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机械毕业设计全套
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差速器设计20141225,机械毕业设计全套
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摘 要 I 摘 要 在去年金融危机的影响下，汽车产业结构的重组给汽车的发展带来了新的机遇，与汽车相关的各行各业更加注重汽车的质量。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 ：差速器、齿轮结构 、设计计算 nts Abstract II Abstract In the last year under the impact of financial crisis, automotive industrial restructuring brought about by the development of motor vehicles to new opportunities, and automotive related businesses pay more attention to the quality of cars. 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 struct -ure 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 desi -gn of a large amount of literature on the role of differential structure and have a more thoro -ugh 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:differential, gear structure,designnts目 录 - I - 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . I 第一章 概述 . 1 1.1汽车差速器的发展现状 . 1 1.2汽车差速器的功用及其分类 . 2 1.3课题设计初始数据的来源与依据 . 7 第二章 差速器的设计方案 . 9 2.1差速器的方案选择及结构分析 . 9 2.2差速器的工作原理 . 10 第三章 差速器非标准零件的设计 . 13 3.1对称式行星齿轮设计计算 . 13 3.1.1对称式行星齿轮参数确定 . 13 3.1.2差速器齿轮几何计算图表 . 16 3.1.3差速器齿轮的材料 . 18 3.1.4差速器齿轮强度的计算 . 18 3.2差速器行星齿轮轴的设计计算 . 19 3.2.1行星齿轮轴的分类及选用 . 19 3.2.2行星齿轮轴的 尺寸设计 . 19 3.2.3行星齿轮轴的材料 . 19 3.3差速器垫圈的设计计算 . 20 3.3.1半轴齿轮平垫圈的尺寸设计 . 20 3.3.2行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 . 20 第四章 差速器标准零件的选用 . 22 4.1螺栓的选用和螺栓的材料 . 22 nts目 录 - II - 4.2螺母的选用何螺母的材料 . 22 4.3差速器轴承的选用 . 22 第五章差速器总成的装复和调整 . 24 5.1差速器总成的装复 . 24 5.2差速器的零部件的调整 . 24 小结 . 25 致 谢 . 26 参考文献 . 27 nts课程设计说明书 - 1 - 第一章 概述 1.1 汽车差速器的发展现状 在汽车行业发展初期，法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器，汽车差速器作为汽车必不可少的部件之一曾被汽车专家誉为“小零件大功用”。如图 1-1 所示普通差速器的结构分解图。 本世纪六七十年代，世界经济发展进入了一个高速增长期，而去年开始的全球金融危机又让汽车 产业在危机中有了发展的机遇，在世界各处都有广阔的市场。从目前来看，我国差速器行业已经顺利完成了由小到大的转变，正处于由大到强的发展阶段。由小到大是一个量变的过程，科学发展观对它的影响或许仅限于速度和时间，但是由大到强却是一个质变的过程，能否顺利完成这一个蜕变，科学发展观起着至关重要的作用。然而在这个转型和调整的关键时刻，提高汽车车辆、石油化工、电力通讯差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。 近几年中国汽车差速器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励汽车差速器产业向高技术产品方向发展，国企 企业新增投资项目逐渐增多。投资者对汽车差速器行业的关注越来越密切，这就使得汽车差速器行业的发展需求增大。差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化，目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，还有现在各种各样的功能多样的差速器，如：轮间差速器、防滑差速器、强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、托森差速器。其中的托森差速器是一种新型差速器机构，它能解决在其他差速器内差动转矩较小时不能起差速作用的问题和转矩较大时不能自动将差速器锁死的问题。下面图 1-1 为普通差速器的结构分解图。这次设计的轮边差速器主要是为克服轮间差速器 安装调整不方便，还有因为要布置差速器也使从动齿轮的尺寸受到限制等缺点来设计的。轮边差速器是安装在驱动轮的轮毂内，差速器壳通过行星齿轮轴固定行星齿轮 .行星齿轮与半轴齿轮齿合 . 绝对直线行驶时 .差速器壳和行星齿轮 (行星齿轮与半轴齿轮不发生相对转动 )一同随减速器被动齿轮转动 .称为公转 . 行星齿轮饶自身轴线转动称之自转 .将两轮悬空 .自转方向相反 ,转速相同 . 在转弯时 ,行星齿轮自转的同时还和差速器壳一起公转 .实现两边不等速。 这里我们着重介绍一下一种新型差速器为 LMC 常互锁差速器： LMC 常互锁差速器是由湖北力鸣汽车差 速器公司投资 5000 万元生产的新型差速器预计 2009 年批量生产，2010 年达到验收。 LMC 常互锁差速器用于 0.5-1.5 吨级车辆，它能有效地提高车辆的通过性、越野性、可靠性、安全性和经济性，能够满足很多不同条件和不同情况下的车nts课程设计说明书 - 2 - 辆要求。这种纯机械、非液压、非液粘、非电控的中央差速分动装置，已申报了美、英、日、韩、俄罗斯等 19 个国家的专利保护，这一技术不仅仅是一项中国发明，也是一项世界发明。 LMC 常互锁差速器是由多种类的齿轮系统及相应的轴、壳体组成，具备传统汽车的前轮和后轮轮间差速器、前后桥轴间差速器。 LMC 常互锁差速分动器通过四支传动轴和轮边减速器带动四个车轮，实现每个车轮独立驱动，在有两个车轮打滑的情况下仍能正常行驶，在冰雪路面、泥泞路面、无路路面上有其独特优势，可以彻底解决传统四驱汽车的不足：如不能高速行驶；车轮打滑不能正常行驶；不能实现轴间差速；高油耗问题、功率循环问题；四驱转换麻烦等。装有 LMC 常互锁差速分动器的车辆具有以下优点： （ 1） 提高车辆的通过性：具有混合差速， LMC 常互锁差速分动器可实现轮间、轴间、对角任意混合差速和锁止，任何情况下单个车轮、对角线双轮不会发生滑转，即使单个车轮悬空，车辆仍 有驱动力而能正常行驶。 （ 2）提高汽车的传动系的寿命和可靠性：因实现了任意差速，消除了功率循环，克服了分时四驱在四驱状态下传动系统因内耗而产生的差速器、传动轴、分动器等机件磨损，甚至于致命性的损坏，延长了传动系统的使用寿命。 （ 3） 提高车辆的安全性：行车安全、转弯容易、加速性好、制动稳定、操纵轻便安全，无需增加操纵机构。 （ 4）具有良好的经济性：功能领先、制造成本低，维修简便、节油，经济环保，产品适用性广。 LMC 常互锁差速分动器的研发是在经济刺激的影响下产生的产品，符合我国国情的需要。 1.2 汽车差速器的功用 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。 nts课程设计说明书 - 3 - 图 1-1 汽车转弯时驱动轮运动示意图 汽车行驶时，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。 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。 nts课程设计说明书 - 4 - 1.3 差速器的主要结构形式介绍 (一 )齿轮式差速器 汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。他又可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器等 1普通锥齿轮式差速器 由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠，所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图 1-2 为其示意图，图中 0 为差速器壳的角速度； 1、 2 分别为左、右两半轴的角速度； To 为差速器壳接受的转矩； Tr 为差速器的内 摩擦力矩； T1、T2 分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。 图 1-2 普通锥齿轮式差速器 普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为 0 05 0 15，两半轴转矩比 kb=1 11 1 35，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。 2.摩擦片式 差速器 为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮 7 与差速器壳 1 之间装上了摩擦片2(图 1-3)。两根行星齿轮轴 5互相垂直，轴的两端制成 V形面 4与差速器壳孔上的V形面相配，两个行星齿轮轴 5的 V形面是反向安装的。每个半轴齿轮背面有压盘 3和主、从动摩擦片 2，主、从动摩擦片 2分别经花键与差速器壳 1和压盘 3相连。 nts课程设计说明书 - 5 - 图 1-3 摩擦片式差速器 摩擦片式差速器的锁紧系数 k 可达 0 6，bk可达 4。这种差速器结构简单，工作平稳，可明显提 高汽车通过性。 3强制锁止式差速器 当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合器 (即差速锁 )将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数，使牵 对于装有强制锁止式差速器的 4X2 型汽车， 采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，可使汽车的牵引力提高 minmin 2/ 倍，从而提高了汽车通过性。当然，如果左、右车轮都处于低附着系数的路面，虽锁住差速器，但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。 强制锁止式差速器可充分利用原差 速器结构，其结构简单，操作方便。目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。 (二 )滑块凸轮式差速器 图 1-4为双排径向滑块凸轮式差速器。差速器的主动件是与差速器壳 1连接在一起的套，套上有两排径向孔，滑块 2装于孔中并可作径向滑动。滑块两端分别与差速器的从动元件内凸轮 4和外凸轮 3接触。内、外凸轮分别与左、右半轴用花键连接。当差速器传递动力时，主动套带动滑块并通过滑块带动内、外凸轮旋转，同时允许内、外凸轮转速不等。理论上凸轮形线应是阿基米德螺线，为加工简单起见，可用圆弧曲线代替。 nts课程设计说明书 - 6 - 图 1-4 滑块凸轮 式差速器 (三 )蜗轮式差速器 蜗轮式差速器 (图 1-5)也是一种高摩擦自锁差速器。蜗杆 2、 4同时与行星蜗轮3与半轴蜗轮 1、 5啮合，从而组成一行星齿轮系统。 图 1-5 蜗轮式差速器 nts课程设计说明书 - 7 - (四 )牙嵌式自由轮差速器 牙嵌式自由轮差速器 (图 1-6)是自锁式差速器的一种。装有这种差速器的汽车在直线行驶时，主动环可将由主减速器传来的转矩按左、右轮阻力的大小分配给左、右从动环 (即左、右半轴 )。当一侧车轮悬空或进入泥泞、冰雪等路面时，主动环的转矩可全部或大部分分配给另一侧车轮。当转弯行驶时，外侧车轮有快转的 趋势，使外侧从动环与主动环脱开，即中断对外轮的转矩传递；内侧车轮有慢转的趋势，使内侧从动环与主动环压得更紧，即主动环转矩全部传给内轮。由于该差速器在转弯时是内轮单边传动，会引起转向沉重，当拖带挂车时尤为突出。此外，由于左、右车轮的转矩时断时续，车轮传动装置受的动载荷较大，单边传动也使其受较大的载荷。 图 1-6 牙嵌式差速器 牙嵌式自由轮差速器的半轴转矩比 Ab是可变的，最大可为无穷大。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。 1.4 课题设计初始数据 表 1-1 参数表 参数 名称 数值 车型 微型客车 驱动形式 FR4 2 发动机位置 前置 最高车速 Umax=110km/h 最大爬坡度 imax 30% 汽车总质量 ma=1410kg 满载时前轴负荷率 40% 外形尺寸 总长 La总宽 Ba总高 Ha=3496 14451841mm3 迎风面积 A 0.85 Ba Ha nts课程设计说明书 - 8 - 空气阻力 系数 CD=0.6 轴距 L=2200mm 前轮距 B1=1440mm 后轮距 B2=1420mm 车轮半径 r=300mm 离合器 单片干式摩擦离合器 变速器 两轴式、四挡 nts课程设计说明书 - 9 - 第二章 差速器的设计方案 2.1 差速器的方案选择及结构分析 根据 微型客车 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、 2 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。 2.1.1 差速器的结构分析 （ 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 4 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。 nts课程设计说明书 - 10 - 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 2-2 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） 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。 nts课程设计说明书 - 11 - 由式（ 2-1）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= 0 2。 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= r 0 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 2 1 定义为转矩比，以 Kb= 2 1=(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： nts课程设计说明书 - 12 - 图 2-3 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。 nts课程设计说明书 - 13 - 第三章 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 微型客车 选择的是两个行星齿轮 ， 即 n=2。 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。 球面半径可按照如下公式确定： 3 TKR BB mm （ 3-1） nts课程设计说明书 - 14 - 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 微型客车 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=min Tce,Tcs ;取 Tce 和 Tcs 的较小值； RB 为球面半径。 转矩的计算 rp0a m a x g hrni = 0 .3 7 7vi （ 3-2） 上式中： rr 为车轮的滚动半径， 取 rr=0.3m； igh 变速器 最 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=110km/h； rr=0.3m ； igh=1 代入（ 3-2）中 计算出 io=5.35； 从动锥齿轮计算转矩 Tce niiikTkT fedce01m a x（ 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=5.35； 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（ 3 3）中，有： Tce=3005.4Nm 主动锥齿轮计算转矩 Tcs =8960.4Nm.T 取较小值，即有 T= Tce=3005.4Nm； nts课程设计说明书 - 15 - 将以上数据代入式（ 3-1）有 BR =2.7 3 4.3005 =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 14 25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： In zz RL 22 (3-4) 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 ， 2 ； 211 arctanzz= 1810arctan 1 =90- 2 （ 3-5） 将 1z =12， 2z =20 代入上述式子中可求得 1 =30.96 ； 2 =59.04 第二步再按下式求出圆锥齿轮的大端端面模数 m m= 110 sin2 zA = 220 sin2 zA = 96.30sin12 27.402 =3.35 nts课程设计说明书 - 16 - 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 及其深度 L 行星齿轮的安装孔的直径 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： 1.1L （ 3-6） nlTc 1.110 30 （ 3-7） nlTL c 302 101.1（ 3-8） 上面式中： 0T 为差速器传递的转矩， N m；在此取 3320.4N m 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 l 0.5 d2， d2为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而 d2=0.8 d2； c 为支承面的许用挤压应力，在此取 69 MPa 根据上式有 d2=0.8 80=64mm ； l =0.5 64=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=20.24 20mm 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 nts课程设计说明书 - 17 - 1 行星齿轮齿数 1z 10，应尽量取最小值 1z =12 2 半轴齿轮齿数 2z =14 25，且需满足式 （ 1-4） 2z =20 3 模数 m m =4mm 4 齿面宽 b=(0.25 0.30)A0 ;b10m 20mm 5 工作齿高 mhg 6.1 gh =6.4mm 6 全齿高 051.0788.1 mh 7.203 7 压力角 22.5 8 轴交角 =90 9 节圆直径 11 mzd ； 22 mzd 481d 802 d 10 节锥角 211 arctan zz ， 12 90 1=30.96， 03.592 11 节锥距 22110 sin2sin2 ddA 0A =40mm 12 周节 t =3.1416m t =12.56mm 13 齿顶高 21 aga hhh ; mzzh a 212237.043.0 1ah =4.14mm 2ah =2.25mm 14 齿根高 1fh =1.788m - 1ah ; 2fh =1.788m - 2ah 1fh =3.012mm; 2fh =4.9mm 15 径向间隙 c =h - gh =0.188m +0.051 c =0.803mm 16 齿根角 1 =01arctan Ahf ;022 arctan Ah f 1 =4.32; 2 =6.98 17 面锥角 211 o ； 122 o 1o =35.28； 2o =66.01 18 根锥角 111 R ； 222 R 1R =26.642R =52.05 19 外圆直径 1111 cos2 ao hdd ；22202 co s2 ahdd 1.5501d mm 23.822 d mm 20 节圆顶点至齿轮外缘距离 11201 sin2 hd 22102 sin2 hd 68.3901 mm 72.2302 mm nts课程设计说明书 - 18 - 21 理论弧齿厚 21 sts mhhts ta n2 212 1s =5.92 mm 2s =6.63 mm 22 齿侧间隙 B =0.245 0.330 mm B =0.250mm 23 弦齿厚 26 23 BdssSiiii 1S =5.269mm 2S =6.49mm 24 弦齿高 iiiii dshh 4cos2 1h =4.29mm 2h =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 w 为 : 3222 10smwvnT k kk m b d J 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nTT 6.00 在此将 T 取为 498.06N m； 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 4.25mKs ，在此4 4.254sK 0.629； mK 为载荷分配系数，当 两个齿轮均用骑马式支承型式时， mK 1.00nts课程设计说明书 - 19 - 1.1；其他方式支承时取 1.10 1.25。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。 当 T=min Tce,Tcs时， w =980 Mpa；当 T= Tcf时， w =210Mpa。 图 3-2 弯曲计算用综合系数 根据上式（ 3 9）可得： w = 225.0802020 629.01.106.498102 3 =478.6MPa 980 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 微型客车 ，所以选用的是行星齿轮 一 字轴。 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 22mm，所以轴颈的直径 d2 预选为22mm。 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。 nts课程设计说明书 - 20 - 3.3 差速器垫圈的设计计算 垫圈是垫
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