普通錐齒輪差速器設(shè)計(jì)

1、汽 車 設(shè) 計(jì)課 程 設(shè) 計(jì)（論文）普通錐齒輪差速器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：2011年5月14日中型載重汽車（解放ca1091)差速器設(shè)計(jì)摘要 普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。本文參照傳統(tǒng)差速器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載貨汽車差速器的設(shè)計(jì)。本文首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，然后參考圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，確定出差速器齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)；最后對(duì)差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和校核。本文是采用普通圓錐齒輪 差速器作為載貨汽車

2、的差速器進(jìn)行設(shè)計(jì)的。關(guān)鍵字：圓錐齒輪 差速器 行星齒輪目 錄摘要I引言.3一、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理.3 二、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算51.差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇.5 （1）行星齒輪數(shù)目的選擇.5 （2）行星齒輪球面半徑的確定.5（3）行星齒輪與半軸齒輪的選擇.6（4）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定.6（5）壓力角.7（6）行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L.7（7）差速器齒輪的幾何計(jì)算.8（8）差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算.10結(jié)論 11參考文獻(xiàn). 12 差速器的示意簡(jiǎn)圖引言汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往不等。例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪

3、行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會(huì)加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩

4、，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。一、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理圖2-1 差速器差速原理 如圖2-1所示，對(duì)稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼3與行星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為；半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為和。A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖2-1），其

5、值為。于是=，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合點(diǎn)A的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為=-于是:+=（+）+(-)即: + =2 （2-1） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則 （2-2）式（2-2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。由式(2-2）還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)

6、半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。二、對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。1差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇（1）.行星齒輪數(shù)目的選擇：載貨汽車采用4個(gè)行星齒輪。（2）.行星齒輪球面半徑的確定圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒

7、輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： mm 式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.522.99，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的載貨汽車取小值； T計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，N·m. =其中：Kd =1，Temax=373，=7.7 ，i0=6.25，=0.9，n=1，無分動(dòng)器，所以無k，無if, 則Tce=1*/1=16156 Tcs=其中：G2=68600，=1.11.2，取1.1，=0.85， =0.463567， im=3.125 ，=0.9，則Tcs=68600*1.1*所以Td=16156N*mm 根據(jù)上式=2.5316156=

8、63.20mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距A=62mm（3）.行星齒輪與半軸齒輪的選擇為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用1425，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.52.0的范圍內(nèi)。 差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： 式中：，左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來說，=

9、； 行星齒輪數(shù)目； 任意整數(shù)。在此=10，=18 滿足以上要求。（4）.差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角， =29 =90°-=61 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)：m =6.5 節(jié)圓直徑：d1=m=6.5*10=65； d2=m=6.5*18=117 （5）.壓力角目前，汽車差速器的齒輪大都采用22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20

10、6;的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選22.5°的壓力角。（6）. 行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L行星齒輪的安裝孔的直徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常?。?（3-5）式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取16156N·m 行星齒輪的數(shù)目；在此為4 行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm， 0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d0.8； 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取98MPa根據(jù)上式 =144mm =0.5×144=46.8mm mm L=1.1536mm（7） 差速器齒輪的幾

11、何計(jì)算表3-1汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果1行星齒輪齒數(shù)10，應(yīng)盡量取最小值=102半軸齒輪齒數(shù)=1425，且需滿足式（3-4）=183模數(shù)=6.5mm4齒面寬b=(0.250.30)A;b10m16mm 5工作齒高=10.46全齒高11.6737壓力角22.5°8軸交角=90°9節(jié)圓直徑； d1=65，d2=11710節(jié)錐角，=29，11節(jié)錐距=62mm12周節(jié)=3.1416=20.42mm13齒頂高;=6.27mm=4.13mm14齒根高=1.788-;=1.788-=5.352mm;=7.492mm15徑向間隙=-=0.188+0.0

12、51=1.3mm16齒根角=;6.617面錐角；=35.6=67.618根錐角；=22.4°=54.4°19外圓直徑；Da1=76.4Da2=123.3mm20節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離mmmm續(xù)表21理論弧齒厚 =17.38 mm=14.05 mm22齒側(cè)間隙=0.2450.330 mm=0.250mm23弦齒厚=17.13mm=13.88mm24弦齒高=11.22mm=5.58mm（8） 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有

13、嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度為 = MPa (3-6) 式中：差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式 在此為9693.6N·m； 差速器的行星齒輪數(shù)； 半軸齒輪齒數(shù)； 、見式（2-9）下的說明； 計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖3-1可查得=0.225 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)根據(jù)上式=949.2MPa980 MPa所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。此節(jié)內(nèi)容圖表參考了著作文獻(xiàn)1中差速器設(shè)計(jì)一節(jié)。結(jié) 論本次課程設(shè)計(jì)根據(jù)差速器設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式，以及差速器的工作原理和使用要求，通過對(duì)其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較、選擇和計(jì)算，

14、然后參考圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，確定出差速器齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)；最后對(duì)差速器齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和校核。結(jié)構(gòu)方面：考慮到差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)，之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍。 計(jì)算方面：根據(jù)中型載重汽車（解放ca1091)差速器的基本參數(shù)Temax,n,if,i0,k，然后按照基本經(jīng)驗(yàn)公式運(yùn)算得出Tce, Tcs ,T，行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L等尺寸參數(shù)，并進(jìn)一步對(duì)差速器齒輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核。綜上所述：本次設(shè)計(jì)的差速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等特點(diǎn)，符合計(jì)劃書及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于自己的水平有限，本次設(shè)計(jì)中可能有很多錯(cuò)誤和遺漏，希望各位老師批評(píng)指正。參 考 文 獻(xiàn)1 余志生