汽車差速器3D三維CATIA模型圖紙
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設(shè)計題目為轎車后橋差速器設(shè)計
表1-1
車型
發(fā)動機Nmax
發(fā)動機Mmax
I檔變比
主傳動比
驅(qū)動方案
發(fā)動機
5、E1
66kw/5600rpm
124N.m/2800rmp
3.45
3.2~3.8
FR
縱置
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。
(11)主傳動比、轉(zhuǎn)矩比參數(shù)選擇不得雷同。
設(shè)計的是發(fā)動機前置后驅(qū)轎車的主減速器及差速器,
主動輪齒輪:Z1=10
從動輪齒輪:Z2=36
主傳動比:i0=3.6
齒輪比:u=36/10=3.6
橋殼形式:斷開式
半軸形式:全浮式
差速器形式:直齒圓錐齒輪式
減速器設(shè)計
主減速器錐齒輪強度計算
1. 主減速器齒輪計算載荷
按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tce;
發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩——Temax=124N?m;
驅(qū)動橋數(shù)——n=1;
發(fā)動機到萬向傳動軸之間的傳動效率——η=0.96;
變速器一檔傳動比——i1=3.45;
主減速器傳動比——i0=3.6;
分動器傳動比——if=1;
猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)——kd=1;
液力變矩器變矩系數(shù)——k=1;
則從動錐輪計算轉(zhuǎn)矩
Tce=kdTemaxki1ifi0ηn=1×124×1×3.45×1×3.6×0.961≈1478.48N?m;
主、從動錐齒輪間的傳動效率——ηG=0.95;
主動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tz=Tcei0ηG=1478.483.6×0.95≈432.3N?m;
2. 錐齒輪主要參數(shù)的選擇
(1) 主、從動錐齒輪齒數(shù)z1和z2;
對于乘用車,z1一般不少于9。本次設(shè)計取z1=11,則z2=z1?i0=11×3.6≈40。
(2) 從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms
直徑系數(shù)——KD2=15;直徑系數(shù),一般為13.0~15.3;(取15)
從動錐齒輪大端分度圓直徑D2=KD23Tce=15×31478.48≈170.9mm;
齒輪端面模數(shù)ms=D2z2=170.940≈4.3∈km3Tce,模數(shù)系數(shù)km=0.3~0.4;
取齒輪端面模數(shù)ms=4;
(3) 主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2
從動錐齒輪齒面寬b2=0.155D2=0.155×160.6≈26mm;
主動錐齒輪齒面寬b1=1.1b2=1.1×25≈29mm
h=2ha*+c*mt=2×1+0.25×4mm=9mm
寬高比b2/h,bh=269≈2.89。b1/h,bh=299≈3.22。
(4) 中點螺旋角β
汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角的平均螺旋角一般為35°~40°;
本次設(shè)計選用中點螺旋角β=37°;
(5) 法向壓力角α
對于弧齒錐齒輪,乘用車的α一般選用14°30'或16°。
本次設(shè)計選用法向壓力角α=16°。
(1) 單位齒長圓周力
主動錐齒輪中點分度圓直徑——D1=ms?z1=4×11=44mm;
單位齒長圓周力
p=2kdTemaxkigifηnD1b2×103=2×1×124×1×3.45×1×0.9644×26×103≈653.3N<893N;
(2) 輪齒彎曲強度
過載系數(shù)k0=1;
尺寸系數(shù)ks≈0.62;
齒面載荷分配系數(shù)km=1.05;
質(zhì)量系數(shù)kv=1;
主動錐齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)Jw=0.23;
從動錐齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)Jw=0.22;
則主動錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為:
2Tzk0kskmkvmsb1D1Jw×103=2×432×1×0.62×1.051×4×27×40×0.23×103≈562MPa<700MPa
從動錐齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為:
2Tcek0kskmkvmsb2D2Jw×103=2×1478.48×1×0.62×1.051×4×25×161×0.22×103≈618MPa<700MPa
(3) 輪齒接觸強度
尺寸系數(shù)ks=1;
齒面品質(zhì)系數(shù)kf=1;
綜合彈性系數(shù)cp=232.6N1/2/mm;
齒面接觸強度的綜合系數(shù)JJ=0.15;
b取b1和b2中的較小值;
則錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為:
σJ=cpD12Tzk0kskmkvbJJ×103=232.6452×432.3×1×1×1.051×25×0.15×103≈2342.39MPa
項目
計算公式
計算結(jié)果
模數(shù)
m
4
主動錐齒輪齒數(shù)
Z1>9
11
從動錐齒輪齒數(shù)
Z2=i0*Z1
40
齒頂高
ha=m
4
齒根高
hf=1.2m
4.8
齒高
h=2.2m
8.8
主動錐齒輪分度圓直徑d1
d=mz
d1=44
從動錐齒輪分度圓直徑d2
d2=160
主動錐齒輪分度圓錐角δ1
δ1=arctan(Z1/Z2)
δ1=15。
從動錐齒輪分度圓錐角δ2
δ2=90。-δ1
δ2=75。
主動錐齒輪外錐距R1
R=d/2sinδ
R1=85
從動錐齒輪外錐距R2
R2=83
齒寬b1,b2
b=(0.25-0.35)R
b1=25.5
b2=24.9
主動錐齒輪齒頂圓直徑da1
da=m*(z+2cosδ)
da1=52
從動錐齒輪齒頂圓直徑da2
da2=162
主動錐齒輪齒根圓直徑df1
df=m(z-2.4cosδ)
df1=35
從動錐齒輪齒根圓直徑df2
df2=158
主動錐齒輪齒頂角θa1
θa=arctan(2sinδ/z)
θa1=2.5。
從動錐齒輪齒頂角θa2
θa2=2.5。
主動錐齒輪齒根角θf1
θf=arctan(2.4sinδ/z)
θf1=3。
從動錐齒輪齒根角θf2
θf2=3。
主動錐齒輪頂錐角δa1
δa=δ+θa
δa1=17.5。
從動錐齒輪頂錐角δa2
δa2=77.5。
主動錐齒輪根錐角δf1
δf=δ-θf
δf1=12。
從動錐齒輪根錐角δf2
δf2=72。
傳動比i
i=Z2/Z1=40/11=3.6
i=3.6
齒寬系數(shù)φR
φR=0.25~0.30
φR=0.28
中點螺旋角β
β =40°
β =37°
壓力角
α =16°
α =16°
主減速器錐齒輪材料
驅(qū)動橋錐齒輪的工作條件是相當惡劣的,與傳動系其他齒輪相比,具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點,是傳動系中最薄弱環(huán)節(jié)。
汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造,主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WmoV等。
差速器設(shè)計
普通錐齒輪式差速器
普通錐齒輪式差速器由于結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠,一直廣泛用于一般使用條件下的汽車驅(qū)動橋中。ω0為差速器殼的角速度;ω1、ω2分別為左、右兩半軸的角速度;T0為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩;Tr為差速器內(nèi)摩擦力矩;T1、T2分別為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)運動分析可得
ω1+ω2=2ω0
顯然,當一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時,另一側(cè)半軸將以兩倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn);當差速器殼體不轉(zhuǎn)時,左右半軸將等速、反向旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)力矩平衡可得5
T1+T2=T0
T2-T1=Tr
差速器性能常以鎖緊系數(shù)k來表征,定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比,由下式確定
k=Tr/T0
結(jié)合力矩平衡式得
T1=0.5T0(1-k)
T2=0.5T0(1+k)
定義半軸的轉(zhuǎn)矩比為kb=T2/T1,則kb與k之間有
kb=1+k1-k;k=kb-1kb+1
普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)k一般為0.05~0.15,兩半軸的轉(zhuǎn)矩比kb為1.11~1.35,這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大,故可以認為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等,這樣的分配比例對于良好路面上行駛的汽車來說是合適的。
我們?nèi)℃i緊系數(shù)k為0.1,得到軸的轉(zhuǎn)矩比kb為1.22。
T1分別為左兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩為T1=665.316N?m,
T2分別為右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩為T2=813.164N?m。
Tr差速器內(nèi)摩擦力矩為Tr=147.848N?m。
差速器齒輪主要參數(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,本次設(shè)計選用n=2。
2. 行星齒輪球面半徑Rb
行星齒輪球面半徑Rb反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力。
行星齒輪球面半徑系數(shù)——Kb=3;
差速器計算轉(zhuǎn)矩Td=Tce=1478.48N?m;
則行星齒輪球面半徑Rb=Kb3Td=3×31478.48≈34.2mm;
行星齒輪節(jié)錐距A0=0.99Rb=0.99×34.2≈33.9mm;
3. 行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)z1、z2
本次設(shè)計選用行星齒輪齒數(shù)z1=13,半軸齒輪齒數(shù)z2=23;z2z1=2313≈1.8∈(1.5~2)。
4. 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2及模數(shù)m
行星齒輪節(jié)錐角γ1=arctanz1z2=arctan1524≈30°;
半軸齒輪節(jié)錐角γ2=arctanz2z1=arctan2415≈60°;
錐齒輪大端的端面模數(shù)為m=2A0z1sinγ1=2×33.911×sin30°≈2.6,取m=3。
5. 壓力角α
本次設(shè)計選用壓力角α=22°30'。
6. 行星齒輪軸直徑d及支承長度L
差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩——T0=1478.48N?m;
行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x——rd=0.5×0.8×mz2=0.5×0.8×3×23=27.6mm;
支承面允許擠壓應(yīng)力——σc=98MPa;
則行星齒輪軸直徑d=T0×1031.1σcnrd=1478.48×1031.1×98×2×27.6≈16mm;
行星齒輪在軸上的支承長度L=1.1d=1.1×18.31≈17mm;
差速器齒輪強度計算
差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制,而且承受的載荷較大,它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合傳動狀態(tài),只有當汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行駛不同的路程時,或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時,差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此,對于差速器齒輪,主要應(yīng)進行彎曲強度計算。
Tc——半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩。T0 =min[Tce,Tcs],
當T0=Tce 時,Tc=0.6×T0=0.6*1478.48=887Nm;
當 T0=Tcf時,Tc=0.6×T0=0.6*432.3=259 Nm
Ks——尺寸系數(shù),ks=4m25.4=4325.4≈0.511
Km——齒面載荷分配系數(shù)。跨置式支撐結(jié)構(gòu)Km=1~1.1,取Km=1.1
Kv——質(zhì)量系數(shù) ,Kv=1
m——端面模數(shù),m=3
b2——半軸齒輪齒寬,b2=0.3×d2=0.3×69=20.7mm
d2——半軸齒輪大端分度圓直徑,d2=mz2=3×23=69mm
J——綜合系數(shù),查圖得J=0.23
n——行星齒輪數(shù),n=2
當T0=Tce 時,則輪齒彎曲應(yīng)力
σw=2Tckskmkvmb2d2Jn×103=2×887×0.59×1.051×3×20.7×69×0.23×2×103≈557.6MPa。
當 T0=Tcf時,則輪齒彎曲應(yīng)力
σw=2Tckskmkvmb2d2Jn×103=2×259×0.59×1.051×3×20.7×69×0.23×2×103≈163MPa
當T0=Tce 時,[σw]=980 MPa,σw=557MPa<[σw]。,符合設(shè)計要求。
當 T0=Tcf時,[σw]=210 MPa,σw=163MPa<[σw]。,符合設(shè)計要求。
項目
計算公式
計算結(jié)果
模數(shù)m
m
3
行星齒數(shù)z1
Z1>=10
13
半軸齒數(shù)z2
Z2=14-25
23
齒頂高ha
ha=m
3
齒根高hf
hf=1.2m
3.6
齒高h
h=2.2m
6.6
行星齒輪分度圓直徑d1
d=mz
d1=39
半軸齒輪分度圓直徑d2
d2=69
行星齒輪分度圓錐角δ1
δ1=arctan(Z1/Z2)
δ1=30
半軸齒輪分度圓錐角δ2
δ2=90。-δ1
δ2=60
行星齒輪外錐距R1
R=d/2sinδ
R1=39
半軸齒輪外錐距R2
R2=40
齒寬b1,b2
b=(0.25-0.35)R
b1=11.7
b2=12
行星齒輪齒頂圓直徑da1
da=m*(z+2cosδ)
da1=44
半軸齒輪齒頂圓直徑da2
da2=72
行星齒輪齒根圓直徑df1
df=m(z-2.4cosδ)
df1=32.8
半軸齒輪齒根圓直徑df2
df2=65.4
行星齒輪齒頂角θa1度
θa=arctan(2sinδ/z)
θa1=4.3
半軸齒輪齒頂角θa2度
θa2=4.3
行星齒輪齒根角θf1度
θf=arctan(2.4sinδ/z)
θf1=5
半軸齒輪齒根角θf2度
θf2=5
行星齒輪頂錐角δa1度
δa=δ+θa
δa1=34.3
半軸齒輪頂錐角δa2度
δa2=73.3
行星齒輪根錐角δf1度
δf=δ-θf
δf1=25
半軸齒輪根錐角δf2度
δf2=55
傳動比i
i=Z2/Z1=23/13=1.6
i=1.6
壓力角
α=22°30′
α=22°30′
齒寬系數(shù)φR
φR=0.25~0.30
φR=0.28
行星齒輪軸直徑
d=T0×1031.1[σc]nrd
d=16mm
半軸設(shè)計
1.全浮式半軸的計算載荷可按車輪附著力矩M?計算,即
M?=ξMmaxi0iη=0.6×124×3.45×3.6×0.96=887.09N.m=887090N?mm(式4-11)
其中,ξ—差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù),對于普通圓錐行星齒輪差速器取0.6
Mmax—發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩,題目所給為124 N·M
i0—主減速器傳動比,題目所取為3.6
i—變速器I檔傳動比,i=i1=3.45
η—汽車傳動效率,題目所給為0.96
全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取:
d=K3M?=0.210×3887090=20.18mm(式4-12)
式中,d為半軸桿部直徑(mm);M?為半軸計算轉(zhuǎn)矩(N·mm),K為直徑系數(shù),取0.205~0.218,最終取K=0.210
半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
τ=16M?πd3=16×8870903.14×20.183=550.04MPa(式4-13)
式中,τ為半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力;d為半軸直徑。
半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力宜為500~700MPa,故符合要求。
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