差速器設(shè)計(jì) 說明書

1、學(xué)號(hào)成績(jī)汽車專業(yè)綜合實(shí)踐說明書設(shè)計(jì)名稱：汽車差速器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間 2012年 6月系 別 機(jī)電工程系專 業(yè) 汽車服務(wù)工程班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 2012 年 06 月 18日目 錄任務(wù)設(shè)計(jì)書3、C176kw/6000rmp142N.m/4000rmp3.543.23.8FF橫置已知條件：（1）假設(shè)地面的附著系數(shù)足夠大； （2）發(fā)動(dòng)機(jī)到主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)效率； （3）車速度允許誤差為±3%； （4）工作情況：每天工作16小時(shí)，連續(xù)運(yùn)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(jì)，每天平均10小時(shí)）

2、； （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(jì)。（9） 主傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)矩比參數(shù)選擇不得雷同。差速器的功用類型及組成 差速器能使同一驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪或兩驅(qū)動(dòng)橋之間以不同角速度旋轉(zhuǎn)，并傳遞轉(zhuǎn)矩的機(jī)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(shí)，使左右驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速滾動(dòng)，即保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪作純滾動(dòng)。1.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(duì)稱式（等轉(zhuǎn)矩式）和不對(duì)稱式（不等轉(zhuǎn)矩式）。目前汽車上廣泛采用的是對(duì)稱式錐齒輪差速器，

3、具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)制鎖止式差速器等。其結(jié)構(gòu)見下圖：2.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(dòng)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(dòng)。滑塊兩端分別與差速器的從動(dòng)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(dòng)力時(shí)，主動(dòng)套帶動(dòng)滑塊并通過滑塊帶動(dòng)內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)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(jiǎn)單起見，可用圓弧曲線代替?；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

4、材料、機(jī)械加工、熱處耶、化學(xué)處理等方面均有較高的技術(shù)要求。3.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(shí)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(dá)567900，鎖緊系數(shù)是達(dá)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(shí)，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。4.牙嵌式自由輪差速器牙嵌式自由輪差速器(圖524)是自鎖式差速器的一種。裝有這種差速器的汽車在直線行駛時(shí)，主動(dòng)環(huán)可將由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的大

5、小分配給左、右從動(dòng)環(huán)(即左、右半軸)。當(dāng)一側(cè)車輪懸空或進(jìn)入泥濘、冰雪等路面時(shí)，主動(dòng)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(shí)，外側(cè)車輪有快轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使外側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)脫開，即中斷對(duì)外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使內(nèi)側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)壓得更緊，即主動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。由于該差速器在轉(zhuǎn)彎時(shí)是內(nèi)輪單邊傳動(dòng)，會(huì)引起轉(zhuǎn)向沉重，當(dāng)拖帶掛車時(shí)尤為突出。此外，由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時(shí)斷時(shí)續(xù)，車輪傳動(dòng)裝置受的動(dòng)載荷較大，單邊傳動(dòng)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。該差速器工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，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

6、實(shí)踐將對(duì)對(duì)稱式錐齒輪差速器進(jìn)行設(shè)計(jì)。主減速器基本參數(shù)的選擇計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)Nmax: 76kw/6000rmp 發(fā)動(dòng)機(jī)Mmax: 142N.m/4000rmpI檔變比: 3.27 主傳動(dòng)比3.23.8差速器轉(zhuǎn)矩比S=1.3安全系數(shù)為n=1.4發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)到主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)效率，安全系數(shù)一檔變比，本次設(shè)計(jì)選用主加速器傳動(dòng)比因此總傳動(dòng)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： 主減速器直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)1.選定高速級(jí)齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）按題目已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2）選用精度等級(jí)8級(jí)精度

7、3）齒輪材料用，滲碳淬火，齒面硬度為 4）選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)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(qiáng)度設(shè)計(jì)承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度,故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì),驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。有 確定式中各項(xiàng)數(shù)值：因載荷有較重沖擊，查得故初選載荷系數(shù)，計(jì)算端面重合度齒寬系數(shù)選取查得，查得，；取查得取,設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)：將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式求得： 修正：查得 （動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)模數(shù)齒輪主要幾何尺寸：；，取，校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度查得（彈性系數(shù)）查得（節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)）查得（接觸強(qiáng)度重合度系數(shù)）按不允許出現(xiàn)點(diǎn)

8、蝕，查得， 取 則將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸度校核公式，得接觸強(qiáng)度滿足.直齒圓柱齒輪傳動(dòng)幾何尺寸名稱符號(hào)計(jì)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差速器設(shè)計(jì)計(jì)算1.差速器中的轉(zhuǎn)矩分配計(jì)算當(dāng)變速箱掛1檔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過變速箱輸出的轉(zhuǎn)矩最大，主傳動(dòng)比、1檔變速比；差速器的轉(zhuǎn)矩（1） 左右驅(qū)動(dòng)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。行星齒輪相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，而兩個(gè)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(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩平均分配給左、右兩半軸齒輪，即： 左右驅(qū)動(dòng)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)

9、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(gè)式子得，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得，在設(shè)計(jì)過程中要將安全系數(shù)考慮上，安全系數(shù)范圍，該設(shè)計(jì)取。設(shè)計(jì)中較高轉(zhuǎn)矩側(cè)半軸傳遞轉(zhuǎn)矩：2.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(gè)。（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，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定 式中：由于是2個(gè)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(jì)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3.行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)

10、的選擇小轎車齒輪強(qiáng)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(gè)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(jì)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(zhǎng)度L行星齒輪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(zhǎng)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(zhǎng)度L為 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算查得修正系數(shù) 齒側(cè)間隙汽車差

11、速器直齒輪錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟見下表序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)，應(yīng)盡量取小值152半軸齒輪齒數(shù)，且滿足 243模數(shù)m3.54齒面寬度；9mm5齒工作高40mm6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(diǎn)至齒輪外緣距離；21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(qiáng)度計(jì)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(jì)算得到，質(zhì)量系數(shù)，由于模數(shù)，

12、大于，因此尺寸系數(shù)，齒面載荷分配系數(shù)，半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩。，；則滿足設(shè)計(jì)要求。半軸計(jì)算半軸的主要尺寸是它的直徑，在設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)對(duì)使用條件和載荷情況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對(duì)他進(jìn)行強(qiáng)度核算。1.半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩及桿部直徑本設(shè)計(jì)選全浮式半軸根據(jù)汽車工程手冊(cè)P1209公式（4-9-37） 式中：      個(gè)車輪的驅(qū)動(dòng)力， 單位為N輪胎的滾動(dòng)半徑，單位為m差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)于圓錐行星齒輪差速器可取0.6；傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比，傳動(dòng)系效率，根據(jù)任務(wù)已知條件有=0.

13、96根據(jù)汽車工程手冊(cè)P1213公式（4-9-50）桿部直徑可按照下式進(jìn)行初選。 選22mm 式中，許用半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；=490-588MPad初選半軸桿部直徑，mm。半軸桿部直徑計(jì)算結(jié)果應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向上進(jìn)行圓整。根據(jù)初選的，按應(yīng)力公式進(jìn)行強(qiáng)度校核。2.半浮式半軸強(qiáng)度校核計(jì)算根據(jù)汽車工程手冊(cè)P1211公式（4-9-44）半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為  =490-588MPa式中，半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；d半軸直徑，mm。根據(jù)汽車工程手冊(cè)P1212公式（4-9-47）半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為       &#

14、160;       式中，最大扭轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角；半軸長(zhǎng)度；mm由凱越車型初選800mmG材料剪切彈性模量，N·選45號(hào)鋼G=335MPa查工程材料與成行技術(shù)基礎(chǔ)P93表（4-9）；半軸斷面極慣性矩， 半軸計(jì)算時(shí)的許用應(yīng)力與所選用的材料、加工方法、熱處理工藝及汽車的使用條件有關(guān)。當(dāng)采用40Cr，40MnB，40MnVB，40CrMnMo，40號(hào)及45號(hào)鋼等作為全浮式半軸的材料時(shí)，其扭轉(zhuǎn)屈服極限達(dá)到784MPa左右。在保證安全系數(shù)在1.31.6范圍時(shí)，半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取為490588MPa。半軸花鍵設(shè)計(jì)計(jì)算為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不

15、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,半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。重型車半軸的桿部較粗，外端突緣也很大，當(dāng)無較大鍛造設(shè)備時(shí)可采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡(jiǎn)化工藝。在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。本設(shè)計(jì)半軸和半軸齒輪采用漸開線花鍵連接，對(duì)花鍵應(yīng)進(jìn)行剪切應(yīng)力和花鍵擠壓應(yīng)力驗(yàn)算。1）根據(jù)汽車工程手冊(cè)P1211公式（4-9-45）半軸花鍵的剪切應(yīng)力      

16、60;                          式中：    T半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩，為1067.6925N·m 據(jù)國(guó)標(biāo)GB/3478.1-1983漸開線花鍵花鍵尺寸:選30度平齒根，m=1，Z=25      D半軸花鍵外徑，取26.5mm

17、60;     d與之相配的花鍵孔內(nèi)徑，取23.5mm      z花鍵齒數(shù)，取25      LP花鍵工作長(zhǎng)度，取40mm      b花鍵齒寬，取1.665mm      載荷分配不均勻系數(shù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)P159查得在（0.7-0.8）之間，計(jì)算時(shí)可取0.752）根據(jù)汽車工程手冊(cè)P1212公式（4-9-46）半軸花鍵的擠壓應(yīng)力  式中根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表（10-11）剪切應(yīng)力不大于73MPa，擠壓應(yīng)力不大于200MPa，根據(jù)要求，以上均合格。最小離地間隙根據(jù)別克凱越汽車維修手冊(cè)表（1-14）有輪胎型號(hào)：185/65R14查表GB9743-1997的輪胎型號(hào)為的參數(shù)為：負(fù)荷指數(shù)基本參數(shù)主要尺寸mm負(fù)荷能力kg充氣壓力kPa新胎充氣后輪胎最大使用尺寸標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)輪輞允許使用輪輞斷面寬度外直徑負(fù)荷下靜半徑滾動(dòng)半徑斷面寬度外直徑標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)91955J5.5J6.J184652293316191664615690240290表4-2-1根據(jù)汽車