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1、 毕业设计说明书设计题目：汽车差速器及关键零件夹具设计姓 名：学 号：班 级：专 业：机械设计制作及其自动化指导教师：学 院：机械工程学院答辩日期：2013 年 5 月 8 日毕 业 设 计 说 明 书摘 要根据任务书的要求对差速器进行设计，主要包括非标准零件半轴齿轮、行星齿轮以及差速器外壳和一些标准零件进行设计，并且选择其中的一道工序进行了夹具设计，同时还介绍了差速器的国内外发展状况以及差速器的工作原理，通过运动学仿真和力学分析对差速器运动原理有了更深一步的认识的了解。关键词：半轴齿轮；行星齿轮；差速器IIIAbstractThe differential is designed accor
2、ding to the requirements of the mission, including non-standard parts side gears, planetary gears and differential housing and some standard parts design, and a process fixture design also presents a the differential development at home and abroad as well as the differential working principle, have
3、a deeper understanding of understanding of the principle of differential movement kinematics simulation and mechanical analysis. Keywords: half axle gear; planetary gear; differential mechanism 目 录第1章 绪论11.1选题的背景和意义11.2 国内外差速器发展状况11.3 课题设计的原始数据3第2章 总体设计方案32.1 差速器的方案选择和结构分析32.2 差速器的工作原理7第3章 差速器非标准零件设
4、计103.1对称式行星齿轮设计计算103.2 差速器齿轮的几何尺寸计算133.3 差速器材料的选择153.4 差速器强度的计算153.5 行星齿轮轴的分类和选用17第4章 差速器的运动仿真分析174.1 虚拟差速器模型运动仿真174.2 差速器动力学分析图表20第5章 差速器外壳夹具的设计225.1 夹具的分类225.2 夹具设计22总 结26参考文献27致 谢29第1章 绪论1.1选题的背景和意义汽车行业发展初期，法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器，汽车差速器作为汽车必不可少的部件被称为“小零件大功用”。汽车转弯行驶时，内、外两侧车轮在同一时间内要移动不同的距离，外轮移动的距离比内
5、轮大。差速器的作用就是将主减速器传来的动力传给左、右两半轴，并在转弯行驶时允许左、右两半轴以不同转速旋转。本世纪六七十年代，世界经济发展进入了一个高速增长期，而2008年开始的全球金融危机又让汽车产业在危机中有了发展的机遇，在世界各处都有广阔的市场。目前国内重型汽车的差速器产品的技术基本源自美国、德国、日本等几个传统的工业国家，我国现有的技术基本上是引进国外的基础上发展的，而且已经有了一定的规模。但是目前我国差速器的自主开发能力仍然很弱，影响了整车新车的开发，在差速器的技术开发上还有很长的路要走。1.2 国内外差速器发展状况当前汽车在朝着经济性和动力性的方向发展，如何能够使自己的产品燃油经济性
6、和动力性尽可能提高是每个汽车厂家都在做的事情，当然这是一个广泛的概念，汽车的每一个部件都在发生着变化，差速器也不例外，尤其是那些对操控性有较高要求的车辆。1.2.1国外汽车行业差速器的发展情况国外的那些差速器生产企业的研究水平已经很高，而且还在不断的进步。年销售额达18亿美金的伊顿公司汽车集团是全球化的汽车零部件制造供应商，在发动机气体管理，变速箱，牵引力控制和安全排放控制领域居全球领先地位，对汽车差速器的内部各零件的加工制造要用精密制造方法。零件主要产品包括发动机气体管理部分及动力控制系统，其中属于动力控制系统的差速器产品在同类产品中居领先地位。伊顿公司开发了新型的锁式差速器，它的工作原理与
7、其他差速器的不同之处：当一侧轮子打滑时，普通差速器几乎不能提供任何有效扭矩给车辆，而伊顿的锁式差速器则可以在发现车轮打滑，锁定动力传递百分之百的扭矩到不打滑车轮，足以克服各种困难路面给车辆带来的限制。在牵引力测试、连续弹坑等试验中，两驱车在装有伊顿锁式差速器后，越野性能及通过性能甚至超过了四驱动的车辆，通过有限元软件的分析，就可以知道各个车轮的受力情况。因为只要驱动轮的任何一侧发生打滑空转以后，伊顿锁式差速器会马上锁住动力，并把全部动力转移到另一有附着力的轮上，使车辆依然能正常向前或向后行驶。毫无疑问，更强的越野性和安全性是差速器的最终目标。1.2.2我国差速器的发展和现状 从目前来看，我国差
8、速器行业已经顺利完成了由小到大的转变，正处于由大到强的发展阶段，在这个转型和调整的关键时刻，提高汽车车辆差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。近几年中国汽车差速器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励汽车差速器产业向高科技产品方向发展，国企企业新增投资项目逐渐增多。投资者对汽车差速器行业的关注越来越密切，这就使得汽车差速器行业的发展需求增大。差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化。目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，还有现在各种各样的功能多样的差速器，如：轮间差速器、防滑差速器、强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、托森差速器。其中的托森差速器是一种新型差速器机构，它能
9、解决在其他差速器内差动转矩较小时不能起差速作用的问题和转矩较大时不能自动将差速器锁死的问题。 这里着重介绍一下一种新型差速器为LMC常互锁差速器：LMC常互锁差速器是由湖北力鸣汽车差速器公司投资5000万元生产的新型差速器2009年批量生产，2010年达到验收。LMC常互锁差速器用于0.5-1.5吨级车辆，它能有效地提高车辆的通过性、越野型、可靠性、安全性和经济性，能够满足很多不同条件和不同情况下的车辆要求。这种纯机械、非液压、非液粘、非电控的中央差速分动装置，已申报了美、英、日、韩、俄罗斯等19个国家的专利保护，这一技术不仅仅是一项中国发明，也是一项世界发明。LMC常互锁差速器是由多种类的齿
10、轮系统及相应的轴、壳体组成，具备传动汽车的前轮和后轮轮间差速器、前后桥轴间差速器。LMC常互锁差速分动器通过四支传动轴和轮边减速器带动四个车轮，实现每个车轮独立驱动，在有两个车轮打滑的情况下仍能正常行驶，在冰雪路面、泥泞路面、无路路面上有其独特优势，可以彻底解决传统四驱汽车的不足：如不能高速行驶；车轮打滑不能正常行驶；不能实现轴间差速；高油耗问题、功率循环问题；四驱转换麻烦等。装有LMC常互锁差速分动器的车辆具有以下优点： 1）提高车辆的通过性：具有混合差速，LMC常互锁差速分动器可实现轮间、轴间、对角任意混合差速和锁止，任何情况下单个车轮、对角线双轮不会发生滑转，即使单个车轮悬空，车轮仍有驱
11、动力而能正常行驶。 2）提高汽车的传动系的寿命和可靠性：因实现了任意差速，消除了功率循环，克服了分时四驱在四驱状态下传动系统因内耗而产生的差速器、传动轴、分动器等机件磨损，甚至于致命性的损坏，延长了传动系统的使用寿命。 3）提高车辆的安全性：行车安全，转弯容易，加速性好，制动稳定，操纵轻便安全，无需增加操纵机构。4）具有良好的经济性：功能领先，制造成本低，维修简便，节油，经济环保，产品适用性广。1.3 课题设计的原始数据 基本要求：所设计的汽车差速器的发动机最大扭矩107Nm；满载轴荷9.46KN；传动系最低传动比为7；原动机为电动机；要求机构紧凑，传动效率高，传动平稳。第2章 总体设计方案2
12、.1 差速器的方案选择和结构分析汽车行驶时，左右轮在同一时间内所滚动的路程往往不等。在转弯时内、外两侧车轮转弯半径不同，行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内测车轮；汽车在不平的路面行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直的路面行驶，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、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行驶不等。如果驱动桥的左、右车轮钢性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或是滑转。这样不仅会加剧轮胎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，汽车就要安装差速器，从而保证了驱动
13、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的要求。在两轴间分配转矩，保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，使汽车行驶时能作纯滚动运动，提高了车辆的通过性。2.1.1差速器的功能差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动车轮与地面间作纯滚动运动。在驱动桥的设计中选择差速器的结构型式时，应当首先从所设计的汽车类型及其使用条件出发，使所选用结构型式的差速器能够满足该型汽车在给定使用条件下的性能要求。2.1.2差速器的类型现在差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化。目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，具有结构简单、质量较
14、小等优点，应用广泛。它又可分为普通锥齿轮式差速器、强制锁止式差速器和摩擦片式差速器等。1）普通对称式圆锥行星齿轮差速器图2.1 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器图2.2 锥行星齿轮差速器结构示意图如图2.1所示，普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4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。 由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠，所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图2.2为其示意图，图中为差速器壳的角速度，、分别为左、右两半轴的角速度；为差速器壳接受的转矩；为差速器的内摩擦力矩；、分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。根据运动分析可得 （2.1）显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得 (2.2)差速器性能常以锁紧系数来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确定 （2.3) 结合式（2.2）可得 （2.4）定义半轴转矩比，则与之间有 （2.5）普通锥齿轮差速
