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汽车差速器的设计摘要在近年来全球智能汽车经济快速健康发展的诸多因素影响下,并且是伴随着发达国家的鼓励智能汽车市场化消费政策的进一步落实、购置税严重透支的影响汽车设计的消退、个税制度改革进一步带来个人购车需求的增加。我国智能汽车行业的市场将再次的回暖。而差速器作为智能汽车必不可少的重要组成零件之一-差速器,同样也有机会在我国智能汽车的市场上再次得到很多的重视。本次的毕业设计工作就是主要的是对于智能汽车的重要组成零件以及差速器的结构进行了设计,本次的设计主要是涉及到了汽车的差速器非标准重要零件的设计成本计算和差速器非标准重要零件的设计规格选用,同时也简单的介绍了智能汽车差速器的重要零件种类和差速器齿轮的结构。对于如何正确选择差速器的设计方案类型和其他设计工作的原理也对设计工作简单的给出了较为详细的分析和介绍。在本次的设计中我们参考了大量的资料和文献,因此对于差速器的基本结构和其作用已经有了更透彻的认识和了解,而对于差速器也因此有了更为深刻的理解和认识。最后通过简单的利用por/e软件对于差速器的结构进行了设计和建模。并且通过绘制差速器的零件图让我的能力得到了提高。关键词 差速器；齿轮结构；建模：设计计算AbstractIn recent years, under the influence of many factors of the rapid and healthy development of the global smart car economy, and with the further implementation of developed countries to encourage the implementation of smart car market-oriented consumption policies, the severe overdraft of purchase tax affects the decline of car design, and the reform of personal tax system Bringing increased demand for personal car purchases. The market of Chinas smart car industry will pick up again. The differential, as one of the indispensable and important components of the smart car, the differential, also has the opportunity to get a lot of attention in the smart car market in China. This graduation design work is mainly to design the important components of the smart car and the structure of the differential. This design mainly involves the design cost calculation and difference of the non-standard important parts of the differential of the car. The design specifications of the non-standard important parts of the gearbox are selected, and the important parts of the differential of the smart car and the structure of the differential gear are briefly introduced. It also gives a detailed analysis and introduction of how to choose the design scheme of the differential and the principles of other design work. In this design, we refer to a lot of information and literature, so we have a more thorough understanding and understanding of the basic structure and function of the differential, and we have a deeper understanding of the differential And recognition. Finally, the structure of the differential is designed and modeled by simply using por / e software. And by drawing the differential parts drawing, my ability has been improved.Keywords Differential gear structure modeling design calculation28目录摘要IAbstractII1概述11.1汽车差速器的发展状况11.2差速器的功用11.3差速器的分类21.3.1齿轮式差速器21.3.2滑块凸轮式差速器41.3.3蜗轮式差速器51.3.4牙嵌式自由轮差速器61.4差速器的参考数据62差速器的选择和工作原理82.1差速器的方案选择82.2差速器的工作原理83.差速器非标准零件的设计113.1对称式行星齿轮的设计计算113.1.1确定对称式差速器齿轮各项参数113.2差速器行星齿轮轴的设计计算174差速器标准零件的选用204.1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205差速器总成的装配和调整215.1差速器的装配215.2 差速器齿轮副啮合的间隙215.3差速器的零部件-主动锥齿轮轴预紧力的调整21结论26致谢27参考文献281概述1.1汽车差速器的发展状况差速器作为现代汽车上必不可少的重要零件之一,在汽车行驶的任何时候也是起着很关键的装置和作用,早在一百多年前就被著名的法国雷诺公司所设计和研发了出来,其中路易斯雷诺是法国差速器的发明人,也是公司的创立者。因为差速器可以帮助汽车更好的行驶,所以被专家们称之为大功用。差速器之所以能够拥有这么好的国际名声,是由于当一辆汽车高速的行驶在弯曲的高速道路上时,汽车两侧的轮胎所需要行驶的方向路程和动力需求不一样,外侧的车轮需要转弯时所行驶的方向路程比内侧的车轮要略长一些,这将会大大的使得汽车很难转弯,但是现代差速器正好就是可以很好的帮助我们解决这个困难的问题。那么现代差速器到底的特点是什么呢?简单地说,它由六个行星齿轮和半轴组成。复杂的一点是由一组驱动轴的行星齿轮和半轴组成,其中的核心部分就是两个驱动轴的行星齿轮和两个与左右后轮驱动轴相连的半轴行星齿轮。为了大限度的节省差速器的空间和节约材料,在现在，由于一些条件的限制，那些经典的十字轴平面齿轮大部分都被舍弃了,转而使用其他结构的齿轮，例如：十字轴曲齿锥齿轮、十字轴斜齿轮、准双曲面行星齿轮甚至是使用蜗杆来行星齿轮代替十字轴平面行星齿轮,但其最基本的六行星齿轮结构却一直在发展中延续了下来。但是最基本的六个锥齿轮的传动结构却保存了下来，并被持续的使用。在此基础上,世界上已经先后发明了汽车限滑锥齿轮差速器、机械限滑锥齿轮差速器、螺旋锁紧齿轮限滑差速器、滚珠锁紧齿轮限滑差速器等等几种圆锥齿轮差速器,并且由于圆锥齿轮限滑差速器拥有很多优点，例如：制造技术成熟、安全可靠、结构简单等等,所以已被不断推广使用,我国重型汽车的限速差异化制造技术基本上都是来自于美国、德国、日本等一些传统的工业制造大国。但是相比于国外,我国在圆锥齿轮差速器制造行业虽然起步比较晚,但是近几年我国在圆锥齿轮差速器制造技术方面也已经取得了很大的突破和进展。初步完成了有小到大、由大到强的转变。在社会和国家相关政策的支持和帮助下,越来越多的企业和投资者逐渐开始关注这个新兴行业,所以差速器的产品种类逐渐发展变得更加多元化,功能也趋于更加完整化。但是相比于国外,我国差速器行业仍需要继续追赶,在一些高精技术方面还是存在着不小的差距。所以我们在差速器的发展的道路上还要继续努力。1.2差速器的功用当我们经常驾驶一辆汽车向右或左转弯时,一个相同方向的左侧车轮在向右转弯时圆弧的内侧,而另一个相同方向的右侧车轮在外侧。因此,外轮必须比内轮转得更快,以便在相同的时间内覆盖更大的距离。因此,由于两个车轮不是以相同的速度驱动,所以需要差速器。图1-1汽车转弯时驱动轮运动示意图车辆的车轮以不同的速度旋转，主要是在转弯时。差速器设计用于驱动一对扭矩相等的车轮，同时允许它们以不同速度旋转。在没有差速器的车辆中，如卡丁车，两个驱动轮都被迫以相同的速度旋转，通常在一个由简单的链条驱动机构驱动的公共轴上。转弯时，内轮需要比外轮行驶较短的距离，因此在没有差异的情况下，其结果是内轮打滑和/或外轮拖行，这将导致难以预测的操纵、轮胎和道路损坏以及整个传动系的应力（或可能的故障）。1.3差速器的分类1.3.1齿轮式差速器锥齿轮是一种重要的机械零件,广泛用于传递相交轴与非相交轴之间的运动和动力。锥齿轮齿形的复杂性在于其厚度和高度随齿尖的变化而变化,导致载荷沿齿宽的非均匀分布。如图1-2。图1-2齿轮式差速器锥齿轮式差速器图1-3是一个普通的锥齿轮差速器，其中将差速器壳接受的转矩表示为T0；差速器的内摩擦力矩表示为Tr；T1、T2分别表示为左、右两半轴对差速器的反转矩，差速器壳的角速度表示为0；1、2分别表示左、右两半轴的角速度。图1-3普通锥齿轮式差速器锥齿轮用于在两个轴的相交轴之间传递动力和运动，通常安装在相距90的轴上。锥齿轮有四种基本类型，可能有直齿、零齿（通过润滑工作）、螺旋齿和斜齿，在齿轮传动中占有重要地位。几乎所有的锥齿轮都是用特殊的发电机制造的，它们通常成对使用，因此通常是不可互换的。在这种情况下，齿轮副的性能通常由齿面接触模式来评估。普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为005015，两半轴转矩比kb=111135，这就可以说明,汽车的左右半轴之间的驱动扭矩分配偏差其实并不是不大,理所当然的可以将其认为分配给两个半轴的驱动扭矩大致一样,这种扭矩分配比例比较好的适合于那些行驶在良好高速道路上的自动驾驶车辆。然而另一种情况，我们可以想象一下一个简单的后轮驱动车辆，一个后轮在沥青上，抓地力良好，另一个后轮在一块光滑的冰上。在负载、坡度等情况下，车辆向前移动需要2000牛顿米的扭矩（即临界扭矩）。让我们进一步假设，冰上的非旋转牵引力等于400 Nm，沥青等于3000 Nm。如果两个车轮在没有差速器的情况下驱动，则每个车轮都将获得等量的扭矩，并将尽可能用力地推动路面。冰面上的车轮会很快达到牵引力极限（400牛米），但由于另一个车轮具有良好的牵引力，因此无法旋转。沥青的牵引力加上冰上的少量附加牵引力超过了临界值要求，因此车辆将向前推进。然而，当“冰轮”达到400纳米时，它就会开始旋转，然后产生约300纳米的较小牵引力。差速器托架内的行星齿轮将开始旋转，因为“沥青轮”遇到更大的阻力。差速器不会以更大的力驱动沥青轮，而是将可用扭矩的总量均匀地对称分配。约300纳米足以使冰轮旋转，但约300纳米的等量不足以转动沥青轮。由于沥青轮保持静止，旋转的冰轮的旋转速度将是以前的两倍。由于两个车轮上的实际扭矩相同，因此该扭矩的大小取决于冰轮的较小牵引力。所以两个轮子各有300纳米。由于600牛米小于所需的2000牛米的临界扭矩，车辆将无法利用发动机的输出，也不会移动。摩擦片式差速器为了保证我们能够同时增加两个行星差速器的内阻和摩擦力矩,于是我们发现可以在半轴差速器齿轮7与半轴差速器壳1之间分别安装一个差速器的摩擦片2(参见图1-4)。两个驱动行星的齿轮轴5相互保持垂直。为了能够方便和两个行星差速器在差速器壳体上的两个V行表面，所以我们将行星齿轮轴的两端制成了可以配合的形状-v形表面4。将两个驱动行星差速器齿轮轴5的两个v形表面反向进行安装。每个半轴齿轮的背面两端都会分别设有一个压力板3和一个主、从动摩擦板2。两个驱动行星的摩擦片2和从动摩擦片2分别通过一个火花键与半轴差速器壳1和半轴齿轮压盘3连接。图1-4摩擦片式差速器摩擦片式差速器的锁紧系数可达06，kb可达4。这种具有摩擦式叶片式传动差速器又很多的重要优点它不仅结构简单，工作平稳,并且还使用可以明显地有效提高了重型汽车高速通过的安全性能,使用也较为广泛。1.3.2滑块凸轮式差速器图1-5展示了一个双列径向差速器滑块和两个由凸轮驱动的差速器。其中那个与凸轮差速器壳1相连的主动套筒是凸轮差速器的驱动组成部分。在主动套筒的上面分别安装有两排径向差速器孔。为了这样可以更好地使得滑块2可以更好的径向地滑动,所以将它的一端安装在了孔中,而主动滑块的内外两端与凸轮差速器从动件的内凸轮4和从动件的外凸轮3接触。内外凸轮和左右半轴之间通过齿轮或使用花键进行连接。所以当径向差速器需要传递动力时,主动套筒可以带动滑块,带动内外凸轮之间通过滑块的转动,同时也可以允许内外两个凸轮以不同的驱动力和转速进行转动。从理论上角度来讲,凸轮廓线的结构和形状设计应该有点像是阿基米德螺旋的凸轮廓线,但是我们为了加工比较方便,所以可以使用圆弧曲线来进行代替。图1-5滑块凸轮式差速器1.3.3蜗轮式差速器蜗轮式传动差速器,是高强度摩擦负载能力的自驱动锁定式齿轮传动差速器其中的一种。其半轴传动系统蜗杆2、4同时与半轴蜗轮1、5和四轴行星式四齿半轴传动蜗轮3啮齿结合,从而直接啮合组成一套完整的四轴行星式四齿轮半轴传动系统,如下见图1-6。图1-6蜗轮式差速器1.3.4牙嵌式自由轮差速器牙嵌式电动自由轮闭环差速器主动环是自锁式电动车轮差速器的一种。采用装有这种自由轮差速器的电动汽车在高速沿直线方向行驶时,主动环差速器可将由前轮主减速器传来的转矩按左、右轮阻力的均匀大小分配给左、右从动环(即左、右半轴)。电动汽车当侧轮停止悬挂或进入泥浆、冰和雪等混合物的涂层时,主动环的转向扭矩和阻力可以全部或大部分地分配给另外的一方。电动汽车当轮转弯工作完成时,外侧的车轮比较倾向于快速地转动,由于在高速转弯时由内外侧车轮差速器单方面地驱动外侧车轮差速器,转向的方向很重,特别是当涉及到拖车的时候,由于左轮和右轮的扭矩间歇,将致使车轮驱动装置承受更大的负荷,单向传动装置同样也会承受更大的负荷。如图：图1-7牙嵌式自由轮差速器其中牙嵌式自由轮差速器的半轴转矩比Ab是变化值，并且最大为正无穷。该自由轮自动差速器在基本设计上仍然拥有很多的重要优点, 例如:其高速工作效率好,使用寿命长,锁紧器的性能也变得比较稳定,并且其主要零部件的设计制造和安装加工也不复杂。1.4差速器的参考数据其中控制汽车最基本、最重要的技术参数之一,便是控制汽车的速度和载重了。这个技术参数是控制汽车的整体结构设计的基本依据,在保证汽车设计和制造企业整体的技术可靠性和生产经济性上,载重的速度和大小都将对汽车起到重要的主导作用,是主要影响因素。本次设计的车型为载货汽车,并规定它的载重至少是5000Kg。主要的参考数据有以下几点:1.当一辆汽车的满载的情况时候,它的总质量为9290kg；2.规定载货汽车发动机的最大额定功率的比值为99kw；3.规定载货汽车发动机的额定转矩为353Nm，最大转矩为158Nm；4. 驾驶汽车的最高连续行驶速度车速（满载，无拖挂）为90km/h；5.变速器的档位传动比确定根据以下原则：由于3档、4档和5档的汽车变速器需要平稳运行，无噪音。一档是车辆分级所需的特殊档位；二档是一档和三档之间的过渡。三、四、五挡通常采用高接触比设计，模数少，压力角小。从强度角度考虑，一档采用较高模数设计。由此可见，不同的模块和接触比在单齿轮箱中起着不同的作用。汽车变速箱中使用的齿轮齿形：要求最大可能的接触长度，因此在3、4和5档应用中使用最高的接触比齿轮。一档二档三档四档五档倒挡7.314.312.451.541.007.66表1-1变速器各档传动比6. 汽车的齿轮主动力减速器的形式主要表现为为双曲线齿轮单级采用自动减速式,所以选择齿轮主动机的减速比为6.33。2差速器的选择和工作原理2.1差速器的方案选择对称式行星锥齿轮差速器设计拥有很多的优点,比如:其结构简单,工作平稳,制造和加工不复杂等等,所以被广泛的应用于一般符合使用条件的载货动力汽车齿轮驱动桥,根据本次研究设计的载货动力汽车的齿轮驱动类型,初步将对称式行星锥齿轮差速器设计作为解决方案的第一步研究和选择。其设计简图所示如下2-1。图2-1差速器结构方案图如图所示,对称式半轴向差速器主要的结构是由1和4-差速器的左右齿轮传动壳体、半轴齿轮2、4个差速器的行星半轴向齿轮3和1个差速器的十字轴5。功率被左右齿轮传输给差动的左右壳体,导致了十字轴的旋转。除了与半轴向齿轮互相接触的差速器和行星半轴向齿轮的高速旋转外,还将转矩的传递反馈给半轴向齿轮,将半轴齿轮和半轴连接,该半轴向齿轮向驱动齿轮传输功率以完成汽车的循环。2.2差速器的工作原理差速器是一种装置，通常但不一定使用齿轮，能够通过三个轴传递扭矩和旋转，几乎总是以两种方式之一使用：一种方式，它接收一个输入并提供两个输出（这在大多数汽车中都有），另一种方式，它结合两个输入来产生一个输出是输入的和、差或平均值。在汽车和其他轮式车辆中，差速器允许每个驱动车轮以不同的速度旋转，而对于大多数车辆来说，差速器向每个驱动车轮提供相等的扭矩。差速器基于太阳轮和行星轮的原理。该小齿轮组安装在齿轮架内，并且可以自由旋转。车轮连接到小齿轮，驱动力通过托架传送，托架在汽车开始行驶时旋转。差速器的基本原理可以通过使用由两个小齿轮和齿条组成的设备来理解。两个机架都可以在垂直方向上移动，直到承重机架和滑动阻力会同时提升。放置在小齿轮齿条和连接到支架的小齿轮之间，并且可以通过这些支架移动。当在每个齿条上施加相同的负载“ W”，然后将支架（钩环）拉起时，第二个齿条将以相同的距离被提起，这将防止小齿轮不旋转。但是，如果将更大的负担放在齿轮齿条上，然后沿着齿轮齿条旋转，则负载会变重，这是由于给了小齿轮的囚犯不同，所以负担越小。升高的齿条间距与小齿轮的转数成正比。换句话说，架子的监护权会更大，而负载较小的囚犯会移动。该原理用于差动齿轮的规划。在车辆直线行驶期间，后轮的齿轮将通过齿圈差速器壳，轮-轮差速器小齿轮轴，轮-小齿轮差速器，侧齿轮齿不旋转而被驱动小齿轮筛分，保持拉入齿圈旋转。因此，车轮左右旋转都一样。在车辆左拐时，左轮大于右轮。如果带齿圈的差速器壳旋转，则小齿轮将绕其轴旋转，并且绕左侧齿轮的运动也随之旋转，因此，绕右侧齿轮的旋转数增加，在该侧齿轮的转数为2圈齿圈。可以说，平均第二圆齿轮与旋转齿圈相当。下面简单介绍差速器是如何工作的：图2-2 差速器原理图 输入扭矩施加在齿圈（蓝色）上，齿圈转动整个托架（蓝色），向两侧齿轮（红色和黄色）提供扭矩，从而驱动左右车轮。如果两个车轮上的阻力相等，则行星齿轮（绿色）不转动，两个车轮以相同的速率转动。图2-3 差速器原理图 如果左侧齿轮（红色）遇到阻力，行星齿轮（绿色）绕左侧齿轮旋转，进而对右侧齿轮（黄色）施加额外旋转。3.差速器非标准零件的设计对称式锥齿轮差速器详细结构如下图3-1：图3-1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-差速器右壳由于差动齿轮箱配备有主从动齿轮减速机，从动锥齿轮差速器的大小是有限的，轴承壳体和轴承壳体引导驱动齿轮驱动的齿轮，从动轴承，它们的大小会影响的大小从动锥齿轮。差速器安装在两个半轴驱动轴之间，它的大小被轴承座所限制。3.1对称式行星齿轮的设计计算3.1.1确定对称式差速器齿轮各项参数行星齿轮数目n的确定由于承载能力的不同，所以选择行星齿轮的数目也不同。如果设计需求承载能力比较大，那么可以选择n=4，其另一种情况下则可以选n=2,。由于本次选择承载汽车所能承载的重量比较大，所以选用4个行星齿轮，即n=4。行星齿轮球面半径Rb和外锥距Re的确定差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力由行星齿轮球面半径Rb决定： Rb=Kb3Td （3-1）式中：Kb行星齿轮球面半径系数，可取2.522.99，对于有4个行星齿轮的载货汽车取小值2.6Td是差速器计算转矩，Td=minTGe，Tcs，NmRb是球面半径，mm转矩的计算从动锥齿轮计算转矩TGeTGe=KdTemaxKi1ifi0n （3-2）式中：TGe-计算转矩，单位为Nm；Kd-由于猛接离合器而产生的动载系数，对于性能系数fj=0的汽车(一般小型汽车，矿用汽车，越野车)，取Kd=1；Temax-发动机最大转矩；K-液力变矩器变矩系数，K=1；i1-变速器一档传动比，为7.31；if-分动器传动比，为1；i0是主减速器传动比，为6.33；-从发动机到主减速器从动齿轮之间的传动效率，为96%；n-驱动桥数，取1。代入得TGe=115817.3116.330.961=7018.6Nm从动锥齿轮计算转矩TGsTGs=G2m2rrimm （3-3）式中TGs表示计算转矩G2表示满载状态下一个驱动桥上的静负荷，为了保证在泥泞路面上的通行能力，提高地面驱动力，常将满载时前轴负荷控制在总轴荷的26%27%m2表示汽车在发出最大加速度时的后桥负荷转移系数，一般乘用车为1.21.4，,此处m2取1.2-是轮胎与地面间的附着系数，对一般轮胎的公路用车，可取=0.85rr表示轮胎的滚动半径，查表得rr=0.398mim表示主减速器从动锥齿轮到车轮间的传动比，此处取im=3.125m表示主减速器从动齿轮到车轮间的传动效率，当无轮边减速器时，m=1代入上式得TGsTGe所以Td=minTGs，TGe=TGe=7018.6Nm将上面的数据代入式（3-1）中，得Rb=54mm锥齿轮的节锥距A0一般小于Rb，A0=0.980.99Rb=52.9253.46mm所以预选其节锥距A0=53mm.行星齿轮与半轴齿轮的设计和选择（1）行星齿轮和半轴齿轮齿数的确定为了使齿轮有较高的强度，希望取较大的模数，因此行星齿轮的齿数Z1应该尽可能少，但一般不小于10，通常使得半轴齿轮的齿数Z2保持在1415之间。汽车的半轴齿轮的齿数是行星齿轮的齿数1.52倍之间。由于需要将四个行星齿轮和两个半轴能够啮合，所以需要满足以下条件：行星齿轮数除以两个半轴齿轮的齿数之和，可以得到整数k即：Z1：Z2=1.5:2Z2L+Z2Rn=I （3-4）式中：Z1差速器行星齿轮的齿数；Z2差速器半轴齿轮的齿数；Z_2L和Z_2R-差速器左、右半轴齿轮的齿数，由于差速器选用的是对称式锥齿轮差速器，所以，使得Z2L=Z2R；I任意正整数。根据以上的叙述，初步可以确定Z1=10，Z2=18（2）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定行星齿轮节锥角1和半轴齿轮节锥角2的确定1=arctanZ1Z2=arctan1018=29 （3-5）2=arctanZ2Z1=arctan1810=61 （3-6）圆锥齿轮大端端面模数m的确定m=2A0Z1sin1=2A0Z2sin2=5.14mm （3-7）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=5.5mm半轴齿轮的节圆直径计算结果d1=mZ1=5.510=55mm （3-8）d2=mZ2=5.518=99mm （3-9） 压力角目前，汽车差动齿轮压力角大多采用22.5，0.8为齿高系数。齿数为10的行星齿轮齿可以满足对齿数的最低要求，并在一定条件下，例如：行星齿轮齿尖形状不发生变化，增加半轴齿轮的齿厚。从而，使得行星的强度齿轮和侧齿轮相等。在这种情况下，而20的压力角很少被采用，所以最好还是选择为22.5的压力角。. 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/1.1=d为了满足挤压强度要求，所以行星齿轮安装孔的孔径d和孔长度L的选择要根据以下公式得出：c=TdrdnLd103c （3-10）即dTdrdnLc103由上可得dTd1031.1rdnc式中：Td-表示差速器的计算转矩；rd-表示行星齿轮轴孔中心到节锥顶点的距离，即rd=0.579.2=39.6mm；c表示许用挤压应力，c=98N/mm2;L表示行星齿轮安装孔的长度;d表示行星齿轮安装孔的孔径。将上述计算结果代入（3-11），得：dTd1031.1rdnc=20.27mm根据本设计要求，取d=22mm，L=24mm。3.1.2差速器齿轮的几何计算图3.1.3差速器齿轮的强度计算啮合齿轮齿间载荷分布的计算是准确评估应力的基础，因此是保证失效预防的必要条件。还需要确定任意一组齿轮的制造误差和传动误差，以及齿廓修形量，以准确估计载荷分布，保证啮合动作的顺利进行。对现有产品给出的参数进行理论强度计算，已知参数为输入扭矩T0为4211.16Nm，模数为5.5mm，齿面宽度b为15mm，分度圆直径d取55mm，压力角为22.5度，行星齿轮齿数N为4，过载系数K0取1，尺寸系数Ks取0.649，载荷系数Km取1，速度系数Kv取1，几何系数J参考图3-1可知，取0.288，代入齿轮弯曲应力w公式，如（3-11），差动锥齿轮选用材料为SNCM4320，抗拉强度为980mpa，差动齿轮采用锻造材料，强度可提高15%，获得1127mpa的抗拉强度。 w=2TKsKmK0Kvmbd2J103 （3-11）图3-1弯曲计算用综合系数代入式（3-12）中，得w=24211.160.6491110315.515550.288=418.28MPa1127MPa可见理论应力值小于材料强度，满足要求。所以我们可以知道在初步设计、理论计算齿轮强度时，确定材料的强度，可以确定理论齿轮强度满足材料强度。生产的齿轮的实际强度也将与材料的强度相匹配3.1.4差速器齿轮材料的选择差速器材料选择基于锻造、压铸、机加工、焊接和注塑等工艺，并将其作为刀口和枢轴的载荷类型应用，以尽量减少热变形，用于安全压力容器、刚性材料、高阻尼材料等。为了使齿轮达到预期的性能、耐久性和可靠性，选择合适的齿轮材料是非常重要的。高承载能力需要一种难加工的坚硬材料；而高精度则偏爱易加工的材料，因此具有较低的强度和硬度等级。根据机器的要求，齿轮由多种材料制成。它们由塑料、钢、木材、铸铁、铝、黄铜、粉末金属、磁性合金和许多其他材料制成。齿轮设计师和用户面临着无数的选择。最终选择应基于对材料特性和应用要求的理解。比如在印度的中型卡车和重型卡车应用中，我们发现所有其他齿轮都存在齿轮齿断裂故障，而不存在任何性能或可靠性问题。在一个涉及采石场的应用中，经常使用倒挡齿轮，并观察到有拔牙现象。选择优质材料便解决了这一问题。所以我们需要在优化成本（包括设计和工艺）、重量和噪声的情况下，选择合适的齿轮材料以提高性能。材料选择。要求;杨氏模量：尽可能大。硬度：尽可能大。根据以上，所以我们最终选择汽车差速器齿轮的材料为20CrMnTi的渗碳合金钢。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因为行星齿轮的种类有很多，所以跟它配合的齿轮轴同样也可以分为很多种类，其中最为常见的两种分别是一字轴和十字轴。一字轴一般都只适用于载荷比较小的轻型汽车，因为轻型汽车的转矩需求一般不是很大。而作为载荷需求非常高的载货汽车，我们还是选择十字轴最好。十字轴是万向节最重要的部分之一。在大多数情况下，万向节的尺寸和使用寿命取决于十字轴。为了确保机械零件的质量，有必要满足与形式，功能，材料和制造过程有关的基本构造要求。本次设计的十字轴简图如下所示：图3-2十字轴的结构方案图3.2.2行星齿轮轴的尺寸选择由于行星齿轮的支承长度L=24mm，所以为了方便工作人员的安装，所以我们要选择比L要大一些的，最后选择轴颈的长度L1=50mm；但是行星齿轮需要和其他零件进行配合，所以需要安装孔的孔径和轴径的直径相等，即d=d1=22mm。 3.2.3行星齿轮轴材料的选择齿轮轴的种类和齿轮的种类一样，同样有很多，在我们选用材料时要注意根据轴的刚度、强度、耐磨性等等这些要求，还有能够实现这些要求采用的热处理方式，也要考虑到加工工艺的问题，在经济合理的条件下选用。十字轴最常见材料主要有碳素钢和合金钢。但是由于碳素钢比起合金钢来说，价格更为便宜，并且对于应力集中敏感性比较小，所以被广泛的应用。虽然合金钢的力学性能更好，淬火性也更好。但是对于本次设计对象，还是碳素钢更为合适。碳素钢也有很多种类，例如：30、40、45、50钢等等，由于45号钢应用最为广泛，所以我们选用45。3.2.4十字轴的强度校核在计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其花键的剪切应力和挤压应力。半轴花键的剪切应力为：s=T103DB+da4/zLPb （3-12）半轴花键的挤压应力为：c=T103zLpDB+dA4DB-dA/2 （3-13）其式中：T-十字轴承受的最大转矩，T=1667.95Nm；DB-半轴花键(轴)外径；da-相配的花键孔内径；z-花键齿数；LP-花键工作长度；b-花键齿宽；-载荷分布的不均匀系数，取0.75。将数据带入式（3-12）、（3-13）得：s=33.27MPac=62.39MPa根据要求当传递的转矩最大时，十字轴的切应力s不应超过71.05MPa，挤压应力c不应超过196MPa，以上计算均满足要求。3.3差速器垫圈的设计计算3.3.1半轴齿轮平垫圈的尺寸设计下图为平垫圈的结构方案简图：图3-3平垫圈根据以上计算得到的数据可知：差速器的半轴直径为50mm,如图3-3（a）所示，分局装配关系，我们可选择半轴齿轮平垫圈的安装孔直径D要略大于50mm，所以我们可以选择安装孔直径D2为50.5mm平垫圈，由图3-3（b），为了方便与垫圈的安装，所以我们选取垫圈的厚度h为8mm。选用的材料是65Mn。3.3.2行星齿轮球面垫圈的尺寸设计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装孔直径D2为22mm，厚h为7mm,选用的材料是Q235A。4差速器标准零件的选用4.1螺栓的选用和螺栓的材料在机械行业内，螺栓是应用最为广泛的标准件，几乎所有的机械零件都离不开它，无论是在机械方面还是其他方面，它都占据很重要的位置。所以我们正确的选用螺栓的材料，可以降低机械设备的实效几率，从而减伤意外事故的发生，有很重要的价值。所以我国对于螺栓加工的精确性很高。由于各种零件的需求不同，所以螺栓的种类有很多，例如：六角螺栓、圆头方颈螺栓、内六角螺栓、六角法兰螺栓等等。而最为广泛使用的便是内六角螺栓。具有方便拆卸和紧固，不容易滑角等优势，并且可以安装在不方便下扳手的部位，并且制造成本低于其他螺栓。本次就将采用这种螺栓。选用M141.5的规格，由于从动齿轮和差速器左壳之间要有足够大的力矩，所以需要137.2156.8Nm的拧紧力矩，并采用细牙螺纹，这样就满足了条件，即GB/T5782M141.5。目前主要加工标准碳钢，不锈钢，铜材料由三个形成的。碳中的碳含量可分为高碳钢，中碳钢，低碳钢和合金钢。含奥氏体不锈钢主要马氏体。所以，它的耐腐蚀性、强度还有耐热性都很好。铜一般由黄铜或者锌铜合金制成，使用不是很广泛。因为碳钢的各项性能都比较好，经济效益也很好，由于需要一定的强度，所以我们选用碳钢中的中碳钢。4.2螺母的选用和螺母的材料它仅由连接到构成主紧固构件的各个部件的螺母公知的。然而，在主机设计过程中，有的倾向于集中在工程机械和设备，功能，寿命，或开动率等使用的设计，直到最后考虑连接和坚果的选择问题。这可能是过去的事情了，但这种事情没有真正存在。这种选择方法，还发生后大量的机械和人身意外伤害，逐渐引起人们的关注。螺母的选用要根据以下原则：（1）根据螺母不同的特点选用（2）应以适用的节约原则选型。由于螺母是需要配合螺栓使用，所以根据我们选择的螺栓型号，螺母也应该选择同等级的，即M14，性能等级要求为8级的六角螺母- GB/T6170M14。因为螺母也是标准件，所以材料的选择和螺栓大致相同，同样选择碳钢中的中碳钢。4.3差速器轴承的选用在生活中中轴承的种类繁多，它们有着自己独特的功能。深沟球轴承，该轴承可承受径向载荷和轴向载荷。角接触轴承，它适合于高精度和高速的旋转运动。圆锥滚子轴承，它适合于承受重负荷和冲击载荷。与我们的设计要求相结合，所以我们选择的圆锥滚子轴承。通过之前对锥齿轮和半轴计算的数据，根据机械设计手册选择轴承的外径和轴承的内径，约80毫米与50mm左右。参见“机械设计课程设计手册”选择圆锥滚子轴承型号是7510EGB/T297-1994。5差速器总成的装配和调整5.1差速器的装配设计完差速器的各个零件部位，最后要讲这些部位组装在一起。具体步骤如下：1将差速器左右壳的小端轴径压入到轴承内环。2. 将从动锥齿轮的齿面向下放置，利用装配辅具，和左壳用端面带有防松齿形的连接螺栓拧紧，固定。并在连接处涂抹专用胶，并检测螺栓的拧紧力矩，需要保证在160200Nm。3.在差速器的左右壳上装如半轴齿轮止推垫片和半轴齿轮，并在十字轴上装入行星齿轮和行星齿轮垫片。4.最后将左右壳组合，保证配对正确，用带有花键的轴转动半轴齿轮，调整间隙。调整完毕，再用端面带有防松齿形的螺栓连接，并加以紧固，最后涂抹专用胶，检测拧紧力矩，保证力矩在200250Nm，装配完成。5.2 差速器齿轮副啮合的间隙一般来讲，差速器行星齿轮和半轴齿轮之间存在啮合间隙，大概是0.260.36之间，主要是依靠半轴齿轮上的止推垫片来调整的。检查方法如下：需要测量止推垫片和半轴齿轮支撑面他们之间的间隙，一般来说，大概在0.8mm1.4mm之间。用0.8和1.4的塞尺卡进这个缝隙，当0.8的塞尺进去之后行星齿轮可以正常的选择，则符合要求，反之，就表示缝隙过小，需要退换。1.4的塞尺也用相同的方法测试，进去可以正常转动，则缝隙太大
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