汽车差速器的设计与分析

摘要本次毕业设计简述了驱动桥的两个半轴之间的差速器的功用和工作原关键词：差速器；结构设计；强度计算；强度校1.1汽车差速器研究的背景及意义一个缺陷——其他差速器在差动转矩较小时不能起差速作用的问题和差动转矩较大时不半轴，并在转弯行驶时允许左、右两半轴以不同转速旋转(差速)。本世纪六七十年代，世界经济发展进入了一个高速增长期，而2008年开始的全球金融危机又让汽车产业在危1.2汽车差速器国内外研究的现状当前汽车在朝着经济性和动力性的方向发展，如何能够使自己的产品燃油经济性和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，在发动机气体管理，变不能提供任何有效扭矩给车辆，而伊顿的锁式差速器则可以在发现车轮打滑，锁定动力测试、连续弹坑、V型沟等试验中，两驱车在装有伊顿锁式差速器后，越野性能及通过政策鼓励汽车差速器产业向高科技产品方向发展，国企企业新增投资项目逐渐增多。投能解决在其他差速器内差动转矩较小时不能起差速作用的问题和转矩较大时不能自动将北力鸣汽车差速器公司投资5000万元生产的新型差速器2009年批量生产，2010年达到验收。LMC常互锁差速器用于0.5---1.5吨级车辆，它能有效地提高车辆的通过性、越野型、可靠性、安全性和经济性[15],能够满足动学的要求。在驱动桥的左右车轮之间设置差速器，称为轮间差速器，在两轴间分配转差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。应用广泛。它可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器。普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器分圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。强制1)行星齿轮3的背面大都做成球面，与差速器壳1配合，保证行星齿轮具有良好的对中性，以利于和两个半轴齿轮2正确地啮合；2)由于行星齿轮3和半轴齿轮2是锥齿轮传动，在传递转矩时，沿行星齿轮和半轴齿轮的轴线有很大的轴向作用力，而齿轮和差速器壳之间又有相对运动。为减少齿轮和差速器壳之间的磨损，在半轴齿轮背面与差速器壳相应的摩擦面之间装有平垫圈，而在行星齿轮和差速器壳之间装有球面垫圈。当汽车行驶到一定的里程，垫圈磨损后可以通过3)在中、重型汽车上由于需要传递的转矩较大，所以要安装四个行星齿轮，行星齿轮轴4)为了保证行星齿轮和十字轴之间有良好的润滑，在十字轴的轴颈铣出了一个平面，以储存润滑油润滑齿轮背面。第二章差速器的设计方案2.1汽车差速器的设计初始数据(1)发动机转速为3000r/min时，额定功率为99kw;(2)发动机转速为1300r/min时，额定扭矩为373N·m;(3)变速器的传动效率为η=0.9;(4)变速器的传动比：7.64;4.834;2.856;1.895;1.337;1.0;倒挡：7.107由于在汽车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大时取4个。解放牌CA1092汽车可以采用4个行星齿轮。K——液力变矩器变矩系数，取K=1;n——该汽车的驱动桥数目；该车采用发动机后置后驱为1;加速时的负荷增大量60769N;7,i.——分别为主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和减速比，故预选节锥距为37mm。3.行星齿轮与半轴齿轮的设计齿数z2,Z₂p之和必须能被行星齿轮的数目所整除，以便行星齿轮能均匀地分布于半轴齿轮的轴线周围，否则，差速器将无法安装，即应满足的条件公式为：l——任意整数；4.初步确定差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径1)首先初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角γ₁,Y₂2)再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数m大端端面模数m根据圆锥齿轮的标准模数取为3mm。3)确定半轴齿轮的节圆直径5.压力角α目前汽车差速器的齿轮大都采用22.5°的压力角，齿高系数0.8。行星齿轮的最小齿数可减少到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，所以可以用较大的模数以提高齿轮的强度。本设计选22.5°的压力角。6.确定行星齿轮安装孔的直径φ及孔长度L行星齿轮安装孔的直径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L就是行星齿轮在其安装轴上的支撑长度，通常都是根据以下公式进行计算：。由上式可得l=24mm,故2.3汽车差速器齿轮的几何尺寸计算2.3.1汽车差速器直齿锥齿轮的几何参数表2-1汽车差速器齿轮参数表序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数z₁≥10应取最小值2半轴齿轮齿数Z₂=14~25且满足z₂/z₁=1.5~2.03模数m4齿面宽5齿工作高6齿全高7压力角a8轴交角9节圆直径节锥角节锥距周节齿顶高齿根高h₁=1.788m-h;h₂=1.788m-h₂径向间隙齿根角面锥角根锥角YRi=27.17°;Yk₂=56.6外圆直径节锥顶点至齿轮外缘距离;;理论弧齿厚齿侧间隙B=0.245~0.330弦齿厚弦齿高差速器齿轮和主减速器齿轮一样，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多为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮的工艺已被广泛用到加工中。差速器的行星齿轮和半轴齿轮虽然一直处于啮合状态，但它们并不是一直处于相对转动状态，只是在左右两侧车轮转速不同时才发生相对转动，在汽车正常行驶过程中这种情况极为少见，故这些齿轮齿面的接触疲劳破坏一般不发生，主要是齿轮的弯曲破坏问题。在汽车设计中差速器齿轮主要进行弯曲强度计算，而对于疲劳寿命则不予考虑，这是由于行星齿轮在差速器的工作中经常只起等臂推力杆的作用，仅在左、右驱动车轮有转速差时行星齿轮和半轴齿轮之间才有相对滚动的缘故汽车差速器齿轮的弯曲应力计算公式为：n——差速器的行星齿轮数目；K、——尺寸系数，反应材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当其他方式支承时取1.10~1.25,且支承刚度大时去最小；可取1.0;F——计算齿轮的齿面宽；J——计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由下图查得J=0.231;相咽合另一齿轮的齿数求综合系数J的齿轮齿数求综合系数J的齿轮齿数J图2-3弯曲计算用综合系数器满足弯曲强度要求。第三章差速器行星齿轮轴的设计计算3.1行星齿轮的分类和选用差速器行星齿轮轴的作用是将转矩传给行星齿轮，实现转矩分配，从而使车轮实现差速运转。行星齿轮轴的种类有很多，而差速器齿轮轴的种类也很多，最常见的是一字轴和十字轴，在小型汽车上由于其转矩不大，所以要用一字轴，而载货的大质量的汽车传递的转矩较大，为了轴的使用寿命以及提高轴的承载能力，常用十字轴，由四个轴轴颈来分配转矩。为保证行星齿轮和行星齿轮轴之间有良好的润滑，故在其轴颈上铣有平面供润滑用，可以有效的提高轴的使用寿命。此次设计选用的是行星齿轮十字轴。其结构如下图所示：3.2行星齿轮轴的尺寸设计由行星齿轮的支承长度为L=1.1×17≈19mm,根据安装时候的方便选择轴颈的长度3.3行星齿轮轴材料的选择轴的选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。轴的常用材料主要有碳素钢和合金钢。碳素钢价廉，对应力集中敏感性比合金钢低，应用较为广泛，对重要或者承受较大的轴，宜选用35、40、45和50等优质碳素钢，其中以45钢最常用。所以此次选用的轴的材料为45钢。第四章差速器标准件的选用既要要求螺栓具有较高的强度又要其精密度高。目前常见的螺栓有六角头螺栓(全螺纹)、六角头铰制孔用螺栓、六角头螺杆带孔螺栓等。而查解放CA1092型载货汽车数据得连接螺栓为M14x1.5,细牙螺纹，拧紧力矩为137.2-156.8N·m,即4.3汽车差速器轴承的选用轴承是支撑轴的零件，同时可以引导轴的旋转，也可以承受轴上空转的零件。根械设计课程设计手册》,选取的圆锥滚子轴承的型号是30215GB/T297-1994。4.4十字轴键的选用的固定选择普通平键。由十字轴的半径要求，参考《机械设计课程设计手册》GB/T1096-2003,选取平键的尺寸为87mm,键的长度为20mm,材料选择45-钢。4.5差速器壳体的设计第五章差速器总成的装配和调整3)将从动锥齿轮装到差速器左壳上，用螺栓锁紧[24]。1)差速器半轴齿轮的设计及材料选择。3)差速器十字轴的设计及材料选择。4)差速器标准零件的选用。5)差速器外壳的选择。社,2008,25(3).社,2006:158-166.performanceofaxespneumati