汽车差速器设计

摘要差速器其作为汽车的关键部件之一，目前种类繁多，但工作性能以及可靠性参次不齐，同时随着汽车行业的不断发展，其对差速器的设计也提出了更高的要求。本文主要对目前常见汽车差速器的国内外研究现状进行了深入分析。并在此基础上对928型装载机的差速器进行了详细设计，其主要工作内容包括：方案确定、标件的选择、非标件的设计与校核比如齿轮、轴等零件。在此通过此次毕业设计，使得我对差速器的结构原理以及相应的工作特性均有了较深刻的认识。其次通过设计图纸的绘制以及三维模型的建立，使得我的绘图水平和建模水平都有了进一步的提高，为我后续走入工作岗位打下了坚实基础。关键词：汽车；差速器；设计研究AbstractDifferentialtheasthecarisoneofthekeycomponents,therearemanydifferenttypesanddifferent,butworkperformanceandreliabilityparametersnotneat,alsowiththecontinuousdevelopmentoftheautomotiveindustry,thedesignofdifferentialalsoputforwardhigherrequirements.Inthispaper,thecurrentresearchstatusofcommonautomobiledifferentialisanalyzedindepth.Andonthebasisof928typeloadingmachinedifferentialisdesignedindetail.Themaincontentincludes:scheme,selectionofstandardparts,non-standardpiecesofthedesignandcheckingsuchasgear,shaftandotherparts.Throughthisgraduationdesign,Ihaveadeeperunderstandingofthestructureofthedifferentialandthecorrespondingworkingcharacteristics.Followedbydrawingdesigndrawingand3Dmodelofbuilding,makingmydrawinglevelandmodellevelhasfurtherimproved,formysubsequentintojobsandlayasolidfoundation.Keywords:Automobile;Differential;Designresearch目录摘要.IIAbstract.III第1章绪论.11.1汽车差速器的功用及其分类.11.2课题设计初始数据的来源与依据.21.3本章小结.3第2章差速器的设计方案.42.1差速器的方案选择及结构分析.42.1.1差速器的方案选择.42.1.2差速器的结构分析.42.2差速器的工作原理.6第3章差速器非标件的设计计算.93.1对称式行星齿轮结构设计.93.1.1行星齿轮参数的设计计算.93.1.2行星齿轮和半轴齿轮齿数的确定.113.1.3压力角确定.123.1.4行星齿轮固定孔的直径和孔深L的确定.123.1.5差速器齿轮几何计算图表.133.1.6差速器齿轮的材料.143.1.7差速器齿轮强度的计算.153.2差速器行星齿轮轴的设计计算.163.2.1行星齿轮轴的分类及选用.163.2.2行星齿轮轴的尺寸设计.173.2.3行星齿轮轴的材料.173.3差速器垫圈的设计计算.173.3.1半轴齿轮平垫圈结构设计.173.3.2行星齿轮垫圈的选型与计算.183.4本章小结.18第4章差速器标件的选择.194.1螺栓的选用和螺栓的材料.194.2螺母尺寸的选择以及材料的确定.194.3差速器轴承的选用.194.4键的选择.194.5本章小结.19第5章差速器总成的装复和调整.205.1差速器总成的装复.205.2差速器的零部件的调整.205.3本章小结.21结论.22参考文献.23致谢.240第1章绪论1.1汽车差速器的功用及其分类差速器的作用是：当汽车行驶在转弯或在凹凸不平的路面上时，使得左右两驱动轮以不同的角速度旋转，从而保证两侧车轮与地面间以纯滚动的形式作不等距行驶。图1-1汽车转弯时驱动轮运动示意图装载机在前进时，其左、右轮在相同时间内所行驶的路程通常是不相等。如图1-1所示，在转弯时，由于内侧车轮转弯半径R1和外侧车轮的转弯半径R2数值不同，从而导致行驶的路程不同，很明显外侧车轮所行驶距离的将大于内侧车轮所行驶的距离；汽车在凹凸不平的路面行驶时，因为路面具有不同的波形，自然会引起两侧车轮滚动的距离不等；即使在路面平直的情况下行驶，由于轮胎制造误差、胎面磨损不同、轮胎受载不均以及气压不等等因素的影响，也会导致左、右两侧车轮因滚动半径不同而引起行驶的路程不同。假如驱动桥的左、右车轮用一根刚性轴进行连接，则汽车在转向行驶时无法避驱动轮将在路面上产生打滑现象。这样不仅会增加功率和燃油的消耗、加重轮胎磨损，而且还可能引起转向和可操作性的恶化。若汽车安装了差速器，就会大大防止类似现象的发生，确保驱动桥两侧车轮在行驶距离不等时具有不同的转动角速度，从而满足了汽车设计的要求。为了便于差速器的安装和调试、以及解决目前差速器的从动齿轮尺寸限制，所以设计了轮边差速器，即一种安装在轮毂的差速器。在两轴间进行转矩的分配，确保在特殊工况下两输出轴枝江具有不同的转动角速度，防止了汽车在特殊路面出现打滑现象，从而使得汽车的通行性得以提高。1图1-2Meritor（美驰）单后驱动桥差速器根据其结构形式的不同，可以进行如下分类：1.齿轮式其是目前汽车上使用最为广泛的一种差速器，其具有体积小、重量轻、结构简单等优点。其目前常见的类型有摩擦片式、普通锥齿轮式、锁止式等。2.凸轮式目前使用最为广泛的为滑块凸轮式差速器，其工作方式是通过摩擦力进行自锁。其具有体积小、重量轻等优点，但结构复杂。3.蜗轮式其为一种高摩擦自锁式差速器，但由于其结构复杂，设计加工要求高，因而限制了其使用的空间。4.牙嵌式其同样为自锁式差速器，其具有工作可靠，耐用，较好的锁紧性能，加工制造简单。1.2课题设计初始数据的来源与依据本设计基于学校现有固定设备以及实验的方便性出发，选用型号为928G的轮式装载机的差速器设计作为本次课题的主要设计任务。二汽集团根据广大装载机客户的使用建议，从928G型装载机的投产开始就不断从提高技术性能、节源性能和稳定性能等方面对其进行改进设计，到目前为止，928G装载机完成了向一个新的高质量、高技术水平以及高可靠性方向的转换。载重量是装载机整体设计的基本依据，也是汽车最根本、最重要的技术参数之一，同时载重量在其设计的可靠性、稳定性以及经济性方面均起着主导地位，主要技术数据有：1.当发动机运行速度为3000r/min其额定功率为99kw；2.当发动机运行速度为12001400r/min，其最大转矩为160Nm；3.减速器的总传动比为i=3.7，传动效率为0.96。其中第一级传动比为1.0；5.半轴杆的直径尺寸为50mm。单级桥产品为单级桥的发展拓宽了前景。以产品的设计出发，比如重型卡车其主2减速比小于6时，单级减速驱动桥为其最佳选择。图1-2为国内引进的美国斯柯达公司所生产的13吨卡车所用的单级的减速桥外形结构图图。由前文分析得知，本文所需设计的驱动桥的传动比i为4.4，其小于6。同时随着我国公路条件日趋改善，物流行业对车辆使用性能提出了新的要求，重型卡车车驱动桥技术已逐渐向单级化方向发展的趋势，在此单级驱动桥主要具有以下优点：(l)单级减速驱动桥是目前使用最为广泛的一种驱动桥，其具有结构简单、成本低廉以及对加工设备要求低等特点，所以其被广泛应用于重型汽车上。(2)随着重型汽车的驱动方式逐渐向低速大转矩方向发展，其单级驱动桥优势更为明显。(3)目前随着科学技术的发展，高速公路的建设质量日渐改善，因此对重型汽车的检验标准进行了较低，使得重型汽车的结构设计得以了简化；(4)单级驱动桥较轮边驱动桥，其具有结构简单、传动效率高、使用寿命长以及可靠性高等优点。1.3本章小结主减速器的设计以及相关参数的确定，主要依据来源于其内部传动结构，比如齿轮的大小、安装方式以及相应的传动比分配形式等。3第2章差速器的设计方案2.1差速器的方案选择及结构分析2.1.1差速器的方案选择在此基于928G型装载机的结构形式，初步选择其差速器结构为对称式行星锥齿轮，其固定在驱动桥的两轴之间，并实现两半轴与车轮之间动力的传递，其结构简图如图2-1所示。图2-1差速器结构方案图如图2-1所示，对称式行星锥齿轮差速器的组成主要包括：差速器左壳1、差速器右壳4、星齿轮3、半轴齿轮2以及十字轴5。其动力传动流程为：差速器壳1十字轴5行星齿轮3半轴齿轮驱动轮汽车行驶。对称式行星锥齿轮差速器具有结构简单、工作可靠、制造成本低、安装方便快捷、调试简单等特点。目前对于减速器的设计齿轮类型主要有普通直齿轮、斜齿轮、双曲面齿轮、蜗轮蜗杆以及弧齿锥齿轮等，在这里基于结构和工作与原理的角度出发，选择齿轮类型为弧齿锥齿轮，其具有输入、输出方向垂直，承载能力强、工作平稳以及噪音小等特点。但当传动比一定时，由于弧齿锥齿轮较双曲面齿轮结构尺寸更小，从而更好地提高其离地间隙，从而有利于汽车的总体设计布局。其次其还具有较高的传动效率，其传动效率可高达98%。42.1.2差速器的结构分析如图2-2行星齿轮（1）行星齿轮3的端面设计为球面，从而提高其与差速器壳1之间的配合性能，有效确保行星齿轮的对中性，提高两半轴齿轮2可啮合性。（2）在这里由于行星齿轮3和半轴齿轮2均为锥齿轮，其在扭矩传递时，其轴线方向均存在轴向力的作用，但由于齿轮与差速器壳体之间存在一定的相对运动，在此为了降低两者之间的磨损，在差速器壳与半轴齿轮之间安装有平垫圈，同时在差速器壳体与行星齿轮之间设置有球面垫圈。从而当差速器出现磨损故障后可以通过更换垫圈的形式来进行解决，从而达到降低维修成本，提高使用寿命的作用。（3）在此由于四行星传动机构较两行星传动机构承载能力大，所以对于中、重型卡车，通常选四行星传动机构，同时将行星齿轮轴设计为十字轴。5（4）通过在十字轴的轴颈加工一个平面的方式来提高行星齿轮和十字轴之间的可润滑性。在此由于本文所设计的减速器的传动比为i=46，所以选用单级传动，其具有生产成本低、制造工艺简单等特点，其为今天使用最为普遍的一种驱动桥。目前随着公路建设质量的不断提高，特别是高速公路的迅速崛起，各领域对重型汽车的检测标准均进行了调整，从而使得重型汽车的设计也得以简化，从而使得其驱动桥向着小传动比方向发展。2.2差速器的工作原理本为所设计的差速器为对称锥齿轮式构，其结构原理如图2-2所示。图2-3差速器工作原理图差速器的工作元件主要分主动件和从动件两类，在此其主动件主要包括差速器壳3、行星齿轮5，从动件主要有半轴齿轮1、半轴齿轮2。在此设主动件转速为o，从动件转速为2。而行星齿轮的中心点C以及与半轴齿轮1、半轴齿轮2相啮合点A、B点到差速器转动轴中心线的距离均为r。由其结构原理可看出，当行星齿轮只做公转运动时，其具有相同半径的A、B、C将具有相同的角速度，设其各点的角速度分别为o、1、2，即有1=2=o，此时差速器只做运动的传递而不起差速的作用，同时其半轴齿轮的角速度与差速器壳3的角速度相同。行星齿轮由其结构形式知，其除绕轴线进行公转外，还将实现绕自身轴线自转，在这里设行星齿轮啮合点A在圆周方向上的速度为1r，即1r=or+4r4，与此同时可得啮合点B在圆周方向上的速度2r=or-4r4，最后可得1r+2r=（or+4r4）+(or-4r4)即1+2=2o6若角速度以每分钟转数n表示，则n1+n2=2no（2-1）在此式2-1即为对称式差速器的运动方程。由式2-1可看出差速器壳的转速等于其左右两半轴齿轮的转速之和的两倍，而与行星齿轮旋转速度无关。因此，当汽车行驶到转弯或者凹凸路面时，其是通过行星齿轮的自转来完成两驱动之间速度的不均等分配，从而有效避免驱动轮出现打滑的现象。由式（1-1）可得知：当其中一个半轴齿轮不转动时，其另一个半轴齿轮的旋转速度将为差速器壳旋转速度的两倍；当差速器壳不旋转时，而其中一个半轴齿轮在外力的驱动下发生转动时，另一个半轴齿轮必将以相同但反向相反的速度转动。对于对称式差速器来讲，当其转矩为0时，其转矩的传动路线为：主减速器差速器壳行星齿轮轴半轴齿轮。在这行星齿轮主要起着等臂杠杆的作用，而当两半轴齿轮具有相同的半径尺寸，同时行星齿轮不自转时，其对转矩为0的分配是均等的，即两半轴齿轮的转矩M1、M2计算如下：1=2=02。当两半轴齿轮具有相同的转向当不同的转速时，其行星齿轮将在外力的作用下绕自身旋转轴发生自转，此时行星齿轮将受到一定摩擦阻力的作用，其主要来源于行星齿轮孔与齿轮轴间的摩擦以及齿轮端面与差速器壳间的摩擦。在此行星齿轮在与行星齿轮转向相反的摩擦力矩r的作用下，使得左、右半轴齿轮将受到大小相同但方向相反的圆周力作用，从而使得汽车左、右两驱动轮之间存在转速差，即有1=（0r）2，2=（0+r）2，同时两者之间的转矩差即为差速器的内部摩擦力矩r。在此通常以锁紧系数K对差速器的内部摩擦力矩的大小以及相应的分配特性进行判定，其表达式如下：K=（2-1）0=r0Kb=21=(1+K)(1-K)式中K锁紧系数K；Kb转矩比。目前常用的对称式差速器其内摩擦力矩通常较小，其锁紧系数和转矩比通常分别为K=0.050.15、Kb=1.11.4，由于其转矩的分配基本随时都是平均的，其在平整路面上的行驶效果是相当令人满意的。当当遇到凹凸路面或冰雪天气时，其行驶能力将达到折扣。比如行驶到凹凸路面上时，其一侧车轮将陷入空转状态，此时其所需的驱动力矩很小，但由于此类差速器对驱动力矩是均匀分配的，所以其分配到两侧轮上的驱7动力矩均很小，不足以驱动另一侧车轮的运动，所以其将无法克服地面摩擦力而向前行驶。由图2-3可知，在差速器的作用下，汽车在直线行驶时，其两驱动轮具有相同的行驶速度，而行驶至弯道时，其两驱动轮具有不同的行驶速度。图2-4差速器工作时转矩变化图其工作原理为，当汽车进行直线行驶时，其行星齿轮只进行公转而不进行自转，此时将主轴箱所传递的扭矩进行平均分配，从而使得左右两轮具有相同的转速。而当其行驶在弯曲道路上时，其行星齿轮除实现公转外还将绕自身轴线自转，从而对主轴箱所传递的扭矩进行按需分配，从而完成汽车的平稳转弯。8第3章差速器非标件的设计计算由于本文主要是对差速器的设计，根据差速器的工作性质以及安装位置可知，其为非标部件，其内部非标零件主要有锥齿轮、行星齿轮轴等。在这里差速器的尺寸决定因素主要有：主减速器尺寸、从动齿轮轴承支承座、主动齿轮轴承支承座以及驱动桥尺寸。3.1对称式行星齿轮结构设计对于本文所设计的差速器由于其结构受到安装尺寸的限制，所以怎样设计处满足使用性能而结构又合适的差速器是本文的主要研究问题，在这里由于差速器的主要部件为齿轮，所以怎样优化差速器实际就是怎样优化其内部齿轮，在这里根据设计要求初步选定行星传动方案，其如图3-1所示。图3-1行星齿轮的方案图3.1.1行星齿轮参数的设计计算1.行星齿轮齿数目n的确定行星齿轮通常由太阳轮、齿圈以及行星轮决定，而对于太阳轮和齿圈的数量均为定数即一个，而行星轮的数量则需要根据设计所需进行选定，比如当需要承受较大载荷时，就应该适当增加行星轮数量，本文基于设计要求，选用4个行星轮。2.行星齿轮半径R和节锥距A0的设计计算对称式行星齿轮差速器由于具有结构简单、性能可靠、制造方便等优点，所以今天被广泛应用于汽车传动系统内。对称式行星齿轮差速器其结构尺寸主要取决于行星齿轮半径和节锥距，其中节锥距为行星齿轮承载能力的主要体现者。所以合理选择节锥距是行星齿轮差速器设计的关键步骤。目前常见行星齿轮差速器的组成如图3-2所示。9图3-1.2对称式圆锥型行星齿轮差速器结构示意图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，差速器右壳在这里由于圆锥型行星齿轮差速器结构尺寸的主要决定因素为其球面半径，所以在这里对其球面半径进行详细分析和计算，其经验计算公式如下：3TKRBmm（3-1）上式中：KB为行星齿轮球面半径系数。可取2.523，当行星齿轮为两个时取小值，而当行星齿轮为四个时取大值。T为差速器计算转矩（N.m），T=minTce，Tcs;取Tce和Tcs的较小值；RB为球面半径。转矩的计算rp0amxghni=.37vi（3-2）上式中：rr为车轮的滚动半径，取rr=0.398m；igh变速器量高档传动比。igh=1根据减速器输入输出速度比，即可对减速器的传动形式进行确定，比如单级、双级以及多级等，并对其离地间隙进行调整。把nn=5200r/n；vamax=140km/h；rr=0.398m；igh=1代入（3-2）中计算出io=5.91；从动锥齿轮计算转矩TcenikTfedce01max（3-3）10上式中：Tce计算转矩，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=5.91；为变速器传动效率，=0.96；k变矩系数，k=1.2；kd动载系数，kd=1.1；i1为变速器最低挡传动比，i1=1；代入式（33）中，有：Tce=3320.4Nm主动锥齿轮计算转矩Tcs=8960.4Nm.T取较小值，即有T=Tce=3320.4Nm；将以上数据代入式（3-1）有BR=2.734.20=40mm而行星齿轮节锥距A0为：A0=（0.980.99）B=（0.980.99）40=40mm所以预选其节锥距A0=40mm3.1.2行星齿轮和半轴齿轮齿数的确(1)行星齿轮和半轴齿轮齿数的确定在这里对于齿轮齿数的选择主要遵循以下原则：达到设计强度、避免加工时产生根切以及结合整体尺寸空间进行综合考虑。所以在此基于以上三点原因对其进行选择，得出其齿数在1730之间选择，同时根据目前汽车常用的行星齿轮与半轴齿轮之间的齿数比对其齿数比进行确定，确定为在1.52.0之间进行取值。由差速器其工作原理可知，其工作时行星齿轮和半轴齿轮进行同时啮合，所以在对其两者进行设计时，必须进行兼并考虑，因此对半轴齿轮的齿数的选择必须为行星齿轮齿数的整数倍，从而使得行星齿轮能在半轴齿轮的轴线上实现均匀分布，否者其将导致差速器无法装配，因此其应满足如下安装条件：InzRL2(3-4)上式中：Z2L、Z2R分别为左、右半轴齿轮的齿数，在差速器为对称圆锥齿轮结构时，Z2L=Z2R；n为行星齿轮数目；I任意整数。11根据上述可在此Z1=12；Z2=20，满足以上要求。（2）圆锥齿轮模数以及半轴齿轮分度圆直径的设计计算在这里设圆锥齿轮和半轴齿轮的节锥角为1，2，其计算如下：211arctnz=80rta1=90-2（3-5）将已知参数z=12，=20代入上式即可得1=30.96；2=59.04接下来在对圆锥齿轮的模数进行如下计算：m=10sin2zA=20siz=96.30sin17.4=3.35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：1241mzd;d2=mz2=420=80mm3.1.3压力角确定由于汽车差速器结构的特殊性，所以其所使用齿轮均需要进行压力角设计，目前使用最多的压力角为22.5的，其齿高系数通常为0.8，压力角的设计可以有效减少齿轮的齿数但在齿轮加工时又不会发生根切。其次还可以对齿轮进行切向修正以达到对齿轮厚度进行加大的作用，从而提高齿轮的工作强度。所以本文所设计的齿轮以选用压力角为22.5，其次目前在重量较重的大卡车上还将压力角设计为25，以便进一步提高齿轮的工作强度。和孔深L的确定3.1.4行星齿轮固定孔的直径由行星齿轮的结构所知，其固定孔的直径通常取其齿轮轴的名称尺寸，而其孔的深度即为行星齿轮所需的支撑长度，所以其计算如下：1.（3-6）nlTc.03（3-7）lLc3021.（3-8）上面式中：0T为差速器传递的转矩，Nm；在此取3320.4Nmn为行星齿轮的数目；在此取为412l为行星齿轮的支承中点到锥齿轮顶端的距离，单位为mm，其取值通常根据半轴齿轮的齿宽而定，其计算为l0.5d2，在这里d2是指半轴齿轮齿宽中点处的直径，其取值通常为d2=0.7d2；c为支承面的许用挤压应力，在此取69MPa根据上式有d2=0.880=64mm；l=0.564=32mm将上述计算结果分别代入式3-6、式3-7即得28mm；L=20.2420mm3.1.5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式结果1行星齿轮的齿数1z10，应尽量取最小值1z=122半轴齿轮齿数2=1525，且还需满足式1-4的强度要求2=223模数mm=4mm4齿面宽b=(0.250.30)A0;b10m20mm5工作齿高hg6.1gh=6.4mm6全齿高037压力角22.58轴交角=909节圆直径1mzd；2z481d0210节锥角211arctnz，1901=30.96，03.59211节锥距210sini2dAA=40mm12周节t=3.1416mt=12.56mm1313齿顶高21agah;mzha21237.04.1ah=4.14mm2=2.25mm14齿根高1f=1.788-ah;2fh=1.788-21fh=3.012mm;2f=4.9mm15径向间隙c=-g=0.188m+0.051c=0.803mm16齿根角1=01artnAf;022arctnhf1=4.32;=6.9817面锥角21o；21o=35.28；2=66.0118根锥角11R；22R1R=26.642R=52.0519外圆直径11cosaohd；220.501dmm238mm20节圆顶点至齿轮外缘距离11sin202hd6.901mm7232mm21理论弧齿厚1stmstan221s=5.92mm2=6.63mm22齿侧间隙B=0.2450.330mmB=0.250mm23弦齿厚263BdsSiii1S=5.269mm2=6.49mm24弦齿高iiih4co1h=4.29mm2=2.32mm3.1.6差速器齿轮的材料目前对于差速器齿轮的用材基本与主减速器齿轮相同，其均主要以低碳合金钢为14主，目前常用材料主要有如下几类：20CrMoTi、20CrMo、20CrMnTi等，在这里由差速器其工作性质知，其齿轮对精度要求较低，所以目前常采用的加工工艺为精锻。其强度设计主要依据为齿轮齿根弯曲应力和弯曲强度达到设计要求，在这里依据差速器的工作性质以及参考相应的设计手册得知，对不本齿轮设计选用20CrMnTi为最佳选择，其许用应力为200MPa900MPa。3.1.7差速器齿轮强度的计算在此根据差速器的工作性质知，其需要在较小的尺寸空间下，承受较大的载荷。同时其工作为间断性工作，即仅当汽车行驶在弯曲道路、凹凸不平的道路以及一侧打滑的情况下，其才进行工作，所以其各零件的设计均具有较高要求，在这里必须对其工作齿轮进行相应的强度校核，以保障其工作的可靠性，其强度校核计算如下：轮齿弯曲强度w为:3210smwvnTkbdJMPa(3-9)上式中：为差速器行星齿轮传递给半轴齿轮的扭矩，其计算式nT6.0在此将T取为498.06Nm；为差速器的行星齿轮数；b2半轴齿轮齿宽mm；d2半轴齿轮大端分度圆直径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，4.25mKs，在此4.25sK0.629；m齿轮载荷分配系数，当两齿轮均用采用轴承支承时，m1.001.1；其他方式支承时取1.101.25。支承刚度越大其取值越小。vK齿轮表面质量系数，对于汽车类驱动桥，由于其设计要求较高，所以齿轮加工质量以及精度等级要求均较高，所以此时取1.0；J差速器齿轮弯曲应力综合系数，依据图3-2对其取值为J=0.225。当T=minTce，Tcs时，w=980Mpa；当T=Tcf时，w=210Mpa。15图3-2弯曲计算用综合系数根据上式（39）可得：w=25.082691.49103=478.6MPa980MPa因此，本文所设计的差速器齿轮能满足其强度要求。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目前常见的行星齿轮类型繁多，同时其常用的差速器齿轮轴也不计其数，但目前使用最为广泛的为一字轴和十字轴型差速器，对于小型汽车，由于其所需的扭矩较小，所以通常设计为一字轴；而对于大型货车，由于其载重量和自身重量较大，所需的传动扭矩较大，所以为了提高轴的承载能力和使用寿命，通常设计为十字轴型。此次设计主要参考928G装载机，所以选用的是行星齿轮十字轴。如图3-3所示：16图3-3十字轴的结构示意图3.2.2行星齿轮轴的尺寸设计在此由于差速器行星齿轮所需的支承尺寸为4.18L20mm，同时结合安装方便快捷性能，对轴径的尺寸进行初步确定为L1=45mm；行星齿轮固定孔的位置尺寸为d1=28mm，轴径的直径初选为d2=28mm。3.2.3行星齿轮轴的材料对于轴类零件的设计与选择，通常要求其满足弯曲强度要求，危险部分承受径向力载荷等要求。目前对于轴类零件常用材料为45号钢、合金钢等。在这里由于45号钢其具有经济实惠、对应力集中不敏感等特点，所以其被广泛应用于各类轴类零件，而对于特殊使用场合比如需要承受特殊的弯扭载荷作用或者特大载荷时，我们应该选用优质碳素钢。3.3差速器垫圈的设计计算垫圈的作用主要是对特殊件进行保护和分散应力，目前常见的垫圈主要有以下几类：平垫圈、弹簧垫圈、球面垫圈以及密封垫圈等，其材料的选用主要有石棉纸、软钢、尼龙以及聚甲醛塑料等。在差速器传递转矩的时候。由于传动齿轮与差速器壳之间具有相对运动，同时齿轮又受到巨大轴向力的作用，所以为了减小两者之间的磨损，必须加以相应的垫片进行隔离。在这里根据差速器的工作性质，其选用了两种类型的垫圈，即普通平垫圈和球面垫圈，其平垫圈主要用于半轴齿轮和行星齿轮之间，为了增大两者的接触面积，从而有效分散压力；而球面垫圈用于十字轴与行星齿轮之间，其主要作用是用于对扭矩进行传递。3.3.1半轴齿轮平垫圈结构设计如下图3-4所示：为平垫圈的结构方案简图。17图3-4平垫圈在这里以928吨装载机的半轴直径的大小为参考，其如图如图3-4（a），由图3-4（a）以及相关的装配关系可知，此处对半轴齿轮平垫圈直径的选择必须大于50mm，方可安装，所以在这里初步对安装孔直径进行选择为51mm，同时对齿轮平垫圈的厚度进行选择，在这里根据其工作性质选择厚度为1.5mm的聚甲醛塑料平垫圈，如图3-4（b）所示。3.3.2行星齿轮垫圈的选型与计算图3-5球面垫圈对于行星齿轮垫圈的选择主要决定因素有十字轴轴颈以及相应的装配关系，在此由于十字轴的直径为27.5mm，所以根据其尺寸关系同时考虑行星齿轮的工作性质，选用材料为聚甲醛、直径为28mm、厚度为1.2mm的球面垫圈。由于本文主要是对差速器的设计，根据差速器的工作性质以及安装位置可知，其为非标部件，其内部非标零件主要有锥齿轮、行星齿轮轴等。在这里差速器的尺寸决定因素主要有：主减速器尺寸、从动齿轮轴承支承座、主动齿轮轴承支承座以及驱动桥尺寸。3.4本章小结本章主要叙述了差速器的选择；行星齿轮的设计计算；行星齿轮的参数的确定；18差速器齿轮的几何计算；如轴的材料选择，轴的结构设计计算，轴径的初步估算，轴的结构设计，轴的受力分析，轴的强度校核，行星齿轮的传动设计等内容。19第4章差速器标件的选择4.1螺栓的选用和螺栓的材料螺栓作为一种常见的连接紧固件，其是各类机械产品的必须件，目前常见的螺栓类型主要有六角头螺栓、十字螺栓、内六角螺栓、一字螺栓等。目前随着工业技术的不断更新，人们对生产安全提出了更高的要求，从而对连接紧固件螺栓也提出了新的要求，其主要要求为强度高、精度高以及连接可靠等。对于目前常见的928吨装载机，在1980年以前，其用于左差速器外壳与后桥从动齿轮的连接螺栓为M12的十二个螺栓，但在使用过程中经常发现松动现象，后经研究发现，原因在于大齿轮与差速器之间无传动销轴，同时螺栓预紧力不足等原因导致，所以后经研究改进为十二个M14的螺栓，从而有效增加了两者之间的连接强度，其预紧力可达到140160N从而有效解决了螺栓松动等问题。对于目前工业上常采用螺栓的材料主要以铜、304不锈钢、低碳钢、在这里根据其工作性质，选用强度较高的低碳钢螺栓。4.2螺母尺寸的选择以及材料的确定在这里由于前文设计已经对螺栓的规格进行了确定，所以在这里螺母的选择必须依据螺栓的尺寸规格而定。目前工业上常见的螺母有六角薄螺母、六角厚螺母、六角开槽螺母等，而螺母的材料同螺栓一样，目前常见的主要有铜、304不锈钢、低碳钢等。在此根据设备的工作性质以及螺栓的尺寸选择螺母的规格尺寸如下：材料为低碳钢、型号为M14、性能等级8级、表面抛光处理，其设计来源于GB/T6170-2000螺母选择标准。4.3差速器轴承的选用轴承是支撑着轴的零件。其主要作用是引导轴实现旋转运动。其选择主要基于轴径的大小、轴的工作性质等。在这里根据差速器轴的工作性质以及轴径的大小，选择型号为30216的圆锥滚子轴承，其主要参数如下：轴承外径为140mm、内径为80mm、宽度为30mm。4.4键的选择键的主要作用用于将轴上固定件的力矩传递给轴。在此有设计相关要求得知，行星齿轮与十字轴的连接选用普通平键即可达到设计要求。在此参考机械设计手册对其键进行选择，其主要技术参数如下：长宽为87mm、键长为20mm、材料为45号钢。204.5本章小结本章在基于已确定参数和非标零件尺寸的基础上，对差速器所用标件进行了选择和确定，其主要标件如下：螺栓、螺母、轴承以及键等。21第5章差速器总成的装复和调整5.1差速器总成的装复根据机械设备的设计流程得知，对差速器进行设计完毕后，接下来的工作是对其进行装配，其装配流程如下：(1)装复总成前，零件的清洗，保证零件内腔如任何杂质，同时零件各部分无任何损坏，清洗和检查完毕后，利用压力机对差速器的轴承进行装配。(2)将轴承外圈安装到轮毂座内，同时用专用工具沿圆周方向进行敲击，使其安装到位，轴承安装完毕后再进行油封的安装。在这里由于油封通常采用软性材料进行加工而得，所以在完整是必须用专用工具进行敲击，以免对其表面进行损坏。以上零件装配完毕后，进行差速器行星齿轮部分的安装，其安装顺序如下：先将差速器外壳放于安装台上，将其于行星齿轮、半轴齿轮相配合的表面进行涂抹润滑油，然后再将半轴齿轮以及相配套使用的平垫圈一同装入差速器外壳内，随后再将行星齿轮以及配套的球面垫圈连同十字轴一同装入差速器外壳的十字槽中，并调整好半轴齿轮与行星齿轮间的啮合间隙。以上零件装配完毕后，再对各件之间的装配间隙进行合理调整，调整完好后再用螺栓对差速器外壳进行固定。（3）通过借用压力机将轴承外圈固定到轴承座上，同时将轴承内圈压入主动锥齿轮轴的轴径上，在这里值得注意的是各零件不嫩有损坏，同时各零件不能混装。以上装配完成后，在对轴承其它辅助件进行安装，安装完毕后并根据规定力矩对螺栓进行拧紧，并插入相应的锁扣销。5.2差速器的零部件的调整（1）通过压力对差速器壳轴径上的轴承进行装配。(2)将轴承外圈安装到轮毂座内，同时用专用工具沿圆周方向进行敲击，使其安装到位，轴承安装完毕后再进行油封的安装。在这里由于油封通常采用软性材料进行加工而得，所以在完整是必须用专用工具进行敲击，以免对其表面进行损坏。以上零件装配完毕后，进行差速器行星齿轮部分的安装，其安装顺序如下：先将差速器外壳放于安装台上，将其于行星齿轮、半轴齿轮相配合的表面进行涂抹润滑油，然后再将半轴齿轮以及相配套使用的平垫圈一同装入差速器外壳内，随后再将行星齿轮以及配套的球面垫圈连同十字轴一同装入差速器外壳的十字槽中，并调整好半轴齿轮与行星齿轮间的啮合间隙。以上零件装配完毕后，再对各件之间的装配间隙进行合理调整，调整完好后再用螺栓对差速器外壳进行固定。（3）通过借用压力机将轴承外圈固定到轴承座上，同时将轴承内圈压入主动锥齿轮轴的轴径上，在这里值得注意的是各零件不嫩有损坏，同时各零件不能混装。以上装配完成后，在对轴承其它辅助件进行安装，安装完毕后并根据规定力矩对螺栓进行22拧紧，并插入相应的锁扣销。5.3本章小结本章主要对差速器各非标件与标件在装配过程中的注意事项进行了阐述，同时对差速器各零件的装配顺序进行了详