【《某汽车差速器的设计计算案例》3100字】

某汽车差速器的设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u12924某汽车差速器的设计计算案例 [6]。随着科技的发展，为了防止汽车差速器出现故障，出现一边打滑的情况，可以在差速器上安装差速锁。由于差速锁的设置比较严格，一般只有在军用汽车上使用，并没有在国内市场上推广使用。图1.1普通的对称式圆锥行星齿轮差速器通过查阅文献了解行星齿轮差速器的结构组成，其结构如图1.1所示。顾名思义，行星齿轮差速器主要由行星齿轮负责传动，行星齿轮不能直接裸露在外面，这样很容易会在传动过程中由于小石子迸溅导致传动失效，因此在行星齿轮外部套有差速器壳保护行星齿轮。行星齿轮差速器的传动轴为半轴，经过差速器的力矩会经由半轴传递至驱动车轮处。一般汽车上具有四个行星齿轮，但是，如果汽车的载重较小，不是汽车，类似于载人轿车，就可以简化为两个行星齿轮甚至一个行星齿轮。很多对越障性能要求较高的越野车也使用这种差速器，但是需要注意越野车的打滑情况，若汽车对于差速性能要求较高，可以使用摩擦元件，将摩擦元件安装在汽车差速器内部，当汽车差速器内部摩擦力不够时，摩擦元件会增大差速器的锁紧系数。如果条件允许，也可以在汽车上安装差速锁来防止汽车打滑，这样不仅保证了驾驶员的安全，还给驾驶员带来驾驶操纵的刺激感[7]。1.2差速器的齿轮材料差速器锥齿轮的工作环境恶劣，锥齿轮在汽车工作时一直保持工作，与其他传动系相比较，差速器传动轴承的工作条件较差。与其他类型的齿轮相比较，差速器锥齿轮具有较大的承载能力，可适应各种路况。其中主传动过程是齿轮传动系统中最需要加强的环节。加强齿轮系统中主传动齿轮的磨损强度，保证其齿轮心具有一定的耐磨能力，以满足汽车在颠簸路况行驶时能够承载来自路面的冲击力，避免差速器齿轮在较大的载荷下工作时发生断裂的情况。目前市场上常见的差速器齿轮材料都是渗碳合金钢，对比各种常见金属材料，渗碳合金钢具有较高的碳含量。且其制作的主减速器锥齿轮芯是软的。而且在金属材料曲线中可以发现钢的强度是比较好的[11]。渗碳合金钢的使用范围更加广阔，但是使用钢铁作为主减速器锥齿轮的制作材料也具有一定的缺陷。例如差分转速齿轮的精度较低，现在的差速器对差分转速齿轮采用精锻的方法进行改进。1.3圆锥齿轮差速器齿轮设计此次设计中由于汽车满载时的载荷较大，因此采用四个行星齿轮进行传动。计算圆锥行星齿轮的差动大小时需要知道行星齿轮背面的球面半径尺寸，由此可得差动伞齿轮之间的安装距离尺寸。（1）由此可得球面半径为：（4-1）式中：为行星齿轮的球面半径系数。汽车取2.4-3，根据对于四个行星齿轮的轿车和公路用货车取小值，对于两个行星齿轮的轿车级四个行星齿轮的越野车和矿用车取大值，故在这里取2.1.带入数据得圆锥齿轮的球面半径为（2）圆锥行星齿轮的节锥距为：（4-2）得圆锥行星齿轮的节锥距为38mm。（3）齿数的确定为了保证所设计的行星齿轮具有较大的强度，首先给与行星齿轮一个较大的弹性模量，就应使齿轮的齿数尽量少。通过查阅文献与机械设计手册[3]可知，半轴齿轮的齿数一般在13-25之间，侧齿轮与行星齿轮的齿数比在1.4-2的范围内。在设计过程中所选用的左右齿轮齿数之和必须被行星齿轮数所整除，不然会出现无法安装的情况。据以上依据，此次设计中采用的齿轮数为,.（4）半轴齿轮节锥角（4-3）（5）圆锥型齿轮的大的一端的模数m（4-4）将数据带入取整得m=3。（6）节圆直径，（4-5）（4-6）计算可得，节圆直径，。（7）安装孔径及深度通过查阅汽车差速器手册可知，差速器的压力角的齿全高系数为0.8。齿轮齿数应大于14，设计过程中行星齿轮的顶部可以使用变位系数来修正。行星齿轮的安装结构图如图4-2所示，通过该图可以了解到行星齿轮的安装的孔的公称直径与行星齿轮一样，行星齿轮的安装孔深度与其轴上的轴承长度一致[10]。图4-2安装孔直径及其深度L（4-7）（4-8）式中：为差速器传递的转矩；n为行星齿轮个数，n=4;为行星齿轮支撑面中点到锥顶的距离，；为半轴齿轮齿面中点处的直径，；为齿轮支承面许用挤压应力，；将数据代入上式可得安装孔直径取整为，安装深度为L=22mm。1.4圆锥齿轮差速器齿轮强度计算完成差速器的齿轮关键几何尺寸计算后，对齿轮的强度进行校核，保证其能够满足使用寿命。由于差速器齿轮在工作过程中经常会作为推力杆工作，导致行星齿轮的使用寿命受载荷作用与疲劳的影响较大，因此，对其进行强度计算。（1）齿面宽1）分锥角（4-8）2）锥距（4-9）3）齿宽（4-10）齿宽系数为0.25。通过计算可得，齿轮的分锥角为，分度圆直径，锥距，齿宽。设计过程中，一般小齿轮的齿面宽度比大齿轮大十分之一左右，因此，小齿轮齿面宽为12mm。（2）汽车差速器齿轮的弯曲应力为（4-11）式中：为载荷分配系数，；为尺寸系数，为质量系数，为齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，T为差速器的行星齿轮给对半轴齿轮的转矩；以计算得：以计算得：所以综上所述差速器齿轮强度满足要求。1.5十字轴的设计与计算1.5.1十字轴的设计汽车在道路上沿直线行驶时汽车的两侧轮毂所受阻力大小基本相同。差数器内部的行星齿轮会随着十字轴进行工作，从而推动十字轴的半轴以相同的速度旋转。半轴安装在汽车的驱动轮毂上，因此半轴的旋转速度与轮毂的旋转速度相同。当汽车做转弯动作时，会导致汽车的两侧驱动轮所受到的阻力变化，可以通过差数器作用，将汽车两侧车轮处的阻力所形成的力矩通过半轴传动倒半轴齿轮处。半轴齿轮与十字轴相连接，驱使十字轴转动，从而使车轮转速减慢货车轮转速增加。达到两侧侧轮转数不同的目的。所设计的十字轴结构如图4-3所示。图4-3十字轴结构1.5.2十字轴的直径的选用传动轴的扭转强度条件为（4-16）由上式可得传动轴的直径；式中：P轴传递的功率（kW）； n轴的转速（r/min）式中，可以参见下表；对于空心轴，则；其中=，即空心轴的内径dc与外径Dc之比，通常取=0.5~0.6十字轴常用材料的及值，见表4-1。将数据代入上式可得十字轴的直径为：，取370mm，内径204mm。表4-1十字轴常用材料参数表传动轴的材料Q235-A、20Q27、534540Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr115~2520~3525~4535~55A0149~126135~112126~103112~971.5.3临界转速的计算在选择十字轴长度和断面尺寸时，应考虑使十字轴有足够高的临界转速。由机械振动理论可知，对应其弯曲振动的一阶固有频率临界转速nk为：