普通錐齒輪差速器設計

1、汽 車 設 計課 程 設 計（論文）普通錐齒輪差速器設計2011年5月14日中型載重汽車（解放ca1091)差速器設計摘要 普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，故廣泛用于各類車輛上。本文參照傳統(tǒng)差速器的設計方法進行了載貨汽車差速器的設計。本文首先根據(jù)經(jīng)驗公式，然后參考圓錐行星齒輪差速器的結構尺寸，確定出差速器齒輪的主要設計參數(shù)；最后對差速器齒輪的強度進行計算和校核。本文是采用普通圓錐齒輪 差速器作為載貨汽車的差速器進行設計的。關鍵字：圓錐齒輪 差

2、速器 行星齒輪目 錄摘要I引言.3一、對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理.3 二、對稱式圓錐行星齒輪差速器的設計和計算51.差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇.5 （1）行星齒輪數(shù)目的選擇.5 （2）行星齒輪球面半徑的確定.5（3）行星齒輪與半軸齒輪的選擇.6（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.6（5）壓力角.7（6）行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L.7（7）差速器齒輪的幾何計算.8（8）差速器齒輪的強度計算.10結論 11參考文獻. 12 差速器的示意簡圖引言汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往不等。例如，轉彎時內(nèi)、外兩側車輪行程顯然不同，即外側車輪滾過的距離大于內(nèi)

3、側的車輪；汽車在不平路面上行駛時，由于路面波形不同也會造成兩側車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅動橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時不可避免地會產(chǎn)生驅動輪在路面上的滑移或滑轉。這不僅會加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導致轉向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅動輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅動橋兩側車輪在行程不等時具有不同的旋轉角速度，滿足了汽車行駛運動學要求。差速器用來在兩輸出軸間分配轉矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉動

4、。差速器有多種形式，在此設計普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。一、對稱式圓錐行星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，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構。差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6固連在一起，固為主動件，設其角速度為；半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為和。A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心點為C，A、B、C三點到差速器旋轉軸線的距離均為。 當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉軸線公轉時，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點的圓周速度都相等（圖2-1），其值為。于是=，即差速器不起差速作用，而半

5、軸角速度等于差速器殼3的角速度。當行星齒輪4除公轉外，還繞本身的軸5以角速度自轉時（圖），嚙合點A的圓周速度為=+，嚙合點B的圓周速度為=-于是:+=（+）+(-)即: + =2 （2-1） 若角速度以每分鐘轉數(shù)表示，則 （2-2）式（2-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式，它表明左右兩側半軸齒輪的轉速之和等于差速器殼轉速的兩倍，而與行星齒輪轉速無關。因此在汽車轉彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應轉速自轉，使兩側驅動車輪以不同轉速在地面上滾動而無滑動。由式(2-2）還可以得知：當任何一側半軸齒輪的轉速為零時，另一側半軸齒輪的轉速為差速器殼轉速的兩倍；當差

6、速器殼的轉速為零（例如中央制動器制動傳動軸時），若一側半軸齒輪受其它外來力矩而轉動，則另一側半軸齒輪即以相同的轉速反向轉動。二、對稱式圓錐行星齒輪差速器的設計和計算由于在差速器殼上裝著主減速器從動齒輪，所以在確定主減速器從動齒輪尺寸時，應考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動齒輪軸承支承座及主動齒輪導向軸承座的限制。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：載貨汽車采用4個行星齒輪。（2）.行星齒輪球面半徑的確定圓錐行星齒輪差速器的結構尺寸，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，實際上代表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

7、器的強度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗公式確定： mm 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.522.99，對于有4個行星齒輪的載貨汽車取小值； T計算轉矩，取Tce和Tcs的較小值，Nm. =其中：Kd =1，Temax=373，=7.7 ，i0=6.25，=0.9，n=1，無分動器，所以無k，無if, 則Tce=1*373*7.7*6.25*0.9/1=16156 Tcs=其中：G2=68600，=1.11.2，取1.1，=0.85， =0.463567， im=3.125 ，=0.9，則Tcs=68600*1.1*0.85*0.463567/0.9=36041所以Td=16156N*mm 根據(jù)

8、上式=2.5316156=63.20mm 所以預選其節(jié)錐距A=62mm（3）.行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度，應使行星齒輪的齒數(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)。 差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，應考慮它們之間的裝配關系，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周圍，否則，差速器將無法安裝，即應滿足的安裝條件為： 式中：，左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對

9、稱式圓錐齒輪差速器來說，=； 行星齒輪數(shù)目； 任意整數(shù)。在此=10，=18 滿足以上要求。（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， =29 =90-=61 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)：m =6.5 節(jié)圓直徑：d1=m=6.5*10=65； d2=m=6.5*18=117 （5）.壓力角目前，汽車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輪趨于等強度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20的少，

10、故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強度。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度，通常?。?（3-5）式中：差速器傳遞的轉矩，Nm；在此取16156Nm 行星齒輪的數(shù)目；在此為4 行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x，mm， 0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而d0.8； 支承面的許用擠壓應力，在此取98MPa根據(jù)上式 =144mm =0.5144=46.8mm mm L=1.1=1.1*28.5=31.3536mm（7） 差速器齒輪的幾何計算表3-1汽車差速器直齒錐

11、齒輪的幾何尺寸計算用表序號項目計算公式計算結果1行星齒輪齒數(shù)10，應盡量取最小值=102半軸齒輪齒數(shù)=1425，且需滿足式（3-4）=183模數(shù)=6.5mm4齒面寬b=(0.250.30)A;b10m16mm 5工作齒高=10.46全齒高11.6737壓力角22.58軸交角=909節(jié)圓直徑； d1=65，d2=11710節(jié)錐角，=29，11節(jié)錐距=62mm12周節(jié)=3.1416=20.42mm13齒頂高;=6.27mm=4.13mm14齒根高=1.788-;=1.788-=5.352mm;=7.492mm15徑向間隙=-=0.188+0.051=1.3mm16齒根角=;6.617面錐角；=35

12、.6=67.618根錐角；=22.4=54.419外圓直徑；Da1=76.4Da2=123.3mm20節(jié)圓頂點至齒輪外緣距離mmmm續(xù)表21理論弧齒厚 =17.38 mm=14.05 mm22齒側間隙=0.2450.330 mm=0.250mm23弦齒厚=17.13mm=13.88mm24弦齒高=11.22mm=5.58mm（8） 差速器齒輪的強度計算差速器齒輪的尺寸受結構限制，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)，只有當汽車轉彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側車輪打滑而滑轉時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此對于差速器齒輪主要應進行彎曲強度校核。輪齒彎曲強度為

13、= MPa (3-6) 式中：差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉矩，其計算式 在此為9693.6Nm； 差速器的行星齒輪數(shù)； 半軸齒輪齒數(shù)； 、見式（2-9）下的說明； 計算汽車差速器齒輪彎曲應力用的綜合系數(shù)，由圖3-1可查得=0.225 彎曲計算用綜合系數(shù)根據(jù)上式=949.2MPa980 MPa所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。此節(jié)內(nèi)容圖表參考了著作文獻1中差速器設計一節(jié)。結 論本次課程設計根據(jù)差速器設計的經(jīng)驗公式，以及差速器的工作原理和使用要求，通過對其工作原理的闡述、結構方案的比較、選擇和計算，然后參考圓錐行星齒輪差速器的結構尺寸，確定出差速器齒輪的主要設計參數(shù)；最后對差速器齒輪的強

14、度進行計算和校核。結構方面：考慮到差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，應考慮它們之間的裝配關系，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周圍。 計算方面：根據(jù)中型載重汽車（解放ca1091)差速器的基本參數(shù)Temax,n,if,i0,k，然后按照基本經(jīng)驗公式運算得出Tce, Tcs ,T，行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L等尺寸參數(shù)，并進一步對差速器齒輪進行了強度校核。綜上所述：本次設計的差速器具有結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等特點，符合計劃書及國家標準。由于自己的水平有限，本次設計中可能有很多錯誤和遺漏，希望各位老師批評指正。參 考 文 獻1 余志生，汽車