普通錐齒輪式汽車(chē)差速器的設(shè)計(jì)車(chē)輛工程帶CAD圖紙

1、 設(shè)計(jì)題目：差速器設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì)目 錄1 基本數(shù)據(jù) 32 普通圓錐齒輪差速器設(shè)計(jì)32.1 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 32.2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)42.3 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)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(jì)算72.3.3 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算92.3.4差速器齒輪的材料103 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)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(qiáng)度計(jì)算123.4 半軸其他主要參數(shù)的選擇123.5半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理134.參考文獻(xiàn)13差速器設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì)1. 所設(shè)計(jì)車(chē)輛基本

2、參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值單位車(chē)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(chē)速140Km/h2. 普通圓錐齒輪差速器設(shè)計(jì)汽車(chē)在行駛過(guò)程中，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，在轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外兩側(cè)車(chē)輪行程顯然不同，即外側(cè)的車(chē)輪滾過(guò)的路程大于內(nèi)側(cè)車(chē)輪；汽車(chē)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(huì)引起左右車(chē)輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左右車(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)不可避免的會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(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)致操縱性

3、能惡化。為防止這類(lèi)現(xiàn)象發(fā)生，汽車(chē)在左右驅(qū)動(dòng)輪間裝有輪間差速器，從而保證驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車(chē)輪在行程不等的情況下具有不同角速度，滿足了汽車(chē)行駛時(shí)的運(yùn)動(dòng)要求。 差速器用來(lái)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(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器。2.1對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(dòng)齒輪6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為和。A、B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

4、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(shí)，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(shí)（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(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)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(wú)關(guān)。因此在汽

5、車(chē)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(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。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(shí)，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(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2 對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)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(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類(lèi)車(chē)輛上。2.3 對(duì)稱(chēng)式圓錐行

6、星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，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(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。2.3.1 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(chē)采用2個(gè)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 (2-3) 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.522.99，對(duì)于有2個(gè)行星齒

7、輪的載貨汽車(chē)取小值； T計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取和的較小值，N·m.計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 （2-4） 式中車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，變速器量高檔傳動(dòng)比。根據(jù)所選定的主減速比值，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)總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。把, , , 代入（2-4）計(jì)算出從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （2-5） 式中：計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；n計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，1；變速器傳動(dòng)比，；主減速器傳動(dòng)比，=5.91；變速器傳動(dòng)效率，=0.96；k液力變矩器變矩系數(shù)，K=1；由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，=1；變速器最低擋傳動(dòng)比，=1；代入式（2-5），有： =3320.4

8、 Nm主動(dòng)錐齒輪計(jì)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=40mm(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(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/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)，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?chē)駝t，差速器將無(wú)法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： (2-6

9、) 式中：，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)= 行星齒輪數(shù)目； 任意整數(shù)。在此， 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， 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m 查閱文獻(xiàn)取m=4mm得 (5).壓力角目前，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

10、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(zhǎng)度，通常?。?所以 式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取3320.4N·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，為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而0.8； 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 MPa根據(jù)上式 =0.8*80=64mm =0.5×64=32mm 2.3.2 差速器齒輪的幾何計(jì)算表3-1汽車(chē)差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算

11、結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)10，應(yīng)盡量取最小值=122半軸齒輪齒數(shù)=1425，且需滿足式（1-4）=203模數(shù)=4mm4齒面寬b=(0.250.30)A;b10m20mm5工作齒高=6.4mm6全齒高7.2037壓力角22.5°8軸交角=90°909節(jié)圓直徑； 10節(jié)錐角，=30.96°，11節(jié)錐距=40mm12周節(jié)=3.1416=12.56mm13齒頂高;=4.14mm=2.25mm14齒根高=1.788-;=1.788-=3.012mm;=4.9mm15徑向間隙=-=0.188+0.051=0.803mm16齒根角=;=4.32° =6.98°17

12、面錐角；=35.28°=66.01°18根錐角；=26.64°=52.05°19外圓直徑；mmmm20節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離mmmm21理論弧齒厚 =5.92 mm=6.63 mm22齒側(cè)間隙=0.2450.330 mm=0.250mm2.3.3 差速器齒輪的強(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)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度為 MPa (3-6) 式中：差速器一個(gè)行星齒輪傳

13、給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)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(shí)，在此0.629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)，1.001.1；其他方式支承時(shí)取1.101.25。支承剛度大時(shí)取最小值。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; 計(jì)算汽車(chē)差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖可查得=0.225彎曲計(jì)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(jì)一節(jié)。2.3.4差速器

14、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(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)半軸位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車(chē)輪。對(duì)于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，車(chē)輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸；對(duì)于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，車(chē)輪傳動(dòng)裝置為萬(wàn)向傳動(dòng)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(chē)輪輪盤(pán)及制動(dòng)鼓相聯(lián)接 。 3.2 半浮式半軸桿部半徑的確定半軸的主要

15、尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：（1）縱向力X2最大時(shí)(X2Z2)，附著系數(shù)預(yù)取0.8，沒(méi)有側(cè)向力作用；（2）側(cè)向力Y2最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為Z2中，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)，在計(jì)算中取1.0，沒(méi)有縱向力作用；（3）垂向力Z2最大時(shí)，這發(fā)生在汽車(chē)以可能的高速通過(guò)不平路面時(shí)，其值為(Z2-gw)kd，kd是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒(méi)有縱向力和側(cè)向力的作用。 由于車(chē)輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車(chē)輪與地面最大附著力的限制，即故縱向力X2最大時(shí)不會(huì)有側(cè)向力作用，而側(cè)向力Y2最大時(shí)也不會(huì)有縱向力作用。 初步確定半軸直徑在0.0

16、40m 該值參考文獻(xiàn)2半浮式半軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下三種載荷工況：（1）縱向力最大，側(cè)向力為0：此時(shí)垂向力，取10500N縱向力最大值，計(jì)算時(shí)可取12，取08。得=6300N =5040N 半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 式中，a為輪轂支承軸承到車(chē)輪中心平面之間的距離，a取0.06m=77.08Mpa =199.63Mpa 合成應(yīng)力=406Mpa(2)側(cè)向力最大，縱向力=0，此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑：外輪上的垂直反力。和內(nèi)輪上的垂直反力分別為 式中，為汽車(chē)質(zhì)心高度參考一般計(jì)算方法取738.56mm；為輪距 =1430m為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取1.0。外輪上側(cè)向力和內(nèi)輪上側(cè)向力分別為 內(nèi)、外車(chē)輪上的總側(cè)向力

17、為。這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力分別為= 565.1mpa =666.4 mpa (3)汽車(chē)通過(guò)不平路面，垂向力最大，縱向力，側(cè)向力：此時(shí)垂直力最大值為： 式中，是為動(dòng)載系數(shù)，轎車(chē)：，貨車(chē)：，越野車(chē)：。半軸彎曲應(yīng)力，為=87.7mpa 故校核半徑取0.040m滿足合成應(yīng)力在600mpa -750mpa范圍3.3 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)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 （3-1）半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為 （3-1）式中T半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=3320.4Nm；半軸花鍵(軸)外徑，=44mm；相配的花鍵孔內(nèi)徑，=40mm；z花鍵齒數(shù)，在

18、此取20；Lp花鍵工作長(zhǎng)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：=51.1Mpa =95.8 MPa根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)71.05 MPa，擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。 上述花鍵部分主要參考著作圖書(shū)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, 油封外圓直徑：60,65半軸長(zhǎng)度：744.5 法蘭參數(shù)：5-16.2B10,分布圓120十孔位置度0.2 3. 5半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取10齒(轎車(chē)半軸)至18齒(載貨汽車(chē)半軸)。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞