標(biāo)致206XT普通錐齒輪差速器及半浮式半軸設(shè)計(jì)

汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書PAGE1 ---目錄普通錐齒輪差速器設(shè)計(jì)………11關(guān)鍵字………………22車型數(shù)據(jù)……………22.1參數(shù)表…………22.2個(gè)人具體設(shè)計(jì)內(nèi)容的參數(shù)……………………23普通圓錐齒輪差速器設(shè)計(jì)……………23.1對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理……33.2對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)…………43.3對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì)和計(jì)算…………………53.3.1差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇…………53.3.2差速器齒輪的幾何計(jì)算…………………83.3.3差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算………………93.3.4差速器齒輪的材料………104半浮式半軸的設(shè)計(jì)……………………114.1半浮式半軸結(jié)構(gòu)形式分析……………………114.2半浮式半軸桿部半徑的確定…………………164.3半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算…………1934.4半軸其他主要參數(shù)的選擇……………………144.5半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理……………2055參考文獻(xiàn)……………15普通錐齒輪差速器設(shè)計(jì)1關(guān)鍵字差速器行星齒輪半軸發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)型號

TU5JP4排氣量（l）

1.587發(fā)動(dòng)機(jī)形式

直列4缸，DOHC雙頂置凸輪軸，每缸4氣門缸徑X沖程

78.5mmX82.0mm材料

全鋁缸蓋、鑄鐵缸體功率（Kw/rpm）

78/5750最大扭矩(N·m/rpm)

142/4000升功率(Kw/l)

49.15壓縮比

10.5車型數(shù)據(jù)標(biāo)致206XT汽車布置方式前置前驅(qū)總長(單位:mm)3873總寬(單位:mm)1673總高(單位:mm)1435軸距(單位:mm)2443前輪距(單位:mm)1435后輪距(單位:mm)1426整備質(zhì)量kg1070總質(zhì)量kg1567發(fā)動(dòng)機(jī)型式汽油四缸排量（L）1587最大功率（KW）78最大轉(zhuǎn)矩（Nm）142壓縮比（選填）10.5離合器變速器檔數(shù)五速手動(dòng)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)。有式2-2）還可以得知：=1\*GB3①當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；=2\*GB3②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)。3.2普通錐齒輪式差速器的結(jié)構(gòu)普通錐齒輪式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。如圖3-2所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、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。圖2-2普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器1，12-軸承；2-螺母；3，14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5，13-螺栓；6-半軸齒輪墊片；7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10-行星齒輪墊片；11-差速器右殼3.3對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。3.3.1普通錐齒輪式差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇1.行星齒輪數(shù)目的選擇轎車中常用兩個(gè)行星齒輪，現(xiàn)先取標(biāo)致206XT乘用車采用2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(2-3)式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.5～3.0。根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》對于有4個(gè)行星齒輪的乘用車和商用車取最小值，對于有兩個(gè)行星齒輪的乘用車及四個(gè)行星齒輪的越野車和礦用車去最大值，所以對于有2個(gè)行星齒輪的標(biāo)致206XT乘用車汽車取大值；T——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，N·m.計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（2-4）式中——車輪的滾動(dòng)半徑，其中輪胎類型與規(guī)格（km/h)為：185/65R14輪輞直徑14英寸=355.6mm，185是輪胎斷面寬度，輪胎斷面高就是185*0.65=120.25mm，185/65的輪胎直徑就是:355.6+120.25*2=596.1mm。當(dāng)然實(shí)際的和理論的回略微有差異，但差異會在2~3mm以內(nèi)，否則會容易產(chǎn)生跑偏等問題。胎高指的是胎面到輪輞之間的厚度。根據(jù)《汽車?yán)碚摗方?jīng)驗(yàn)公式：滾動(dòng)半徑公式：r=（式中F為計(jì)算常數(shù)子午線輪胎F=3.05；普通斜交輪胎F=2.99）igh——變速器量最高檔傳動(dòng)比（對于武當(dāng)變速器即為直接檔）。igh=1根據(jù)所選定的主減速比i0值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級、雙級等以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。把nn=6000r/n,=185km/h,=0.289m,igh=1代入（2-4）計(jì)算出=3.53①按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動(dòng)比來確定：（2-5）式中：Tce—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位N.m；Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax=142N.m；n—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，n=1；—發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比（包括變速器一檔傳動(dòng)比i1，主減速器傳動(dòng)比i0）即；i0—主減速器傳動(dòng)比，i0=3.53；—傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，η=0.9；—超載系數(shù)，=1；Kd—為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，因此車性能系數(shù)，取Kd=1；i1—變速器一擋傳動(dòng)比，轎車一般為3-4，取i1=3.7；代入式（2-5），有：②按驅(qū)動(dòng)輪打滑來計(jì)算：—汽車后橋靜負(fù)荷；根據(jù)標(biāo)致206的參數(shù)表有總質(zhì)量，顯然驅(qū)動(dòng)橋最大靜負(fù)荷與軸荷分布有關(guān)，汽車的軸荷分布可以用當(dāng)汽車滿載靜止時(shí)，各車軸占滿載總質(zhì)量的百分比表示，根據(jù)王望予《汽車設(shè)計(jì)》表1-6：取滿載最大軸荷分配53%，則有—后軸負(fù)載轉(zhuǎn)移系數(shù)，乘用車的后軸負(fù)載轉(zhuǎn)移系數(shù)一般為，計(jì)算時(shí)取=1.2。；—附著系數(shù)，對于安裝一般的輪胎公路用車，在良好的混泥土或?yàn)r青路上附著系數(shù)取0.85；—主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，=1；—主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，η=1；根據(jù)上式=3.0mm所以預(yù)選其節(jié)錐距A=取A=35.0mm。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14～25，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/在1.5～2.0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：(2-6)式中：，——左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對稱式圓錐齒輪差速器來說，=——行星齒輪數(shù)目；——任意整數(shù)。在此=12，=20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，==30.96°=90°-=59.03°再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)mm===參考《機(jī)械制圖》取m=4mm。得=48mm=4×20=80mm5.壓力角α過去汽車差速器齒輪都選用20°的壓力角，這是齒高系數(shù)為1，而最小齒數(shù)13。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°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。行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L差速器行星齒輪安裝孔直徑及其深度L差速器行星齒輪安裝孔直徑及其深度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度，通常取：式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取472.86N·m——行星齒輪的數(shù)目；在此為2——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d≈0.8；——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69MPa根據(jù)上式=64mm=0.5×64=32mmmm≈21.0mm3.3.2差速器齒輪的幾何計(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=122半軸齒輪齒數(shù)=14～25，且需滿足式（1-4）=203模數(shù)=4mm4齒面寬b=(0.25～0.30)A;b≤10m1022mm5工作齒高=6.4mm6全齒高7.2037壓力角22.5°8軸交角=90°9節(jié)圓直徑；10節(jié)錐角，=30.96°，11節(jié)錐距=35.0mm12周節(jié)=3.1416=12.56mm13齒頂高;=4.14mm=2.25mm14齒根高=1.788-;=1.788-=3.012mm;=4.9mm15徑向間隙=-=0.188+0.051=0.803mm16齒根角=;=4.92°;=7.97°17面錐角；=38.93.°=63.95°18根錐角；=26.04°=51.06°19外圓直徑；mmmm續(xù)表3.3.3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)，而對于疲勞壽命則不予考慮，這是由于行星齒輪在差速器的工作中經(jīng)常只起等比推力桿的作用，僅在左右驅(qū)動(dòng)車輪有轉(zhuǎn)速差時(shí)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)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對運(yùn)動(dòng)。因此對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1669.07N.m；——差速器的行星齒輪數(shù)；——半軸齒輪齒數(shù)；——超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)的各類汽車=1；——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，當(dāng)端面模數(shù)ｍ時(shí)，，在此＝0.629——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，＝1.00～1.1；一個(gè)齒輪用騎馬式支承時(shí)取1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值。——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0;——計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖1-1可查得=0.215圖1-2彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)F--齒面寬，取F=1.533X25.4/3=13mm根據(jù)上式=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)。3.3.4差速器齒輪的材料差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。4半浮式半軸設(shè)計(jì)1、半浮式半軸尺寸計(jì)算半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。計(jì)算車輪附著力矩：式中——驅(qū)動(dòng)橋最大靜負(fù)荷；——負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；——車輪滾動(dòng)半徑；——附著系數(shù)；根據(jù)標(biāo)致206的參數(shù)表有總質(zhì)量，顯然驅(qū)動(dòng)橋最大靜負(fù)荷與軸荷分布有關(guān)，汽車的軸荷分布可以用當(dāng)汽車滿載靜止時(shí)，各車軸占滿載總質(zhì)量的百分比表示，根據(jù)王望予《汽車設(shè)計(jì)》表1-6：取滿載最大軸荷分配53%，則有乘用車的后軸負(fù)載轉(zhuǎn)移系數(shù)一般為，計(jì)算時(shí)取1.2。對于安裝一般的輪胎公路用車，在良好的混泥土或?yàn)r青路上附著系數(shù)取0.85。所以有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：為估算半軸的尺寸，現(xiàn)先取，則暫時(shí)取，d=29mm扭轉(zhuǎn)角：式中：d——半軸直徑，l——半軸長度，——半軸斷面極慣性矩G——材料的切變橫量，鋼的G＝80GPa（實(shí)心圓軸）從上式得出所以，根據(jù)后輪距，取半軸長度=700mm驅(qū)動(dòng)半軸位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，車輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸；對于斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，車輪傳動(dòng)裝置為萬向傳動(dòng)裝置。萬向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)見第四章，以下僅講述半軸的設(shè)計(jì)。4.1半浮式半軸結(jié)構(gòu)形式分析根據(jù)課題要求確定半軸采用半浮式半軸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)采用以突緣直接與車輪輪盤及制動(dòng)鼓相聯(lián)接參考文獻(xiàn)[1]圖9-99（b）。半浮式半軸(圖5—28a)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡單，但所受載荷較大，只用于轎車和輕型貨車及輕型客車上。受力如圖：4.2半浮式半軸桿部半徑的確定半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：（1）縱向力X2最大時(shí)(X2＝Z2)，附著系數(shù)預(yù)取0.85，沒有側(cè)向力作用；（2）側(cè)向力Y2最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為Z2中，，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)，在計(jì)算中取1.0，沒有縱向力作用；（3）垂向力Z2最大時(shí)，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時(shí)，其值為(Z2-gw)kd，kd是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒有縱向力和側(cè)向力的作用。由于車輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即 故縱向力X2最大時(shí)不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力Y2最大時(shí)也不會有縱向力作用。初步確定半軸直徑在0.023m該值參考文獻(xiàn)[2]半浮式半軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下三種載荷工況：縱向力最大，側(cè)向力為0：此時(shí)垂向力，取8139.0N縱向力最大值，計(jì)算時(shí)可取1．2，取0．85。得=4150.89N=4883.40N半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為式中，a為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離，a取0.06m=(2)側(cè)向力最大，縱向力=0，此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑：外輪上的垂直反力。和內(nèi)輪上的垂直反力分別為式中，為汽車質(zhì)心高度參考一般計(jì)算方法取585mm；為后輪距=1426mm；為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取1.0。外輪上總側(cè)向力和內(nèi)輪上總側(cè)向力分別為內(nèi)、外車輪上的總側(cè)向力為。這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力分別為(3)汽車通過不平路面，垂向力最大，縱向力，側(cè)向力：此時(shí)垂直力最大值為：式中，是為動(dòng)載系數(shù)，轎車：，貨車：，越野車：。半軸彎曲應(yīng)力，為故校核半徑取rr=0.040m滿足合成應(yīng)力在600mpa-750mpa范圍4.3半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1144-2001半軸上的花鍵在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。半軸花鍵的剪切應(yīng)力為（3-1）半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為（3-2）式中T——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=1669.07Nm；DB——半軸花鍵(軸)外徑，DB=33mm；dA——相配的花鍵孔內(nèi)徑，dA=29mm；z——花鍵齒數(shù)，在此取6；Lp——花鍵工作長度，Lp=65mm；b——花鍵齒寬，b=7mm；——載荷分布的不均勻系數(shù)，齒數(shù)多少有關(guān)，一般取0.7-0.8，齒數(shù)多時(shí)取偏小值，取=0.8。將數(shù)據(jù)帶入式（3-1）、（3-2）得：=49.31MPa=172.57MPa根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力[]不應(yīng)超過71.05MPa，擠壓應(yīng)力[]不應(yīng)超過196MPa，以上計(jì)算均滿足要求。上述花鍵部分主要參考著作圖書文獻(xiàn)[3]表4-34.4半軸其他主要參數(shù)的選擇花鍵參數(shù)：齒數(shù)：20齒，模數(shù)：1.5,油封外圓直徑：Φ60,Φ65

半軸長度：744.5參考文獻(xiàn)（2）第四章第三節(jié)

法蘭參數(shù)：5-Φ16.2B10,分布圓Φ120

十孔位置度