本科畢業(yè)設(shè)計說明書I摘 要進入 21 世紀以來，中國的經(jīng)濟水平在飛速發(fā)展，而自主車企也在迅速擴張。汽車工業(yè)的發(fā)展進入一個新的階段。對于汽車來說，差速器作為汽車必不可少的組成部分之一也在汽車市場上產(chǎn)生了激烈的競爭。對于本次畢業(yè)設(shè)計與分析主要是對乙醇面包汽車驅(qū)動橋的兩個半軸間的差速器進行設(shè)計的，差速器是汽車驅(qū)動橋總成的重要組成部分，主要涉及的是差速器的設(shè)計等非標準件的齒輪結(jié)構(gòu)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(guān)差速器的文獻設(shè)計之后，對差速器的結(jié)構(gòu)和功能有了較為透徹的了解，同時對差速器的設(shè)計合理，對差速器的相關(guān)行業(yè)有了一定的了解。關(guān)鍵詞：乙醇面包車；差速器；齒輪結(jié)構(gòu)；設(shè)計計算；校核AbstractIIAbstractSince entering the 21st century, China's economic level has been developing rapidly, and the independent automobile enterprises are also expanding rapidly. The development of automobile industry has entered a new stage. For automobiles, differential, as one of the essential components of automobiles, has also produced fierce competition in the automotive market. The graduation design and analysis is mainly about the design of the differential between the two half axles of the drive axle of the ethanol bakery car. The differential is an important part of the automobile drive axle assembly. It mainly involves the design of the differential and the calculation of the gear structure and standard parts of non-standard parts, and also introduces the types and development of the differential, the selection of the scheme and the differential speed. The principle of the device is also briefly explained. After referring to a large number of literatures about differential design, we have a thorough understanding of the structure and function of the differential. At the same time, we have a reasonable design of the differential, and have a certain understanding of the relevant industries of the differential.Keywords: ethanol van; differential; gear structure; design calculation; check目 錄- I - 目 錄摘 要 IAbstract .II目 錄 I第一章 緒 論 11.1 汽車差速器的簡介 .11.2 研究的背景及意義 11.3 行星機構(gòu)的發(fā)展 21.4 齒輪傳動的特點與類型 31.5 行星機構(gòu)的類型及特點 41.6 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 51.6.1 國外的差速器的研究現(xiàn)狀 51.6.2 國內(nèi)差速器的發(fā)展狀況 61.7 汽車差速器的功用 71.8 差速器的分類 81.8.1 齒輪式差速器 81.8.2 摩擦片式差速器 91.8.3 強制鎖止式差速器 91.9 研究的方法及技術(shù)路線 .121.9.1 研究方法 121.9.2 研究技術(shù)路線 121.10 本文研究的主要內(nèi)容 12第二章 差速器的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 .132.1 差速器的方案選擇 .132.2 差速器的傳動原理 .142.3 差速器的結(jié)構(gòu)分析 .152.3 差速器的工作原理 15第三章 差速器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .193.1 行星齒輪的設(shè)計計算 19目 錄- II -3.1.1 對稱式行星齒輪參數(shù)確定 193.1.2 差速器齒輪幾何參數(shù)的計算 223.1.3 差速器齒輪的材料選擇 243.2 差速器齒輪的強度校核 243.3 差速器十字軸的設(shè)計計算 253.3.1 十字軸的分類及選用 253.3.2 十字軸的尺寸設(shè)計 253.3.3 軸的材料選擇 253.4 差速器墊圈的設(shè)計計算 263.4.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計 263.4.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計 27第四章 差速器標準零件的選用 .284.1 螺栓的選用 284.2 螺母的選用 284.3 差速器軸承的選用 28第五章 差速器總成的裝配 .305.1 差速器總成的裝配 305.2 差速器的零部件的調(diào)整 30第六章 差速器殼體的工藝分析 306.1 零件的作用 .306.2 零件的工藝分析 .30總 結(jié) 32致 謝 .33參考文獻 .34本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 1 - 第一章 緒 論1.1汽車差速器的簡介差速器是驅(qū)動轎的主件。差速器的作用就是在向兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速 11 旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。普通差速器由行星齒輪、差速器殼（行星輪架） 、半軸齒輪等零件組成。發(fā)動機的動力經(jīng)傳動軸進入差速器，直接驅(qū)動差速器殼帶動行星輪軸，再由行星輪帶動左、右兩條半軸，分別驅(qū)動左、右車輪。差速器是一種能使旋轉(zhuǎn)運動自一根軸傳至兩根軸，并使后者相互間能以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的差動機構(gòu)。一般由齒輪組成。汽車、拖拉機上的差速器位于后橋內(nèi)，由差速殼、行星齒輪及半軸齒輪組成。差速器是一種將發(fā)動機輸出扭矩一分為二的裝置，允許轉(zhuǎn)向時輸出兩種不同的轉(zhuǎn)速。在現(xiàn)代轎車或貨車，包括許多四輪驅(qū)動汽車上，都能找到差速器。這些四輪驅(qū)動車的每組車輪之間都需要差速器。同樣，其兩前輪和兩后輪之間也需要一個差速器。這是因為汽車轉(zhuǎn)彎時，前輪較之后輪，走過的距離是不相同的。部分四輪驅(qū)動車前后輪之間沒有差速器。相反的，他們被固定聯(lián)結(jié)在一起，以至于前后輪轉(zhuǎn)向時能夠以同樣的平均轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。這就是為什么當四輪驅(qū)動系統(tǒng)忙碌時，這種車輛轉(zhuǎn)向困難的原因。1.2 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(jīng)被汽車專家譽為“小零件大功用” [1]。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，內(nèi)、外兩側(cè)的車輪在同一時間內(nèi)要移動不同的距離，外輪移動的距離比內(nèi)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(zhuǎn)彎行駛時允許左、右兩個半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)（差速）。在上世紀六七十年代，世界的經(jīng)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(chǎn)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(nèi)汽車的差速器產(chǎn)品技術(shù)基本來自美國、德國、日本等幾個傳統(tǒng)工業(yè)國家，我國現(xiàn)有的技術(shù)基本上是在引進國外的基礎(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(shù)研發(fā)上還有很長的路要走。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 2 -1.3 行星機構(gòu)的發(fā)展齒輪是使用量大面廣的傳動元件。目前世器上齒輪最大傳遞功率已達 6500kW，最大線速度達 210m／s(在實驗室中達 300m/s)；齒輪最大重量達 200t，最大直徑達(組合式 )，最大模數(shù) m 達 50mm。我國自行設(shè)計的高速齒輪 (增)減速器的功率m6.25?已達 44000kW，齒輪圓周速度達 150m／s 以上。 由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速器，用于原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間，起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應(yīng)用極為廣泛。20 世紀末的 20 多年，世界齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展。產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢是小型化、高速化、低噪聲、高可靠度。技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計技術(shù)。硬齒面技術(shù)到 20 世紀 80 年代時在國外日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于 IS01328 一 1975 的 6 級，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的 4 倍，為軟齒而齒輪的 5 一 6 倍。一個中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速器的重量僅為軟齒面齒輪減速器的 1/3 左右。功率分支技術(shù)主要指行星及大功率齒輪箱的功率雙分及多分支裝置，如中心傳動的水泥磨主減速器，其核心技術(shù)是均載。模塊化設(shè)計技術(shù)對通用和標準減速器旨在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆蓋面需求的同時，盡可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格，以便于組織生產(chǎn)，使零部件生產(chǎn)形成批量，降低成本，取得規(guī)模效益。其他技術(shù)的發(fā)展還表現(xiàn)在理論研究(如強度計算、修形技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用，新齒形、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等)更完善、更接近實際；普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件；材料和熱處理質(zhì)量控制水平的提高；結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理；加工精度普遍提高到 ISO 的 4 一 6級；軸承質(zhì)量和壽命的提高；潤滑油質(zhì)量的提高；加工裝備和檢測手段的提高等方面。這些技術(shù)的應(yīng)用和日趨成熟，使齒輪產(chǎn)品的性能價格比大大提.高，產(chǎn)品越來越完美。如非常粗略地估計一下，輸出 IOONm 轉(zhuǎn)矩的齒輪裝置，如果在 1950 年時重10kg，到 80 年代就可做到僅約 lkg。20 世紀 70 年代至 90 年代初，我國的高速齒輪技術(shù)經(jīng)歷了測繪仿制、技術(shù)引進(技術(shù)攻關(guān)) 到獨立設(shè)計制造 3 個階段。現(xiàn)在我國的設(shè)計制造能力基本上可滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要，設(shè)計制造的最高參數(shù):最大功率 44MW,最高線速度 168m/s，最高轉(zhuǎn)速 67000r/min。我國的低速重載齒輪技術(shù)，特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測繪仿制等階段，從本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 3 - 無到有逐步發(fā)展起來。除了摸索掌握制造技術(shù)外，在 20 世紀 80 年代末至 90 年代初推廣硬齒面技術(shù)過程中，我們還作了解決“斷軸” 、“選用”等一系列有意義的工作。在 20世紀 70-80 年代一直認為是國內(nèi)重載齒輪兩大難題的“水泥磨減速器” 和“軋鋼機械減速器”，可以說已完全解決。20 世紀 80 年代至 90 年代初，我國相繼制訂了一批減速器標準，如 ZBJ19004 一88《圓柱齒輪減速器》、ZBJ19026 一 90《運輸機械用減速器》和 YB/T050 一 93《冶金設(shè)備用 YNK 齒輪減速器》等幾個硬齒面減速器標準，我國有自己知識產(chǎn)權(quán)的標準，如 YB/T079 - 95《三環(huán)減速器》。按這些標準生產(chǎn)的許多產(chǎn)品的主要技術(shù)指標均可達到或接近國外同類產(chǎn)品的水平，其中 YNK 減速器較完整地吸取了德國 FLENDER 公司同類產(chǎn)品的特點，并結(jié)合國情作了許多改進與創(chuàng)新。（1） 漸開線行星齒輪效率的研究行星齒輪傳動的效率作為評價器傳動性能優(yōu)劣的重要指標之一，國內(nèi)外有許多學(xué)者對此進行了系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)在，計算行星齒輪傳動效率的方法很多，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多有關(guān)行星齒輪傳動效率的計算方法，在設(shè)計計算中，較常用的計算方有 3 種：嚙合功率法、力偏移法、和傳動比法（克萊依涅斯法），其中以嚙合功率法的用途最為廣泛，此方法用來計算普通的 2K2H 和 3K 型行星齒輪的效率十分方便。（2） 漸開線行星齒輪均載分析的研究現(xiàn)狀行星齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點。這些都是由于在其結(jié)構(gòu)上采用了多個行星輪的傳動方式，充分利用了同心軸齒輪之間的空間，使用了多個行星輪來分擔載荷，形成功率流，并合理的采用了內(nèi)嚙合傳動，從而使其具備了上述的許多優(yōu)點。但是，這只是最理想的情況，而在實際應(yīng)用中，由于加工誤差和裝配誤差的存在，使得在傳動過程中各個行星輪上的載荷分配不均勻，造成載荷有集中在一個行星輪上的現(xiàn)象，這樣，行星齒輪的優(yōu)越性就得不到發(fā)揮，甚至不如普通的外傳動結(jié)構(gòu)。所以，為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性，均載的問題就成了一個十分重要的課題。在結(jié)構(gòu)方面，起初人們只努力地提高齒輪的加工精度，從而使得行星齒輪的制造和裝配變得比較困難。后來通過時間采取了對行星齒輪的基本構(gòu)件徑向不加限制的專門措施和其它可自動調(diào)位的方法，即采用各種機械式地均載機構(gòu)，以達到各行星輪間的載荷分布均勻的目的。典型的幾種均載機構(gòu)有基本構(gòu)件浮動的均載機構(gòu)、杠桿聯(lián)動均載機構(gòu)和采用彈性件的均載機構(gòu)。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 4 -1.4 齒輪傳動的特點與類型齒輪傳動與其它傳動比較，具有瞬時傳動比恒定、工作可靠、壽命長、效率高、可實現(xiàn)平行軸任意兩相交軸和交錯軸之間的傳動，適應(yīng)的圓周速度和傳動功率范圍大，但齒輪傳動的制造成本高，低精度齒輪傳動時噪聲和振動較大，不適宜于兩軸間距離較大的傳動。齒輪傳動是以主動輪的輪齒依次推動從動輪來進行工作的，是是現(xiàn)代機械中應(yīng)用十分廣泛的一種傳動形式。齒輪傳動可按一對齒輪軸線的相對位置來劃分，也可以按工作條件的不同來劃分。輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿渦輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。根據(jù)齒輪系運轉(zhuǎn)時各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動，齒輪傳動分為兩大類型。（1）普通齒輪傳動（定軸輪系）當齒輪系運轉(zhuǎn)時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動（或稱定軸輪系） 。在普通齒輪傳動中，如果各齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動；如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳動（空間齒輪傳動） 。（2）行星齒輪傳動（行星輪系）當齒輪系運轉(zhuǎn)時，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉(zhuǎn)，即在該齒輪系中，至少具有一個作行星運動的齒輪，則稱該齒輪傳動為行星齒輪傳動，即行星輪系。1.5 行星機構(gòu)的類型及特點行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。行星齒輪傳動的主要特點如下：（1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動的 （即在承受相同的載荷條件下） 。51~2（2）傳動效率高。在傳動類型選擇恰當、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達0.97~0，99。（3）傳動比較大?？梢詫崿F(xiàn)運動的合成與分解。只要適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 5 - 星齒輪傳動中，其傳動比可達到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點。（4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強。由于采用了數(shù)個結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。最常見的行星齒輪傳動機構(gòu)是 NGW 型行星傳動機構(gòu)。行星齒輪傳動的型式可按兩種方式劃分：按齒輪嚙合方式不同分有 NGW、 NW、NN、WW、NGWN 和 N 等類型。按基本結(jié)構(gòu)的組成情況不同有 2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X 等類型。行星齒輪傳動最顯著的特點是：在傳遞動力時它可進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)的中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應(yīng)用，表 1-1 列出了常用行星齒輪傳動的型式及特點：1.6 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀目前汽車正在朝著經(jīng)濟性和動力性的方向發(fā)展，如何能夠促使自己的產(chǎn)品燃油經(jīng)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]。1.6.1 國外的差速器的研究現(xiàn)狀外國的那些差速器生產(chǎn)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(yīng)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(lǐng)域都居全球領(lǐng)先地位。零件的主要產(chǎn)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(chǎn)品在同類產(chǎn)品中居于領(lǐng)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(cè)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(xiàn)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本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 6 -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(qū)汽車在安裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能和通過性能甚至超過四驅(qū)動的車輛，因為只要是驅(qū)動輪的任何一側(cè)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(zhuǎn)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(xiàn)的最終目標。1.6.2 國內(nèi)差速器的發(fā)展狀況從目前的情況來看，我國差速器的行業(yè)已經(jīng)順利完成了由小到大的轉(zhuǎn)變，正在處于由大到強的發(fā)展階段，在轉(zhuǎn)型和調(diào)整的關(guān)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(wù)。近幾年以來我國汽車差速器市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品生產(chǎn)持續(xù)擴張，國家產(chǎn)業(yè)的政策鼓勵一些汽車差速器產(chǎn)業(yè)正向高科技技術(shù)產(chǎn)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(guān)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(jīng)常用的是對稱式錐齒輪差速器，還有現(xiàn)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(gòu)，它能夠解決在其他差速器的內(nèi)差動轉(zhuǎn)矩較小時不能起到差速作用的問題和轉(zhuǎn)矩較大時不能夠自動將差速器鎖死的問題。目前新型的差速器為 LMC ?；ユi差速器，LMC ?；ユi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(jīng)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(jīng)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(shù)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(yīng)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(xiàn)了每個車輪的獨立驅(qū)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(qū)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(xiàn)軸間差速；四驅(qū)轉(zhuǎn)換麻煩等。汽車上裝有 LMC 常互鎖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(xiàn)輪間、軸間、對角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(zhuǎn)，即使單個車輪是懸空，車輪仍然具有驅(qū)動力能正常行駛。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 7 - （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(zhuǎn)彎容易，制動穩(wěn)定，無需增加操縱機構(gòu)。（3）可以提高汽車傳動系的壽命和可靠性：因為實現(xiàn)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(qū)在四驅(qū)狀態(tài)下的傳動系統(tǒng)因為內(nèi)耗而產(chǎn)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(jīng)濟性：制造成本低，功能領(lǐng)先，經(jīng)濟環(huán)保，維修簡便，節(jié)油，產(chǎn)品適用性廣。LMC ?；ユi差速分動器的開發(fā)是在經(jīng)濟高速發(fā)展的情況下產(chǎn)生的產(chǎn)品，符合我國國情的需要。1.7 汽車差速器的功用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)動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側(cè)驅(qū)動車輪與地面間作純滾動運動。圖 1-1 汽車轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪運動示意圖汽車行駛時，左右輪在同一時間內(nèi)所滾動的路程往往不等。如圖 1-1 所示，在轉(zhuǎn)彎時內(nèi)、外兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎半徑 R1 和 R2 不同，行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)測車輪；汽車在不平的路面行駛時，由于路面波形不同也會造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直的路面行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑不同而使左、右車輪行駛不等。如果驅(qū)動橋的左、右車輪鋼性連接，則行駛時不可避免地會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上滑移或是滑轉(zhuǎn)。這樣不僅會加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗。而且可能導(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，汽車就要安裝差速器，從而保證了驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運動學(xué)的要求。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 8 -而為了方便安裝和調(diào)試差速器，還解決現(xiàn)在差速器的從動齒輪尺寸不受限制所以設(shè)計了安裝在輪轂的差速器稱為輪邊差速器，在兩軸間分配轉(zhuǎn)矩，保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動。使汽車行駛時能作純滾動運動，提高了車輛的通過性。差速器按其結(jié)構(gòu)不同可以分為以下幾種形式：1. 齒輪式 汽車上廣泛采用的是對稱錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小等優(yōu)點。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強鎖止式差速器等。2. 凸輪式 現(xiàn)在常見的是滑塊凸輪式差速器，它是一種高摩擦自鎖差速器，結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。3. 蝸輪式 蝸輪式差速器也是一種高摩擦自鎖差速器，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。4. 牙嵌式 牙嵌式自由輪差速器是自鎖式差速器的一種，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。1.8 差速器的分類1.8.1齒輪式差速器汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。他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1．普通錐齒輪式差速器由于普通錐齒輪式差速器結(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)動橋中。圖 1-2 為其示意圖，圖中 ω0 為差速器殼的角速度；ω1、ω2 分別為左、右兩半軸的角速度；To 為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩； Tr 為差速器的內(nèi)摩擦力矩；T1、T2 分別為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 9 - 圖 1-2 普通錐齒輪式差速器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在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。但當汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動車輪與地面的附著系數(shù)很小時，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。1.8.2 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(圖 1-3)。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，兩個行星齒輪軸 5 的 V 形面是反向安裝的。每個半軸齒輪背面有壓盤 3 和主、從動摩擦片 2，主、從動摩擦片 2 分別經(jīng)花鍵與差速器殼 1 和壓盤 3 相連。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 10 -圖 1-3 摩 擦 片 式 差 速 器摩 擦 片 式 差 速 器 的 鎖 緊 系 數(shù) k 可 達 0． 6， 可 達 4。 這 種 差 速 器 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ，bk工 作 平 穩(wěn) ， 可 明 顯 提 高 汽 車 通 過 性 。1.8.3 強制鎖止式差速器 當 一 個 驅(qū) 動 輪 處 于 附 著 系 數(shù) 較 小 的 路 面 時 ， 可 通 過 液 壓 或 氣 動 操 縱 ， 嚙 合 接 合器 (即 差 速 鎖 )將 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 牽 對 于 裝 有 強 制 鎖 止 式 差 速 器 的 4X2 型 汽 車 ， 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??mini/??了 汽 車 通 過 性 。 當 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 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 。 目 前 ，許 多 使 用 范 圍 比 較 廣 的 重 型 貨 車 上 都 裝 用 差 速 鎖 。(二 )滑 塊 凸 輪 式 差 速 器圖 1-4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 有 兩 排 徑 向 孔 ， 滑 塊 2裝 于 孔 中 并 可 作 徑 向 滑 動 。 滑 塊 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 。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 11 - 圖1-4 滑塊凸輪式差速器(三 )蝸 輪 式 差 速 器蝸 輪 式 差 速 器 (圖 1-5)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) 。圖 1-5 蝸輪式差速器本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 12 -(四 )牙 嵌 式 自 由 輪 差 速 器牙 嵌 式 自 由 輪 差 速 器 (圖 1-6)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 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 。圖1-6 牙 嵌 式 差 速 器牙 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(fù) 雜 。1.9 研究的方法及技術(shù)路線1.9.1研究方法（ 1） 通 過 查 閱 相 關(guān) 資 料 ， 掌 握 差 速 器 的 主 要 參 數(shù) 。（ 2） 充 分 考 慮 已 有 差 速 器 的 優(yōu) 缺 點 來 確 定 差 速 器 的 總 體 設(shè) 計 方 案 ， 對 現(xiàn) 有 裝 置的 不 足 進 行 分 析 。（ 3） 對 設(shè) 計 的 差 速 器 進 行 修 改 和 優(yōu) 化 ， 最 終 設(shè) 計 出 能 滿 足 要 求 的 差 速 器 。1.9.2研究技術(shù)路線（ 1） 根 據(jù) 題 目 和 原 始 數(shù) 據(jù) 查 看 相 關(guān) 資 料 ， 了 解 當 今 國 內(nèi) 外 差 速 器 的 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 及發(fā) 展 前 景 ， 撰 寫 文 獻 綜 述 和 開 題 報 告 。（ 2） 根 據(jù) 產(chǎn) 品 功 能 和 技 術(shù) 要 求 提 出 多 種 設(shè) 計 方 案 ， 對 各 種 方 案 進 行 綜 合 評 價 ，從 中 選 擇 較 好 的 方 案 ， 再 對 所 選 擇 的 方 案 做 進 一 步 的 修 改 或 優(yōu) 化 ， 最 終 確 定 總 體本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 13 - 設(shè) 計 方 案 。（ 3） 具 體 設(shè) 計 差 速 器 。 （ 4） 對 所 設(shè) 計 的 機 械 結(jié) 構(gòu) 中 的 重 要 零 件 進 行 校 核 計 算 ， 如 齒 輪 、 軸 、 軸 承 等 ， 保證 設(shè) 計 的 合 理 性 和 可 行 性 。 ；（ 5） 繪 制 零 件 圖 、 裝 配 圖 ， 完 成 要 求 的 圖 紙 量 ；（ 6） 整 理 各 項 設(shè) 計 資 料 ， 撰 寫 論 文 。1.10 本文研究的主要內(nèi)容本 論 文 主 要 對 差 速 器 的 齒 輪 ， 行 星 齒 輪 架 ， 差 速 器 殼 體 等 零 部 件 進 行 設(shè) 計 。 具體 內(nèi) 容 包 括 以 下 五 部 分 :(1) 差 速 器 的 總 體 設(shè) 計 。(2) 差 速 器 齒 輪 的 設(shè) 計 與 計 算 。(3) 差 速 器 主 要 零 部 件 的 強 度 校 核 及 受 力 分 析 。(4)主 要 部 件 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 14 -第二章 差速器的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2.1 差速器的方案選擇由于結(jié)構(gòu)原因，這種差速器分配給左右輪的轉(zhuǎn)矩相等。這種差速器轉(zhuǎn)矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當汽車在壞路上行駛時，卻嚴重影響通過能力。例如當汽車的一個驅(qū)動輪陷入泥濘路面時，雖然另一驅(qū)動輪在良好路面上，汽車卻往往不能前進（俗稱打滑） 。此時在泥濘路面上的驅(qū)動輪原地滑轉(zhuǎn)，在良好路面上的車輪卻靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪與路面之間的附著力較小，路面只能通過此輪對半軸作用較小的反作用力矩，因此差速器分配給此輪的轉(zhuǎn)矩也較小，盡管另一驅(qū)動輪與良好路面間的附著力較大，但因平均分配轉(zhuǎn)矩的特點，使這一驅(qū)動輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪等量的轉(zhuǎn)矩，以致驅(qū)動力不足以克服行駛阻力，汽車不能前進，而動力則消耗在滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪上。此時加大油門不僅不能使汽車前進，反而浪費燃油，加速機件磨損，尤其使輪胎磨損加劇。有效的解決辦法是：挖掉滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪下的稀泥或在此輪下墊干土、碎石、樹枝、干草等。根據(jù)微型客車的類型，初步選定差速器的種類為對稱式行星錐齒輪差速器，安裝在驅(qū)動橋的兩個半軸之間，通過兩個半軸把動力傳給車輪?，F(xiàn)設(shè)計簡圖如下：圖 2-1 差速器結(jié)構(gòu)方案圖如圖 2-1，對稱式行星錐齒輪主要是差速器左右殼 1 和 4，兩個半軸齒輪 2、2 個行星齒輪 3、十字軸 5。動力傳輸?shù)讲钏倨鳉?1，差速器殼帶動十字軸 5 轉(zhuǎn)動。十字軸又帶動安裝在它四個軸頸上的行星齒輪 3 轉(zhuǎn)動，行星齒輪與半軸齒輪相互嚙合，所以又將轉(zhuǎn)矩傳遞給半軸齒輪，半軸齒輪與半軸相連，半軸又將動力傳給驅(qū)動輪，完成汽車的行駛。其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、安裝方便、調(diào)試簡單等優(yōu)點。課程設(shè)計說明書- 15 - 2.2 差速器的傳動原理差速器的動力輸入：從動齒輪（錐齒輪等），帶動差速器殼體旋轉(zhuǎn)；差速器的輸出：兩個半軸齒輪，連接兩側(cè)的傳動軸（也稱為半軸）將動力給兩側(cè)車輪；行星齒輪的自轉(zhuǎn)：指的是行星齒輪繞行星齒輪軸的旋轉(zhuǎn)；行星齒輪的公轉(zhuǎn)：指的是行星齒輪繞半軸齒輪軸線的旋轉(zhuǎn)；直線行駛時，差速器殼體（作為差速器的輸入）帶動行星齒輪軸，從而帶動行星齒輪繞半軸齒輪軸線公轉(zhuǎn)，行星齒輪繞半軸齒輪軸線的公轉(zhuǎn)將半軸齒輪夾持，帶動半軸齒輪輸出動力。所以在直線行驅(qū)時：左側(cè)車輪轉(zhuǎn)速（即左側(cè)半軸齒輪轉(zhuǎn)速）＝右側(cè)車輪轉(zhuǎn)速（右半軸齒輪轉(zhuǎn)速）＝差速器殼體的轉(zhuǎn)速。2 將車輪支起后，轉(zhuǎn)一側(cè)車輪，另一側(cè)車輪將反向同速旋轉(zhuǎn)的原因。多數(shù)人經(jīng)歷過這種情況：將汽車的驅(qū)動輪支起，變速器掛上檔，如果轉(zhuǎn)一側(cè)車輪，另一側(cè)車輪將反向旋轉(zhuǎn)。掛檔的目的是鎖止差速器殼體，不讓差速器殼體旋轉(zhuǎn)。因為差速器殼體不能旋轉(zhuǎn)，也就沒有了行星齒輪的公轉(zhuǎn)了，但是當轉(zhuǎn)動一側(cè)車輪時，這一側(cè)的半軸齒輪驅(qū)動行星齒輪繞自身軸線自轉(zhuǎn)，從而帶動另一側(cè)半軸齒輪反向旋轉(zhuǎn)，自然加一側(cè)車輪也就反向旋轉(zhuǎn)了。3 轉(zhuǎn)彎時差速器的工作狀態(tài)：轉(zhuǎn)彎時，行星齒輪在原來公轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)生了自轉(zhuǎn)，前面提到，行星齒輪只公轉(zhuǎn)不自轉(zhuǎn)時，兩個半軸齒輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與差速器殼相等；而只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)時，兩個半軸齒輪的轉(zhuǎn)向相反；現(xiàn)在是在行星齒輪公轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)生了自轉(zhuǎn)，假設(shè)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是順轉(zhuǎn) 100 轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)時驅(qū)動一側(cè)半軸齒輪順轉(zhuǎn) 10 轉(zhuǎn)，另一側(cè)逆轉(zhuǎn) 10 轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向時，一側(cè)半軸齒輪轉(zhuǎn)速是 110 轉(zhuǎn)（100＋10），而另側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速是 90 轉(zhuǎn)（100－10）。本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 16 -行星齒輪發(fā)生自動發(fā)生自轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)向時，內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)彎半徑下，自然行駛阻力增大了，內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速低于差速器殼轉(zhuǎn)速，行星齒輪發(fā)生自轉(zhuǎn)，另一側(cè)車輪轉(zhuǎn)速自然升高，高于差速器殼體的轉(zhuǎn)速。2.3 差速器的結(jié)構(gòu)分析（1）行星齒輪 3 的背面大都做成球面，與差速器殼 1 配合，保證行星齒輪具有良好的對中性，以利于和兩個半軸齒輪 2 正確地嚙合；（2）由于行星齒輪 3 和半軸齒輪 2 是錐齒輪傳動，在傳遞轉(zhuǎn)矩時，沿行星齒輪和半軸齒輪的軸線有很大的軸向作用力，而齒輪和差速器殼之間又有相對運動。為減少齒輪和差速器殼之間的磨損，在半軸齒輪背面與差速器殼相應(yīng)的摩擦面之間裝有平墊圈，而在行星齒輪和差速器殼之間裝有球面墊圈。當汽車行駛一定得里程。墊圈磨損后可以通過更換墊圈來調(diào)整齒輪的嚙合間隙，以提高差速器的壽命。（3）在中、重型汽車上由于需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，所以要安裝 4 個行星齒輪，行星齒輪軸也要用十字軸。（4）為了保證行星齒輪和十字軸之間有良好的潤滑，在十字軸的軸頸銑出了一個平面，以儲存潤滑油潤滑齒輪背面。2.3 差速器的工作原理差速器采用對稱式錐齒輪結(jié)構(gòu)，其原理如下圖 2-2 所示。圖 2-2 差速器差速原理圖差速器殼 3 與行星齒輪 5 連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6 固連在一起，故為主動件，設(shè)其角速度為 ωo;半軸齒輪 1 和 2 為從動件，其角速度為課程設(shè)計說明書- 17 - ω1 和 ω2.A、B 兩點分別為行星齒輪 4 與半軸齒輪 1 和 2 的嚙合點。行星齒輪的中心點為 C，A 、B 、C 三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為 r。當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑 r 上的 A 、B 、 C 三點的圓周速度都相等，其值為 ωor.于是，ω1=ω2=ωo，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼 3 的角速度。行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時也在進行自傳，如圖當行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5以角速度 ω4 自轉(zhuǎn)時，嚙合點 A 的圓周速度為 ω1r=ωor+ω4r4，嚙合點 B 的圓周速度為ω2r=ωor--ω4r4.于是有ω1r+ω2r=（ωor+ω4r4）+(ωor--ω4r4)即 ω1+ω2=2ωo若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n 表示，則n1+n2=2no （2-1）式（2-1 ）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式齒輪差速器的運動性方程式。它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其他行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。由式（2--1）可得知： ①當任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；②當差速器殼轉(zhuǎn)速為零時，若一側(cè)半軸齒輪受到其他外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。對稱式錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配ＭO：由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)由差速器殼、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，而兩個半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時，總是將轉(zhuǎn)矩ＭO 平均分配給左、右兩半軸齒輪，即Ｍ1=Ｍ2= Ｍ 0／2。當兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速朝相同的方向轉(zhuǎn)動時，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速 n1 大于右半軸轉(zhuǎn)速 n2，則行星齒輪將按順時針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。此時行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩Ｍr 方向與行星齒輪的轉(zhuǎn)向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對左、右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個圓周力，因此當左、右驅(qū)動車輪存在轉(zhuǎn)速差時，Ｍ1=（Ｍ0--Ｍr）／ 2，Ｍ 2=（Ｍ0+Ｍr）／2.左、右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩Ｍr。為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù) K 表示本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 18 -K=（Ｍ2--Ｍ1）／Ｍ0=Ｍr／Ｍ0差速器內(nèi)摩擦力矩Ｍr 和其輸入轉(zhuǎn)矩Ｍ0（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數(shù) K?？炻胼S的轉(zhuǎn)矩之比Ｍ2／Ｍ1 定義為轉(zhuǎn)矩比，以Kb=Ｍ2／Ｍ1=(1+K) ／(1-K)目前廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小，其鎖緊系數(shù)K=0.05~0.15，轉(zhuǎn)矩比 Kb 為 1.1~1.4.可以認為，無論左、右驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)速是否相等，其轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對于汽車在好的路面上直線或轉(zhuǎn)彎行駛時，都是令人滿意。但是當汽車在壞的路面行駛時，卻嚴重影響了通過能力。例如，當汽車的一個驅(qū)動車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時候，在泥濘路面上的車輪原地滑轉(zhuǎn)，而在好路面上的車輪靜止不動。這是因為在泥濘路面上車輪與路面上車輪與路面之間附著力很小，路面只能對半軸作用很小的反作用很小的反作用轉(zhuǎn)矩，雖然另一車輪與好路面間的附著力較大，但因?qū)ΨQ式錐齒輪差速器具有轉(zhuǎn)矩平均分配的特性，使這一個車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只能與傳到滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動車輪上的很小的轉(zhuǎn)矩相等，致使總的驅(qū)動力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進。在圖 2-3 容易看出汽車在直線行駛時候兩半軸的轉(zhuǎn)速相等和在轉(zhuǎn)彎行駛時實現(xiàn)兩半軸轉(zhuǎn)速不等：圖 2-3 差速器工作時轉(zhuǎn)矩變化圖當汽車在直線行駛時，此時行星齒輪軸將轉(zhuǎn)距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速恒等于差速器殼的轉(zhuǎn)速，傳遞給左右車輪的轉(zhuǎn)矩也是相等的。此時左右車輪的轉(zhuǎn)速時相等的。課程設(shè)計說明書- 19 - 而當汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，其中一個半軸轉(zhuǎn)動一個角，兩半軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)速大，一個轉(zhuǎn)速小，此時汽車就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 20 -第三章 差速器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于差速器殼上裝著主減速器的從動齒輪，所以差速器的從動錐齒輪尺寸受到主減速器從動齒輪軸承支承座以及主動齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。而因為此次設(shè)計的是安裝在驅(qū)動橋的兩個半軸之間的差速器，所以尺寸受到軸承座的限制。輪邊差速器的非標準零主要有從動錐齒輪（對稱式錐齒輪） 、行星齒輪軸（十字軸）等等。3.1 行星齒輪的設(shè)計計算對于安裝在半軸之間的差速器它的尺寸受到軸承座的限制，而影響差速器尺寸的主要就是齒輪的尺寸，所以如何把齒輪設(shè)計得更加優(yōu)化就顯得更加重要。如下圖 3-1為行星齒輪初步方案圖。圖 3-1 行星齒輪的方案圖3.1.1對稱式行星齒輪參數(shù)確定1.行星齒輪齒數(shù)目 n 的確定行星齒輪數(shù)目需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取兩個，反之就取四個。而微型客車選擇的是兩個行星齒輪，即 n=2。2.行星齒輪球面半徑的確定 RB 以及節(jié)錐距 A0 的計算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，實際上代表了差速器錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力即是強度。球面半徑可按照如下公式確定：mm （3-1）3TKRB?課程設(shè)計說明書- 21 - 上式中： KB——為行星齒輪球面半徑系數(shù)。可取 2.52~2.99，對于有 2 個行星齒輪的微型客車取小值；對于有四個行星齒輪的乘用車和礦用車取最大值；T——為差速器計算轉(zhuǎn)矩（N.m）,T=min［Tce,Tcs］;取 Tce 和 Tcs 的較小值；RB——為球面半徑。轉(zhuǎn)矩的計算rp0amxghni=.37vi（3-2）上式中： rr——為車輪的滾動半徑， 取 rr=0.3m；igh——變速器最高檔傳動比。 igh =1根據(jù)所選定的主減速比 i0 值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級、雙級等以及是否需要輪邊減速器） ，并使之與汽車總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。把 nn=5200r/n ；v amax=110km/h； rr=0.3m ； igh=1 代入（3-2）中計算出 io=5.35；從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩 TcenikTfedce ?01max?（3-3）上式中： Tce——計算轉(zhuǎn)矩，Nm；Temax——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩； Temax =158 Nmn——為驅(qū)動橋數(shù)，取 1；if——為變速器傳動比，i f=3.704；i0——為主減速器傳動比，i 0=5.35；η——為變速器傳動效率，η=0.96；k——為液力變矩器變矩系數(shù)，k =1；k d——為由于猛接離合器而產(chǎn)生的動載系數(shù)，k d=1；i1——為變速器最低擋傳動比，i 1=1；代入式（3—3）中，有：Tce=3005.4Nm主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩 Tcs =8960.4Nm.T 取較小值，即有 T= Tce=3005.4Nm；將以上數(shù)據(jù)代入式（3-1）有本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 22 -BR=2.7 =40mm 34.05而行星齒輪節(jié)錐距 A0 為：A 0=（0.98~0.99 ） BR=（0.98~0.99）40=40mm所以預(yù)選其節(jié)錐距 A =40mm3.行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)計算(1)行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的確定為了使輪齒獲得較高的強度，希望取得較大的模數(shù)，但是尺寸會增大影響差速器的安裝，于是又要求行星齒輪的齒數(shù) Z1 應(yīng)該取少一些，但 Z1 一般不少于 10。半軸齒輪的齒數(shù)一般采用 14～25 之間，大多數(shù)汽車的行星齒輪與半軸齒輪的齒數(shù) Z2 比 Z1/Z2在 1.5～2.0 的范圍內(nèi)。差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，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) Z2L、Z 2R 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： InzRL??2(3-4) 上式中： Z2L、Z 2R ——為左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對稱式圓錐齒輪差速器來說，Z2L=Z2R；n——為行星齒輪數(shù)目；I——任意整數(shù)。根據(jù)上述可在此 Z1=12； Z2=20 ， 滿足以上要求。（2）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定首先可以根據(jù)下面公式求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 1?， 2；211arctnz??= 80rta1?=90°- 2° （3-5 ）將 z=12， 2=20 代入上述式子中可求得1?=30.96° ； 2?=59.04°第二步再按下式求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) mm=10sin2?zA=20si?z=??96.30sin17.4=3.35查閱相關(guān)文獻可取 m=4mm課程設(shè)計說明書- 23 - 最后而根據(jù)齒輪設(shè)計計算公式即有：1241??mzd; d2=mz2=4×20=80mm4.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度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為 20°的少，在此選 22.5°的壓力角。某些總質(zhì)量較大的商用車采用 25°壓力角以提高齒輪強度。5.行星齒輪安裝孔的直徑 ?及其深度 L行星齒輪的安裝孔的直徑 與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。??1.?（3-6）??nlTc?.03?（3-7）lLc??3021.（3-8）上面式中：—— 0T為差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取 3320.4N·m——n為行星齒輪的數(shù)目；在此取為 4——l為行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x， mm，約為半軸齒輪齒寬中點處平均直徑的一半即是 l≈0.5 d 2’， d2’為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而 d2’=0.8 d2；——??c?為支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa根據(jù)上式有 d2’=0.8×80=64mm ； l=0.5×64=32mm將上述計算出的結(jié)果代入到式（3-6）和（3-7）中即可得φ≈28mm ； L=20.24≈20mm3.1.2差速器齒輪幾何參數(shù)的計算表 3-1 差速器幾何計算圖表 序號 名稱 計算公式 計算結(jié)果1 行星齒輪齒數(shù) 1z≥10，應(yīng)盡量取最小值 1z=12本科畢業(yè)設(shè)計說明書- 24 -2 半軸齒輪齒數(shù) 2z=14～25，且需滿足式（1-4） 2z=203 模數(shù) mm=4mm4 齒面寬 b=(0.25～0.30)A 0;b≤10m 20mm5 工作齒高 hg6.1?gh=6.4mm6 全齒高 578?7.2037 壓力角 ?22.5°8 軸交角 ?=90°9 節(jié)圓直徑 1mzd?； 2z481?d 0210 節(jié)錐角 21arctn?， 190????=30.96°， ?3.59211 節(jié)錐距 210sii?dA?0A=40mm12 周節(jié) t=3.1416mt=12.56mm13 齒頂高 21agah??; z?????????????2137.04. 1ah=4.14mm2=2.25mm14 齒根高 1f=1