毕业论文(设计)驱动桥差速器的设计

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 驱动桥差速器的设计系部：机械工程系 专业：机械设计及其自动化 学号： 135011115学生： 指导教师（含职称）：课题意义及目标。通过毕业设计，能够对机械传动的原理及差速器的结构有深刻的理解和掌握，对设计规范、计算方法及设计思想等内容有一定的了解，为学生在毕业后能尽快适应所从事的工作奠定一些基础。主要任务确定叉车驱动桥差速器的结构形式，并进行必要的设计计算。绘制叉车驱动桥差速器装配图及零件图。编写设计说明书一本附：车型：3吨叉车；4.轮距：前20%；最高车速：20km/h最大爬坡度：3000；传动系最小传动比：；主减速器传动比：6；轮边传动比：2；最大起升高度：2000mm ；8.载荷中心：500；9.自由起升高度：155；10.最大转速：3700；3．主要参考资料2004（3，4卷）.北京：机械工业出版社，19912004200520051997（第四版）.北京：中国计量出版社，2000设计各阶段名称收集资料、完成开题报告差速器设计驱动半轴设计起 止日 期1设计各阶段名称收集资料、完成开题报告差速器设计驱动半轴设计起 止日 期12345完善设计内容、完成设计说明书准备答辩2014-12-202014-12-302015-03-032015-04-132015-04-142015-05-042015-05-052015-06-012015-06-022015-06-15审核人：年 月 日摘要Proe软件对差速器进行建模工作，也让我学习方面得到了提高。关键词：半轴、差速器、齿轮结构AbstractAbstract：Thedesignofthemaindriversontheinstallationofthebridgeinbetweenthetwoaxledifferentialdesign,mainlyrelatedtothedifferentialstructureofnon-standardpartssuchasgearpartsandstandardsfordesignandcalculation,alsointroducedthedevelopmentofdifferentialstatusandthetypeofdifferential.Fordifferentialselectionandtheprincipleoftheprogramhavealsomadeabriefnote.Referenceinthedesignofalargeamountofliteratureontheroleofdifferentialstructureandhaveamorethoroughunderstanding.differentialthroughtheuseofCATIAsoftwaremodelingalsoletmeinthefieldoflearninghasBeenimproved.Keyword：axle，differential，gearstruck目录前言 1本课题研究内容和意义 1国内外发展状况 21.2.1国外差速器生产企业的研究现状 2我国差速器行业市场的发展以及研究现状 2差速器的功能及其分类 3本课题达到的要求 4主要任务 4驱动桥设计要求 5差速器的设计 5对称型圆锥齿轮差速器的差速原理 6对称型圆锥齿轮差速器的结构 9对称型圆锥齿轮差速器的设计 10差速器齿轮基本参数的选择 10差速器齿轮的基本计算 14差速器齿轮的强度计算 16驱动半轴的设计 18结构形式分析 18全浮式半轴计算载荷的确定 21全浮式半轴杆部直径的初选 22半轴花键的强度计算 22全浮式半轴的强度计算 23驱动桥壳的设计 24铸造整体式桥壳的结构 25桥壳的受力分析和强度计算 26轮边的设计 277小结 298参考文献 291.前言2008中有了发展的机遇，在世界各处都有广泛的市场。向力，以及制动力矩和反作用力矩等。向力，以及制动力矩和反作用力矩等。接影响整车的安全性，经济性，舒适性，可靠性。1.2国内外发展状况有较高要求的车辆。国外差速器生产企业的研究现状18亿美金的伊顿公司汽车集团是全球化的汽车零部件制造供应商，在向前或向后行驶，毫无疑问，更强的越野性和安全性是差速器的最终目标。我国差速器行业市场的发展以及研究现状速器，如：；轮间差速器，防滑差速器，强制锁止式差速器，高摩擦自锁式差速器，托森差速器。器，托森差速器。差速器的功能及其分类差速器的功能是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动车轮与地面间做纯滚动运动。差速器的功能是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动车轮与地面间做纯滚动运动。汽车转弯时驱动轮运动示意图R1R2不同，行程显然不同，即外侧车轮滚过行驶时能作纯滚动运动，提高了车辆的通过性。现在差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化，目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，还有各种各样的功能多样的差速器，如：防滑差速器，强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、托森差速器、行星圆柱齿轮差速器。设计驱动桥时应当满足如下基本要求：油经济性。外廓尺寸小，保证叉车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。的平顺性。结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。立悬架驱动桥。主要任务确定叉车驱动桥差速器的结构形式，并进行必要的设计计算。绘制叉车驱动桥差速器装配图及零件图。驱动桥设计要求车型：4吨叉车；空载质量：5400kg满载质量：8400kg4.轮距：前20%；最高车速：20km/h 最大爬坡度：3000；传动系最小传动比：19.2； 主减速器传动比：6；轮边传动比：2；最大起升高度：2000mm ；8.载荷中心：500；自由起升高度：155；最大转速：3700。差速器设计转动。差速器有多种形式，在此设计普通对称式圆锥行星齿轮差速器。差速器结构图对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理差速器差速原理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0rA、B、C（图），其值为ωγω1=ω2=0，3的角速度。045以角速度4自转时（图），啮合Aω1r=ω0r+ω4r，啮合点Bω2r=ω0r-ω4r。于是ω1γ+ω2γ=(ω0γ+ω4γ)+(ω0γ-ω4γ)即ω1+ω2=2ω0 （4-1）若角速度以每分钟转数n表示，则n+1（4-2）

n=n2 0式（4-2）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征方程式，自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。有式（4-2）还可以得知：①当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半（器制动传动轴时即以相同的转速反向转动。直线行驶时差速器的工作状态：直线行驶时，差速器壳体（作为差速器的输入）左侧车轮转速（即左侧半轴齿轮转速（右半轴齿轮转速差速器壳体的转速对称式圆锥行星齿轮差速器的结构普通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、用于公路叉车上也很可靠等优点，故广泛用于各类车辆上普通的对称式圆锥行星齿轮差速器差速器右壳1-轴承；2-左外壳；3-垫片；4-半轴齿轮；5-垫圈；6-行星齿轮；7-从动齿轮；8-右外壳；9-十字轴；10-螺栓对称式圆锥行星齿轮差速器的设计由于在差速器壳上装着主减速器从动齿轮，所以在确定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。差速器齿轮的基本参数的选择行星齿轮数目的选择载货叉车采用4个行星齿轮。Rb圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星齿轮的背面的球面半径在一定程度上也表征了差速器的强度。Tce=（Kd*Temax*k*i1*if*i0*η）/nn1+n2=n0N·m；Temax—发动机最大转矩；Temax=140N·mn—计算驱动桥数，1；if—变速器传动比，if；i0η—变速器传动效率，取；K=1；Kd—i1—变速器最低挡传动比，i1=1；代入式，有：Tce=（Kd*Temax*k*i1*if*i0*η）/n=（）/1=2419.2N·m按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩TcsTcs=G2Φγ/ηm·im N·m 式中 G2——叉车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，后桥所承84600N的负荷;Φ——轮胎对地面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用车，取；对于越野叉车取；对于安装有专门的防滑宽轮胎的高级轿车，计算时可取1.25;γ——GB516-829.0～20论的滚动半径为；ηm，im——分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动效率和传动比，ηLB取，由于有轮边减速器iLB取所以Tcs=G2Φγr/ηLB·iLB=84600*0.85*0.3/0.9*2=11985N·mT取Tce和Tcs的较小值T=2419.2N·m球面半径RB可按如下的经验公式确定：3RB=KB Tmm (4-3)式中：3

T——行星齿轮球面半径系数，可取，对于有4个行星齿轮的叉车取小值；T——计算转矩取Tce和Tcs的较小值，2419.2N·m.32419.2

3=KB T=35mmA0=35mm3.行星齿轮与半轴齿轮的选择为了获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量1014～25z1/z2在的范围内。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，在确定这两种z2L，z2R的安装条件为：（z2L+=I （4-4）式中：z2L，z2R——左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说，z2L=z2Rn——行星齿轮数目；I——任意整数。在此z1=10，z2=18 满足以上要求。4.差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定首先初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角γ1，γ2γ1=arctan（z1/z2）=arctan（10/18）=29.05°γ1=90°-γ2=60.95°再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数mm=2A0/D1sinγ1=2A0/d2sinγ2取m=6mm得D1=mz1=6*10=60mm 5.压力角α22.5°的压力角，齿高系数为。最小齿数10，并且在小齿轮（行星齿轮）齿顶不变尖的条件下，还可以由切向20°22.5°的压力角。6.行星齿轮安装孔的直径Φ及其深度L行星齿轮的安装孔的直径Φ装孔的深度就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取：T 103L2

02 cnlΦ= T （4-5）式中：T0——差速器传递的转矩，N·m；在此取2419.2N·mn——行星齿轮的数目；在此为4l中点处的直径，而d`2≈0.8d2；[αc]——支承面的许用挤压应力，在此取69MPa根据上式 d2Φl=1.1*13.58≈15mm差速器齿轮的几何计算表3-1叉车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表半轴齿轮齿数模数半轴齿轮齿数模数z2=14～25，且需满足式（3-4）mz=182m=6mm齿面宽～0.30)A0b≤10m20mm工作齿高hghg全齿高压力角α22.5°轴交角∑=90°节圆直径d1=mz1；d2=mz2d1=60mm项目计算公式计算结果行星齿轮齿数z1≥10，应尽量取最小值z1=10d2=108mmγ1=29.05°，节锥角γ1=arctanz1/z2，γ2=90°-γ1γ2=60.95°节锥距A0=d1/2sinγ1=d2/2sinγ2A0周节齿顶高ha1=hg-ha2;ha2=[0.43+0.37/(z2/z1)2]mha1=4mmha2齿根高hf1=1.788m-ha1;hf2=1.788m-ha2hf1=6.728mm;hf2径向间隙c=h-hg项目项目计算公式计算结果齿根角δ1=arctanhf1/A0δ2=arctanhf2/A0面锥角γ01=γ1+δ2；γ02=γ2+δ1根锥角γR1=γ1-δ1；γR2=γ2-δ2δ1=6.215°;δ2=4.74°γ01=33.79°，γ02=61.165°γR1=22.835°，γR2=56.21°外圆直径d01=d1+2ha1cosγ1d02=d2+2ha2cosγ2d01d02外缘距离x01=d2/2-h1′sinγ1x02=d1/2-h2′sinγ2X01X02理论弧齿厚s1=t-s2s2=t/2-(h1′-h2′)tanα-ζms1=15.24mms2=12.66mm齿侧间隙～0.330mm弦齿厚SZi=si-s3i/6d2-B/2SZ1i1SZ2弦齿高hZi=hi′+s2icosγ1/4dihZ1hZ2差速器齿轮的强度计算δw为δw=2TKsKm/kmbdJn*103 MPa (4-6)式中：T——差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，在此T为362.88N·m；n——差速器的行星齿轮数；z2——半轴齿轮齿数；KV、Ks、Km——见式（2-8）下的说明；Jn—3-3Jn弯曲计算用综合系数根据上式δ=1/18*1*36*0.225*20=171.73mpa≤mpa所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。材料为 20CrMnTi、20CrMoTi22CrMnMo和20CrMo。五驱动半轴的设计驱动半轴位于传动系的末端，其基本功用是接受从差速器传来的转矩对于断开式驱动桥和转向驱动桥，车轮传动装置为万向传动装置。万向传动装置的设计见第四章，以下仅讲述半轴的设计。结构形式分析半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为牛浮式、 3/4浮式和全浮三种形式。半浮式半轴(图5—28a)的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半轴结构简单，所受载荷较大，只用于轿车和轻型货车及轻型客车上。3/4浮式半轴(图5—28b)的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在动桥壳半轴套管的端部，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般仅用 在轿车和轻型货车上。全浮式半轴(图5—28c)的结构特点是半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相联，而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮不同女、半轴法兰平面相对其轴线不垂直等5～70MPa半轴主要用于中、重型货车上。在这里我们选择全浮式半轴。看比较合适的半轴半径，然后对它进行强度校核。荷工况：X（驱动力或制动力）最大时，其最大值为GΦ，附着系数Φ在2 2 1计算时取，没有侧向力作用；Y2最大时，其最大值为G2Φ（发生于叉车侧滑时），侧滑时轮胎1与地面的侧向附着系数Φ1在计算时取，没有纵向力作用；垂向力最大时（发生在叉车以可能的高速通过不平路面时），其值为(G2-gw)kd，其中gw为车轮对地面的垂直载荷，kd向力和侧向力的作用。由于车轮承受的纵向力X2，侧向力Y2值的大小受车轮与地面最大附着力的限制，即有

X2YX2Y22 22故纵向力最大时不会有侧向力作用，而侧向力最大时也不会有纵向力作用。全浮式半轴计算载荷的确定TΦ=X2L·rr=X2R·rr求得，X2L，X2R的计算，可根据以下方法计算，并取两者中的较小者。若按最大附着力计算，即X2L=X2R=mG2/2*Φ （5-1）式中：Φ——轮胎与地面的附着系数取；m——叉车加速或减速时的质量转移系数，可取～在此取。根据上式X2i=X2r=1.3*84600/2*0.8=43922N若按发动机最大转矩计算，即X2L=X2R=ζTemaxiη/rrX X2L 2R

emax

i/rr

（5-2）式中：ζ——差速器的转矩分配系数，对于普通圆锥行星齿轮差速器取；Temax——发动机最大转矩，N·m；η——叉车传动效率，计算时可取1或取；i——传动系最低挡传动比；rr——轮胎的滚动半径m。根据上式在此X2L=X2R=9226.9N T=2918.07N·m全浮式半轴的杆部直径的初选全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行ΦT 2918.07N·m，根据～2.18)3Φ根据强度要求在此d35mm。

2918.07半轴花键的强度计算半轴花键的剪切应力为ζb=T*103/(z*L*b*i*(Dk+dk)/4) 半轴花键的挤压应力为δc=T*103/(z*LP*Φ[(D3+dk)/4]*(Dp-dk)/2) 式中：T——半轴承受的最大转矩，T=2918.07Nm；DB——半轴花键(轴)外径，DB=30mm；dA——相配的花键孔内径，dA=25mm；z——花键齿数，在此取24；Lp——花键工作长度，Lp=100mm；b——花键齿宽，b=3mm；Ф——载荷分布的不均匀系数，取。将数据带入式（5-5）、（5-6）得：ζb=62.9MPaδc=142.6MPa根据要求当传递的转矩最大时，半轴花键的切应力[ζc]不应超过71.05MPa，挤压应力[δc]不应超过196MPa，以上计算均满足要求。全浮式半轴的强度计算首先是验算其扭转应力：式中：

ζ=TΦ/πdMPa （5-6）TΦ——半轴的计算转矩，N·m2918.07N·m；d——半轴杆部的直径，31.152mm。根据上式ζ＝2918.07/3.14*31.152=477mpa<[ζ]=(490～588)MPa所以满足强度要求。半轴的扭转角为式中：

θ=TФ/180/ Glπ (5-7)θl为半轴长度，取l=1180/2=590G为材料剪切弹性模量，PII=πd44。PP转角宜为每米长度6～。计算较核得θ=10.24°此节的有关计算参考了《叉车车桥设计》中关于半轴的计算的内容。驱动桥壳的设计驱动桥课的主要功用是支撑叉车质量，并承受由车轮传来的路面的反力和反力和矩，并经悬架传给车架（或车身）；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体驱动桥壳应满足如下设计要求：1）加弯曲应力．2）在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高叉车行驶平顺性．保证足够的离地间隙．结构工艺性好，成本低．保护装于其上的传动部件和防止泥水浸入．拆装，调整，维修方便．考虑的设计的是载货叉车，驱动桥壳的结构形式采用铸造整体式桥壳。整体式桥壳铸造式b)钢板冲压焊接式铸造整体式桥壳的结构通常可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。在球铁中加入1.7%的镍，解决了球铁低温（-41°C）冲击值急剧降低的问题，得到了与常温相同的冲击值。5-1所示，每边半轴套管与桥壳的压配表面共四出的倾向，所以必须将桥壳与半轴套管用销钉固定在一起。铸造整体式驱动桥结构铸造整体式桥壳的主要优点在于可制成复杂而理想的形状，壁厚能够变化，可得到理想的应力分布，其强度及刚度均较好，工作可靠，故要求桥壳承载负荷较大的中、叉车，适于采用这种结构。尤其是叉车，其驱动桥壳承载很重，在此采用球铁