壓縮包已打包上傳。下載文件后為完整一套設(shè)計(jì)?！厩逦?，無水印，可編輯】dwg后綴為cad圖紙，doc后綴為word格式，所見即所得。有疑問可以咨詢QQ 197216396 或 11970985
TY1250型載貨汽車差速器設(shè)計(jì)
摘 要
差速器是汽車轉(zhuǎn)向過程中所必須的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，差速器在重型載重車上使用較頻繁，損壞較嚴(yán)重。所以對(duì)于差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)等都非常重要。本文首先介紹了差速器技術(shù)的應(yīng)用背景及國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)。對(duì)差速器的工作原理、結(jié)構(gòu)、作用及種類等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。在做出各種比較之后，確定對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器為設(shè)計(jì)類型。對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器能把扭矩大致平均的分配給半軸，并允許車輪有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)差速器進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，從而確定了差速器各個(gè)零部件如半軸齒輪、行星齒輪、十字軸等的詳細(xì)參數(shù)，確定了各零部件的選用材料，并校核了各個(gè)零部件的強(qiáng)度。簡述了依據(jù)汽車設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)差速器各零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要思路，給出了在Pro/ E 軟件中基于特征創(chuàng)建差速器各零件三維模型的思路與結(jié)果，闡述了建立差速器三維裝配模型的方法和主要步驟。差速器各零件三維精確建模有助于提高其零件的數(shù)控加工精度，三維虛擬裝配則有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，從而縮短差速器產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本。介紹了差速器典型零部件的加工工藝過程。
關(guān)鍵詞：差速器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三維建模；虛擬裝配；加工工藝
The design of differential for TY1250-based Truck
Abstract
Differential is a necessary transmission system in steering process，which is used frequently on heavy truck, and is often damaged severely．Therefore, the structural design for the differential, the relevant parameter optimization, design for performance, etc. are very important. Firstly,this paper describes the background and research and dynamic of the differential.On this basis, make a detailed description for the working principle ,structure, function and types and soof of the differential. Making all kinds of comparisons, to determine the symmetric cone used for the design of planetary gear type differential. Symmetrical cone planetary gear differential can roughly evenly distribute the torque to the axle, and allows a relative rotation wheel. On differential conducted detailed design calculation thereby identified differential various components such Axle gears, planetary gear, cross shaft etc. detailed parameters determined each parts selection materials and check various Ling components intensity. After the major idea of configuration design for automobile differential based on criterions of automobile design were expounded, the thoughts and results of 3 -D modeling of parts for differential based on feature were presented by Pro/ Engineer software. Finally, the method and steps of 3-D virtual assembly modeling were expounded. Precise 3-D modeling of parts for differential are helpful to improving precision of NC, and 3-D virtual assembly are helpful to detecting and setttling problems of configuration design, so time of develoment for differential manufacture will be shortened and cost of the design will be reduced. Finally, the typical differential parts machining process are introduced.
Key words: differential; configuration design; 3-D modeling; virtual assembly; processing technic
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 課題研究背景 1
1.1.1 國內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài) 1
1.1.2 差速器今后的發(fā)展 4
1.2 課題研究的意義 5
1.3 課題主要內(nèi)容 6
第2章 差速器結(jié)構(gòu)方案的選擇 7
2.1 對(duì)稱錐齒輪式差速器 7
2.1.1 普通錐齒輪式差速器 7
2.1.2 摩擦片式差速器 8
2.1.3 強(qiáng)制鎖止式差速器 9
2.2 滑塊凸輪式差速器 10
2.3 蝸輪式差速器 11
2.4 牙嵌式自由輪差速器 12
2.5 結(jié)構(gòu)方案的確定 12
第3章 詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算過程 14
3.1 差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 14
3.1.1 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 14
3.1.1.1 行星齒輪數(shù)目n的選擇 14
3.1.1.2 行星齒輪球面半徑的確定 14
3.1.1.3 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)、的選擇 17
3.1.1.4 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角，模數(shù)m的確定 17
3.1.1.5 壓力角α 18
3.1.1.6 行星齒輪軸直徑d及支承長度 18
3.1.2 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 18
3.1.3 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 20
3.1.4 差速器齒輪的材料 21
3.2 半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 22
3.2.1 半軸結(jié)構(gòu)形式選擇 22
3.2.2 半軸詳細(xì)計(jì)算與校核過程 22
3.2.2.1 全浮式半軸的計(jì)算載荷的計(jì)算 22
3.2.2.2 全浮式半軸的桿部直徑的計(jì)算 23
3.2.2.3 半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 23
3.2.2.4 半軸的扭轉(zhuǎn)角 23
3.2.2.5 半軸花鍵強(qiáng)度校核 24
3.2.2.6 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選取 24
第4章 三維模型的建立 26
4.1 Pro/E軟件簡介 26
4.2 差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
4.3 差速器各零件的三維實(shí)體建模 28
4.4 差速器三維裝配模型的建立 29
4.5 結(jié)語 30
第5章 差速器十字軸加工工藝 31
5.1 軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求 31
5.2 軸類零件的毛坯和材料 32
5.3 十字軸的加工工藝分析 32
5.4 十字軸的制造工藝過程 33
結(jié) 論 35
參考文獻(xiàn)： 37
致 謝 39
第1章 緒論
1.1 課題研究背景
目前國內(nèi)重型汽車的差速器產(chǎn)品技術(shù)基本源自美國、德國、 日本等幾個(gè)傳統(tǒng)的工業(yè)國家，我國現(xiàn)有技術(shù)基本上是引進(jìn)國外的基礎(chǔ)上發(fā)展的，而且已經(jīng)有了一定的規(guī)模。但是目前我國的差速器沒有自己的核心技術(shù)產(chǎn)品，自主開發(fā)能力仍然很弱，影響了整車的開發(fā)。在差速器的技術(shù)開發(fā)上還有很長的路要走。
1.1.1 國內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)
目前汽車在朝著經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的方向發(fā)展，如何能夠使自己的產(chǎn)品燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性盡可能提高是每個(gè)汽車廠家都在做的事情，當(dāng)然這是一個(gè)廣泛的概念，汽車的每個(gè)部件都在發(fā)生著變化。差速器也不例外，尤其是那些對(duì)操控性有較高需求的車輛。國外的那些差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究水平已經(jīng)很高，而且還在不斷地進(jìn)步，年銷售額達(dá)18億美金的伊頓公司汽車集團(tuán)是全球化的汽車零部件制造供應(yīng)商，在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、牽引力控制和安全排放控制領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位。主要產(chǎn)品包括發(fā)動(dòng)部分及動(dòng)力控制系統(tǒng)，其中屬于動(dòng)力控制系統(tǒng)的差速器類產(chǎn)品04年的銷售量達(dá)250萬只，在同類產(chǎn)品中居領(lǐng)導(dǎo)地位。國內(nèi)的差速器起步較晚，目前的發(fā)展主要靠引進(jìn)消化國外產(chǎn)品來滿足需求。
因此，我們要抓住市場機(jī)遇，在保證現(xiàn)有差速器生產(chǎn)和改進(jìn)的同時(shí)，要充分認(rèn)識(shí)到改革與發(fā)展的關(guān)系，更要認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新對(duì)發(fā)展的巨大推動(dòng)作用。我們要緊隨世界的步伐，使我們的產(chǎn)品向高技術(shù)含量，智能化得方向發(fā)展，開發(fā)出適合我國國情的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代差速器。
目前國內(nèi)外差速器的典型結(jié)構(gòu)類型舉例如下：
1）無單邊滑動(dòng)擺塊式差速器
研制了一種新型無單邊滑動(dòng)擺塊式汽車差速器，闡述其工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工了試驗(yàn)樣機(jī)，進(jìn)行了裝車道路試驗(yàn)。結(jié)果表明，與常規(guī)差速器相比，這種新型差速器結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低，在道路試驗(yàn)中能夠可靠地實(shí)現(xiàn)差速工作，在泥濘、濕滑等不良路面上能夠有效避免車輪單側(cè)打滑。
2）導(dǎo)球式限滑差速器結(jié)構(gòu)及工作原理
導(dǎo)球式限滑差速器的最大特點(diǎn)是利用滾球沿具有一定軌跡的導(dǎo)槽的運(yùn)動(dòng)代替了齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)差速與限滑功能，其具體結(jié)構(gòu)組成如圖1-1所示
圖1-1 導(dǎo)球式限滑差速器結(jié)構(gòu)圖
1—?dú)んw 2—端蓋 3—滾球保持架
4—滾球 5—傳力盤 6—止推墊片 7—平墊片
滾球保持架3與殼體1連接在一起，它是轉(zhuǎn)矩的輸入部件，滾球4在保持架的導(dǎo)槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)并將力傳遞給兩側(cè)的傳力盤5，后者將轉(zhuǎn)矩傳給半軸。在傳力盤的表面開有具有一定軌跡的導(dǎo)槽，使?jié)L球按一定軌跡運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)槽槽形設(shè)計(jì)成與滾球有一定接觸角，用于傳遞對(duì)傳力盤的壓力。止推墊片6是殼體、端蓋及傳力盤之間的摩擦元件。平墊片7用于調(diào)整初始限滑轉(zhuǎn)矩。
3）托森差速器
托森差速器巧妙利用了正逆兩對(duì)蝸輪蝸桿傳動(dòng)高摩擦、低效率的特性，提高了左右半軸的轉(zhuǎn)矩比K b, 因此它能根據(jù)轉(zhuǎn)速差的變化, 自動(dòng)調(diào)整左右驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)矩分配, 它成功地克服了普通錐齒輪差速器的先天缺陷, 提高了汽車的通過性。托森差速器能根據(jù)轉(zhuǎn)速差的變化, 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩分配的自動(dòng)調(diào)節(jié)。毫無疑問, 托森差速器將獲得更加廣泛的應(yīng)用。
托森差速器是由美國格里森公司設(shè)計(jì)的一種轉(zhuǎn)矩敏感型車用差速器。從根本上講，托森差速器仍然是利用行星輪系的差動(dòng)原理設(shè)計(jì)的一種差速器，但是由于它充分利用了蝸輪蝸桿傳動(dòng)副的高摩擦性和自鎖性，使鎖緊系數(shù)和轉(zhuǎn)矩比比普通差速器有了大幅提高。
托森差速器對(duì)于轉(zhuǎn)矩的再分配是借助于蝸輪蝸桿傳動(dòng)副間較大的內(nèi)摩擦力矩實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)兩半軸沒有轉(zhuǎn)速差時(shí)，蝸輪與蝸桿沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以來自主減速器從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)矩％平均分配到兩半軸上，相當(dāng)于差速器不起作用。當(dāng)兩半軸存在轉(zhuǎn)速差時(shí)(這里設(shè)右半軸轉(zhuǎn)速大于左半軸，即也>n。)，差速器起差速作用，由于右半軸轉(zhuǎn)速比左半軸快，差速器的行星蝸輪必然會(huì)對(duì)右半軸施加一個(gè)阻力矩，對(duì)左半軸施加一個(gè)動(dòng)力矩。這相當(dāng)于右半軸把一部分轉(zhuǎn)矩通過行星蝸輪傳遞給左半軸。
托森差速器的結(jié)構(gòu):主動(dòng)部分由空心軸、差速器外殼組成。兩者借花鏈固連一體。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)空心軸傳入差速器外殼。從動(dòng)部分由前后軸蝸桿, 差速器齒輪軸和驅(qū)動(dòng)軸凸緣盤組成。前軸蝸桿與差速器齒輪軸連為一體, 并與前驅(qū)動(dòng)橋相連；后軸蝸桿與驅(qū)動(dòng)軸凸緣盤連為一體, 并與后驅(qū)動(dòng)橋相連。前后軸蝸桿彼此不接觸。
4）普通防滑差速器作用、結(jié)構(gòu)與工作原理
防滑差速器也稱為差速鎖，結(jié)構(gòu)圖如圖1-2，即在一側(cè)半軸齒輪與差速器殼體之間裝有多片式離合器，離合器連接一側(cè)的半軸齒輪與差速器殼體。差速器正常工作時(shí)（即在良好的路面直線行駛或轉(zhuǎn)向時(shí)），離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)有一側(cè)車輪在附著力小的路面的打滑時(shí)，兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速差過大時(shí)，控制離合器適當(dāng)接合，差速器殼通過離合器驅(qū)動(dòng)一側(cè)半軸齒輪。則另一側(cè)的半軸齒輪轉(zhuǎn)速在差速器作用下被約束，從而防止附著力小的車輪打滑。
圖1-2 防滑差速器結(jié)構(gòu)圖
防滑差速器的控制難點(diǎn)在于差速器內(nèi)的離合器的控制，很明顯的一點(diǎn)是，在汽車正常轉(zhuǎn)向時(shí)，離合器是不能被接合的，如果高速轉(zhuǎn)向時(shí)離合器接合，后果就只有翻車事故了！
目前國內(nèi)外差速器的建模及分析方法舉例如下：
1） 基于Pro/E的差速器三維建模
在Pro/E 環(huán)境中，建立差速器各零件的三維實(shí)體模型后，可定義各零部件之間的裝配配合關(guān)系，進(jìn)而建立差速器總成三維實(shí)體模型。Pro/E 軟件中，裝配樹（多叉樹）的層次關(guān)系體現(xiàn)了實(shí)際形成產(chǎn)品的裝配順序，形象地表達(dá)了產(chǎn)品、部件、零件之間的父子從屬關(guān)系，其層次結(jié)構(gòu)表達(dá)方法，可滿足人機(jī)交互裝配規(guī)劃和裝配過程仿真功能的要求，作出的差速器三維實(shí)體模型形象、逼真、直觀。
2）防滑差速器殼體有限元分析
有限元模型作為原結(jié)構(gòu)的離散化模型，其好壞直接關(guān)系到求解的正確性和精度。首先利用UG三維CAD軟件按照差速器殼體設(shè)計(jì)圖紙建立其幾何實(shí)體模型，幾何實(shí)體模型完成后導(dǎo)入到ANSYS中，經(jīng)過修改后再生成有限元模型。
防滑差速器殼體模型的各個(gè)部件之間用粘接運(yùn)算進(jìn)行連接，以模擬螺釘連接。在進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算分析時(shí)，對(duì)防滑差速器殼體的左右軸承軸頸表面、左半軸軸承安裝端面以及行星齒輪軸孔處進(jìn)行位移約束。對(duì)有限元模型施加載荷時(shí)，作以下等效處理：分別將圓周力等效為沿其圓周方向的等效節(jié)點(diǎn)力，加載到其有限元模型上。
3）基于ADAMS的差速器仿真
為了提高仿真結(jié)果的可靠性，在現(xiàn)有COSMOSMotion軟件仿真結(jié)論的基礎(chǔ)上，把軸向滑塊凸輪式差速器模型從UG軟件導(dǎo)入ADAMS/View中，并對(duì)各連接點(diǎn)添加相應(yīng)約束、反復(fù)修正彈簧參數(shù)之后進(jìn)行了仿真，可得到左右差速輪的角速度曲線及差器殼的合反轉(zhuǎn)矩曲線。
4）基于CATIA 的差速器分析
該方法最大的特點(diǎn)是建模與有限元分析使用同一軟件平臺(tái),避免了接口傳遞可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,是一種簡便可行、運(yùn)行效率高的齒輪設(shè)計(jì)與分析方法。結(jié)合實(shí)例,可完成了某型差速器直齒圓錐齒輪的建模和有限元分析。
1.1.2 差速器今后的發(fā)展
目前中國的汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)。伊頓公司汽車集團(tuán)是全球化的汽車零部件制造供應(yīng)商，在同類差速器產(chǎn)品中居領(lǐng)導(dǎo)地位。最近伊頓開發(fā)了新型的鎖式差速器，它的工作原理及與其他差速器的不同之處：當(dāng)一側(cè)輪子打滑時(shí)，普通開式差速器幾乎不能提供任何有效扭矩給車輛，而伊頓的鎖式差速器則可以在發(fā)現(xiàn)車輪打滑后，鎖定動(dòng)力傳遞百分之百的扭矩到不打滑車輪，足以克服各種困難路面給車輛帶來的限制。在牽引力測試、連續(xù)彈坑、V型溝等試驗(yàn)中，兩驅(qū)車在裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能及通過性能甚至超過了四輪驅(qū)動(dòng)的車輛。因?yàn)橹灰?qū)動(dòng)輪的任何一側(cè)發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)以后，伊頓鎖式差速器會(huì)馬上鎖止動(dòng)力，并把全部動(dòng)力轉(zhuǎn)到另一有附著力的輪上，使車輛依然能正常向前或向后行駛。毫無疑問，更強(qiáng)的越野性和安全性是差速器的最終目標(biāo)。
1.2 課題研究的意義
汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。其結(jié)果一方面輪胎磨損、消耗功率與燃料，另一方面也不能按我們所要求的繞轉(zhuǎn)向瞬時(shí)中心轉(zhuǎn)向，這必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。
差速器主要有三大功用：
① 把發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳輸?shù)杰囕喩希?
② 充當(dāng)汽車主減速齒輪，在動(dòng)力傳到車輪之前將傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速減下來；
③ 將動(dòng)力傳到車輪上，同時(shí)，允許兩輪以不同的輪速轉(zhuǎn)動(dòng)。
從而滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與
地面的摩擦。汽車差速器原理結(jié)構(gòu)圖如圖1-1。
圖1-1 差速器結(jié)構(gòu)原理圖
本課題選擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器為設(shè)計(jì)類型，對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器屬于非常普通的類型，它雖不能像防滑差速器那樣滿足在壞路面或泥濘路面上正常行駛，但由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、質(zhì)量較小、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。因此，能夠設(shè)計(jì)研究出非常好的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，是具有重大意義的。
國內(nèi)目前的差速器產(chǎn)品大多是通過引進(jìn)而開發(fā)的類型，沒有什么核心的技術(shù)產(chǎn)品，還有一部分是通過進(jìn)口的產(chǎn)品?，F(xiàn)在我國已經(jīng)對(duì)差速器有了深入的研究設(shè)計(jì)，但沒有形成一定規(guī)模的工業(yè)化設(shè)計(jì)和制造，所以我們需要在這個(gè)領(lǐng)域開發(fā)和生產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適合我國國情的重型汽車差速器。
1.3 課題主要內(nèi)容
從接到任務(wù)書開始，便是進(jìn)行了大量的中外文獻(xiàn)查閱，從而充分了解了差速器目前在國內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)，以及今后的發(fā)展趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)之上，參見《汽車設(shè)計(jì)上》的差速器結(jié)構(gòu)介紹，以及本校車輛實(shí)驗(yàn)室同類型車的差速器零件實(shí)物，最終選擇普通對(duì)稱式錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)類型為設(shè)計(jì)方案。在確定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案之后，對(duì)所設(shè)計(jì)類型差速器的各個(gè)零部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。在最后確定了各個(gè)參數(shù)之后，并利用Pro/E軟件對(duì)差速器進(jìn)行了各零部件的三維建模及裝配分析。然后繪出了各個(gè)零部件的二維零件圖及裝配總成圖。最后選擇典型零件十字軸進(jìn)行了加工工藝分析。
第2章 差速器結(jié)構(gòu)方案的選擇
差速器按其結(jié)構(gòu)特征不同，分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。
2.1 對(duì)稱錐齒輪式差速器
汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用廣泛。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器等。
2.1.1 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，所以廣泛應(yīng)用于一般使用條件的汽車驅(qū)動(dòng)橋中。下圖為其示意圖，圖2-1中為差速器殼的角速度；、分別為左、右兩半軸的角速度；為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；為差速器的內(nèi)摩擦力矩；、分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩。
圖2-1 普通錐齒輪式差速器示意圖
根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得
+＝2 （2-1）
顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)半軸將以兩倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)力矩平衡可得
（2-2）
差速器性能常以鎖緊系數(shù)k是來表征，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
（2-3）
結(jié)合式(2-2)可得
(2-4)
定義半軸的轉(zhuǎn)矩比,則與之間有
； (2-5)
普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)一般為0．05～0．15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比=1．11～1．35，這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對(duì)于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。但當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)很小時(shí)，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。
2.1.2 摩擦片式差速器
為了增加差速器的內(nèi)摩擦力矩，在半軸齒輪7與差速器殼1之間裝上了摩擦片2(如圖2-2)。兩根行星齒輪軸5互相垂直，軸的兩端制成V形面4與差速器殼孔上的V形面相配，兩個(gè)行星齒輪軸5的V形面是反向安裝的。每個(gè)半軸齒輪背面有壓盤3和主、從動(dòng)摩擦片2，主、從動(dòng)摩擦片2分別經(jīng)花鍵與差速器殼1和壓盤3相連。
圖2-2 摩擦片式差速器
1—差速器殼體 2—摩擦片 3—壓盤 4—V形面
5—行星齒輪軸 6—行星齒輪 7—半軸齒輪
當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，差速器殼通過斜面對(duì)行星齒輪軸產(chǎn)生沿行星齒輪軸線方向的軸向力，該軸向力推動(dòng)行星齒輪使壓盤將摩擦片壓緊。當(dāng)左、右半軸轉(zhuǎn)速不等時(shí)，主、從動(dòng)摩擦片間產(chǎn)生相對(duì)滑轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生摩擦力矩。此摩擦力矩，與差速器所傳遞的轉(zhuǎn)矩丁。成正比，可表示為示為
(2-6)
式中，為摩擦片平均摩擦半徑；為差速器殼V形面中點(diǎn)到半軸齒輪中心線的距離；為摩擦因數(shù)；為摩擦面數(shù)；為V形面的半角。
摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)可達(dá)0.6，可達(dá)4。這種差速器結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，可明顯提高汽車通過性。
2.1.3 強(qiáng)制鎖止式差速器
當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪處于附著系數(shù)較小的路面時(shí)，可通過液壓或氣動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)使內(nèi)、外接合器(即差速鎖)嚙合，此后差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)，使?fàn)恳_(dá)到可能得最大值。
對(duì)于裝有強(qiáng)制鎖止式差速器的4×2型汽車，假設(shè)一驅(qū)動(dòng)輪行駛在低附著系數(shù)的路面上，另一驅(qū)動(dòng)輪行駛在高附著系數(shù)的路面上，這樣裝有普通錐齒輪差速器的汽車所能發(fā)揮的最大牽引力為
(2-7）
式中，為驅(qū)動(dòng)橋上的負(fù)荷。
如果差速器完全鎖住，則汽車所能發(fā)揮的最大牽引力為
（2-8）
可見，采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高倍，從而提高了汽車通過性。
當(dāng)然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與地面間的附著力，汽車也無法行駛。
強(qiáng)制鎖止式差速器可充分利用原差速器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
2.2 滑塊凸輪式差速器
圖2-3為雙排徑向滑塊凸輪式差速器。
圖2-3 雙排徑向滑塊凸輪式差速器
1—差速器殼 2—滑塊 3—外凸輪 4—內(nèi)凸輪
差速器的主動(dòng)件是與差速器殼1連接在一起的套，套上有兩排徑向孔，滑塊2裝于孔中并可作徑向滑動(dòng)?；瑝K兩端分別與差速器的從動(dòng)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(dāng)差速器傳遞動(dòng)力時(shí)，主動(dòng)套帶動(dòng)滑塊并通過滑塊帶動(dòng)內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)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(fù)雜，在零件材料、機(jī)械加工、熱處耶、化學(xué)處理等方面均有較高的技術(shù)要求。
2.3 蝸輪式差速器
蝸輪式差速器(如下圖2-4)也是一種高摩擦自鎖差速器。蝸桿2、4同時(shí)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)。這種差速器半軸的轉(zhuǎn)矩比為
（2-9）
式中，為蝸桿螺旋角；為摩擦角。
圖2-4 渦輪式差速器
1、5—半軸渦輪 2、4—蝸桿 3—行星齒輪
蝸輪式差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比可高達(dá)5．67～9．00，鎖緊系數(shù)是達(dá)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(dāng)把降到2．65～3．00，降到0．45～0．50時(shí)，可提高該差速器的使用壽命。由于這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。
2.4 牙嵌式自由輪差速器
牙嵌式自由輪差速器是自鎖式差速器的一種（圖2-5）。裝有這種差速器的汽車在直線行駛時(shí)，主動(dòng)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(dòng)環(huán)(即左、右半軸)。當(dāng)一側(cè)車輪懸空或進(jìn)入泥濘、冰雪等路面時(shí)，主動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)矩可全部或大部分分配給另一側(cè)車輪。當(dāng)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，外側(cè)車輪有快轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使外側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)脫開，即中斷對(duì)外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使內(nèi)側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)壓得更緊，即主動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。由于該差速器在轉(zhuǎn)彎時(shí)是內(nèi)輪單邊傳動(dòng)，會(huì)引起轉(zhuǎn)向沉重，當(dāng)拖帶掛車時(shí)尤為突出。此外，由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時(shí)斷時(shí)續(xù)，車輪傳動(dòng)裝置受的動(dòng)載荷較大，單邊傳動(dòng)也使其受較大的載荷。
圖2-5 牙嵌式自由輪差速器
牙嵌式自由輪差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比是可變的，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(fù)雜。
2.5 結(jié)構(gòu)方案的確定
通過以上對(duì)四種差速器的介紹，經(jīng)過比較，普通錐齒輪式差速器由于結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，它用于一般使用條件的各種汽車的驅(qū)動(dòng)橋中。所以，本課題選用普通錐齒輪式差速器，確定的結(jié)構(gòu)方案為：對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器能把扭矩大致平均的分配給半軸，并允許車輪有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒
輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖2-6所示。
圖2-6 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器
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
第3章 詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算過程
3.1 差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
3.1.1 差速器齒輪主要參數(shù)選擇
3.1.1.1 行星齒輪數(shù)目n的選擇
從主減速器傳來的扭矩要通過差速器分配給車輪。為此，行星齒輪數(shù)n需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下n可取兩個(gè)，反之應(yīng)取n=4。
貨車和越野車多采用4個(gè)行星齒輪，多于4個(gè)行星齒輪的在安裝上會(huì)有困難。轎車常用兩個(gè)行星齒輪。采用行星齒輪數(shù)目多了，每個(gè)行星齒輪上的力就可以減小了。
在此，題目設(shè)計(jì)TY1250型載貨汽車差速器，所以取行星齒輪數(shù)n=4。
3.1.1.2 行星齒輪球面半徑的確定
圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度與承載能力。
球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定：
（3-1）
式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.5～3.0，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的
乘用車和商用車取小值，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的轎車及4個(gè)行星
齒輪的越野車和礦用車取大值。這里取=2.5。
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取，Tce為按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低
檔傳動(dòng)比從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；Tcs為按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從
動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩。單位N·m。
——為球面半徑。
計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
① 的計(jì)算：
（3-2)
式中：——為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，液力自動(dòng)變速器：=1，具有
手動(dòng)操縱的機(jī)械變速器的高性能賽車:=3,性能系數(shù)fi=0的汽車：
=1，fi>0的汽車：kd=或者由經(jīng)驗(yàn)確定。這里取=1。
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)汽車最大總質(zhì)量及最高車速等參考同類
型車，選取發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為：康明斯c260 20，額定功率/轉(zhuǎn)速：
191kw/2200r/min,最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速：1025n.m/1400r/min。
——液力變矩器變矩系數(shù)，取=1。
——主減速器傳動(dòng)比，，其中n為發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，
n=2200r/min；r為輪胎半徑，由輪胎規(guī)格12.00 R20，查閱
《GB/T2977-1997》載重輪胎系列可知r=526mm；為最高車速，
由題目知Vmax=80km/h；為變速器最高檔傳動(dòng)比，=1。代入
各個(gè)數(shù)據(jù)得：i0=5.45，取i0=5.728。
——變速器1檔傳動(dòng)比，參考《汽車?yán)碚摗罚?
，其中G為車重，
G=18000×10=180000N；最大爬坡度i=tanα=40%,則α
=arctan40%=21.8o；r=0.526m；Ttqmax=800n.m；i0=5.728；ηt
為傳動(dòng)效率，取=0.95x0.96=0.912；f取0.02。代入各個(gè)數(shù)據(jù)
得≥6.89。
——分動(dòng)器傳動(dòng)比，由于此車為單驅(qū)動(dòng)軸，無需設(shè)計(jì)分動(dòng)器，所以取
=1。
——從發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率，取=0.9。
——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，=1。
代入以上各個(gè)參數(shù)值，得Tce=36407N.m。
② 的計(jì)算：
（3-3)
式中：——滿載狀態(tài)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷，參見《汽車設(shè)計(jì)》（1），
表1-6，有滿載后軸載重65%-70%，所以可取
=180000×65%=117000N。
——汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷系數(shù)，商用車:=1.1～1.2,乘用車：
=1.2～1.4，這里取=1.1。
——輪胎與路面間的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，在良
好的混凝土或者瀝青路上，可取0.85。
——輪胎滾動(dòng)半徑，=0.526m。
——主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，及輪邊減速器傳動(dòng)比，為
4。
——主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，取0.85。
代入以上各個(gè)參數(shù)，可得=19464n·m。
由①②的結(jié)果，比較與得==19464n·m。
再將各參數(shù)代入公式，得=67.25mm。
差速器行星齒輪球面半徑確定后 ，可以根據(jù)下式預(yù)選節(jié)錐距。
=(0.98～0.99)=66mm （3-4）
3.1.1.3 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)、的選擇
為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.5～2.0的范圍內(nèi)。
差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為：
（3-5）
式中：，——左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來說，
=。
——行星齒輪數(shù)目，=4。
——任意整數(shù)。
在此取=12，=20 滿足以上要求。
3.1.1.4 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角，模數(shù)m的確定
首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角，
==26.56°=27 °
==63.43°=63°
并且滿足+=90°。
再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m
m====4.99
查閱文獻(xiàn)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取m=5。從而可以算出行星齒輪與半軸齒輪的大端分度圓直徑，即=60mm ，mm。
3.1.1.5 壓力角α
目前，汽車差速器的齒輪大都采用22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選22.5°的壓力角。
3.1.1.6 行星齒輪軸直徑d及支承長度
行星齒輪軸直徑d（mm）為
(3-6)
式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此=19464N·m。
——行星齒輪的數(shù)目；在此為4。
——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑 d的一半，即=，而d≈0.8=0.8×120=96，則==96/2=48mm。
——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取98 MPa。
代入各個(gè)參數(shù)可得，d≈30mm。
行星齒輪在軸上的支承長度 L=1.1d=33mm。
3.1.2 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)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，它不像主減速器那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于差速器齒輪，主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度的計(jì)算。齒輪彎曲應(yīng)力（MPa）為
(3-7)
式中：——差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式
n·m。
——差速器的行星齒輪數(shù)，n=4。
——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理等因數(shù)有關(guān)，當(dāng)ｍ
時(shí)，，在此＝0.66。
——齒面載荷分配系數(shù)，跨置式結(jié)構(gòu)：＝1.00～1.1；懸臂式結(jié)構(gòu)：
=1.00～1.25，在此取=1.1。
——質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好，齒距及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，=1.0。
——齒輪模數(shù)，m=5。
、——分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑，[=（0.25～0.30）
×=19.8，取20mm，=120mm]。
——計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，參考《驅(qū)動(dòng)橋》P131，
圖3-8，即下圖，可以取J=0.224。
圖3-8 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)
代入以上各個(gè)參數(shù)，可以得
MPa<980MPa
所以差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
3.1.3 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
根據(jù)以上計(jì)算過程將直齒錐齒輪的各個(gè)參數(shù)整理計(jì)算如表3-1
表3-1
序號(hào)
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
1
行星齒輪齒數(shù)
≥10，應(yīng)盡量取最小值
=12
2
半軸齒輪齒數(shù)
=14～25，且滿足
=24
3
模數(shù)
=5mm
4
齒面寬
b=(0.25～0.30)A;b≤10m
20mm
5
工作齒高
=8mm
6
全齒高
mm
7
壓力角
22.5°
8
軸交角
=90°
=90°
9
節(jié)圓直徑
mm
mm
10
節(jié)錐角
=27°
=63°
11
節(jié)錐距
=66mm
12
周節(jié)
=3.1416
=15.708mm
13
齒頂高
;
=5.39mm
=2.61mm
14
齒根高
=1.788-
=1.788-
=3.55mm
=6.33mm
15
徑向間隙
=-=0.188+0.051
=0.991mm
16
齒根角
=
=3.08° =5.48°
17
面錐角
=32.48°
=66.08°
18
根錐角
=23.92°
=57.52°
19
外圓直徑
=69.6mm
=122.4mm
3.1.4 差速器齒輪的材料
差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。在此，選用差速器齒輪材料為20CrMnTi。
3.2 半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
3.2.1 半軸結(jié)構(gòu)形式選擇
從差速器傳出來的扭矩經(jīng)過半軸 （或在經(jīng)過輪邊減速器）、輪轂最后傳給車輪，所以半軸是傳動(dòng)系中傳遞扭矩的一個(gè)重要零件。
半軸由于受力情況不同，它有半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。半軸傳遞扭矩是它的首要任務(wù)。但由于輪轂的安裝結(jié)構(gòu)不同，非全浮式半軸除受到扭矩之外，還要受到車輪上的作用力諸如:車輪上的垂直力、側(cè)向力以及牽引力或制動(dòng)力所形成的縱向力。
半浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，半軸外端的支承位于半軸套管外端的內(nèi)孔中，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對(duì)車輪的反作用力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡單，所受載荷大，只用于乘用車和總質(zhì)量較小的商用車上。
全浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相連，而輪轂又借用兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐在驅(qū)動(dòng)橋殼的半軸套管上。理論上來說，半軸只承受轉(zhuǎn)矩，作用于驅(qū)動(dòng)輪上的其他反力和彎矩全部又橋殼來承受，但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同心、半軸法蘭平面相對(duì)其軸線不垂直等因素，會(huì)引起半軸的彎曲變形，由此引起的彎曲應(yīng)力一般為5到70MPa。全浮式半軸主要用于總質(zhì)量大的商用車上。
根據(jù)以上部分并結(jié)合題目要求，選擇半軸形式為：帶有凸緣的全浮式半軸。
3.2.2 半軸詳細(xì)計(jì)算與校核過程
3.2.2.1 全浮式半軸的計(jì)算載荷的計(jì)算
其計(jì)算載荷可按車輪附著力矩計(jì)算，即按下式計(jì)算
(3-8）
式中：——驅(qū)動(dòng)橋的最大靜載荷，=117000N。
——車輪半徑，=0.526m。
——負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，=1.1。
——附著系數(shù)，取0.8。
則代入以上各個(gè)參數(shù)，可得=27078N·m。
3.2.2.2 全浮式半軸的桿部直徑的計(jì)算
全浮式半軸的桿部直徑d計(jì)算公式如下
(3-9)
式中：——半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=27078N·m。
——直徑系數(shù)，=0.205～0.218，這里取=0.210。
代入以上各個(gè)參數(shù)，可得d≈56mm。
3.2.2.3 半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
(3-10)
式中：為半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=27078N·m；d為半軸桿部直徑，d=56mm；取3.14，代入公式可得=639MPa。而半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力宜為500～700MPa，639MPa在此范圍之內(nèi)，所以滿足強(qiáng)度要求。
3.2.2.4 半軸的扭轉(zhuǎn)角
(3-11)
式中：——半軸承受的最大扭矩，=27078N·m。
——半軸的長度，=900mm。
——的材料的剪切彈性模量，半軸材料選40Cr，上網(wǎng)查得其彈性模量為177GPa。
——半軸斷面的極慣性矩，。
代入各個(gè)參數(shù)，可得=6.20o，而轉(zhuǎn)角宜在6o～15o之間。
3.2.2.5 半軸花鍵強(qiáng)度校核
根據(jù)半軸桿部直徑選取花鍵型號(hào)為：Z-D×d×b（16-65×56×5），參考《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，上冊(cè)，。
半軸在承受最大扭矩時(shí)其花鍵的剪切應(yīng)力與擠壓應(yīng)力的計(jì)算可按如下兩個(gè)公式計(jì)算:
(3-12)
（3-13）
式中：——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，=27078N·m。
——半軸花鍵(軸)外徑，=65mm。
——相配的花鍵孔內(nèi)徑，=56mm。
——花鍵齒數(shù)，在此=16。
——花鍵工作長度，=80mm。
——花鍵齒寬，=5mm。
——載荷分布的不均勻系數(shù)，取0.75。
代入各個(gè)參數(shù)，可得=70.5MPa，=184MPa。
根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力不應(yīng)超過72 MPa，擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過196 MPa，以上計(jì)算結(jié)果均滿足要求。
3.2.2.6 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選取
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(dāng)?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，通常取10齒(轎車半軸)至18齒(載貨汽車半軸)。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(jì)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(dāng)無較大鍛造設(shè)備時(shí)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。
半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。在此選取半軸材料為40Cr。
第4章 三維模型的建立
差速器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本上采用二維系統(tǒng)，缺點(diǎn)是零件的結(jié)構(gòu)形狀不能靈活改變，同時(shí)，零部件之間的裝配關(guān)系通過二維裝配圖表達(dá)使設(shè)計(jì)人員只能由二維圖想象零部件的三維安裝定位情況，實(shí)際裝配中若產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有誤差而無法進(jìn)行準(zhǔn)確的裝配時(shí)，則往往會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的重新設(shè)計(jì)，使開發(fā)周期延長、開發(fā)成本增加?，F(xiàn)代差速器設(shè)計(jì)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，是一種使用參數(shù)快速構(gòu)造和修改幾何模型的造型方法，大大縮短了開發(fā)周期、降低了開發(fā)成本。而基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的軟件一般都是三維建模軟件。
在機(jī)械行業(yè)之中，三維建模的軟件有很多，高端的有UG NX、CATIA，中端的有Pro/E、SolidEdg等，低端的有CAXA、Solid3000等。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之中，需要建立的差速器零件模型有行星齒輪、半軸齒輪、十字軸、差速器殼、半軸齒輪推力墊片、行星齒輪球面墊片，在此選用Pro/E軟件進(jìn)行差速器的各個(gè)零件的建模及裝配。
本文在差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，基于Pro/ E 軟件平臺(tái)，先將參數(shù)化技術(shù)引入差速器零件三維建模設(shè)計(jì)中，再將已建立三維實(shí)體的各零部件進(jìn)行虛擬裝配，其優(yōu)點(diǎn)是一旦發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象或存在尺寸問題，可隨時(shí)修改相關(guān)零件尺寸，且零件和裝配件的相關(guān)部分自動(dòng)修改，并按比例自動(dòng)重新生成，能真實(shí)反映零部件的實(shí)際形狀和相互位置關(guān)系，便于確認(rèn)修改結(jié)果。
4.1 Pro/E軟件簡介
Pro/E是一款優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造軟件，它以其易學(xué)易用、功能強(qiáng)大和互聯(lián)互通的特點(diǎn)，推動(dòng)了產(chǎn)品開發(fā)機(jī)構(gòu)中個(gè)人效率和過程效率的提高。它既能節(jié)省時(shí)間和成本，有能提高產(chǎn)品質(zhì)量。該版本構(gòu)建于Pro/E野火版的成熟技術(shù)之上，包括了400多項(xiàng)增強(qiáng)功能和許多新增功能，使CAD系統(tǒng)的互連互通性能又上了一個(gè)新的臺(tái)階。
PTC公司率先在機(jī)械電子行業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中提出了參數(shù)化的概念，成功的開發(fā)了以參數(shù)化為基礎(chǔ)，以三維造型為設(shè)計(jì)模式的Pro/E系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，帶動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。參數(shù)化的設(shè)計(jì)模式，不僅能夠清楚的表達(dá)設(shè)計(jì)對(duì)象的幾何尺寸，而且具有實(shí)際的物理意義。
Pro/E三維實(shí)體造型可以將使用者的設(shè)計(jì)概念，以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)出來，隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的面積、體積、質(zhì)心、重量、慣性矩等屬性，解決復(fù)雜產(chǎn)品之間的干涉，提高效率，降低成本，便于設(shè)計(jì)人員之間的交流。它避免了傳統(tǒng)二維下的點(diǎn)、線、面設(shè)計(jì)的不足。三維實(shí)體模式設(shè)計(jì)形象、逼真、直觀，而二維設(shè)計(jì)需要用戶進(jìn)行空間想象。
Pro/E是一個(gè)基于特征的實(shí)體建模工具，以特征為組成模型的基本單元，實(shí)體模型是通過特征完成設(shè)計(jì)的，即實(shí)體模型是特征的疊加。例如，可以通過使用拉伸特征生成零件主體，使用切除材料等特征形成最終零件。
Pro/E是一個(gè)參數(shù)化的系統(tǒng)，根據(jù)參數(shù)創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型，幾何形狀的大小都由尺寸參數(shù)控制，用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中使用的所有尺寸參數(shù)與物理參數(shù)都在于單一的數(shù)據(jù)中，可以隨時(shí)修改這些參數(shù)，并可對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象