毕业论文（设计）汽车差速器结构设计与分析

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毕业设计任务书 学生：指导教师(1)掌握汽车差速器的结构及工作原理。绘制结构简图和原理简图；2)了解零部件材料及制造、热处理工艺；3)了解汽车差速器的失效模式；4)制作汽车差速器的装配总图；5)对汽车差速器及关键零件结构进行计算分析，重点是对失效件的分析；6)编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建4.进度安排序号设计各阶段名称13月03日至3月23日2毕业设计开题报告检查，毕业设计开题辅导3月24日至4月13日3结构原理分析计算，设计毕业，准备中期检查4月14日至5月04日4编写毕业设计论文，准备中期检查5月05日至6月01日5毕业设计论文整理，完成毕业论文答辩6月02日至6月22日I汽车差速器结构设计与分析关键词：半轴差速器齿轮结构medium-sizedloadingautos.Agoodmasterofthestructureandtheoryoofdifferentialmechanismalsooccupiesapartinthisdesign.Themainpurposeofthisdesignistogetaprofoundmasandworkingwaysofdifferentialmechanismwillbeundethroughreferringtorelatedinformationintheprocessofdesign.FinadrawingandassemblydrawinⅡ1绪论 11.1汽车差速器(研究的背景及意义)发展历史 11.2汽车差速器国内外的研究现状 21.2.1国外差速器生产企业的研究现状 21.2.2我国差速器研究及市场发展 21.3本章小结 32差速器的设计 32.1毕业设计数据来源 32.2差速器的功用 32.3差速器的结构详述 42.3.1汽车差速器的结构研究 52.4.差速器的工作原理 62.3本章小结 83零部件的材料、制造及热处理 93.1差速器轴类零件 93.2齿轮的材料及热处理工艺 93.3轴键的应用 错误!未定义书签。3.4螺栓的选用和螺栓的材料 错误!未定义书签。3.5螺母尺寸的选择以及材料的确定 错误!未定义书签。3.6本章小结 错误!未定义书签。4了解差速器的失效模式………错误!未定义书签。4.1齿轮传动的失效………………错误!未定义书签。4.2差速器壳的失效模式…………错误!未定义书签。4.3锁止销失效模式分析…………错误!未定义书签。4.4其它失效式……………………错误!未定义书签。4.5本章小结………错误!未定义书签。5差速器非标准零件的设计……错误!未定义书签。5.1对称式行星齿轮的设计计算…………………错误!未定义书签。5.1.1对称式差速器齿轮参数的确定……………错误!未定义书签。5.1.2差速器齿轮的几何计算图…………………错误!未定义书签。5.1.3差速器齿轮的强度计算……错误!未定义书签。5.1.4差速器齿轮的设计方案……错误!未定义书签。5.2行星齿轮轴的尺寸设计……错误!未定义书签。5.3差速器垫圈的设计计算………错误!未定义书签。5.3.1半轴齿轮平垫圈的尺寸设计………………错误!未定义书签。5.3.2行星齿轮平面面垫圈的尺寸设计 错误!未定义书签。5.3.3行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 错误!未定义书签。5.4本章小结 错误!未定义书签。6结论 25 错 错误!未定义书签。11.1汽车差速器(研究的背景及意义)发展历史技的进步，到现在代社会，汽车技术也经历了一个质的蜕变，从最初造出的18km/h的速速行驶的第一辆三轮汽车，到现在，竟然诞生了提速从0到100km/h目前我国重型汽车的差速器技术基本元自德国的西方国家及日本等传统机乏，,投入研发经费的不足，都导致了我国在差速器技术领域没有一席之地，差2业及私有企业的投资项目持续增加，使得汽车差速器产业向高科技产品方向发3(1)汽车的核定载重量5000kg,满载总量9290kg;2.当发动机运行速度为3000r/min其额定功率为99kw;3.当发动机运行速度为1200～1400r/min,其最大转矩为158Nm;4.汽车在满载是正常路面行驶最高达90km/h;5.主减速器传动比i为6.33;6.车轮轮辋形式为7.0-20等厚辐盘式，轮胎为普通斜交帘线的标准轮辋轮移动速度为v,车轮旋转角W,车轮滚动的半径为r,则当v=w*r时为滚动，当w不等于0时，v=0时，为滑转，当w=0,v不等于0时，车轮运动为滑移。是，如图所示，车轮转弯多形成的半径R1和外侧轮半径R24R2>R1,所以，理所当然的是外侧驱动轮实际图2.1差速器车轮转弯简图5由图可知，对称式锥齿轮差速器主要由左壳体1、右壳体4、两同型号的半轴齿轮2、四个型号相同的星行齿轮3以及一根由十字轴或直销轴形成的行星轴进行连接。其来自主减速器的动力传动顺序如下：主减速器—差速器壳体—十图2.2差速器结构简图②当汽车行驶到山路上或者需要转弯时，由于两侧车轮将受到不同摩擦力的作6这里根据差速器的特性其主减速器和行星机构分别采用开孔和开槽的方式进行半轴齿轮1和半轴齿轮2组成的从动件。在此设主动件的旋转角速度为wo半轴齿轮1和半轴齿轮2的旋转角速度分别为wj、w₂,半轴齿轮1和半轴齿轮2与行星齿轮4啮合点分别为A、B,行星齿轮的圆心为C,即根据其传动原理图可知以上三点距差速器旋转中心的距离相等且设为r。7当汽车在进行直线行驶时，由于其行星齿轮只做公转运动而不做自转运动，所以去具有相同半径的A、B、C三点必将具有相同的角度速度和线速度，其线速度均为wr,此时差速器不具有改变扭矩和速度的作用，从而使得两半轴与差速器亮体具有相同的速度。当汽车在进行起伏路面或需要拐弯时，行星齿轮4除进行公转外还将绕轴5由以上两式整理可得在此设其转动角速度为n,则有(式2.1)(式2.2)式2-2即为具有相等直径的半轴圆锥齿轮式差速器的特征方程。由其特征方程可得出：①差速器的转速即为两半轴齿轮转速的叠加的二分之一；②行星齿轮的工作状态与以上工作机构的转速无关；③当其中一个半轴不旋转时，另一半轴必将以两倍于差速器壳体的速度旋转；④当差速器不动作时，其两半轴将具有转速相同方向相反的运动。因此差速器的巧妙设计满足了汽车在起伏路面或弯道上对称型锥齿轮差速器的转矩分配原理如下：差速器外壳—行星齿轮轴—行星齿轮—半轴齿轮。在此当行星齿轮不自转时，其主要作用是对转矩进行传递而不是分配，所以当半轴齿轮具有相同半径时，即两半轴具有相同的转矩，可以表示8还将绕自身旋转轴进行自转，而此时两轴转矩应按如下式进行计算：M,为摩擦力矩°在此为了对差速器的性能进行评估，通常通过锁紧系数和转矩分配比来进行衡量，其两者的计算如下：K=(M₂-M₁)/M=M,/M₀(式2.3)K,=M₂/M₁=(1+K)/(1-K)(式2.4)对于对称型锥齿轮式差速器而言，由于其锁紧系数和转矩比的取值通常分别为0.06~0.12和1.2~1.5,所以其转矩的分配基本总是相等的。这样的优点主要在于当汽车在路况较好的平直路面或弯道上行驶时其均具有较好的通过性，但其缺点在于当汽车行驶到起伏路面或是遇到路面湿滑时，由于两侧车轮与地面之间具有不同的附着力，所以两侧所需要的驱动力也将不同，但此时由于差速器任然对力矩进行平均分配，且是按最小需求供给，从而将会导致附着力小侧车轮发生侧滑，而附着力大侧车轮无法驱动的现象发生，从而使得汽车无法克服路面障碍而对于对称式差速器其工作原理是当汽车在路况较好的路面行驶时，其行星齿轮仅实现公转而不自转，从而使得差速器分配到两车轮轴上的扭矩相等，左右车轮具有相同的转速；而当行驶至起伏路面或湿滑路面时，行星齿轮除进行公转外还将绕自身轴进行自转，从而根据汽车两驱动能所需的动力进行扭矩的按需分配，从而使得汽车能够顺利克服路面障碍继续前行。2.3本章小结结合东风EQ1090E型货车的特点以及特性，进行了差速器的方案选择，已达到设计出合适的差速器的目的。9对于载重汽车的差速器来说，其内部使用的轴承为角接触轴承，型号为TO10CGB/7297—1994。(滚动轴铬轴承(如GG15)或渗碳轴承钢(G20GrNi4A)制造的。度及韧性仍然会有一个较高的强度。然后在进行下一步，低温回火处理(150°~250°)把轴承轴内因淬火形成的内应力减小。使其硬度保持在较高的水平(58～64RC),而对于对于渗碳钢，由于渗碳钢温度不淬火低，经调根据不同的用途，齿轮的材料选用是有区别的，如用于航空发动机上的齿对于载重汽车的差速器而言，总的来说，其内部是一种高速重载的传动齿而失效。所以综合各种因素，差速器应选择性能优良的合金钢(如20GrMnTi)等(1)对毛坯进行的热处理：加工齿坯前后，对其预先进行热处理(一般为正火或调质)。这样处理的目的是为了消除之前加工引起的残余应力，可以提(2)齿面的热处理：轮齿加工成型后，为进一步提高钢的性能，还需要能满足设计要求，参考《机械设计课程设计手册》GB、T1096-2003取平键尺寸为8*7mm,键的长度为20mm,材料为45度刚。母、六角开槽螺母等，而螺母的材料同螺栓一样，目前常4.3锁止销失效模式分析差速器失效模式有许多种，除了上文介绍的几种典型的情形外还有别的形对称式锥齿轮差速器的具体详细结构如下：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-差速器右壳由于差速器壳上装着主减速器的从动齿轮，所以差速器的从动锥齿轮尺寸受到主减速器从动齿轮轴承支承座以及主动齿轮导向轴承座的限制。而因为此次设计的是安装在驱动桥的两个半轴之间的差速器，所以尺寸受到轴承座的限制。轮间差速器的非标准零主要有从动锥齿轮(对称式锥齿轮)、行星齿轮轴(十字轴)对于安装在半轴之间的差速器，它的尺寸受到轴承座的限制，而影响差速器尺寸的主要就是齿轮的尺寸，所以如何把齿轮设计得更加优化就显得更加重要。1.行星齿轮数目n的确定东风EQ1090E型载货汽车选择的是四个行星齿轮即n=4。2.行星齿轮球面半径R,的确定以及节锥距A,的计算(式5.2)货车，矿用汽车，越野车),取K₄=1i是变速器一档传动比，东风EQ1090E型载货汽车变速器一档传动比速器，主减速器传动比=6.33(式5.3)26%～27%,故G₂=92900×73%=67817Nm₂是汽车在发出最大加速度时的后桥负荷转移系数，一般乘用车为1.2~1.4,货车为1.1～1.2,此处m,取1.1。φ是轮胎与地面间的附着系数，对一般轮胎的公路用车，可取φ=0.85,r;是轮胎的滚动半径，东风EQ1090E型载货汽车采用普通斜交帘线的标准轮辋轮胎，查表得r,=0.398mci,是主减速器从动锥齿轮到车轮间的传动比：η,,是主减速器从动齿轮到车轮间的传动效率，当无轮边减速器时，η将以上数据代入式(3-1)中，得：R=2.7×37018.6=51.7mm将R,圆整为54mm,锥齿轮的节锥距A,一般稍小于R。所以预选其节锥距A=53mm3.行星齿轮与半轴齿轮的设计和选择(1)行星齿轮和半轴齿轮齿数的确定这里对于齿轮齿数的选择主要遵循以下原则：达到设计强度、避免加工时产生根切以及结合整体尺寸空间进行综合考虑。所以在此基于以上三点原因对其进行选择，得出其齿数在17～30之间选择，同时根据目前汽车常用的行星齿轮与半轴齿轮之间的齿数比对其齿数比进行确定，确定为在1.5～2.0之间进行取值。能在半轴齿轮的轴线上实现均匀分布，否者其将由差速器其工作原理可知，其工作时行星齿轮和半轴齿轮进行同时啮合，所以在对其两者进行设计时，必须进行兼并考虑，因此对半轴齿轮的齿数的选择必须为行星齿轮齿数的整数倍，从而使得行星齿轮导致差速器无法装配，因此其应满足如下安装条件：(式5.4)(式5.5)上式中：Z2L、Z2R——分别为左、右半轴齿轮的齿数，在差速器为对称z₁是差速器行星齿轮的齿数，Z₂是差速器半轴齿轮的齿数，Z₂和Z₂分别是差速器左、右半轴齿轮的齿数，对于对称式锥齿轮差速器n是行星齿轮的数目：I是任意整数根据上述可在此取Z=10,Z₂=18满足以上要求。(2)差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定<2>确定圆锥齿轮大端端面模数mm=(2A₀/Z)siny=(2A₀/Z₂)sinγ₂大端端面模数m按圆锥齿轮的标准模数系列选取，查表得m=5.5mm<3>确定半轴齿轮的节圆直径4.行星齿轮安装孔的孔径d和孔长度L的确定(式5.6)(式5.7)(式5.8)行星齿轮安装孔的孔径d与行星齿轮轴的名义尺寸相同，而行星齿轮安装孔的长度L就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取：L=1.1d(式5.9)行星齿轮安装孔的孔径d和孔长度L的选择要保证挤压强度要求：(式5.10)d是行星齿轮安装孔的孔径将上述各计算结果代入式(3-11)中，可得：5.1.2差速器齿轮的几何计算图表5.1差速器几何计算图表序号名称符号计算结果1行星齿轮齿数2半轴齿轮齿数,且需满足式Z,=14□25计算结果3M4齿面宽b5工作齿高6h7压力角d8轴交角9节圆直径d节锥角Y周节t齿顶高h径向间隙C齿根角δ面锥角根锥角齿顶圆直径齿根圆直径