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汽車差速器的設(shè)計
摘要
在近年來全球智能汽車經(jīng)濟快速健康發(fā)展的諸多因素影響下,并且是伴隨著發(fā)達(dá)國家的鼓勵智能汽車市場化消費政策的進一步落實、購置稅嚴(yán)重透支的影響汽車設(shè)計的消退、個稅制度改革進一步帶來個人購車需求的增加。我國智能汽車行業(yè)的市場將再次的回暖。而差速器作為智能汽車必不可少的重要組成零件之一-差速器,同樣也有機會在我國智能汽車的市場上再次得到很多的重視。本次的畢業(yè)設(shè)計工作就是主要的是對于智能汽車的重要組成零件以及差速器的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計,本次的設(shè)計主要是涉及到了汽車的差速器非標(biāo)準(zhǔn)重要零件的設(shè)計成本計算和差速器非標(biāo)準(zhǔn)重要零件的設(shè)計規(guī)格選用,同時也簡單的介紹了智能汽車差速器的重要零件種類和差速器齒輪的結(jié)構(gòu)。對于如何正確選擇差速器的設(shè)計方案類型和其他設(shè)計工作的原理也對設(shè)計工作簡單的給出了較為詳細(xì)的分析和介紹。在本次的設(shè)計中我們參考了大量的資料和文獻,因此對于差速器的基本結(jié)構(gòu)和其作用已經(jīng)有了更透徹的認(rèn)識和了解,而對于差速器也因此有了更為深刻的理解和認(rèn)識。最后通過簡單的利用por/e軟件對于差速器的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計和建模。并且通過繪制差速器的零件圖讓我的能力得到了提高。
關(guān)鍵詞 差速器；齒輪結(jié)構(gòu)；建模：設(shè)計計算
Abstract
In recent years, under the influence of many factors of the rapid and healthy development of the global smart car economy, and with the further implementation of developed countries to encourage the implementation of smart car market-oriented consumption policies, the severe overdraft of purchase tax affects the decline of car design, and the reform of personal tax system Bringing increased demand for personal car purchases. The market of China's smart car industry will pick up again. The differential, as one of the indispensable and important components of the smart car, the differential, also has the opportunity to get a lot of attention in the smart car market in China. This graduation design work is mainly to design the important components of the smart car and the structure of the differential. This design mainly involves the design cost calculation and difference of the non-standard important parts of the differential of the car. The design specifications of the non-standard important parts of the gearbox are selected, and the important parts of the differential of the smart car and the structure of the differential gear are briefly introduced. It also gives a detailed analysis and introduction of how to choose the design scheme of the differential and the principles of other design work. In this design, we refer to a lot of information and literature, so we have a more thorough understanding and understanding of the basic structure and function of the differential, and we have a deeper understanding of the differential And recognition. Finally, the structure of the differential is designed and modeled by simply using por / e software. And by drawing the differential parts drawing, my ability has been improved.
Keywords Differential gear structure modeling design calculation
28
目錄
摘要 I
Abstract II
1概述 1
1.1汽車差速器的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2差速器的功用 1
1.3差速器的分類 2
1.3.1齒輪式差速器 2
1.3.2滑塊凸輪式差速器 4
1.3.3蝸輪式差速器 5
1.3.4牙嵌式自由輪差速器 6
1.4差速器的參考數(shù)據(jù) 6
2差速器的選擇和工作原理 8
2.1差速器的方案選擇 8
2.2差速器的工作原理 8
3.差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計 11
3.1對稱式行星齒輪的設(shè)計計算 11
3.1.1確定對稱式差速器齒輪各項參數(shù) 11
3.2差速器行星齒輪軸的設(shè)計計算 17
4差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用 20
4.1螺栓的選用和螺栓的材料 20
4.2螺母的選用和螺母的材料 20
4.3差速器軸承的選用 20
5差速器總成的裝配和調(diào)整 21
5.1差速器的裝配 21
5.2 差速器齒輪副嚙合的間隙 21
5.3差速器的零部件--主動錐齒輪軸預(yù)緊力的調(diào)整 21
結(jié)論 26
致謝 27
參考文獻 28
1概述
1.1汽車差速器的發(fā)展?fàn)顩r
差速器作為現(xiàn)代汽車上必不可少的重要零件之一,在汽車行駛的任何時候也是起著很關(guān)鍵的裝置和作用,早在一百多年前就被著名的法國雷諾公司所設(shè)計和研發(fā)了出來,其中路易斯雷諾是法國差速器的發(fā)明人,也是公司的創(chuàng)立者。因為差速器可以幫助汽車更好的行駛,所以被專家們稱之為大功用。差速器之所以能夠擁有這么好的國際名聲,是由于當(dāng)一輛汽車高速的行駛在彎曲的高速道路上時,汽車兩側(cè)的輪胎所需要行駛的方向路程和動力需求不一樣,外側(cè)的車輪需要轉(zhuǎn)彎時所行駛的方向路程比內(nèi)側(cè)的車輪要略長一些,這將會大大的使得汽車很難轉(zhuǎn)彎,但是現(xiàn)代差速器正好就是可以很好的幫助我們解決這個困難的問題。那么現(xiàn)代差速器到底的特點是什么呢?簡單地說,它由六個行星齒輪和半軸組成。復(fù)雜的一點是由一組驅(qū)動軸的行星齒輪和半軸組成,其中的核心部分就是兩個驅(qū)動軸的行星齒輪和兩個與左右后輪驅(qū)動軸相連的半軸行星齒輪。為了大限度的節(jié)省差速器的空間和節(jié)約材料,在現(xiàn)在，由于一些條件的限制，那些經(jīng)典的十字軸平面齒輪大部分都被舍棄了,轉(zhuǎn)而使用其他結(jié)構(gòu)的齒輪，例如：十字軸曲齒錐齒輪、十字軸斜齒輪、準(zhǔn)雙曲面行星齒輪甚至是使用蝸桿來行星齒輪代替十字軸平面行星齒輪,但其最基本的六行星齒輪結(jié)構(gòu)卻一直在發(fā)展中延續(xù)了下來。但是最基本的六個錐齒輪的傳動結(jié)構(gòu)卻保存了下來，并被持續(xù)的使用。在此基礎(chǔ)上,世界上已經(jīng)先后發(fā)明了汽車限滑錐齒輪差速器、機械限滑錐齒輪差速器、螺旋鎖緊齒輪限滑差速器、滾珠鎖緊齒輪限滑差速器等等幾種圓錐齒輪差速器,并且由于圓錐齒輪限滑差速器擁有很多優(yōu)點，例如：制造技術(shù)成熟、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等等,所以已被不斷推廣使用,我國重型汽車的限速差異化制造技術(shù)基本上都是來自于美國、德國、日本等一些傳統(tǒng)的工業(yè)制造大國。但是相比于國外,我國在圓錐齒輪差速器制造行業(yè)雖然起步比較晚,但是近幾年我國在圓錐齒輪差速器制造技術(shù)方面也已經(jīng)取得了很大的突破和進展。初步完成了有小到大、由大到強的轉(zhuǎn)變。在社會和國家相關(guān)政策的支持和幫助下,越來越多的企業(yè)和投資者逐漸開始關(guān)注這個新興行業(yè),所以差速器的產(chǎn)品種類逐漸發(fā)展變得更加多元化,功能也趨于更加完整化。但是相比于國外,我國差速器行業(yè)仍需要繼續(xù)追趕,在一些高精技術(shù)方面還是存在著不小的差距。所以我們在差速器的發(fā)展的道路上還要繼續(xù)努力。
1.2差速器的功用
當(dāng)我們經(jīng)常駕駛一輛汽車向右或左轉(zhuǎn)彎時,一個相同方向的左側(cè)車輪在向右轉(zhuǎn)彎時圓弧的"內(nèi)側(cè)",而另一個相同方向的右側(cè)車輪在"外側(cè)"。因此,外輪必須比內(nèi)輪轉(zhuǎn)得更快,以便在相同的時間內(nèi)覆蓋更大的距離。因此,由于兩個車輪不是以相同的速度驅(qū)動,所以需要
差速器。
圖1-1汽車轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪運動示意圖
車輛的車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)，主要是在轉(zhuǎn)彎時。差速器設(shè)計用于驅(qū)動一對扭矩相等的車輪，同時允許它們以不同速度旋轉(zhuǎn)。在沒有差速器的車輛中，如卡丁車，兩個驅(qū)動輪都被迫以相同的速度旋轉(zhuǎn)，通常在一個由簡單的鏈條驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的公共軸上。轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)輪需要比外輪行駛較短的距離，因此在沒有差異的情況下，其結(jié)果是內(nèi)輪打滑和/或外輪拖行，這將導(dǎo)致難以預(yù)測的操縱、輪胎和道路損壞以及整個傳動系的應(yīng)力（或可能的故障）。
1.3差速器的分類
1.3.1齒輪式差速器
錐齒輪是一種重要的機械零件,廣泛用于傳遞相交軸與非相交軸之間的運動和動力。錐齒輪齒形的復(fù)雜性在于其厚度和高度隨齒尖的變化而變化,導(dǎo)致載荷沿齒寬的非均勻分布。如圖1-2。
圖1-2齒輪式差速器
1.3.1.1錐齒輪式差速器
圖1-3是一個普通的錐齒輪差速器，其中將差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩表示為T0；差速器的內(nèi)摩擦力矩表示為Tr；T1、T2分別表示為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩，差速器殼的角速度表示為ω0；ω1、ω2分別表示左、右兩半軸的角速度。
圖1-3普通錐齒輪式差速器
錐齒輪用于在兩個軸的相交軸之間傳遞動力和運動，通常安裝在相距90°的軸上。錐齒輪有四種基本類型，可能有直齒、零齒（通過潤滑工作）、螺旋齒和斜齒，在齒輪傳動中占有重要地位。幾乎所有的錐齒輪都是用特殊的發(fā)電機制造的，它們通常成對使用，因此通常是不可互換的。在這種情況下，齒輪副的性能通常由齒面接觸模式來評估。
普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)是一般為0．05～0．15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比kb=1．11～1．35，這就可以說明,汽車的左右半軸之間的驅(qū)動扭矩分配偏差其實并不是不大,理所當(dāng)然的可以將其認(rèn)為分配給兩個半軸的驅(qū)動扭矩大致一樣,這種扭矩分配比例比較好的適合于那些行駛在良好高速道路上的自動駕駛車輛。然而另一種情況，我們可以想象一下一個簡單的后輪驅(qū)動車輛，一個后輪在瀝青上，抓地力良好，另一個后輪在一塊光滑的冰上。在負(fù)載、坡度等情況下，車輛向前移動需要2000牛頓米的扭矩（即臨界扭矩）。讓我們進一步假設(shè)，冰上的非旋轉(zhuǎn)牽引力等于400 N·m，瀝青等于3000 N·m。如果兩個車輪在沒有差速器的情況下驅(qū)動，則每個車輪都將獲得等量的扭矩，并將盡可能用力地推動路面。冰面上的車輪會很快達(dá)到牽引力極限（400牛米），但由于另一個車輪具有良好的牽引力，因此無法旋轉(zhuǎn)。瀝青的牽引力加上冰上的少量附加牽引力超過了臨界值要求，因此車輛將向前推進。然而，當(dāng)“冰輪”達(dá)到400納米時，它就會開始旋轉(zhuǎn)，然后產(chǎn)生約300納米的較小牽引力。差速器托架內(nèi)的行星齒輪將開始旋轉(zhuǎn)，因為“瀝青輪”遇到更大的阻力。差速器不會以更大的力驅(qū)動瀝青輪，而是將可用扭矩的總量均勻地對稱分配。約300納米足以使冰輪旋轉(zhuǎn)，但約300納米的等量不足以轉(zhuǎn)動瀝青輪。由于瀝青輪保持靜止，旋轉(zhuǎn)的冰輪的旋轉(zhuǎn)速度將是以前的兩倍。由于兩個車輪上的實際扭矩相同，因此該扭矩的大小取決于冰輪的較小牽引力。所以兩個輪子各有300納米。由于600牛米小于所需的2000牛米的臨界扭矩，車輛將無法利用發(fā)動機的輸出，也不會移動。
1.3.1.2摩擦片式差速器
為了保證我們能夠同時增加兩個行星差速器的內(nèi)阻和摩擦力矩,于是我們發(fā)現(xiàn)可以在半軸差速器齒輪7與半軸差速器殼1之間分別安裝一個差速器的摩擦片2(參見圖1-4)。兩個驅(qū)動行星的齒輪軸5相互保持垂直。為了能夠方便和兩個行星差速器在差速器殼體上的兩個V行表面，所以我們將行星齒輪軸的兩端制成了可以配合的形狀--v形表面4。將兩個驅(qū)動行星差速器齒輪軸5的兩個v形表面反向進行安裝。每個半軸齒輪的背面兩端都會分別設(shè)有一個壓力板3和一個主、從動摩擦板2。兩個驅(qū)動行星的摩擦片2和從動摩擦片2分別通過一個火花鍵與半軸差速器殼1和半軸齒輪壓盤3連接。
圖1-4摩擦片式差速器
摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)可達(dá)0．6，kb可達(dá)4。這種具有摩擦式葉片式傳動差速器又很多的重要優(yōu)點它不僅結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn),并且還使用可以明顯地有效提高了重型汽車高速通過的安全性能,使用也較為廣泛。
1.3.2滑塊凸輪式差速器
圖1-5展示了一個雙列徑向差速器滑塊和兩個由凸輪驅(qū)動的差速器。其中那個與凸輪差速器殼1相連的主動套筒是凸輪差速器的驅(qū)動組成部分。在主動套筒的上面分別安裝有兩排徑向差速器孔。為了這樣可以更好地使得滑塊2可以更好的徑向地滑動,所以將它的一端安裝在了孔中,而主動滑塊的內(nèi)外兩端與凸輪差速器從動件的內(nèi)凸輪4和從動件的外凸輪3接觸。內(nèi)外凸輪和左右半軸之間通過齒輪或使用花鍵進行連接。所以當(dāng)徑向差速器需要傳遞動力時,主動套筒可以帶動滑塊,帶動內(nèi)外凸輪之間通過滑塊的轉(zhuǎn)動,同時也可以允許內(nèi)外兩個凸輪以不同的驅(qū)動力和轉(zhuǎn)速進行轉(zhuǎn)動。從理論上角度來講,凸輪廓線的結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計應(yīng)該有點像是阿基米德螺旋的凸輪廓線,但是我們?yōu)榱思庸け容^方便,所以可以使用圓弧曲線來進行代替。
圖1-5滑塊凸輪式差速器
1.3.3蝸輪式差速器
蝸輪式傳動差速器,是高強度摩擦負(fù)載能力的自驅(qū)動鎖定式齒輪傳動差速器其中的一種。其半軸傳動系統(tǒng)蝸桿2、4同時與半軸蝸輪1、5和四軸行星式四齒半軸傳動蝸輪3嚙齒結(jié)合,從而直接嚙合組成一套完整的四軸行星式四齒輪半軸傳動系統(tǒng),如下見圖1-6。
圖1-6蝸輪式差速器
1.3.4牙嵌式自由輪差速器
牙嵌式電動自由輪閉環(huán)差速器主動環(huán)是自鎖式電動車輪差速器的一種。采用裝有這種自由輪差速器的電動汽車在高速沿直線方向行駛時,主動環(huán)差速器可將由前輪主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的均勻大小分配給左、右從動環(huán)(即左、右半軸)。電動汽車當(dāng)側(cè)輪停止懸掛或進入泥漿、冰和雪等混合物的涂層時,主動環(huán)的轉(zhuǎn)向扭矩和阻力可以全部或大部分地分配給另外的一方。電動汽車當(dāng)輪轉(zhuǎn)彎工作完成時,外側(cè)的車輪比較傾向于快速地轉(zhuǎn)動,由于在高速轉(zhuǎn)彎時由內(nèi)外側(cè)車輪差速器單方面地驅(qū)動外側(cè)車輪差速器,轉(zhuǎn)向的方向很重,特別是當(dāng)涉及到拖車的時候,由于左輪和右輪的扭矩間歇,將致使車輪驅(qū)動裝置承受更大的負(fù)荷,單向傳動裝置同樣也會承受更大的負(fù)荷。如圖：
圖1-7牙嵌式自由輪差速器
其中牙嵌式自由輪差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比Ab是變化值，并且最大為正無窮。該自由輪自動差速器在基本設(shè)計上仍然擁有很多的重要優(yōu)點, 例如:其高速工作效率好,使用壽命長,鎖緊器的性能也變得比較穩(wěn)定,并且其主要零部件的設(shè)計制造和安裝加工也不復(fù)雜。
1.4差速器的參考數(shù)據(jù)
其中控制汽車最基本、最重要的技術(shù)參數(shù)之一,便是控制汽車的速度和載重了。這個技術(shù)參數(shù)是控制汽車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本依據(jù),在保證汽車設(shè)計和制造企業(yè)整體的技術(shù)可靠性和生產(chǎn)經(jīng)濟性上,載重的速度和大小都將對汽車起到重要的主導(dǎo)作用,是主要影響因素。本次設(shè)計的車型為載貨汽車,并規(guī)定它的載重至少是5000Kg。主要的參考數(shù)據(jù)有以下幾點:
1.當(dāng)一輛汽車的滿載的情況時候,它的總質(zhì)量為9290kg；
2.規(guī)定載貨汽車發(fā)動機的最大額定功率的比值為99kw；
3.規(guī)定載貨汽車發(fā)動機的額定轉(zhuǎn)矩為353N·m，最大轉(zhuǎn)矩為158N·m；
4. 駕駛汽車的最高連續(xù)行駛速度車速（滿載，無拖掛）為90km/h；
5.變速器的檔位傳動比確定根據(jù)以下原則：由于3檔、4檔和5檔的汽車變速器需要平穩(wěn)運行，無噪音。一檔是車輛分級所需的特殊檔位；二檔是一檔和三檔之間的過渡。三、四、五擋通常采用高接觸比設(shè)計，模數(shù)少，壓力角小。從強度角度考慮，一檔采用較高模數(shù)設(shè)計。由此可見，不同的模塊和接觸比在單齒輪箱中起著不同的作用。汽車變速箱中使用的齒輪齒形：要求最大可能的接觸長度，因此在3、4和5檔應(yīng)用中使用最高的接觸比齒輪。
一檔
二檔
三檔
四檔
五檔
倒擋
7.31
4.31
2.45
1.54
1.00
7.66
表1-1變速器各檔傳動比
6. 汽車的齒輪主動力減速器的形式主要表現(xiàn)為為雙曲線齒輪單級采用自動減速式,所以選擇齒輪主動機的減速比為6.33。
2差速器的選擇和工作原理
2.1差速器的方案選擇
對稱式行星錐齒輪差速器設(shè)計擁有很多的優(yōu)點,比如:其結(jié)構(gòu)簡單,工作平穩(wěn),制造和加工不復(fù)雜等等,所以被廣泛的應(yīng)用于一般符合使用條件的載貨動力汽車齒輪驅(qū)動橋,根據(jù)本次研究設(shè)計的載貨動力汽車的齒輪驅(qū)動類型,初步將對稱式行星錐齒輪差速器設(shè)計作為解決方案的第一步研究和選擇。其設(shè)計簡圖所示如下2-1。
圖2-1差速器結(jié)構(gòu)方案圖
如圖所示,對稱式半軸向差速器主要的結(jié)構(gòu)是由1和4-差速器的左右齒輪傳動殼體、半軸齒輪2、4個差速器的行星半軸向齒輪3和1個差速器的十字軸5。功率被左右齒輪傳輸給差動的左右殼體,導(dǎo)致了十字軸的旋轉(zhuǎn)。除了與半軸向齒輪互相接觸的差速器和行星半軸向齒輪的高速旋轉(zhuǎn)外,還將轉(zhuǎn)矩的傳遞反饋給半軸向齒輪,將半軸齒輪和半軸連接,該半軸向齒輪向驅(qū)動齒輪傳輸功率以完成汽車的循環(huán)。
2.2差速器的工作原理
差速器是一種裝置，通常但不一定使用齒輪，能夠通過三個軸傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)，幾乎總是以兩種方式之一使用：一種方式，它接收一個輸入并提供兩個輸出（這在大多數(shù)汽車中都有），另一種方式，它結(jié)合兩個輸入來產(chǎn)生一個輸出是輸入的和、差或平均值。在汽車和其他輪式車輛中，差速器允許每個驅(qū)動車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)，而對于大多數(shù)車輛來說，差速器向每個驅(qū)動車輪提供相等的扭矩。
差速器基于太陽輪和行星輪的原理。該小齒輪組安裝在齒輪架內(nèi)，并且可以自由旋轉(zhuǎn)。車輪連接到小齒輪，驅(qū)動力通過托架傳送，托架在汽車開始行駛時旋轉(zhuǎn)。差速器的基本原理可以通過使用由兩個小齒輪和齒條組成的設(shè)備來理解。兩個機架都可以在垂直方向上移動，直到承重機架和滑動阻力會同時提升。放置在小齒輪齒條和連接到支架的小齒輪之間，并且可以通過這些支架移動。當(dāng)在每個齒條上施加相同的負(fù)載“ W”，然后將支架（鉤環(huán)）拉起時，第二個齒條將以相同的距離被提起，這將防止小齒輪不旋轉(zhuǎn)。但是，如果將更大的負(fù)擔(dān)放在齒輪齒條上，然后沿著齒輪齒條旋轉(zhuǎn)，則負(fù)載會變重，這是由于給了小齒輪的囚犯不同，所以負(fù)擔(dān)越小。升高的齒條間距與小齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)成正比。換句話說，架子的監(jiān)護權(quán)會更大，而負(fù)載較小的囚犯會移動。該原理用于差動齒輪的規(guī)劃。
在車輛直線行駛期間，后輪的齒輪將通過齒圈差速器殼，輪-輪差速器小齒輪軸，輪-小齒輪差速器，側(cè)齒輪齒不旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)動小齒輪篩分，保持拉入齒圈旋轉(zhuǎn)。因此，車輪左右旋轉(zhuǎn)都一樣。
在車輛左拐時，左輪大于右輪。如果帶齒圈的差速器殼旋轉(zhuǎn)，則小齒輪將繞其軸旋轉(zhuǎn)，并且繞左側(cè)齒輪的運動也隨之旋轉(zhuǎn)，因此，繞右側(cè)齒輪的旋轉(zhuǎn)數(shù)增加，在該側(cè)齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)為2圈齒圈。可以說，平均第二圓齒輪與旋轉(zhuǎn)齒圈相當(dāng)。
下面簡單介紹差速器是如何工作的：
圖2-2 差速器原理圖
輸入扭矩施加在齒圈（藍(lán)色）上，齒圈轉(zhuǎn)動整個托架（藍(lán)色），向兩側(cè)齒輪（紅色和黃色）提供扭矩，從而驅(qū)動左右車輪。如果兩個車輪上的阻力相等，則行星齒輪（綠色）不轉(zhuǎn)動，兩個車輪以相同的速率轉(zhuǎn)動。
圖2-3 差速器原理圖
如果左側(cè)齒輪（紅色）遇到阻力，行星齒輪（綠色）繞左側(cè)齒輪旋轉(zhuǎn)，進而對右側(cè)齒輪（黃色）施加額外旋轉(zhuǎn)。
3.差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計
對稱式錐齒輪差速器詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖3-1：
圖3-1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
由于差動齒輪箱配備有主從動齒輪減速機，從動錐齒輪差速器的大小是有限的，軸承殼體和軸承殼體引導(dǎo)驅(qū)動齒輪驅(qū)動的齒輪，從動軸承，它們的大小會影響的大小從動錐齒輪。差速器安裝在兩個半軸驅(qū)動軸之間，它的大小被軸承座所限制。
3.1對稱式行星齒輪的設(shè)計計算
3.1.1確定對稱式差速器齒輪各項參數(shù)
3.1.1.1行星齒輪數(shù)目n的確定
由于承載能力的不同，所以選擇行星齒輪的數(shù)目也不同。如果設(shè)計需求承載能力比較大，那么可以選擇n=4，其另一種情況下則可以選n=2,。由于本次選擇承載汽車所能承載的重量比較大，所以選用4個行星齒輪，即n=4。
3.1.1.2行星齒輪球面半徑Rb和外錐距Re的確定
差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力由行星齒輪球面半徑Rb決定：
Rb=Kb3Td （3-1）
式中：Kb——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52～2.99，對于有4個行星齒輪的載貨汽車取小值2.6
Td是差速器計算轉(zhuǎn)矩，Td=minTGe，Tcs，N?m
Rb是球面半徑，mm
轉(zhuǎn)矩的計算從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩TGe
TGe=Kd?Temax?K?i1?if?i0?ηn （3-2）
式中：
TGe--計算轉(zhuǎn)矩，單位為N?m；
Kd--由于猛接離合器而產(chǎn)生的動載系數(shù)，對于性能系數(shù)fj=0的汽車(一般小型汽車，礦用汽車，越野車)，取Kd=1；
Temax--發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；
K--液力變矩器變矩系數(shù)，K=1；
i1--變速器一檔傳動比，為7.31；
if--分動器傳動比，為1；i0是主減速器傳動比，為6.33；
Η--從發(fā)動機到主減速器從動齒輪之間的傳動效率，為96%；
n--驅(qū)動橋數(shù)，取1。
代入得
TGe=1×158×1×7.31×1×6.33×0.961=7018.6N?m
從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩TGs
TGs=G2?m2?φ?rrim?ηm （3-3）
式中TGs—表示計算轉(zhuǎn)矩
G2—表示滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜負(fù)荷，為了保證在泥濘路面上的通行能力，提高地面驅(qū)動力，常將滿載時前軸負(fù)荷控制在總軸荷的26%~27%
m2—表示汽車在發(fā)出最大加速度時的后橋負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，一般乘用車為1.2~1.4，,此處m2取1.2
φ--是輪胎與地面間的附著系數(shù)，對一般輪胎的公路用車，可取φ=0.85
rr—表示輪胎的滾動半徑，查表得rr=0.398m
im—表示主減速器從動錐齒輪到車輪間的傳動比，此處取im=3.125
ηm—表示主減速器從動齒輪到車輪間的傳動效率，當(dāng)無輪邊減速器時，ηm=1
代入上式得
TGs>TGe
所以
Td=minTGs，TGe=TGe=7018.6N?m
將上面的數(shù)據(jù)代入式（3-1）中，得Rb=54mm
錐齒輪的節(jié)錐距A0一般小于Rb，A0=0.98~0.99Rb=52.92~53.46mm
所以預(yù)選其節(jié)錐距A0=53mm
3.1.1.3.行星齒輪與半軸齒輪的設(shè)計和選擇
（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度，希望取較大的模數(shù)，因此行星齒輪的齒數(shù)Z1應(yīng)該盡可能少，但一般不小于10，通常使得半軸齒輪的齒數(shù)Z2保持在14~15之間。汽車的半軸齒輪的齒數(shù)是行星齒輪的齒數(shù)1.5~2倍之間。
由于需要將四個行星齒輪和兩個半軸能夠嚙合，所以需要滿足以下條件：行星齒輪數(shù)除以兩個半軸齒輪的齒數(shù)之和，可以得到整數(shù)k
即：
Z1：Z2=1.5:2
Z2L+Z2Rn=I （3-4）
式中：
Z1—差速器行星齒輪的齒數(shù)；
Z2—差速器半軸齒輪的齒數(shù)；
Z_2L和Z_2R--差速器左、右半軸齒輪的齒數(shù)，由于差速器選用的是對稱式錐齒輪差速器，所以，使得Z2L=Z2R；
I—任意正整數(shù)。
根據(jù)以上的敘述，初步可以確定Z1=10，Z2=18
（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
<1>行星齒輪節(jié)錐角γ1和半軸齒輪節(jié)錐角γ2的確定
γ1=arctanZ1Z2=arctan1018=29° （3-5）
γ2=arctanZ2Z1=arctan1810=61° （3-6）
<2>圓錐齒輪大端端面模數(shù)m的確定
m=2A0Z1sinγ1=2A0Z2sinγ2=5.14mm （3-7）大端端面模數(shù)m按圓錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列選取，查表得m=5.5mm
<3>半軸齒輪的節(jié)圓直徑計算結(jié)果
d1=mZ1=5.5×10=55mm （3-8）
d2=mZ2=5.5×18=99mm （3-9）
3.1.1.4 壓力角α
目前，汽車差動齒輪壓力角大多采用22.5°，0.8為齒高系數(shù)。齒數(shù)為10的行星齒輪齒可以滿足對齒數(shù)的最低要求，并在一定條件下，例如：行星齒輪齒尖形狀不發(fā)生變化，增加半軸齒輪的齒厚。從而，使得行星的強度齒輪和側(cè)齒輪相等。在這種情況下，而20°的壓力角很少被采用，所以最好還是選擇為22.5°的壓力角。
3.1.1.5. 行星齒輪安裝孔的孔徑d和孔長度L的確定
行星齒輪安裝孔的孔徑d與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪安裝孔的長度L就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。?
L/1.1=d
為了滿足擠壓強度要求，所以行星齒輪安裝孔的孔徑d和孔長度L的選擇要根據(jù)以下公式得出：
δc=Tdrd?n?L?d×103≤δc （3-10）
即
d≥Tdrd?n?L?δc×103
由上可得
d≥Td×1031.1rd?n?δc
式中：Td--表示差速器的計算轉(zhuǎn)矩；
rd--表示行星齒輪軸孔中心到節(jié)錐頂點的距離，即rd=0.5×79.2=39.6mm；
δc—表示許用擠壓應(yīng)力，δc=98N/mm2;
L—表示行星齒輪安裝孔的長度;
d—表示行星齒輪安裝孔的孔徑。
將上述計算結(jié)果代入（3-11），得：
d≥Td×1031.1rd?n?δc=20.27mm
根據(jù)本設(shè)計要求，取d=22mm，L=24mm。
3.1.2差速器齒輪的幾何計算圖
3.1.3差速器齒輪的強度計算
嚙合齒輪齒間載荷分布的計算是準(zhǔn)確評估應(yīng)力的基礎(chǔ)，因此是保證失效預(yù)防的必要條件。還需要確定任意一組齒輪的制造誤差和傳動誤差，以及齒廓修形量，以準(zhǔn)確估計載荷分布，保證嚙合動作的順利進行。對現(xiàn)有產(chǎn)品給出的參數(shù)進行理論強度計算，已知參數(shù)為輸入扭矩T0為4211.16N?m，，模數(shù)為5.5mm，齒面寬度b為15mm，分度圓直徑d取55mm，壓力角為22.5度，行星齒輪齒數(shù)N為4，過載系數(shù)K0取1，尺寸系數(shù)Ks取0.649，載荷系數(shù)Km取1，速度系數(shù)Kv取1，幾何系數(shù)J參考圖3-1可知，取0.288，代入齒輪彎曲應(yīng)力δw公式，如（3-11），差動錐齒輪選用材料為SNCM4320，抗拉強度為980mpa，差動齒輪采用鍛造材料，強度可提高15%，獲得1127mpa的抗拉強度。
δw=2?T?Ks?Km·K0Kv?m?b?d2?J×103 （3-11）
圖3-1彎曲計算用綜合系數(shù)
代入式（3-12）中，得
δw=2×4211.16×0.649×1×1×1031×5.5×15×55×0.288=418.28MPa<1127MPa
可見理論應(yīng)力值小于材料強度，滿足要求。所以我們可以知道在初步設(shè)計、理論計算齒輪強度時，確定材料的強度，可以確定理論齒輪強度滿足材料強度。生產(chǎn)的齒輪的實際強度也將與材料的強度相匹配
3.1.4差速器齒輪材料的選擇
差速器材料選擇基于鍛造、壓鑄、機加工、焊接和注塑等工藝，并將其作為刀口和樞軸的載荷類型應(yīng)用，以盡量減少熱變形，用于安全壓力容器、剛性材料、高阻尼材料等。
為了使齒輪達(dá)到預(yù)期的性能、耐久性和可靠性，選擇合適的齒輪材料是非常重要的。高承載能力需要一種難加工的堅硬材料；而高精度則偏愛易加工的材料，因此具有較低的強度和硬度等級。根據(jù)機器的要求，齒輪由多種材料制成。它們由塑料、鋼、木材、鑄鐵、鋁、黃銅、粉末金屬、磁性合金和許多其他材料制成。齒輪設(shè)計師和用戶面臨著無數(shù)的選擇。最終選擇應(yīng)基于對材料特性和應(yīng)用要求的理解。比如在印度的中型卡車和重型卡車應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)所有其他齒輪都存在齒輪齒斷裂故障，而不存在任何性能或可靠性問題。在一個涉及采石場的應(yīng)用中，經(jīng)常使用倒擋齒輪，并觀察到有拔牙現(xiàn)象。選擇優(yōu)質(zhì)材料便解決了這一問題。
所以我們需要在優(yōu)化成本（包括設(shè)計和工藝）、重量和噪聲的情況下，選擇合適的齒輪材料以提高性能。材料選擇。要求;
?楊氏模量：盡可能大。
?硬度：盡可能大。
根據(jù)以上，所以我們最終選擇汽車差速器齒輪的材料為20CrMnTi的滲碳合金鋼。
3.2差速器行星齒輪軸的設(shè)計計算
3.2.1行星齒輪軸的分類及選用
因為行星齒輪的種類有很多，所以跟它配合的齒輪軸同樣也可以分為很多種類，其中最為常見的兩種分別是一字軸和十字軸。一字軸一般都只適用于載荷比較小的輕型汽車，因為輕型汽車的轉(zhuǎn)矩需求一般不是很大。而作為載荷需求非常高的載貨汽車，我們還是選擇十字軸最好。十字軸是萬向節(jié)最重要的部分之一。在大多數(shù)情況下，萬向節(jié)的尺寸和使用壽命取決于十字軸。為了確保機械零件的質(zhì)量，有必要滿足與形式，功能，材料和制造過程有關(guān)的基本構(gòu)造要求。
本次設(shè)計的十字軸簡圖如下所示：
圖3-2十字軸的結(jié)構(gòu)方案圖
3.2.2行星齒輪軸的尺寸選擇
由于行星齒輪的支承長度L=24mm，所以為了方便工作人員的安裝，所以我們要選擇比L要大一些的，最后選擇軸頸的長度L1=50mm；但是行星齒輪需要和其他零件進行配合，所以需要安裝孔的孔徑和軸徑的直徑相等，即d=d1=22mm。
3.2.3行星齒輪軸材料的選擇
齒輪軸的種類和齒輪的種類一樣，同樣有很多，在我們選用材料時要注意根據(jù)軸的剛度、強度、耐磨性等等這些要求，還有能夠?qū)崿F(xiàn)這些要求采用的熱處理方式，也要考慮到加工工藝的問題，在經(jīng)濟合理的條件下選用。
十字軸最常見材料主要有碳素鋼和合金鋼。但是由于碳素鋼比起合金鋼來說，價格更為便宜，并且對于應(yīng)力集中敏感性比較小，所以被廣泛的應(yīng)用。雖然合金鋼的力學(xué)性能更好，淬火性也更好。但是對于本次設(shè)計對象，還是碳素鋼更為合適。
碳素鋼也有很多種類，例如：30、40、45、50鋼等等，由于45號鋼應(yīng)用最為廣泛，所以我們選用45。
3.2.4十字軸的強度校核
在計算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時還應(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：
τs=T×103DB+da4/zLPb? （3-12）
半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為：
σc=T×103z?Lp?φ?DB+dA4?DB-dA/2 （3-13）
其式中：T--十字軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=1667.95N?m；
DB--半軸花鍵(軸)外徑；
da--相配的花鍵孔內(nèi)徑；
z--花鍵齒數(shù)；
LP--花鍵工作長度；
b--花鍵齒寬；
?--載荷分布的不均勻系數(shù)，取0.75。
將數(shù)據(jù)帶入式（3-12）、（3-13）得：
τs=33.27MPa
σc=62.39MPa
根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時，十字軸的切應(yīng)力τs不應(yīng)超過71.05MPa，擠壓應(yīng)力σc不應(yīng)超過196MPa，以上計算均滿足要求。
3.3差速器墊圈的設(shè)計計算
3.3.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計
下圖為平墊圈的結(jié)構(gòu)方案簡圖：
圖3-3平墊圈
根據(jù)以上計算得到的數(shù)據(jù)可知：差速器的半軸直徑為50mm,如圖3-3（a）所示，分局裝配關(guān)系，我們可選擇半軸齒輪平墊圈的安裝孔直徑D要略大于50mm，所以我們可以選擇安裝孔直徑D2為50.5mm平墊圈，由圖3-3（b），為了方便與墊圈的安裝，所以我們選取墊圈的厚度h為8mm。選用的材料是65Mn。
3.3.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計
由行星齒輪十字軸軸頸的直徑為，根據(jù)裝配關(guān)系選擇球形墊圈的安裝孔直徑D2為22mm，厚h為7mm,選用的材料是Q235A。
4差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用
4.1螺栓的選用和螺栓的材料
在機械行業(yè)內(nèi)，螺栓是應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)件，幾乎所有的機械零件都離不開它，無論是在機械方面還是其他方面，它都占據(jù)很重要的位置。所以我們正確的選用螺栓的材料，可以降低機械設(shè)備的實效幾率，從而減傷意外事故的發(fā)生，有很重要的價值。所以我國對于螺栓加工的精確性很高。
由于各種零件的需求不同，所以螺栓的種類有很多，例如：六角螺栓、圓頭方頸螺栓、內(nèi)六角螺栓、六角法蘭螺栓等等。而最為廣泛使用的便是內(nèi)六角螺栓。具有方便拆卸和緊固，不容易滑角等優(yōu)勢，并且可以安裝在不方便下扳手的部位，并且制造成本低于其他螺栓。本次就將采用這種螺栓。選用M14×1.5的規(guī)格，由于從動齒輪和差速器左殼之間要有足夠大的力矩，所以需要137.2~156.8Nm的擰緊力矩，并采用細(xì)牙螺紋，這樣就滿足了條件，即GB/T5782M14×1.5。
目前主要加工標(biāo)準(zhǔn)碳鋼，不銹鋼，銅材料由三個形成的。碳中的碳含量可分為高碳鋼，中碳鋼，低碳鋼和合金鋼。含奧氏體不銹鋼主要馬氏體。所以，它的耐腐蝕性、強度還有耐熱性都很好。銅一般由黃銅或者鋅銅合金制成，使用不是很廣泛。因為碳鋼的各項性能都比較好，經(jīng)濟效益也很好，由于需要一定的強度，所以我們選用碳鋼中的中碳鋼。
4.2螺母的選用和螺母的材料
它僅由連接到構(gòu)成主緊固構(gòu)件的各個部件的螺母公知的。然而，在主機設(shè)計過程中，有的傾向于集中在工程機械和設(shè)備，功能，壽命，或開動率等使用的設(shè)計，直到最后考慮連接和堅果的選擇問題。這可能是過去的事情了，但這種事情沒有真正存在。這種選擇方法，還發(fā)生后大量的機械和人身意外傷害，逐漸引起人們的關(guān)注。
螺母的選用要根據(jù)以下原則：（1）根據(jù)螺母不同的特點選用（2）應(yīng)以適用的節(jié)約原則選型。由于螺母是需要配合螺栓使用，所以根據(jù)我們選擇的螺栓型號，螺母也應(yīng)該選擇同等級的，即M14，性能等級要求為8級的六角螺母-- GB/T6170M14。
因為螺母也是標(biāo)準(zhǔn)件，所以材料的選擇和螺栓大致相同，同樣選擇碳鋼中的中碳鋼。
4.3差速器軸承的選用
在生活中中軸承的種類繁多，它們有著自己獨特的功能。深溝球軸承，該軸承可承受徑向載荷和軸向載荷。角接觸軸承，它適合于高精度和高速的旋轉(zhuǎn)運動。圓錐滾子軸承，它適合于承受重負(fù)荷和沖擊載荷。與我們的設(shè)計要求相結(jié)合，所以我們選擇的圓錐滾子軸承。通過之前對錐齒輪和半軸計算的數(shù)據(jù)，根據(jù)機械設(shè)計手冊選擇軸承的外徑和軸承的內(nèi)徑，約80毫米與50mm左右。參見“機械設(shè)計課程設(shè)計手冊”選擇圓錐滾子軸承型號是7510EGB/T297---1994。
5差速器總成的裝配和調(diào)整
5.1差速器的裝配
設(shè)計完差速器的各個零件部位，最后要講這些部位組裝在一起。具體步驟如下：
1．將差速器左右殼的小端軸徑壓入到軸承內(nèi)環(huán)。
2. 將從動錐齒輪的齒面向下放置，利用裝配輔具，和左殼用端面帶有防松齒形 的連接螺栓擰緊，固定。并在連接處涂抹專用膠，并檢測螺栓的擰緊力矩，需要保證在160~200N·m。
3.在差速器的左右殼上裝如半軸齒輪止推墊片和半軸齒輪，并在十字軸上裝入行星齒輪和行星齒輪墊片。
4.最后將左右殼組合，保證配對正確，用帶有花鍵的軸轉(zhuǎn)動半軸齒輪，調(diào)整間隙。調(diào)整完畢，再用端面帶有防松齒形的螺栓連接，并加以緊固，最后涂抹專用膠，檢測擰緊力矩，保證力矩在200~250N·m，裝配完成。
5.2 差速器齒輪副嚙合的間隙
一般來講，差速器行星齒輪和半軸齒輪之間存在嚙合間隙，大概是0.26~0.36之間，主要是依靠半軸齒輪上的止推墊片來調(diào)整的。檢查方法如下：需要測量止推墊片和半軸齒輪支撐面他們之間的間隙，一般來說，大概在0.8mm~1.4mm之間。用0.8和1.4的塞尺卡進這個縫隙，當(dāng)0.8的塞尺進去之后行星齒輪可以正常的選擇，則符合要求，反之，就表示縫隙過小，需要退換。1.4的塞尺也用相同的方法測試，進去可以正常轉(zhuǎn)動，則縫隙太大，需要更換，反之，就符合要求。
5.3差速器的零部件--主動錐齒輪軸預(yù)緊力的調(diào)整
主動錐齒輪軸應(yīng)該具有一定的預(yù)定度，這樣可以提高主動錐齒輪軸的支撐剛度，可以確保錐齒輪副的之間的嚙合。由于軸承之間的縫隙不能過大，最大僅需0.1mm?？梢酝ㄟ^更換不同的調(diào)整隔套來進行測試。調(diào)整的時候，應(yīng)該讓軸承座不斷的轉(zhuǎn)動，使得滾子軸承落在正確的位置，如果感覺比較緊，那就需要更換更薄的隔套，直到合適為止。
結(jié)論
在本次畢業(yè)設(shè)計的時間內(nèi)，我按期的完成了各項任務(wù)。閱讀了很多參考文獻，進一步的了解了差速器的功能和原理。在本次設(shè)計中，我根據(jù)給出的各項參考數(shù)據(jù)，通過對差速器各個零件的分析和資料查閱，進一步的進行了材料的選擇，并且通過計算，得到了差速器各個零件的詳細(xì)數(shù)據(jù)，為最后一步三維模型的建立打好了基礎(chǔ)。在本次設(shè)計中同樣也遇到了各種問題，例如：不懂的如何正確的選用合適的標(biāo)準(zhǔn)零件的規(guī)格，不過通過對各個文獻的查閱，最終得到了解決。其中最重要的就是por/E軟件的使用，由于自己的不熟練操作，也帶來了很大的困擾，在自己不斷地練習(xí)下，成功的做出來各個非標(biāo)準(zhǔn)零件的三維模型和二位草圖，并進行了虛擬裝配。由于我個人的能力有限，在設(shè)計中可能有很多問題，希望老師可以諒解，并進行批評，我將加以改正。
致謝
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