汽车差速器设计

差速器设计在车辆行驶过程中， 会碰到多种情形的车况， 导致左右车轮的行走的里程不同，即左右车轮会以不同的速度行驶，即会有左右车轮的转速不同。例如：(1) 汽车在进行转弯时，外侧的车轮要经过更多的路程，速度要比侧车轮速度大；(2) 当车辆上的货物装的左右不均匀时，两侧车轮也会产生速度差；(3) 当两侧车轮的气压不相等时，会导致车轮外径大小不同，导致速度差；(4) 当一侧车轮碰到有阻碍，另一侧没有阻碍或是两侧车轮都碰到阻碍，但阻碍的 情况不同时，也会有速度差；(5) 当两侧车轮的磨损状况不同时，也会导致车轮大小不同，或者是受到的摩榛力 矩大小不同，产生速度差；所以从上述列出的几种情况中可以得出这样一个结论，即使是在直线道路上行驶，左右车轮也会不可避免地出现速度差。如果此时两侧车轮是由一根驱动轴驱动，那么传给两侧车轮的转速一样，那么无论是在什么路况下行驶，必然会发生车轮的滑移或者滑转现象。在这种情况下，轮胎的损耗将比正常情况下的损耗剧烈，同时也使得发动机的功率得不到充分的发挥。另一方面也会使得车辆不能按照预订的要求行驶，可能造成危险。为了使车轮相对地面的滑磨尽量减少，因此在驱动桥中安装有差速器，并通过两侧半轴驱动车轮， 使得两侧的车轮可以以不同的速度行驶，使车轮接近纯滚动。差速器按结构可分为齿轮式、凸轮式、涡轮式和牙嵌式等多种型式。在一般用途的汽车上，差速器常选择对称锥齿轮式差速器。它的特点是，左右两个半轴齿轮大小一样，然后将转矩分配给左右两个驱动轮。因此此次设计选用对称式锥齿轮式差速器。差速器结构：P147图差速器壳由左右两半组成，用螺栓固定在一起整个壳体的两端以锥形滚柱轴承支承在主 传动壳体的支座，上面用螺钉固定着轴承盖。两轴承的外端装有调整圈，用以调整轴承的紧度。并能配合主动齿轮轴轴承壳与壳体之间的调整垫片，调整主动，从动锥齿轮的啮合间隙和啮合印痕。为了防止松动，在调整圈外缘齿间装有锁片，锁片用螺钉固定在轴承盖上。十字轴的4个轴颈分别装在差速器壳的轴孔，其中心线与差速器的分界面重合。从动齿轮固定在差速器壳体上，当从动齿轮转动时，便带动差速器壳体和十字轴一起转动。4个行星齿轮分别活动地装在十字轴轴颈上，两个半轴齿轮分别装在十字轴的左右两 侧，与4个行星齿轮常啮合，半轴齿轮的延长套表面制有花键，与半轴端部用花键连接，这 样就把十字轴传来的动力经 4个行星齿轮和2个半轴齿轮分别传给两个半轴。 行星齿轮背面 做成球面，以保证更好地使半轴齿轮正确啮和以与定中心。行星齿轮和半轴齿轮在转动时，其背面和差速器壳体会造成相互磨损，为减少磨损，在它们之间要装有止推垫片，那么就可用垫片的磨损来减少差速器和半轴的磨损，当磨损到一定程度时，只需更换垫片即可，这样既延长了主要零件的使用寿命，又便于维修。另外，差 速器工作时，齿轮又和各轴颈与支座之间有相对的转动，为保证它们之间的润滑， 在十字轴上铳有平面，并在齿轮的齿间钻有小孔， 供润滑油循环进行润滑。 在差速器壳上还制有窗孔， 以确保壳中的润滑油能进出差速器。差速器工作原理P148差速器的基本构造，以与两侧驱动轮转速一样和转速不同的情况如上述三幅图中所示,当车辆在直路上沿直线行驶时，两端的半轴齿轮的转速相等，而行星轮则是跟随差速器壳转 动，并没有发生自转，此时有ni 电。在图c中，车辆此时向左转弯，令左右驱动半轴的齿轮的齿数分别为z2, z3 ,而行星齿轮的齿数则设置为 z4在行驶时，主减速器从动齿轮的转速为n1 （即差速器壳的转速为q）,左半轴齿轮的转速为 “，右半轴齿轮转速为 飞,而行星齿轮的自转的转速由此时的 行驶状况可知，为 n4,则左右半轴齿轮的转速应为：Z4n2 ni 山Z2Z4% ni n4 Z3由于选用对称式差速器，所以有z2 z3。从而可以得出2n1 n2 n3上式被称为是普通锥齿轮式差速器的特征方程。从上式中可知，无论在何种行驶情况下，差速器壳的转速就等于左右半轴转速和的一半。从特征方程中，我们可以得出几种特殊路况时的各部件的转速关系。当一侧的车轮陷入坑中打滑，而另一侧的车轮静止时，此时大化的车轮的转速将是差速器壳的两倍，即n3 2n1。当采用中央制动器紧急制动时，此时n1=0,当出 0时，那么就会有 n2%。由于此时两侧车轮受力的方向不同，可能会造成偏转甩尾的情况。差速器齿轮的参数选择与确定因为差速器外壳是装在主传动器的从动锥齿轮上的，所以在确定从动锥齿轮的尺寸时， 要考虑差速器的安装。也就是说，在确定差速器尺寸时，也要考虑主减速器的尺寸以与安装。 所以不能独立地设计差速器或者是主减速器。差速器行星齿轮数选择由于此次设计的是轻型运输车，故而此次设计的差速器行星齿轮的数字选为4个。行星齿轮和半轴齿轮齿数选择为了保证齿轮的强度，行星齿轮的齿数不该太大，又因为有4个行星齿轮要参与同时啮合，所以当行星齿轮选为 4的时候，选取的半轴齿轮的齿数必须是偶数，否则将完成不了差速器的安装。预选行星齿轮的齿数为10,半轴齿轮齿数和行星齿轮齿数的比值有一个围，约为1.62。所以把半轴齿轮的齿数初步定为18。行星齿轮球面半径的确定差速器结构的大小，一般是行星齿轮的背面的球面半径Rb决定的。其经验计算公式如下：Rb Kb3 Tg mm上式中；Kb 一 行星齿轮的球面半径系数，当行星齿轮数为4个时，取值围是2.522.99Tg 从动锥齿轮的计算扭矩，通常以发动机传来的额定转矩与按地面附着系数决定的扭矩中较小的值作为计算扭矩，此时取为5749.2 N m代入数据经过计算可知：Rb 45.153.5 mm,所以此时将球面半径取为50 mm。根据汽车设计相关书籍的节锥距的选取方法有：Ao 0.980.99 R所以将Ao取为49 mm差速器相关齿轮模数的确定以与半轴齿轮节圆直径的确定1）确定行星齿轮和半轴齿轮的节锥角1, 2,z11 arctan 一 Z2上式中：乙 一 行星齿轮的个数，值为10z2 一 半轴齿轮的个数，值为18代入数据可得：101 arctan 1829.05Z22 arctan -901Z代入数据可得:290o 29.05o60.952）圆锥齿轮大端模数 m的确定由汽车设计相关书籍，可得圆锥齿轮大端模数的选择公式有:一2j 2A。m sin 1sin 2ZlZ2式中各参数在上面公式中都有定义而且都求出来了，故代入数据可得:2 49m sin 29.05104.76由于强度要求取整为 5mm所以行星齿轮白节圆半径 d1 m4,代入数据计算得 d1 50mm,同理半轴齿轮的节圆半径d2 mz2,代入数据可得d2 90mm压力角的选择以前由于技术条件的限制，车辆的差速器的压力角不能选得过大，只能选为20,在这个压力角的限制下， 最少齿数要达到12,此时的尺高系数是1。随着技术的进步，现在汽车的差速器的压力角可以取得大一些，如果不是特殊的车型，压力角取为22.5,若是要求特高，比如重型机械，差速器的压力角可得更大，最大可以取25。当压力角为22.5时，最少齿数还可以减少为10,还可以通过特定的方法使得相接触的行星齿轮和半轴齿轮强度接近相等。结合此次设计的是轻型运输车，且行星齿轮的齿数选为 10,所以压力角定为22.5。、行星齿轮安装孔直径的计算以与安装孔深度的L的确定行星齿轮安装孔直径的大小与行星齿轮名义直径一样， 也就是说求出了安装孔的直径就 求到了行星齿轮的名义直径。而行星齿轮安装孔的深度 L就是行星齿轮在其轴上的支承长 度。参考相关的设计书籍有：T0 1031.1 2L 1.1nl3T0 1011.1 c nl在上式中有：To 一 差速器传递的扭矩，取为 5729.2 N mn 一行星齿轮的个数，此次设计的取为4l 一 行星齿轮支撑面中点到锥顶的距离，mm；c 一 支撑面的许用挤压应力，取为 69 N/mm2l的确定公式如下：l 0.5d2, d2是半轴齿轮齿面宽中点处的直径，它的计算方法是d2 0.8d2,代入数据可得l 36 mm代入数据可得：22.94 mm5749.2 10001.1 69 4 36L 1.11.1 22.94 25.22 mm差速器齿轮的相关几何计算差速器齿轮几何计算用表序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数Z110,为减少尺寸，取小值102半轴齿轮齿数Z2的取值围是（1.62） Z1 ,且 14 Z225183端面模数m54齿卸如0.25Ao b 0.30Ao ;b 10m13.55工作齿高hg 1.610m8.056全齿高h 1.788m 0.0518.997压力角20.5o8轴交角909书圆直径d1 mZ）d2 mz2509010节锥角,Zi1arctanZ229.05290160.9511节锥距d1d2Ao 2sin 1 2sin 251.4812t 3.141m15.7113齿顶iWjh1 hg h2,c/” 0.370h20.430 2mZ2Z15.332.7214齿根高h11.788*m h1_ 一一一h2 1.788* m h23.616.2215径向间隙c h hg g0.9416齿根角,1 arctan-A.h22 arctan-A4.016.8917面锥角0112022135.9464.9618根锥角f111f22225.0454.0619齿顶圆直径d01d12h1cos1d02d22h2cos259.3292.6420节锥顶点止齿轮 外缘距离d2,.Akih1 sin 12AK2d1 h2 sin 2242.4122.6221理论弧齿厚Si t S2-i.s2 0.5th h2 tan m查图得（弧齿厚系数）取-0.5011.434.2722弧齿厚S3Bsxisi6d：2Sx111.18Sx2 4.1223齿侧间隙B=0.245 0.3300.3024齿弦舒2,s cos ihxihi4dihx1 5.90hx22.74差速器齿轮一般不需进行单位齿长上圆周力，齿面接触强度校核，也不用进行疲劳强度校核。因为只有在左右两车轮速度不同时，行星齿轮和半轴齿轮之间才有相对滚动，才会产生较大的相互作用，所以差速器齿轮只需进行弯曲强度的计算。参考相关书籍，得出齿轮的弯曲应力计算公式是：2N / mm2*1000Tk0kskm2Jtkvbz2 m J上式中：T 一 差速器一个行星齿轮给予一个半轴齿轮的转矩，N mZ2 一 半轴齿轮个数，此处取为2k0 ,ks ,km ,kv ,b,m 一 各参数的意义如以上解释J 一计算汽车差速器弯曲应力要用的综合系数，查图得 J 0.256T的计算：T0 * 0.6T n式中：T0 一 齿轮的计算转矩，N m （若是从动齿轮，则是 Tce , Tcs中的较小值，如果是主动齿轮，就要经过换算，根据主传动比来计算出来，然后代入计算，同时Tcf是一定要运算的）n 一 行星齿轮的个数代入Tce,Tcs中的较小值可算主动和从动齿轮的弯曲应力都小于许用应力980 N / mm2，但是算出来结果是 563.6 N / mm2所以合理。而代入Tf时，计算出的22 数值为169.6 N/mm ,小于210N/mm处于许用应力围。所以所设计的齿轮齿根 强度极限符合要求。