普通圓錐齒輪差速器設(shè)計

1、汽車設(shè)計課程設(shè)計說明書（論文）普通錐齒輪差速器設(shè)計2011年5月15日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(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠、質(zhì)量較小、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。本文參照傳統(tǒng)差速器的設(shè)計方法進(jìn)行了載貨汽車差速器的設(shè)計。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)計參數(shù)；最后對差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)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(jìn)行設(shè)計的。關(guān)鍵字：對稱式、錐齒輪、差速器、行星齒輪1 引言汽車在行駛

2、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(zhuǎn)彎時內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)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(cè)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(fù)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(qū)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(qū)動輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。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(dǎo)致轉(zhuǎn)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(qū)動輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具

3、有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動學(xué)的要求；在多橋驅(qū)動汽車上還常裝有軸間差速器，以提高通過性，同時避免在驅(qū)動橋間產(chǎn)生功率循環(huán)及由此引起的附加載荷，使傳動系零件損壞、輪胎磨損和增加燃料消耗等。差速器用來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。差速器按其結(jié)構(gòu)特征不同有多種形式，在此設(shè)計普通對稱式錐齒輪差速器。2 對稱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，對稱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主減速器從動齒輪6固連在一起，固為主動件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為和。A、B

4、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)軸線公轉(zhuǎn)時，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（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） 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稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之

5、和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(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)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。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，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（例如中央制動器制動傳動軸時），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。3 對稱式錐齒輪差速器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(diǎn)

6、，故廣泛用于各類車輛上。4 對稱式錐齒輪差速器的設(shè)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(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齒輪軸承支承座及主動齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。4.1 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2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(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

7、2.99，對于有2個行星齒輪的載貨汽車取小值； T計算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，N·m.計算轉(zhuǎn)矩的計算 （4-2） 式中車輪的滾動半徑， =0.398migh變速器量高檔傳動比。igh =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、雙級等以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。把nn=5200r/n , =140km/h , r=0.398m , igh=1代入（4-2）從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩Tce （4-3） 式中：Tce計算轉(zhuǎn)矩，Nm；Temax發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =158 Nmn計算驅(qū)動橋數(shù)，1；if變速器傳動比，

8、if=3.704；i0主減速器傳動比，I 0=；變速器傳動效率，=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)生的動載系數(shù)，Kd=1；i1變速器最低擋傳動比，i1=1；代入式（4-3），有： Tce=3320.4 Nm主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩T=896.4Nm根據(jù)上式=2.7=40mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距A=40mm3.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(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

9、種齒輪齒數(shù)時，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周圍，否則，差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： (4-4) 式中：，左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對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=12，=20 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， =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=3.35 取m=4mm得=48mm

10、 =4×20=80mm 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(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度，通常?。?式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取3320.4N

11、·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 18.4mm 20mm4.2 差速器齒輪的強(qiáng)度計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)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運(yùn)動。因此對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 MPa (4-5) 式中：差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩

12、，其計算式在此為498.06N·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)時，在此0.629載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，1.001.1；其他方式支承時取1.101.25。支承剛度大時取最小值。質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取1.0;計算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖4-1可查得=0.225圖4-1 彎曲計算用綜合系數(shù)根據(jù)上式=478.6MPa980 MPa所以，差速器齒輪滿足彎曲強(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)計一節(jié)。5 差速器齒輪的材料差速器

13、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低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。結(jié) 論本次課程設(shè)計根據(jù)給出的設(shè)計要求和原始設(shè)計參數(shù)，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(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相關(guān)參數(shù)的計算，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)計參數(shù)；最后對差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行計算和校核。結(jié)構(gòu)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(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周圍。 計算方面：根據(jù)中型載重汽車（6109客車)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)一步對差速器齒輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核。綜上所述：本次設(shè)計的差速器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也