汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、雨燕1.3L乘用車(chē)普通錐齒輪差速器及半浮式半軸設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要:普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)可靠、質(zhì)量較小、制造方便、用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類(lèi)車(chē)輛上。本文參照傳統(tǒng)差速器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了雨燕1.3L乘用汽車(chē)差速器的設(shè)計(jì)。本文首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，然后參考圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，確定出差速器齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)；最后對(duì)差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和校核。本文是采用普通圓錐齒輪差速器作為雨燕1.3L乘用汽車(chē)的差速器進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 半浮式半軸以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼

2、外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車(chē)輪轂相固定，或以突緣直接與車(chē)輪輪盤(pán)及制動(dòng)鼓相聯(lián)接，因此，半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還要承受車(chē)輪傳來(lái)的垂向力、縱向力（驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）及側(cè)向力所引起的彎矩。可見(jiàn)，半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜，但它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。用吞質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負(fù)荷也不大的轎車(chē)和輕型載貨汽車(chē)。雨燕1.3L小型乘用車(chē)的結(jié)構(gòu)緊湊，整備質(zhì)量小，適合選用半浮式半軸。關(guān)鍵字：對(duì)稱(chēng)式、錐齒輪、差速器、行星齒輪、半浮式半軸引言：根據(jù)汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車(chē)輪、道路以及它們之間的相互關(guān)系表明：汽車(chē)在行駛過(guò)程中左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是

3、有差別的。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車(chē)輪的行程總要比內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)。另外，即使汽車(chē)作直線(xiàn)行駛，也會(huì)由于左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路面垂向波形的不同，或由于左右車(chē)輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因互引起左右車(chē)輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求車(chē)輪行程不等 。在左右車(chē)輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸將動(dòng)力傳給左右車(chē)輪，則會(huì)由于左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速雖相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一紅運(yùn)車(chē)輪產(chǎn)生滑移。這不僅會(huì)使輪胎過(guò)早磨損、無(wú)益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng) 車(chē)輪軸超載等，還會(huì)加為不能按所要求的瞬時(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車(chē)輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移

4、，易使汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)失去搞側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞，從而滿(mǎn)足了汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。同樣情況也發(fā)生在多橋驅(qū)動(dòng)中，前、后驅(qū)動(dòng)槰這間，中、后驅(qū)動(dòng)橋之間等會(huì)加車(chē)輪滾動(dòng)半徑不同而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)橋間的功率循環(huán)，從而使傳動(dòng)系的載荷增大，損傷其零件，增加輪胎的磨損和燃料的消耗等，因此一些多橋驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上也裝了軸間差速器。差速器用來(lái)在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器按其結(jié)構(gòu)特征不同有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器。雨燕1.3L乘用車(chē)的基本配置如下表格所示汽車(chē)布置方式前置橫列 前驅(qū)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）110/3500-4500總長(zhǎng)(單位:mm)3695壓縮比（選填）總寬(單位:mm

5、)1690離合器總高(單位:mm)1510變速器檔數(shù)4軸距(單位:mm)2390輪胎類(lèi)型與規(guī)格(km/h)185/60R15前輪距(單位:mm)1470轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器后輪距(單位:mm)1480前輪制動(dòng)器盤(pán)式整備質(zhì)量kg1040后輪制動(dòng)器鼓式總質(zhì)量kg1365前懸架類(lèi)型螺旋彈簧、滑柱擺臂式獨(dú)立懸架發(fā)動(dòng)機(jī)型式汽油缸后懸架類(lèi)型螺旋彈簧,縱臂扭轉(zhuǎn)梁式非獨(dú)立懸架排量（L）1301最高車(chē)速（km/h)163最大功率（KW） 63/6000 一、普通錐齒輪差速器設(shè)計(jì)1、對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器的差速原理圖2-1 差速器差速原理 如圖2-1所示，對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼3與行

6、星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為和。A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離均為。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖2-1），其值為。于是=，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。 當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合點(diǎn)A的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為=-。于是+=（+）+(-)即 + =2 （2-1）

7、 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則 （2-2） 式（2-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。 由式2-2）還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。2、對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器由差速器

8、左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類(lèi)車(chē)輛上。3、對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇1.行星齒輪數(shù)目的選擇 雨燕小型乘用汽車(chē)采用2個(gè)行星齒輪。 2.行星齒輪球面半徑的確定 圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表

9、了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： mm (4-1)式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52.97，對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的轎車(chē)取大值； 計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取和的較小值，N·m. 行星齒輪兇錐距為 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 （4-2） 式中車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，查GB/T 2978-1997汽車(chē)輪胎系列表6得=0.293 m變速器量高檔傳動(dòng)比，雨燕13.L是四檔變速器，所以 =1。根據(jù)所選定的主減速比i0值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級(jí)、雙級(jí)等以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車(chē)總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。把nn=4500 r/n , =

10、163 km/h , r=0.293 m , igh=1代入（4-2）計(jì)算出 =3.05從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （4-3）式中：計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；=110 Nmn計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，n=1；變速器傳動(dòng)比，=3.704；主減速器傳動(dòng)比，=3.05；變速器傳動(dòng)效率，=0.96；k液力變矩器變矩系數(shù)，k=1；Kd由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1；i1變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=1；代入式（4-3），有： =1193.0 Nm主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩T=1193.0/3.704=322.08 Nm根據(jù)上式=2.7=15.6 mm，查資料2363頁(yè)表9-19，預(yù)選其節(jié)錐距A=15.29 mm。3.行

11、星齒輪與半軸齒輪的選擇 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1425，大多數(shù)汽車(chē)的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.52.0的范圍內(nèi)。 差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線(xiàn)周?chē)?，否則，差速器將無(wú)法安裝，即應(yīng)滿(mǎn)足的安裝條件為： (4-4) 式中：，左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器來(lái)說(shuō)，= 行星齒輪數(shù)目； 任意整數(shù)。在此=12，

12、=20 滿(mǎn)足以上要求。4.差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角， =30.96° =90°-=59.03° 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m m=1.31 查閱文獻(xiàn)6第297頁(yè)表7-11 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)（GB/T 13571987） 取m=1.25 mm得=15mm =1.25×20=25mm 5.壓力角目前，汽車(chē)差速器的齒輪大都采用22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒

13、輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選22.5°的壓力角。 6. 行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L行星齒輪的安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常?。?式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取1193.0 N·m； 行星齒輪的數(shù)目；在此為4； 行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm， 0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d0.8； 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 MPa；根據(jù)上式 =64mm =0.5×64=32mm

14、 11.1 mm 12.2mm3.2 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車(chē)輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度為 (4-5) 式中：差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式，178.95 N·m ； 差速器的行星齒輪數(shù)； 半軸齒輪齒數(shù)；尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，當(dāng)<1.6時(shí)，=0.5載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，1.001.1；其他方式支

15、承時(shí)取1.101.25。支承剛度大時(shí)取最小值。質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0;、分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑（mm）計(jì)算汽車(chē)差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖4-1可查得=0.225圖4-1 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)根據(jù)上式=478.6MPa980 MPa所以，差速器齒輪滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度要求。此節(jié)內(nèi)容圖表參考了著作文獻(xiàn)1中差速器設(shè)計(jì)一節(jié)。4、差速器齒輪的材料差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較

16、低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。2、 半浮式半軸設(shè)計(jì)半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：（1） 縱向力X2（驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)（），附著系數(shù)取0.8，沒(méi)有側(cè)向力作用；（2） 側(cè)向力最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計(jì)算中取0.1，沒(méi)有縱向力作用；（3） 垂向力最大時(shí)，這發(fā)生在汽車(chē)以可能的高速通過(guò)不平路面時(shí)，其值為，是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒(méi)有縱向力和側(cè)向力的作用。由于車(chē)輪承受的縱向力，側(cè)向力值的大小受車(chē)輪與地面最大附著力的限制，即有故縱向力最大時(shí)不會(huì)有側(cè)向力作用，而側(cè)向力最大時(shí)也不會(huì)有

17、縱向力作用。1. 半浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算半浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)根據(jù)上述三種載荷工況進(jìn)行。對(duì)左右半軸來(lái)說(shuō)，垂向力，為式中 滿(mǎn)載靜止汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋?qū)λ降孛娴妮d荷，N； 汽車(chē)加速和減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對(duì)于前驅(qū)動(dòng)橋可??； 對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋可?。?側(cè)車(chē)輪（包括輪轂、制動(dòng)器等）本身對(duì)水平地面的載荷，N?？v向力應(yīng)按最大附著力計(jì)算，即式中 輪胎與地面的附著系數(shù)，取0.8.對(duì)于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪來(lái)說(shuō)，當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比計(jì)算所得的縱向力（見(jiàn)下式）小于按最大附著為所決定的縱向力時(shí)，則應(yīng)按下式計(jì)算，即或式中 差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)于普通圓錐齒輪差速器分動(dòng)器低檔傳動(dòng)比與主減速比之乘積； 汽車(chē)傳動(dòng)系效率，計(jì)算時(shí)

18、可忽略不計(jì)或取國(guó)0.9； 輪胎的滾動(dòng)半徑，。左、右半軸所承受的合成彎矩為式中 b見(jiàn)下圖(a)。轉(zhuǎn)矩為結(jié) 論本次課程設(shè)計(jì)根據(jù)給出的設(shè)計(jì)要求和原始設(shè)計(jì)參數(shù)，以及差速器的工作原理和使用要求，通過(guò)對(duì)其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，大致確定了差速器的基本結(jié)構(gòu)和主要尺寸以及制造相關(guān)零部件所用的材料。然后參考圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，確定出差速器齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)；最后對(duì)差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和校核。結(jié)構(gòu)方面：考慮到差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線(xiàn)周?chē)?計(jì)算方面：根據(jù)中型載重汽車(chē)（6109客車(chē))差速器的基本參數(shù)Temax,n,if,i0,k，然后按照基本經(jīng)驗(yàn)公式運(yùn)算得出Tce, Tcs ,T，行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L等尺寸參數(shù)，并進(jìn)一步對(duì)差速器齒輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核。綜上所述：本