1、雨燕1.3L乘用車普通錐齒輪差速器及半浮式半軸設計說明書摘要:普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪，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)簡單、工作平穩(wěn)可靠、質(zhì)量較小、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，故廣泛用于各類車輛上。本文參照傳統(tǒng)差速器的設計方法進行了雨燕1.3L乘用汽車差速器的設計。本文首先根據(jù)經(jīng)驗公式，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計參數(shù)；最后對差速器齒輪的強度進行計算和校核。本文是采用普通圓錐齒輪差速器作為雨燕1.3L乘用汽車的差速器進行設計的。 半浮式半軸以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼

2、外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車輪轂相固定，或以突緣直接與車輪輪盤及制動鼓相聯(lián)接，因此，半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還要承受車輪傳來的垂向力、縱向力（驅(qū)動力或制動力）及側(cè)向力所引起的彎矩?？梢?，半浮式半軸承受的載荷復雜，但它具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價低廉等優(yōu)點。用吞質(zhì)量較小、使用條件較好、承載負荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。雨燕1.3L小型乘用車的結(jié)構(gòu)緊湊，整備質(zhì)量小，適合選用半浮式半軸。關(guān)鍵字：對稱式、錐齒輪、差速器、行星齒輪、半浮式半軸引言：根據(jù)汽車行駛運動學的要求和實際的車輪、道路以及它們之間的相互關(guān)系表明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的行程往往是

3、有差別的。例如，轉(zhuǎn)彎時外側(cè)車輪的行程總要比內(nèi)側(cè)的長。另外，即使汽車作直線行駛，也會由于左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因互引起左右車輪外徑不同或滾動半徑不相等而要求車輪行程不等 。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動車輪軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)速雖相等而行程卻又不同的這一運動學上的矛盾，引起某一紅運車輪產(chǎn)生滑移。這不僅會使輪胎過早磨損、無益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動 車輪軸超載等，還會加為不能按所要求的瞬時中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時有大的滑轉(zhuǎn)或滑移

4、，易使汽車在轉(zhuǎn)向時失去搞側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞，從而滿足了汽車行駛運動學的要求。同樣情況也發(fā)生在多橋驅(qū)動中，前、后驅(qū)動槰這間，中、后驅(qū)動橋之間等會加車輪滾動半徑不同而導致驅(qū)動橋間的功率循環(huán)，從而使傳動系的載荷增大，損傷其零件，增加輪胎的磨損和燃料的消耗等，因此一些多橋驅(qū)動的汽車上也裝了軸間差速器。差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動。差速器按其結(jié)構(gòu)特征不同有多種形式，在此設計普通對稱式錐齒輪差速器。雨燕1.3L乘用車的基本配置如下表格所示汽車布置方式前置橫列 前驅(qū)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）110/3500-4500總長(單位:mm)3695壓縮比（選填）總寬(單位:mm

5、)1690離合器總高(單位:mm)1510變速器檔數(shù)4軸距(單位:mm)2390輪胎類型與規(guī)格(km/h)185/60R15前輪距(單位:mm)1470轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式電動助力轉(zhuǎn)向器后輪距(單位:mm)1480前輪制動器盤式整備質(zhì)量kg1040后輪制動器鼓式總質(zhì)量kg1365前懸架類型螺旋彈簧、滑柱擺臂式獨立懸架發(fā)動機型式汽油缸后懸架類型螺旋彈簧,縱臂扭轉(zhuǎn)梁式非獨立懸架排量（L）1301最高車速（km/h)163最大功率（KW） 63/6000 一、普通錐齒輪差速器設計1、對稱式錐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，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構(gòu)。差速器殼3與行

6、星齒輪軸5連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪6固連在一起，固為主動件，設其角速度為；半軸齒輪1和2為從動件，其角速度為和。A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心點為C，A、B、C三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為。 當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點的圓周速度都相等（圖2-1），其值為。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（圖），嚙合點A的圓周速度為=+，嚙合點B的圓周速度為=-。于是+=（+）+(-)即 + =2 （2-1）

7、 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動特征方程式，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轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。 由式2-2）還可以得知：當任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動器制動傳動軸時），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。2、對稱式錐齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器

8、左右殼，兩個半軸齒輪，四個行星齒輪，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，故廣泛用于各類車輛上。3、對稱式錐齒輪差速器的設計和計算由于在差速器殼上裝著主減速器從動齒輪，所以在確定主減速器從動齒輪尺寸時，應考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動齒輪軸承支承座及主動齒輪導向軸承座的限制。3.1 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 雨燕小型乘用汽車采用2個行星齒輪。 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，實際上代表

9、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度。 球面半徑可按如下的經(jīng)驗公式確定： mm (4-1)式中：行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52.97，對于有2個行星齒輪的轎車取大值； 計算轉(zhuǎn)矩，取和的較小值，N·m. 行星齒輪兇錐距為 轉(zhuǎn)矩的計算 （4-2） 式中車輪的滾動半徑，查GB/T 2978-1997汽車輪胎系列表6得=0.293 m變速器量高檔傳動比，雨燕13.L是四檔變速器，所以 =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。把nn=4500 r/n , =

10、163 km/h , r=0.293 m , igh=1代入（4-2）計算出 =3.05從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩 （4-3）式中：計算轉(zhuǎn)矩，Nm；發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；=110 Nmn計算驅(qū)動橋數(shù)，n=1；變速器傳動比，=3.704；主減速器傳動比，=3.05；變速器傳動效率，=0.96；k液力變矩器變矩系數(shù)，k=1；Kd由于猛接離合器而產(chǎn)生的動載系數(shù)，Kd=1；i1變速器最低擋傳動比，i1=1；代入式（4-3），有： =1193.0 Nm主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩T=1193.0/3.704=322.08 Nm根據(jù)上式=2.7=15.6 mm，查資料2363頁表9-19，預選其節(jié)錐距A=15.29 mm。3.行

11、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度，應使行星齒輪的齒數(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)。 差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，應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，即應滿足的安裝條件為： (4-4) 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，

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)m m=1.31 查閱文獻6第297頁表7-11 標準模數(shù)（GB/T 13571987） 取m=1.25 mm得=15mm =1.25×20=25mm 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

13、輪趨于等強度。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度，通常?。?式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取1193.0 N·m； 行星齒輪的數(shù)目；在此為4； 行星齒輪支承面中點至錐頂?shù)木嚯x，mm， 0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而d0.8； 支承面的許用擠壓應力，在此取69 MPa；根據(jù)上式 =64mm =0.5×64=32mm

14、 11.1 mm 12.2mm3.2 差速器齒輪的強度計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)，只有當汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此對于差速器齒輪主要應進行彎曲強度校核。輪齒彎曲強度為 (4-5) 式中：差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計算式，178.95 N·m ； 差速器的行星齒輪數(shù)； 半軸齒輪齒數(shù)；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<1.6時，=0.5載荷分配系數(shù)，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時，1.001.1；其他方式支

15、承時取1.101.25。支承剛度大時取最小值。質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，當齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取1.0;、分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑（mm）計算汽車差速器齒輪彎曲應力用的綜合系數(shù)，由圖4-1可查得=0.225圖4-1 彎曲計算用綜合系數(shù)根據(jù)上式=478.6MPa980 MPa所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。此節(jié)內(nèi)容圖表參考了著作文獻1中差速器設計一節(jié)。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

16、低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應用。2、 半浮式半軸設計半軸的主要尺寸是它的直徑，設計與計算時首先應合理地確定其計算載荷。半軸的計算應考慮到以下三種可能的載荷工況：（1） 縱向力X2（驅(qū)動力或制動力）最大時（），附著系數(shù)取0.8，沒有側(cè)向力作用；（2） 側(cè)向力最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為，側(cè)滑時輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計算中取0.1，沒有縱向力作用；（3） 垂向力最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為，是動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(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，即有故縱向力最大時不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力最大時也不會有

17、縱向力作用。1. 半浮式半軸的設計計算半浮式半軸的設計計算，應根據(jù)上述三種載荷工況進行。對左右半軸來說，垂向力，為式中 滿載靜止汽車的驅(qū)動橋?qū)λ降孛娴妮d荷，N； 汽車加速和減速時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對于前驅(qū)動橋可??； 對于后驅(qū)動橋可?。?側(cè)車輪（包括輪轂、制動器等）本身對水平地面的載荷，N。縱向力應按最大附著力計算，即式中 輪胎與地面的附著系數(shù)，取0.8.對于驅(qū)動車輪來說，當按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及傳動系最低檔傳動比計算所得的縱向力（見下式）小于按最大附著為所決定的縱向力時，則應按下式計算，即或式中 差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于普通圓錐齒輪差速器分動器低檔傳動比與主減速比之乘積； 汽車傳動系效率，計算時

18、可忽略不計或取國0.9； 輪胎的滾動半徑，。左、右半軸所承受的合成彎矩為式中 b見下圖(a)。轉(zhuǎn)矩為結(jié) 論本次課程設計根據(jù)給出的設計要求和原始設計參數(shù)，以及差速器的工作原理和使用要求，通過對其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相關(guān)參數(shù)的計算，大致確定了差速器的基本結(jié)構(gòu)和主要尺寸以及制造相關(guān)零部件所用的材料。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計參數(shù)；最后對差速器齒輪的強度進行計算和校核。結(jié)構(gòu)方面：考慮到差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時，應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。 計算方面：根據(jù)中型載重汽車（6109客車)差速器的基本參數(shù)Temax,n,if,i0,k，然后按照基本經(jīng)驗公式運算得出Tce, Tcs ,T，行星齒輪安裝孔的直徑及其深度L等尺寸參數(shù)，并進一步對差速器齒輪進行了強度校核。綜上所述：本