差速器半轴设计

1、第4章差速器设计4.1概述根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路的特征，为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的弊病，汽车左右驱动轮间都有差速器，保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以下不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学的要求。4.2差速器的作用差速器作用：分配两输出轴转矩，保证两输出轴有可能以不同角速度转动。本次设计选用的普通锥齿轮式差速器结构简单，工作平稳可靠，适用于本次设计的汽车驱动桥。4.3对称式圆锥行星齿轮差速器设计中采用的普通对称式圆锥行星齿轮差速器（如图4.1）由差速器左壳为整体式，图4.1中央为普通对称式圆锥行星齿轮差速器2个半轴齿轮，4个行星齿轮，行星

2、齿轮轴，半轴齿轮以及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，所以本设计采用该结构。由于差速器壳是装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器的轮廓尺寸也受到从动齿及主动齿轮导向轴承支座的限制。普通圆锥齿轮差速器的工作原理图，如图4.2所示。4.3.1差速器齿轮的基本参数选择(1)行星齿轮数目的选择重型货车多用4个行星齿轮。(2)行星齿轮球面半径RB(mm)的确定圆锥行星齿轮差速器的尺寸通常决定于行星齿轮背面的球面半径RB,它就是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

3、度。球面半径可根据经验公式来确定：_3-RB=KB4=73.62887.36(mm)(4.1)圆整取RB=75mm式中：KB行星齿轮球面半径系数，2.522.99,对于有4个行星轮的公路载货汽车取小值，取2.99;RB确定后，即根据下式预选其节锥距：Ao=(0.980.99)RB=73.574.25mm取74mm(4.2)(3)行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择为了得到较大的模数从而使齿轮有较高的强度，应使行星齿轮的齿数尽量少，但一般不应少于10。半轴齿轮的齿数采用1425。半轴齿轮与行星齿轮的齿数比多在1.52范围内。取乙=11,Z2=220在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左、右两半轴齿轮的齿数Z2

4、L,Z2R之和，必须能图4.2普通圆锥齿轮差速器的工作原理图被行星齿轮的数目n所整除，否则将不能安装，即应满足:z2L-z2r2222=11n4(4)差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定和半轴齿轮的节锥角2 22 2：Z1,Z21 1a aarctan=26.565;1 1=arctan=63.43;z2z1式中：乙，z2行星齿轮和半轴齿轮齿数。再根据下式初步求出圆锥齿轮的大端模数：m=sin1=sin2=6.01乙z2取标准模数6;式中：A0，乙,z2在前面已初步确定。算出模数后，节圆直径d即可由下式求得：d1=mz1=66mm;d2=mz2=132mm(4.6)(5)压力角a目前

5、汽车差速器齿轮大都选用22二30的压力角，齿高系数为0.8,最少齿数可减至10,并且再小齿轮(行星齿轮)齿顶不变尖的情况下还可由切相修正加大半轴齿轮齿厚，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度。(6)行星齿轮安装孔直径4及其深度L的确定行星齿轮安装孔巾与行星齿轮名义直径相同，而行星齿轮安装孔的深度L就是行星齿轮在其轴上的支承长度。2T103L=1.1*=35.97(mm)L*=1.1#=-0LnlT01034=32.70mm(4.7)1.1二Cnl式中：TO差速器传递的转矩24942Nm；n行星齿轮数4;l行星齿轮支承面中点到锥顶的距离，mm.l%0.5d2,d2是半轴齿轮齿面宽中点处的直径d20

6、.8d2,l=64mm;仃c支承面的许用挤压应力，取为69MPa.4.3.2差速器齿轮的几何尺寸计算与强度计算(4先初步求出行星齿轮表4.1为汽车差速器用直齿锥齿轮的几何尺寸计算步骤，表中计算用的弧齿厚系数 p 见图4.3。表4.14.1汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算表序号项目计算公式及结果1行星齿轮齿数Z1=112半轴齿轮齿数Z2=223模数m=64凶回竟F=0.30A0=22.2mm,取F=22m5齿工作局hn=1.6m=9.6mmg6的王同h=1.788m+0.051=10.779mm7压力角9a=22308轴交角工=909节圆直径d1=mz1=66mm;d2=mz2=132mm10

7、节锥角ZZ14zZ2。，=arctan=26.565;；1=arctan=63.43;Z2Z111节锥距d1d2A0=i=73.79mm2sin；12sin；212周节t=3.1416m=18.85mm13齿顶局0.37几=hg-h2=6.465mm;h2=0.43+m=3.135/Z22（r）14齿根高._A=1.788m一h1=4.263mm;耳=1.788m一h2=7.593mm15径向间隙c=hhg=0.188m+0.051=1.179mm16齿根角,61=arctan=3.306o;62=arctan=5.875AA17面锥角1=Z+62=32.44=;稣2=七+61=66.736：

8、18根锥角R1=Z。=23.259;R2=2。2=57.3619外圆直径d01=d|+21cos=77.765mn1d02=d2+2h2cos?2=138.79mm20节锥顶点至齿轮外缘距离/01=运-h1sinY Y1 1=63.11mm;702=小一卜2sin飞2 2=30.196mm2221理论弧齿厚t，、，G=t-S2=13.9088mm;S2=-（几一h2）tanTm=11.224mm222齿侧间隙B=0.189mm（高精度）注:实际齿根高比上表计算值大0.051mm差速器齿轮主要进行弯曲强度计算，而对于疲劳寿命则不予考虑，这是由于行星齿轮在差速器的工作中经常只起等臂推力杆的作用，仅

9、在左/右驱动车轮有转速差时行星齿轮和半轴齿轮之间有相对滚动的缘故。汽车差速器齿轮的弯曲应力为3210TKoKsKm仃=w2KvFz2mJ式中：T差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩，Nm；Tj0.6T二nTje0.6Tjm0.6Te=-=3741.3Nm;Tm=-=1155.87mm44n差速器行星齿轮数目4;Z2半轴齿轮齿数22;4mKs尺寸系数Ks=J=0.7491;,25.4(4.(8)(4.(9)KOKv超载系数1.0;质量系数1.0;H0 0-nOiO-nOiO3 31 1raorao-0030-0030-O.fMG-O.fMG-fi.uib-fi.uib1 100J50900J

10、509 田段 bl0.750.7D.65bl0.750.7D.650 0C,550,5C,550,5 口始图4.3汽车差速器直齿锥齿轮切向修正系数（弧齿系数）J一UdllTiKm载荷分配系数1.1；F齿面宽22mm;m模数6;J计算汽车差速器齿轮弯曲应力的总和系数0.226,见图4.4相理 I I 价另向怩的齿散I I。1212M MJ6J625252D2D212122222020L8L81 16 6以Tje计算得：仃w=847.02MPa仃w980MPa以Tjm计算得：仃w=198.93MPaOw210.9Mpa综上所述，差速器齿轮强度满足要求。4.4本章小结本章首先说明了差速器作用及工作原

11、理， 对对称式圆锥行星齿轮差速器的基本参数进行了必要的设计计算，对差速器齿轮的几何尺寸及强度进行了必要的计算，最终确定了所设计差速器的各个参数，取得机械设计、机械制造的标准值并满足了强度计算和校核。Q2IAu.220rtQ2IAu.220rtr r2220.2242220.2246.2266.2260290290.2300.23002320232f f图4.4弯曲计算用综合系数J第5章半轴设计5.1概述驱动车轮的传动装置置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。 在断开式驱动桥和转向驱动桥中.驱动车轮的传动装置包括半轴和万向接传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式

12、驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半铀齿轮和轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。5.2半轴的设计与计算半轴的主要尺寸是它的直径，设计计算时首先应合理地确定其计算载荷。半轴计算应考虑到以下三种可能的载荷工况：(1)纵向力X2(驱动力或制动力)最大时(X2=Z2。)，附着系数小取0.8,没有侧向力作用；(2)侧向力Y2最大时，其最大值发生于侧滑时，为Z2(K侧滑时轮胎与地面的侧向附着系数也在计算中取1.0,没有纵向力作用；(3)垂向力最大时，这发生在汽车以可能的高速通过不平路面时，其值为(Z2-gw)kd,kd是动载荷系数，这

13、时没有纵向力和侧向力的作用。5.2.1全浮式半轴的设计计算(1)全浮式半轴在上述第一种工况下纵向力应按最大附着力计算，即(X2L=X2R=mG2cP=49884.74N(5.1)2式中：G2满载静止汽车的驱动桥对水平地面的载荷，取95932.2N;m汽车加速和减速时的质量转移系数，对于后驱动桥可取1.3;中一一轮胎与的地面的附着系数0.8;对于驱动车轮来说， 当按发动机最大转矩及传动系最低档传动比计算所得的纵向力小于按最大附着力所决定的纵向力时，则按下式计算，即X2L或X2R=tTemaxiTLT/rr=27585.6N(5.2)式中：之一一差速器的转矩分配系数0.6;式中：d(5.(3)T1

14、03d-0.1963_=(2.052.18%T取d=36(5.(4)半轴杆部直径mm；半轴的计算转矩，14965.2Nm；臼一一半轴转矩许用应力，MPa。因半轴材料取40MnB,为926.1MPa左右，考虑安全系数在1.31.6之间，可取=692MPa；半轴的扭转应力可由下式计算：T3103=542.1Nmm三692MPa二3d316(5.(5)式中：半轴扭转应力，MPa；-传动系最低档传动比39.59;-汽车传动效率0.9;轮胎滚动半径0.5425m。(2)半轴的设计杆部直径的选择设计时，半浮式半轴杆部直径的初步选择可按下式进行:Temax发动机最大转矩700Nm；ITLrr取两者的较小值，

15、 所以X2L转矩为：=X2R=27585.6NT=X2L注：第二种和第三种工况未计算，图rr=X2Rrr=14965.2Nm5.1为全浮式半轴支承示意图。(5图5.1全浮式半轴支承示意图T半轴的计算转矩14965.2Nm；d半轴杆部直径36mm。半轴花键的剪切应力为:T103(DBdA)zLpb;4半轴花键的挤压应力为:式中：T半轴承受的最大转矩14965.2N.m；DB半轴花键外径，57mm；dA相配的花键孔内径，49.5mm；z花键齿数18;Lp花键的工作长度70mm;1化键齿范，mm,nm=4.71mm;2载荷分布的不均匀系数，可取为0.75。注：花键的选择（30二渐开线）初选分度圆直径

16、D=54mm,则模数m=3,取标准模数m=3z半轴的最大扭转角为“当103=8.63GJ二式中：T半轴承受的最大转矩，14965.2Nm；l半轴长度1100mm；G材料的剪切弹性模量8.4104N/mm2;J半轴横截面的极惯性矩，J=d4=717452.3mm4325.2.2半轴的结构设计及材料与热处理为了使半轴和花键内径不小于其干部直径，常常将加工花键的端部都做得粗些，并使当地=126.2816s=500MPa(5.6)T103(1(-=158.61.cc=512MPa(5.7)(5.8)减小花键槽的深度，因此花键齿数必须相应地增加。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏，因此在结构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。为了使半轴杆部和突缘间的过渡圆角都有较大的半径而不致引起其他零件的干涉，常常将半轴凸缘用平锻机锻造。本设计半轴采用40Cr,半轴的热处理采用高频、中频感应淬火。这种处理方法使半轴表面淬硬达HRC5263,硬化层深约为其半径的1/3,心部硬度