课程设计差速器的设计

学号06071417成绩课程设计说明书设计名称差速器的设计设计时间2009年4-6月系别机电工程系专业汽车服务工程班级07级14班姓名罗毅鉴指导教师宋玉林2010年4月20日目录一、设计任务书二.传动方案的拟定三、总体设计（一）传动比白分配（二）传动装置的运动和动力参数计算四、传动零件的设计计算（一）主减速器齿轮设计（二）差速器齿轮的设计五、半轴的计算与校核(一)半轴计算转矩？T及杆部直径(二)全浮式半轴强度校核计算六、滚动轴承的选择七、差速器壳体设计一、设计任务书题目2:A0级轿车差速器设计车型发动机N.max发动机M.maxI档变比主传动比驱动方案发动机面包车I80kw/6000rmp140N.m/4500rmp3.643.23.9FR纵置已知条件：(1)假设地面的附着系数足够大;(2)发动机到主传动主动齿轮的传动效率w0.96；(3)车速度允许误差为土3%(4)工作情况：每天工作16小时，连续运转，载荷较平稳；(5)工作环境：湿度和粉尘含量设为正常状态，环境最高温度为300C(6)要求齿轮使用寿命为17年(每年按300天计)；(7)生产批量：中等。(8)车轮半径R380mm(9)半轴齿轮、行星齿轮齿数，可参考同类车型选定，可自己设计。9)差速器转矩比S=1.15-1.4之间选取。(10)安全系数为n=1.21.35之间选取(11)其余参数查相关手册。(12)车重1.8吨传动方案：如参考图例设计工作量：(1)差速器设计计算说明书1份。(2)差速器装配图1张(A0图纸)；(3)零件工作图2张(同一设计小组的各个同学的零件图不得重复，须由指导教师指导选定);二.传动方案的拟定普通的对称式圆锥行星齿轮差速器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-差速器右壳三、总体设计(1)传动比的分配一档变比i13.64：主传动比：103.55总传动比：降3:n3.643.5512.922心I1I0(2)传动装置的运动和动力参数计算主减速器主动锥齿轮所传递的扭矩主减速器从动锥齿轮所传递的扭矩：差速器转矩比为S1.24MB-S1.24(1)MsMBMsMo1736.717N.m(2)联立两式得Ms775.32N.m,MB961.40N.m取MB961.40N.m为半轴齿轮所接收的转矩主减速器主动锥齿轮转速n主n/i1竺001236.26r/min3.64半轴齿轮转速n0n/i总4500/12.922348.24rmp由差速器原理知n1n22n0当车辆转向时其极限情况为内侧车轮不转，则另一侧车轮转速为2n0696.48rmp则当车辆转向时，半轴齿轮最大转速nmax696.48rmp,最大转矩Mmax961.40N.m传动装置和动力参数名称转速n/(rmin1)扭距/Nm传动比/i发动机最大扭矩/转速M.max45001401I挡45001403.64主减速器主动锥齿轮1236.26489.2163.55主减速器从动锥齿轮348.241736.717半轴齿轮696.48961.40四、传动零件的设计注：注：本计算采用西北工业大学编机械设计（第八版）讲述的计算方法。有关设计计算公式、图表、数据引自此书。（一）、主减速器齿轮的基本参数选择、设计与计算螺旋锥齿轮传动（图a）的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。但是在工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。本次课程设计采用螺旋锥齿轮传动a）图a主减速器齿轮传动形式a）螺旋锥齿轮传动b）双曲面齿轮传动c）圆柱齿轮传动d）蜗杆传动驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。它是传动系中的薄弱环节。锥齿轮材料应满足如下要求：1）具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。2）轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。3）锻造性能、切削加工性能及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。4）选择合金材料时，尽量少用含银、铭元素的材料，而选用含镒、钮、硼、钛、车目、硅等元素的合金钢。（二）、选择齿轮类型、材料和热处理、精度等级、齿轮齿数1）按传动方案选用直齿轮圆锥直齿轮传动2）主减速器受轻微冲击，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。3）材料选择由所引用教材表101选择直齿锥轮材料为20CrMnTi（调质），硬度为300HBs街芯部）.60HRC（齿面）4）选小齿轮齿数乙16,则：z2i主乙3.551656.8,取z257。1、按齿面接触强度设计由教材式（109a）进行试算，即d1t2.923；工KT1hr（10.5r）2u（1）确定公式中各计算数值：1）初选载荷系数Kt1.3齿轮7级精度，由图108查得动载系数Kv1.25直齿轮，KHKF1由表109查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KHKfKHbe1.15eue故载荷系数KKAKVKHKH11.2511.151.4382）计算小齿轮传递的转矩3）由表107选取齿宽系数r0.334）由表106查得材料的弹性影响系数5）由图1021e按齿面硬度查得小齿轮的接触Ze189.8，福疲劳强度极限Hlim11600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim21600MPa6）由式1013计算应力循环次数。N160nljLh60123618300173.03109,7）由图1019取接触疲劳寿命系数系数KHN10.91,KHN20.938）计算接触疲劳许用应力。取失效率为1%,安全系数S1.2由式（10-12）得（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径d1t,带入H中较小的值。2）计算齿宽b及模数mntbh=2.25mnt=2.254.51=10.14mm2.35h3）按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径d1计算模数mn3.按齿根弯曲强度设计由式（1024）得弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算数值1）由图1020d查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE11000MPa;大齿轮的弯曲强度极限FE21000MPa2）由图1018取弯曲疲劳寿命系数Kfn10.86,Kfn20.89,3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S1,由（1012）得4）计算载荷系数Ko5）查取齿形系数。z2d2ucot1tan23.56,2arctan3.5674.31乙d1取整zv2211,zv1筲16.6,Zvi17u3.56由表105查得yFa12.97;yFa22.066）查取应力校正系数。由表105查得ySa11.52ySa21.97。7）计算半轴齿轮的,行星齿轮的血大齿轮的数值大（2）设计计算4KTiYFaYSa3- r(1 0.5 r)2Zi2 u2 1 F34 1.438 3.45312 105, 0.33 (1 0.5 0.33)2 162 . 3.562 10.00525 =3.63mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳计算的模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数3.63并就近圆整为标准值m4,所以这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。所以，直齿锥齿轮的模数为m4取分度圆直径d174.72mm，修正齿数Z1包747218.68，取Z119m4则Z23.551967计算中心距计算大、小齿轮分度圆直径d1乙m76mmd2Z2m268mm计算齿轮宽度圆整后取B224mm,B122mm（三）、主减速器主动齿轮与从动齿轮的强度校核由式（1023）得弯曲强度的校核公式为:1）因为其他参数都已知所以，只需计算主动齿轮的F从动齿轮的匕2,齿宽6和b2b12.u 1mz1 r-22、一u143.93,b2mz2R156.19,28）分别代入各参数F1Wm(1 0.5 R)1.438 11.487 1 03 2.97 1.5243.93 4 (1 0.5 0.33)508.23MPaF1508.23MPa fi 860MPa ,所以主动锥齿轮强度合格。KFt2YFa2Ysa2F2b2m(1 0.5 R)1.438 11.469 103 2.06 1.97156.19 4 (1 0.5 0.33)128.30MPa ,F2128.30MPafi890MPa,所以从动锥齿轮强度合格。由式（10-25）得接触疲劳强度的校核公式为:把上式求的参数带入得5 189.81.438 345.312 1031,0.33 (1 0.5 0.33)2 723 3.561209.44MPa31.438 1225.858 105 189.8 23,0.33 (1 0.5 0.33)2 2563 3.56339.89MPaH强度合格H强度合格（四）、主、从动直齿锥齿轮的具体参数表2主减速器主、从动直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表序号项目计算公式计算结果1模数mm=42主动锥齿轮齿数z116,应尽量取最小值3从动锥齿轮齿数4齿顶身5齿根身6齿高7分度圆直径d1d28分度圆锥角12,_Z11arctan,Z2115.70160,9外锥距R10iWb11齿顶圆直径a1da212齿根圆直径df1df213齿顶角a1a214齿根角f1f215顶锥角a1a216根锥角f1f2五、差速器的基本参数选择、设计与计算注：本计算采用化学工业出版社汽车工程手册讲述的计算方法。有关设计计算公式、图表、数据引自书。1 .行星齿轮差速器的确定1）选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数选择直齿圆锥齿轮，选用7级精度，材料为20CrMnTi（调质），硬度为5862HRC,行星齿轮数目的选择乙10,半轴齿轮齿数Z2202）按齿根弯曲疲劳强度计算确定计算参数由图（10-20d）查得齿轮弯曲疲劳强度极限FE1FE21100MPa,由图（10-18）取弯曲疲劳寿命系数KFN10.86,KFN20.89z2d2八ucot1tan22,2arctan263.43Z1d1取整Zv245,Zvi-V24511.25,Zvi12（Zvi在表10-5中无法查到，因此按比u2例的方法同时把齿数Z1,Z2增大，Z116,Z232）,按同样的方法算得Zv1=18,Zv2=70。由表105查得yFa12.91,yFa22.243）查取应力校正系数。由表105查得ysa11.53,ysa21.75取弯曲疲劳安全系数S1,由（1012）得计算m3：413.3414105,0.004713.13,圆整3.5；0.33（10.50.33）2202,221按齿面接触疲劳强度计算按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim11500MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim21500MPa计算小齿轮分度圆直径为了能同时满足弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，取最佳半轴齿轮的齿数Z2%20.55,圆整为21,Z12110.5,圆整为11m2计算中心距a（Z一Z2）m56mm2计算大、小齿轮的分度圆直径计算齿轮宽度圆整后取B112mm,B217mm表3差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表序号项目计算公式计算结果1模数mm=3.52行星齿数z110,应尽量取最小值3半轴齿数z2=14254齿顶身5齿根身6齿高7分度圆直径d1d28分度圆锥角12Z11arctan,z2126.562709外锥距R10iWb11齿顶圆直径da1da212df1齿根圆直径df213齿顶角a1a214齿根角f1f215顶锥角a1a216根锥角f1f2差速器直齿锥齿轮的强度计算差速器齿轮主要进行弯曲强度计算，对疲劳寿命则不予考虑，这是因为行星齿轮在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与半轴齿轮之间才有相对滚动的缘故。越野汽车的差速器齿轮的弯曲应力校核如下由式（1023）得弯曲强度的校核公式为;其中,300 17 7.38 1083500_n1301.50,N160nljLh60301.53.273.55（1）确定公式内的各计算数值1）由图10 20d查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE11100MPa；大齿轮的弯曲强度极限 FE2 1100MPa2）由图10 18取弯曲疲劳寿命系数Kfni 0.86,K FN20.89,3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S 1.2,由（10 12）得4）计算载荷系数K o5)查取齿形系数。cot 1tan 2 卫Zi2 arctan 2 63.43zv2dv2mmdv2m(1 0.5 r)Z2cos 22044.44，取 zv2450.45Zv2 2 u44-V 11.25, 22Zv112(Zvi在表10-5中无法查到，因此按比例的方法同时把齿数z2增大，乙 16, z232）,按同样的方法算得zw=18, zv2=70o由表 10 5 查得 yFa12.91, yFa22.243）查取应力校正系数。由表 10 5查得 ySa1 1.53, ySa21.754）计算半轴齿轮的Ft1 ,行星齿轮的Ft2b1 mz1 r1 12.912,b2 mz2 r-190.39,25）分别代入各参数F1F1F2F2六、(一)KFt1YFa2Ysa2b2 m(10.5 r)488.23MPa KFt2YFa1Ysa1b1m(10.5 r)262.59MPa 半轴的设计1.438 22.88 103 2.24 1.75 488.23MPa,90.39 3.5 (1 0.5 0.33)F1,所以半轴齿轮强度合格。1.438 9.53 103 2.91 1.53 MPa , 12.91 3.5 (1 0.5 0.33)F1,所以行星齿轮强度合格。半轴计算转矩及杆部直径根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。全浮式半轴只承受转矩，全浮式半轴的计算载荷可按主减速器从动锥齿轮计算转矩进一步计算得到。即TTj0.851736.7171476.21式中，H差速器转矩分配系数，对于圆锥行星齿轮差速器可取0.85;?T单位为NI-项已经考虑到传动系中的最小传动比构成。对半轴进行结构设计时，应注意如下几点：杆部直径可按照下式进行初选。式中，。式一许用半轴扭转切应力，MPad一一半轴杆部直径，mm根据初选的d,按应力公式进行强度校核（二）半轴强度校核计算半轴的扭转切应力为式中，一一半轴扭车t切应力，MPad半轴直径，mm半轴的扭转角为式中，一一扭转角；l一一半轴长度；1=600G-材料剪切弹性模量G=290MPa44Ip一一半轴断面极惯性矩，I旦3.142538330.1。p3232半轴的扭转切应力考虑到安全系数在1.31.6范围，宜为490588MPa单位长度转角不应大于8/m0半轴花键计算半轴和半轴齿轮一般采用渐开线花键连接，对花键应进行挤压应力和键齿切应力验算。挤压应力不大于200MPa切应力不大于73MPa1)半轴花键的剪切应力s4T1041476.211089.14MPa(dD)zLpb(2521)164030.75式中：？?？T一一半轴计算转矩，N-m?d半轴花键外径，mm?D一一与之相配的花键孔内径，mm?z花键齿数?Lp花键工作长度，mm?b花键齿宽，mm?3载荷分配不均匀系数，计算时可取0.752)半轴花键的挤压应力式中：？T半轴计算转矩，N-m?D一半轴花键外径,mm?d与之相配的花键孔内径，mm?z花键齿数?4花键工作长度，mm?b花键齿宽，mm?3载荷分配不均匀系数，计算时可取0.75符号名称测得数据（mz花链齿数16b花链齿宽3L花键工作长度40D花键大径25d花键小径21C花键倒角尺寸1.0表4半轴花键参数m七、滚动轴承注：本计算采用机械工业出版社机械设计课程设计讲述的计算方法。有关的选择设计计算公式、图表、数据引自书。滚动轴承的选择根据载荷及速度情况，选用圆锥滚子轴承。半轴的结构设计，根据d半轴30选取30208其基本参数查表124,最43.2kN,C0r50.5kN。八、差速器壳体的设计主减速器从动轮与差速器壳联接螺栓计算主减速器从动锥齿轮接收到的转矩为MX3398.458N.m螺栓到从动轮中心的距离定为100mmM16螺栓课程设计P100,螺母大彳5e=26.8mm,(性能等级为8.8),初定12颗。每颗螺栓所传递的力F工33398.45832832.05N12100101210010由机械工程切削手册P228-238可得出所选M16螺栓的小径d1=d-2+0.376=14.376mm由机械设计P76:剪切强度雪4132.0117.46MPad23.1414.3762挤压强度p min2832.0514.376 (28 1.5 2)7.880MPa(Lmin为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，其中螺栓孔深度定为28mm螺栓孔倒角长度为1.5mm)螺纹联接件的许用切应力为：机械设计P84选用铸铁材料S取值范围是3.55s200-40MPa5PSp20080MPa2.5Sp取值范围是2.02.5故：满足p p满足九、参考资料1机械设计课程设计，机械工业出版社，殷玉枫主编,2007年7月第一版;2机械设计，高等教育出版社，谭天昌、赵洪志主编,2004年7月第一版;3简明机械设计手册，同济大学出版社，洪钟德主编,2002年5月第一版;4减速器选用手册，化学工业出版社，周明衡主编，2002年6月第一版;5 工程机械构造图册，机械工业出版社，刘希平主编6 侯洪生机械工程图学北京：科学出版社，20017 甘永立几何量公差与检测上海：科学技术出版社，20058 云，周蓓蓓，吴勇，刘怡，计算机辅助设计与绘图AutoCAD2005教程及实验指导（第二版）.北京：高等教育出版社，20069 郑建中.机器测绘技术.北京:机械工业出版社,2001十、本次课程设计的感受通过将近三个月的不懈努力，我自己动手设计的差速器终于圆满完成。这是大学以来我们花时间最多的第二个自己真正动手演练的实践，从刚开始的无从下手，到现在的圆满结束，让我体会到了无数的困难和失败，但都被我一一的克服。通过这样的一个过程，我们了解并实践了机械设计的基本过程。同时我认识到了机械设计是一门实践性和经验性要求很高的学科，虽然是自己设计，但是要遵循很多标准。机械设计的过程实际上就是一个不断用标准来完善的过程，而且在设计时要首先作一些假设，通过后面的设计进行比对，重复修改，不断完善。要想设计出一件好的产品需要我们手头有完善的标准和经验。经过这次训练，我们积累了一些经验，同时更加熟悉了AutoCAD软件的运用，通过这次训练，我接触到了CADt件的更多模块，对其使用更加熟练。针对我个人的设计，我谈一下优缺点：优点：这次的机械设计课程设计的时间比较长，难度也比较大，而且有很大的计算量，在设计的过程中遇到了很多问题，但我还是坚持下来直到最后的成功。这个单级差速器的体积比较庞大，在传动的过程中会产生很大的扭矩和弯矩，经校核其扭矩和弯矩都符合要求，也没有产生任何干涉，齿轮啮合的也很合理。缺点：在设计的过程中有一些细节上的部位没有做好，有些也没有按照国家的标准来做，只是凭着自己的感觉大概的建出来，没有太多的根据。计算出齿轮的厚度也很大，导致后面建出来的箱体也很大，这些都可以通过进一步的计算和验算来减小总体的尺寸，达到最佳的优化效果.总的来说，这次课程设计使我积累了不少经验，让我学会了独立解决问题，发现问题，分析问题的能力，通过学习，学会了熟练掌握国家标准机械制图中的相关内容，并能熟练查阅机械设计手册和有关参考资料，巩固了大一所学的CAD图软件，熟练的掌握零件图和装配图的绘制方法，为随后的课程设计毕业设计打下了结实的基础，并且使自己的学风培养得更加严谨，但是在设计中也难免存在着一些问题，希望老师指出不足的地方，让我做出进一步的修改和学习，使我在实践中不断成长，使自己能得到更好的锤炼。最后，我在此感谢我的组员、指导老师给我的帮助，给我的纠正。