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1、汽 车 设 计课 程 设 计（论文）普通锥齿轮差速器设计指导教师：专业班级：学生姓名：学生学号：2011年5月14日中型载重汽车（解放ca1091)差速器设计摘要 普通的对称式圆锥齿轮差速器由差速器左右壳，两个半轴齿轮，四个行星齿轮，行星齿轮轴，半轴齿轮垫片及行星齿轮垫片等组成。由于其具有结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车上也很可靠等优点，故广泛用于各类车辆上。本文参照传统差速器的设计方法进行了载货汽车差速器的设计。本文首先根据经验公式，然后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；最后对差速器齿轮的强度进行计算和校核。本文是采用普通圆锥齿轮 差速器作为载货汽车
2、的差速器进行设计的。关键字：圆锥齿轮 差速器 行星齿轮目 录摘要I引言.3一、对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理.3 二、对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算51.差速器齿轮的基本参数的选择.5 （1）行星齿轮数目的选择.5 （2）行星齿轮球面半径的确定.5（3）行星齿轮与半轴齿轮的选择.6（4）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定.6（5）压力角.7（6）行星齿轮安装孔的直径及其深度L.7（7）差速器齿轮的几何计算.8（8）差速器齿轮的强度计算.10结论 11参考文献. 12 差速器的示意简图引言汽车在行驶过程中左，右车轮在同一时间内所滚过的路程往往不等。例如，转弯时内、外两侧车轮
3、行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧的车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径的不同而使左、右车轮行程不等。如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上的滑移或滑转。这不仅会加剧轮胎的磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学要求。差速器用来在两输出轴间分配转矩
4、，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。差速器有多种形式，在此设计普通对称式圆锥行星齿轮差速器。一、对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理图2-1 差速器差速原理 如图2-1所示，对称式锥齿轮差速器是一种行星齿轮机构。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固连在一起，固为主动件，设其角速度为；半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为和。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中心点为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，处在同一半径上的A、B、C三点的圆周速度都相等（图2-1），其
5、值为。于是=，即差速器不起差速作用，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以角速度自转时（图），啮合点A的圆周速度为=+，啮合点B的圆周速度为=-于是:+=（+）+(-)即: + =2 （2-1） 若角速度以每分钟转数表示，则 （2-2）式（2-2）为两半轴齿轮直径相等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其它行驶情况下，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。由式(2-2）还可以得知：当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧
6、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），若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。二、对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算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承座及主动齿轮导向轴承座的限制。1差速器齿轮的基本参数的选择（1）.行星齿轮数目的选择：载货汽车采用4个行星齿轮。（2）.行星齿轮球面半径的确定圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星齿轮的背面的球面半径，它就是行星齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器圆锥齿
7、轮的节锥距，因此在一定程度上也表征了差速器的强度。 球面半径可按如下的经验公式确定： mm 式中：行星齿轮球面半径系数，可取2.522.99，对于有4个行星齿轮的载货汽车取小值； T计算转矩，取Tce和Tcs的较小值，Nm. =其中：Kd =1，Temax=373，=7.7 ，i0=6.25，=0.9，n=1，无分动器，所以无k，无if, 则Tce=1*373*7.7*6.25*0.9/1=16156 Tcs=其中：G2=68600，=1.11.2，取1.1，=0.85， =0.463567， im=3.125 ，=0.9，则Tcs=68600*1.1*0.85*0.463567/0.9=36
8、041所以Td=16156N*mm 根据上式=2.5316156=63.20mm 所以预选其节锥距A=62mm（3）.行星齿轮与半轴齿轮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。半轴齿轮的齿数采用1425，大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比/在1.52.0的范围内。 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，左右两半轴齿轮的齿数，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，即应满足的安装条件
9、为： 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，=； 行星齿轮数目； 任意整数。在此=10，=18 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， =29 =90-=61 再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数：m =6.5 节圆直径：d1=m=6.5*10=65； d2=m=6.5*18=117 （5）.压力角目前，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
10、于这种齿形的最小齿数比压力角为20的少，故可以用较大的模数以提高轮齿的强度。在此选22.5的压力角。（6）. 行星齿轮安装孔的直径及其深度L行星齿轮的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深度就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取： （3-5）式中：差速器传递的转矩，Nm；在此取16156Nm 行星齿轮的数目；在此为4 行星齿轮支承面中点至锥顶的距离，mm， 0.5d， d为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而d0.8； 支承面的许用挤压应力，在此取98MPa根据上式 =144mm =0.5144=46.8mm mm L=1.1=1.1*28.5=31.3536mm（7） 差速
11、器齿轮的几何计算表3-1汽车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行星齿轮齿数10，应尽量取最小值=102半轴齿轮齿数=1425，且需满足式（3-4）=183模数=6.5mm4齿面宽b=(0.250.30)A;b10m16mm 5工作齿高=10.46全齿高11.6737压力角22.58轴交角=909节圆直径； d1=65，d2=11710节锥角，=29，11节锥距=62mm12周节=3.1416=20.42mm13齿顶高;=6.27mm=4.13mm14齿根高=1.788-;=1.788-=5.352mm;=7.492mm15径向间隙=-=0.188+0.051=1.3m
12、m16齿根角=;6.617面锥角；=35.6=67.618根锥角；=22.4=54.419外圆直径；Da1=76.4Da2=123.3mm20节圆顶点至齿轮外缘距离mmmm续表21理论弧齿厚 =17.38 mm=14.05 mm22齿侧间隙=0.2450.330 mm=0.250mm23弦齿厚=17.13mm=13.88mm24弦齿高=11.22mm=5.58mm（8） 差速器齿轮的强度计算差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。轮齿弯曲强度为 = MPa (3-6) 式中：差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式 在此为9693.6Nm； 差速器的行星齿轮数； 半轴齿轮齿数； 、见式（2-9）下的说明； 计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由图3-1可查得=0.225 弯曲计算用综合系数根据上式=949.2MPa980 MPa所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。此节内容图表参考了著作文献1中差速器设计一节。结 论本次课程设计根据差速器设计的经验公式，以及差速器的
