差速器的計算過程

1、學(xué)號06071305成績汽車專業(yè)綜合實踐說明書設(shè)計名稱：汽車差速器設(shè)計設(shè)計時間 2010年 4月系 別 機電工程系專 業(yè) 汽車服務(wù)工程班 級 13班姓 名 鄭永豹指導(dǎo)教師 鄧寶清2010 年 05 月 24 日目錄一、設(shè)計任務(wù)書- 1 -二、差速器的功用類型及組成- 2 -（一）、齒輪式差速器- 2 -（二）滑塊凸輪式差速器- 2 -（三）蝸輪式差速器- 3 -（四）牙嵌式自由輪差速器- 4 -三、主減速器基本參數(shù)的選擇計算- 6 -（一）主減速器直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計- 6 -四、主減速器主、從動齒輪的支撐方案選擇- 10 -（一）、主動齒輪的支撐- 10 -五、差速器設(shè)計計算- 13 -（一

2、）差速器中的轉(zhuǎn)矩分配計算- 13 -（二）差速器的齒輪主要參數(shù)選擇- 13 -六總結(jié)- 17 -參考文獻- 18 -附圖- 19 -一、設(shè)計任務(wù)書已知條件：（1）假設(shè)地面的附著系數(shù)足夠大； （2）發(fā)動機到主傳動主動齒輪的傳動效率； （3）車速度允許誤差為±3%； （4）工作情況：每天工作16小時，連續(xù)運轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)； （5）工作環(huán)境：濕度和粉塵含量設(shè)為正常狀態(tài)，環(huán)境最高溫度為30度； （6）要求齒輪使用壽命為17年（每年按300天計）； （7）生產(chǎn)批量：中等。 （8）半軸齒輪、行星齒輪齒數(shù)，可參考同類車型選定，也可自己設(shè)計。（9）主傳動比、轉(zhuǎn)矩比參數(shù)選擇不得雷同。傳動方案：如參考圖

3、例設(shè)計工作量：（1）差速器設(shè)計計算說明書1份。 （2）差速器裝配圖1張（A0圖紙）；按要求繪制差速器總成圖，包括主傳動及半軸。 （3）零件工作圖2張（同一設(shè)計小組的各個同學(xué)的零件圖不得重復(fù)，須由指導(dǎo)教師指導(dǎo)選定）；二、差速器的功用類型及組成差速器能使同一驅(qū)動橋的左右車輪或兩驅(qū)動橋之間以不同角速度旋轉(zhuǎn)，并傳遞轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。起輪間差速作用的稱為輪間差速器，起橋間作用的稱橋間（軸間）差速器。輪間差速器的功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅(qū)動輪以不同的轉(zhuǎn)速滾動，即保證兩側(cè)驅(qū)動車輪作純滾動。（一）、齒輪式差速器齒輪式差速器有圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。按兩側(cè)的輸出轉(zhuǎn)矩是否相等，齒輪差速器有對

4、稱式（等轉(zhuǎn)矩式）和不對稱式（不等轉(zhuǎn)矩式）。目前汽車上廣泛采用的是對稱式錐齒輪差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。它又可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強制鎖止式差速器等。其結(jié)構(gòu)見下圖：（二）滑塊凸輪式差速器圖二2為雙排徑向滑塊凸輪式差速器。差速器的主動件是與差速器殼1連接在一起的套，套上有兩排徑向孔，滑塊2裝于孔中并可作徑向滑動?；瑝K兩端分別與差速器的從動元件內(nèi)凸輪4和外凸輪3接觸。內(nèi)、外凸輪分別與左、右半軸用花鍵連接。當(dāng)差速器傳遞動力時，主動套帶動滑塊并通過滑塊帶動內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時允許內(nèi)、外凸輪轉(zhuǎn)速不等。理論上凸輪形線應(yīng)是阿基米德螺線，為加工簡單起見，可用圓弧曲線代替

5、?；瑝K凸輪式差速器址一種高摩擦自鎖差速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，禮零件材料、機械加工、熱處耶、化學(xué)處理等方面均有較高的技術(shù)要求。（三）蝸輪式差速器蝸輪式差速器(圖二3)也是一種高摩擦自鎖差速器。蝸桿2、4同時與行星蝸輪3與半軸蝸輪1、5嚙合，從而組成一行星齒輪系統(tǒng)。蝸輪式差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比kb可高達567900，鎖緊系數(shù)是達0708。但在如此高的內(nèi)摩擦情況下，差速器磨損快、壽命短。當(dāng)把kb降到265300，k降到045050時，可提高該差速器的使用壽命由于這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。（四）牙嵌式自由輪差速器牙嵌式自由輪差速器(圖524)是自鎖式差速器的

6、一種。裝有這種差速器的汽車在直線行駛時，主動環(huán)可將由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動環(huán)(即左、右半軸)。當(dāng)一側(cè)車輪懸空或進入泥濘、冰雪等路面時，主動環(huán)的轉(zhuǎn)矩可全部或大部分分配給另一側(cè)車輪。當(dāng)轉(zhuǎn)彎行駛時，外側(cè)車輪有快轉(zhuǎn)的趨勢，使外側(cè)從動環(huán)與主動環(huán)脫開，即中斷對外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢，使內(nèi)側(cè)從動環(huán)與主動環(huán)壓得更緊，即主動環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。由于該差速器在轉(zhuǎn)彎時是內(nèi)輪單邊傳動，會引起轉(zhuǎn)向沉重，當(dāng)拖帶掛車時尤為突出。此外，由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時斷時續(xù)，車輪傳動裝置受的動載荷較大，單邊傳動也使其受較大的載荷。牙嵌式自由輪差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比Ab是可變的，最大可為無窮大。

7、該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。綜上所述，本次汽車專業(yè)綜合實踐將對對稱式錐齒輪差速器進行設(shè)計。三、主減速器基本參數(shù)的選擇計算發(fā)動機Nmax: 74kw/5600rmp發(fā)動機Mmax: 134N.m/4000rmpI檔變比: 3.27主傳動比3.23.8差速器轉(zhuǎn)矩比S=1.3安全系數(shù)為n=1.5 發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機到主傳動主動齒輪的傳動效率，安全系數(shù)一檔變比，本次設(shè)計選用主加速器傳動比因此總傳動比因此輸出轉(zhuǎn)矩N.m差速器轉(zhuǎn)矩比S=1.11.4之間選取，這里取S=1.3軸最大轉(zhuǎn)矩為，半軸最小轉(zhuǎn)矩為 得到方程解得： （一）主減速器直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計1.選定高速級

8、齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1）按題目已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動。2）選用精度等級8級精度3）齒輪材料用，滲碳淬火，齒面硬度為 4）選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素：為了磨合均勻，之間應(yīng)避免有公約數(shù)。選小齒輪 取2.按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計承載能力一般取決于彎曲強度,故先按彎曲強度設(shè)計,驗算接觸強度。有確定式中各項數(shù)值：因載荷有較重沖擊，查得故初選載荷系數(shù)，計算端面重合度齒寬系數(shù)選取查得，查得，；取查得取,設(shè)計齒輪模數(shù)：將確定后的各項數(shù)值代入設(shè)計公式求得： 修正：查得 （動載系數(shù)）查得 （齒向載荷分布系數(shù)）查得 （齒間載荷分配系數(shù)）則則選取第一系列標準模數(shù)齒輪主要幾何尺寸：；，取，校

9、核齒面接觸疲勞強度查得（彈性系數(shù)）查得（節(jié)點區(qū)域系數(shù)）查得（接觸強度重合度系數(shù)）按不允許出現(xiàn)點蝕，查得，取 則將確定出的各項數(shù)值代入接觸度校核公式，得接觸強度滿足.直齒圓柱齒輪傳動幾何尺寸名稱符號計算公式結(jié)果（mm）分度圓直徑齒頂高齒根高全齒高齒頂圓直徑齒根圓直徑頂隙中心距四、主減速器主、從動齒輪的支撐方案選擇主減速器中必須保證主、從動齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)外，與齒輪的支撐剛度也密切相關(guān)。（一）、主動齒輪的支撐主動齒輪的支撐可分為懸臂式支撐（如圖四1）和夸置式支撐（如圖四2）兩種。懸臂式支撐結(jié)構(gòu)的

10、特點是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸頸，其上安裝兩個圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長度和增加兩支撐件的距離，以改善支撐剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承承受，而反向軸向力則由另一軸承承受。為了盡可能地增加支撐剛度，支撐距離應(yīng)大于2.5倍的懸臂長度，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70%還大，另外靠近齒輪的軸頸應(yīng)不小于懸臂的尺寸。為了方便拆裝，應(yīng)使靠近齒輪的軸承軸頸比另一軸承的支撐軸頸大些。靠近齒輪的支撐軸承有時也采用圓柱滾子軸承，這時另一軸承必須采用能承受雙向軸向力的雙列圓錐滾子軸承。支撐剛度除了與軸承形式、軸頸大小、支撐距離和懸臂長度有關(guān)以外，還與軸承與軸及軸承

11、與座孔之間的配合緊度有關(guān)。懸臂式支撐結(jié)構(gòu)簡單，支撐剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的轎車、輕型貨車的單級主減速器及許多雙級主減速器中?？缰檬街谓Y(jié)構(gòu)的特點是在錐齒輪的兩端均有軸承支撐，這樣可以大大增加支撐剛度，又使軸承負荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個相對安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動齒輪軸的長度，使布置更緊湊，并可減小傳動軸夾角，有利于整車布置。但是跨置式支撐必須在主減速器殼體上有支撐導(dǎo)向軸承所需要的軸承座，從而使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。另外，因主、從動齒輪之間的空間很小，致使主動齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制，有時

12、甚至布置不下或使齒輪拆裝困難?？缰檬街沃械膶?dǎo)向軸承都為圓柱滾子軸承，并且內(nèi)外圈可以分離或根本不帶內(nèi)圈。它僅承受徑向力，尺寸根據(jù)布置位置而定，是易損壞的一種軸承。在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用跨置式支撐結(jié)構(gòu)。本設(shè)計題目是主減速器傳遞力矩不大的越野車，因此采用懸臂式支撐結(jié)構(gòu)。（二）、從動齒輪的支撐從動錐齒輪的支撐（圖四3所示），其支撐剛度與軸承的形式、支撐間的距離及軸承之間的分布比例有關(guān)。從動錐齒輪多采用圓錐滾子軸承支撐。為了增加支撐剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動錐齒輪背面的減速器殼體處有足夠的位置來設(shè)置加強肋以增強支撐穩(wěn)定性，c+d應(yīng)不小于從動錐齒輪大端分度

13、圓直徑的70%。為了使載荷能盡量均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使尺寸c等于或大于尺寸d。在具有大的主傳動比和徑向尺寸較大的從動錐齒輪的主減速器中，為了限制從動錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移，在從動錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支撐（圖四4）。輔助支撐與從動錐齒輪背面之間的間隙，應(yīng)保證偏移量達到允許極限時能制止從動錐齒輪繼續(xù)變形。主、從動齒輪受載變形或移動的許用偏移量如圖四5所示。五、差速器設(shè)計計算（一）差速器中的轉(zhuǎn)矩分配計算當(dāng)變速箱掛1檔時，發(fā)動機通過變速箱輸出的轉(zhuǎn)矩最大，主傳動比、1檔變速比；差速器的轉(zhuǎn)矩（1） 左右驅(qū)動車輪不存在差速情況由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪

14、。行星齒輪相當(dāng)于一個等臂杠桿，而兩個半軸齒輪半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時，總是將轉(zhuǎn)矩平均分配給左、右兩半軸齒輪，即：左右驅(qū)動車輪存在差速情況轉(zhuǎn)矩比S：較高轉(zhuǎn)矩側(cè)半軸傳遞轉(zhuǎn)矩與較低轉(zhuǎn)矩側(cè)半軸傳遞轉(zhuǎn)矩之比稱為轉(zhuǎn)矩比S，即： （取S=1.3） 整理以上兩個式子得，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得，在設(shè)計過程中要將安全系數(shù)考慮上，安全系數(shù)范圍，該設(shè)計取。設(shè)計中較高轉(zhuǎn)矩側(cè)半軸傳遞轉(zhuǎn)矩：（二）差速器的齒輪主要參數(shù)選擇（1）行星齒輪數(shù)n行星齒輪數(shù)n需根據(jù)承載情況來選擇的，由于是小轎車的差速器所以行星齒輪數(shù)n選擇2個。（2）行星齒輪球面半徑和節(jié)錐距的確定行星齒輪球面半徑反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可

15、根據(jù)經(jīng)驗公式來確定 式中：由于是2個行星齒輪的差速器的轎車，所以取行星齒輪球面半徑系數(shù)，差速器計算轉(zhuǎn)矩，則 取整差速器行星齒輪球面半徑確定后，可初步根據(jù)下式確定節(jié)錐距 取行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的選擇小轎車齒輪強度要求不太高，可以選取行星齒輪齒數(shù)，半軸齒輪齒數(shù)初選為24，與的齒數(shù)比為1.6，兩個半軸齒數(shù)和為48，能被行星齒輪數(shù)2整除，所以能夠保證裝配，滿足設(shè)計要求。行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、及模數(shù)m行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、分別為當(dāng)量齒數(shù)：當(dāng)量齒數(shù)都大于17，因此錐齒輪大端端面模數(shù)m為行星齒輪分度圓直徑，半軸齒輪分度圓直徑。壓力角采用推薦值，齒高系數(shù)為0.8。行星齒輪軸直徑d及支承長度L行星齒輪

16、軸直徑與行星齒輪安裝孔直徑相同，行星齒輪在軸上的支承長度也就是行星齒輪安裝孔的深度。行星齒輪軸直徑d為 行星齒輪在軸上的支承長度L為 差速器齒輪的幾何尺寸計算查得修正系數(shù) 齒側(cè)間隙汽車差速器直齒輪錐齒輪的幾何尺寸計算步驟見下表序號項目計算公式結(jié)果1行星齒輪齒婁，應(yīng)盡量取小值152半軸齒輪齒數(shù)，且滿足 243模數(shù)m2.54齒面寬度；9mm5齒工作高4.000mm6齒全高4.521mm7壓力角一般汽車：；有些重型車：8軸交角9節(jié)圓直徑；10節(jié)錐角；11節(jié)錐距12周節(jié)13齒頂高，14齒根高；15徑向間隙c=0.521mm16齒根角；17面錐角；18根錐角；19外圓直徑；20節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離；2

17、1理論弧齒厚； 22齒側(cè)間隙BB=0.12723弦齒厚;24弦齒高;差速器齒輪強度計算根據(jù)輪齒彎曲應(yīng)力公式，J取0.255，半軸齒輪齒面寬。半軸大端分度圓直徑前面計算得到，質(zhì)量系數(shù)，由于模數(shù)，大于，因此尺寸系數(shù)，齒面載荷分配系數(shù)，半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩。，；則滿足設(shè)計要求。六總結(jié)課程設(shè)計是機械設(shè)計當(dāng)中的非常重要的一環(huán)，本次課程設(shè)計時間短暫略顯得倉促一些。但是通過本次每天都過得很充實的課程設(shè)計，從中得到的收獲還是非常多的。作為一名汽車服務(wù)工程大三的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)計是十分有意義，而且是十分必要的。在已度過的大三的時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面

18、，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計手冊了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱機械設(shè)計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在作設(shè)計，但我們不是藝術(shù)家。他們可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依、有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠只能是構(gòu)想，永遠無法升級為設(shè)計。設(shè)計過程中反復(fù)拆裝差速器實物，研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關(guān)系，多次參觀實驗室，和老師跟同學(xué)共同探討問題，一項項克服難關(guān)，最終完成了本次課程設(shè)計。從而把以前學(xué)習(xí)的理論知識更好的與實際結(jié)合，使我對汽車差速器這一部分更加了解，并熟知其工作原理。在設(shè)計過程中培養(yǎng)了我的綜合運用機械設(shè)計課程及其他課程理論知識和利用生產(chǎn)時間知識來解決實際問題的能力，真正做到了學(xué)以致用。在此期間我我們同學(xué)之間互相幫助，共同面對機械設(shè)計課程設(shè)計當(dāng)中遇到的困難，培養(yǎng)了我們的團隊精神。在這些過程當(dāng)中我充分的認識到自己在知識理解和接受應(yīng)用方面的不足，特別是自己的系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)能力的欠缺，將來要進一步加強，今后的學(xué)習(xí)還要更加的努力。作為一名專業(yè)學(xué)生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，由于本次大作業(yè)要求用 auto CAD制圖，因此要想更加有