汽车差速行星齿轮传动系统设计

★娄底职业技术学院★机电工程系机电一体化专业09级 机大一班课落款称:汽车差速行星齿轮传动系统设计指导教师:罗红专设计者:张紫希学号：0120完成时刻:2020年12月05日在机械设计制造厂中所生产的每一种产品，编制机械加工工艺规程和设计，制造相应的工艺装备是最重要的生产技术预备工作。由于工艺和工装指导并效劳于产品零部件的加工与装配，因此，该项设计工作是工厂的基础工作之一，是企业实现优质、高产、低本钱的大体手腕和有效途径，必需给予足够的重视。目录1.设计任务书 错误!未定义书签。2．一般圆锥齿轮差速器设计 错误!未定义书签。3.对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理 错误!未定义书签。4.对称式圆锥行星齿轮差速器的结构 错误!未定义书签。5.对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算错误!未定义书签。6.差速器齿轮的大体参数的选择 错误!未定义书签。7.差速器齿轮的几何计算 错误!未定义书签。8.差速器齿轮的强度计算 错误!未定义书签。9.差速器齿轮的材料 错误!未定义书签。10齿轮的润滑 错误!未定义书签。11．总结 错误!未定义书签。12•参考资料目录 错误!未定义书签。5题目：汽车差速行星齿轮传动系统设计1.设计任务书原始数据发动机功率:5200KW；后桥最大转矩:158/4000NM设计内容方案设计与认证各系统的设计及方案分析论证整体结构设计方案论述2设计进程传动系统的选择与设计行走系统的设计转向系统的选择与设计制动系统的选择与设锥齿轮的设计差速行星齿轮传动系统装配图一张锥齿轮零件图一张．设计任务差速行星齿轮传动系统装配图一张锥齿轮零件图一张设计说明书一份（四）设计进度1）第一时期：整体计算和传动件参数计算2）第二时期：差速行星齿轮传动系统3）第三时期：制动系统的选择与设计4）第四时期：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写2．一般圆锥齿轮差速器设计汽车在行驶进程中左，右车轮在同一时刻内所滚过的路程往往不等。例如，转弯时内、外双侧车轮行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧的车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成双侧车轮滚过的路程不等；即便在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同和制造误差等因素的阻碍，也会引发左、右车轮因转动半径的不同而使左、右车轮行程不等。若是驱动桥的左、右车轮刚性连接，那么行驶时不可幸免地会产生驱动轮在路面上的滑移或滑转。这不仅会加重轮胎的磨损与功率和燃料的消耗，而且可能致使转向和操纵性能恶化。为了避免这些现象的发生，汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥双侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，知足了汽车行驶运动学要求。差速器用来在两输出轴间分派转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。差速器有多种形式，在此设计一般对称式圆锥行星齿轮差速器。3.对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理图2-1图2-1差速器差速原理如图2-1所示，对称式锥齿轮差速器是一种行星齿轮机构。差速器壳3与行星齿轮轴5连成一体，形成行星架。因为它又与主减速器从动齿轮6固连在一路，固为主动件，设其角速度为①；半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为①和o。012A、B两点别离为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中心点为C,A、B、C三点到差速器旋转轴线的距离均为r。当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度都相等（图2-1），其值为or。于是o=o=o，0120即差速器不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳3的角速度。当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度o自转时（图），啮合点A4的圆周速度为or=or+or，啮合点B的圆周速度为or=or-or。于是104204or+or=12or+or，+(or-oor+or=120404o+o=2o2-1，若角速度以每分钟转数n表示，那么n+n=2n1202-2)式（2-2）为两半轴齿轮直径相等的对称式圆锥齿轮差速器的运动特点方程式，它说明左右双侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此在汽车转弯行驶或其它行驶情形下，都能够借行星齿轮以相应转速自转，使双侧驱动车轮以不同转速在地面上转动而无滑动。有式2-2）还能够得知：①当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；②当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传动轴时），假设一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，那么另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。4.对称式圆锥行星齿轮差速器的结构一般的对称式圆锥齿轮差速器由差速器左右壳，两个半轴齿轮，四个行星齿轮，行星齿轮轴，半轴齿轮垫片及行星齿轮垫片等组成。如图3-2所示。由于其具有结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车上也很靠得住等优势，故普遍用于各类车辆上。图2-2一般的对称式圆锥行星齿轮差速器1，12-轴承；2-螺母；3，14-锁止垫片；4-差速器左壳；5，13-螺栓；6-半轴齿轮垫片；7-半轴齿轮；8-行星齿轮轴；9-行星齿轮；10-行星齿轮垫片；11-差速器右壳对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算由于在差速器壳上装着主减速器从动齿轮，因此在确信主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器的轮廓尺寸也受到主减速器从动齿轮轴承支承座及主动齿轮导向轴承座的限制。差速器齿轮的大体参数的选择1.行星齿轮数量的选择载货汽车采纳2个行星齿轮。行星齿轮球面半径RB的确信圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星齿轮的反面的球面半径RB，它确实是行星齿轮的安装尺寸，事实上代表了差速器圆锥齿轮的节锥距，因此在必然程度上也表征了差速器的强度。球面半径RB可按如下的体会公式确信：RK3TmmB B12(2-3)式中：KB 行星齿轮球面半径系数，可取〜，关于有2个行星齿轮的载货汽车取小值；T 计算转矩，取Tee和Tes的较小值，N・m.计算转矩的计算

i=0.377i=0.3770plnVamaxgh式中r——车轮的转动半径，r=rri 变速器量高级传动比。i=1ghgh依照所选定的主减速比i值，就可大体上确信主减速器的减速型式（单级、0双级等和是不是需要轮边减速器），并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。i=1代入（2-4）gh2-5)把n=5200r/n,i=1代入（2-4）gh2-5)namaxr

计算出i0=从动锥齿轮计算转矩TeekTkdemaxce n式中：Tee一计算转矩，Nm；T—发动机最大转矩；T=158Nmemax emaxn—计算驱动桥数，1；i—变速器传动比，i=;

ffi一主减速器传动比，I=；

00

n—变速器传动效率，n=；k—液力变矩器变矩系数，K=1；K—由于猛接聚散器而产生的动载系数，K=1

ddi—变速器最低挡传动比，i=1；

11代入式（2-5），有：Tee=Nm主动锥齿轮计算转矩T=依照上式RB=33320..4=40mm因此预选其节锥距A0=40mm行星齿轮与半轴齿轮的选择为了取得较大的模数从而使齿轮有较高的强度，应使行星齿轮的齿数尽可能少。但一样很多于10。半轴齿轮的齿数采纳14〜25，大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比z/z在〜的范围内。12差速器的各个行星齿轮与两个半轴齿轮是同时啮合的，因此，在确信这两种齿轮齿数时，应考虑它们之间的装配关系，在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左右两半轴齿轮的齿数z,z之和必需能被行星齿轮的数量所整除，以便行星齿2L2R轮能均匀地散布于半轴齿轮的轴线周围，不然，差速器将无法安装，即应知足的安装条件为：■^2L Z2^I （2-6）n式中：z,z――左右半轴齿轮的齿数，关于对称式圆锥齿轮差速器来讲，2L2Rz=z2L2Rn 行星齿轮数量；I――任意整数。在此z=12，z=20知足以上要求。124.差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确信第一初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角，12arctaH=arctaf10=° =90°-=°1z 18212再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数m2A0•m= °sinz12A0i 21=0sln2=z240.27siri30.96=12查阅文献[3]取m=4mm得d]mZ] 412=48mmd2mz2=4x20=80mm5.压力角a目前，汽车差速器的齿轮多数采纳°的压力角，齿高系数为。最小齿数可减少到10，而且在小齿轮（行星齿轮）齿顶不变尖的条件下，还能够由切向修正加大半轴齿轮的齿厚，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度。由于这种齿形的

最小齿数比压力角为20°的少，故能够用较大的模数以提高轮齿的强度。在此选°的压力角。6・行星齿轮安装孔的直径®及其深度L行星齿轮的安装孔的直径o与行星齿轮轴的名义尺寸相同，而行星齿轮的安装孔的深度确实是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取：L=1.1oLo=1.1®Lo=1.1®237/o〃-式中：T0——差速器传递的转矩，N・m；在此取・mn——行星齿轮的数量；在此为4l――行星齿轮支承面中点至锥顶的距离，mm,l~',d'为半轴齿轮齿22面宽中点处的直径，而d'心d2;22□—-—支承面的许用挤压应力，在此取69MPaC依照上式 d'=0.8x80=64mml=X64=32mm2卫更可〜L=i.ix184°20mm1.1x69x4x32差速器齿轮的几何计算表3-1汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数z1三10，应尽量取最小值z=1212半轴齿轮齿数z2=14〜25，且需满足式（1-4）z=2023模数mm=4mm4齿面宽b二〜Ao；bW10m20mm续表序号项目计算公式计算结果5工作齿高h=1.6mgh=g6全齿高h=1.788m+0.0517压力角ao8轴交角工=90°9节圆直径d1=mz1；d2=mz2d1=48d2=8010节锥角zYi=Aretan」,丫2=90°一丫〔1z212_oY1=°,丫2二10节锥角zYi=Aretan」,丫2=90°一丫〔1z212_oY1=°,丫2二59.03。11节锥距A=J=0 2sinY1 2sinY2A0=40mm12周节t=mt=13齿顶高ha1=hg-ha2；ha2=0.43肯ha1=ha2=1516齿根高径向间隙齿根角hf1=m-ha1;hf2=m-ha2c=h-h=m+

g8二aretanhfl;8=aretanhf21 Ao 2 Aohf1=;hf2=c=1=°;82=°17面锥角Yo1=Y1+52；Yo2=Y2+51亠 o oYo1=°Yo2=°18根锥角YR1—Y1-51；YR2=Y2-52YR1o o=Y =R2do1 —d1+2ha1C0SY1；d01—55.1mm19外圆直径d02=d2+2ha2C0SY2d2—82.23mm节圆顶点至d2—二-h'sinY,211d1—」-h'sinYc22'220齿轮外缘距X01X0139.68mm离Z02X0223.72mm续表序号项目计算公式计算结果21理论弧齿厚si=t-s2Sr—-Ci'-h序号项目计算公式计算结果21理论弧齿厚si=t-s2Sr—-Ci'-h'Iana_Tm2 2i2s1=mms2=mm22齿侧间隙B二〜0.330mm23弦齿厚_s3BS—s— i——兀i6d2 2i24弦齿咼7 7s2cosYh=h'+—i i兀i 4d.i8.差速器齿轮的强度计算差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且经受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样常常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此关于差速器齿轮要紧应进行弯曲强度校核。轮齿弯曲强度bw为2Tkkb= smX103wkmbdJ MPav22n(3-6)式中：T——差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式丁 Tox0.6n在此T为・m；n——差速器的行星齿轮数；z2 半轴齿轮齿数；Ks——尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处置有关，■-m ■-4当m>1.6时，K=4：——，在此K=J一=s425.4 s425.4K 载荷分派系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，K=〜；m m其他方式支承时取〜。支承刚度大时取最小值。Kv——质量系数，关于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取;J――计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由图1-1可查得J=止止q宰R•寺sjh图1-2弯曲计算用综合系数2x103x498.06x1.1x0.629依照上式％= =〈980MPaw20x20x80x0.225因此，差速器齿轮知足弯曲强度要求。此节内容图表参考了高作文献［1］中差速器设计一节。9.差速器齿轮的材料差速器齿轮和主减速器齿轮一样，大体上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，因此精锻差速器齿轮工艺已被普遍应用。10齿轮的润滑1．采纳浸油润滑，由于低速级周向速度为，因此浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。2.润滑油的选择：齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。11．总结课程设计是机械设计当中的超级重要的一环，本次课程设计时刻短暂略显得仓促一些。可是通过本次天天都过得很充实的课程设计，从中取得的收成仍是超级多的。作为一名汽车效劳工程大三的学生，我感觉能做类似的课程设计是十分成心义，而且是十分必要的。在已度过的大三的时刻里咱们大多数接触的是专业基础课。咱们在课堂上把握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼咱们的实践面？如何把咱们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为咱们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的进程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计加倍完善，加倍符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。咱们是在作设计，但咱们不是艺术家。他们能够抛开实际，尽情在空想的世界里翱翔，咱们是工程师，一切都要有据可依、有理可寻，不切实际的构思永久只能是构思，永久无法升级