誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文畢業設計任務書 學生：指導教師(1)掌握汽車差速器的結構及工作原理。繪制結構簡圖和原理簡圖；2)了解零部件材料及制造、熱處理工藝；3)了解汽車差速器的失效模式；4)制作汽車差速器的裝配總圖；5)對汽車差速器及關鍵零件結構進行計算分析，重點是對失效件的分析；6)編寫畢業設計論文，總結設計取到的效果與體會，提出自己的論點和改進建4.進度安排序號設計各階段名稱13月03日至3月23日2畢業設計開題報告檢查，畢業設計開題輔導3月24日至4月13日3結構原理分析計算，設計畢業，準備中期檢查4月14日至5月04日4編寫畢業設計論文，準備中期檢查5月05日至6月01日5畢業設計論文整理，完成畢業論文答辯6月02日至6月22日I汽車差速器結構設計與分析關鍵詞：半軸差速器齒輪結構medium-sizedloadingautos.Agoodmasterofthestructureandtheoryoofdifferentialmechanismalsooccupiesapartinthisdesign.Themainpurposeofthisdesignistogetaprofoundmasandworkingwaysofdifferentialmechanismwillbeundethroughreferringtorelatedinformationintheprocessofdesign.FinadrawingandassemblydrawinⅡ1緒論 11.1汽車差速器(研究的背景及意義)發展歷史 11.2汽車差速器國內外的研究現狀 21.2.1國外差速器生產企業的研究現狀 21.2.2我國差速器研究及市場發展 21.3本章小結 32差速器的設計 32.1畢業設計數據來源 32.2差速器的功用 32.3差速器的結構詳述 42.3.1汽車差速器的結構研究 52.4.差速器的工作原理 62.3本章小結 83零部件的材料、制造及熱處理 93.1差速器軸類零件 93.2齒輪的材料及熱處理工藝 93.3軸鍵的應用 錯誤!未定義書簽。3.4螺栓的選用和螺栓的材料 錯誤!未定義書簽。3.5螺母尺寸的選擇以及材料的確定 錯誤!未定義書簽。3.6本章小結 錯誤!未定義書簽。4了解差速器的失效模式………錯誤!未定義書簽。4.1齒輪傳動的失效………………錯誤!未定義書簽。4.2差速器殼的失效模式…………錯誤!未定義書簽。4.3鎖止銷失效模式分析…………錯誤!未定義書簽。4.4其它失效式……………………錯誤!未定義書簽。4.5本章小結………錯誤!未定義書簽。5差速器非標準零件的設計……錯誤!未定義書簽。5.1對稱式行星齒輪的設計計算…………………錯誤!未定義書簽。5.1.1對稱式差速器齒輪參數的確定……………錯誤!未定義書簽。5.1.2差速器齒輪的幾何計算圖…………………錯誤!未定義書簽。5.1.3差速器齒輪的強度計算……錯誤!未定義書簽。5.1.4差速器齒輪的設計方案……錯誤!未定義書簽。5.2行星齒輪軸的尺寸設計……錯誤!未定義書簽。5.3差速器墊圈的設計計算………錯誤!未定義書簽。5.3.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設計………………錯誤!未定義書簽。5.3.2行星齒輪平面面墊圈的尺寸設計 錯誤!未定義書簽。5.3.3行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 錯誤!未定義書簽。5.4本章小結 錯誤!未定義書簽。6結論 25 錯 錯誤!未定義書簽。11.1汽車差速器(研究的背景及意義)發展歷史技的進步，到現在代社會，汽車技術也經歷了一個質的蛻變，從最初造出的18km/h的速速行駛的第一輛三輪汽車，到現在，竟然誕生了提速從0到100km/h目前我國重型汽車的差速器技術基本元自德國的西方國家及日本等傳統機乏，,投入研發經費的不足，都導致了我國在差速器技術領域沒有一席之地，差2業及私有企業的投資項目持續增加，使得汽車差速器產業向高科技產品方向發3(1)汽車的核定載重量5000kg,滿載總量9290kg;2.當發動機運行速度為3000r/min其額定功率為99kw;3.當發動機運行速度為1200～1400r/min,其最大轉矩為158Nm;4.汽車在滿載是正常路面行駛最高達90km/h;5.主減速器傳動比i為6.33;6.車輪輪輞形式為7.0-20等厚輻盤式，輪胎為普通斜交簾線的標準輪輞輪移動速度為v,車輪旋轉角W,車輪滾動的半徑為r,則當v=w*r時為滾動，當w不等于0時，v=0時，為滑轉，當w=0,v不等于0時，車輪運動為滑移。是，如圖所示，車輪轉彎多形成的半徑R1和外側輪半徑R24R2>R1,所以，理所當然的是外側驅動輪實際圖2.1差速器車輪轉彎簡圖5由圖可知，對稱式錐齒輪差速器主要由左殼體1、右殼體4、兩同型號的半軸齒輪2、四個型號相同的星行齒輪3以及一根由十字軸或直銷軸形成的行星軸進行連接。其來自主減速器的動力傳動順序如下：主減速器—差速器殼體—十圖2.2差速器結構簡圖②當汽車行駛到山路上或者需要轉彎時，由于兩側車輪將受到不同摩擦力的作6這里根據差速器的特性其主減速器和行星機構分別采用開孔和開槽的方式進行半軸齒輪1和半軸齒輪2組成的從動件。在此設主動件的旋轉角速度為wo半軸齒輪1和半軸齒輪2的旋轉角速度分別為wj、w?,半軸齒輪1和半軸齒輪2與行星齒輪4嚙合點分別為A、B,行星齒輪的圓心為C,即根據其傳動原理圖可知以上三點距差速器旋轉中心的距離相等且設為r。7當汽車在進行直線行駛時，由于其行星齒輪只做公轉運動而不做自轉運動，所以去具有相同半徑的A、B、C三點必將具有相同的角度速度和線速度，其線速度均為wr,此時差速器不具有改變扭矩和速度的作用，從而使得兩半軸與差速器亮體具有相同的速度。當汽車在進行起伏路面或需要拐彎時，行星齒輪4除進行公轉外還將繞軸5由以上兩式整理可得在此設其轉動角速度為n,則有(式2.1)(式2.2)式2-2即為具有相等直徑的半軸圓錐齒輪式差速器的特征方程。由其特征方程可得出：①差速器的轉速即為兩半軸齒輪轉速的疊加的二分之一；②行星齒輪的工作狀態與以上工作機構的轉速無關；③當其中一個半軸不旋轉時，另一半軸必將以兩倍于差速器殼體的速度旋轉；④當差速器不動作時，其兩半軸將具有轉速相同方向相反的運動。因此差速器的巧妙設計滿足了汽車在起伏路面或彎道上對稱型錐齒輪差速器的轉矩分配原理如下：差速器外殼—行星齒輪軸—行星齒輪—半軸齒輪。在此當行星齒輪不自轉時，其主要作用是對轉矩進行傳遞而不是分配，所以當半軸齒輪具有相同半徑時，即兩半軸具有相同的轉矩，可以表示8還將繞自身旋轉軸進行自轉，而此時兩軸轉矩應按如下式進行計算：M,為摩擦力矩°在此為了對差速器的性能進行評估，通常通過鎖緊系數和轉矩分配比來進行衡量，其兩者的計算如下：K=(M?-M?)/M=M,/M?(式2.3)K,=M?/M?=(1+K)/(1-K)(式2.4)對于對稱型錐齒輪式差速器而言，由于其鎖緊系數和轉矩比的取值通常分別為0.06~0.12和1.2~1.5,所以其轉矩的分配基本總是相等的。這樣的優點主要在于當汽車在路況較好的平直路面或彎道上行駛時其均具有較好的通過性，但其缺點在于當汽車行駛到起伏路面或是遇到路面濕滑時，由于兩側車輪與地面之間具有不同的附著力，所以兩側所需要的驅動力也將不同，但此時由于差速器任然對力矩進行平均分配，且是按最小需求供給，從而將會導致附著力小側車輪發生側滑，而附著力大側車輪無法驅動的現象發生，從而使得汽車無法克服路面障礙而對于對稱式差速器其工作原理是當汽車在路況較好的路面行駛時，其行星齒輪僅實現公轉而不自轉，從而使得差速器分配到兩車輪軸上的扭矩相等，左右車輪具有相同的轉速；而當行駛至起伏路面或濕滑路面時，行星齒輪除進行公轉外還將繞自身軸進行自轉，從而根據汽車兩驅動能所需的動力進行扭矩的按需分配，從而使得汽車能夠順利克服路面障礙繼續前行。2.3本章小結結合東風EQ1090E型貨車的特點以及特性，進行了差速器的方案選擇，已達到設計出合適的差速器的目的。9對于載重汽車的差速器來說，其內部使用的軸承為角接觸軸承，型號為TO10CGB/7297—1994。(滾動軸鉻軸承(如GG15)或滲碳軸承鋼(G20GrNi4A)制造的。度及韌性仍然會有一個較高的強度。然后在進行下一步，低溫回火處理(150°~250°)把軸承軸內因淬火形成的內應力減小。使其硬度保持在較高的水平(58～64RC),而對于對于滲碳鋼，由于滲碳鋼溫度不淬火低，經調根據不同的用途，齒輪的材料選用是有區別的，如用于航空發動機上的齒對于載重汽車的差速器而言，總的來說，其內部是一種高速重載的傳動齒而失效。所以綜合各種因素，差速器應選擇性能優良的合金鋼(如20GrMnTi)等(1)對毛坯進行的熱處理：加工齒坯前后，對其預先進行熱處理(一般為正火或調質)。這樣處理的目的是為了消除之前加工引起的殘余應力，可以提(2)齒面的熱處理：輪齒加工成型后，為進一步提高鋼的性能，還需要能滿足設計要求，參考《機械設計課程設計手冊》GB、T1096-2003取平鍵尺寸為8*7mm,鍵的長度為20mm,材料為45度剛。母、六角開槽螺母等，而螺母的材料同螺栓一樣，目前常4.3鎖止銷失效模式分析差速器失效模式有許多種，除了上文介紹的幾種典型的情形外還有別的形對稱式錐齒輪差速器的具體詳細結構如下：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-差速器右殼由于差速器殼上裝著主減速器的從動齒輪，所以差速器的從動錐齒輪尺寸受到主減速器從動齒輪軸承支承座以及主動齒輪導向軸承座的限制。而因為此次設計的是安裝在驅動橋的兩個半軸之間的差速器，所以尺寸受到軸承座的限制。輪間差速器的非標準零主要有從動錐齒輪(對稱式錐齒輪)、行星齒輪軸(十字軸)對于安裝在半軸之間的差速器，它的尺寸受到軸承座的限制，而影響差速器尺寸的主要就是齒輪的尺寸，所以如何把齒輪設計得更加優化就顯得更加重要。1.行星齒輪數目n的確定東風EQ1090E型載貨汽車選擇的是四個行星齒輪即n=4。2.行星齒輪球面半徑R,的確定以及節錐距A,的計算(式5.2)貨車，礦用汽車，越野車),取K?=1i是變速器一檔傳動比，東風EQ1090E型載貨汽車變速器一檔傳動比速器，主減速器傳動比=6.33(式5.3)26%～27%,故G?=92900×73%=67817Nm?是汽車在發出最大加速度時的后橋負荷轉移系數，一般乘用車為1.2~1.4,貨車為1.1～1.2,此處m,取1.1。φ是輪胎與地面間的附著系數，對一般輪胎的公路用車，可取φ=0.85,r;是輪胎的滾動半徑，東風EQ1090E型載貨汽車采用普通斜交簾線的標準輪輞輪胎，查表得r,=0.398mci,是主減速器從動錐齒輪到車輪間的傳動比：η,,是主減速器從動齒輪到車輪間的傳動效率，當無輪邊減速器時，η將以上數據代入式(3-1)中，得：R=2.7×37018.6=51.7mm將R,圓整為54mm,錐齒輪的節錐距A,一般稍小于R。所以預選其節錐距A=53mm3.行星齒輪與半軸齒輪的設計和選擇(1)行星齒輪和半軸齒輪齒數的確定這里對于齒輪齒數的選擇主要遵循以下原則：達到設計強度、避免加工時產生根切以及結合整體尺寸空間進行綜合考慮。所以在此基于以上三點原因對其進行選擇，得出其齒數在17～30之間選擇，同時根據目前汽車常用的行星齒輪與半軸齒輪之間的齒數比對其齒數比進行確定，確定為在1.5～2.0之間進行取值。能在半軸齒輪的軸線上實現均勻分布，否者其將由差速器其工作原理可知，其工作時行星齒輪和半軸齒輪進行同時嚙合，所以在對其兩者進行設計時，必須進行兼并考慮，因此對半軸齒輪的齒數的選擇必須為行星齒輪齒數的整數倍，從而使得行星齒輪導致差速器無法裝配，因此其應滿足如下安裝條件：(式5.4)(式5.5)上式中：Z2L、Z2R——分別為左、右半軸齒輪的齒數，在差速器為對稱z?是差速器行星齒輪的齒數，Z?是差速器半軸齒輪的齒數，Z?和Z?分別是差速器左、右半軸齒輪的齒數，對于對稱式錐齒輪差速器n是行星齒輪的數目：I是任意整數根據上述可在此取Z=10,Z?=18滿足以上要求。(2)差速器圓錐齒輪模數及半軸齒輪節圓直徑的初步確定<2>確定圓錐齒輪大端端面模數mm=(2A?/Z)siny=(2A?/Z?)sinγ?大端端面模數m按圓錐齒輪的標準模數系列選取，查表得m=5.5mm<3>確定半軸齒輪的節圓直徑4.行星齒輪安裝孔的孔徑d和孔長度L的確定(式5.6)(式5.7)(式5.8)行星齒輪安裝孔的孔徑d與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪安裝孔的長度L就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常取：L=1.1d(式5.9)行星齒輪安裝孔的孔徑d和孔長度L的選擇要保證擠壓強度要求：(式5.10)d是行星齒輪安裝孔的孔徑將上述各計算結果代入式(3-11)中，可得：5.1.2差速器齒輪的幾何計算圖表5.1差速器幾何計算圖表序號名稱符號計算結果1行星齒輪齒數2半軸齒輪齒數,且需滿足式Z,=14□25計算結果3M4齒面寬b5工作齒高6h7壓力角d8軸交角9節圓直徑d節錐角Y周節t齒頂高h徑向間隙C齒根角δ面錐角根錐角齒頂圓直徑齒根圓直徑