汽车差速器及关键零件夹具设计

毕业设计说明书设计题目：汽车差速器及关键零件夹具设计姓 名：学 号：班 级：专 业：机械设计制作及其自动化指导教师：学 院：机械工程学院答辩日期：2013 年 5 月 8 日毕 业 设 计 说 明 书摘 要根据任务书的要求对差速器进行设计，主要包括非标准零件半轴齿轮、行星齿轮以及差速器外壳和一些标准零件进行设计，并且选择其中的一道工序进行了夹具设计，同时还介绍了差速器的国内外发展状况以及差速器的工作原理，通过运动学仿真和力学分析对差速器运动原理有了更深一步的认识的了解。关键词：半轴齿轮；行星齿轮；差速器IIAbstractThe differential is designed according to the requirements of the mission, including non-standard parts side gears, planetary gears and differential housing and some standard parts design, and a process fixture design also presents a the differential development at home and abroad as well as the differential working principle, have a deeper understanding of understanding of the principle of differential movement kinematics simulation and mechanical analysis. Keywords: half axle gear; planetary gear; differential mechanism 目 录第1章 绪论11.1选题的背景和意义11.2 国内外差速器发展状况11.3 课题设计的原始数据3第2章 总体设计方案32.1 差速器的方案选择和结构分析32.2 差速器的工作原理7第3章 差速器非标准零件设计103.1对称式行星齿轮设计计算103.2 差速器齿轮的几何尺寸计算133.3 差速器材料的选择153.4 差速器强度的计算153.5 行星齿轮轴的分类和选用17第4章 差速器的运动仿真分析174.1 虚拟差速器模型运动仿真174.2 差速器动力学分析图表20第5章 差速器外壳夹具的设计225.1 夹具的分类225.2 夹具设计22总 结26参考文献27致 谢29第1章 绪论1.1选题的背景和意义汽车行业发展初期，法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器，汽车差速器作为汽车必不可少的部件被称为“小零件大功用”。汽车转弯行驶时，内、外两侧车轮在同一时间内要移动不同的距离，外轮移动的距离比内轮大。差速器的作用就是将主减速器传来的动力传给左、右两半轴，并在转弯行驶时允许左、右两半轴以不同转速旋转。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机中有了发展的机遇，在世界各处都有广阔的市场。目前国内重型汽车的差速器产品的技术基本源自美国、德国、日本等几个传统的工业国家，我国现有的技术基本上是引进国外的基础上发展的，而且已经有了一定的规模。但是目前我国差速器的自主开发能力仍然很弱，影响了整车新车的开发，在差速器的技术开发上还有很长的路要走。1.2 国内外差速器发展状况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动力性尽可能提高是每个汽车厂家都在做的事情，当然这是一个广泛的概念，汽车的每一个部件都在发生着变化，差速器也不例外，尤其是那些对操控性有较高要求的车辆。1.2.1国外汽车行业差速器的发展情况国外的那些差速器生产企业的研究水平已经很高，而且还在不断的进步。年销售额达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，在发动机气体管理，变速箱，牵引力控制和安全排放控制领域居全球领先地位，对汽车差速器的内部各零件的加工制造要用精密制造方法。零件主要产品包括发动机气体管理部分及动力控制系统，其中属于动力控制系统的差速器产品在同类产品中居领先地位。伊顿公司开发了新型的锁式差速器，它的工作原理与其他差速器的不同之处：当一侧轮子打滑时，普通差速器几乎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，锁定动力传递百分之百的扭矩到不打滑车轮，足以克服各种困难路面给车辆带来的限制。在牵引力测试、连续弹坑等试验中，两驱车在装有伊顿锁式差速器后，越野性能及通过性能甚至超过了四驱动的车辆，通过有限元软件的分析，就可以知道各个车轮的受力情况。因为只要驱动轮的任何一侧发生打滑空转以后，伊顿锁式差速器会马上锁住动力，并把全部动力转移到另一有附着力的轮上，使车辆依然能正常向前或向后行驶。毫无疑问，更强的越野性和安全性是差速器的最终目标。1.2.2我国差速器的发展和现状 从目前来看，我国差速器行业已经顺利完成了由小到大的转变，正处于由大到强的发展阶段，在这个转型和调整的关键时刻，提高汽车车辆差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。近几年中国汽车差速器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业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。投资者对汽车差速器行业的关注越来越密切，这就使得汽车差速器行业的发展需求增大。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，还有现在各种各样的功能多样的差速器，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。其中的托森差速器是一种新型差速器机构，它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差速器锁死的问题。 这里着重介绍一下一种新型差速器为LMC常互锁差速器：LMC常互锁差速器是由湖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，能够满足很多不同条件和不同情况下的车辆要求。这种纯机械、非液压、非液粘、非电控的中央差速分动装置，已申报了美、英、日、韩、俄罗斯等19个国家的专利保护，这一技术不仅仅是一项中国发明，也是一项世界发明。LMC常互锁差速器是由多种类的齿轮系统及相应的轴、壳体组成，具备传动汽车的前轮和后轮轮间差速器、前后桥轴间差速器。LMC常互锁差速分动器通过四支传动轴和轮边减速器带动四个车轮，实现每个车轮独立驱动，在有两个车轮打滑的情况下仍能正常行驶，在冰雪路面、泥泞路面、无路路面上有其独特优势，可以彻底解决传统四驱汽车的不足：如不能高速行驶；车轮打滑不能正常行驶；不能实现轴间差速；高油耗问题、功率循环问题；四驱转换麻烦等。装有LMC常互锁差速分动器的车辆具有以下优点： 1）提高车辆的通过性：具有混合差速，LMC常互锁差速分动器可实现轮间、轴间、对角任意混合差速和锁止，任何情况下单个车轮、对角线双轮不会发生滑转，即使单个车轮悬空，车轮仍有驱动力而能正常行驶。 2）提高汽车的传动系的寿命和可靠性：因实现了任意差速，消除了功率循环，克服了分时四驱在四驱状态下传动系统因内耗而产生的差速器、传动轴、分动器等机件磨损，甚至于致命性的损坏，延长了传动系统的使用寿命。 3）提高车辆的安全性：行车安全，转弯容易，加速性好，制动稳定，操纵轻便安全，无需增加操纵机构。4）具有良好的经济性：功能领先，制造成本低，维修简便，节油，经济环保，产品适用性广。1.3 课题设计的原始数据 基本要求：所设计的汽车差速器的发动机最大扭矩107Nm；满载轴荷9.46KN；传动系最低传动比为7；原动机为电动机；要求机构紧凑，传动效率高，传动平稳。第2章 总体设计方案2.1 差速器的方案选择和结构分析汽车行驶时，左右轮在同一时间内所滚动的路程往往不等。在转弯时内、外两侧车轮转弯半径不同，行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内测车轮；汽车在不平的路面行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直的路面行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行驶不等。如果驱动桥的左、右车轮钢性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或是滑转。这样不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车就要安装差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学的要求。在两轴间分配转矩，保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，使汽车行驶时能作纯滚动运动，提高了车辆的通过性。2.1.1差速器的功能差速器的功用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作纯滚动运动。在驱动桥的设计中选择差速器的结构型式时，应当首先从所设计的汽车类型及其使用条件出发，使所选用结构型式的差速器能够满足该型汽车在给定使用条件下的性能要求。2.1.2差速器的类型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，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。它又可分为普通锥齿轮式差速器、强制锁止式差速器和摩擦片式差速器等。1）普通对称式圆锥行星齿轮差速器图2.1 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器图2.2 锥行星齿轮差速器结构示意图如图2.1所示，普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4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。 由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠，所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图2.2为其示意图，图中为差速器壳的角速度，、分别为左、右两半轴的角速度；为差速器壳接受的转矩；为差速器的内摩擦力矩；、分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。根据运动分析可得 （2.1）显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得 (2.2)差速器性能常以锁紧系数来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确定 （2.3) 结合式（2.2）可得 （2.4）定义半轴转矩比，则与之间有 （2.5）普通锥齿轮差速器的锁紧系数一般为0.050.15，两半轴转矩比足b为1.111.35，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。优点；结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车上很可靠等优点，广泛应用在轿车、客车和各种公路用的载货汽车上。缺点；容易因为某一侧驱动车轮滑转而陷车。 2）强制锁止式差速器如图2.3所示为强制锁止差速器，汽车强制锁止式差速器的特点：外接合器与半轴通过花键相连，内接合器与差速器壳体通过花键相连。当内外接合器相互接合时，将半轴齿轮与差速器壳体连为一体，差速器失去差速功能，传给两侧驱动轮的转矩可以不同。 图2.3 斯堪尼亚LT110型汽车强制锁止差速器 当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合器(即差速锁)将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数，在驶出难行驶路段刚进入较好路段时，应及时将差速锁松开，以避免出现因无差速作用带来的不良后果。对于装有强制锁止式差速器的42型汽车，假设一驱动轮行驶在低附着系数的路面上，另一驱动轮行驶在高附着系数的路面上，这样装有普通锥齿轮差速器的汽车所能发挥的最大牵引力为(为驱动桥上的负荷) （2.6）如果差速器完全锁住，则汽车所能发挥的最大牵引力为 （2.7）可见，采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，可使汽车的牵引力提高倍，从而提高了汽车通过性。当然，如果左、右车轮都处于低附着系数的路面，虽锁住差速器，但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装有差速锁。优点：提高汽车牵引力。缺点：转弯困难、轮胎加速磨损、传动系零件过载和消耗过多的功率。3）摩擦片式差速器图2.3 摩擦式差速器如图2.3所示为摩擦式自锁差速器，该差速器是在普通行星锥齿轮差速器的基础上发展而成，它通过摩擦片之间的相对滑转时产生的摩擦力矩使差速器锁止。在传递转矩时，由于差速器壳通过斜面分别使两根行星齿轮轴的两端压紧，使后者连同行星齿轮一起分别向左、右微移，并通过行星齿轮背部的圆柱台肩压向推力盘及主、从动摩擦片或压向锥形摩擦盘，并使他们压紧，造成左、右驱动车轮以不同转速转动时所必须克服摩擦力矩。优点：充分利用了汽车的牵引力，保证转矩在驱动车轮间的不等分配来提高抗滑能力。2.2 差速器的工作原理2.2.1 普通对称式锥齿轮结构及其原理图2.4 差速器差速原理图 如图2.4所示，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固连在一起，固为主动件，设其角速度为；半轴齿轮 1和2为从动件，其角速度分别为。A、B两点分别为行星齿轮 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，其值为。于是，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以角速度自转时，啮合点A的圆周速度为，啮合点B的圆周速度为。 （2.8） 若角速度以每分钟转数n表示，则 （2.9） 式(2.9)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，它表明左右两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况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。 由式(2.9)还可以得知：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；当差速器壳的转速为零(例如中央制动器制动传动轴时)，若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。 对称式锥齿轮差速器的转矩分配：由主减速器传来的转矩，经由差速器壳、行星齿轮轴和行星齿轮传给半轴齿轮。行星齿轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮的半径也是相等的。因此，当行星齿轮没有自转时，总是将转矩平均分配给左、右两半轴齿轮，即。 当两半轴齿轮以不同的转速以相同的方向转动时，设左半轴转速大于右半轴转速，则行星齿轮将按顺时针的方向绕行星齿轮轴自转。此时行星齿轮孔与行星齿轮轴轴颈间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦。行星齿轮所受的摩擦力矩方向与行星齿轮的转向相反，此摩擦力矩使行星齿轮分别对左、右半轴齿轮附加作用了大小相等而方向相反的两个圆周力，因此当左、右驱动车轮存在转速差时，左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩。 为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数 K表示 （2.10）差速器内摩擦力矩和其输入转矩（差速器壳体上的力矩）之比定义为差速器锁紧系数K。快慢半轴的转矩之比定义为转矩比，以 （2.11） 目前广泛使用的对称式锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小，其锁紧系数K=0.050.15，转矩比为1.1 1.4，可以认为，无论左、右驱动车轮转速是否相等，其转矩基本上总是平均分配的。这样的分配比例对于汽车在好的路面上直线或转弯行驶时，都是令人满意的。但是当汽车在坏的路面行驶时，却严重影响了通过能力。例如，当汽车的一个驱动车轮接触到泥泞或冰雪路面的时候，在泥泞路面上的车轮原地滑转，而在好路面上的车轮静止不动。这是因为在泥泞路面上的车轮比在好路面上的车轮与路面之间附着力小，路面只能对半轴作用很小的反作用很小的反作用转矩，虽然另一车轮与好路面间的附着力较大，但因对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特性，使这一个车轮分配到的转矩只能与传到滑转的驱动车轮上的很小的转矩相等，致使总的驱动力不足以克服行驶阻力，汽车便不能前进。 当汽车直线行驶时，此时行星齿轮轴将转距平均分配两半轴齿轮，两半轴齿轮转速恒等于差速器壳的转速，传递给左右车轮的转矩也是相等的。此时左右车轮的转速是相等的。 而当汽车转弯行驶时，其中一个半轴转动一个角，两半轴的转矩就得不到平均分配，必然出现一个转速大，一个转速小，此时汽车就平稳地完成了转弯行驶。第3章 差速器非标准零件设计3.1对称式行星齿轮设计计算 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。3.1.1对称式行星齿轮参数设计1）行星齿轮齿数目n的确定行星齿轮数目需要根据承载情况来选择，在承载不大的情况下可以取两个，反之就 取四个。而根据设计要求扭矩为107Nm为小型轿车，取n=2。2） 行星齿轮球面半径的确定以及节锥距的计算 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，它就是行星 齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器锥齿轮的节锥距，因此在一定程度上也反映了差 速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力即是强度。球面半径可按照文献1第4章公式确定： （3.1）式中，为行星齿轮球面半径系数，=2.522.99，对于2个行星齿轮，取最小值， 即=2.52。 计算转矩，取和的最小值；球面半径。 的计算：=式中，发动机最大转矩； 传动系最低传动比（取7）； 整体传动效率（取0.96）； 冲击载荷（取1）；该汽车驱动桥数目。=747。的计算：=式中，附着系数（取0.85）；满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷；车轮的滚动半径（选用135/80kb轮胎，r=265mm）；主减速器到从动轮的传动效率和传动比。=。将以上数据带入式（3.1）得： = 差速器行星齿轮球面半径确定后，可根据以下式预选其节锥距： （3.2）3） 行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择 为了获得较大的模数从而使齿轮有较高强度，应使行星齿轮的齿数尽量少，但一般不应该少于10，半轴齿轮的齿数采用1425。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在1.52之间。差速器的各个行星齿轮与2个半轴齿轮是同时啮合的，因此在确定这两种齿轮的齿数时，应考虑他们之间的装配关系，在任何圆锥行星齿轮式差速器种，左、右两半轴齿轮的齿数、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。即应满足的条件为 （3.3）式中：、左、右半轴齿轮齿数； 行星齿轮数目； 任意整数。行星齿轮取10，半轴齿轮取20带入公式（3.3）得： = 4）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定 首先初步求出行星出轮与半轴齿轮的节锥角、； ； （3.4）式中：、分别为行星齿轮和半轴齿轮齿数。 再按下式初步求出圆锥齿轮的大端面端面模数m； （3.5） 带入数据得=，=，（通过查表选用） 求出模数后，节圆直径d即可根据齿轮齿数z及模数m求得： （3.6） 带入数据得=20mm，=40mm。 5）压力角汽车差速器齿轮过去都选用压力角，这时齿高系数为1，而最少齿数为13。目前大都选用的压力角，这时齿高系数为0.8，最少齿数可减少到10，并且在小齿轮齿顶不变尖的条件下，还可由切向修正加大半轴齿轮的厚度，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度，由于这种齿形的最少齿数比压力角少，故可用较大的模数来提高齿轮的强度，故选用压力角。 6）行星齿轮安装孔的直径及其深度L行星齿轮安装孔的直径与行星齿轮轴的名义直径相同，而行星齿轮安装孔的深度L就是行星齿轮在其轴上的支撑长度。故通取 (3.7) 式中，为差速器壳传递的转矩，为行星齿轮数；l为行星齿轮支承面中点到锥顶 的距离(mm)，约为半轴齿轮齿宽中点处平均直径的一半；为支承面许用挤压应力，取69Mpa。3.2 差速器齿轮的几何尺寸计算表3.1为汽车差速器用直齿锥齿轮的几何尺寸计算步骤，表中计算用的切向修正系数 表3.1 汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表 长度单位：mm序号 项目符号计算公式 计算结果1行星齿轮齿数102半轴齿轮齿数203模数m24齿面宽b5.65工作齿高hghg=1.6m3.26全齿高hh=1.788m+0.0513.6277压力角8节圆直径d9节锥角 10节锥距11周节tt-3.1416m6.2812齿顶高ha13齿根高hf14径向间隙c0.42715齿根角16面锥角17根锥角18齿顶圆直径da19齿根圆直径df3.3 差速器材料的选择差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本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，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。要考虑齿轮的许用应力和弯曲强度，此次选用的齿轮材料为20CrMnTi。3.4 差速器强度的计算 差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它同于主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，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。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。根据文献1强度计算公式得出： （3.8） 式中：为差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩； 在此将取为498.06Nm； 为差速器的行星齿轮数； b2、d2分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径mm； 为尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当时，在此0.629； 为载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，1.001.1；其他方式支承时取1.101.25。支承刚度大时取最小值； 为质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取1.0； 为计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，参照图3.1可取=0.225。当T=min,时，=635 Mpa；当T= Tcf时，=144Mpa。 图3.1 弯曲计算用综合系数 根据上式（3.8）可得： =478.6MPa980MPa 所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。3.5 行星齿轮轴的分类和选用行星齿轮的种类有很多，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，而载货的大质量的汽车传递的转矩较大，为了使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。可以有效的提高轴的使用寿命。在小型汽车上由于转矩不大，所以要用一字轴。本次设计为小型汽车所以选用一字轴。3.5.1行星齿轮轴尺寸设计由行星齿轮的支承长度为，根据安装时候的方便选择轴颈的长度为L1为20 mm；而行星齿轮安装孔的直径d1为8.1mm，所以轴颈的直径d2预选为8mm。3.5.2行星齿轮轴的材料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，所以此次选用的轴的材料为45钢。第4章 差速器的运动仿真分析4.1 虚拟差速器模型运动仿真我们选用差速器的两个行星齿轮、两个半轴齿轮和一个行星齿轮轴作为研究对象各个齿轮的参数，如表3.1所示，利用UG8.0软件作为建模工具。首先，在UG8.0中建立行星齿轮、两个半轴齿轮和一个行星齿轮轴模型并完成装配，初步模型如下： 图4.1 半轴齿轮 图4.2 行星齿轮 图4.3 差速器行星齿轮和半轴齿轮装配模型如图4.3为差速器三维装配图，装配时，要使初始的齿轮面尽可能的啮合，以减少仿真时因为模型初始状态引起的误差。选择GC工具箱，选择齿轮建模中的锥齿轮，其中有齿轮啮合一项，如图4.5所示。 图4.5 建立齿轮模型 选择一个主动齿轮和一个配合齿轮，完成齿轮的啮合，如图4.6所示。 图4.6 齿轮啮合 完成行星齿轮和半轴齿轮的装配后，选择开始，选择运动仿真并保存尺寸修改，选择新建运动学仿真，单机连杆选择行星齿轮和半轴齿轮建立连杆，如图4.7所示。 图4.7 建立连杆分别建立4个连杆后选择运动副，建立4个运动副，建立后如图4.8所示。 图4.8 运动副建立好运动副后，选择齿轮副，由于有四个齿轮互相啮合，所以我们要建立3租齿轮副来确保他们互相啮合自转，并且选定其中的行星齿轮为主动齿轮，初始速度设定为30。齿轮副建立完成后单机解算方案，并且求解。至此我们完成了齿轮的运动学仿真。最后单机动画，点击播放即可看到差速器的运动仿真，如图4.9所示。 图4.9 运动仿真4.2 差速器动力学分析图表该汽车发动机最大扭矩107Nm，满载轴荷9.46KN，轮胎滚动半径为0.325m，假定路面摩擦系数0.3。 图4.10 力学图表如图4.11所示利用上面的运动学仿真，对其结果进行动力学分析，单击绘图，请求中选择速度和加速度分析，设置仿真时间为4s，步长为1s，仿真结果如图4.11。 图4.11 行星齿轮角加速度通过上述力学曲线做出如下分析，当直线行驶时，差速器两侧驱动桥零件运动情况相同，差速器行星轮无自转，两侧驱动轮犹如用一根整轴连接，相同的转速，整体旋转，左右半轴齿轮转速与差速器外壳相同，当车辆转弯时，倘若没有差速器，在车轮滚动的同时，两侧轮胎与地面将产生滑移，内侧车轮将产生滑转，两侧轮胎和地面磨损加大，若装有差速器，则附加力矩通过半轴齿轮左右到行星齿轮上，产生一个使行星齿轮转动的力，使行星齿轮沿顺时针产生自转，使外侧车轮转速加快，内侧车轮转速减慢，起差速作用。 图4.12 半轴齿轮行星齿轮啮合力分析行星齿轮对半轴齿轮啮合力曲线可知：秒时处于平稳行驶阶段，此时啮合力值呈平稳的周期波动状态，1秒后由于行星齿轮的自转，将与半轴齿轮产生周期性的啮合，这样会产生不断的冲击，导致其曲线图波动明显。第5章 差速器外壳夹具的设计5.1 夹具的分类机床夹具通常是指装夹工件用的装置：装夹各种刀具用的装置，则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围，一般可分为通用夹具，专用夹具和可以调整式夹具等。1）通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具，如车床上的卡盘，铣床上的回转工作台，分度头等。它们一般都标准化了，具有一定的通用性，可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。2）专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的。3）可调整夹具可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围，弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点，正在逐步推广使用可调整式的夹具。5.2 夹具设计本次设计的夹具为钻8的孔，加工过程要保证尺寸公差，该夹具适用于立式钻床。根据立式钻床的要求我们进行该零件夹具的设计。5.2.1 确定设计方案这道工序所加工的孔是以差速器外壳下表面L定位，并与该面平行。我们考虑以N面定位来加工该道工序的孔。从对工件的结构形状进行分析可知，该道工序加工一字孔为同心孔定位比较容易，因为使用立式钻床钻该一字孔，我们只需考虑在加工时如何将该工件立起。 工件以差速器外壳下表面如图5.1在夹具上进行定位，限制了三个自由度，根据六点定位原则，必须对另外的三个自由度加以限制。根据以上要求设计夹具方案如下：图5.1 差速器外壳通过下表面定位已经限制了三个自由度，分别是工件绕X轴的移动，绕Y轴和Z轴的转动，另外三个自由度分别是X轴的转动、Y轴和Z轴的移动，根据这样的要求我们可以设计该工件的定位夹紧方案。在此我们使用一个定位板将工件固定，使其达到所规定的精度并固定下来，这样便限制了Y轴和Z轴的移动两个自由度，鉴于该零件多孔的结构，我们可以采用定位销对其中的一孔进行定位来限制X轴的转动。因为钻削时钻削力是向下的，差速器外壳下面是悬空的，因此我们在下面放置一个可以调节的辅助支撑（图5.2）。图5.2 支撑杆5.2.2 导向装置设计该夹具主要为了加工壳体的一字孔，钻孔必须使用导向装置，即钻模板。又因为钻孔精度较高，钻孔后还需要扩孔，因此钻模板上固定个1快换钻套，上面用钻套螺钉压紧，如图5.3所示。图5.3 快换钻套5.2.3 定位元件的确定在选择定位方案时，由于定位方式多种多样，对定位基准、限位基准的确定也有几种不同方法，此处采用以下观点：1）当工件以回转面（内、外圆柱面、圆锥面、球面等）作为定位基面时，其轴线为定位基准。当工件以平面与定位元件接触，此平面就是定位基面，它的理想状态（平面度误差为零）是定位基准。但对于已经加工过的平面，通常忽略其平面度误差，所以认为，定位基面就是定位基准，二者重合。2）当定位元件以回转面作为限位基面时，其轴线作为限位基准。此夹具定位元件采用一平面和两定位销，有一面未限定的正好与加工的方向反向。可以不作要求，在夹紧的时候，留有稍微大点的余量即可。（夹具总装配图如图5.4所示）图5.4 差速器夹具装配图总 结至此为期半年的毕业设计已经临近尾声，我的大学生活也圆满结束，期间自己通过查阅资料，翻看书籍对机械设计又了更深层次的认识和了解，自动动手去实践让自己更一步的提高，我知道自己对于机械来说还所知甚少，但是我坚信我可以通过我的努力让自己成为一名合格的、过关的机械类成员。回想自己这半年来的学习，有过懊恼，有过开心，当然也有过迷茫，但是自己一步一步走过来通过努力；完成自己的设计，期间遇到很多困难，但是通过自己的学习解决了这些问题，让自己更加自信，让自己的知识更加多方面。不仅把自己平时所学的理论知识加以实际化，更重要的是我从中学会了如何提出问题、分析问题和解决问题，在实践中升华专业知识，提高动手能力，让理论与实践相结合。参考文献1 刘惟信.汽车车桥设计M. 北京:清华大学出版社,2003.2 陈家瑞等.汽车构造(下册)M:北京:人民交通出版社,2001.3 王兰美,殷昌贵.画法几何及工程制图M.北京:机械工业出版社,1995.4 张瑞萍,孙晓红.UG NX 6M.北京:清华大学出版社,2009.5 薛源顺.机床夹具设计(第二版) M.北京:机械工业出版社,1995.6 王霄峰:汽车底盘设计M.北京:清华大学出版社,2010.7 王惠军:造型设计汽车M.北京:国防工业出版社,2007.8 余光国,马俊,张兴发.机床夹具设计M.重庆:重庆大学出版社,1995.9 李东江,李和,张大成.东南富利汽车维修手册M.北京:北京理工大学出版社,2003.5.10 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版)M.高等教育出版社,2006.11.11 庞学慧,武文革.互换性与测量技术基础M.北京:电子工业出版社,2009.12 王霄锋,汽车底盘设计M.北京:清华大学出版社,2010.13 蔡兴旺,付晓光.汽车构造与原理(第2版下册)M.北京:机械工业出社,2011.14 王望予.汽车设计(第4版)M.北京:机械工业出版社,2006.15 曲补和.No-spin防滑差速器技术分析J.矿上机械,1999:202-206.16 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2010.17 王隆太.先进制造技术M.北京:机械工业出版社,2010.18 于涛,宋志安,李艳红.机械结构有限元分析M.北京:国防工业出版社,2010.19 朱家诚,朱文予.机械设计课程设计M.合肥:合肥工业大学出版社,2005.20 贾振华.行星齿轮机构传动模型J.中国西部科技,2006:28-29.21 陈家瑞.汽车构造(下册)M.北京:机械工业出版社,2002.22 常明.汽车底盘构造M.北京:国防工业出版社,2005.23 张洪欣.汽车设计M.北京:机械工业出版社,1996.24 侯运丰,刘雨.托森差速器的传动特性分析M.兰州:兰州理工大学出版社,2008. 25 任爱华,刘雍德,孙传琼等.常互锁全时差速传动装置传动特性分析J.机械传动,2007:79-80.26 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,2011.27 周凤云.工程材料M.武汉:华中科技大学出版社,2002.28 濮良贵,纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社,2010.29 Izykowski Stanislaw,Surminski Pawel. Virtual Prototype technique in machine tool designJ.Second International CAMT conference,2003:211-212.30 Asbby M.F.Material select in mechanical designM Oxford: Butterworth- Heinema nn,1999:35-41.致 谢 在毕业设计完成之际，我的心情万分激动。从设计的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程中，我得到了许多的热情帮助。 我首先要真诚的感谢我的指导教师张莉老师，是她的悉心教诲和认真指导使我顺利的完成了课题，并对我的研究提出了很多宝贵的意见，使我的研究工作有了目标和方向，使我能够不断地学习提高，同时，张莉老师渊博的学识、严谨的治学态度也令我十分敬佩，是我以后学习和工作的榜样。 还要再次感谢张老师对我的关心和照顾, 在此表示最诚挚的谢意。28