車用普通錐齒輪式差速器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）作 者:學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院:交通工程學(xué)院專 業(yè):車輛工程題 目:車用普通錐齒輪式差速器的設(shè)計(jì)副教授指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2014年06月畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 本次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)主要是錐齒輪式差速器，錐齒輪式差速器是最普通的差速器，安裝在兩半軸之間。此次設(shè)計(jì)主要涉及到差速器行星齒輪和半軸齒輪的參數(shù)計(jì)算、材料選擇和強(qiáng)度校核，同時(shí)也簡要說明了差速器的原理。在設(shè)計(jì)中參考了大量文獻(xiàn)、翻閱了大量機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)差速器的結(jié)構(gòu)有了更深刻的了解和對(duì)錐齒輪有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，最后，通過利用Pro/E軟件對(duì)錐齒輪式差速器進(jìn)行建模工作和生成二維圖。關(guān)鍵詞 錐齒輪，差速器，齒輪結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

2、說明書（論文）外文摘要Title Design of Common Bevel Gear Differential Car Abstract The paper is mainly about the design of bevel gear differential, which is the most common differential and installed between two axles. The design is probably about the parameter calculation, the choose of material and the check

3、of strength of differentials planetary gear and axle gear. Whats more, the principle of differential is briefly explained. Many documents and Mechanical Design Handbooks were consulted in the process of design, and they have contributed to a deeper understanding of the bevel gear and the structure o

4、f differentials. Finally, I modeling the bevel gear differentials by using Pro/Engineer, generation of two-dimensional maps.Keywords bevel gear,differential,gear structure 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 頁 共 頁目 錄1 緒論11.1背景和意義11.2汽車錐齒輪式差速器的概述11.2.1汽車錐齒輪式差速器的差速原理21.3 本文研究的內(nèi)容42 錐齒輪式差速器參數(shù)的計(jì)算、強(qiáng)度校核和材料選擇42.1 初始數(shù)據(jù)的來源與依據(jù)

5、42.2 錐齒輪式差速器齒輪參數(shù)的確定52.3 差速器齒輪的幾何計(jì)算圖表92.4 錐齒輪式差速器齒輪材料的選擇102.5 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算112.6 半軸直徑的初選及強(qiáng)度計(jì)算122.7 半軸花鍵的計(jì)算132.8 十字軸的計(jì)算133 錐齒輪式差速器的實(shí)體建模143.1 建模工具的選擇143.2 錐齒輪式差速器建模的過程153.2.1 一些零件的建模過程154 錐齒輪式差速器的虛擬裝配18結(jié)論20致謝21參考文獻(xiàn)22第 22 頁 共 22 頁 1 緒論1.1 背景和意義在汽車行業(yè)發(fā)展的初期，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人雷諾先生最先發(fā)明了汽車差速器，汽車差速器作為汽車必不可少的部件之一曾經(jīng)被汽車專家

6、們譽(yù)為“小零件大功用”1。差速器之所以有如此的美名，在于汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，由于汽車的內(nèi)、外兩側(cè)車輪在同一時(shí)間內(nèi)要移動(dòng)不同的距離，而外輪移動(dòng)的距離要比內(nèi)輪轉(zhuǎn)過的路程大，就會(huì)造成汽車轉(zhuǎn)彎困難，而差速器就可以解決此類問題。那么什么是差速器？簡單一點(diǎn)的說就是由六個(gè)齒輪所組成。復(fù)雜一點(diǎn)，就是由一組行星齒輪組成，核心是兩個(gè)行星齒輪和兩個(gè)與左右后輪傳動(dòng)軸相連接的半軸齒輪。為了節(jié)省空間和材料，現(xiàn)代的差速器很少使用經(jīng)典的平面齒輪了，更多的是使用曲齒圓錐齒輪、交錯(cuò)軸斜齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪甚至蝸桿來代替平面齒輪，但基本的六個(gè)齒輪的結(jié)構(gòu)一直延續(xù)了下來。為了節(jié)省空間，現(xiàn)代的差速器很少使用經(jīng)典的平面齒輪了，更多的是使用曲齒圓

7、錐齒輪、交錯(cuò)軸斜齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪甚至蝸桿，但基本的六個(gè)齒輪的結(jié)構(gòu)一直延續(xù)了下來。在此基礎(chǔ)上有發(fā)明了限滑差速器、機(jī)械式限滑差速器、螺旋齒輪限滑差速器、滾珠鎖定限滑差速器等，而錐齒輪式差速器由于技術(shù)成熟、安全、可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，一直被延續(xù)的使用下來。差速器的作用就是將主減速器傳來的動(dòng)力傳給左、右兩半軸，并在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)允許左、右兩半軸以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)（差速作用）。它對(duì)提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性、安全性和汽車各的零件的使用壽命具有非常重大的意義。在本世紀(jì)六七十年代，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)高速增長期，而在2008年開始的全球金融危機(jī)又讓汽車產(chǎn)業(yè)在危機(jī)中有了發(fā)展的機(jī)遇，人類的富裕使人們享受生活，追求樂趣，有

8、額外的錢購買汽車，所以轎車的銷量逐年上升，在世界各處都有非常廣闊的前景和市場(chǎng)2。目前國內(nèi)重型汽車的差速器產(chǎn)品的技術(shù)基本上都源自于美國、德國、日本、法國等幾個(gè)傳統(tǒng)的工業(yè)強(qiáng)國，而我國現(xiàn)有的技術(shù)基本上是在引進(jìn)國外的基礎(chǔ)上引進(jìn)和發(fā)展起來的，而且已經(jīng)有了初步的發(fā)展規(guī)模，并在此基礎(chǔ)上有了一定的創(chuàng)新。但是目前我國差速器的自主開發(fā)能力仍然很弱，影響了整車新車的開發(fā)，在差速器的技術(shù)開發(fā)上還是有很長的路要走3。1.2汽車錐齒輪式差速器的概述目前國產(chǎn)轎車及其它類汽車基本都采用了對(duì)稱式錐齒輪式普通差速器。對(duì)稱式錐齒輪差速器由行星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸（十字軸或一根直銷軸）和差速器殼等組成（如圖1-1）。 圖1-1

9、 普通的錐齒輪式差速器 1-軸承；2-螺母；3-鎖止墊片；4-差速器左殼；5-螺栓；6-半軸齒輪墊片；7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片；11-差速器右殼；12-軸承；13-螺栓；14-鎖止墊片大多數(shù)汽車采用行星錐齒輪式差速器，普通錐齒輪差速器由兩個(gè)或者四個(gè)圓錐行星齒輪、行星齒輪軸、兩個(gè)圓錐半軸齒輪與左右差速器殼等構(gòu)成。切諾基的開式差速器的結(jié)構(gòu)，是非常典型的行星齒輪組結(jié)構(gòu)，只不過太陽輪和外齒圈的齒數(shù)是一樣的。在這套行星齒輪組里，主動(dòng)輪是行星架，被動(dòng)輪是兩個(gè)太陽輪。通過行星齒輪組的傳動(dòng)特性我們知道，如果行星架作為主動(dòng)軸，兩個(gè)太陽輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向是不確定的，甚至兩個(gè)太

10、陽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相反的。 車輛在直線行駛時(shí)，差速器給兩個(gè)半軸傳遞的扭矩相同。在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪懸空情況下，如果傳動(dòng)軸是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，有附著力的驅(qū)動(dòng)輪是沒有驅(qū)動(dòng)力的，如果傳動(dòng)軸是加速轉(zhuǎn)動(dòng)，有附著力的驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力等于懸空車輪的角加速度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的乘積。 車輛轉(zhuǎn)彎而且輪胎不打滑的狀態(tài)下，和差速器連接的兩個(gè)半軸的扭矩方向是相反的，給車輛提供向前的驅(qū)動(dòng)力只有內(nèi)側(cè)的車輪，行星架和內(nèi)側(cè)的太陽輪之間由等速傳動(dòng)變成了減速傳動(dòng)，駕駛感覺就是彎道加速比直道加速更有力。 開式差速器的優(yōu)點(diǎn)就是在鋪裝路面上轉(zhuǎn)行行駛的效果最好。缺點(diǎn)就是在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪喪失附著力的情況下，另外一個(gè)也沒有驅(qū)動(dòng)力，開式差速器的適用范圍是所有鋪裝路面行駛的車

11、輛，前橋驅(qū)動(dòng)和后橋驅(qū)動(dòng)都可以安裝4。1.2.1 汽車錐齒輪式差速器的差速原理 如圖1-2所示，對(duì)稱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，形成了行星架。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。 圖1-2 錐齒輪式差速器的工作原理 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1-2左），其值為。于是=，即差速器不會(huì)起到差速的作用，所

12、以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1-2），嚙合點(diǎn)A的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為=-。就會(huì)有 +=（+）+(-) 即 + =2 （1-1） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)用表示，則有 （1-2） 式（1-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱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(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。由式1-2）還可以得知：a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

13、器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；b當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零，若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(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)5。1.3 本文研究的內(nèi)容 差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其零部件三維建模的基礎(chǔ)，必須要綜合考慮匹配的車型、空氣的阻力、變速器和主減速器的傳動(dòng)比、動(dòng)力總成特性參數(shù)、汽車通過性參數(shù)、平均路面條件等。為此，將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和思路簡述如下：一般需依據(jù)汽車設(shè)計(jì)的規(guī)范，查閱設(shè)計(jì)公式圖表進(jìn)行差速器齒輪（包括半軸齒輪、行星齒輪）的基本參數(shù)（包括各齒輪齒數(shù)、壓力角、模數(shù)、行星齒輪安裝尺寸等）選擇和計(jì)算，再進(jìn)行差速器齒輪幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度的校核。由于行星齒輪在差速器工作中經(jīng)常只起到等臂推力桿的作用，因此僅在左

14、、右車輪有轉(zhuǎn)速差時(shí)行星齒輪和半軸齒輪間才會(huì)有相對(duì)滾動(dòng)，故可對(duì)差速器齒輪不考慮其疲勞壽命，僅進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核即可，強(qiáng)度校核中差速器錐齒輪的材料一般可選為40Cr、20CrMoTi和20CrMo等。殼體的厚度主要決定因素是差速器殼體強(qiáng)度，在滿足強(qiáng)度和足夠的安全系數(shù)條件下，殼體厚度應(yīng)可能盡量的小，以減輕總體重量，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)差速器殼體的結(jié)構(gòu)參數(shù)大小還與半軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，特別是與半軸的直徑的關(guān)系最為密切。如半軸與差速器連接處的花鍵的齒數(shù)、模數(shù)及直徑直接決定了差速器殼沿驅(qū)動(dòng)軸方向的長度6。2 錐齒輪式差速器參數(shù)的計(jì)算、強(qiáng)度校核和材料選擇2.1 初始數(shù)據(jù)的來源與依據(jù) 本次設(shè)計(jì)必須知道汽車的

15、載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率、最大轉(zhuǎn)矩、最高時(shí)速和變速箱的傳動(dòng)比；主減速器傳動(dòng)比。知道這些我才能對(duì)差速器的尺寸進(jìn)行選擇和材料的確定，本設(shè)計(jì)選取的貨車滿載時(shí)的總質(zhì)量為9290kg，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為99kw(當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí))；發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為353（當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在12001400r/min時(shí)），最大轉(zhuǎn)矩158；貨車的最高速度為90km/h；額定載質(zhì)量為5000kg。此次選用五檔變速器，為了滿足設(shè)計(jì)要求，我初選一檔變速器傳動(dòng)比為7.31，我再按照汽車傳動(dòng)系各檔的傳動(dòng)比是按照等比級(jí)數(shù)分配的，本設(shè)計(jì)相鄰兩檔的比值為1.62.所以二檔為7.31/1.62=4.51,依次可得三檔、四檔、

16、五檔的傳動(dòng)比分別為2.79、1.72、1。倒檔為7.66。本次設(shè)計(jì)選用的主減速器傳動(dòng)比為6.33。2.2 錐齒輪式差速器齒輪參數(shù)的確定 1.行星齒輪數(shù)目的確定行星齒輪數(shù)目需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取兩個(gè)，反之則取四個(gè)。本次設(shè)計(jì)的載貨汽車承載能力強(qiáng)，應(yīng)該選擇四個(gè)行星齒輪，即。2. 行星齒輪球面半徑的確定以及節(jié)錐距的計(jì)算行星齒輪背面的球面半徑是行星齒輪的基本尺寸參數(shù)，其反映了差速器圓錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力。可以根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式確定： （2-1） 在上式中：是行星齒輪球面半徑的系數(shù)，可取范圍2.52.96， 對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的轎車和公路用貨車最好取小值，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪

17、的轎車以及有四個(gè)行星齒輪的越野車和礦用車，取大值。此處，可取=2.7。 是差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，, 是球面半徑，單位：（1）轉(zhuǎn)矩的計(jì)算從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （2-2）上式中：是計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位：是動(dòng)載系數(shù)，對(duì)于性能系數(shù)的汽車(一般貨車，越野車，礦用汽車)一般取動(dòng)載系數(shù)為液力變矩器變矩系數(shù)，取 是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，已知 是分動(dòng)器傳動(dòng)比， 為變速器的一檔傳動(dòng)比，本次設(shè)計(jì)的載貨汽車變速器一檔傳動(dòng)比是是主減速器傳動(dòng)比，本次設(shè)計(jì)的載貨汽車采用雙曲線齒輪，單級(jí)減速器，主減速器傳動(dòng)比是驅(qū)動(dòng)橋數(shù)， 是從發(fā)動(dòng)機(jī)到主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)效率， 代入式 （2-2）中，可得 （2）從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩 計(jì)算公式為： （2-3

18、）在上式中：是計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 是汽車在發(fā)出最大加速度時(shí)的后橋負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，一般乘用車為1.21.4，貨車為1.11.2，此處取1.1。是滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜負(fù)荷，對(duì)于式載貨汽車，為了保證其在泥濘路面上的通行能力，提高在地面上的驅(qū)動(dòng)能力，常將滿載時(shí)前軸負(fù)荷控制在總軸荷的26%27%之間，故是主減速器從動(dòng)錐齒輪到車輪間的傳動(dòng)比，已知為。是主減速器從動(dòng)齒輪到車輪間的傳動(dòng)效率，當(dāng)無輪邊減速器時(shí)，是輪胎與地面間的附著系數(shù)，對(duì)一般輪胎的公路用車，可取是輪胎的滾動(dòng)半徑，查表可以得到。代入公式（2-3），得 因?yàn)?，取 將以上數(shù)據(jù)代入式（2-1）中，得： 將圓整后得到：=54mm,錐齒輪的節(jié)錐距一般稍微小于

19、，可以取 =（0.980.99)=（52.9253.46)mm所以預(yù)選取其節(jié)錐距=53mm3.行星齒輪與半軸齒輪的設(shè)計(jì)和選擇（1）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的確定為了使齒輪有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，因此行星齒輪的齒數(shù)應(yīng)該盡可能少，但一般不少于10，半軸齒輪的齒數(shù)一般采用1425之間。汽車半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)之比大多在1.52的范圍內(nèi)。為了使四個(gè)行星齒輪能同時(shí)與兩個(gè)半軸齒輪嚙合，兩個(gè)半軸齒輪的齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除，否則差速器齒輪不能裝配。綜上所述，即1.52 （2-4） （2-5）上式中：是差速器行星齒輪的齒數(shù)，是差速器半軸齒輪的齒數(shù)，和分別是差速器左、右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式

20、錐齒輪差速器來說，是行星齒輪的數(shù)目，已知是任意整數(shù)根據(jù)上述要求可在此取滿足以上要求。（2）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定初步確定行星齒輪節(jié)錐角和半軸齒輪節(jié)錐角，利用公式： （2-6）確定圓錐齒輪大端端面模數(shù)，使用公式： （2-7）大端端面模數(shù)按圓錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列選取，查表得確定行星輪和半軸齒輪的節(jié)圓直徑，利用以下公式計(jì)算： mm （2-8）mm4.計(jì)算和選取壓力角 汽車錐齒輪式差速器的齒輪目前大都采用的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。行星齒輪的最小齒數(shù)可減少到=10個(gè)，并且在行星齒輪齒頂不變尖的情況下，還可以加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪的強(qiáng)度趨于相當(dāng)。由于這種齒形

21、的最小齒數(shù)比壓力角為的少，在此可以選的壓力角。5. 行星齒輪安裝孔的孔徑和孔長度的確定行星齒輪安裝孔的長度就是行星齒輪在其軸上的支承長度行，而星齒輪安裝孔的孔徑與行星齒輪軸的名義尺寸是相同的，我們通常取： （2-9）行星齒輪安裝孔的孔長度和孔徑的選擇要保證擠壓強(qiáng)度要求，擠壓強(qiáng)度要求的公式為： （2-10） 即由上面各式可以得到： （2-11）在上式中：已知是差速器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而是行星齒輪軸孔中心到節(jié)錐頂點(diǎn)的長度，約為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處平均直徑的一半，即， 是行星齒輪數(shù)目，已知 是許用擠壓應(yīng)力，取 是行星齒輪安裝孔的孔徑，是行星齒輪安裝孔的長度。將上述各計(jì)算結(jié)果

22、代入式（2-11）中，可以得到d： 取d=。2.3 錐齒輪式差速器齒輪的幾何計(jì)算圖表序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果1錐齒輪行星齒輪齒 數(shù)應(yīng)盡量取最小值=102半軸齒輪齒數(shù)=1425,且需滿足式（2-4）（2-5）=183模 數(shù)m公式（2-7）m=5.5mm4齒 面 寬b=(0.250.30)A;b10m5工 作 齒 高 =8.8mm6全 齒 高h(yuǎn)9.8857壓 力 角 8軸 交 角=90=909節(jié) 圓 直 徑d 10節(jié) 錐 角11節(jié) 錐 距=53mm表2.1 錐齒輪式差速器幾何計(jì)算圖表8序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果12齒 頂 高=5.81mm=2.99mm13齒 根 高=1.788-=1.78

23、8-=4.024mm;=6.844mm14齒頂圓直徑；mmmm15齒根圓直徑49.99mm75.16mm16分度圓齒厚sS=8.64mm17齒 側(cè) 間 隙B=0.2450.330 mmB=0.270mm表2.1 錐齒輪式差速器幾何計(jì)算圖表（續(xù)）2.4 錐齒輪式差速器齒輪材料的選擇錐齒輪式差速器齒輪材料應(yīng)滿足以下要求：第一，具有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度；第二，鋼材的鍛造性能，切削性能及熱處理性能應(yīng)該比較好，熱處理變形要小或變形規(guī)律要容易控制；第三，在輪齒芯部應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷；第四，選擇齒輪材料要適應(yīng)我國的實(shí)際情況，少用鎳鉻等貴重合金鋼，選用錳、釩、硼、鈦、鉬、

24、硅等元素的合金鋼11。汽車的錐齒輪式差速器齒輪基本上都用滲碳合金鋼來加以制造，用于制造差速器齒輪的材料大多有18CrMnTi，40Cr，22CrMnMo和20CrMo等幾種。為了減少鎳鉻等元素的消耗，在最近幾年我國采用了許多新型材料有20MnVB和20MnTiB兩種。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)有耐磨性，表面硬和抗壓性高，而芯部較軟，耐沖擊，韌性好。因此這種材料可以完全滿足齒輪工作的要求。另外，由于鋼本身的含碳量比較低，價(jià)格低廉，它們的鍛造及切削性能都比較好12。 因此，汽車差速器齒輪的材料大都選擇40Cr的滲碳合金鋼。所以我也是選用以40Cr的滲碳合金鋼為材料。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得40Cr彎曲應(yīng)力極限=98

25、0Mpa，屈服極限為785Mpa，半軸剪切應(yīng)力查表=588Mpa。十字軸的常用材料主要有碳素鋼和合金鋼。碳素鋼非常的價(jià)廉，而且對(duì)應(yīng)力集中敏感性比合金鋼還要低，應(yīng)用較為廣泛，對(duì)非常重要、精度要求高的十字軸或者承受較大的軸，宜選用35、40、45和50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中以45鋼最為常用。所以此次選用的十字軸的材料為45鋼，45鋼強(qiáng)度極限=600Mpa，屈服極限=355，彎曲疲勞強(qiáng)度Mpa；半軸花鍵也是選用40Cr，許用壓力=80Mpa。2.5 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算差速器的行星齒輪和半軸齒輪一直是處于嚙合的狀態(tài)，但是它們并不是一直處于相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，只有在左右車輪轉(zhuǎn)速不相等的時(shí)候才會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。而在

26、載貨汽車正常行駛的過程中，這種情況還是相對(duì)較少的9。因此，這些齒輪齒面的接觸疲勞的破壞一般并不會(huì)發(fā)生，主要是輪齒彎曲破壞的問題。在汽車設(shè)計(jì)中只要進(jìn)行輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算就可以了，輪齒彎曲應(yīng)力公式為 （2-9）上式中：是彎曲應(yīng)力，單位： 是半軸齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為， 是齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度的尺寸系數(shù)，它反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素都有關(guān)，當(dāng)時(shí)，所以可得： 是齒面載荷分配系數(shù)，跨置式=11.1；懸臂式=1.11.25，此處取=1。是質(zhì)量系數(shù)，與齒輪精度及齒輪分度圓上的切線速度對(duì)齒間載荷的影響有關(guān)，當(dāng)接觸好、周節(jié)及同心度準(zhǔn)確時(shí)，取=1。是半軸齒輪的齒寬，m是差速器行星齒輪和半軸齒

27、輪的模數(shù)，。是半軸齒輪的大端分度圓直徑，=82.4mm。 是綜合系數(shù)，查機(jī)械手冊(cè)可得可取0.2253。 是行星齒輪的數(shù)目，已知n=4。代入公式（2-9）中，可得： 所以，錐齒輪式差速器錐齒輪滿足彎曲強(qiáng)度的要求10。2.6 半軸直徑的初選及強(qiáng)度計(jì)算利用公式： 式中d為半軸直徑； 半軸剪切應(yīng)力查表=588Mpa。 d=39.2441.73mm，取直徑d=40mm， 半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=558Mpa588Mpa， 半軸扭轉(zhuǎn)角， 式中G為材料剪切彈性模量，G取80Gpa； L為半軸長度，半軸長度范圍在498mm1160mm,本設(shè)計(jì)為貨車，需要有較寬的輪距，本設(shè)計(jì)選取L=1000mm； 為半軸橫截面的慣性矩，

28、=251200； =0.028 半軸強(qiáng)度合格。2.7 半軸花鍵的計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)漸開線的花鍵規(guī)定最小齒數(shù)為10齒，本次設(shè)計(jì)初選花鍵齒數(shù)為16，模數(shù)一般取2的花鍵?；ㄦI連接的主要失效形式是工作面被壓潰或者是工作面被過度磨損，因此，靜連接通常按照擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，動(dòng)連接則需要對(duì)工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核。半軸和半軸齒輪為動(dòng)連接，所以校核時(shí)只要對(duì)工作面壓力進(jìn)行校核就可以了。 花鍵動(dòng)連接工作面壓力p=式中為載荷分配不均勻系數(shù)，與齒圈多少有關(guān)，一般取=0.70.8，齒數(shù)多時(shí)取偏小值，此處取=0.75；z為半軸花鍵的齒數(shù)，z=16；為齒的工作長度，=100mm；為花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵，=，

29、此處D為花鍵大徑，d為花鍵小徑一般取h=m，m為模數(shù)，所以d=36mm；為花鍵的平均直徑，矩形花鍵取=,=38mm； 為花鍵連接的許用壓力；=80Mpa2p=153.92Mpa；p=76.96Mpa=80Mpa；由以上可知，本設(shè)計(jì)半軸花鍵是合格的。2.8 十字軸的計(jì)算由行星錐齒輪的內(nèi)孔直徑為22mm可知十字軸的外徑d=22mm，為了減少慣性，十字軸最好做成空心的，為了滿足內(nèi)徑的要求，必須滿足彎扭合成強(qiáng)度條件，其中抗彎截面系數(shù)W=；=/d；所以d-，查手冊(cè)得=260Mpa，其中，所受的彎矩M=T/4=1754.64Nm； 公式：，本次設(shè)計(jì)為了更好的滿足強(qiáng)度和疲勞極限的要求取=12mm。本設(shè)計(jì)十字

30、軸滿足要求。3 錐齒輪式差速器的實(shí)體建模3.1 建模工具的選擇 目前，國內(nèi)外市場(chǎng)上流行的三維軟件種類繁多，主要有MDT、Solidworks、SolidEdge、I-DEAS、UG、CATIA、Pro/ENGINEER而我們要使用的軟件要有如下要求： 軟件技術(shù)的領(lǐng)先性和技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展性。 用戶群的數(shù)量。 軟件功能模塊的豐富程度。 軟件的易學(xué)易用性。 是否有功能強(qiáng)大、效率高的二次開發(fā)模塊13。 Pro/Engineer（簡稱Pro/E）操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維設(shè)計(jì)軟件。Pro/E軟件以參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)著稱，它是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，到目前為止它在

31、三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/E作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的高度認(rèn)可和普遍推廣，是如今主流的三維CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在我國產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。它可解決任何規(guī)模的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的集成式3D CAD/CAM/CAE解決方案?？蛻舻囊罂赡軙?huì)變，時(shí)間的壓力可能不斷增加，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求始終是不變的。不論您項(xiàng)目的規(guī)模大小如何，設(shè)計(jì)模型渲染效果圖您都需要一種功能強(qiáng)大、易于使用、價(jià)格合理的解決方案。而強(qiáng)大的Pro/E就可以解決機(jī)械零件的三維設(shè)計(jì)。Pro/E是3D產(chǎn)品設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。是作為業(yè)界領(lǐng)先的生產(chǎn)效率工具，它促進(jìn)用戶采用最佳設(shè)計(jì)做法，同時(shí)確

32、保遵守業(yè)界和公司的標(biāo)準(zhǔn)。集成的參數(shù)化3D CAD/CAM/CAE解決方案可讓您的設(shè)計(jì)速度比以前都要快，同時(shí)最大限度地增強(qiáng)創(chuàng)新力度并提高質(zhì)量，最終創(chuàng)造出不同凡響的產(chǎn)品。Pro/E是3D產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)，而作為業(yè)界領(lǐng)先的生產(chǎn)力工具，它促進(jìn)用戶采用最佳的設(shè)計(jì)做法，同時(shí)確保遵守業(yè)界和公司的標(biāo)準(zhǔn)。 集成的Pro/E CAD/CAM/CAE解決方案可讓您的設(shè)計(jì)速度比以前都要快，同時(shí)最大限度地增強(qiáng)創(chuàng)新力度并提高質(zhì)量，最終創(chuàng)造出不同凡響的產(chǎn)品。該軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、 曲面造型、 虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能，而且，在設(shè)計(jì)過程中可進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用于產(chǎn)

33、品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。具體來說，該軟件具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 無可匹敵的幾何創(chuàng)建功能提供了優(yōu)良的產(chǎn)品差異性和可制造性。 (2) 完全集成的應(yīng)用程序可讓您在一個(gè)應(yīng)用程序中完成從概念設(shè)計(jì)到制造的所有工作。 (3) 自動(dòng)將設(shè)計(jì)變更傳播到所有下游交付件的能力可讓您滿懷信心地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (4) 完整的虛擬仿真功能可讓您提升產(chǎn)品性能和超越產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)。 (5) 自動(dòng)生成相關(guān)的刀具設(shè)計(jì)、裝配指令和機(jī)器代碼，最大限度地提高生產(chǎn)效率。 鑒于Pro/E軟件有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此我在對(duì)錐齒輪式差速器進(jìn)行三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)，選擇Pro/E作為支撐軟件14。 以下零件及裝配都是使用Pro/E軟件來

34、作的。3.2 錐齒輪式差速器建模的過程3.2.1 一些零件的建模過程 差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成以后，就可以使用各零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)在Pro/E軟件中進(jìn)行其三維實(shí)體的精確建模了，這項(xiàng)工作可為差速器各零件的數(shù)控加工提供精確的模型信息，以下是各個(gè)零件的建模過程。 (1)十字軸的建模過程十字軸的建模過程較簡單，主要用到Pro/E里面的拉伸和陣列工具。模型樹和生成的圖是（圖3-1、圖3-2）： 圖3-1 十字軸模型樹 圖3-2 十字軸 (2)行星錐齒輪和半軸齒輪的建模過程行星錐齒輪和半軸齒輪比較相似，我依據(jù)計(jì)算出來的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)， 如各齒輪齒數(shù)、齒輪的大端直徑、分度圓直徑、齒根圓直徑、齒寬、行星齒輪安裝尺寸等進(jìn)行

35、行星齒輪和半軸齒輪的三維實(shí)體建模。因涉及Pro/E中的高級(jí)操作，主要的思路簡述如下：為給數(shù)控加工提供精確的模型信息，在行星齒輪和半軸齒輪三維建模中，首先繪制行星錐齒輪的草繪圖，使用旋轉(zhuǎn)特征，再利用混合特征 生成該齒槽，最后，通過陣列特征完成全部齒輪齒廓的三維建模。行星齒輪三維建模效果如圖3-3、圖3-4。半軸齒輪的三維建模與行星齒輪基本相同，其過程和具體步驟略，半軸齒輪三維建模效果如圖3-5、圖3-6。以下是行星齒輪和半軸齒輪的模型樹和三維圖。圖3-3 行星齒輪模型樹 圖3-4 行星錐齒輪實(shí)體建模圖3-5 半軸齒輪模型樹 圖3-6 半軸齒輪實(shí)體建模 圖3-7 半軸模型樹 圖3-8 半軸實(shí)體建模

36、4 錐齒輪式差速器的虛擬裝配 根據(jù)錐齒輪式差速器零件三維建模模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及其功能的要求，可以確定的是各零部件間的裝配約束關(guān)系。Pro/E中提供了4種標(biāo)準(zhǔn)配合約束關(guān)系，分別是：（1）匹配或匹配偏距，（2）對(duì)齊或?qū)R偏距，（3）定向，（4）插入。差速器裝配中主要用到的是匹配與對(duì)齊兩種約束關(guān)系。再利用將元件添加到組件等操作可生成錐齒輪式差速器總成徐牛裝配圖，圖4-1。在根據(jù)現(xiàn)實(shí)的裝配關(guān)系對(duì)錐齒輪式差速器零件進(jìn)行裝配時(shí)，應(yīng)注意進(jìn)行零件之間干涉分析和檢驗(yàn)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并更改零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)。在分解裝配圖時(shí)，利用Pro/E中視圖/分解/分解視圖命令，可以完成裝配圖的初步分解，進(jìn)一步可生成錐齒輪式

37、差速器總成爆炸視圖和二維圖。 圖4-1 錐齒輪式差速器的虛擬裝配 結(jié) 論本次課程設(shè)計(jì)根據(jù)給出的設(shè)計(jì)要求，選用合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，以及差速器的工作原理和使用要求，通過對(duì)錐齒輪差速器工作原理的闡述、相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，大致確定了錐齒輪式差速器的基本結(jié)構(gòu)和主要尺寸以及制造相關(guān)零部件所用的材料。然后參考圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，確定出錐齒輪式差速器各零件的主要設(shè)計(jì)參數(shù)；然后對(duì)錐齒輪式差速器各零件的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和校核，最后用軟件Pro/E對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行實(shí)體建模和生成虛擬裝配圖和二維圖。由于自己的水平有限，本次設(shè)計(jì)中可能有很多錯(cuò)誤和遺漏，希望各位老師批評(píng)指正。致 謝畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我在淮陰工學(xué)院四年的學(xué)習(xí)