東風EQ1090E型載貨汽車差速器的設計與分析【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含3張CAD圖紙帶任務書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj17

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汽車差速器的設計與分析

東風EQ1090E型載貨汽車差速器的設計與分析

摘要：差速器是汽車必不可少的組成部件，對于本次畢業(yè)設計與分析主要是對裝在汽車驅動橋的兩個半軸間的差速器進行設計的，差速器是汽車驅動橋總成的重要組成部分，主要涉及的是差速器的設計等非標準件的齒輪結構和標準件的計算，并且對差速器的種類和發(fā)展也作了介紹，對方案的選擇和差速器的原理也作了簡要的說明。在參考了大量有關差速器的文獻設計之后，對差速器的結構和功能有了較為透徹的了解，同時對差速器的設計合理，對差速器的相關行業(yè)有了一定的了解。

關鍵詞：半軸；差速器；齒輪結構

Design and analysis of automobile differential

Abstract：Differential is an essential part of automobile components, the graduation design and analysis is mainly on the truck mounted differential between the two and a half drive axle shaft, differential is an important component of the automobile drive axle assembly, mainly involves the design of the differential gear structure of non standard parts and standard parts such as calculation, and the types and development of differential are introduced, the choice of scheme and the principle of differential also makes a brief description. In reference to a large amount of literature about the differential design, the structure and function of differential have a more thorough understanding, the reasonable design of differential, the differential of related industries have a certain understanding.

Key words: axle, differential, gear structure

目  錄

摘要 I

Abstract II

目錄 III

1 引言 1

1.1 汽車差速器研究的背景及意義 1

1.2 汽車差速器國內外研究的現狀 1

1.2.1 國外的差速器生產企業(yè)的研究現狀 1

1.2.2 我國差速器行業(yè)市場的發(fā)展和研究現狀 2

1.3 汽車差速器的功能及其分類 3

1.4 畢業(yè)設計的初始數據來源和依據 4

1.5 本章小結 5

2 差速器的設計方案 6

2.1 差速器的方案選擇以及結構分析 6

2.2 差速器的工作原理 7

2.3 本章小結 9

3 差速器非標準零件的設計 10

3.1 對稱式行星齒輪的設計計算 10

3.1.1 對稱式差速器齒輪參數確定 10

3.1.2 差速器齒輪幾何計算圖表 14

3.1.3 差速器齒輪的強度計算 16

3.1.4 差速器齒輪材料的選擇 17

3.1.5 差速器齒輪的設計方案 17

3.2 差速器行星齒輪軸的設計計算 18

3.2.1 行星齒輪軸的分類及選用 18

3.2.2 行星齒輪軸的尺寸設計 18

3.2.3 行星齒輪軸材料的選擇 19

3.3 差速器墊圈的設計計算 19

3.3.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設計 19

3.3.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 20

3.4 本章小結 20

4 差速器標準零件的選用 21

4.1 螺栓的選用和螺栓的材料 21

4.2 螺母的選用和螺母的材料 21

4.3 差速器軸承的選用 21

4.4 十字軸鍵的選用 22

4.5 本章小結 22

5 差速器總成的裝配和調整 23

5.1 差速器總成的裝配 23

5.2 差速器零部件的調整 23

5.3 本章小結 23

附錄A 24

參考文獻 25

致謝 26

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汽 車 差 速 器 的 設 計 與 分 析摘要：差速器是汽車必不可少的組成部件，對于本次畢業(yè)設計與分析主要是對裝在汽車驅動橋的兩個半軸間的差速器進行設計的，差速器是汽車驅動橋總成的重要組成部分，主要涉及的是差速器的設計等非標準件的齒輪結構和標準件的計算，并且對差速器的種類和發(fā)展也作了介紹，對方案的選擇和差速器的原理也作了簡要的說明。在參考了大量有關差速器的文獻設計之后，對差速器的結構和功能有了較為透徹的了解，同時對差速器的設計合理，對差速器的相關行業(yè)有了一定的了解。關鍵詞：半軸；差速器；齒輪結構IDesign and analysis of automobile differentialAbstract：Differential is an essential part of automobile components, the graduation design and analysis is mainly on the truck mounted differential between the two and a half drive axle shaft, differential is an important component of the automobile drive axle assembly, mainly involves the design of the differential gear structure of non standard parts and standard parts such as calculation, and the types and development of differential are introduced, the choice of scheme and the principle of differential also makes a brief description. In reference to a large amount of literature about the differential design, the structure and function of differential have a more thorough understanding, the reasonable design of differential, the differential of related industries have a certain understanding.Key words: axle, differential, gear structureII目 錄摘要 .............................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................II目錄 ..........................................................................................................................................III1 引言 .........................................................................................................................................11.1 汽車差速器研究的背景及意義 ..........................................................................................11.2 汽車差速器國內外研究的現狀 ..........................................................................................11.2.1 國外的差速器生產企業(yè)的研究現狀 ...............................................................................11.2.2 我國差速器行業(yè)市場的發(fā)展和研究現狀 .......................................................................21.3 汽車差速器的功能及其分類 ..............................................................................................31.4 畢業(yè)設計的初始數據來源和依據 ......................................................................................41.5 本章小結 ..............................................................................................................................52 差速器的設計方案 .................................................................................................................62.1 差速器的方案選擇以及結構分析 ......................................................................................62.2 差速器的工作原理 ..............................................................................................................72.3 本章小結 ..............................................................................................................................93 差速器非標準零件的設計 ...................................................................................................103.1 對稱式行星齒輪的設計計算 ............................................................................................103.1.1 對稱式差速器齒輪參數確定 .........................................................................................103.1.2 差速器齒輪幾何計算圖表 .............................................................................................143.1.3 差速器齒輪的強度計算 .................................................................................................163.1.4 差速器齒輪材料的選擇 .................................................................................................173.1.5 差速器齒輪的設計方案 .................................................................................................173.2 差速器行星齒輪軸的設計計算 ........................................................................................183.2.1 行星齒輪軸的分類及選用 .............................................................................................183.2.2 行星齒輪軸的尺寸設計 .................................................................................................183.2.3 行星齒輪軸材料的選擇 .................................................................................................19III3.3 差速器墊圈的設計計算 ....................................................................................................193.3.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設計 .........................................................................................193.3.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 .....................................................................................203.4 本章小結 ............................................................................................................................204 差速器標準零件的選用 .......................................................................................................214.1 螺栓的選用和螺栓的材料 ................................................................................................214.2 螺母的選用和螺母的材料 ................................................................................................214.3 差速器軸承的選用 ............................................................................................................214.4 十字軸鍵的選用 ................................................................................................................224.5 本章小結 ............................................................................................................................225 差速器總成的裝配和調整 ...................................................................................................235.1 差速器總成的裝配 ............................................................................................................235.2 差速器零部件的調整 ........................................................................................................235.3 本章小結 ............................................................................................................................23附錄 A.......................................................................................................................................24參考文獻 ...................................................................................................................................25致謝 ...........................................................................................................................................2601 引言1.1 汽車差速器研究的背景及意義汽車行業(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被汽車專家譽為“小零件大功用” [1]。汽車轉彎行駛時，內、外兩側的車輪在同一時間內要移動不同的距離，外輪移動的距離比內輪要大。差速器作用就是將主減速器傳來的動力傳給左、右兩個半軸，并且在轉彎行駛時允許左、右兩個半軸以不同的轉速旋轉（差速） 。在本世紀六七十年代，世界的經濟發(fā)展進入了一個高速增長期，而 2008 年開始的全球金融危機又使汽車產業(yè)在危機中有了很大發(fā)展的機遇，在世界各處都有廣闊市場。目前國內重型汽車的差速器產品技術基本來自美國、德國、日本等幾個傳統(tǒng)工業(yè)國家，我國現有的技術基本上是在引進國外的基礎上發(fā)展的，而且已經有了一定的規(guī)模。但是，目前我國差速器的自主研發(fā)能力仍然很弱，影響了整車新車的研發(fā)，在差速器的技術研發(fā)上還有很長的路要走。1.2 汽車差速器國內外研究的現狀目前汽車正在朝著經濟性和動力性的方向發(fā)展，如何能夠促使自己的產品燃油經濟性和動力性提高是每一個汽車廠家都在做的事情，當然這是一個廣泛的概念，汽車的每一個零件都在發(fā)生著變化，差速器也不例外，尤其是那些對操控性有比較高要求的車輛，要求也特別高 [2]。1.2.1 國外的差速器生產企業(yè)的研究現狀外國的那些差速器生產企業(yè)的研究水平很高，并且還在不斷的進步。平均每年銷售額 18 億美金的伊頓公司汽車集團是全球化汽車零部件制造的供應商，在發(fā)動機的氣體管理，變速箱，牽引力控制以及安全排放控制領域都居全球領先地位。零件的主要產品包括發(fā)動機的氣體管理部分以及動力控制系統(tǒng)，在其中屬于動力控制系統(tǒng)的差速器產品在同類產品中居于領先的地位。伊頓公司研發(fā)了新型的鎖式差速器，它工作的原理與其他差速器不同之處：當汽車一側輪子打滑時，普通的開式差速器幾乎不能提供有效扭矩給車輛，而伊頓的鎖式差速器則可以提供，在發(fā)現車輪打滑時，鎖式差速器鎖定動力傳遞百分之百的扭矩到不打滑的車輪，克服各種困難的路面給車輛帶來的限制 [3][4]。在汽車的牽引力測試、連續(xù)彈坑、V 型溝等試驗中，兩驅汽車在安裝有伊頓1鎖式差速器后，越野性能和通過性能甚至超過四驅動的車輛，因為只要是驅動輪的任何一側發(fā)生打滑以后，伊頓鎖式差速器就會馬上鎖住動力，并且把全部動力轉移到另外一有附著力的輪上，使車輛依然能夠的正常向前或向后行駛。毫無疑問，更強的越野性以及安全性是差速器實現的最終目標。1.2.2 我國差速器行業(yè)市場的發(fā)展和研究現狀從目前的情況來看，我國差速器的行業(yè)已經順利完成了由小到大的轉變，正在處于由大到強的發(fā)展階段，在轉型和調整的關鍵時刻，提高汽車差速器的精度、可靠性是我國差速器行業(yè)的重要任務。近幾年以來我國汽車差速器市場發(fā)展迅速，產品生產持續(xù)擴張，國家產業(yè)的政策鼓勵一些汽車差速器產業(yè)正向高科技技術產品方向發(fā)展，我國國企企業(yè)新增的投資項目正在逐年增多 [5]。投資者對汽車差速器行業(yè)關注度越來越密切，這就會使汽車差速器行業(yè)的發(fā)展需求越來越大 [6]。差速器的種類正趨于多元化，功能也趨于完整化。目前汽車上經常用的是對稱式錐齒輪差速器，還有現在各種各樣的多功能的差速器：強制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、輪間差速器、防滑差速器、 托森差速器。其中托森差速器是一種新型的差速器機構，它能夠解決在其他差速器的內差動轉矩較小時不能起到差速作用的問題和轉矩較大時不能夠自動將差速器鎖死的問題。在這里重點介紹一下一種新型的差速器為 LMC ?；ユi差速器：LMC ?；ユi差速器是湖北力鳴汽車差速器公司投資五千萬元生產的新型差速器。LMC 常互鎖差速器用于 0.5---1.5 噸級的汽車，它能夠有效地提高汽車的通過性、可靠性、越野型、安全性和經濟性，能滿足很多不同條件以及不同情況下的汽車的要求。這種純機械、非電控、非液壓中央差速分動裝置，已經申報了美、日、韓、英、俄羅斯等 19 個國家的專利保護，這一項技術不僅僅是中國發(fā)明，也是一項世界發(fā)明。LMC ?；ユi差速器是由多種類齒輪系統(tǒng)和相應的軸、殼體組成的，具備傳動汽車的前輪以及后輪輪間差速器、前后橋軸間的差速器。LMC ?；ユi差速分動器通過四支傳動軸和輪邊減速器帶動四個車輪，實現了每個車輪的獨立驅動，在當兩個車輪打滑的情況下仍然能夠正常行駛，在泥濘路面、冰雪路面、無路路面上具有獨特優(yōu)勢，可以解決傳統(tǒng)四驅汽車的不足：如車輪打滑不能正常行駛；高油耗問題、功率循環(huán)問題；不能高速行駛；不能實現軸間差速；四驅轉換麻煩等。汽車上裝有 LMC ?；ユi差速分動器的具有以下優(yōu)點：（1）可以提高汽車的通過性：LMC ?；ユi差速分動器可以實現輪間、軸間、對角2任意混合差速以及鎖止，具有混合差速，在任何情況下單個車輪、對角線雙車輪不會發(fā)生滑轉，即使單個車輪是懸空，車輪仍然具有驅動力能正常行駛。（2）可以提高汽車的安全性：行車安全，操縱輕便安全，加速性好，轉彎容易，制動穩(wěn)定，無需增加操縱機構。（3）可以提高汽車傳動系的壽命和可靠性：因為實現了汽車的任意差速，消除了功率循環(huán)，克服了汽車分時四驅在四驅狀態(tài)下的傳動系統(tǒng)因為內耗而產生的差速器、分動器、傳動軸等機件磨損，甚至致命性損壞，延長了汽車傳動系統(tǒng)的使用壽命。 （4）具備了有良好的經濟性：制造成本低，功能領先，經濟環(huán)保，維修簡便，節(jié)油，產品適用性廣。LMC 常互鎖差速分動器的開發(fā)是在經濟高速發(fā)展的情況下產生的產品，符合我國國情的需要。1.3 汽車差速器的功能及其分類差速器的功能是：當汽車轉彎行駛或著是在不平路面上行駛時，使汽車左右驅動輪以不同角速度滾動，以保證汽車兩側的驅動輪與地面間作純滾動運動。圖 1.1 汽車轉彎時汽車驅動輪運動示意圖在汽車行駛時，左右車輪在同一時間內所滾動的路程往往是不相等。如圖 1.1 所示，在汽車轉彎時內、外兩側的車輪轉彎半徑 R1 和 R2 是不同，行程完全不同，即外側的車輪滾過的距離是大于內測車輪的；汽車在不平的路面上行駛時，由于行駛路面波形的不同所造成兩側車輪滾過的路程也不等；即使汽車在平直的路面行駛時，由于輪胎負荷、輪胎氣壓、制造誤差以及胎面磨損程度不同等因素的影響，也會引起左、右兩個車輪因為滾動半徑的不同而使左、右車輪行駛不相等。如果是汽車驅動橋的左、右3車輪鋼性連接，則汽車行駛時就會產生驅動輪在路面上滑移和滑轉。這樣不僅會使輪胎磨損與功率和燃料的加劇消耗，而且有可能導致轉向系統(tǒng)和操縱性能惡化。汽車安裝差速器，就是為了預防這類現象的發(fā)生，從而保證了汽車驅動橋兩側的車輪在行程不相等時所具有不同的旋轉角速度，這樣就滿足了汽車行駛運動學的要求。在汽車驅動橋的左右兩車輪間設置差速器，稱之為輪間差速器，在兩軸間分配轉矩時，保證兩輸出軸有可能以不相同的角速度轉動，使汽車行駛時能夠作純滾動運動，可以提高了汽車的通過性?，F在的差速器種類趨于多元化，功用逐漸完整化。目前，汽車上經常用的是對稱式錐齒輪差速器，還有各種各樣的多功能的差速器，如：防滑差速器、托森差速器、強制鎖止式差速器、行星圓柱齒輪差速器、高摩擦自鎖式差速器。1.4 畢業(yè)設計的初始數據來源和依據在本次設計中，我選用的畢業(yè)設計原始數據的來源是二汽生產的東風 EQ1090E 型載貨汽車。二汽集團聽取了廣大東風汽車客戶的改進意見和建議，從 EQ1090 開始投資生產就在不斷的改進節(jié)源性能、提高技術性能、和穩(wěn)定性能，直到現在的 EQ1090E型載貨汽車，全面完成了向一個新的高性能水平、高質量水平的過渡和轉換。汽車的載重量是汽車最重要的、最基本技術參數之一，也是汽車整體設計的最基本的依據，在汽車經濟性和可靠性上，載重量都起著主導性的作用。EQ1090E 型載貨汽車規(guī)定載重量為 5000kg。參考的數據有：1. 發(fā)動機的額定功率為 99kw(當發(fā)動機轉速為 3000r/min 時)；2. 汽車的滿載總質量為 9290kg;3. 汽車的最高車速（滿載，無拖掛）為 90km/h；4. 發(fā)動機額定轉矩為 353 （當發(fā)動機轉速在 1200～1400r/min 時） ，最大轉矩Nm?158 ；Nm?5. 變速器各檔傳動比如表 1.1 所示。表 1.1 東風 EQ1090E 型載貨汽車變速器各檔傳動比6. 車輪輪輞形式為 7.0-20 等厚輻盤式，輪胎為普通斜交簾線的標準輪輞輪胎，輪胎規(guī)格(GB516-82)9.00-20 ，10 層級。一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 倒檔7.31 4.31 2.45 1.54 1.00 7.6647. 主減速器形式為雙曲線齒輪單級減速式，主減速比 為 6.33；0i1.5 本章小結本章主要說明了汽車差速器的發(fā)展現狀和研究背景，并且詳細的介紹了差速器的功能作用和它分類的依據，在最后參考收集了有關于本次畢業(yè)設計所需要的數據和資料等，為我的畢業(yè)設計順利完成提供了有用和可靠的依據。52 差速器的設計方案2.1 差速器的方案選擇以及結構分析對稱式錐齒輪差速器的結構簡單，工作平穩(wěn)可靠，適應用于汽車驅動橋上，從東風 EQ1090E 型載貨汽車的類型來看，初步選定差速器的種類是對稱式行星錐齒輪差速器，把它安裝在驅動橋的兩個半軸之間，并通過兩個半軸把動力傳給車輪，進行設計，設計簡圖如下：圖 2.1 差速器結構方案圖如圖，對稱式行星錐齒輪主要是由差速器左右殼 1 和 4，四個行星齒輪 3、兩個半軸齒輪 2、十字軸 5。動力傳送到差速器殼 1，差速器殼 1 帶動十字軸 5 轉動。十字軸帶動行星齒輪 3 轉動，行星齒輪 3 與半軸齒輪 2 相互嚙合，所以又將轉矩傳遞到半軸齒輪，半軸齒輪 2 與半軸相連接，半軸又將動力傳遞給驅動輪，完成了汽車的行駛。差速器的結構分析：（1） 行星齒輪的背面都做成球面，與差速器殼配合，保證了行星齒輪之間具有良好的對中性，以利于和兩個半軸齒輪的正確嚙合；（2） 因為行星齒輪 3 與半軸齒輪 2 之間是錐齒輪傳動，所以在傳遞轉矩時，沿著行星齒輪和半軸齒輪的軸線之間有很大的軸向作用力，然而齒輪和差速器殼之間又有相對運動。為了減少齒輪和差速器殼間的磨損，在兩個半軸齒輪的背面與差速器殼相應的摩擦面間安裝有平墊圈，然而在行星齒輪與差速器殼之間安裝有球面墊圈。當汽車行駛到一定的里程時，墊圈磨損后通過更換墊圈來調整齒輪嚙合間隙，以提高差速器的使用壽命。（3） 在中、重型汽車上因為需要傳遞較大的轉矩，所以要裝有四個行星齒輪，行星齒輪軸之間也要用十字軸。6（4） 為了使行星齒輪與十字軸之間有良好的潤滑效果，所以在十字軸的軸頸銑出一個平面，用以儲存潤滑油潤滑齒輪背面。2.2 差速器的工作原理差速器采用對稱式錐齒輪的結構，其原理如下圖 2.2 所示：圖 2.2 差速器差速原理圖如圖 2.2 所示，對稱式錐齒輪差速器是行星齒輪機構。差速器殼 3 和行星齒輪軸5 連接在一起，從而形成了行星架。由于它又與主減速器從動齒輪 6 連在一起，所以為主動件，設它的角速度為 ，半軸齒輪 1 和 2 為從動件，它角速度為 和 。A 、B0w1w2兩點是行星齒輪 4 與半軸齒輪 1 和 2 的嚙合點。行星齒輪的中心點是 C，A 、B、C 三點到差速器旋轉軸線的距離是相等的 [14]。當行星齒輪只隨同行星架圍繞著差速器旋轉軸線公轉時，處在同一半徑 上rA、B、 C 三點的圓周速度都是相等的圖 2.1） ，其值為 。于是就有 ，即0wr120w?差速器起不到的差速作用，而半軸的角速度等于差速器殼的角速度。當行星齒輪 4 除了公轉外，還圍繞著本身的軸 5 以角速度 自轉時，嚙合點 A 的4圓周速度是 ，嚙合點 B 的圓周速度是 。于是104wrr??20rr??????120404wrw???即 12（2.1）若角速度以每分鐘轉數用 來表示，則n（2.2）120??上式（2.2）為兩個半軸齒輪直徑相等，并且是對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征7方程式，它表示左右兩側半軸齒輪的轉速的和是差速器殼轉速的兩倍，然而與行星齒輪的轉速無關。因此在汽車行駛轉彎或其它的行駛情況下，它都可以借行星齒輪用以相應轉速自轉，促使兩側驅動車輪以不同的轉速在地面上有滾動而無滑動。由上式（2.2）還可以得到：①當任何一側的半軸齒輪轉速為零時，另一側的半軸齒輪轉速度是差速器殼轉速度的兩倍；②當差速器殼轉速是零時，若一側的半軸齒輪受到其它外來力矩的作用，從而發(fā)生轉動，則另一側的半軸齒輪立即以相同的轉速反向轉動。對于對稱式錐齒輪差速器轉矩 的分配：由于主減速器傳來的轉矩，經差速器殼、0M行星齒輪軸、行星齒輪傳遞給半軸齒輪。行星齒輪相當于是一個等臂杠桿，而兩半軸齒輪半徑也是相等的。所以，當行星齒輪在沒有自轉時，總是能將轉矩 平分配給左、0M右兩個半軸齒輪，即 。120/?當兩個半軸齒輪以不同轉速朝著相同的方向轉動時，假如左半軸轉動的速速 大1n于右半軸轉動的速速 ，那么行星齒輪將會按照順時針的方向圍繞行星齒輪軸進行自2n轉。此時的行星齒輪孔與行星齒輪軸的軸頸之間以及齒輪的背部與差速器殼間都會產生摩擦。行星齒輪所受到的摩擦力矩為 方向和行星齒輪的轉向是相反的，這個摩擦rM力矩可以使行星齒輪分別對左、右兩半軸齒輪之間附加作用大小相等而且方向相反的兩個圓周力，所以當左、右驅動車輪有轉速差時， ，??10/2rM??。左、右兩車輪上的轉矩之差與差速器的內摩擦力矩 相等。為了??20/2rM?? r衡量差速器內部的摩擦力矩大小和轉矩分配特性，經常以鎖緊系數 K 來表示??210//rKM???（2.3）差速器內的摩擦力矩 和其輸入的轉矩 之比定義成差速器鎖緊系數為 。快r 0慢半軸轉矩之比為 定義轉矩比，以 21/??21//1bKMK???（2.4）目前在汽車上廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器的內摩擦力矩是很小的，它鎖緊系數 =0.05~0.15，轉矩比為 =1.1~1.4，我們可以認為，無論它的左、右兩驅動車輪的Kb8轉速是否相等，其上的轉矩總是平均分配的。汽車對于這樣的分配比例，在良好的路面上直線行駛或轉彎行駛時，總是都是令人滿意的。但是，汽車行駛在壞路上時，嚴重影響通行能力。例如，當一個車輪的汽車接觸到泥濘或結冰的道路，車輪泥濘的道路滑動到位，而車輪在良好的道路保持平穩(wěn)。這是因為在輪子上，在良好的路面比間小路上輪粘附的泥濘的道路，一條小路只有小扭矩反應半軸的作用，雖然車輪與路面之間的附著力好大，但由于對稱式錐齒輪差速器的扭矩平均分配轉矩的特點，使這一輪的滑移和分配到驅動輪在同等力矩小，總的驅動力不足以克服行駛阻力，汽車就不能前進。當汽車直線行駛時，行星齒輪軸將是兩個半軸齒輪之間的平均距離，兩個半軸的齒輪速度是相同的差速器殼速度，扭矩轉移到左，右車輪是平等的。此時車輪轉速相等。 當車輛處于轉彎狀態(tài)時，兩個半軸轉動一個扭矩角，兩個軸不均勻分布，就會有一個高速、一個速度，此時汽車平穩(wěn)地完成了轉彎。2.3 本章小結 根據畢業(yè)設計課題，本章對差速器的工作原理進行了詳細闡述，并結合東風EQ1090E 卡車的特性以及特點，選擇不同的方案，實現了相應的差速的目的。93 差速器非標準零件的設計對稱式錐齒輪差速器的具體詳細結構如下：圖 3.1 普通的對稱式錐齒輪差速器1，12-軸承；2-螺母；3，14-鎖止墊片；4- 差速器左殼；5，13- 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3.1 對稱式行星齒輪的設計計算由于差速器殼體上有主減速器的從動齒輪，差速器的從動錐齒輪尺寸受主傳動齒輪軸承座和主動齒輪軸承座的限制。而且由于設計安裝在驅動軸的兩個軸之間的差速器，所以軸承座有尺寸限制。主傳動錐齒輪、行星齒輪軸等是非標準零差。差速器位于軸承座的半軸上，其尺寸是有限的，差速器尺寸的主要影響是齒輪的尺寸，因此如何優(yōu)化齒輪的設計就顯得越來越重要。3.1.1 對稱式差速器齒輪參數確定 1. 行星齒輪數目 的確定n行星齒輪的數量需要根據負載情況選擇，在承載能力不大的情況下可以取兩個，反之四個。東風 EQ1090E 汽車是四個行星齒輪的選擇即 。4n?2. 行星齒輪的球面半徑 的確定和節(jié)錐距 的計算bR0A行星齒輪的背面球行半徑 是行星齒輪基本尺寸參數之一，它反映了差速器的圓錐齒輪節(jié)錐距 的大小與承載的能力。 可以根據如下公式確定：0AbR3bdKT??（3.1）10在上式中： 是行星齒輪球面的半徑系數， =2.5～2.97，對于有著四個行星 bKbK齒輪的小轎車和公路用的貨車取最小值時，對于有著兩個行星齒輪的小轎車和有四個行星齒輪的越野車與礦用車時，取最大值。此處， =2.7.b是差速器的計算轉矩， ,dT??mindGGesTT?N?是球面半徑，單位 mmbR轉矩計算從動錐齒輪的計算轉矩 emax10dfGeKTin?????（3.2）在上式中： 是計算轉矩，單位 ,eTN?是因為汽車猛接離合器從而產生的動載系數，相對于性能系數 的汽車一dK 0jf?般取 1?是發(fā)動機最大的轉矩， maxeTmax158eT??是液力變矩器的變矩系數， K是變速器的一檔傳動比，東風 EQ1090E 型載貨汽車的變速器一檔傳動比是1i7.3?是分動器的傳動比， fi 1fi?是主減速器的傳動比，東風 EQ1090E 型載貨汽車是采用雙曲線齒輪，主減速器0傳動比是 6.3i?是從發(fā)動機到主減速器的從動齒輪之間的傳動效率， ? 96???是驅動橋數， n1n代入上式 （3.2） 中，得 1587.31.0718.GeT Nm????從動錐齒輪計算轉矩 s（3.3）2rGsmi???在上式中： 是計算轉矩，GsT是滿載狀態(tài)下的一個驅動橋上的靜負荷，相對于 式貨車，為了是汽車在泥2 42?濘的路面上有一定的通行能力，提高地面對汽車的驅動力，常常將滿載時的前軸負荷控制在總軸荷的 26%～27%，所以 29073681N???11是汽車最大加速度時后橋得負荷轉移系數，一般的乘用車是 1.2～1.4，貨車是2m1.1～1.2,在此處取 =1.1。2是汽車輪胎與地面之間的附著系數，對于一般輪胎的公路用車，可以取?， 是汽車輪胎的滾動半徑，在東風 EQ1090E 型載貨汽車所采用的普通斜交0.85?r簾線輪輞輪胎，經查表得 。0.398rm?6781.05.398075.2GsTNm????是汽車主減速器從動錐齒輪到車輪之間的傳動比， 。mi .1mi是汽車主減速器從動齒輪到車輪之間的傳動效率，當無車輪邊減速器時，?，1?代入式 （3.3） 中，得，TGes? NTGeGsd ???6.7018),in(將以上數據代入上式（3.1）中，得：32.7018.65.bRm?使 為 54mm,錐齒輪的節(jié)錐距 稍小于 ，即b AbR????0.9.2.953.46m??::所以選其節(jié)錐距 053Am3. 行星齒輪、半軸齒輪的設計和選擇（1） 行星齒輪、半軸齒輪齒數的確定要使行星和半軸齒輪有較高的強度，且希望取較大模數，所以行星齒輪的齒數應該盡可能少，但一般不能少于 10，半軸齒輪齒數 一般要取用 14～25 之間。汽1Z 2Z車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數之比在 1.5～2 的范圍之內。要使四個行星齒輪能夠同時與兩個半軸齒輪嚙合，那么兩個半軸齒輪的齒數和必須能夠被行星齒輪數整除，否則差速器的齒輪不能夠裝配。綜上所述，即 , 25.12?z（3.4） （3.52LRZIn?） 在上式中：12是差速器行星齒輪齒數，1Z是差速器半軸齒輪齒數，2和 分別是差速器左、右半軸齒輪齒數，相對于對稱式錐齒輪差速器來說，LR，?是行星齒輪數目， ,n4n?是任意整數I根據上述可以在此取 來滿足以上要求。120,8Z（2） 差速器的圓錐齒輪模數以及半軸齒輪的節(jié)圓直徑初步確定首先確定行星齒輪節(jié)錐角 和半軸齒輪節(jié)錐角1?2?1120arctnarctn298Z????????????????（3.6） 221arctnarctn610Z??????????????其次確定圓錐齒輪大端端面模數 m????0102/si/si5.4mAAZ?????（3.7）大端端面的模數 按照圓錐齒輪的標準模數系列進行選取，經查表得 m5.?確定半軸齒輪的節(jié)圓直徑15.10dmZm???（3.8） 2.894. 壓力角 ?從目前來看，汽車差速器齒輪大部分都是采用 的壓力角，齒高系數是 0.8。2.5?行星齒輪最小齒數可以減少到 10，且在行星齒輪的齒頂不變尖的情況下，還是可以由切向的修正加大半軸齒輪齒厚，從而可以使行星齒輪和半軸齒輪趨于等強度的狀況。因為這種齒形的最小齒數比壓力角是 的少，所以在此選則 的壓力角。20?2.5?5. 行星齒輪安裝孔的孔徑 與孔長度 的確定dL行星齒輪的安裝孔孔徑 與行星齒輪軸的尺寸是相同的，而行星齒輪的安裝孔長度 是行星齒輪在它軸上的支承長度，通常?。篖13（3.9）1.Ld?行星齒輪的安裝孔孔徑 與孔長度 的選擇要是在保證擠壓強度要求下：d（3.10）??30dc cTrn?????即 31dcL??由上面的各式可得： ??301.dcTrn???（3.11）在上式中得： 是差速器計算轉矩， dT7018.6dNm??是行星齒輪的軸孔中心到節(jié)錐頂點的距離，大約是半軸齒輪齒面寬的中心點處dr平均直徑的一半，即 ， 是半軸齒輪齒面寬中心點處的直徑，而 ，20.5dr?? 220.8d??即 ， 20.897.m???.793.6??是行星齒輪得數目， n4n是許用擠壓應力， ??c???28/cNm?是行星齒輪的安裝孔長度，L是行星齒輪的安裝孔孔徑d將上述的各個計算結果代入上式（3.11）中，可得：37018.620.794dm???則 取 ,d2m4L?3.1.2 差速器齒輪幾何計算圖表表 3.1 差速器幾何計算圖表序號 名稱 符號 計算公式 計算結果1 行星齒輪齒數 1Z,10Z?應盡量取最小值10Z?2 半軸齒輪齒數 2 ,且245?:需滿足式（3-4）（3-5）284 齒面寬 b??00..3;1Am?mb15?145 工作齒高 hg1.6ghm?8.ghm?6 全齒高 7805?9續(xù)表 3.1 差速器幾何計算圖表序號 名稱 符號 計算公式 計算結果7 壓力角 ???5.2?8 軸交角 90???90?9 節(jié)圓直徑 d12;mZd12;dm10 節(jié)錐角 ?1122arctn;90????;6???11 節(jié)錐距 0A102siid?053A12 周節(jié) t3.46tm17.8t?13 齒頂高 ah12221;0.7.43agaahZ???????????????2;9ahm14 齒根高 fh122.78;f amh??124.0;68fm?15 徑向間隙 c0..5g?.c16 齒根角 ?11022arctn;tffhA??124.3;76???17 面錐角 0?0121;????0123.;654???18 根錐角 R2;R??.;R??19 齒頂圓直徑 ad112cos;aadh??12.09adm?1520 齒根圓直徑 fd1122cos;ffdh???1247.96;3fdm?21 分度圓齒厚 sm?8.22 齒側間隙 B0.45.3:07B?3.1.3 差速器齒輪的強度計算差速器的行星齒輪和半軸齒輪雖然一直處于嚙合狀態(tài)，但是它們并不是一直處于相對轉動狀態(tài)，只是在左右車輪轉速不同時才發(fā)生相對轉動。而在汽車正常行駛中，這種情況還是相對較少的。因此，這些齒輪齒面的接觸疲勞破壞一般并不發(fā)生，主要是輪齒彎曲破壞問題。在汽車設計中只進行輪齒彎曲強度計算，輪齒彎曲應力為（3.12）3210smwvTKbdJn?????上式中： 是彎曲應力， w/N是半軸齒輪計算轉矩， T0.6.78.642.1d Nm??是齒根彎曲強度和齒面接觸強度的尺寸系數，它反映了材料性質的不均勻性，sK與齒輪尺寸及熱處理等因素有關，當 時， ，所以 1.m???0.25/sK0.25684s???????是齒面載荷分配系數，跨置式 ；懸臂式 ，此處取mK1.m?:1.25m?:，1是質量系數，與齒輪精度及齒輪分度圓上的切線速度對齒間載荷的影響有關，v當接觸好，周節(jié)及同心度準確時，取 ,vK是差速器行星齒輪和半軸齒輪的模數， ，5.?是半軸齒輪的齒寬， 2b215bm?是半軸齒輪的大端分度圓直徑， d29d是綜合系數，參照圖 3.2 查得 可取 0.2253JJ是行星齒輪的數目， n4n代入式（3.12）中，可得：21.60821709859.53w MPa??????所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。16圖 3.2 彎曲計算用綜合系數3.1.4 差速器齒輪材料的選擇差速器齒輪材料應滿足如下要求：（1）具有較高的彎曲疲勞強度， （2）在輪齒芯部應該具有適當的韌性以適應沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷， （3）鋼材的鍛造性能，切削性能及熱處理性能應該比較好，熱處理變形要小或變形規(guī)律要容易控制，（4）選擇齒輪材料要適應我國情況，少用鎳鉻等合金鋼，選用錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。汽車的差速器齒輪基本上都用滲碳合金鋼制造，用于制造差速器齒輪的材料有18CrMnTi，20CrMoTi，22CrMnMo 和 20CrMo 等。為了減少鎳鉻元素的消耗，近年來我國采用的新材料有 20MnVB 和 20MnTiB。滲碳合金鋼的優(yōu)點是表面硬，耐磨性和抗壓性高，而芯部較軟，韌性好，耐沖擊。因此這種材料可以滿足齒輪工作的要求。另外。由于鋼本身的含碳量較低，它們的鍛造及切削性能都較好。因此，汽車差速器齒輪的材料選擇 20CrMnTi 的滲碳合金鋼。3.1.5 差速器齒輪的設計方案根據以上各項計算，初步確定行星齒輪和半軸齒輪的設計方案如下：17(a) (b)圖 3.3 行星齒輪和半軸齒輪的設計方案3.2 差速器行星齒輪軸的設計計算3.2.1 行星齒輪軸的分類及選用行星齒輪的種類有很多，而差速器齒輪軸的種類也很多，最常見的是一字軸和十字軸，在小型汽車上由于轉矩不大，所以要用一字軸，而載貨的大質量的汽車傳遞的轉矩較大，為了延長軸的使用壽命以及提高軸的承載能力，常選用十字軸，由四個軸的軸頸來分配轉矩。此次設計主要參考東風 EQ1090E 型載貨汽車，所以選用的是行星齒輪十字軸。如圖 3.4 所示：圖 3.4 十字軸的結構方案圖3.2.2 行星齒輪軸的尺寸設計由行星齒輪的支承長度 ，根據安裝時候的方便選擇軸頸的長度 為24Lm? 1L18；而行星齒輪安裝孔的孔徑 ，所以軸頸的直徑 預選為 。50m2dm?1d2m3.2.3 行星齒輪軸材料的選擇軸的選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。軸的常用材料主要有碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價廉，對應力集中敏感性比合金鋼低，應用較為廣泛，對重要或者承受較大的軸，宜選用 35、40、45 和 50 等優(yōu)質碳素鋼，其中以 45 鋼最常用。所以此次選用的軸的材料為 45 鋼。3.3 差速器墊圈的設計計算墊圈是墊在連接件與螺母之間的零件，一般為扁平形的金屬環(huán)，用來保護被接件的表面不受螺母擦傷，分散螺母對被接件的壓力。墊圈的種類有：彈簧墊圈、平墊圈、密封墊圈、球面墊圈等。墊圈的材料通常是軟鋼、青銅、尼龍、聚甲醛塑料。在差速器傳遞轉矩的時候，行星齒輪和半軸齒輪要受到很大的軸向力，而齒輪和差速器殼之間又有相對運動，所以要用墊圈以減少磨損。差速器要用到兩個墊圈，一個墊圈是半軸齒輪支承墊圈為圓形平墊圈，連接件一個是軟質地的，一個是硬質地較脆的，其主要作用是增大接觸面積，分散壓力，防止把質地軟的壓壞。另外一個是差速器行星齒輪支承墊圈為球面墊圈，球面墊圈將行星齒輪和行星齒輪十字軸固定在一起傳遞轉矩。3.3.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設計如下圖 3.5 所示：為平墊圈的結構方案簡圖。圖 3.5 平墊圈參考東風 EQ1090E 型載貨汽車的半軸直徑的數據為 ,如圖 3.5（a ）所示，按50m照裝配關系可選擇半軸齒輪平墊圈的安裝孔直徑 要大于 ，初步預選安裝孔直D徑 為 ，由圖 3.5（b）根據安裝的簡易程度選取墊圈的厚度 h 為 .選用的2D50.m 819材料是 65Mn。3.3.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 由行星齒輪十字軸軸頸的直徑為 ，根據裝配關系選擇球形墊圈的安裝孔直徑2m為 ，厚度 h 為 ,選用的材料是 Q235A。2Dm73.4 本章小結本章主要針對差速器的非標準零件進行了設計計算，比如行星齒輪，半軸齒輪，墊圈，還有十字軸。通過這一系列的計算，得到了詳細準確的設計參數，為 CATIA 的差速器建模工作奠定了基礎。204 差速器標準零件的選用4.1 螺栓的選用和螺栓的材料螺栓的種類很多，隨著機械及其他相關行業(yè)的發(fā)展，對螺栓的要求也越來越高，既要要求螺栓具有較高的強度又要其精密度高。目前常見的螺栓有六角頭螺栓（全螺紋） 、六角頭鉸制孔用螺栓、六角頭螺桿帶孔螺栓等。而東風 EQ1090E 型載貨汽車在 1984 年以前的連接后橋從動錐齒輪和左差速器殼的 12 個 M12×1.5 的螺栓改為 M14×1.5 的螺栓。1984 年以前的連接螺栓擰緊后容易發(fā)熱松動，松動的原因為大齒輪與差速器左殼之間沒有傳動銷，螺栓的擰緊力矩不足[僅為 784 98 ],擰緊力矩所造成的從動齒輪與差速器左殼貼合面之間的摩擦力矩，:Nm?不足以承受由于汽車行駛工況經常變化，所導致的交變載荷，造成貼合面間的松動。因此，從動齒輪與差速器左殼之間的連接螺栓要有足夠大的擰緊力矩，大的擰緊力矩要求較大直徑的連接螺栓。因此，在生產條件的允許下，將連接螺栓加大為M14×1.5，擰緊力矩加大為 137.2～156.8 ，使情況有了較大的改善，而現在使用Nm?的是六角頭螺栓，尺寸為 M14×1.5，細牙螺紋。即為 GB/T 5782 M14×1.5.現在生產螺栓的原材料一般是碳素鋼、不銹鋼、銅三種，為了加強螺栓的強度，此次選用的是碳素 Q235A 鋼。4.2 螺母的選用和螺母的材料我們所接觸到的螺母有六角薄螺母、六角開槽螺母。在機械行業(yè)、汽車行業(yè)以及相關行業(yè)經過幾年的發(fā)展，螺母的種類和型號也越來越齊全。根據差速器已選定尺寸為 M14×1.5 的螺栓，所以由裝配關系選擇差速器螺母應該為 M14 的，性能等級為 8級的，不經過表面處理、A 級的 I 型六角螺母：即是 GB/T6170 M14.符合東風EQ1090E 型載貨汽車的螺栓要求?，F在一般生產的螺母原材料一般是碳素鋼、不銹鋼和銅三種，為了加強螺栓的強度，此次選用的是碳素 45 鋼。4.3 差速器軸承的選用軸承是支撐著軸的零件，可以引導軸的旋轉，也可以承受軸上空轉的零件。根據裝配關系和連接零件的形狀選用的軸承為角接觸球軸承。由差速器和半軸的計算數據可取差速器軸承外徑為 左右，內徑為 左右，參考《機械設計課程設計手冊》80m50m選取的角接觸球軸承的型號是 7010CGB/T 297---1994.214.4 十字軸鍵的選用鍵主要用作軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞扭矩，此處行星齒輪與十字軸的固定選擇普通平鍵。由十字軸的半徑要求，參考《機械設計課程設計手冊》GB/T1096-2003 選取平鍵的尺寸為 8×7mm,鍵的長度為 20mm，材料選擇 45 鋼。4.5 本章小結本章針對差速器上的一些標準零件，結合已經設計的非標準零件的參數，參考查閱機械設計課程設計手冊，選取了符合尺寸要求，裝配要求，配合要求的螺栓，螺母以及圓錐滾子軸承。225 差速器總成的裝配和調整5.1 差速器總成的裝配設計完差速器的組成部件就要對差速器進行裝配。工業(yè)上裝配步驟如下：(1) 用壓力機將軸承的內圈壓入左右差速器的半軸軸頸上；(2) 把左差速器殼放在工作臺上，在與行星齒輪和半軸齒輪相配合的工作面上涂抹機油，將半軸齒輪平面墊圈連同半軸齒輪一起裝入，將已裝好行星齒輪和球面墊圈的的十字軸裝入左差速器殼的十字槽中，并使行星齒輪與半軸齒輪嚙合。行星齒輪上裝上右邊的半軸齒輪、平面墊圈，將差速器右殼合到左殼上，注意對準殼體上的合件標記，從右向左插入螺栓，在螺栓左端套上鎖片，用螺母緊固，半軸齒輪支承端面與支承墊圈間的間隙應不大于 。0.5m(3) 將從動錐齒輪裝到差速器左殼上，用螺栓鎖緊。5.2 差速器零部件的調整齒輪嚙合間隙的