汽车差速器的设计

摘要ABSTRACTI1引言01.1 差速器的作用01.2 差速器的工作原理01.3 差速器的方案选择及结构分析31.3.1 差速器的方案选择41.3.2 差速器的结构分析42差速器齿轮的设计62.1 差速器设计初始数据的来源与依据62.2 差速器齿轮的基本参数的选择62.3 差速器齿轮的几何尺寸计算102.3.1 差速器直齿锥齿轮的几何参数102.3.2 差速器齿轮的材料选用132.3.3 差速器齿轮的强度计算133差速器行星齿轮轴的设计计算153.1 行星齿轮轴的分类及选用153.2 行星齿轮轴的尺寸设计153.3 行星齿轮轴材料的选择153.4 差速器垫圈的设计计算163.4.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计163.4.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计164 差速器标准零件的选用184.1 螺栓的选用和螺栓的材料184.2 螺母的选用和螺母的材料184.3 差速器轴承的选用184.4 十字轴键的选用184.5 差速器壳体设计185 差速器总成的装配和调整205.1 差速器总成的装配205.2 差速器总成的装配20结束语21参考文献23附录25解放CA1092型汽车差速器的设计摘要文章首先根据差速器的结构和工作原理，对差速器的设计方案选择作出了选择，最终确定选择差速器的类型为对称式圆锥行星齿轮差速器。本文参照传统差速器的设计方法进行了解放CA1092型载货汽车差速器的设计,根据经验公式进行计算，参考圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，确定出差速器齿轮的主要设计参数，然后对差速器齿轮的强度进行设计计算和校核，进行一些标准件的选用和非标准件的设计，继而根据装配关系设计差速器壳体。在得到各个零件尺寸之后绘制出主要零件图以及整体装配图，制作出差速器的装配动画。关键词：汽车；差速器；结构设计LIBERATIONCA1092CARSDIFFERENTIALDESIGNABSTRACTFirstly,accordingtothestructureandworkingprincipleofthedifferentialonthedifferentialdesignchoicesmadechoices,andultimatelydeterminetheselectiondifferentialsymmetricalconetypeplanetarygeardifferential.ThisarticlereferstothetraditionaldifferentialdesignmethodsliberationCA1092-typetruckdifferentialdesign,calculatedaccordingtotheempiricalformula,thereferencestructuresizeconeplanetarygeardifferentialtodeterminethemaindesignparametersofthedifferentialgear,Thentheintensityofthedifferentialgeardesigncalculationsandverification,somenon-standarddesignselectionandstandardparts,whichinturnbasedontherelationshipbetweendesigndifferentialhousingassembly.Drawthepartsdrawingandassemblydrawingaftergettingthewholepartsize,makingadifferentialassemblyanimation.KEYWORDS:Automobile;Differential;Design1 引言在汽车行业发展初期，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之一曾被汽车专家誉为“小零件大功用”。汽车在行驶的过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两车轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等。如果驱动桥的左、右车轮为刚性连接，则不论转弯行驶或者直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器1。差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑2。1.1 差速器的作用汽车差速器是驱动轿的主件，简单说它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。汽车在直线行驶时，左右车轮转速几乎相同，而在转弯时，左右车轮转速不同，差速器能实现左右车轮转速的自动调节，允许左右车轮以不同的转速旋转。汽车差速器是汽车传动中的最重要的部件之一，它有三大作用：首先是将发动机输出的动力传输到车轮上；其次，将主减速器已经增加的扭矩一分为二的分配给左右两根半轴；最后，担任汽车主减速齿轮，在动力传输至车轮前将传动系的转速减下来，将动力传到车轮上，同时允许两侧车轮以不同的轮速转动3。差速器对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着独特的作用，是汽车设计的重点之一。1.2 差速器的工作原理差速器的这种调整是自动的，这里涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。例如把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁，因为碗底是能量最低的位置（位能），它自动选择静止（动能最小）而不会不断运动。同样的道理车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态，自动地按照转弯半径调整左右轮的转速4。当转弯时，由于外侧轮有滑拖的现象，内侧轮有滑转的现象，两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力，由于最小能耗原理”，必然导致两边车轮的转速不同，从而破坏了三者的平衡关系，并通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而实现两边车轮转速的差异。驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接，则两轮只能以相同的角度旋转。这样，当汽车转向行驶时，就会出现以下问题：由于外侧车轮要比内侧车轮移动过的距离大，所以将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转；即使是汽车直线行驶，也会因为路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等（轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等等问题）而引起车轮的滑动或滑拖。车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗，还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动，在结构上必须保证各车轮能以不同的角度转动。差速器采用对称式圆锥齿轮结构，其原理如下图所示：gj1干0GJAco0cow4co图1-1差速器差速原理图1、2半轴齿轮3-差速器壳4-行星齿轮5-行星齿轮轴6-从动齿轮如上图所示，对称式圆锥齿轮差速器是一种行星齿轮结构。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连在一起，故为主动件，假设其角速度为与；半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为以和82。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中点为C,A、B、C三点到差速器旋转轴线的距离均为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6。于是以=切2=切,即差速器起不到差速的作用,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以角速度切4自转时，啮合点A的圆周速度为则=8r+编4，啮合点B的圆周速度为82r=or04r。于是便有，1r5”戊N,-4rr-4即81+82=2切0(1-1)如果角速度以每分钟转数n来表示，则n1+n2=2n0(1-2)上式为两半轴齿轮直径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者其它行驶的情况下，也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5。由式(1-2)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)，另一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动时，另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动60对称式圆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Mo平均分配给左、右两个半轴齿轮，即M1=M2=Mo/2。当两半轴齿轮以不同的转速朝相同的方向转动时，设左半轴转速小大于右半轴转速n2,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Mr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、右驱动车轮存在转速差时，Mi=(Mo-M.y2,M2=(Mo+Mr丫2,左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩Mr0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，计算公式如下：K=(M2-Mi/M=Mr/M0(1-3)差速器内摩擦力矩Mr和其输入转矩Mo(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M2/M1定义为转矩比，所以Kb=M2/Mi=(1+K丫(1-K)(1-4)目前广泛使用的对称式圆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Kb=1.11.4,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较好的路面上直线或者转弯行驶时，都是令人满意的。但是当汽车在较坏的路面行驶时，却严重影响了通过能力7。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，而在好的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的路面上的车轮与路面之间的附着力小，路面只能对半轴作用很小的反作用转矩，虽然另一车轮与好的路面之间的附着力较小，但是由于对称式圆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，汽车便不能前进网。当汽车直线行驶时，此时行星齿轮轴将转矩平均分配给两半轴齿轮，两半轴齿轮转速包等于差速器壳的转速，传递给左右车轮的转矩也是相等的，所以此时左右车轮的转速也相等。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的分配，必然会出现一个转速大，另一个转速小的现象，此时汽车就平稳地完成了转弯行驶901.3差速器的方案选择及结构分析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。普通汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，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10。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。1.3.1 差速器的方案选择对称式锥齿轮差速器结构简单，工作平稳可靠，广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥上，根据解放CA1092型载货汽车的类型，初步选定差速器的种类为行星锥齿轮差速器，安装在驱动桥的两个半轴之间，通过两个半轴把动力传给车轮。设计简图如下：图1-2差速器结构方案图1差速器左壳2半轴齿轮3行星齿轮4差速器右壳5十字轴如上图1-2所示，对称式行星锥齿轮主要是由差速器左、右壳1和4,两个半轴齿轮2,四个行星齿轮3,十字轴5组成。动力传输到差速器壳1,差速器壳带动十字轴5转动，十字轴又带动安装在它四个轴颈上的行星齿轮3转动，由于行星齿轮与半轴齿轮相互啮合，所以行星齿轮又将转矩传递给半轴齿轮，半轴齿轮又与半轴相连，于是传给半轴，半轴又将动力传送给驱动轮，驱动轮转动来完成汽车的行驶11。1.3.2 差速器的结构分析(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更换垫圈来调整齿轮的啮合间隙，以此来提高差速器的寿命。（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，行星齿轮轴也要用十字轴。（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12。2差速器齿轮的设计2.1 差速器设计初始数据的来源与依据本次设计选用的是解放CA1092载货汽车作为课题设计的原始数据的来源和依据。从解放CA1092开始投产就在不断的改进和提高技术性能、节源性能和稳定性能，到现在解放CA1092载货汽车全面完成了向一个新的高质量水平、高性能水平的过渡和转换。汽车载重量是汽车最基本、最重要的技术参数之一，是汽车整体设计的基本依据，在汽车可靠性和经济性的基础上，载重量将起到主导作用。解放CA1092型汽车规定的载重量为4350千克。参考的数据有：(1)发动机额定功率为99kw(当发动机转速为3000r/min)；(2)发动机额定扭矩为373Nm(当发动机转速为1300r/min);(3)变速器的传动效率n=0.9；(4)变速器传动比：7.64;4.834;2.856;1.895;1.337;1.0;倒档：7.107;2.2 差速器齿轮的基本参数的选择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撑座及主动齿轮导向轴承座的限制。(1)行星齿轮数目的选择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2个，反之则取4个。解放CA1092采用4个行星齿轮。(2)行星齿轮球面半径rb(mm)的确定圆锥行星齿轮差速器的尺寸通常取决于行星齿轮的背面的球面半径Rb,它就是行星齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器圆锥齿轮的节锥距，在一定程度上表征了差速器的强度13。球面半径Rb可按如下的经验公式确定：Rb=KbVtT(2-1)式中：Kb行星齿轮球面半径系数，可取2.52.99,对于有4个行星齿轮的载货汽车取最小值;Tc计算*$矩，取Tce和Tcs的较小值，Nm.从动锥齿轮计算转矩Tce(2-2)kdTemaxkiiifioTce二式中：Te max发动机最大转矩;Temax= 373 N m；(2-3)ii变速器最低档传动比ii=7.64;io主减速一级传动比1.93;if分动器传动比，在此无；上述传动部分的效率，取=0.9;kd超载系数，对于一般载货汽车、矿用汽车和越野汽车以及液力传动的各类汽车取kd=1;k液力变矩器变矩系数，在此无；n该车的驱动桥数目；该车采用发动机后置后驱为1;G2汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷，对后桥来说还应考虑到汽车加速时的负荷增大量60769N（参考解放CA1092车型）；m2负荷转移系数取1.1;中一一轮胎对路面的附着系数，对于安装一般轮胎的公路用汽车，取中=0.85;对越野汽车取中=1.0；对于安装专门的肪滑宽轮胎的高级轿车取中=1.25；货车为一般公路用车取0o0.85；rr车轮的滚动半径，0.4064m（轮胎型号：8.25-R16）;nm,im分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和减速比（例如轮边减速器等）,nm=0.9,im=3代入式(2-2)(2-3),有:Tce3737.641.930.9=3429NmG2m2T607691.10.850.40642-=8552.3Nmimm30.9计算转矩Tc的值取Tce和Tcs的较小值，所以Tc=3429Nm根据式（2-1）可得到：RB=2.533429=37.7mm取整为RB=38mm。Rb确定后，即可根据以下公式预选节锥距:Ao=。980.99Rb(2-4)在此取A0=0.98Rb：37mm（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的强度，应使行星齿轮的齿数尽量少，但一般不少于10。半轴齿轮白齿数采用1425,大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比Z2/Z1在1.52.0的范围内14。在此选取行星齿轮齿数乙=12,半轴齿轮齿数z2=20o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，左右两个半轴齿轮的齿数Z2L，Z2R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:Z2LZ2R二In(2-5)式中：左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说,Z2L=Z2R；行星齿轮数目;任意整数所以，z1=12,z2=20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/,%Zi121aarctan=arctan=30.96z2202-90-1=59.04m =2A0sin iZi再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数m=2A0sin2=27sin59.04=3.17z220根据标准值取为3mm。于是可得到齿轮的节圆直径d1=mz1=312=36mmd2=mz2=320=60mm(5)压力角a目前，汽车差速器的齿轮大都采用22.5的压力角，齿高系数为0.8。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。在此选22.5的压力角15。(6)行星齿轮安装孔的直径中及其深度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(2-6)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:L=1.1(2-7)(2-8)To1031.1L-chl式中：To差速器传递的转矩，Nm;根据CA1092型汽车查得To=2101.54Nm;n行星齿轮数;l 行星齿轮支承面中点到锥顶的距离,mm。l电0.5d2 , d2是半轴齿轮齿面宽中点处的直径，d2*0.8d2；tc 1支承面的许用挤压应力，在此取为69MPa。根据上式可得l=24mm17 mm._2101.54103一1.169424L-1.11719mm所以，行星齿轮安装孔的直径力为17mm,深度L为19mm。2.3 差速器齿轮的几何尺寸计算2.3.1 差速器直齿锥齿轮的几何参数表2-1差速器齿轮参数表项目1行星齿轮齿数乙至10应尽量取最小值z1=12z2=1425且满足2半轴齿轮齿数Z2=20z2.z1=1.52.03模数mm=3mm4凶回竟F二(0.250.30)A0F10mF=10.2mm5齿工作高hn=1.6mghg=4.8mmg6齿全高h-1.788m0.051h=5.415mm7压力角a二22.58轴交角=90%=909节圆直径d1=mz1;d2=mz；2d11011121314节锥角节锥距周节齿顶局齿根高71=arctaA02thcha2=:hf1hf2n亘；2=90Z2d1d2sinm2sin，=3.1416mi1=hg-ha2八村0.3700.43十2但】一.二=1.788m-ha1a1=1.788m-ha2a22mX1516径向间隙齿根角c=h-h邑a=0.188m+0.051g一一hf1=arctanA0hf2=arctanA6117面锥角%-2；2=尸2+4181920根锥角外圆直径节锥顶点至齿轮外缘距离y_y_，R11一d01=d02=1.=01心=021；:R2=G_&2d1+2ha1cos?1d2+2ha2cos；2d2,.丁二一ha1Sin，12d1.y二一ha2Sin22；R1=36mm;d2=60mm=30.96;%=59.04。A0=37mmt=9.42mmha1=3.11mmha2=1.69mmhf1=2.254mmhf2=3.674mmc=0.615mm=43.79;52=46.173=37.13口；丁02=62.83=27.17；R2=56.66*d01=41.33mmd02=61.74mm01=28.4mm02 = 16.55 mm2122理论弧齿厚齿侧间隙S2=：_ha1_ha2tan:-mB=0.2450.330Sx1$S3BS126d1223弦齿厚Sx2GS23B-S2-6d22-2hx12,cos1ha1-14d124弦齿高hx2_.S22cos2-ha24d2S1=t-S2S1=5.16mmS2=4.26mmB=0.250mmSxi=5.08mmSx1=4.20mmhxi=3.1327mmhx2=1.73mm齿轮零件图如下图所示:图2-1行星齿轮图2-2半轴齿轮2.3.2 差速器齿轮的材料选用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16o2.3.3 差速器齿轮的强度计算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2 103TK0KsKmKvFz2m2 JMPa(2-9)式中：T差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算公式T=五出6n在此T=315.381Nm（n差速器的行星齿轮数）；端面模数，m=3;Ko动载系数，对于一般载货汽车，取丸=1；Ks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mA1.6时Ks=d2mr在此Ks=i；23459；Km载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，Km=1.001.1；其他方式支承时取1.101.25。支承刚度大时取最小值；Kv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;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图2-3弯曲计算用综合系数2103315.38110.591.1根据上式二w=2=877.47MPa：980MPa110.22030.231所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求3差速器行星齿轮轴的设计计算3.1行星齿轮轴的分类及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，故在其轴颈上铳有平面供润滑用，可以有效的提高轴的使用寿命17。此次设计选用的是行星齿轮十字轴。其结构如下图所示：阳dl/I1I/口图3-1十字轴的结构方案图3.2行星齿轮轴的尺寸设计由行星齿轮的支承长度为L=1.1M17球19mm,根据安装时候的方便选择轴颈的长度Li为20mm；而行星齿轮安装孔的孔径4=17mm,所以轴颈的直径外预选为17mm。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，直选用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18。3.4差速器垫圈的设计计算垫圈是垫在连接件与螺母间的零件，一般为扁平形的金属环，用来保护被接件的表面不受螺母擦伤，分散螺母对被接件的压力。垫圈的种类有：弹簧垫圈、平垫圈、密封垫圈、球面垫圈等。垫圈的材料通常是软钢、青铜、尼龙、聚甲醛塑料190在差速器传递转矩的时候，行星齿轮和半轴齿轮都要受到很大的轴向力，而齿轮和差速器之间又有相对运动，所以要用垫圈来减少磨损。差速器要用到两个垫圈，一个垫圈是半轴齿轮支承垫圈，选取为圆形平垫圈，其中一个是软质地的，一个是硬质地的，其主要作用是增大接触面积，分散压力，防止压坏。另一个是差速器行星齿轮支承垫圈，根据相关要求选取为球面垫圈，垫圈将行星齿轮和行星十字轴固定在一起传递转矩20。3.4.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计如下图所示：为平垫圈的结构方案简图D1/D2/T一h|1(a)(b)图3-2平垫圈参考解放CA1092型载货汽车的半轴直径的数据为50mm,如图所示，按照装配关系可选择半轴齿轮平垫圈的安装孔直径D要大于50mm,初步预选安装孔直径D2为50.5mm,由图根据安装的简易程度选取垫圈的厚度h为8mm,选用的材料是65Mn。3.4.2行星齿轮球面垫圈的尺寸设计D2D1图3-3球面垫圈由行星齿轮十字轴轴颈的直径为17mm,根据装配关系选择球型垫圈的安装孔,直径口2为17mm,厚度h为7mm,选用的材料是Q235A。4差速器标准零件的选用4.1 螺栓的选用和螺栓的材料螺栓的种类很多，随着机械及其他相关行业的发展，对螺栓的要求也越来越高，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）、六角头较制孔用螺栓、六角头螺杆带孔螺栓等21。而查解放CA1092型载货汽车数据得连接螺栓为M14M1.5,细牙螺纹，拧紧力矩为137.2156.8Nm,即为GB/T5782M14义1.5。现在生产螺栓的原材料一般是碳素钢、不锈钢、铜三种，为了加强螺栓的强度，此次选用的是碳素钢。4.2 螺母的选用和螺母的材料我们所学的螺母有六角薄螺母、六角开槽螺母。在机械行业、汽车行业以及相关行业，经过几年的发展，螺母的种类和型号也越来越齐全。根据差速器已选定的尺寸为M14黑1.5的螺栓，所以由装配关系选择差速器螺母应该为M14的，性能等级为8级的，不经过表面处理的六角螺母，即：GB/T6170M14。符合解放CA1092型载货汽车的螺栓要求。现在一般生产的螺母原材料一般是碳素钢、不锈钢、铜三种，为了加强螺栓的强度，此次选用的是碳素钢。4.3 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。根据装配关系和连接零件的形状来选用轴承，在此选择的轴承为圆锥滚子轴承220由差速器的计算数据，参考资料取差速器轴承外径为130mm,内彳全为75mm。参考机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 十字轴键的选用键主要用作轴和轴上零件之间的周向固定以传递扭矩，此处行星齿轮与十字轴的固定选择普通平键230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8M7mm,键的长度为20mm,材料选择45钢。4.5差速器壳体设计为制造和加工方便，差速器的壳体采用铸造制成，材料为HT200,结构为剖分式结构。具体尺寸根据装配进行设计。图4-2差速器下壳5差速器总成的装配和调整5.1差速器总成的装配设计完差速器的组成部件就要对差速器进行装配。工业上装配的步骤如下：（1）用压力机将轴承的内圈压入左右差速器的半轴轴颈上；（2）把差速器壳放在工作台上，在与行星齿轮和半轴齿轮相配合的工作面上涂抹机油，将半轴齿轮平面垫圈连同半轴齿轮一起装入，将已装好行星齿轮和球面垫圈的十字轴装入左差速器壳的十字槽中，并使行星齿轮与半轴齿轮啮合。行星齿轮上装上右边的半轴齿轮、平面垫圈，将差速器右壳合到左壳上，注意对准壳体上的合件标记，从右向左插入螺栓，在螺栓左端套上锁片，用螺母左端套上锁片，用螺母紧固，半轴齿轮支撑断面与支承垫圈间的间隙应不大于0.5mm。（3）将从动锥齿轮装到差速器左壳上，用螺栓锁紧24。5.2差速器总成的装配齿轮啮合间隙的调整方法：正确的齿轮啮合间隙范围应该为0.150.4mm,而一对齿轮的齿轮间隙变动为0.15mm。如：一对啮合齿轮白最小齿轮间隙为0.15mm,则最大间隙只能为0.30mm，若最大齿轮间隙为0.40mm，则最小齿轮间隙为0.25mm等。齿轮的啮合间隙的调整可用移动差速器轴承的调整螺母达到。由于差速器轴承的预紧度已经预先调好，因此调整啮合间隙时，一侧的调整螺母松或者是紧多少，另一侧的调整螺母也要松或者是紧多少，以便差速器轴承的预紧度保持不变25。结束语本次毕业设计是以解放CA1092型汽车差速器作为研究对象，对差速器的结构和作用进行分析后，对差速器零部件进行设计及计算，绘制各个零部件图纸及装配图，最后绘制出三维实体，实现装配动画。同时自己也设计出了比较理想的汽车差速器，可以满足汽车转弯时左右车轮速度和转矩的相关对应要求。主要完成如下任务：（ 1） 差速器半轴齿轮的设计及材料选择。（ 2） 差速器行星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。此设计属一般性难度，适宜作为毕业设计的题目。但是本设计还有待完善，只是根据传统的设计经验公式一步步推算，对于创新方面还需要有提高。致谢为期一个学期的毕业设计基本已经结束了，回顾整个设计过程,我觉得受益匪浅。毕业设计既是对大学几年学习情况的综合检测，也是毕业之前理论与实践相结合的一个强化过程，对即将踏入工作阶段学习的我具有很大的帮助，也能让我们学到很多。在此毕业设计中，是对以前的知识初步回顾，弥补了自己以前没有学好的课程，尤其加深了对减速器的理解。本次差速器的设计主要经过三个阶段。第一阶段是实习即资料收集阶段，第二阶段是整理资料,第三阶段是正式设计阶段。在第一阶段我们充分利用图书馆及互联网，以及之前通过金工实习和外出实习等其他渠道的学习，对所设计课题有了初步的了解，首先使我对课题有了一个感性的认识，获得了很多关于差速器的资料，这些资料在我的整个设计中起到很大的作用。第二阶段是重点整理分析所收集的资料，分析和掌握差速器的工作原理及特点等，大致构思出本次的设计思路。第三阶段进行设计计算，绘制草图和计算机图样，编写设计说明书。除了学习到与差速器相关的大量知识外，应特别说明的是，本次设计的完成，极大地锻炼了我的实际动手能力，包括机械设计的基本步骤，方案的确定，工具书的查找，机械制图能力的考验，计算机绘图能力的加强等等，这为我以后在工作阶段的机械设计打下了良好的基础，这样一来我就能在以后的设计中很好的去适应这个过程，这一点对于一个设计人员来说是十分重要的。在此要特别感谢杨建伟老师对我的指导和教诲，他不辞辛苦，在百忙中抽出时间来对我的设计分析，给予难点、疑点的讲解，并指出了我设计中的错误，让我能在有限的时间里做出修改，得到有效的成果。在杨老师这么多年的教学经验和科研成果的引导下，更让我学习做到知识、学问务必追求严谨、务实的学习态度，认识到成绩是踏踏实实做出来的。在杨老师的帮助和自己的努力下，我的毕业设计得以圆满完成，对杨老师表示衷心地感谢。参考文献1 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,1981:98-141.2 刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社,2001:165-171.3 候运丰,刘雨.托森差速器的传动特性分析J.北京:机械工业出版社,2008,25(3).4 吉林大学汽车工程系.汽车构造M.北京:人民交通出版社,2006:1-10.5 成伟华.汽车概论M.重庆:重庆大学出版社,2008:6-10.6 王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社,2004:81-10.7 王树风.汽车构造M.北京:国防工业出版社,2010:235-245.8 李瑞琴.机械原理M.北京:国防工业出版社,2008:98-141；144-160.9 濮良贵,纪名刚主编.机械设计M.北京:高等教育出版社,2007:186-235.10 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,2006:158-166.11 刘惟信.圆锥齿轮与双曲面齿轮传动M.北京:人民交通出版社,1980:15-21.12 刘惟信.驱动桥M.北京:人民交通出版社,1987:5-8.13 林家让.汽车构造底盘篇M.北京:电子工业出版社,2004.1-7.14徐志强.汽车差速器发展现状研究J.中国科技投资，2013(31).15陈霞,夏巨谟，胡国安等.直齿圆锥齿轮啮合过程数值模拟J.机械设计，2006,23(4):21-23.16林逸,施国标.汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势J.公路交通科技，2001,3(4):2-8.17 ThanhTDC，AhnKK.NonlinearPIDcontroltoimprovethecontrolperformanceofaxespneumaticartificialmusclemanipulatorusingneuralnetworkJ.Mechatronics，2006，16:577-587.18 KuhnsHD，MazzoleniC，MoosmullerH，etal.RemotesensingofPM，NO，COandHCemissionfactorsforon-roadgasolineanddieselenginevehiclesinLasVegas，NVJ.ScienceoftheTotalEnvironment，2004，322:123-137.19 顾云青，张立军.电动汽车电动轮驱动系统的开发现状与趋势J.汽车研究与发展，2004，9(12):27-30.20 王益全.电动机原理与实用技术M.北京:科学出版社，2005:183，188-192.21 刘惟信.汽车车桥设计M.北京:清华大学出版社，2004:28-32.22 陈家瑞.汽车构造M.北京:机械工业出版社，2002:113-117.23 王龙太.先进制造技术M.北京:机械工业出版社，2010:58-60.24 钱斌,高洪,胡开明.汽车差速器结构设计J.机械工程师,2009,2:38-39.25 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,2009:87-95.附录附录1解放CA1092差速器装配图A1附录2解放CA1092差速器行星齿轮零件图A4附录3解放CA1092差速器半轴齿轮零件图A3附录4解放CA1092差速器上壳体零件图A3附录5解放CA1092差速器下壳体零件图A3附录6解放CA1092差速器十字轴零件图A3