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摘 要
進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國的經(jīng)濟(jì)水平在飛速發(fā)展，而自主車企也在迅速擴(kuò)張。汽車工業(yè)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段。對(duì)于汽車來說，差速器作為汽車必不可少的組成部分之一也在汽車市場(chǎng)上產(chǎn)生了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)與分析主要是對(duì)乙醇面包汽車驅(qū)動(dòng)橋的兩個(gè)半軸間的差速器進(jìn)行設(shè)計(jì)的，差速器是汽車驅(qū)動(dòng)橋總成的重要組成部分，主要涉及的是差速器的設(shè)計(jì)等非標(biāo)準(zhǔn)件的齒輪結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)件的計(jì)算，并且對(duì)差速器的種類和發(fā)展也作了介紹，對(duì)方案的選擇和差速器的原理也作了簡(jiǎn)要的說明。在參考了大量有關(guān)差速器的文獻(xiàn)設(shè)計(jì)之后，對(duì)差速器的結(jié)構(gòu)和功能有了較為透徹的了解，同時(shí)對(duì)差速器的設(shè)計(jì)合理，對(duì)差速器的相關(guān)行業(yè)有了一定的了解。
關(guān)鍵詞：乙醇面包車；差速器；齒輪結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)計(jì)算；校核
Abstract
Abstract
Since entering the 21st century, China's economic level has been developing rapidly, and the independent automobile enterprises are also expanding rapidly. The development of automobile industry has entered a new stage. For automobiles, differential, as one of the essential components of automobiles, has also produced fierce competition in the automotive market. The graduation design and analysis is mainly about the design of the differential between the two half axles of the drive axle of the ethanol bakery car. The differential is an important part of the automobile drive axle assembly. It mainly involves the design of the differential and the calculation of the gear structure and standard parts of non-standard parts, and also introduces the types and development of the differential, the selection of the scheme and the differential speed. The principle of the device is also briefly explained. After referring to a large number of literatures about differential design, we have a thorough understanding of the structure and function of the differential. At the same time, we have a reasonable design of the differential, and have a certain understanding of the relevant industries of the differential.
Keywords: ethanol van; differential; gear structure; design calculation; check
目 錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 I
第一章 緒 論 1
1.1汽車差速器的簡(jiǎn)介 1
1.2 研究的背景及意義 1
1.3 行星機(jī)構(gòu)的發(fā)展 2
1.4 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與類型 3
1.5 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 4
1.6 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 5
1.6.1 國外的差速器的研究現(xiàn)狀 5
1.6.2 國內(nèi)差速器的發(fā)展?fàn)顩r 6
1.7 汽車差速器的功用 7
1.8 差速器的分類 8
1.8.1齒輪式差速器 8
1.8.2 摩擦片式差速器 9
1.8.3 強(qiáng)制鎖止式差速器 9
1.9 研究的方法及技術(shù)路線 12
1.9.1研究方法 12
1.9.2研究技術(shù)路線 12
1.10 本文研究的主要內(nèi)容 12
第二章 差速器的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 13
2.1 差速器的方案選擇 13
2.2 差速器的傳動(dòng)原理 14
2.3 差速器的結(jié)構(gòu)分析 15
2.3 差速器的工作原理 15
第三章 差速器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
3.1 行星齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.1.1對(duì)稱式行星齒輪參數(shù)確定 19
3.1.2差速器齒輪幾何參數(shù)的計(jì)算 22
3.1.3差速器齒輪的材料選擇 24
3.2差速器齒輪的強(qiáng)度校核 24
3.3差速器十字軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 25
3.3.1十字軸的分類及選用 25
3.3.2十字軸的尺寸設(shè)計(jì) 25
3.3.3軸的材料選擇 25
3.4差速器墊圈的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
3.4.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 26
3.4.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計(jì) 27
第四章 差速器標(biāo)準(zhǔn)零件的選用 28
4.1螺栓的選用 28
4.2螺母的選用 28
4.3差速器軸承的選用 28
第五章 差速器總成的裝配 30
5.1 差速器總成的裝配 30
5.2差速器的零部件的調(diào)整 30
第六章 差速器殼體的工藝分析 30
6.1 零件的作用 30
6.2 零件的工藝分析 30
總 結(jié) 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
- 35 -
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
第一章 緒 論
1.1汽車差速器的簡(jiǎn)介
差速器是驅(qū)動(dòng)轎的主件。差速器的作用就是在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速11旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。普通差速器由行星齒輪、差速器殼（行星輪架）、半軸齒輪等零件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸進(jìn)入差速器，直接驅(qū)動(dòng)差速器殼帶動(dòng)行星輪軸，再由行星輪帶動(dòng)左、右兩條半軸，分別驅(qū)動(dòng)左、右車輪。差速器是一種能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自一根軸傳至兩根軸，并使后者相互間能以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的差動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般由齒輪組成。汽車、拖拉機(jī)上的差速器位于后橋內(nèi)，由差速殼、行星齒輪及半軸齒輪組成。
差速器是一種將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩一分為二的裝置，允許轉(zhuǎn)向時(shí)輸出兩種不同的轉(zhuǎn)速。在現(xiàn)代轎車或貨車，包括許多四輪驅(qū)動(dòng)汽車上，都能找到差速器。這些四輪驅(qū)動(dòng)車的每組車輪之間都需要差速器。同樣，其兩前輪和兩后輪之間也需要一個(gè)差速器。這是因?yàn)槠囖D(zhuǎn)彎時(shí)，前輪較之后輪，走過的距離是不相同的。部分四輪驅(qū)動(dòng)車前后輪之間沒有差速器。相反的，他們被固定聯(lián)結(jié)在一起，以至于前后輪轉(zhuǎn)向時(shí)能夠以同樣的平均轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是為什么當(dāng)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)忙碌時(shí)，這種車輛轉(zhuǎn)向困難的原因。
1.2 研究的背景及意義
汽車行業(yè)發(fā)展的初期，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人雷諾發(fā)明了汽車差速器，汽車差速器作為汽車必不可少的部件之一曾經(jīng)被汽車專家譽(yù)為“小零件大功用”[1]。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，內(nèi)、外兩側(cè)的車輪在同一時(shí)間內(nèi)要移動(dòng)不同的距離，外輪移動(dòng)的距離比內(nèi)輪要大。差速器作用就是將主減速器傳來的動(dòng)力傳給左、右兩個(gè)半軸，并且在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)允許左、右兩個(gè)半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)（差速）。在上世紀(jì)六七十年代，世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)高速增長期，而2008年開始的全球金融危機(jī)又使汽車產(chǎn)業(yè)在危機(jī)中有了很大發(fā)展的機(jī)遇，在世界各處都有廣闊市場(chǎng)。
目前國內(nèi)汽車的差速器產(chǎn)品技術(shù)基本來自美國、德國、日本等幾個(gè)傳統(tǒng)工業(yè)國家，我國現(xiàn)有的技術(shù)基本上是在引進(jìn)國外的基礎(chǔ)上發(fā)展的，而且已經(jīng)有了一定的規(guī)模。但是，目前我國差速器的自主研發(fā)能力仍然很弱，影響了整車新車的研發(fā)，在差速器的技術(shù)研發(fā)上還有很長的路要走。
1.3 行星機(jī)構(gòu)的發(fā)展
齒輪是使用量大面廣的傳動(dòng)元件。目前世器上齒輪最大傳遞功率已達(dá)6500kW，最大線速度達(dá)210m／s(在實(shí)驗(yàn)室中達(dá)300m/s)；齒輪最大重量達(dá)200t，最大直徑達(dá) (組合式)，最大模數(shù)m達(dá)50mm。我國自行設(shè)計(jì)的高速齒輪(增)減速器的功率已達(dá)44000kW，齒輪圓周速度達(dá)150m／s以上。
由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速器，用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。
20世紀(jì)末的20多年，世界齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展。產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢(shì)是小型化、高速化、低噪聲、高可靠度。技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。
硬齒面技術(shù)到20世紀(jì)80年代時(shí)在國外日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于IS01328一1975的6級(jí)，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的4倍，為軟齒而齒輪的5一6倍。一個(gè)中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速器的重量?jī)H為軟齒面齒輪減速器的1/3左右。
功率分支技術(shù)主要指行星及大功率齒輪箱的功率雙分及多分支裝置，如中心傳動(dòng)的水泥磨主減速器，其核心技術(shù)是均載。
模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)通用和標(biāo)準(zhǔn)減速器旨在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆蓋面需求的同時(shí)，盡可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格，以便于組織生產(chǎn)，使零部件生產(chǎn)形成批量，降低成本，取得規(guī)模效益。
其他技術(shù)的發(fā)展還表現(xiàn)在理論研究(如強(qiáng)度計(jì)算、修形技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，新齒形、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等)更完善、更接近實(shí)際；普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件；材料和熱處理質(zhì)量控制水平的提高；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理；加工精度普遍提高到ISO的4一6級(jí)；軸承質(zhì)量和壽命的提高；潤滑油質(zhì)量的提高；加工裝備和檢測(cè)手段的提高等方面。
這些技術(shù)的應(yīng)用和日趨成熟，使齒輪產(chǎn)品的性能價(jià)格比大大提.高，產(chǎn)品越來越完美。如非常粗略地估計(jì)一下，輸出IOONm轉(zhuǎn)矩的齒輪裝置，如果在1950年時(shí)重10kg，到80年代就可做到僅約lkg。
20世紀(jì)70年代至90年代初，我國的高速齒輪技術(shù)經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、技術(shù)引進(jìn)(技術(shù)攻關(guān))到獨(dú)立設(shè)計(jì)制造3個(gè)階段?，F(xiàn)在我國的設(shè)計(jì)制造能力基本上可滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)制造的最高參數(shù):最大功率44MW,最高線速度168m/s，最高轉(zhuǎn)速67000r/min。
我國的低速重載齒輪技術(shù)，特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測(cè)繪仿制等階段，從無到有逐步發(fā)展起來。除了摸索掌握制造技術(shù)外，在20世紀(jì)80年代末至90年代初推廣硬齒面技術(shù)過程中，我們還作了解決“斷軸”、“選用”等一系列有意義的工作。在20世紀(jì)70-80年代一直認(rèn)為是國內(nèi)重載齒輪兩大難題的“水泥磨減速器”和“軋鋼機(jī)械減速器”，可以說已完全解決。
20世紀(jì)80年代至90年代初，我國相繼制訂了一批減速器標(biāo)準(zhǔn)，如ZBJ19004一88《圓柱齒輪減速器》、ZBJ19026一90《運(yùn)輸機(jī)械用減速器》和YB/T050一93《冶金設(shè)備用YNK齒輪減速器》等幾個(gè)硬齒面減速器標(biāo)準(zhǔn)，我國有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)，如YB/T079 - 95《三環(huán)減速器》。按這些標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的許多產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)均可達(dá)到或接近國外同類產(chǎn)品的水平，其中YNK減速器較完整地吸取了德國FLENDER公司同類產(chǎn)品的特點(diǎn)，并結(jié)合國情作了許多改進(jìn)與創(chuàng)新。
（1） 漸開線行星齒輪效率的研究
行星齒輪傳動(dòng)的效率作為評(píng)價(jià)器傳動(dòng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，國內(nèi)外有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)在，計(jì)算行星齒輪傳動(dòng)效率的方法很多，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多有關(guān)行星齒輪傳動(dòng)效率的計(jì)算方法，在設(shè)計(jì)計(jì)算中，較常用的計(jì)算方有3種：嚙合功率法、力偏移法、和傳動(dòng)比法（克萊依涅斯法），其中以嚙合功率法的用途最為廣泛，此方法用來計(jì)算普通的2K2H和3K型行星齒輪的效率十分方便。
（2） 漸開線行星齒輪均載分析的研究現(xiàn)狀
行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。這些都是由于在其結(jié)構(gòu)上采用了多個(gè)行星輪的傳動(dòng)方式，充分利用了同心軸齒輪之間的空間，使用了多個(gè)行星輪來分擔(dān)載荷，形成功率流，并合理的采用了內(nèi)嚙合傳動(dòng)，從而使其具備了上述的許多優(yōu)點(diǎn)。但是，這只是最理想的情況，而在實(shí)際應(yīng)用中，由于加工誤差和裝配誤差的存在，使得在傳動(dòng)過程中各個(gè)行星輪上的載荷分配不均勻，造成載荷有集中在一個(gè)行星輪上的現(xiàn)象，這樣，行星齒輪的優(yōu)越性就得不到發(fā)揮，甚至不如普通的外傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。所以，為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性，均載的問題就成了一個(gè)十分重要的課題。在結(jié)構(gòu)方面，起初人們只努力地提高齒輪的加工精度，從而使得行星齒輪的制造和裝配變得比較困難。后來通過時(shí)間采取了對(duì)行星齒輪的基本構(gòu)件徑向不加限制的專門措施和其它可自動(dòng)調(diào)位的方法，即采用各種機(jī)械式地均載機(jī)構(gòu)，以達(dá)到各行星輪間的載荷分布均勻的目的。典型的幾種均載機(jī)構(gòu)有基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)、杠桿聯(lián)動(dòng)均載機(jī)構(gòu)和采用彈性件的均載機(jī)構(gòu)。
1.4 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與類型
齒輪傳動(dòng)與其它傳動(dòng)比較，具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、工作可靠、壽命長、效率高、可實(shí)現(xiàn)平行軸任意兩相交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，適應(yīng)的圓周速度和傳動(dòng)功率范圍大，但齒輪傳動(dòng)的制造成本高，低精度齒輪傳動(dòng)時(shí)噪聲和振動(dòng)較大，不適宜于兩軸間距離較大的傳動(dòng)。
齒輪傳動(dòng)是以主動(dòng)輪的輪齒依次推動(dòng)從動(dòng)輪來進(jìn)行工作的，是是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛的一種傳動(dòng)形式。齒輪傳動(dòng)可按一對(duì)齒輪軸線的相對(duì)位置來劃分，也可以按工作條件的不同來劃分。
輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿渦輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。
根據(jù)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各齒輪的幾何軸線相對(duì)位置是否變動(dòng)，齒輪傳動(dòng)分為兩大類型。
（1）普通齒輪傳動(dòng)（定軸輪系）
當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動(dòng)（或稱定軸輪系）。在普通齒輪傳動(dòng)中，如果各齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動(dòng)；如果齒輪系中含有一個(gè)相交軸齒輪副或一個(gè)相錯(cuò)軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳動(dòng)（空間齒輪傳動(dòng)）。
（2）行星齒輪傳動(dòng)（行星輪系）
當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉(zhuǎn)，即在該齒輪系中，至少具有一個(gè)作行星運(yùn)動(dòng)的齒輪，則稱該齒輪傳動(dòng)為行星齒輪傳動(dòng)，即行星輪系。
1.5 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)
行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較，它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)如下：
（1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的（即在承受相同的載荷條件下）。
（2）傳動(dòng)效率高。在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達(dá)0.97~0，99。
（3）傳動(dòng)比較大。可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解。只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動(dòng)的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很大時(shí)，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。
（4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。由于采用了數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。
最常見的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是NGW型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。行星齒輪傳動(dòng)的型式可按兩種方式劃分：按齒輪嚙合方式不同分有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等類型。按基本結(jié)構(gòu)的組成情況不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等類型。
行星齒輪傳動(dòng)最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它可進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、起重運(yùn)輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置，行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來越廣泛的應(yīng)用，表1-1列出了常用行星齒輪傳動(dòng)的型式及特點(diǎn)：
1.6 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀
目前汽車正在朝著經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的方向發(fā)展，如何能夠促使自己的產(chǎn)品燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性提高是每一個(gè)汽車廠家都在做的事情，當(dāng)然這是一個(gè)廣泛的概念，汽車的每一個(gè)零件都在發(fā)生著變化，差速器也不例外，尤其是那些對(duì)操控性有比較高要求的車輛，要求也特別高[2]。
1.6.1 國外的差速器的研究現(xiàn)狀
外國的那些差速器生產(chǎn)企業(yè)的研究水平很高，并且還在不斷的進(jìn)步。平均每年銷售額18億美金的伊頓公司汽車集團(tuán)是全球化汽車零部件制造的供應(yīng)商，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體管理，變速箱，牽引力控制以及安全排放控制領(lǐng)域都居全球領(lǐng)先地位。零件的主要產(chǎn)品包括發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體管理部分以及動(dòng)力控制系統(tǒng)，在其中屬于動(dòng)力控制系統(tǒng)的差速器產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中居于領(lǐng)先的地位。伊頓公司研發(fā)了新型的鎖式差速器，它工作的原理與其他差速器不同之處：當(dāng)汽車一側(cè)輪子打滑時(shí)，普通的開式差速器幾乎不能提供有效扭矩給車輛，而伊頓的鎖式差速器則可以提供，在發(fā)現(xiàn)車輪打滑時(shí)，鎖式差速器鎖定動(dòng)力傳遞百分之百的扭矩到不打滑的車輪，克服各種困難的路面給車輛帶來的限制[3][4]。在汽車的牽引力測(cè)試、連續(xù)彈坑、V型溝等試驗(yàn)中，兩驅(qū)汽車在安裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能和通過性能甚至超過四驅(qū)動(dòng)的車輛，因?yàn)橹灰球?qū)動(dòng)輪的任何一側(cè)發(fā)生打滑以后，伊頓鎖式差速器就會(huì)馬上鎖住動(dòng)力，并且把全部動(dòng)力轉(zhuǎn)移到另外一有附著力的輪上，使車輛依然能夠的正常向前或向后行駛。毫無疑問，更強(qiáng)的越野性以及安全性是差速器實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)。
1.6.2 國內(nèi)差速器的發(fā)展?fàn)顩r
從目前的情況來看，我國差速器的行業(yè)已經(jīng)順利完成了由小到大的轉(zhuǎn)變，正在處于由大到強(qiáng)的發(fā)展階段，在轉(zhuǎn)型和調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)刻，提高汽車差速器的精度、可靠性是我國差速器行業(yè)的重要任務(wù)。近幾年以來我國汽車差速器市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品生產(chǎn)持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)的政策鼓勵(lì)一些汽車差速器產(chǎn)業(yè)正向高科技技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，我國國企企業(yè)新增的投資項(xiàng)目正在逐年增多[5]。投資者對(duì)汽車差速器行業(yè)關(guān)注度越來越密切，這就會(huì)使汽車差速器行業(yè)的發(fā)展需求越來越大[6]。差速器的種類正趨于多元化，功能也趨于完整化。目前汽車上經(jīng)常用的是對(duì)稱式錐齒輪差速器，還有現(xiàn)在各種各樣的多功能的差速器：強(qiáng)制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、輪間差速器、防滑差速器、 托森差速器。其中托森差速器是一種新型的差速器機(jī)構(gòu)，它能夠解決在其他差速器的內(nèi)差動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小時(shí)不能起到差速作用的問題和轉(zhuǎn)矩較大時(shí)不能夠自動(dòng)將差速器鎖死的問題。
目前新型的差速器為LMC?；ユi差速器，LMC?；ユi差速器用于0.5---1.5噸級(jí)的汽車，它能夠有效地提高汽車的通過性、可靠性、越野型、安全性和經(jīng)濟(jì)性，能滿足很多不同條件以及不同情況下的汽車的要求。這種純機(jī)械、非電控、非液壓中央差速分動(dòng)裝置，已經(jīng)申報(bào)了美、日、韓、英、俄羅斯等19個(gè)國家的專利保護(hù)，這一項(xiàng)技術(shù)不僅僅是中國發(fā)明，也是一項(xiàng)世界發(fā)明。LMC?；ユi差速器是由多種類齒輪系統(tǒng)和相應(yīng)的軸、殼體組成的，具備傳動(dòng)汽車的前輪以及后輪輪間差速器、前后橋軸間的差速器。LMC常互鎖差速分動(dòng)器通過四支傳動(dòng)軸和輪邊減速器帶動(dòng)四個(gè)車輪，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)車輪的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，在當(dāng)兩個(gè)車輪打滑的情況下仍然能夠正常行駛，在泥濘路面、冰雪路面、無路路面上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以解決傳統(tǒng)四驅(qū)汽車的不足：如車輪打滑不能正常行駛；高油耗問題、功率循環(huán)問題；不能高速行駛；不能實(shí)現(xiàn)軸間差速；四驅(qū)轉(zhuǎn)換麻煩等。汽車上裝有LMC?；ユi差速分動(dòng)器的具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）可以提高汽車的通過性：LMC?；ユi差速分動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)輪間、軸間、對(duì)角任意混合差速以及鎖止，具有混合差速，在任何情況下單個(gè)車輪、對(duì)角線雙車輪不會(huì)發(fā)生滑轉(zhuǎn)，即使單個(gè)車輪是懸空，車輪仍然具有驅(qū)動(dòng)力能正常行駛。
（2）可以提高汽車的安全性：行車安全，操縱輕便安全，加速性好，轉(zhuǎn)彎容易，制動(dòng)穩(wěn)定，無需增加操縱機(jī)構(gòu)。
（3）可以提高汽車傳動(dòng)系的壽命和可靠性：因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了汽車的任意差速，消除了功率循環(huán)，克服了汽車分時(shí)四驅(qū)在四驅(qū)狀態(tài)下的傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)閮?nèi)耗而產(chǎn)生的差速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸等機(jī)件磨損，甚至致命性損壞，延長了汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。
（4）具備了有良好的經(jīng)濟(jì)性：制造成本低，功能領(lǐng)先，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，維修簡(jiǎn)便，節(jié)油，產(chǎn)品適用性廣。
LMC?；ユi差速分動(dòng)器的開發(fā)是在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的情況下產(chǎn)生的產(chǎn)品，符合我國國情的需要。
1.7 汽車差速器的功用
差速器的功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右驅(qū)動(dòng)車輪以不同的角速度滾動(dòng)，以保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面間作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
圖1-1 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)示意圖
汽車行駛時(shí)，左右輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾動(dòng)的路程往往不等。如圖1-1所示，在轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎半徑R1和R2不同，行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)測(cè)車輪；汽車在不平的路面行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直的路面行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑不同而使左、右車輪行駛不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪鋼性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上滑移或是滑轉(zhuǎn)。這樣不僅會(huì)加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗。而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車就要安裝差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。而為了方便安裝和調(diào)試差速器，還解決現(xiàn)在差速器的從動(dòng)齒輪尺寸不受限制所以設(shè)計(jì)了安裝在輪轂的差速器稱為輪邊差速器，在兩軸間分配轉(zhuǎn)矩，保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。使汽車行駛時(shí)能作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，提高了車輛的通過性。
差速器按其結(jié)構(gòu)不同可以分為以下幾種形式：
1. 齒輪式 汽車上廣泛采用的是對(duì)稱錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、
質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)鎖止式差速器等。
2. 凸輪式 現(xiàn)在常見的是滑塊凸輪式差速器，它是一種高摩擦自鎖差速器，結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
3. 蝸輪式 蝸輪式差速器也是一種高摩擦自鎖差速器，這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。
4. 牙嵌式 牙嵌式自由輪差速器是自鎖式差速器的一種，該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。
1.8 差速器的分類
1.8.1齒輪式差速器
汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。他又可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器等
1．普通錐齒輪式差速器
由于普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)可靠，所以廣泛應(yīng)用于一般使用條件的汽車驅(qū)動(dòng)橋中。圖1-2為其示意圖，圖中ω0為差速器殼的角速度；ω1、ω2分別為左、右兩半軸的角速度；To為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；Tr為差速器的內(nèi)摩擦力矩；T1、T2分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩。
圖1-2 普通錐齒輪式差速器
普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)是一般為0．05～0．15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比kb=1．11～1．35，這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對(duì)于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。但當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)很小時(shí)，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。
1.8.2 摩擦片式差速器
為了增加差速器的內(nèi)摩擦力矩，在半軸齒輪7與差速器殼1之間裝上了摩擦片2(圖1-3)。兩根行星齒輪軸5互相垂直，軸的兩端制成V形面4與差速器殼孔上的V形面相配，兩個(gè)行星齒輪軸5的V形面是反向安裝的。每個(gè)半軸齒輪背面有壓盤3和主、從動(dòng)摩擦片2，主、從動(dòng)摩擦片2分別經(jīng)花鍵與差速器殼1和壓盤3相連。
圖1-3 摩擦片式差速器
摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)k可達(dá)0．6，可達(dá)4。這種差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)，可明顯提高汽車通過性。
1.8.3 強(qiáng)制鎖止式差速器
當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪處于附著系數(shù)較小的路面時(shí)，可通過液壓或氣動(dòng)操縱，嚙合接合器(即差速鎖)將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)，使?fàn)繉?duì)于裝有強(qiáng)制鎖止式差速器的4X2型汽車，采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高倍，從而提高了汽車通過性。當(dāng)然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與地面間的附著力，汽車也無法行駛。
強(qiáng)制鎖止式差速器可充分利用原差速器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車上都裝用差速鎖。
(二)滑塊凸輪式差速器
圖1-4為雙排徑向滑塊凸輪式差速器。差速器的主動(dòng)件是與差速器殼1連接在一起的套，套上有兩排徑向孔，滑塊2裝于孔中并可作徑向滑動(dòng)?；瑝K兩端分別與差速器的從動(dòng)元件內(nèi)凸輪4和外凸輪3接觸。內(nèi)、外凸輪分別與左、右半軸用花鍵連接。當(dāng)差速器傳遞動(dòng)力時(shí)，主動(dòng)套帶動(dòng)滑塊并通過滑塊帶動(dòng)內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)允許內(nèi)、外凸輪轉(zhuǎn)速不等。理論上凸輪形線應(yīng)是阿基米德螺線，為加工簡(jiǎn)單起見，可用圓弧曲線代替。
圖1-4 滑塊凸輪式差速器
(三)蝸輪式差速器
蝸輪式差速器(圖1-5)也是一種高摩擦自鎖差速器。蝸桿2、4同時(shí)與行星蝸輪3與半軸蝸輪1、5嚙合，從而組成一行星齒輪系統(tǒng)。
圖1-5 蝸輪式差速器
(四)牙嵌式自由輪差速器
牙嵌式自由輪差速器(圖1-6)是自鎖式差速器的一種。裝有這種差速器的汽車在直線行駛時(shí)，主動(dòng)環(huán)可將由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動(dòng)環(huán)(即左、右半軸)。當(dāng)一側(cè)車輪懸空或進(jìn)入泥濘、冰雪等路面時(shí)，主動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)矩可全部或大部分分配給另一側(cè)車輪。當(dāng)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，外側(cè)車輪有快轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使外側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)脫開，即中斷對(duì)外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使內(nèi)側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)壓得更緊，即主動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。由于該差速器在轉(zhuǎn)彎時(shí)是內(nèi)輪單邊傳動(dòng)，會(huì)引起轉(zhuǎn)向沉重，當(dāng)拖帶掛車時(shí)尤為突出。此外，由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時(shí)斷時(shí)續(xù)，車輪傳動(dòng)裝置受的動(dòng)載荷較大，單邊傳動(dòng)也使其受較大的載荷。
圖1-6 牙嵌式差速器
牙嵌式自由輪差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比Ab是可變的，最大可為無窮大。該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。
1.9 研究的方法及技術(shù)路線
1.9.1研究方法
（1）通過查閱相關(guān)資料，掌握差速器的主要參數(shù)。
（2）充分考慮已有差速器的優(yōu)缺點(diǎn)來確定差速器的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)現(xiàn)有裝置的不足進(jìn)行分析。
（3）對(duì)設(shè)計(jì)的差速器進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出能滿足要求的差速器。
1.9.2研究技術(shù)路線
（1）根據(jù)題目和原始數(shù)據(jù)查看相關(guān)資料，了解當(dāng)今國內(nèi)外差速器的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告。
（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求提出多種設(shè)計(jì)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中選擇較好的方案，再對(duì)所選擇的方案做進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，最終確定總體設(shè)計(jì)方案。
（3）具體設(shè)計(jì)差速器。
（4）對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要零件進(jìn)行校核計(jì)算，如齒輪、軸、軸承等，保證設(shè)計(jì)的合理性和可行性。；
（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；
（6）整理各項(xiàng)設(shè)計(jì)資料，撰寫論文。
1.10 本文研究的主要內(nèi)容
本論文主要對(duì)差速器的齒輪，行星齒輪架，差速器殼體等零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下五部分:
(1) 差速器的總體設(shè)計(jì)。
(2) 差速器齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
(3) 差速器主要零部件的強(qiáng)度校核及受力分析。
(4)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
課程設(shè)計(jì)說明書
第二章 差速器的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
2.1 差速器的方案選擇
由于結(jié)構(gòu)原因，這種差速器分配給左右輪的轉(zhuǎn)矩相等。這種差速器轉(zhuǎn)矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當(dāng)汽車在壞路上行駛時(shí)，卻嚴(yán)重影響通過能力。例如當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪陷入泥濘路面時(shí)，雖然另一驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上，汽車卻往往不能前進(jìn)（俗稱打滑）。此時(shí)在泥濘路面上的驅(qū)動(dòng)輪原地滑轉(zhuǎn)，在良好路面上的車輪卻靜止不動(dòng)。這是因?yàn)樵谀酀袈访嫔系能囕喤c路面之間的附著力較小，路面只能通過此輪對(duì)半軸作用較小的反作用力矩，因此差速器分配給此輪的轉(zhuǎn)矩也較小，盡管另一驅(qū)動(dòng)輪與良好路面間的附著力較大，但因平均分配轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使這一驅(qū)動(dòng)輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪等量的轉(zhuǎn)矩，以致驅(qū)動(dòng)力不足以克服行駛阻力，汽車不能前進(jìn)，而動(dòng)力則消耗在滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪上。此時(shí)加大油門不僅不能使汽車前進(jìn)，反而浪費(fèi)燃油，加速機(jī)件磨損，尤其使輪胎磨損加劇。有效的解決辦法是：挖掉滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪下的稀泥或在此輪下墊干土、碎石、樹枝、干草等。
根據(jù)微型客車的類型，初步選定差速器的種類為對(duì)稱式行星錐齒輪差速器，安裝在驅(qū)動(dòng)橋的兩個(gè)半軸之間，通過兩個(gè)半軸把動(dòng)力傳給車輪?，F(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如下：
圖2-1差速器結(jié)構(gòu)方案圖
如圖2-1，對(duì)稱式行星錐齒輪主要是差速器左右殼1和4，兩個(gè)半軸齒輪2、2個(gè)行星齒輪3、十字軸5。動(dòng)力傳輸?shù)讲钏倨鳉?，差速器殼帶動(dòng)十字軸5轉(zhuǎn)動(dòng)。十字軸又帶動(dòng)安裝在它四個(gè)軸頸上的行星齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪與半軸齒輪相互嚙合，所以又將轉(zhuǎn)矩傳遞給半軸齒輪，半軸齒輪與半軸相連，半軸又將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪，完成汽車的行駛。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、安裝方便、調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
2.2 差速器的傳動(dòng)原理
差速器的動(dòng)力輸入：從動(dòng)齒輪（錐齒輪等），帶動(dòng)差速器殼體旋轉(zhuǎn)；
差速器的輸出：兩個(gè)半軸齒輪，連接兩側(cè)的傳動(dòng)軸（也稱為半軸）將動(dòng)力給兩側(cè)車輪；
行星齒輪的自轉(zhuǎn)：指的是行星齒輪繞行星齒輪軸的旋轉(zhuǎn)；
行星齒輪的公轉(zhuǎn)：指的是行星齒輪繞半軸齒輪軸線的旋轉(zhuǎn)；
直線行駛時(shí)，差速器殼體（作為差速器的輸入）帶動(dòng)行星齒輪軸，從而帶動(dòng)行星齒輪繞半軸齒輪軸線公轉(zhuǎn)，行星齒輪繞半軸齒輪軸線的公轉(zhuǎn)將半軸齒輪夾持，帶動(dòng)半軸齒輪輸出動(dòng)力。所以在直線行驅(qū)時(shí)：
左側(cè)車輪轉(zhuǎn)速（即左側(cè)半軸齒輪轉(zhuǎn)速）＝右側(cè)車輪轉(zhuǎn)速（右半軸齒輪轉(zhuǎn)速）＝差速器殼體的轉(zhuǎn)速。
2 將車輪支起后，轉(zhuǎn)一側(cè)車輪，另一側(cè)車輪將反向同速旋轉(zhuǎn)的原因。
多數(shù)人經(jīng)歷過這種情況：將汽車的驅(qū)動(dòng)輪支起，變速器掛上檔，如果轉(zhuǎn)一側(cè)車輪，另一側(cè)車輪將反向旋轉(zhuǎn)。掛檔的目的是鎖止差速器殼體，不讓差速器殼體旋轉(zhuǎn)。因?yàn)椴钏倨鳉んw不能旋轉(zhuǎn)，也就沒有了行星齒輪的公轉(zhuǎn)了，但是當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)一側(cè)車輪時(shí)，這一側(cè)的半軸齒輪驅(qū)動(dòng)行星齒輪繞自身軸線自轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)另一側(cè)半軸齒輪反向旋轉(zhuǎn)，自然加一側(cè)車輪也就反向旋轉(zhuǎn)了。
3 轉(zhuǎn)彎時(shí)差速器的工作狀態(tài)：
轉(zhuǎn)彎時(shí)，行星齒輪在原來公轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)生了自轉(zhuǎn)，前面提到，行星齒輪只公轉(zhuǎn)不自轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與差速器殼相等；而只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)向相反；現(xiàn)在是在行星齒輪公轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)生了自轉(zhuǎn)，假設(shè)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是順轉(zhuǎn)100轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)一側(cè)半軸齒輪順轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)，另一側(cè)逆轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向時(shí)，一側(cè)半軸齒輪轉(zhuǎn)速是110轉(zhuǎn)（100＋10），而另側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速是90轉(zhuǎn)（100－10）。
行星齒輪發(fā)生自動(dòng)發(fā)生自轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)彎半徑下，自然行駛阻力增大了，內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速低于差速器殼轉(zhuǎn)速，行星齒輪發(fā)生自轉(zhuǎn)，另一側(cè)車輪轉(zhuǎn)速自然升高，高于差速器殼體的轉(zhuǎn)速。
2.3 差速器的結(jié)構(gòu)分析
（1）行星齒輪3的背面大都做成球面，與差速器殼1配合，保證行星齒輪具有良好的對(duì)中性，以利于和兩個(gè)半軸齒輪2正確地嚙合；
（2）由于行星齒輪3和半軸齒輪2是錐齒輪傳動(dòng)，在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，沿行星齒輪和半軸齒輪的軸線有很大的軸向作用力，而齒輪和差速器殼之間又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為減少齒輪和差速器殼之間的磨損，在半軸齒輪背面與差速器殼相應(yīng)的摩擦面之間裝有平墊圈，而在行星齒輪和差速器殼之間裝有球面墊圈。當(dāng)汽車行駛一定得里程。墊圈磨損后可以通過更換墊圈來調(diào)整齒輪的嚙合間隙，以提高差速器的壽命。
（3）在中、重型汽車上由于需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，所以要安裝4個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸也要用十字軸。
（4）為了保證行星齒輪和十字軸之間有良好的潤滑，在十字軸的軸頸銑出了一個(gè)平面，以儲(chǔ)存潤滑油潤滑齒輪背面。
2.3 差速器的工作原理
差速器采用對(duì)稱式錐齒輪結(jié)構(gòu)，其原理如下圖2-2所示。
圖2-2 差速器差速原理圖
差速器殼3與行星齒輪5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，故為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為ωo;半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為ω1和ω2.A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r。
當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑r上的A 、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等，其值為ωor.于是，ω1=ω2=ωo，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。
行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)也在進(jìn)行自傳，如圖當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度ω4自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)A的圓周速度為ω1r=ωor+ω4r4，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為ω2r=ωor--ω4r4.于是有
ω1r+ω2r=（ωor+ω4r4）+(ωor--ω4r4)
即 ω1+ω2=2ωo
若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n表示，則
n1+n2=2no （2-1）
式（2-1）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)性方程式。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)彎行駛或其他行駛情況下，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)。
由式（2--1）可得知：①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當(dāng)差速器殼轉(zhuǎn)速為零時(shí)，若一側(cè)半軸齒輪受到其他外來力矩而轉(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)。
對(duì)稱式錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配ＭO：由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)由差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，而兩個(gè)半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩ＭO平均分配給左、右兩半軸齒輪，即Ｍ1=Ｍ2=Ｍ0／2。
當(dāng)兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速朝相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速n1大于右半軸轉(zhuǎn)速n2，則行星齒輪將按順時(shí)針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。此時(shí)行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩Ｍr方向與行星齒輪的轉(zhuǎn)向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對(duì)左、右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個(gè)圓周力，因此當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，Ｍ1=（Ｍ0--Ｍr）／2，Ｍ2=（Ｍ0+Ｍr）／2.左、右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩Ｍr。
為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù)K表示
K=（Ｍ2--Ｍ1）／Ｍ0=Ｍr／Ｍ0
差速器內(nèi)摩擦力矩Ｍr和其輸入轉(zhuǎn)矩Ｍ0（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數(shù)K?？炻胼S的轉(zhuǎn)矩之比Ｍ2／Ｍ1定義為轉(zhuǎn)矩比，以
Kb=Ｍ2／Ｍ1=(1+K) ／(1-K)
目前廣泛使用的對(duì)稱式錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小，其鎖緊系數(shù)K=0.05~0.15，轉(zhuǎn)矩比Kb為1.1~1.4.可以認(rèn)為，無論左、右驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速是否相等，其轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對(duì)于汽車在好的路面上直線或轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，都是令人滿意。但是當(dāng)汽車在壞的路面行駛時(shí)，卻嚴(yán)重影響了通過能力。例如，當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時(shí)候，在泥濘路面上的車輪原地滑轉(zhuǎn)，而在好路面上的車輪靜止不動(dòng)。這是因?yàn)樵谀酀袈访嫔宪囕喤c路面上車輪與路面之間附著力很小，路面只能對(duì)半軸作用很小的反作用很小的反作用轉(zhuǎn)矩，雖然另一車輪與好路面間的附著力較大，但因?qū)ΨQ式錐齒輪差速器具有轉(zhuǎn)矩平均分配的特性，使這一個(gè)車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只能與傳到滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)車輪上的很小的轉(zhuǎn)矩相等，致使總的驅(qū)動(dòng)力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進(jìn)。
在圖2-3容易看出汽車在直線行駛時(shí)候兩半軸的轉(zhuǎn)速相等和在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)兩半軸轉(zhuǎn)速不等：
圖2-3 差速器工作時(shí)轉(zhuǎn)矩變化圖
當(dāng)汽車在直線行駛時(shí)，此時(shí)行星齒輪軸將轉(zhuǎn)距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速恒等于差速器殼的轉(zhuǎn)速，傳遞給左右車輪的轉(zhuǎn)矩也是相等的。此時(shí)左右車輪的轉(zhuǎn)速時(shí)相等的。
而當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，其中一個(gè)半軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角，兩半軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)速大，一個(gè)轉(zhuǎn)速小，此時(shí)汽車就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛。
課程設(shè)計(jì)說明書
第三章 差速器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于差速器殼上裝著主減速器的從動(dòng)齒輪，所以差速器的從動(dòng)錐齒輪尺寸受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座以及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。而因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的是安裝在驅(qū)動(dòng)橋的兩個(gè)半軸之間的差速器，所以尺寸受到軸承座的限制。輪邊差速器的非標(biāo)準(zhǔn)零主要有從動(dòng)錐齒輪（對(duì)稱式錐齒輪）、行星齒輪軸（十字軸）等等。
3.1 行星齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)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(shè)計(jì)得更加優(yōu)化就顯得更加重要。如下圖3-1為行星齒輪初步方案圖。
圖3-1行星齒輪的方案圖
3.1.1對(duì)稱式行星齒輪參數(shù)確定
1.行星齒輪齒數(shù)目n的確定
行星齒輪數(shù)目需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取兩個(gè)，反之就取四個(gè)。而微型客車選擇的是兩個(gè)行星齒輪，即n=2。
2.行星齒輪球面半徑的確定RB以及節(jié)錐距A0的計(jì)算
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)際上代表了差速器錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力即是強(qiáng)度。
球面半徑可按照如下公式確定：
mm （3-1）
上式中： KB——為行星齒輪球面半徑系數(shù)?？扇?.52~2.99，對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的微型客車取小值；對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的乘用車和礦用車取最大值；
T——為差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）,T=min［Tce,Tcs］;取Tce和Tcs的較小值；
RB——為球面半徑。
轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
（3-2）
上式中： rr——為車輪的滾動(dòng)半徑， 取rr=0.3m；
igh——變速器最高檔傳動(dòng)比。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(jí)、雙級(jí)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=5200r/n ；vamax=110km/h； rr=0.3m ； igh=1代入（3-2）中
計(jì)算出 io=5.35；
從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
（3-3）
上式中： Tce——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；
Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =158 Nm
n——為驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，取1；
if——為變速器傳動(dòng)比，if=3.704；
i0——為主減速器傳動(dòng)比，i0=5.35；
η——為變速器傳動(dòng)效率，η=0.96；
k——為液力變矩器變矩系數(shù)，k =1；
k d——為由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，k d=1；
i1——為變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=1；
代入式（3—3）中，有：
Tce=3005.4Nm
主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcs =8960.4Nm.T取較小值，即有T= Tce=3005.4Nm；
將以上數(shù)據(jù)代入式（3-1）有
=2.7=40mm
而行星齒輪節(jié)錐距A0為：A0=（0.98~0.99）=（0.98~0.99）40=40mm
所以預(yù)選其節(jié)錐距A=40mm
3.行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)計(jì)算
(1)行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的確定
為了使輪齒獲得較高的強(qiáng)度，希望取得較大的模數(shù)，但是尺寸會(huì)增大影響差速器的安裝，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)Z1應(yīng)該取少一些，但Z1一般不少于10。半軸齒輪的齒數(shù)一般采用14～25之間，大多數(shù)汽車的行星齒輪與半軸齒輪的齒數(shù)Z2比Z1/Z2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)Z2L、Z2R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：
(3-4)
上式中： Z2L、Z2R ——為左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來說，Z2L=Z2R；
——為行星齒輪數(shù)目；
——任意整數(shù)。
根據(jù)上述可在此Z1=12；Z2=20 ， 滿足以上要求。
（2）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
首先可以根據(jù)下面公式求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角，；
= =90°-° （3-5）
將=12，=20代入上述式子中可求得
=30.96° ；=59.04°
第二步再按下式求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m
m====3.35
查閱相關(guān)文獻(xiàn)可取m=4mm
最后而根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算公式即有：
; d2=mz2=4×20=80mm
4.壓力角α
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，在此選22.5°的壓力角。某些總質(zhì)量較大的商用車采用25°壓力角以提高齒輪強(qiáng)度。
5.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，通常取：
（3-6）
（3-7）
（3-8）
上面式中：——為差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取3320.4N·m
——為行星齒輪的數(shù)目；在此取為4
——為行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，mm，約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑的一半即是 ≈0.5 d2’， d2’為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d2’=0.8 d2；
——為支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69 MPa
根據(jù)上式有 d2’=0.8×80=64mm ； =0.5×64=32mm
將上述計(jì)算出的結(jié)果代入到式（3-6）和（3-7）中即可得
φ≈28mm ； L=20.24≈20mm
3.1.2差速器齒輪幾何參數(shù)的計(jì)算
表3-1 差速器幾何計(jì)算圖表
序號(hào)
名稱
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
=12
2
半軸齒輪齒數(shù)
=14～25，且需滿足式（1-4）
=20
3
模數(shù)
=4mm
4
齒面寬
b=(0.25～0.30)A;b≤10m
20mm
5
工作齒高
=6.4mm
6
全齒高
7.203
7
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
=40mm
12
周節(jié)
=3.1416
=12.56mm
13
齒頂高
;
=4.14mm
=2.25mm
14
齒根高
=1.788-;
=1.788-
=3.012mm;
=4.9mm
15
徑向間隙
=-=0.188+0.051
=0.803mm
16
齒根角
=;
=4.32°; =6.98°
17
面錐角
；
=35.28°；=66.01°
18
根錐角
；
=26.64°=52.05°
19
外圓直徑
；
mm
mm
20
節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離
mm
mm
21
理論弧齒厚
=5.92 mm
=6.63 mm
22
齒側(cè)間隙
=0.245～0.330 mm
=0.250mm
23
弦齒厚
=5.269mm
=6.49mm
24
弦齒高
=4.29mm
=2.32mm
3.1.3差速器齒輪的材料選擇
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。要考慮齒輪的許用應(yīng)力和彎曲強(qiáng)度，此次選用的齒輪材料為20CrMnTi。查閱《工程材料》相關(guān)資料可知此材料的許用應(yīng)力為[210 MPa ~980MPa]。
3.2差速器齒輪的強(qiáng)度校核
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(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(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)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 (3-9)
上式中： ——為差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式在此將取為498.06N·m；
——為差速器的行星齒輪數(shù)；
b2、d2——分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑mm；
——為尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，
當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.629；
——為載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，＝1.00～1.1；其他方式支承時(shí)取1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值。
——為質(zhì)量系數(shù)，對(duì)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；
——為計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，參照?qǐng)D3-2可取=0.225。
當(dāng)T=min［Tce,Tcs］時(shí)，[]=980 Mpa；當(dāng)T= Tcf時(shí)，[]=210Mpa。
圖3-2 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)
根據(jù)上式（3—9）可得：
==478.6MPa〈980 MPa
所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
3.3差速器十字軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1十字軸的分類及選用
行星齒輪的種類有很多，