【《某越野车后驱动桥差速器的设计计算案例》3700字】

某越野车后驱动桥差速器的设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u253511.1概述 1244801.2工作原理 1291311.3主要零部件结构方案的确定 2136771.4差速器主要零部件的设计计算 922691.5齿轮参数的选择与强度计算 12150971.6差速器齿轮的材料 161.1概述差速器，它的主要作用是当汽车在转弯或者在不平的道路上行驶时，允许左、右两边车轮以不同的转速旋转[2]。结合越野车型的特点，本设计采用防滑差速器，具体结构选用带摩擦片式自锁差速器，因为它结构简单，工作平稳可靠。1.2工作原理摩擦片式自锁差速器是利用主、从动摩擦片产生摩擦力矩，使转矩重新分配，来实现限滑的功能，其基本结构如图3.4所示。图3.4摩擦片式自锁差速器结构简图1—差速器左壳2—蝶形弹簧3—主动摩擦片4—从动摩擦片5—压力环6—行星齿轮7—十字轴8—半轴齿轮9—差速器右壳汽车直线行驶两侧车轮无转速差时，主动摩擦片3和从动摩擦片4不会发生相对滑转，半轴齿轮8和差速器壳1、9转速相等，大部分转矩平均分配给两个半轴，这与普通对称式锥齿轮差速器相同；当汽车打滑或转弯有转速差时，差速器壳1、9的转速与左右半轴齿轮8的转速不相等，从动摩擦片4和主动摩擦片3之间会产生相对转动，同时十字轴7对压力环的V型楔槽产生一个轴向压力，将主动摩擦片3和从动摩擦片4压紧产生摩擦力矩，力矩方向与快转的半轴旋转方向相反，与慢转的半轴旋转方向相同，在摩擦力矩的作用下，转矩重新分配，使得转速慢的力矩增加，达到限滑的目的。这种摩擦片式自锁差速器具有以下优点：由于压力环的存在，可以感知转矩的变化，工作时反应迅速；结构尺寸小，布置容易；零件数量较少，制造难度和制造成本相对较低；在此基础上可以实现电控，为电控摩擦片式自锁差速器的开发有实际意义；1.3主要零部件结构方案的确定如图3.5所示为带摩擦片式自锁差速器结构示意图：图3.5摩擦片式自锁差速器1—蝶形弹簧2—主动摩擦片3—从动摩擦片4—压力环5—半轴齿轮6—行星齿轮7—十字轴8—差速器壳压力环压力环是摩擦片式自锁差速器中传力的部件，左、右两部分合在一起包裹差速器齿轮机构，其结构如图3.6所示。图3.6压力环（左半部）其主要结构特点及作用是：设计有35°和45°的v型槽。这个v型楔面的主要作用是在不同工况下；将作用在上面的圆周力转化为对主、从摩擦片的轴向压力；外侧设计有与差速器壳相配合的键，起到定位和传递动力的作用；3、两个摩擦力矩合在一起构成内球面，包裹差速器的齿轮机构，起到保护作用；主、从动摩擦片当量摩擦当量摩擦半径的计算公式为：（3.12）式中：D——摩擦片外径mm；d——摩擦片内径mm；当时，当量摩擦半径（3.13）主、从动摩擦片基本形状如图3.7所示：a主动摩擦片b从动摩擦片图3.7主、从动摩擦片主要结构特点是：主动摩擦片外边缘和从动摩擦片内圈上有键，可以分别与差速器外壳和半轴的槽相配合，从而实现摩擦片组的径向定位和传递动力。蝶形弹簧碟形弹簧受力变形所产生的弹性力来压紧摩擦片，它可以保持相对稳定的弹性力，其基本形状如图3.8：图3.8蝶形弹簧碟性弹簧其变形力F0的计算公式为：（3.14）式中：F0——弹性变形力，N；δ——厚度，mm；λ——变形量，mm；E——弹性模量，Mpa；μ——泊松比；K1——计算系数；R——自由半径，mm；h——内锥高，mm；蝶形弹簧的弹性特性只与高厚比有关，高厚比对碟形弹簧性能的影响可由图3.9说明：图3.9碟形弹簧的性能曲线为保证碟形弹簧在工作时产生的变形力稳定和工作轻便，其高厚比在之间取值。行星齿轮轴本次设计采用的是整体式行星齿轮，其主要结构特点是由四个支承行星齿轮的面，在轴颈处铣有可供行星齿轮润滑的面，如图3.10所示：图3.10整体式行星齿轮轴半轴齿轮与行星齿轮半轴齿轮在轴端圆周上设计有键槽，其作用主要是用来与从动摩擦片的键相配合，如图3.11所示；而行星齿轮无论是在结构上，还是在形状上都与普通差速器的行星齿轮没有什么区别。a立体图b零件简图图3.11半轴齿轮差速器壳摩擦片式自锁差速器壳体普通差速器形状相似，由图3.12a、b所示。区别就是差速器壳内部开设有有凹槽，分别与主动摩擦片及压力环的外键相配合，实现同步转动。ab图3.12差速器壳锁紧系数及其计算行星齿轮轴与压力环相接触的部分进行受力分析，如图3.13从图中可知，其圆周力为：（3.15）式中：——压力环承受的圆周力，N；——差速器壳传递转矩，；——压力环当量作用半径，m；图3.13行星齿轮轴与压力环受力分析产生的轴向力为：（3.16）式中：——行星齿轮轴对压力环轴向压力，N；——压力环作用角度；将式（3.15）代入式（3.16）中，M0为差速器壳传递转矩有（3.17）摩擦元件所产生的摩擦力矩为（3.18)式中：——单侧摩擦力矩，；——摩擦片作用面数；——摩擦片摩擦系数；——摩擦片平均摩擦半径，m；发生差速时，慢转侧和快转侧的驱动力矩分别为：（3.19)（3.20）而内摩擦力矩为左右两侧转矩之差，即（3.21）将式（3.18）~（3.20）代入（3.21）式，有（3.22）故锁紧系数为：（3.23）1.4差速器主要零部件的设计计算锁紧系数的确定和单侧摩擦力矩、预紧力矩的分析计算①理论锁紧系数根据锁紧系数的选择原则，考虑到越野车型特点，自锁差速器的锁紧系数选在。②单侧摩矩和传动擦力矩的确定为差速器壳体最大作用转矩（3.24）式中:——计算转矩，3818.25N.m；igl——主减速器一档传动比，3.967；根据锁紧系数公式（3.25）③预紧力矩预紧力矩的作用是在汽车某一侧车轮打滑时，保障另一侧在车轮轮能够有足够的驱动力使汽车行驶，同时预紧力矩也是产生预紧力的原因，即有：（3.26）式中：——预紧力矩，N.m；——汽车总重量，22850N；——道路滚动阻力系数；0.01；——轮胎滚动半径，0.388m；代入数据，有：由此可知，摩擦片式自锁差速器的预紧力矩Ms0取大于88.65N.m即可产生所需内摩擦力矩的要求。所以预紧力矩取Ms0=90N.m摩擦片组结构参数的选择①摩擦片内外径d、D，厚度h以及平均摩擦半径的确定按照经验公式选用:（3.27）式中：——发动机最大转矩365；——直径系数，对于越野车型而言在13~15之间，取13；代入数据计算得D=248.36mm，对照表3.4选取D=250mm，d=155mm，h=3.5mm，外、内花键应该与差速器壳、半轴齿轮上的键槽配合，具体尺寸大小键半轴齿轮花键的设计说明。表3.4摩擦片尺寸选取表外径D（mm）内径d(mm)内外径之比d/D2251500.6672501550.6202801650.589由于，所以摩擦片平均摩擦半径=101.25mm。②单侧摩擦片组数及材料选择单侧摩擦片组为3组，摩擦片的材料确定为半金属摩擦材料[17]。确定压力环v型槽楔角和压力环作用当量半径rp①由行星齿轮轴工作面挤压应力和产生轴向压紧力之间优化分析，选取V型槽角45°。②压力环作用当量半径rp由公式（4.11）可算出（3.28）确定碟型弹簧的结构参数①碟型弹簧的内外径d和D采用与摩擦元件相同的内外径，即外径为200mm，内径为155mm。②碟型弹簧的厚度δ内锥高h厚度与摩擦元件相同，即为3.5mm；由前文可知，为了满足摩擦片式自锁差速器的工作要求，一般取在间,所以h=（）δ=（7~9.89）mm，选取h=8mm。1.5齿轮参数的选择与强度计算行星齿轮数目的选择对于越野车型来说，选用4个行星齿轮。（2）球面半径和节锥距的确定根据经验公式：（3.29）式中：——球面半径系数，越野车取2.99；——取，较小的者即=3818.32；代入数据经计算=39.39~46.73mm，取=46mm球面半径确定后，即根据下式预选其节锥距：=（0.98～0.99）=45.08~45.54mm，取=45.5mm（3.30）（3）行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择按照选择原则，要想四个行星齿轮与两个半轴齿轮啮合，则它们齿轮齿数之和必须能被行星齿个数四整除，为了提高强度，行星齿轮的齿数尽可能小。取行星齿轮齿数z1=10，半轴齿轮齿数z2=16，且，满足设计条件。（4）齿轮模数m及半轴齿轮节圆直径d的确定首先由公式算出节锥角：（3.31）则圆锥齿轮的大端模数：（3.32）由计算可知，取标准模数=5；节圆直径d即可由下式求得；（3.33）（5）压力角差速器齿轮选用的压力角最为合适，齿高系数为0.8（6）行星齿轮安装孔直径及其深度L的确定行星齿轮安装孔与行星齿轮轴端直径相同，深度L就是行星齿轮在其轴上的支承长度，如图3.14所示。图3.14安装孔直径及其深度L由公式可得：（3.34）（3.35）=32.70mm（3.36）式中:——差速器传递的转矩3818.25；n——行星齿轮数4；——支承面中点到锥顶的距离，mm，，是半轴齿轮齿面宽中点处的直径，=80mm；[]——支承面的许用挤压应力，查机械设计手册取为69MPa.。代入数据得：mmL=1.1×19.82=21.80mm差速器齿轮的几何尺寸计算表3.5差速器齿轮的几何尺寸计算序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数102半轴齿轮齿数163模数54齿面宽b=(0.25～0.30)A013.65mm5工作齿高8mm6全齿高8.911mm7压力角22.30°8轴交角90°9节圆直径mmmm10节锥角=32.01°=57.99°11节锥距=45.5mm12周节=3.1416=15.708mm13齿顶高=5.127mm=2.872mm14齿根高=1.788-=1.788-=3.813mm=6.068mm15径向间隙=-=0.188+0.051=0.9111mm16齿根角==4.79°=7.59°17面锥角=39.59°=62.78°18根锥角=27.22°=50.40°19外圆直径=58.69mm=83.04mm20节圆顶点至齿轮外缘距离mmmm21理论弧齿厚=7.193mm=8.515mm22齿侧间隙=0.127mm（8）差速器齿轮的强度计算齿轮的弯曲应力为：（3.37）式中：T——差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩，；==572.73；（3.38）==124.89；（3.39）n——行星齿轮数目4；z2——半轴齿轮齿数16；