基于CATIA的汽车差速器设计毕业论文

安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1安徽农业大学经济技术学院毕 业 论 文（设计）论文题目 基于 CATIA 的汽车差速器设计 姓 名 学 号 院 系 经济技术学院 专 业 车辆工程 指导教师 职 称 讲师 基于 CATIA 的汽车差速器设计目 录摘 要 .1Abstract.21 绪论 .31.1 汽车差速器的背景及意义 .31.2 汽车差速器国内外研究现状 .31.2.1 国外差速器生产企业的研究现状 .31.2.2 我国差速器行业市场的发展以及研究现状 .41.3 汽车差速器的功用及分类 .41.4 毕业设计初始数据的来源与依据 .51.5 本章小结 .62 差速器的设计方案 .62.1 差速器的方案选择及结构分析 .62.2 差速器的工作原理 .73 差速器非标准零件的设计 .93.1 对称式行星齿轮的设计计算 .93.1.1 对称式差速器齿轮基本参数的确定 .93.1.2 对称式差速器齿轮的几何计算 .133.1.3 对称式差速器齿轮的强度计算 .153.1.4 差速器齿轮材料的选择 .163.1.5 差速器齿轮的设计方案 .163.2 差速器行星齿轮轴的设计计算 .173.2.1 行星齿轮轴的分类及选用 .173.2.2 行星齿轮轴的尺寸设计 .173.2.3 行星齿轮轴材料的选择 .183.3 差速器垫圈的设计计算 .183.3.1 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 .183.4 本章小结 .194 差速器标准零件的选用 .20安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文14.1 螺栓的选用和螺栓的材料 .204.2 螺母的选用和螺母的材料 .204.3 差速器轴承的选用 .204.4 十字轴键的选用 .204.5 本章小结 .215 差速器壳体的创建 .22总 结 .23致 谢 .23参考文献 .24安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 1摘 要这次毕业设计论文题目是对汽车差速器进行 CATIA 建模，差速器是置于驱动桥的左右半轴之间，设计过程包括了对差速器里面的一些非标准零部件的研究计算，比如齿轮，还有对于差速器里面的标准零部件的研究计算。在论文开头部分也对差速器的现在和未来进行了表述，也介绍了各种各样的差速器。论文中也列举了一些差速器的方案，对差速器的工作原理作了大致的说明。由于参考了许多的文献，所以对差速器结构和作用方面的认识更加深入。通过使用CATIA 软件绘制差速器的零件图，从而对 CATIA 软件操作更加熟练。关键词：驱动桥，半轴，差速器，齿轮结构，CATIA基于 CATIA 的汽车差速器设计2AbstractThis topic is the graduation design paper to CATIA model, differential differential is positioned between the left and right half shaft drive axle, the design process includes the study of differential inside some non-standard parts, such as gear, and calculation on the study of differential inside of standard parts. Part at the beginning of the paper is to present and future of differential expression, also introduced all kinds of differential. The thesis also lists some differential scheme, the working principle of differential approximate description. Due to refer to a lot of literature, so the effect of differential structure and understanding more deeply. By using CATIA software to draw differential part drawing , the CATIA software is also more skilled.Key words：drive axle, axle shaft, differential, gear structure, CATIA。安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 31 绪论1.1 汽车差速器的背景及意义作为汽车组成部件中缺一不可的差速器，发明者是法国的一位公司创人。汽车在转弯过程中，在同样的时间段内，绕同一中心行驶的内外两侧车轮行驶的距离是不同的，其中外侧车轮行驶的距离要大于内侧车轮。汽车差速器的目的是既使两个半轴能接收到主减速器传递过来的动力，又能使左右车轮能以不同的速度转动。从诞生到发展再到成熟，汽车工业的发展经过了 100 多年。就目前来看，中国本土许多大型汽车的差速器研发技术大多来自 America-n、Germany 等汽车产业较发达的国家，在中国现有的技术大多是发展的基础上再进一步发展。但就现在而言，中国对于差速器的独立开发能力还非常的弱，对新车的开发影响很大，中国对于掌握开发差速器的技术还需要很长的时间。1.2 汽车差速器国内外研究现状目前汽车普遍往价格适中和动力性能又好的方向发展，大多数汽车公司都在思考怎样在很大程度上降低公司自身的产品的耗油量和提高汽车的最高车速并且都通过实践来检验。针对不同的车辆，其组成部分包括差速器在内的任一一个零件都是在不断的改变。1.2.1 国外差速器生产企业的研究现状外国的许多生产差速器的公司在高起点的基础上继续探索前进，使产品更加完善。全球有名的汽车零部件生产企业就包括伊顿汽车公司，其中伊顿汽车公司在发动机气体管理、变速箱的研究、怎样控制牵引力的大小以及怎样控制汽车的排放是否安全，同时对于汽车变速器里面的各个结构都采用很精密的加工制造方法，技术也是在世界上遥遥领先的。差速器中的普通开式在某侧车轮打滑的时候很难传递有用的转矩供车子行驶，而伊顿新研发的差速器中的锁式却可以使车子不受某侧打滑的影响继续行驶。安装了伊顿锁式差速器的两轮驱动的车辆经过一系列的试验测试，其通过性和越野性竟然超过四轮驱动的车子运动中的所有车轮的受力状况可以在有限元软件中知道。两轮驱动的车子占有优势的原因在于不管是哪侧驱动轮打滑，伊顿锁式差速器能立刻锁住来自主减速器传递过来的动力，并且把动力全部传递到不打滑的车轮而使车子继续行驶经过分析观察可以知道，通过研究差速器可以增强汽车的越野性以及安全性。1.2.2 我国差速器行业市场的发展以及研究现状基于 CATIA 的汽车差速器设计4就现在来说，我国的差速器虽然有一定的发展并逐步趋向于成熟，但在差速器的精度和性能方面还需要进一步的提高和完善。由于汽车市场对差速器的需求量增多，带动差速器产业的发展，国家和私人企业在汽车差速器方向的研究和生产投入的也更多，差速器迈向高科技方向发展。由于对差速器研究的更深入、细致，其种类也越来越多样化，性能也越来越完善。到现在为止，对称式锥齿轮差速器在市场上应用是最普遍的，除此之外在市场上还有托森、防滑、强制锁式、高摩擦锁式等具有各种各样性能的差速器。有一种新型的差速器能针对其里面的差动转矩的大小自动做出调整，它就是托森差速器。湖北的某一家汽车零部件公司发明生产了一种无论汽车在哪种条件和情况下，其通过性、越野性、可靠性、安全性以及经济性都比较好的差速器，它就是 LMC 常互锁式差速器。那么何为 LMC 常互锁式差速器呢？LMC 常互锁式差速器的组成包括各式各样的齿轮系统、轴、壳体，并且包含了车辆的前后轮和前后轴间的差速器。LMC 常互锁差速分动器对于四轮驱动的汽车的功用是不管车轮是否打滑以及路面条件是否恶劣都能使车辆继续有效行驶，弥补了四轮驱动汽车的一系列的不足。原因在于其是经过四支传动轴以及轮边减速器将四个轮子运动起来的，以使各个轮子都能互不干扰的正常驱动。经分析可知，安装 LMC 常互锁差速分动器的汽车的优势有下面几点：增强汽车的安全和通过性能；延长汽车各零件的寿命并增加可靠性；具有很好的经济性能；等等。1.3 汽车差速器的功用及分类 要想车辆在弯道或者在路面状况不好的情况下，能使左右侧驱动车轮在地面上作纯滚动运动，就要保持两侧驱动车轮分别作不同转速的运动，差速器的作用正是如此。安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 5由于各种因素的影响，汽车的两侧车轮驶过的距离一般都是不同的。安装差速器的目的在于以下几个方面：汽车在弯道做圆周运动时，由于左右车轮离圆心的距离不同，导致在同一时间段内左右车轮所驶过的路程不等，外面一侧的车轮所驶过的路程明显大于内侧车轮。当路面状况不好，比如坑坑洼洼、高低不平等造成两侧车轮所驶过的路程也不相等。当路面状况良好，路面比较平坦，但汽车的一些自身因素的影响，也会造成两侧车轮的行程不同。设想一下，若汽车没有安装差速器，而两个车轮是刚性连接到一起的，可想而知，汽车的两个驱动轮一定会在地面上打滑旋转，在打滑过程中，轮胎肯定会被反复磨损，燃料也会被浪费掉很多，更危险的是汽车的转向性和操作稳定性变得很差。对称式锥齿轮差速器是在当前类型多样、功能都基本齐全的差速器中应用最普遍的。其他的差速器还有托森差速器、防滑差速器等等一系列的，在这里就不一一列举了。1.4 毕业设计初始数据的来源与依据本次设计的一些基本数据来自上海大众生产的途安轿车。途安轿车是大众结合自身多年生产经验和世界先进技术的结晶。在商务车领域，其外形、可靠性、舒适性、经济性等方面排名都是靠前的。作为参考的数据如下表一所示：表一 途安轿车主要参数基本数据 数值总质量（kg） 1950最高车速（km/h） 190最大功率（kwrpm ） 96/5000最大扭距（Nmrpm） 220/17503500变速器一挡传动比 2.9变速器七挡传动比 1.0主减速器传动比 3.3轮胎型号 205/55 R16 车轮半径（m） 0.3322其中，主减速器为双曲线齿轮，且为单级减速式。1.5 本章小结基于 CATIA 的汽车差速器设计6本章大体上介绍了汽车差速器的过去、现在和未来，同时也概括了汽车差速器的种类和功能，结尾表明了毕业设计一些基本数据的来源。2 差速器的设计方案2.1 差速器的方案选择及结构分析依据的大众途安轿车的一些基本配置，选取对称式行星锥齿轮差速器，因为对称式齿轮差速器构造简便，工作时的稳定性和可靠性都良好，符合大多数汽车的使用条件。汽车差速器结设计如图一所示：图一 差速器结构方案图分析上图可知，在汽车行驶过程中，差速器的工作过程就是主减速器将动力传递给差速器外壳，差速器外壳作旋转运动，从而也使一字轴跟着一起旋转，由于行星齿轮安装在一字轴上，所以行星齿轮也会随着一起旋转，并带动跟它啮合在一起的半轴齿轮旋转。在旋转过程中，来自主减速器的动力经过一系列的传递，最终传递给驱动轮。既然说到差速器的结构，那么现在来具体分析一下差速器的结构：为了使行星齿轮跟差速器壳体很好的配合，并且在最大程度上和半轴齿轮正确啮合，行星齿轮的背面可以制作成球面；在齿轮传动过程中，由于行星齿轮和半轴齿轮又会绕着各自的轴自转，为了尽量降低损坏率，需要在差速器壳体和行星齿轮之间装上球面垫圈，在半轴齿轮和差速器壳体之间装上一个平垫圈。当汽车驶过一定的路程之后，若垫圈有磨损可以更换新的是齿轮继续传动，这样差速器的使用寿命会被延长。因为轿车所载的重量不是很大，且需传递的动力也不是很大，所以只需选取两个行星齿轮装上，并且选取一字轴作为齿轮轴。安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 72.2 差速器的工作原理差速器采用对称式锥齿轮结构，其原理如下图二所示。主动件是由主减速器从动轮和行星架组成的，其中行星架又是由主减速器外壳和一字轴组成，从动件是由两个半轴齿轮组成的。设主动件的角速度为 ，0左边的半轴齿轮的角速度为 ，右边的半轴齿轮的角速度为 。行星齿轮和两12个半轴齿轮的啮合点分别为 A、B。两个啮合点行星圆锥齿轮的中心点到差速器所绕着旋转的轴线的垂直距离都是 r。若圆锥行星齿轮随差速器外壳一起转，且不绕着一字轴旋转时，图中标示的 ABC 三点作圆周运动时的速度是相等的，且大小为 r ，这时差速器的作用就不明显了，且差速器外壳和半轴的角速度0是相同的。若圆锥行星齿轮既公转又自转，r 为啮合点的圆周速度，且其值1为(r r),r 为啮合点 B 的圆周速度，且其值为(r r)，所以：42 04r r =(r r)+ (r r)120404=2对于左右半轴齿轮的直径相等且为对称式圆锥齿轮差速器，其运动方程有：120n主减速器传给差速器壳体的转矩 经一系列的传动最终平均分部到两个0M半轴齿轮，则有： 12不同但方向相同，且左边半轴齿轮的转速 比右边半轴齿轮的转速 大。1n2n若圆锥要想圆锥行星齿轮能绕着一字轴作顺时针旋转，则须使左右半轴的转速大小行星齿轮又自转又公转，则差速器壳体、一字轴、行星齿轮必然会有摩擦。设作用在行星齿轮上的摩擦力矩为 ，方向为逆时针方向，在摩擦力矩的作r用下，圆锥行星齿轮会对左右半轴产生力的作用，即为圆周力。所以当两侧驱基于 CATIA 的汽车差速器设计8动轮的转速不同时，差速器的内摩擦力矩 是两侧车轮的转矩的差，且rM0012 ,r rM锁紧系数 k= ,可以体现 的大小，还有转矩是怎么分配的。10r r这里稍微介绍一下转矩比，那何为转矩比呢？转矩比就是左右半轴的转矩之比值，即 21bMkk在情况良好的路面上，无论汽车做何种性质的运动都能正常行驶，因为其两侧驱动轮分配得到的转矩大小是一样的。最根本的原因是对称式行星圆锥齿轮差速器的 非常小，致使锁紧系数 k=0.05 0.15 ,转矩比 。 r 1.4bk当路面状况不好，比如有很多坑坑洼洼等等，再这样的路面上行驶时，由于车轮的附着力小，导致地面对半轴的反作用转矩也很小，由此差速器的转矩分配关系可知，传递到另一侧车轮的转矩也很小。汽车不能够继续行驶，因为汽车的驱动力之和不能够用来克服行驶阻力。当汽车在弯道作圆周运动时，左右半轴转过的角度是不同的，致使左右半轴分配得到的转矩不同，从而两侧驱动轮的转速就不同了；当汽车作直线运动时，由于左右半轴分配到的转矩相等，从而两侧车轮的转速大小是一样的。安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 93 差速器非标准零件的设计对称式锥齿轮差速器的具体详细结构如下：图 3.1 普通的对称式锥齿轮差速器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。轮间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（十字轴）等等。3.1 对称式行星齿轮的设计计算差速器尺寸设计的是否合理很大程度上取决于齿轮的设计，故完善齿轮的设计是很有必要的。3.1.1 对称式差速器齿轮基本参数的确定1 行星齿轮数目 n 的确定若汽车承载量大，则差速器里面的行星齿轮数目为四。大众途安轿车差速器里面的行星齿轮数目为四，即 n=4.2 行星齿轮球面半径 的确定以及节锥距 的计算bR0A差速器圆锥行星齿轮节锥距 由行星齿轮背面的球面半径 的大小反映0 bR差速器的承载能力也由 的大小反映，因为 是圆锥行星齿轮的基本尺寸。0R(3-1)3bdKT:基于 CATIA 的汽车差速器设计10(3-1)式中， 表示行星齿轮球面的半径系数， ，若轿车有四bK2.597bK个行星齿轮，则取小值。所以在这里 。.b差速器计算转矩， ，单位为 N.mmin(T)dGeGsT是球面半径，单位是 mmbR下面计算从动锥齿轮计算转矩： (3-2)0max.37rpghnivi:(3-2)式中， 是车轮的滚动半径，其值为 是变速器最高r .2rghi挡传动比，其值为 1ghi主减速器的减速型式和汽车总体布置所规定的离地间隙主要由主减速比确定，所以怎样去正确选择 的值很有必要。0i 0i（3-2）式中的一些基本参数的数值如下： ，50/minpnr， ， 代入（3-2）得：max19/vkh.32rm1ghi 03.i下面计算从动锥齿轮的计算转矩 :GeTax10 3dfGekin上式中的一些参数的数值如下：为计算转矩，单位 N.mGeT是发动机最大转矩，max max250.eTNN 是驱动桥数，其值为 n=1是分动器传动比，fi 1fi是主减速器传动比，003.是变速器传动效率，96K 是液力变矩器变矩系数，k=1是动载系数（当猛接离合器产生的），dk 1dk是变速器最低档传动比，1i 12.i都代入式（3-3），则有： 20.8GeTNm从动锥齿轮计算转矩： rsi:上式中： 是计算转矩。GsT表示满载状态下一个驱动桥上的静负荷，要想提高汽车在不平路面上的2通过性以及汽车对地面的驱动力，则设满载时前轴负荷为总轴荷的 26% 27%，所以 。1950.731425N:安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 11是汽车产生最大加速度时的后桥转移系数，通常乘用车为 ，这里2m1.24取 1.2。是轮胎与地面间的附着系数，普通轮胎的汽车一般为 。 0.85是轮胎的滚动半径，根据大众途安轿车的轮胎，查表得 mmr 3r是主减速器从动锥齿轮间的传动比：mi 3.12mi是主减速器从动锥齿轮到车轮间的传动效率，当没有轮边减速器的时候，代入式（3-4）得： N.m11425.08.54.GsT:所以 543.dGsTN将以上数据代入式（3-1）中得： 31.28.9bdRkTm:将 圆整为 29mm，锥齿轮的节锥距 一般稍小于 ，即:bR0Ab0(.98.)28.4.7.5A:所以 02.5m3 行星齿轮与半轴齿轮的设计与选择（1）行星齿轮和半轴齿轮齿数的确定选择的模数越大，齿轮的强度就越高，所以行星齿轮的齿数 越小越好，1但一般不要小于 10，半轴齿轮的齿数 通常在 之间选择。汽车中 比21452一般要在 的范围之内。1.52要想使四个行星齿轮跟两个半轴能同时啮合，则左右半轴齿轮的齿数之和能被行星齿轮数整除，不然的话差速器的齿轮装配不会成功。2综上所述，即 （3-5）21.5（3-6）2LRIn上式中： 是差速器行星齿轮的齿数1是差速器半轴齿轮的齿数2和 分别是差速器两个半轴齿轮的齿数，就对称式锥齿轮差速器而言，2LR其 。n 是行星齿轮数目，n=4I 是任意整数。根据上述，可在此取 满足以上要求。120,8(2)差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定。初步确定行星齿轮节锥角 和半轴齿轮节锥角 。12基于 CATIA 的汽车差速器设计121 2018arctn9 arctn680确定圆锥齿轮大端端面模数 m0122.5()sinsin92.760AmZ:大端端面模数 m 按圆锥齿轮的标准模数系列选取，查表得：m=3mm确定半轴齿轮的节圆直径： 12354dzm压力角 就现在而言，许多汽车差速器的齿轮很多都选择 22.5的压力角，齿高系数是 0.8。要想行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度，同时行星齿轮齿顶不变尖的前提下，不仅可以减小齿轮的齿数，还可以通过切向修正加大半轴齿轮的齿厚。在这里选择 22.5压力角的原因在于本次设计选择的齿数较少。(3)行星齿轮安装孔的孔径 d 和孔长度 L 的确定行星齿轮安装孔的孔径 d 与行星齿轮轴的名义尺寸相同，而行星齿轮安装孔的长度 L 就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取：L=1.1d （3-9）行星齿轮安装孔的孔径 d 和孔长度 L 的选择要保证挤压强度要求：即 310dcTrn:3 (-)dcrL由上面各式可得： 10 (3-1).dcTrn:上式中： 是差速器的计算转矩，dT54.dNm:是行星齿轮轴孔中心到节锥顶点的距离，约为半轴齿轮齿面宽中点处平r均直径的一半，即 为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而20.5,dr 220.843. 1.6mn 是行星齿轮数目，n=4是许用挤压应力，c 2/cNm安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 13L 是行星齿轮安装孔的长度，d 是行星齿轮安装孔的孔径。将上述各计算结果代入式（3-11）中，可得：331054.106.45.2dcTmrn:则 d=17mm,L=19mm3.1.2 对称式差速器齿轮的几何计算表 3-1 差速器几何计算图表序号 名称 符号 计算公式 计算结果1 行星齿轮齿数 1Z,10Z应尽量取最小值10Z2 半轴齿轮齿数 2,且需满足式245:（3-4）（3-5）283 模数 m3m4 齿面宽 b00.25.3;1A:8b5 工作齿高 hg.6gh4.gh6 全齿高 1.780.51m5.m7 压力角 208 轴交角 999 节圆直径 d12;mZd123;54dm基于 CATIA 的汽车差速器设计1410 节锥角 1122arctn;90Z129;611 节锥距 0A120sinid08.5Am12 周节 t3.46tm9.42t13 齿顶高 ah12221;0.37.4agaahZ1237;.6ahm14 齿根高 fh122.78;f amh12.9;37fm15 径向间隙 c0.5g0.8c16 齿根角 11022arctn;tffhA124.39;7617 面锥角 001221;01236.4;5918 根锥角 R122;R12.;34R19 齿顶圆直径 ad1122cos;aadh125.;8adm20 齿根圆直径 f1122s;coffdh126.7;503fd安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 153.1.3 对称式差速器齿轮的强度计算当保持啮合状态的行星齿轮和半轴齿轮的两边轮子的转速不一样时，它们彼此才会发生相对转动。在对齿轮进行设计的过程中，一般情况下只考虑齿轮的弯曲强度大小，因为齿轮齿面之间的接触疲劳对于正常运动的轿车一般不发生破坏。下面是齿轮的弯曲应力计算公式：（3-12）3210smwvTkbdJn:以上是上面式子的一些参数的具体数值：表示弯曲应力，单位是w2/NT 表示半轴齿轮计算转矩， 0.6.1543.926.1dTN:是齿根弯曲强度以及齿面接触强度的尺寸系数，材料是否均匀是由 体现出sk sk来的，并且受轮齿的大小和热处理的影响较大，当 时，.m0.25(/4)61sm是齿面载荷分配系数，这次毕业论文所选轿车的k 1k表示质量系数，在齿轮各方面都达到要求的情况下， =1v vm 表示差速器中行星齿轮与半轴齿轮的模数，取 m=3mmJ 表示综合系数，由下面的图可以知道 J=0.22521 分度圆齿厚 s2ms4.71sm22 齿侧间隙 B0.45.3:0.2B基于 CATIA 的汽车差速器设计16图 3.2 弯曲计算用综合系数表示行星齿轮有多少个，此处 n4n将以上的参数具体数值代入式（3-12）中，可以得到：320.61543.061968.9082w MPa 因此，差速器中所选齿轮符合弯曲强度的要求。3.1.4 差速器齿轮材料的选择如果：（1）齿轮的弯曲强度挺高；（2）齿轮的中心部位的韧性比较好；（3）齿轮的锻造、切削还有热处理的性能都要良好；（4）对于齿轮材料的则要在钛、硅、钒等一些元素的合金钢。目前市场上差速器中齿轮的材料一般都是渗碳合金钢，比如：22 等等。在国内市场上大多采用 2,20rnoroiCMT以及 新型材料，主要目的是降低镍铬元素的使用量。跟其他材20nBMV20niT料相比，表面硬度、耐磨性以及抗压性都比较高，并且中心部位比较软、耐冲击、韧性也好，以上均是渗碳合金钢的优势之处。钢自身含的碳量比较少，其锻造和切削性能都良好。所以 的渗碳合金钢在差速器领域是最被普遍20rniT使用的。3.1.5 差速器齿轮的设计方案根据以上各项计算，初步确定行星齿轮和半轴齿轮的设计方案如下：安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 17(a) (b)图 3.3 行星齿轮和半轴齿轮的设计方案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和差速器齿轮轴有各种各样的，式样繁多，一字轴和十字轴是被普遍使用的。一字轴主要用于小型汽车上，因为小型汽车上的转矩比较小。而十字轴是用其轴颈分配转矩，其主要适用于大型汽车上，对轴的寿命有延长作用，还能提高轴的承受重量的能力。由于这次毕业设计选用的是上海大众的途安汽车，因此选取十字轴来作为行星齿轮轴，如下图 3.4 所示：图 3.4 十字轴的结构方案图3.2.2 行星齿轮轴的尺寸设计基于 CATIA 的汽车差速器设计18选择轴颈的尺寸 主要是受行星齿轮的支撑长度 L 的影响，这里1L，L=19mm;齿轮轴的轴颈的尺寸 主要受齿轮孔的大小 d 来选择。150Lm 1d由行星齿轮的支承长度 ，根据安装时候的方便选择轴颈的长度 为24m 1L；而行星齿轮安装孔的孔径 ，所以轴颈的直径 预选为 。717m3.2.3 行星齿轮轴材料的选择行星齿轮轴须符合强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等方面的要求。碳素钢跟合金钢相比价格便宜，对应力是否集中的敏感性小些，所以应用比较普遍。碳素钢中有一些性能比较好，比如，35、40、45 和 50 等碳素钢，这次选用的是 45 钢，因为其使用最普遍。3.3 差速器垫圈的设计计算垫圈的形状为扁平形，是一种金属环。其是垫在连接件和螺母之间，能减少被接件的损坏，延长其使用寿命。目前所知道的垫圈有弹簧垫圈、平垫圈、密封垫圈等，而垫圈的材料大多有软钢、青铜、尼龙等。 图 3.5 平垫圈参考上海大众途安轿车的半轴直径的数据为 ,如图 3.5（a）所示，按50m照装配关系可选择半轴齿轮平垫圈的安装孔直径 要大于 ，初步预选安D装孔直径 为 ，由图 3.5（b）根据安装的简易程度选取垫圈的厚度 h2D50.m为 .选用的材料是 65Mn。83.3.1 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 19由行星齿轮十字轴轴颈的直径为 ，根据装配关系选择球形垫圈的安2m装孔直径 为 ，厚度 h 为 ,选用的材料是 Q235A。2Dm73.4 本章小结本章主要针对差速器的非标准零件进行了设计计算，比如行星齿轮，半轴齿轮，垫圈，还有十字轴。通过这一系列的计算，得到了详细准确的设计参数，为 CATIA 的差速器建模工作奠定了基础。基于 CATIA 的汽车差速器设计204 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18。而大众途安汽车在 1984 年以前的连接后桥从动锥齿轮和左差速器壳的 12个 M121.5 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 784 98 ,拧紧力矩所造成的从动齿轮与差速器左壳贴合面之:Nm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 M141.5，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 Q235A 钢。4.2 螺母的选用和螺母的材料我们所接触到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 级的 I 型六角螺母：即是GB/T6170 M14.符合东风 EQ1090E 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、不锈钢和铜三种，为了加强螺栓的强度，此次选用的是碳素 45 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角接触球轴承。由差速器和半轴的计算数据可取差速器轴承外径为 左右，内径为 左右，参考机械80m50m设计课程设计手册选取的角接触球轴承的型号是 7010CGB/T 297-1994.4.4 十字轴键的选用安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 21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。基于 CATIA 的汽车差速器设计225 差速器壳体的创建差速器壳体是用来传递转速与转矩，故其要有对称式的设计与足够的强度，以满足动平衡与保证不出现断裂。因此主体采用回转形式建模，采用拉伸切除为辅助，以减少多余的尺寸。行星齿轮与半轴齿轮要安装在差速器壳体上，在建模过程中，差速器壳体的尺寸主要来自于行星齿轮与半轴齿轮装配关系所形成的尺寸，以保证行星齿轮与半轴齿轮能够顺利啮合。在保证齿轮啮合与扭曲的情况下，尽量减小尺寸以减少质量。完成后的差速器壳体如下图所示。安徽农业大学经济技术学院本科毕业设计论文1 23总 结在毕业设计的过程中碰到很多的问题，一开始对于差速器的工作原理和它在汽车中所行使的作用都不太了解；还有差速器行星锥齿轮的设计参数的选定以及选用，十字轴尺寸的设计和