汽車差速器設(shè)計(jì)

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1、差速器設(shè)計(jì) 在車輛行駛過程中， 會碰到多種情形的車況， 導(dǎo)致左右車輪的行走的里程不同，即左右 車輪會以不同的速度行駛，即會有左右車輪的轉(zhuǎn)速不同。例如： (1) 汽車在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)的車輪要經(jīng)過更多的路程，速度要比側(cè)車輪速度大； (2) 當(dāng)車輛上的貨物裝的左右不均勻時(shí)，兩側(cè)車輪也會產(chǎn)生速度差； (3) 當(dāng)兩側(cè)車輪的氣壓不相等時(shí)，會導(dǎo)致車輪外徑大小不同，導(dǎo)致速度差； (4) 當(dāng)一側(cè)車輪碰到有阻礙，另一側(cè)沒有阻礙或是兩側(cè)車輪都碰到阻礙，但阻礙的 情況不同時(shí)，也會有速度差； (5) 當(dāng)兩側(cè)車輪的磨損狀況不同時(shí)，也會導(dǎo)致車輪大小不同，或者是受到的摩榛力 矩大小不同，產(chǎn)生速度差； 所以從

2、上述列出的幾種情況中可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，即使是在直線道路上行駛，左右 車輪也會不可避免地出現(xiàn)速度差。如果此時(shí)兩側(cè)車輪是由一根驅(qū)動軸驅(qū)動，那么傳給兩側(cè)車 輪的轉(zhuǎn)速一樣，那么無論是在什么路況下行駛，必然會發(fā)生車輪的滑移或者滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在這 種情況下，輪胎的損耗將比正常情況下的損耗劇烈，同時(shí)也使得發(fā)動機(jī)的功率得不到充分的 發(fā)揮。另一方面也會使得車輛不能按照預(yù)訂的要求行駛，可能造成危險(xiǎn)。為了使車輪相對地 面的滑磨盡量減少，因此在驅(qū)動橋中安裝有差速器，并通過兩側(cè)半軸驅(qū)動車輪， 使得兩側(cè)的 車輪可以以不同的速度行駛，使車輪接近純滾動。 差速器按結(jié)構(gòu)可分為齒輪式、凸輪式、渦輪式和牙嵌式等多種型

3、式。在一般用途的汽車 上，差速器常選擇對稱錐齒輪式差速器。它的特點(diǎn)是，左右兩個(gè)半軸齒輪大小一樣，然后將 轉(zhuǎn)矩分配給左右兩個(gè)驅(qū)動輪。因此此次設(shè)計(jì)選用對稱式錐齒輪式差速器。 差速器結(jié)構(gòu)： P147圖 差速器殼由左右兩半組成，用螺栓固定在一起整個(gè)殼體的兩端以錐形滾柱軸承支承在主 傳動殼體的支座，上面用螺釘固定著軸承蓋。兩軸承的外端裝有調(diào)整圈，用以調(diào)整軸承的緊 度。并能配合主動齒輪軸軸承殼與殼體之間的調(diào)整墊片，調(diào)整主動，從動錐齒輪的嚙合間隙 和嚙合印痕。為了防止松動，在調(diào)整圈外緣齒間裝有鎖片，鎖片用螺釘固定在軸承蓋上。 十字軸的4個(gè)軸頸分別裝在差速器殼的軸孔，其中心線與差速器的分界面重

4、合。從動齒 輪固定在差速器殼體上，當(dāng)從動齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)，便帶動差速器殼體和十字軸一起轉(zhuǎn)動。 4個(gè)行星齒輪分別活動地裝在十字軸軸頸上，兩個(gè)半軸齒輪分別裝在十字軸的左右兩 側(cè)，與4個(gè)行星齒輪常嚙合，半軸齒輪的延長套表面制有花鍵，與半軸端部用花鍵連接，這 樣就把十字軸傳來的動力經(jīng) 4個(gè)行星齒輪和2個(gè)半軸齒輪分別傳給兩個(gè)半軸。 行星齒輪背面 做成球面，以保證更好地使半軸齒輪正確嚙和以與定中心。 行星齒輪和半軸齒輪在轉(zhuǎn)動時(shí)，其背面和差速器殼體會造成相互磨損，為減少磨損，在 它們之間要裝有止推墊片，那么就可用墊片的磨損來減少差速器和半軸的磨損，當(dāng)磨損到一 定程度時(shí)，只需更換墊片即可，這樣既延長了主要

5、零件的使用壽命，又便于維修。另外，差 速器工作時(shí)，齒輪又和各軸頸與支座之間有相對的轉(zhuǎn)動，為保證它們之間的潤滑， 在十字軸 上銃有平面，并在齒輪的齒間鉆有小孔， 供潤滑油循環(huán)進(jìn)行潤滑。 在差速器殼上還制有窗孔， 以確保殼中的潤滑油能進(jìn)出差速器。 差速器工作原理 P148 差速器的基本構(gòu)造，以與兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速一樣和轉(zhuǎn)速不同的情況如上述三幅圖中所示, 當(dāng)車輛在直路上沿直線行駛時(shí)，兩端的半軸齒輪的轉(zhuǎn)速相等，而行星輪則是跟隨差速器殼轉(zhuǎn) 動，并沒有發(fā)生自轉(zhuǎn)，此時(shí)有ni 電。 在圖c中，車輛此時(shí)向左轉(zhuǎn)彎，令左右驅(qū)動半軸的齒輪的齒數(shù)分別為z2, z3 ,而行星 齒輪的齒數(shù)則設(shè)置為 z4°在行駛時(shí)

6、，主減速器從動齒輪的轉(zhuǎn)速為n1 （即差速器殼的轉(zhuǎn)速為 q）,左半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為 “，右半軸齒輪轉(zhuǎn)速為 飛,而行星齒輪的自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速由此時(shí)的 行駛狀況可知，為 n4,則左右半軸齒輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)為： Z4 n2 ni 山—— Z2 Z4 % ni n4 — Z3 由于選用對稱式差速器，所以有z2 z3。從而可以得出 2n1 n2 n3 上式被稱為是普通錐齒輪式差速器的特征方程。從上式中可知，無論在何種行駛情況下， 差速器殼的轉(zhuǎn)速就等于左右半軸轉(zhuǎn)速和的一半。從特征方程中，我們可以得出幾種特殊路況 時(shí)的各部件的轉(zhuǎn)速關(guān)系。當(dāng)一側(cè)的車輪陷入坑中打滑，而另一側(cè)的車輪靜止時(shí)，此時(shí)大化的 車

7、輪的轉(zhuǎn)速將是差速器殼的兩倍，即n3 2n1。當(dāng)采用中央制動器緊急制動時(shí)，此時(shí)n1=0, 當(dāng)出 0時(shí)，那么就會有 n2%。由于此時(shí)兩側(cè)車輪受力的方向不同，可能會造成偏轉(zhuǎn) 甩尾的情況。 差速器齒輪的參數(shù)選擇與確定 因?yàn)椴钏倨魍鈿な茄b在主傳動器的從動錐齒輪上的，所以在確定從動錐齒輪的尺寸時(shí)， 要考慮差速器的安裝。也就是說，在確定差速器尺寸時(shí)，也要考慮主減速器的尺寸以與安裝。 所以不能獨(dú)立地設(shè)計(jì)差速器或者是主減速器。 差速器行星齒輪數(shù)選擇 由于此次設(shè)計(jì)的是輕型運(yùn)輸車，故而此次設(shè)計(jì)的差速器行星齒輪的數(shù)字選為4個(gè)。 行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)選擇 為了保證齒輪的強(qiáng)度，行星齒輪的齒數(shù)不該太大，又

8、因?yàn)橛?個(gè)行星齒輪要參與同時(shí)嚙合， 所以當(dāng)行星齒輪選為 4的時(shí)候，選取的半軸齒輪的齒數(shù)必須是偶數(shù)，否則將完成不了差速器 的安裝。預(yù)選行星齒輪的齒數(shù)為10,半軸齒輪齒數(shù)和行星齒輪齒數(shù)的比值有一個(gè)圍，約為 1.6?2。所以把半軸齒輪的齒數(shù)初步定為18。 行星齒輪球面半徑的確定 差速器結(jié)構(gòu)的大小，一般是行星齒輪的背面的球面半徑Rb決定的。其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下： Rb Kb3 Tg mm 上式中； Kb 一 行星齒輪的球面半徑系數(shù)，當(dāng)行星齒輪數(shù)為4個(gè)時(shí)，取值圍是2.52?2.99 Tg — 從動錐齒輪的計(jì)算扭矩，通常以發(fā)動機(jī)傳來的額定轉(zhuǎn)矩與按地面附著系數(shù)決 定的扭矩中較小的值作為計(jì)算

9、扭矩，此時(shí)取為5749.2 N m 代入數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算可知： Rb 45.1?53.5 mm,所以此時(shí)將球面半徑取為50 mm。 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)相關(guān)書籍的節(jié)錐距的選取方法有： Ao 0.98?0.99 R 所以將Ao取為49 mm 差速器相關(guān)齒輪模數(shù)的確定以與半軸齒輪節(jié)圓直徑的確定 1）確定行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角1, 2 ,z1 1 arctan 一 Z2 上式中： 乙 一 行星齒輪的個(gè)數(shù)，值為10 z2 一 半軸齒輪的個(gè)數(shù)，值為18 代入數(shù)據(jù)可得： 10 1 arctan — 18 29.05° Z2 2 arctan -901 Z 代入數(shù)據(jù)可得:

10、 290o 29.05o 60.95° 2）圓錐齒輪大端模數(shù) m的確定 由汽車設(shè)計(jì)相關(guān)書籍，可得圓錐齒輪大端模數(shù)的選擇公式有: 一2j 2A?！? m sin 1sin 2 ZlZ2 式中各參數(shù)在上面公式中都有定義而且都求出來了，故代入數(shù)據(jù)可得: 2 49° m sin 29.05 10 4.76 由于強(qiáng)度要求取整為 5mm 所以行星齒輪白^節(jié)圓半徑 d1 m4,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 d1 50mm,同理半軸齒輪的 節(jié)圓半徑d2 mz2,代入數(shù)據(jù)可得d2 90mm 壓力角的選擇 以前由于技術(shù)條件的限制，車輛的差速器的壓力角不能選得過大，只能選為20°,在這 個(gè)壓力角的

11、限制下， 最少齒數(shù)要達(dá)到12,此時(shí)的尺高系數(shù)是1。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在汽車 的差速器的壓力角可以取得大一些，如果不是特殊的車型，壓力角取為22.5°,若是要求特 高，比如重型機(jī)械，差速器的壓力角可得更大，最大可以取25°。當(dāng)壓力角為22.5°時(shí)，最 少齒數(shù)還可以減少為10,還可以通過特定的方法使得相接觸的行星齒輪和半軸齒輪強(qiáng)度接 近相等。結(jié)合此次設(shè)計(jì)的是輕型運(yùn)輸車，且行星齒輪的齒數(shù)選為 10,所以壓力角定為22.5°。、 行星齒輪安裝孔直徑的計(jì)算以與安裝孔深度的L的確定 行星齒輪安裝孔直徑的大小與行星齒輪名義直徑一樣， 也就是說求出了安裝孔的直徑就 求到了行星齒輪的名義直徑。而行星

12、齒輪安裝孔的深度 L就是行星齒輪在其軸上的支承長 度。參考相關(guān)的設(shè)計(jì)書籍有： T0 103 1.1 2 L 1.1 nl 3 T0 10 11.1 c nl 在上式中有： To 一 差速器傳遞的扭矩，取為 5729.2 N m n 一行星齒輪的個(gè)數(shù)，此次設(shè)計(jì)的取為4 l 一 行星齒輪支撐面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x，mm； c 一 支撐面的許用擠壓應(yīng)力，取為 69 N/mm2 l的確定公式如下： l 0.5d2, d2是半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，它的計(jì)算方法是d2 0.8d2,代入數(shù) 據(jù)可得l 36 mm 代入數(shù)據(jù)可得： 22.94 mm 5749.2 1000

13、1.1 69 4 36 L 1.11.1 22.94 25.22 mm 差速器齒輪的相關(guān)幾何計(jì)算 差速器齒輪幾何計(jì)算用表 序號 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) Z110,為減少尺寸，取小值 10 2 半軸齒輪齒數(shù) Z2的取值圍是（1.6?2） Z1 , 且 14 Z225 18 3 端面模數(shù) m 5 4 齒卸如 0.25Ao b 0.30Ao ; b 10m 13.5 5 工作齒高 hg 1.610m 8.05 6 全齒高 h 1.788m 0.051 8.99 7 壓力角 20.5o 8 軸交角

14、 90 9 書圓直徑 d1 mZ） d2 mz2 50 90 10 節(jié)錐角 ,Zi 1arctan—— Z2 29.05 2901 60.95 11 節(jié)錐距 d1d2 Ao 2sin 1 2sin 2 51.48 12 t 3.141m 15.71 13 齒頂iWj '' h1 hg h2 ,‘c/” 0.370 h20.430 2m Z2 Z1 5.33 2.72 14 齒根高 h11.788*m h1 _ "一一一' h2 1.788* m h2 3.61 6.22 15 徑向間隙 c

15、h hg g 0.94 16 齒根角 ,'' 1 arctan- A .h2 2 arctan- A 4.01 6.89 17 面錐角 0112 0221 35.94 64.96 18 根錐角 f111 f222 25.04 54.06 19 齒頂圓直徑 ■■?' d01d12h1cos1 ' d02d22h2cos2 59.32 92.64 20 節(jié)錐頂點(diǎn)止齒輪 外緣距離 ?d2,'. Akih1 sin 1 2 AK2d1 h2 sin 2 2 42.41 22.62 21 理論弧齒厚 Si t S2

16、 -i?'?'. s2 0.5th] h2 tan m 查圖得（弧齒厚系數(shù)）取-0.50 11.43 4.27 22 弧齒厚 S3B sxisi6d：2 Sx111.18 Sx2 4.12 23 齒側(cè)間隙 B=0.245 ?0.330 0.30 24 齒弦舒 2 ,s cos i hxihi 4di hx1 5.90 hx22.74 差速器齒輪一般不需進(jìn)行單位齒長上圓周力，齒面接觸強(qiáng)度校核，也不用進(jìn)行疲勞強(qiáng)度 校核。因?yàn)橹挥性谧笥覂绍囕喫俣炔煌瑫r(shí)，行星齒輪和半軸齒輪之間才有相對滾動，才會產(chǎn) 生較大的相互作用，所以差速器齒輪只需進(jìn)行彎曲強(qiáng)度

17、的計(jì)算。 參考相關(guān)書籍，得出齒輪的彎曲應(yīng)力計(jì)算公式是： 2 N / mm 2*1000Tk0kskm 2J~t kvbz2 m J 上式中： T 一 差速器一個(gè)行星齒輪給予一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，N m Z2 一 半軸齒輪個(gè)數(shù)，此處取為2 k0 ,ks ,km ,kv ,b,m 一 各參數(shù)的意義如以上解釋 J 一計(jì)算汽車差速器彎曲應(yīng)力要用的綜合系數(shù)，查圖得 J 0.256 T的計(jì)算： T0 * 0.6 T n 式中：T0 一 齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N m （若是從動齒輪，則是 Tce , Tcs中的較小值，如 果是主動齒輪，就要經(jīng)過換算，根據(jù)主傳動比來計(jì)算出來，然后代入計(jì)算， 同時(shí)Tcf是一定要運(yùn)算的） n 一 行星齒輪的個(gè)數(shù) 代入Tce,Tcs中的較小值可算主動和從動齒輪的彎曲應(yīng)力都小于許用應(yīng)力 980 N / mm2，但是算出來結(jié)果是 563.6 N / mm2所以合理。而代入Tf時(shí)，計(jì)算出的 22 數(shù)值為169.6 N/mm ,小于210N/mm處于許用應(yīng)力圍。所以所設(shè)計(jì)的齒輪齒根 強(qiáng)度極限符合要求。