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XXXXXXX毕毕 业业 设设 计计 (论论 文文) 汽车差速器设计系 名： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月汽车差速器设计1目 录摘 要.IIIABSTRACT.IV第一章 绪论.11.1 研究背景及意义.11.2 差速器的功用.21.3 差速器的结构.21.3.1 差速器的类型.21.3.2 对称式圆锥齿轮差速器结构.31.4 差速器差速原理.41.5 设计参数和要求.5第二章 差速器总体方案设计.62.1 设计要求分析.62.2 方案选择.62.3 结构分析.7第三章 差速器齿轮及行星齿轮轴设计.83.1 基本参数确定.83.1.1 行星齿轮数 n.83.1.2 行星齿轮球面半径.8BR3.1.3 齿轮齿数 Z1 和 Z2.93.1.4 齿轮节锥角 1、2 及节锥距半径 A0 .103.1.5 齿轮模数 m.103.1.6 压力角 .103.1.7 齿轮几何尺寸计算.103.2 齿轮材料选择.113.3 齿轮强度计算.123.4 行星齿轮轴的设计.123.4.1 行星齿轮轴的分类及选用.12汽车差速器设计23.4.2 行星齿轮轴的尺寸设计.133.4.3 行星齿轮轴的材料.133.5 差速器垫圈的设计计算.133.5.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计.143.5.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计.14第四章 差速器壳设计及螺栓的选择.154.1 结构及几何尺寸.154.2 材料的选择.164.3 结构设计工艺性要求.164.4 加工工艺规程设计.174.3.1 基准面的选择.174.4.2 毛坯的制造形式.174.4.3 制订工艺路线.174.5 螺栓螺母的选择与校核.194.5.1 螺栓类型选择.194.5.2 螺栓的选用.194.5.3 螺母的选用.194.5.4 螺栓组的布置.204.5.5 螺栓的强度校核.21第五章 差速器基于 PRO/E 的三维设计 .225.1 PRO/E 三维设计软件概述 .225.2 三维设计.245.2.1 半轴齿轮.245.2.2 行星齿轮.245.2.3 行星齿轮轴.255.2.4 差速器壳.255.2.5 三维装配.26结 论.28参考文献.29致 谢.30汽车差速器设计3摘 要汽车差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。本次设计的为对称式圆锥齿轮差速，其主要由差速器壳、行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴和螺栓组等组成。本次设计主要针对汽车差速器进行设计。首先，通过对差速器结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了差速器的结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了差速器装配图及主要零部件图，并通过 Pro/E 三维设计软件建立了差速器的三维模型。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用 AutoCAD 制图软件、Pro/E 三维设计软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：关键词：差速器，行星齿轮，行星齿轮轴，设计汽车差速器设计4AbstractAutomobile differential mechanism is a differential gear for the torque distribution between the two output shafts, and to ensure that the two output shafts may rotate at different angular velocities, to ensure that all the power transmission wheels under various conditions of movement, avoid slipping between the tire and the ground. Differential characteristics of its structure can be divided into gear, cam, turbo-wheeled freedom and jaw and other forms. The symmetrical design style bevel gear differential, which is mainly composed of the differential housing, planetary gears, axle gears, planetary gear shaft and bolts and other components.The design is mainly for automotive differential design. First, by making the structure and principle of differential analysis, based on the analysis in this structural scheme proposed differential; Next, the main technical parameters were calculated selection; then, for each of the main components were designed and school nuclear; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a differential assembly drawing and major components diagram and by the Pro/E design software to build a three-dimensional model of the differential.Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software , Pro / E three-dimensional design software, for the future work of great significance in life.Keywords: Differential, Planetary gear, Pinion Shaft designXXXXXXX毕毕 业业 设设 计计 (论论 文文) 汽车差速器设计系 名： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月I目 录摘 要.IIIABSTRACT.IV第一章 绪论.11.1 研究背景及意义.11.2 差速器的功用.21.3 差速器的结构.21.3.1 差速器的类型.21.3.2 对称式圆锥齿轮差速器结构.31.4 差速器差速原理.41.5 设计参数和要求.5第二章 差速器总体方案设计.62.1 设计要求分析.62.2 方案选择.62.3 结构分析.7第三章 差速器齿轮及行星齿轮轴设计.83.1 基本参数确定.83.1.1 行星齿轮数 n.83.1.2 行星齿轮球面半径.8BR3.1.3 齿轮齿数 Z1 和 Z2.93.1.4 齿轮节锥角 1、2 及节锥距半径 A0 .103.1.5 齿轮模数 m.103.1.6 压力角 .103.1.7 齿轮几何尺寸计算.103.2 齿轮材料选择.113.3 齿轮强度计算.123.4 行星齿轮轴的设计.123.4.1 行星齿轮轴的分类及选用.12II3.4.2 行星齿轮轴的尺寸设计.133.4.3 行星齿轮轴的材料.133.5 差速器垫圈的设计计算.133.5.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计.143.5.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计.14第四章 差速器壳设计及螺栓的选择.154.1 结构及几何尺寸.154.2 材料的选择.164.3 结构设计工艺性要求.164.4 加工工艺规程设计.174.3.1 基准面的选择.174.4.2 毛坯的制造形式.174.4.3 制订工艺路线.174.5 螺栓螺母的选择与校核.194.5.1 螺栓类型选择.194.5.2 螺栓的选用.194.5.3 螺母的选用.194.5.4 螺栓组的布置.204.5.5 螺栓的强度校核.21第五章 差速器基于 PRO/E 的三维设计 .225.1 PRO/E 三维设计软件概述 .225.2 三维设计.245.2.1 半轴齿轮.245.2.2 行星齿轮.245.2.3 行星齿轮轴.255.2.4 差速器壳.255.2.5 三维装配.26结 论.28参考文献.29致 谢.30III摘 要汽车差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。本次设计的为对称式圆锥齿轮差速，其主要由差速器壳、行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴和螺栓组等组成。本次设计主要针对汽车差速器进行设计。首先，通过对差速器结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了差速器的结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了差速器装配图及主要零部件图，并通过 Pro/E 三维设计软件建立了差速器的三维模型。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用 AutoCAD 制图软件、Pro/E 三维设计软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：关键词：差速器，行星齿轮，行星齿轮轴，设计IVAbstractAutomobile differential mechanism is a differential gear for the torque distribution between the two output shafts, and to ensure that the two output shafts may rotate at different angular velocities, to ensure that all the power transmission wheels under various conditions of movement, avoid slipping between the tire and the ground. Differential characteristics of its structure can be divided into gear, cam, turbo-wheeled freedom and jaw and other forms. The symmetrical design style bevel gear differential, which is mainly composed of the differential housing, planetary gears, axle gears, planetary gear shaft and bolts and other components.The design is mainly for automotive differential design. First, by making the structure and principle of differential analysis, based on the analysis in this structural scheme proposed differential; Next, the main technical parameters were calculated selection; then, for each of the main components were designed and school nuclear; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a differential assembly drawing and major components diagram and by the Pro/E design software to build a three-dimensional model of the differential.Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software , Pro / E three-dimensional design software, for the future work of great significance in life.Keywords: Differential, Planetary gear, Pinion Shaft design汽车差速器设计1第一章 绪 论1.1 研究背景及意义差速器的作用就是使两侧车轮转速不同。当汽车转弯时，例如左转弯，弯心在左侧，在相同的时间内右侧车轮要比左侧车轮走过的轨迹要长，所以右侧车轮转的要更快一些。要达到这个效果，就得通过差速器来调节。差速器由差速器壳、行星齿轮、行星齿轮轴和半轴齿轮等机械零件组成。发动机的动力经变速器从动轴进入差速器后，直接驱动差速器壳，再传递到行星齿轮，带动左、右半轴齿轮，进而驱动车轮，左右半轴的转速之和等于差速器壳转速的两倍。当汽车直线行驶时，行星齿轮，左、右半轴齿轮和驱动车轮三者转速相同。当转弯时，由于汽车受力情况发生变化，反馈在左右半轴上，进而破坏差速器原有的平衡，这时转速重新分配，导致内侧车轮转速减小，外侧车轮转速增加，重新达到平衡状态，同时，汽车完成转弯动作。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。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。当汽车转向时，车轮以不同的速度旋转。在转弯时，每个车轮驶过的距离不相等，即内侧车轮比外侧车轮驶过的距离要短。因为车速等于汽车行驶的距离除以通过这段距离所花费的时间，所以行驶距离短的车轮转动的速度就慢。汽车在行使过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行使阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行使或直线行使，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器。差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮汽车差速器设计2胎与地面间打滑。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。1.2 差速器的功用汽车差速器是驱动轿的主件，简单说它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。汽车在直线行驶时，左右车轮转速几乎相同，而在转弯时，左右车轮转速不同，差速器能实现左右车轮转速的自动调节，允许左右车轮以不同的转速旋转。汽车差速器是汽车传动中的最重要的部件之一，它有三大作用：首先是将发动机输出的动力传输到车轮上；其次，将主减速器已经增加的扭矩一分为二的分配给左右两根半轴；最后，担任汽车主减速齿轮，在动力传输至车轮前将传动系的转速减下来，将动力传到车轮上，同时允许两侧车轮以不同的轮速转动3。差速器对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着独特的作用，是汽车设计的重点之一。1.3 差速器的结构1.3.1 差速器的类型（1）开式差速器 开式差速器的结构，是典型的行星齿轮组结构，只不过太阳轮和外齿圈的齿数是一样的。在这套行星齿轮组里，主动轮是行星架，被动轮是两个太阳轮。通过行星齿轮组的传动特性我们知道，如果行星架作为主动轴，两个太阳轮的转速和转动方向是不确定的，甚至两个太阳轮的转动方向是相反的。 车辆直行状态下，这种差速器的特性就是，给两个半轴传递的扭矩相同。在一个驱动轮悬空情况下，如果传动轴是匀速转动，有附着力的驱动轮是没有驱动力的，如果传动轴是加速转动，有附着力的驱动轮的驱动力等于悬空车轮的角加速度和转动惯量的乘积。 车辆转弯轮胎不打滑的状态下，差速器连接的两个半轴的扭矩方向是相反的，给车辆提供向前驱动力的，只有内侧的车轮，行星架和内侧的太阳轮之间由等速传动变成了减速传动，驾驶感觉就是弯道加速比直道加速更有力。 开式差速器的优点就是在铺装路面上转行行驶的效果最好。缺点就是在一个驱汽车差速器设计3动轮丧失附着力的情况下，另外一个也没有驱动力。 开式差速器的适用范围是所有铺装路面行驶的车辆，前桥驱动和后桥驱动都可以安装。 （2）限滑差速器 限滑差速器用于部分弥补开式差速器在越野路面的传动缺陷，它是在开式差速器的机构上加以改进，在差速器壳的边齿轮之间增加摩擦片，对应于行星齿轮组来讲，就是在行星架和太阳轮之间增加了摩擦片，增加太阳轮与行星架自由转动的阻力力矩。 限滑差速器提供的附加扭矩，与摩擦片传递的动力和两驱动轮的转速差有关。 在开式差速器结构上改进产生的 LSD，不能做到 100的限滑，因为限滑系数越高，车辆的转向特性越差。 LSD 具备开式差速器的传动特性和机械结构。优点就是提供一定的限滑力矩，缺点是转向特性变差，摩擦片寿命有限。 LSD 的适用范围是铺装路面和轻度越野路面。通常用于后驱车。前驱车一般不装，因为 LSD 会干涉转向，限滑系数越大，转向越困难。1.3.2 对称式圆锥齿轮差速器结构如图 1-1 所示是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。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。图 1-1 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；汽车差速器设计47-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1.4 差速器差速原理图 1-2 差速器差速原理 如图 1-2 所示，对称式锥齿轮差速器是一种行星齿轮机构。差速器壳 3 与行星齿轮轴 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，固为主动件，设其角速度为；半轴齿轮 1 和 2 为从动件，其角速度为和。012A、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，处在同一半径上的 A、B、C 三点的圆周速度都相等（图 1-2） ，其值为。于是=，r0r120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。当行星齿轮 4 除公转外，还绕本身的轴 5 以角速度自转时（图） ，啮合点 A4的圆周速度为=+，啮合点 B 的圆周速度为=-。于是1r0r4r2r0r4r+=（+）+(-)1r2r0r4r0r4r即 + =2 （1-1）120 若角速度以每分钟转数表示，则n （1-2）0212nnn式（1-2）为两半轴齿轮直径相等的对称式圆锥齿轮差速器的运动特征方程式，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它行驶情况下，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。汽车差速器设计5有式（1-2）还可以得知：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；当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传动轴时） ，若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。1.5 设计参数和要求设计技术参数如下：（1）车的最大速度：100km/h（2）输入功率：P=100kw（3）齿轮转速 n=1440r/min其他相关参数选定如下：（3）主减速比：i0=3.526（4）轮胎规格（前后）175/65 R14（5）变速器速比：（3.545 1.8947 1.3103 0.9706 0.7436)汽车差速器设计6第二章 差速器总体方案设计2.1 设计要求分析已知设计技术参数如下：（1）车的最大速度：100km/h（2）输入功率：P=100kw（3）齿轮转速 n=1440r/min从提供的设计参数来看，该汽车的最大车速为 100km/h，功率为 100KW，齿轮转速 1440r/min，属于普通轿车。2.2 方案选择差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。普通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。它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。普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器分圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种10。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。对称式锥齿轮差速器结构简单，工作平稳可靠，广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥上，根据给定的参数可知本次设计的为普通轿车上的差速器，因此初步选定差速器的种类为行星锥齿轮差速器，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。设计简图如下：汽车差速器设计712345图 2-1 差速器结构方案图1差速器左壳 2半轴齿轮 3行星齿轮 4差速器右壳 5十字轴如上图 1-2 所示，对称式行星锥齿轮主要是由差速器左、右壳 1 和 4，两个半轴齿轮 2，四个行星齿轮 3，十字轴 5 组成。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，由于行星齿轮与半轴齿轮相互啮合，所以行星齿轮又将转矩传递给半轴齿轮，半轴齿轮又与半轴相连，于是传给半轴，半轴又将动力传送给驱动轮，驱动轮转动来完成汽车的行驶11。2.3 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。当汽车行驶到一定的里程，垫圈磨损后可以通过更换垫圈来调整齿轮的啮合间隙，以此来提高差速器的寿命。（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12。汽车差速器设计8第三章 差速器齿轮及行星齿轮轴设计3.1 基本参数确定3.1.1 行星齿轮数 n该车为小型轿车，但为确保差速器稳定性，行星轮数应该为 4.3.1.2 行星齿轮球面半径BR圆锥行星齿轮差速器的尺寸通常取决于行星齿轮的背面的球面半径，它就是BR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，在一定程度上表征了差速器的强度13。球面半径可按如下的经验公式确定：BR （3-1）3cBBTKR 式中：行星齿轮球面半径系数，可取 2.52.99，对于有 4 个行星齿轮的轿BK车取较大值； 计算转矩，取和的较小值，Nm.cTceTcsT从动锥齿轮计算转矩ceT （3-2）niikiTkTfedce01max汽车差速器设计9 （3-3）mmrirmGT22cs 式中：发动机最大转矩；= 130Nm；maxeTmaxeT变速器最低档传动比；1i545. 31i 主减速一级传动比 3.5；0i分动器传动比，在此无；fi上述传动部分的效率，取=0.9；超载系数，对于一般载货汽车、矿用汽车和越野汽车以及液力传动dk的各类汽车取； 1dk液力变矩器变矩系数，在此无；k该车的驱动桥数目；该车采用发动机前置前驱为 1；n汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，为 18709.8N2G负荷转移系数取 1.1；2m轮胎对路面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取；对越野汽车取；对于安装专门的肪滑宽轮胎的高级85. 00 . 1轿车取；货车为一般公路用车取；25. 185. 0车轮的滚动半径，0.2916m（轮胎型号：175/65 R14） ；rr，分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效 mmi率和减速比（例如轮边减速器等）,=0.98，=1。mmi代入式（2-2） （2-3） ，有：mN66.1506198. 0526. 3354. 3130ceTmN64.492398. 012916. 085. 01 . 18 . 9187022csmmrirmGT计算转矩的值取和的较小值，所以Nm。cTceTcsT66.1506cT汽车差速器设计10根据式（3-1）可得到：mm25.3366.15069 . 23BR圆整取：mmRB34若按照给定参数计算： mN2 .663144010095509550CnPT则：mm3 .252 .6639 . 23BR为了满足车辆主要工况下负载，本次选定：mmRB343.1.3 齿轮齿数 Z1 和 Z2为了使轮齿有较高的强度，z1 一般不少于 10。半轴齿轮齿数 z2 在 1425 选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在 1.52.0 的范围内，且半轴齿轮齿21zz数和必须能被行星齿轮齿数整除。查阅资料，经方案论证，初定半轴齿轮与行星齿轮的齿数比=2，半轴齿轮齿21zz数 z2=24，行星齿轮的齿数 z1=12。3.1.4 齿轮节锥角 1、2 及节锥距半径 A0行星齿轮和半轴齿轮节锥角 1、2 分别为1=12zarctanz2=21zarctanz将各参数分别代入上式有：1=26.56，2=63.44直齿锥齿轮节锥距半径 A0 为 A0=(0.98-0.99) RB =33.3233.663.1.5 齿轮模数 m锥齿轮大端模数 m 为汽车差速器设计11 m= （3-4）0112A sinz将各参数代入式（3-4） ，有：m=2.522.55查阅文献3，取模数 m=33.1.6 压力角 汽车差速齿轮大都采用压力角 =2230，齿高系数为 0.8 的齿形。3.1.7 齿轮几何尺寸计算按照文献3中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表 3-1。表 3-1 半轴齿轮与行星齿轮参数序号名称计算公式计算结果1行星齿轮齿数1z10，应尽量取最小值1z=122半轴齿轮齿数2z=1425，且需满足式（1-4）2z=243模数mm=3mm4齿面宽b=(0.250.30)A0;b10m10mm5工作齿高mhg6 . 1gh=4.8mm6全齿高051. 0788. 1mh5.4157压力角22.58轴交角=909节圆直径11mzd ； 22mzd d1=36, d2=7210节锥角211arctanzz，12901=26.56，1=63.4411节锥距22110sin2sin2ddA0A=40mm12周节t=3.1416mt=9.425mm13齿顶高21agahhh;mzzha212237. 043. 01ah=3.23mm2ah=1.57mm14齿根高1fh=1.788m-1ah;1fh=2.13mm;汽车差速器设计122fh=1.788m-2ah2fh=3.79mm15径向间隙c=h-gh=0.188m+0.051c=0.615mm16齿根角1=01arctanAhf;022arctanAhf1=3.05; 2=5.4117面锥角211o；122o1o=31.97；2o=66.4918根锥角111R；222R1R=23.512R=58.0319外圆直径1111cos2aohdd；22202cos2ahdddo1=41.78do1=73.43.2 齿轮材料选择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 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。初选差速器齿轮材料为 20CrMoTi。3.3 齿轮强度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传动状态，只有当汽车转弯或左、右轮行使不同的路程时，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计算。轮齿弯曲应力 w（MPa）为MPa （4-6）JmFzKKKTKvmsow223102=式中：T差速器一个行星齿轮给予一个半周齿轮的转矩，Nm；其计算公式为 T=nTj6 . 0计算转矩，取 1506.66Nm；jT汽车差速器设计13半轴齿轮数目；24；2zn行星齿轮数；4；J综合系数，取 0.223；F计算齿轮的齿面宽，mm；10mm；m端面模数，3mm；ks、km、kv 按照主减速器齿轮强度计算的有关转矩选取；分别为：0.648,1,1将各参数代入式（4-6）中，有：w=334MPa因为, 差速器齿轮的 ww=980MPa，所以齿轮弯曲强度满足要求。3.4 行星齿轮轴的设计3.4.1 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。此次设计选用十字轴。3.4.2 行星齿轮轴的尺寸设计行星齿轮轴用直径 d（mm）为 d= （4-5） dCnr.1110T30式中：T0差速器传递的转矩，Nm；1506.66Nmn行星齿轮数；4rd行星齿轮支承面中点到锥顶的距离 20mm；c支承面许用挤压应力，取 69 MPa；将各参数代入式（4-5）中，有：d=16mm3.4.3 行星齿轮轴的材料汽车差速器设计14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。3.5 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。3.5.1 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 3-1 平垫圈半轴直径的数据为 50mm,如图 4-1（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。 3.5.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计汽车差速器设计15图 3-2 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。第四章 差速器壳设计及螺栓的选择4.1 结构及几何尺寸对称式圆锥齿轮差速器结构为剖分式结构。具体尺寸根据齿轮及齿轮轴匹配，通过 AutoCAD 在装配图中配匹得到如下：汽车差速器设计16图 4-1 差速器左壳图 4-2 差速器右壳4.2 材料的选择毛坯材料的确定一般应考虑零件在整个机器中的作用，零件的形状、大小、生产纲领以及工作环境，零件材料应具备主要机械性能指标。此外，还有材料的工艺性、经济性，也是该零件选择材料时要考虑的因素。差速器壳起着支承、联接，传汽车差速器设计17递扭矩的作用，因而对强度、塑性、任性要求较高。故选择铸铁材料。考虑到铸铁材料的工艺性和经济性，因而选用目前广泛使用的球墨铸铁5-7。 球墨铸铁具有较高的强度，其抗拉强度也大大超过灰口铸铁，球墨铸铁具有良好的铸造性、减摩性、切削性和低的缺口敏感性，其生产工艺简便，成本低廉，可选用 QT420-10。4.3 结构设计工艺性要求砂型造型铸件设计，不仅要考虑工作功能和力学性能的要求，还必须考虑合金铸造性能、铸造工艺对铸件结构的要求。铸件结构设计是否合理，对铸件质量、生产率和制造成本都有很大影响。铸件的结构，假如不能满意合金铸造性能的要求，将可能产生浇不到、冷隔、缩孔、缩松、气孔、裂纹和变形等缺陷。流动性好的合金，充型能力强，铸造时就不易产生浇不到、冷隔等缺陷，而且能铸出铸件的最小壁厚也小。不同的合金，在一定的铸造条件下能铸出的最小壁厚也不同。设计铸件的壁厚时，一定要大寸：该合金的“最小答应壁厚” ，以保证铸件质量。铸件的“最小允许壁厚“主要取决于合金种类、铸造方法和铸件的大小等。表 51 为铸件最小允许壁厚值。但是，铸件壁也不宜太厚。厚壁铸件晶粒粗大，组织疏松，易产生缩孔和缩松，力学性能下降。铸件艰载能力并不是随截面积增大成比例地增加。设计过厚的铸件壁，将会造成金属浪费。为了提高铸件承载能力而不增加壁厚，铸件的结构设计应选用合理的截面形状。此外，铸件内部的筋或壁，散热条件比外壁差，冷却速度慢。为防止内壁的晶粒变粗和产生内应力，一般内壁的厚度应小于外壁。表 52 为铸铁件外壁、内壁和加强筋的最大临界壁厚。铸件各部分壁厚若相差过大，厚壁处会产生金属局部积聚形成热节，凝固收缩时在热节处易形成缩孔、缩松等缺陷。此外，各部分冷却速度不同，易形成热应力，致使铸件薄壁与厚壁连接处产生裂纹。因此在设计铸件时，应尽可能使壁厚均匀，以防止上述缺陷产生。检查铸件壁厚是否均匀时，应将铸件的加工余量考虑在内。如果零件图上各处壁厚是均匀的，加上加工余量后，加工面上的铸造厚度将增加，铸件热节却很大4.4 加工工艺规程设计4.3.1 基准面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以汽车差速器设计18使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。（1）粗基准的选择按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若工件每个表面都要求加工，为了保证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准，若工件必须保证不加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求，如壁厚均匀，先取不加工表面做粗基准）可以取铸件的大端作粗基准加工小端面，再以小端面为基准加工大端面，也可以取铸件的两个凸台作为粗基准，先加工好端面和要求不高的 200 外圆。（2）精基准的选择按照有关的精基准选择原则（互为基准原则；基准统一原则；可靠方便原则） ，对于本零件，外圆和内圆两组加工表面相互之间有一定的精度要求，内圆粗加工时可以先选择加工好的端面作为加工基准，再以粗加工好的内圆表面为基准粗加工外圆表面，然后以粗加工好外圆表面为基准精加工内圆，最后再以基准精加工好的内圆精加工外圆。后面加工零件肩上的行星轮轴孔可以用夹具以大端面为基准铣出两侧平面，再用专用夹具以端面和平面为基准加工孔。4.4.2 毛坯的制造形式零件材料为 QT420-10，球墨铸铁中的石墨呈球状，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，起综合性能接近钢，其铸性能好，成本低廉，生产方便，工业中广泛应用。生产纲领：大批量生产，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用砂型机械造型，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。毛坯图见附件。4.4.3 制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。（1）工艺线路方案一汽车差速器设计19工序 1 铸造。工序 2 热处理：正火。工序 3 铣 200 外圆右端面（大头） 。工序 4 铣 50 外圆左端面（小头） 。工序 5 粗、半精车 200、154、150、50 外圆工序 6 精车 200、154、150、50 外圆及端面。工序 7 粗镗 40、50、122、130 孔。工序 8 精镗内孔 40、122、130 孔 50 及内部端面，倒角。工序 9 铣两凸台上平面。工序 10 钻 4 孔。工序 11 钻大端法兰上 12 个 12.5 孔。工序 12 钻、铰两组 22、8 孔，8 孔倒角。工序 13 去毛刺，检查。（2）工艺路线方案二工序 1 铸造。工序 2 热处理：退火。工序 3 钻大端法兰上 12 个 12.5 孔。工序 4 钻、铰两组 22、8 孔，8 孔倒角。工序 5 钻 4 孔工序 6 铣两凸台上平面。工序 7 粗车、精车 200 及端面，倒角，钻 40 孔，工序 8 粗镗 40、50 孔及端面、122、130 孔。工序 9 粗、半精车 50、154 外圆及端面，车凸台上 150 外圆。工序 10 精镗 50 及端面、122、130 孔，倒角。工序 11 精车 50，154 外圆及端面，倒角。工序 12 去毛刺，检查。 （3）工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一在铣床上先加工小端面，再以小端面定位加工大端面，方案二是先钻孔，车端面，然后以孔和大端面定位，加工其它部分。两相比较起来可以看出，工序一比较分散，适合大批量生产。方案二的加工不是很合汽车差速器设计20理，钻孔缺少必要的定位，精度误差都比较大。在大批生产中，综合考虑，我们选择工艺路线一。4.5 螺栓螺母的选择与校核设计螺纹连接，一般首先进行结构设计。根据需要连接固定零件的形状、尺寸、所受载荷及其他工作要求，确定所用螺纹紧固件的类型、布置和尺寸等。对承受载荷较大的螺栓组要进行强度校核，并按计算结果对初步的结构设计作适当的调整。4.5.1 螺栓类型选择由于用于连接两个较薄的零件。在被连接件上开有通孔，插人螺栓后在螺栓的另一端拧上螺母。采用普通螺栓的钉杆与孔之间有间隙，通孔的加工要求较低，结构简单、装拆方便，应用广泛。壳体与机架螺栓的类型选用普通的螺栓连接。4.5.2 螺栓的选用螺栓的种类很多，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21。而查解放 CA1092 型载货汽车数据得连接螺栓为，细牙螺纹，拧紧力矩为 137.2156.8 Nm，即为5 . 114MGB/T 5782 。5 . 114M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。4.5.3 螺母的选用我们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的螺栓，所以由装配关系选择差速器螺母应该为的，性能等级5 . 114M14M为 8 级的，不经过表面处理的六角螺母，即：GB/T 6170。符合解放 CA109214M型载货汽车的螺栓要求。现在一般生产的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。4.5.4 螺栓组的布置布置螺栓组包括确定螺栓组中的螺栓数目并给出每个螺栓的位置。应力求使各汽车差速器设计21螺栓受力均匀而且较小，避免螺栓受附加载荷，还应有利于加工和装配等。1）接合面处的零件形状应尽量简单，最好是方形、圆形或矩形、同一圆周上的螺栓数目应采用 4、6、8、12 等，以便于加工时分度。应使螺栓组的形心与零件接合面的形心重合，最好有两个互相垂直的对称轴，以便于加工和计算。常把接合面中间挖空，以减少接合面加工量和接合面不平度的影响，还可以提高连接刚度。示例如下：图 4-5 螺栓布置图2）受力矩的螺栓组，螺栓应远离对称轴，以减小螺栓受力。3）受横向力的螺栓组，沿受力方向布置的螺栓不宜超过 6 一 8 个，以免各螺栓受力严重不均匀。4）同一螺栓组所用的紧固件的形状、尺寸、材料等应一致，以便于加工和装配。螺栓间的距离可参考表 3-2 如下：表 3-2 螺栓间距参考值汽车差速器设计225）为装配螺纹连接时，工具应有足够的操作空间，应保证一定的扳手空间尺寸。4.5.5 螺栓的强度校核进行螺栓组连接受力分析的目的是，根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。螺栓组连接主要受横向载荷和倾覆力矩的复合作用，现在为了校核的方便，先校核受横向载荷的连接。应该保证连接预紧后，接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。根据前面的计算，螺栓组所受横向载荷=98KNF假设各螺栓所需要的预紧力为，螺栓数目为 4，0F则其平衡的条件为0 f F zisKF由此得预紧力= 212KN0F sK Ff zi1.3*980000.15*4*1此时螺栓的所受的应力=675Mpa0FA212(0.022)4KN 此时螺栓不能满足我们的要求，现在决定改用 4 个 M12 螺栓性能等级为 8.8 ，取安全系数 s=1.5螺栓的许用应力 =427Mpa ss6401.5Mpa根据螺栓的布置图此时需要的预紧力不变，212KN0F此时螺栓所受的应力=300Mpa0FA212(0.032)4 满足我们要求汽车差速器设计23第五章 差速器基于 Pro/E 的三维设计5.1 Pro/E 三维设计软件概述Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer 作为当今世界机械CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/Engineer 和 WildFire 是 PTC 官方使用的软件名称，但在中国用户所使用的名称中，并存着多个说法，比如 ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指 Pro/Engineer软件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0creo2.0 等等都是指软件的版本。Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。（1）参数化设计相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。但是无法在零件模块下隐藏实体特征。（2）基于特征建模汽车差速器设计24Pro/E 是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。（3）单一数据库（全相关）Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的 CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。Pro/Engineer 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色，实体或线框造型，完整工程图的产生及不同视图展示（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转） 。Pro/Engineer 是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs） 、槽（Slots） 、倒角（Chamfers）和抽壳（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其他相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer 还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer 软件的其它模块或自行利用 C 语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大