差速器設(shè)計 說明書

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1、學號 成績 汽車專業(yè)綜合實踐說明書 設(shè)計名稱:汽車差速器設(shè)計 設(shè)計時間 2012年 6月 系 別 機電工程系 專 業(yè) 汽車服務(wù)工程 班 級 姓 名 指導教師 2012 年 06 月 18日 目 錄 任務(wù)設(shè)計書 3、C1 76kw/6000rmp 142N.m/4000rmp 3.54 3.2~3。8 FF 橫置 已知條件:（1）假設(shè)地面的附著系數(shù)足夠大； (2）發(fā)動機到主傳動主動齒輪的傳動效率； （3）車

2、速度允許誤差為3％； （4）工作情況：每天工作16小時,連續(xù)運轉(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，每天平均10小時）； （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. （9） 主傳動比、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)動橋的左右車輪或兩驅(qū)動橋之間以不同角速度旋轉(zhuǎn)，并傳遞轉(zhuǎn)矩的機構(gòu).起輪間差速作用的稱為輪間差

3、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汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅(qū)動輪以不同的轉(zhuǎn)速滾動，即保證兩側(cè)驅(qū)動車輪作純滾動。 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,齒輪差速器有對稱式（等轉(zhuǎn)矩式）和不對稱式（不等轉(zhuǎn)矩式）.目前汽車上廣泛采用的是對稱式錐齒輪差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，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. 差速器的主動件是與差速器殼1連接在一起的套，套上

4、有兩排徑向孔，滑塊2裝于孔中并可作徑向滑動?；瑝K兩端分別與差速器的從動元件內(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.當差速器傳遞動力時，主動套帶動滑塊并通過滑塊帶動內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時允許內(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,為加工簡單起見，可用圓弧曲線代替. 滑塊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)較復雜，禮零件材料、機械加工、熱處耶、化學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

5、的半軸轉(zhuǎn)矩比kb可高達5．67～9．00，鎖緊系數(shù)是達0．7~0．8.但在如此高的內(nèi)摩擦情況下，差速器磨損快、壽命短。當把kb降到2．65～3．00，k降到0．45~0．50時，可提高該差速器的使用壽命由于這種差速器結(jié)構(gòu)復雜，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5—24）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，主動環(huán)可將由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動環(huán)(即左、右半軸)。當一側(cè)車輪懸空或進入泥濘、冰雪等路面時,主動環(huán)的轉(zhuǎn)矩可全部或大部分分配給另一側(cè)車輪.當轉(zhuǎn)彎行駛時,外側(cè)車輪有快轉(zhuǎn)的趨勢，使外側(cè)從動

6、環(huán)與主動環(huán)脫開，即中斷對外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢，使內(nèi)側(cè)從動環(huán)與主動環(huán)壓得更緊，即主動環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。由于該差速器在轉(zhuǎn)彎時是內(nèi)輪單邊傳動,會引起轉(zhuǎn)向沉重，當拖帶掛車時尤為突出。此外,由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時斷時續(xù)，車輪傳動裝置受的動載荷較大，單邊傳動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,鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復雜. 綜上所述，本次汽車專業(yè)綜合實踐將對對稱式錐齒輪差速器進行設(shè)計。 主減速器基本參數(shù)的選擇計算 發(fā)動機Nmax： 76kw/6000rmp 發(fā)動機Mmax: 142N。

7、m/4000rmp I檔變比: 3.27 主傳動比3。2～3。8 差速器轉(zhuǎn)矩比S=1。3 安全系數(shù)為n=1.4 發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，，發(fā)動機到主傳動主動齒輪的傳動效率,安全系數(shù) 一檔變比，本次設(shè)計選用主加速器傳動比 因此總傳動比 因此輸出轉(zhuǎn)矩N。m 差速器轉(zhuǎn)矩比S=1.1～1。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設(shè)計 1。選定高速級齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）按題目已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動. 2）選用

8、精度等級8級精度 3）齒輪材料用,滲碳淬火，齒面硬度為 4)選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(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。按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 承載能力一般取決于彎曲強度，故先按彎曲強度設(shè)計，驗算接觸強度。有 確定式中各項數(shù)值: 因載荷有較重沖擊,查得故初選載荷系數(shù) ，計算端面重合度 齒寬系數(shù)選取 查得，，， 查得，；取 查得 取,設(shè)計齒輪模數(shù)： 將確定后的各項數(shù)值代入設(shè)計公式 求得: 修正: 查得 (動載系數(shù)） 查得 (齒向載荷分布系數(shù)） 查得

9、 （齒間載荷分配系數(shù)） 則 則選取第一系列標準模數(shù) 齒輪主要幾何尺寸: ; ； ； ,取， 校核齒面接觸疲勞強度 查得（彈性系數(shù)） 查得（節(jié)點區(qū)域系數(shù)） 查得（接觸強度重合度系數(shù)） 按不允許出現(xiàn)點蝕，查得, 取 則 將確定出的各項數(shù)值代入接觸度校核公式，得 接觸強度滿足。 直齒圓柱齒輪傳動幾何尺寸 名稱 符號 計算公式 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

10、 差速器設(shè)計計算 1.差速器中的轉(zhuǎn)矩分配計算 當變速箱掛1檔時，發(fā)動機通過變速箱輸出的轉(zhuǎn)矩最大，主傳動比、1檔變速比； 差速器的轉(zhuǎn)矩 （1） 左右驅(qū)動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.行星齒輪相當于一個等臂杠桿，而兩個半軸齒輪半徑也是相等的。因此，當行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時，總是將轉(zhuǎn)矩平均分配給左、右兩半軸齒輪，即： 左右驅(qū)動車輪存在差速情況 轉(zhuǎn)矩比S：較高轉(zhuǎn)矩側(cè)半軸傳遞轉(zhuǎn)矩與較低轉(zhuǎn)矩側(cè)半軸傳遞轉(zhuǎn)矩之比稱為轉(zhuǎn)矩比S,即： （取S=1.3)

11、 整理以上兩個式子得，，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得， 在設(shè)計過程中要將安全系數(shù)考慮上,安全系數(shù)范圍，該設(shè)計取. 設(shè)計中較高轉(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。 （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)驗公式來確定 式中：由于是2個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)，差速器計算轉(zhuǎn)矩，則 取整 差速器行星齒輪球面半徑確定后,可初

12、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)的選擇 小轎車齒輪強度要求不太高，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 當量齒數(shù)： 當量齒數(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

13、. 行星齒輪軸直徑d及支承長度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度L為 差速器齒輪的幾何尺寸計算 查得修正系數(shù) 齒側(cè)間隙 汽車差速器直齒輪錐齒輪的幾何尺寸計算步驟見下表 序號 項目 計算公式 結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) ，應(yīng)盡量取小值 15 2 半軸齒輪齒數(shù) ，且滿足 24 3 模數(shù) m 3.5 4 齒面寬度 ； 9mm 5 齒工作高 40mm 6 齒全高 4。521

14、mm 7 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=0.521mm 16 齒根角 ； ; 17 面錐角 ; ； 18 根錐角 ； ; 19 外圓直徑 ； ； 20 節(jié)錐頂點至齒輪外緣距離 ； ； 21 理論弧齒厚 ； 22 齒側(cè)間隙 B B=0。127 23 弦齒厚 ; ； 24 弦齒高 ； ；

15、 差速器齒輪強度計算 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算得到，質(zhì)量系數(shù)，由于模數(shù)，大于，因此尺寸系數(shù),齒面載荷分配系數(shù)，半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩。，；則滿足設(shè)計要求。 半軸計算 半軸的主要尺寸是它的直徑，在設(shè)計時首先根據(jù)對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，大致選定從整個驅(qū)動橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對他進行強度核算. 1。半軸計算轉(zhuǎn)矩及桿部直徑 本設(shè)計選全浮式半軸 根據(jù)《汽車工程手冊》P1209公式（4-9—37） 式中： —-個車輪的驅(qū)動力， 單位為N ——輪胎的滾動半徑，單位為m

16、ξ-—差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于圓錐行星齒輪差速器可取0.6； ——傳動系最低檔傳動比, ——傳動系效率，根據(jù)任務(wù)已知條件有=0.96 根據(jù)《汽車工程手冊》P1213公式(4-9—50) 桿部直徑可按照下式進行初選。 選22mm 式中，［τ]——許用半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa；[τ］=490—588MPa d—-初選半軸桿部直徑，mm. 半軸桿部直徑計算結(jié)果應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計向上進行圓整。根據(jù)初選的，按應(yīng)力公式進行強度校核。 2.半浮式半軸強度校核計算 根據(jù)《汽車工程手冊》P1211公式（4—9-44） 半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 ＜［τ］=490-588MPa 式中,—-半軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

17、，MPa; d——半軸直徑，mm. 根據(jù)《汽車工程手冊》P1212公式（4-9-47) 半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為 式中，-—最大扭轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角； -—半軸長度;mm由凱越車型初選800mm G—-材料剪切彈性模量,N選45號鋼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， 半軸計算時的許用應(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)。當采用40Cr，40MnB，40MnVB，40CrMnMo，40號及45號鋼等作為全浮式半軸的材料時，其扭轉(zhuǎn)屈服極限達到784MPa左右。在保證安全系數(shù)在1。3~1。6范圍時

18、，半軸扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取為[＝490~588MPa。 半軸花鍵設(shè)計計算 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?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，當無較大鍛造設(shè)備時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)計半軸和半軸齒輪采用漸開線花鍵連接，對花鍵應(yīng)進行剪切應(yīng)力和花鍵擠壓應(yīng)力驗算。 1)根據(jù)《汽車工程手冊》P1211公式（4

19、-9-45)半軸花鍵的剪切應(yīng)力 式中： T—-半軸計算轉(zhuǎn)矩，為1067。6925Nm 據(jù)國標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 d-—與之相配的花鍵孔內(nèi)徑,取23。5mm z-—花鍵齒數(shù)，取25 LP—-花鍵工作長度，取40mm b——花鍵齒寬，取1.665mm φ——載荷分配不均勻系數(shù)根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)P159查得在(0。7—0。8）之間，計算時可取0。75 2）根據(jù)《汽車工程手冊》P1212公式（4-9-46)半軸花鍵的擠壓應(yīng)力 式中根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表(10-11

20、）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表（1—14）有輪胎型號：185/65R14 查表GB9743—1997的輪胎型號為的參數(shù)為: 負荷指數(shù) 基本參數(shù) 主要尺寸mm 負荷能力kg 充氣壓力 kPa 新胎充氣后 輪胎最大使用尺寸 標準 增強 標準輪輞 允許使用輪輞 斷面寬度 外直徑 負荷下靜半徑 滾動半徑 斷面寬度 外直徑 標準 增強 標準 增強 91 95 5J 5。5J 6。J 184 652 293 316 191 664 615

21、 690 240 290 表4-2—1 根據(jù)《汽車工程手冊》P1187表（4-9-1)有汽車驅(qū)動橋最小離地間隙: 最小離地間隙 h=車輪滾動半徑 –大齒輪分度圓半徑-間隙—殼厚=361—203/2—4—28=227.5mm〉190mm（圖4—2-3)合格 總結(jié) 附圖 參考文獻 1.陳家瑞. 汽車構(gòu)造（下冊）. 北京：人名交通出版社，2008； 2.楊可楨、程光藴. 機械設(shè)計。 北京：高等教育出版社，2004； 3。張春林。 機械原理. 北京：高等教育出版社,2005; 4。何銘新、錢可強。 機械工程圖學. 高等教育出版社，2003； 5。電子版《機械設(shè)計手冊》； 6.龐國星。 工程材料與成型技術(shù)基礎(chǔ)。北京：機械工業(yè)出版社2004