差速器設(shè)計帶CAD圖紙

1、大學(xué)大學(xué)普通高等教育綜合實踐設(shè)計題目：差速器設(shè)計及驅(qū)動半軸設(shè)計學(xué)院：機電工程學(xué)院專業(yè)班級：機械082 班學(xué)生：巍學(xué)號： 2008111016指導(dǎo)教師：尚成績：時間： 2010 年 11 月 15 日目錄1基本數(shù)據(jù)32普通圓錐齒輪差速器設(shè)計32.1對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理32.2對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)42.3對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計和計算42.3.1差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇42.3.2差速器齒輪的幾何計算72.3.3差速器齒輪的強度計算92.3.4差速器齒輪的材料103 驅(qū)動半軸的設(shè)計103.1結(jié)構(gòu)形式分析103.2半浮式半軸桿部半徑的確定103.3半軸花鍵的強度計算1

2、23.4半軸其他主要參數(shù)的選擇123.5半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料與熱處理134. 參考文獻(xiàn)13差速器設(shè)計及驅(qū)動半軸設(shè)計1. 所設(shè)計車輛基本參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值單位車輛前后軸距2620mm前輪距1455mm后輪距1430mm總質(zhì)量2100Kg最大功率76.0Kw最大扭矩158Nm最高車速140Km/h2. 普通圓錐齒輪差速器設(shè)計汽車在行駛過程中，左右車輪在同一時間所滾過的路程往往不等。例如，在轉(zhuǎn)彎時外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)的車輪滾過的路程大于側(cè)車輪；汽車在不平的路面上行駛，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

3、左右車輪剛性連接，則行駛時不可避免的會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致操縱性能惡化。為防止這類現(xiàn)象發(fā)生，汽車在左右驅(qū)動輪間裝有輪間差速器，從而保證驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等的情況下具有不同角速度，滿足了汽車行駛時的運動要求。差速器用來在兩軸之間分配轉(zhuǎn)矩， 保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉(zhuǎn)動。差速器有多種形式，在此設(shè)計普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。2.1 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(gòu)。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

4、6 固連在一起，固為主動件，設(shè)其角速度為0 ；半軸齒輪1 和2 為從動件，其角速度為 1 和 2 。 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(zhuǎn)軸線的距離均為 r 。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r 上的 A、B、C 三點的圓周速度都相等 （圖 2-1），其值為 0 r 。于是 1 =2 =0 ，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4 自轉(zhuǎn)時（圖），嚙合點A 的圓周速度為 1 r = 0 r + 4 r

5、，嚙合點 B 的圓周速度為 2 r = 0 r -4r 。于是1 r + 2 r =（ 0 r + 4 r ）+( 0 r - 4 r )即1+2=20（ 2-1）若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n 表示，則n1 n22n0（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(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。有式 (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

6、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。2.2對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(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，故廣泛用于各類車輛上。2.3對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(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。2.3.1差速器齒輪的基本

7、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RB 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RB ，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器的強度。球面半徑 RB 可按如下的經(jīng)驗公式確定：RBKB3 T mm(2-3)式中： KB 行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52 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rrn pi 0 =0.377vamax igh（2-4）式中 rr 車輪的滾動半徑

8、， rr0.398 mi gh 變速器量高檔傳動比。 igh1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 np 5200 r / min , vamax 140km/h , rr 0.398m , igh 1 代入（ 2-4）計算出 i05.91kd Te max k i1 i f i 0T ce從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩 Tcen（2-5）式中：Tce 計算轉(zhuǎn)矩， Nm；Temax 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩； Temax158N mn計算驅(qū)動橋數(shù)， 1；i f 變速器傳動比， i f 3.704；i0

9、主減速器傳動比，i0 =5.91；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（ 2-5），有：Tce =3320.4 Nm主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩T=896.4NmB3 3320.4=40mm所以預(yù)選其節(jié)錐距 A0 =40mm根據(jù)上式 R =2.7(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(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14 25，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比z1 / z2 在 1.52.0 的圍。差速器的各個行星齒輪

10、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)z2 L ， z2 R 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：z2 Lz2 RIn(2-6)式中： z2L ， z2 R 左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對稱式圓錐齒輪差速器來說z2 L = z2Rn 行星齒輪數(shù)目；I 任意整數(shù)。在此 Z112 ， Z220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1 ， 21 ar

11、ctan Z1arctan 1030.9601 90o2 59.03oZ218再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)mm2 A0 sin 12 A0 sin 22*40.27 sin 30.96o3.35Z1Z212查閱文獻(xiàn)取 m=4mm得 d1mz14*1248mmd2mz24*2080mm(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，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強度

12、。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?。篖1.103T 03L1.12 T1010cnl所以1.1c nl式中： T 0 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩， Nm；在此取 3320.4Nmn 行星齒輪的數(shù)目；在此為 4l 行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x， mm， l 0.5d 2 ， d2 為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而d 2 0.8 d2 ；c 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa根據(jù)上式d 2 =0.8*80 =64mml =0.564=32mm3320.

13、4*10 318.4mmL1.1*18.420mm1.1*69*4*322.3.2差速器齒輪的幾何計算表 3-1 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計算用表序項目計算公式計算結(jié)果號行 星z1 10，應(yīng)盡量取最小值z1 =121齒 輪齒數(shù)半 軸z2 =1425，且需滿足式（ 1-4）z2 =202齒 輪齒數(shù)3 模數(shù)齒 面4寬工 作5齒高全 齒6高壓 力7角軸 交8角節(jié) 圓9直徑節(jié) 錐10角節(jié) 錐11距12 周節(jié)齒 頂13高齒 根14高徑 向15間隙齒 根16角面 錐17角根 錐18角mm =4mmb=(0.250.30)A 0 ;b10m20mmhg1.6mhg =6.4mmh1.788m0.051

14、7.20322.5=9090d1mz1 ； d 2mz2d148 d280z11=30.96，1arctan90z2 ， 21259.03A0d 1d 2A0 =40mm2sin12 sin2t =3.1416mt =12.56mmha 20.430.37ha1 =4.14mm2mz2ha 2 =2.25mmha1hg ha 2 ;z1hf 1 =1.788m - ha1 ; hf 2 =1.788m - ha 2hf 1 =3.012mm;hf 2 =4.9mmc = h - hg =0.188m +0.051c =0.803mmarctan hf 1arctanhf 21=4.32 ;21

15、=A;A002 =6.98 o1 =35.28 o112 ； o221o 2 =66.01 R1 =26.64 R111； R222R2 =52.05 19外 圓do1d 12ha1 cos 1；d0155.1mm直徑d 02d 22ha 2 cos 2d 282.23 mm節(jié) 圓d 2頂 點01012h1 sin139.68 mm20至 齒輪 外d123.72 mm02緣 距h2 sin0222離理 論s1t s2s =5.92 mm21弧齒t1s2tanms2 =6.63 mm厚2h1h222齒 側(cè)B =0.2450.330 mmB =0.250mm間隙2.3.3差速器齒輪的強度計算差速器

16、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動。因此對于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強度校核。輪齒彎曲強度w 為w2Tkskm103kv mb2d2 JnMPa(3-6)式中： T 差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計算式T00.6Tn在此 T 為 498.06Nm；n 差速器的行星齒輪數(shù)； z2 半軸齒輪齒數(shù)；Ks 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)，Ks4mK s44當(dāng)1.6 時，25.4 ，在此25.4 0.629Km 載荷分配

17、系數(shù)， 當(dāng)兩個齒輪均用騎馬式支承型式時， Km 1.001.1；其他方式支承時取 1.10 1.25。支承剛度大時取最小值。Kv 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;J 計算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖可查得J =0.225彎曲計算用綜合系數(shù)2103498.061.10.629根據(jù)上式 w =2020 800.225=478.6MPa 980 MPa所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。此節(jié)容圖表參考了著作文獻(xiàn)1中差速器設(shè)計一節(jié)。2.3.4 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

18、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。3. 驅(qū)動半軸的設(shè)計驅(qū)動半軸位于傳動系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對于非斷開式驅(qū)動橋，車輪傳動裝置的主要零件為半軸；對于斷開式驅(qū)動橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，車輪傳動裝置為萬向傳動裝置。3.1結(jié)構(gòu)形式分析根據(jù)課題要求確定半軸采用半浮式半軸結(jié)構(gòu)， 具體結(jié)構(gòu)采用以突緣直接與車輪輪盤及制動鼓相聯(lián)接 。3.2半浮式半軸桿部半徑的確定半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計與計算時首先應(yīng)合理地確定其計算載荷。半軸的計算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工

19、況：（1）縱向力 X2 最大時 (X2Z2) ，附著系數(shù)預(yù)取0.8 ，沒有側(cè)向力作用；（2）側(cè)向力 Y2 最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為Z2 1 中，側(cè)滑時輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)1 ，在計算中取1.0 ，沒有縱向力作用；（3）垂向力 Z2 最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為 (Z2-gw)kd ，kd 是動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(cè)向力的作用。由于車輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即Z2X22Y22故縱向力 X2最大時不會有側(cè)向力作用， 而側(cè)向力 Y2最大時也不會有縱向力作用。初步確定半軸直徑在 0.040m該值參考文獻(xiàn) 2半浮式半軸設(shè)計應(yīng)

20、考慮如下三種載荷工況：（1）縱向力 Fx2 最大，側(cè)向力 Fy 2 為 0：此時垂向力 Fz 2m2G2/2， G2取10500N縱向力最大值 Fx 2 Fx2m2G2 / 2 ，計算時 m2可取 12，取 08。得 Fx2 =6300NFy2 =5040N32aFx22 Fz22d 316 Fx2 rr半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為d 3式中， a 為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離，a 取 0.06m=77.08Mpa=199.63Mpa合成應(yīng)力 = 2 42=406Mpa(2) 側(cè)向力 Fy2 最大，縱向力 Fx2 =0，此時意味著發(fā)生側(cè)滑： 外輪上的垂直反力 Fz 2o 。Fz2 i

21、和輪上的垂直反力分別為Fz20hgG 2 (0.51 ) Fz2iB2G 2 -Fz2o式中， hg為汽車質(zhì)心高度參考一般計算方法取738.56mm； B2 為輪距 B2 =1430m1 為側(cè)滑附著系數(shù)，計算時可取 1.0 。外輪上側(cè)向力 F y 2o 和輪上側(cè)向力 F y2i 分別FF Fz20F z 2o 1、外車輪上的總側(cè)向力Fy2為 G21 。為z2iz 2i 1這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力0 和輪半軸的彎曲應(yīng)力i分別為32( Fy2 o rrFz2o a)0d332( F y2i rrFz2 i a)id 30 = 565.1mpai =666.4 mpa(3) 汽車通過不平路面，垂向力

22、Fz2最大，縱向力Fx20，側(cè)向力Fy 20：此F r 21時垂直力最大值 Fz2 為：kG22式中，是為動載系數(shù)，轎車：k 1.75 ，貨車： k2.0 ，越野車： k2.5 。半軸彎曲應(yīng)力，為32Fz2 a 16kG2ad 3d 3=87.7mpa故校核半徑取0.040m 滿足合成應(yīng)力在 600mpa -750mpa圍3.3 半軸花鍵的強度計算在計算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。半軸花鍵的剪切應(yīng)力為sT103DBd AzLpb4（3-1 ）半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為cT103d A ) / 4 ( D BdA ) / 2 （3-1 ）z L p( DB式中 T半軸承受

23、的最大轉(zhuǎn)矩，T=3320.4Nm；D B 半軸花鍵 ( 軸) 外徑， D B =44mm；dA 相配的花鍵孔徑，dA =40mm；z花鍵齒數(shù)，在此取20；Lp花鍵工作長度， Lp=55mm；b花鍵齒寬， b=3.75 mm；載荷分布的不均勻系數(shù)，取0.75 。將數(shù)據(jù)帶入式（ 3-1 ）、（3-2 ）得：b =51.1Mpac =95.8 MPa根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時， 半軸花鍵的切應(yīng)力s 不應(yīng)超過71.05 MPa，擠壓應(yīng)力 c 不應(yīng)超過196 MPa，以上計算均滿足要求。上述花鍵部分主要參考著作圖書文獻(xiàn)3 表 4-33.4 半軸其他主要參數(shù)的選擇花鍵參數(shù)：齒數(shù)： 20 齒， 模數(shù)： 1.5,半軸長度： 744.5法蘭參數(shù)： 5- 16.2B10, 分布圓 120油封外圓直徑：60, 65十孔位