传输畅通无阻。当左侧车轮出现打滑时，传统差速器将会把动力传输到左轮，使发动机动力再大也只能白白消耗。而托森差速器就不同了，此时快速旋转的左侧半轴将驱动左侧蜗杆，并通过同步啮合齿轮驱动右侧蜗杆。Torsen差速器用在全时四驱系统上，牵引力被分配到了每个车轮，于是就有了良好的弯道、干/湿路面驾驶性能。托森中央差速器确保了前后轮均一的动力分配。如轮胎遇到冰面等摩擦力缺失的路面时，系统会快速做出反应，大部分的扭矩会转向转速慢的车轮，也就是还有抓地力的车轮。托森差速器的锁止介入没有时间上的延迟，也不会消耗总扭矩数值的大小，它没有传统锁止差速器所配备的多片式离合器，磨损非常小，可以实现免维护。除了本身性能上的优势，托森差速器还具备其他方面的优势，比如它可以与很多常用变速器、分动器实现匹配，与车辆上ABS、TCS、ESP等电子设备共容，相辅相成的为整车安全和操控服务。 Torsen差速器的特点：Torsen差速器是恒时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。Torsen自锁中心差速器确保了前后轮均一的动力分配。任何速度的不同，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。 Torsen差速器实现了恒时、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LSD具有良好的可靠性。 Torsen差速器可以与任何变速器、分动器实现匹配，与车辆其它安全控制系统ABS、TCS(Traction Control Systems，牵引力控制)、SCS(Stability Control Systems，车身稳定控制)相容。Torsen差速器是纯机械结构，在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5050。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，所以成本非常之高。1.4 双蜗杆差速器双蜗杆差速器是2014年国内新发明的产品，特点是将两个相互啮合的蜗杆倾斜安装于转子中，两个蜗杆轴端分别与两侧的输出轴相连接，连接可用齿轮连接或万向节连接，齿圈安装于转子上，整体由轴承固定于壳体，动力源由齿圈输 图1.4双蜗杆差速器入，两侧输出轴输出动力。两个蜗杆采用小的导程角，导程角的大小决定自锁的程度，蜗杆与涡轮传动中，都是蜗杆主动，涡轮从动，两个蜗杆相啮合，相当于都是彼此的涡轮一样，导程角小到一定程度时，两个蜗杆会产生互锁，只有两侧同时施加扭力时才能转动，所以这就是能自锁的原因，而又不影响差速行驶。若用在中央差速器，两个蜗杆节圆直径调整，可使前后输出不同的扭矩，就像托森差速器那样前后动力40:60分配。优点是体积小，加工简单，成本低，全面解决全时四驱。2.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。下图是托森差速器的结构图2.1托森差速器结构2.1托森差速器的工作过程 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、差速器壳转速为。（1） 当=时，为汽车直线行驶，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=。其转矩平均分配。设差速器壳接受转矩为，前、后蜗杆轴上相对应驱动转矩分别为、，则有+=。（2）当时，汽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=0，又，在作用下，前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转动，同时带动与其啮合的直齿圆柱齿轮以转速反向转动，因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，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。2.2托森差速器的转矩分配原理 托森差速器是利用蜗轮蜗杆传动副的高内摩擦力矩M进行转矩分配的。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nn,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M,而M又取决于两端输出轴的相对转速。当n, n转速差比较小时,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n较高时,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M多分配到后端输出轴上,转矩分配为M=1/2(M-M)，M=1/2(MM)。当n=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M过高,使M全部分配到后轴蜗杆上,此时,相当于差速器锁死不起差速作用。下图为工作原理图图2.2托森差速器工作原理图蜗轮式差速器转矩比,其中 为蜗杆螺旋角, 为摩擦角.当=时,转矩比,差速器自锁.一般可达5.59,锁紧系数K可达0.70.8.选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.为减少磨损,提高使用寿命, 一般降低到33.5左右较好,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.但由于在转速转矩差较大十的自动锁止作用,通常不用做转向驱动桥的轮间差速器。3.蜗轮 蜗杆设计3.1选择蜗杆传动类型 根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。3.2选择材料蜗杆采用40Cr,并经淬火处理,硬度为48-55HRC,蜗轮采用ZCuSn10P1,金属模铸造,为节约材料.齿圈用青铜,轮芯用灰铸铁HT100铸造。3.3按齿面接触疲劳强度进行设计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： （3.1）；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,估取=0.90,则P=99.36KW, n=1400/3=466.7r/minT=9.55 10 =9.55 10 =182986 （2）确定载荷系数K 因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均匀系数=1,由7表11-5选取使用系数=1.15.由于转速不高,冲击不大,可取动载系数=1.05,则K= =1.15 1.05 1 1.21 (3.2）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选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故=160 MPa（4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径d和传动中心距a的比值d/a=0.5,从7中图11-18中可查到=2.7（5）确定许用接触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCUSN10P1,金属摸铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从7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=601466.7120000=3.3610(3.3)；寿命系数： K=0.36=K=0.36268=96.48MPa(3.4)；蜗轮基本许用接触应力； K寿命系数。（6）计算中心距 取中心距a=64 mm,故从7中表11-2取模数m=8,蜗杆分度圆直径d=32 mm.这时d/a=0.5,从7图11-18中可查得接触系数Z=2.7,因为Z Z。因此以上计算结果可用。3.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向齿距: P=m=3.148=25.12mm.(3.5)；直径系数：q= d/m=4（3.6）；齿顶圆直径：d= d+2hm=32+218=48 mm.(3.7)；齿根圆直径: d=d2(hm+c）=322(8+4)=8mm(3.8)；分度圆导程角：(3.9)；(2)蜗轮蜗轮齿数Z=12；变位系数X=0 ；验算传动比： =12/4 =3(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(3.11)；蜗轮喉圆直径： d= d+2h=96+28=112mm(3.12)；蜗轮齿根圆直径：d= d2h=9628(1+0.25)=76mm(3.13)；蜗轮咽喉母圆半径： (3.14)3.5校核齿根弯曲疲劳强度 ( 3.15)； 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(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 （3.17）许用弯曲应力：=K (3.18)查表得由制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56寿命系数： K=0.41 (3.19)=560.41=22.96MPa=27.66MPa (3.20)弯曲强度是满足的。4蜗杆前、后轴的设计4.1选择轴的材料 轴的材料为40，查得，40的为3555MPa。4.2求出轴上的功率、转速n=446.7r/min P=99.360.9=89.42KW4.3初步确定轴的最小直径A值为11297，查得d(4.1)；功率；转速；A面积。dmm，d取为66mm查表得:W0.1d=0.1343000=34300；W0.2d=0.2343000=68600;T=9.5510Nmm(4.2)；(4.3)； 合格。 5.空心轴的设计5.1选择轴的材料 轴的材料为40，查得40的为3555MPa。5.2求出轴上的功率、转速n=1400 r/min，I档传动比为4.31，n=324.83r/min=99.360.9=89.42KW5.3初步确定轴的最小直径A值为11297，查得d; (5.1)d;d取为72mm。d=72mm100，轴径增大5%7%，取为75.677.04，取为77。查得 =， Wd(1)=21187.5 W=0.2d(1)=42375 (5.2)；合格。5.4空心轴上花键的选择 d70.8，由机械设计指导表9-26知：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=67.4mm，a =1.0mm，装配形式为固定，采用一般用公差带，外花键中的d用h7，D为a11，B为h10。6.直齿圆柱齿轮设计6.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动；选用7级精度；材料选择,选择齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS。选择齿数Z=Z=24。6.2按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即d2.32(6.1)；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；（1） 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数K=1.3； 计算齿轮传递的转矩：T=95.510P/n=95.51089.42/1340.1=5.3710Nmm； 齿宽系数 。 材料的弹性影响系数Z=189.8MPa。 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度MPa。 计算应力循环次数N=60njL=601340.11120000=9.6510(6.2)； 查得接触疲劳寿命系数； 计算接触疲劳许用应力取失效率为1%，安全系数S=1，得：MPa(6.3)；（2) 计算 试算齿轮分度圆直径d，代入数值得：d2.32mm 计算圆周速度VV=m/s 计算齿宽bb=mm 计算齿宽与齿高之比模数 m=d/z=26/24=1.08mm齿高 h=2.25m=2.255.43=2.44mb/h=26/2.44=10.6 计算载荷系数 据V=0.58，7级精度，查得动载系数K=1.18 直齿轮，假设KF/b100N/mm，查得K=K=1.1查得使用系数K=1，查得7级精度，齿轮相对支承非对称布置时，K=K0.18(10.6Q)Q0.2310b=1.180.18(10.61)10.23105.3=1.468由b/h=10.6，K=1.468 查得K=1.44，故载荷系数:K=KKKK=11.181.11.468=2.079(6.4)；K动载系数；K使用系数；K、K齿间载荷分配系数。按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得d=dmm(6.5)；计算模数mM=d/z=30.4/24=1.27mm6.3按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为m(6.6)； K载荷系数； Y齿形系数； Y应力校正系数； m模数； Z齿数； T转矩； Q齿宽系数。（1）确定公式内的各计算数值查得齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa；查得弯曲疲劳寿命系数K=0.85；计算弯曲疲劳安全系数S=1.4,得=303.57MPa(6.7)；计算载荷系数KK=KKKK=11.181.11.44=2.02(6.8)；查取齿行系数Y=2.65查取应力校正系数Y=1.58计算齿轮的并加以比较=0.01379（2）设计计算mmm (6.9) 圆整后取m=1.5mm,因为d=26.0mmZ=d/m=26/1.5=17.3；取18。6.4几何尺寸计算：（1) 计算分度圆直径 d=Zm=181.5=27mm（2) 齿宽 b=Qd=127=27mm（3) 中心距 a=(dd)/2=24mm6.5验算：F=N (6.10)；N/mm100N/mm (6.11)； 合适。7.蜗轮轴设计7.1求解轴上的功率P，转速n,转矩TP=99.360.9=89.42KW (7.1) n=1400r/minT=95.510=6.110Nmm (7.2)7.2求作用在齿轮上的力已知齿轮的分度圆直径为：d=27mm；F=NF=FN蜗轮的分度圆直径为d=258.3mmF=F=FNF=FN7.3初步确定轴的最小直径 初步估算轴的直径。选取轴的材料为45号钢，调质。取A=112，于是得：d=Amm=18.01mm (7.3) 由于轴安装的是套筒的直径是最小的，所以取套筒的直径为19mm7.4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) 根据轴向定位确定轴的各段直径和长度（1）为了齿轮与蜗轮的周向定位,我们选用套筒,所以mm；mm；（2）由于齿宽b=27mm,所以mm,mm。（3）由于蜗轮长度为82mm,所以mm,mm。（4）轴总长mm。（3）轴上零件的周向定位 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=8mm7mm，键槽用键槽铣刀加工，长为14mm,同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,同样，蜗轮与轴的配合选用，蜗轮轮毂与轴的配合为，轴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m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为145。（5）按弯矩合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B）的强度，根据215-5及上面的数值，并取a=0.6，轴的计算应力 (7.4)前已选定轴的材料为45钢，由2表查得,故，故安全7.5差速器外壳 用半径为115mm,宽度为160mm的圆柱体。为便于安装，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80mm，长度15mm。在外壳与前、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。 图7.1差速器外壳图8结论 经过四个月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Word 文档的使用程度,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.其次,让我又重新复习了一下我学过的课程，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。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.对托森差速器也有了更深刻的了解。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