普通錐齒輪差速器設(shè)計(jì)

1、1/ 11第一章 緒 論汽車(chē)行駛時(shí),左、右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎 時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車(chē)輪行程顯然不同，即外側(cè)車(chē)輪滾過(guò)的距離大于內(nèi)側(cè)車(chē)輪；汽車(chē)在 不平路面上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車(chē)輪滾過(guò)的路程不等；即使 在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、 輪胎符合、 胎面磨損程度不同以及制造誤差 等因素的影響，也會(huì)引起左、右車(chē)輪因滾動(dòng)半徑不同而使左、右車(chē)輪行程不等。 如果驅(qū)動(dòng)橋的左、 右、車(chē)輪剛性連接， 則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面 上滑移或滑轉(zhuǎn)。 這不僅會(huì)加劇輪胎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(chē)左、 右驅(qū)動(dòng)輪間

2、都裝有輪間差 速器， 從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車(chē)輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿(mǎn)足了 汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求；在多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)上還常裝有軸間差速器，以提高通過(guò)性，同時(shí)避免在驅(qū)動(dòng)橋間產(chǎn)生功率循環(huán)及由此引起的附加載荷，使傳動(dòng)系零件損壞、 輪胎磨損和增加燃料消耗等。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，分為齒輪、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多 種形式。本次設(shè)計(jì)選擇的是對(duì)稱(chēng)錐齒輪式差速器中的普通錐齒輪式差速器。2/ 11第二章普通錐齒輪差速器基本原理普通錐齒輪差速器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 工作平 穩(wěn)可靠，一直廣泛用于一般使用條件下的汽 車(chē)驅(qū)動(dòng)橋中。

3、圖2-1為其示意圖，圖中3 0為差速器殼的角速度；3 1、3 2分別為左、右兩半軸的角速 度；To為差速器殼 接受的轉(zhuǎn)矩；Tr為差速器的內(nèi)摩擦力矩；、T2分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的 反轉(zhuǎn)矩根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得1+2二20(2 - 1)顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)半軸將以?xún)杀兜牟钏倨鳉んw角速度 旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)力矩平衡可得T1T2T0T2 -T1T0(2 - 2)差速器性能常以鎖緊系數(shù)k是來(lái)表征，定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比，由下式確定K= Tr/ To(2 - 3)圖 2-1 普通錐齒輪式差速器示意圖3/ 11結(jié)合式(524)可得T1

4、0.5T0(1 -k)T2 0.5T0(1 k)(2 - 4)定義快慢轉(zhuǎn)半軸的轉(zhuǎn)矩比kb=T2/T1,貝U kb與k之間有4/ 11kb 11 kb普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)是一般為0.050.15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比kb=1.111.35，這說(shuō)明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配 給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對(duì)于在良好路面上行駛的汽車(chē) 來(lái)說(shuō)是合適的。但當(dāng)汽車(chē)越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動(dòng) 車(chē)輪與地面的附著系數(shù)很小時(shí)，盡管另一側(cè)車(chē)輪與地面有良好的附著，其 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無(wú)法發(fā)揮潛在牽引 力，以致汽車(chē)停駛。kb(2 - 5)5/ 11第三章

5、設(shè)計(jì)車(chē)型及參數(shù)選擇車(chē)型：東風(fēng)標(biāo)致-2010款 標(biāo)致307兩廂2.0手動(dòng)舒適版參數(shù)：基本信息 產(chǎn)地屬性 級(jí)別屬性 款型 排量最高車(chē)速 綜合參考油耗 保修政策車(chē)身參數(shù)長(zhǎng)/寬/高(mm)軸距(mm)前輪距(mm)后輪距(mm)最小離地間隙(mm)整備質(zhì)量(Kg)車(chē)體結(jié)構(gòu)車(chē)門(mén)數(shù) 座位數(shù) 油箱容積(L)行李箱容積(L)國(guó)產(chǎn)緊湊型車(chē)20102.0L2048兩年或4萬(wàn)公里4212/1762/15312608150514971221261兩廂半掀背車(chē)5560433-1440發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)PSA RFN 10LH3X6/ 11氣缸容積(cc)進(jìn)氣方式 氣缸排列形式 氣缸數(shù) 每缸氣門(mén)數(shù) 壓縮比配氣機(jī)構(gòu) 最大馬

6、力(Ps)最大功率(kW)最大功率轉(zhuǎn)速(rpm)最大扭矩(Nm)最大扭矩轉(zhuǎn)速(rpm)發(fā)動(dòng)機(jī)特有技術(shù) 燃油類(lèi)型 燃油標(biāo)號(hào) 供油方式 缸蓋材料 缸體材料 排放標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輪制動(dòng) 前制動(dòng)器類(lèi)型 后制動(dòng)器類(lèi)型 前輪胎規(guī)格 后輪胎規(guī)格 備胎1997自然吸氣L4411DOHC14710860002004000CVVT連續(xù)可變氣門(mén)正時(shí)汽油93號(hào)多點(diǎn)電噴鋁鋁歐IV通風(fēng)盤(pán)式盤(pán)式205/55R16205/55R16全尺寸7/ 11第四章普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)4.1差速器齒輪主要參數(shù)選擇4.1.1行星齒輪數(shù)目n行星齒輪數(shù)n需根據(jù)承載情況來(lái)選擇， 在承載不大的情況下n可取兩， 反之 應(yīng)取n=4。由于小車(chē)承載一般不大，我

7、們?nèi)=2。4.1.2行星齒輪球面半徑RB行星齒輪球面半徑RB反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定RBKB3T（4 - 1）式中：KB行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.523.0，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪 的乘用車(chē)和商用車(chē)取小值，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的乘用車(chē)及四個(gè) 行星齒輪的越野車(chē)和礦用車(chē)取大值，我們?nèi)B=2.9；T計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，N m.計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算式中rr車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，rr=0.307migh-變速器量高檔傳動(dòng)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(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

8、地間隙相適 應(yīng)。把nn=6000r/n , Vamax=204km/h , rr=0.307m , igh=1代入（4-2） 計(jì)算出i0=3.404從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩TcekdTemaxk i1ifi0 cen式中：Tce計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；io=0.377Wpvamaxi(4-2)(4-3)8/ 11Temax發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ；Temax=200 Nm9/ 11n計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，1;if變速器傳動(dòng)比，if=3.704;10主減速器傳動(dòng)比，I0=3.404;n變速器傳動(dòng)效率，n=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；11變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=1；代

9、入式（4-3），有：Tce=2420.8 Nm主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩T=653.6Nm根據(jù)上式RB=2.932420.8 =38.93mm；其節(jié)錐距A0=(0.98-0.99)RB，取A0=38mm4.1.3行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)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Z1/Z2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)z2L，Z2R之

10、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)駝t，差速器將無(wú)法安裝，即應(yīng)滿(mǎn)足的 安裝條件為：Z2LZ2Rn(4-4)10/ 11式中：Z2L，Z2R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),Z2L=Z2R11/ 11行星齒輪數(shù)目;I任意整數(shù)在此zi=12,Z2=2O滿(mǎn)足以上要求4.1.4行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角1,2及模數(shù)的確定首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角i，24.1.5壓力角a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

11、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。4.1.6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?。?T。103L 1.1(4-5),(4-6) 1.1汕1arcta n =arcta n12=30.96Z220再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)2=901=59.03m2A0m=-sinZ12A01=-sin2 3812sin 30.96=3.26mm取m=3.5mm得d1mz13.5

12、12 =42mmd2mz2=3.5 x 20=70mm12/ 11差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N m在此取2420.8Nmn-行星齒輪的數(shù)目；在此為2l-行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm l0.5d2,d2為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d20.8 d2；c支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取98 MPa根據(jù)上式d20.8 70=56mm l =0.5 X 56=28mm4.2差速器齒輪強(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)

13、行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度w為2TcKsKm3wkvmb2d2jnMPa(4-7)式中：T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Tc0.6T0，在此Tc為1452.48Nmn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),式中：To2420.8 103,1.1 98 2 2820.03mm L1.1 20.0322mm13/ 11Km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)，Km二1.001.6時(shí)，Ks醫(yī)，在此Ks嗟二0.60914/ 111.1;Kv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；J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1-1可查得J =0.225根據(jù)上式w=2 1452.48 0.6091.1103=882.6MPa980 MPa1.0 3.5 20 70 0.225 2所以，差速器齒輪滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度要求4.3差速器齒輪的材料選擇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和其