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1、2012屆畢業(yè)設計說明書 摘 要 本次畢業(yè)設計主要是對安裝在驅動橋的兩個半軸之間的差速器進行設計，主要涉及到了差速器非標準零件如齒輪結構和標準零件的設計計算，同時也介紹了差速器的發(fā)展現狀和差速器的種類，對于差速器的方案選擇和工作原理也作出了簡略的說明。在設計中參考了大量的文獻，因此對差速器的結構和作用有了更透徹的了解，通過利用CATIA軟件對差速器進行建模工作，也讓我在學習方面得到了提高。 關鍵詞：半軸，差速器，齒輪結構  Abstract The design of the main drivers on the installation of the bridge

2、in between the two axle differential design, mainly related to the differential structure of non-standard parts such as gear parts and standards for design and calculation, but also introduced the development of differential status and the type of differential. For differential selection and the pri

3、nciple of the program have also made a brief note. Reference in the design of a large amount of literature on the role of differential structure and have a more thorough understanding. Differential through the use of CATIA software modeling also let me in the field of learning has been improved.

4、Keywords: Axle, differential, gear struck 目 錄 1.引言 1 1.1汽車差速器研究的背景及意義 1 1.2汽車差速器國內外研究現狀 1 1.2.1國外差速器生產企業(yè)的研究現狀 1 1.2.2我國差速器行業(yè)市場的發(fā)展以及研究現狀 2 1.3汽車差速器的功用及其分類 3 1.4畢業(yè)設計初始數據的來源與依據 4 1.5本章小結 5 2.差速器的設計方案 6 2.1差速器的方案選擇及結構分析 6 2.2差速器的工作原理 7 2.3本章小結 9 3.差速器非標準零件的設計 10 3.1對稱式行星齒輪的設計計算 10 3

5、.1.1對稱式差速器齒輪參數的確定 10 3.1.2差速器齒輪的幾何計算圖表 15 3.1.3差速器齒輪的強度計算 16 3.1.4差速器齒輪材料的選擇 18 3.1.5差速器齒輪的設計方案 18 3.2差速器行星齒輪軸的設計計算 19 3.2.1行星齒輪軸的分類及選用 19 3.2.2行星齒輪軸的尺寸設計 19 3.2.3行星齒輪軸材料的選擇 19 3.3差速器墊圈的設計計算 20 3.3.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設計 20 3.3.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 20 3.4本章小結 21 4.差速器標準零件的選用 22 4.1螺栓的選用和螺栓的材料 22 4.2

6、螺母的選用和螺母的材料 22 4.3差速器軸承的選用 22 4.4十字軸鍵的選用 23 4.5本章小結 23 5.差速器總成的裝配和調整 24 5.1差速器總成的裝配 24 5.2差速器零部件的調整 24 5.3本章小結 24 附圖 25 參考文獻 26 致謝 27 I 2012屆畢業(yè)設計說明書 1.引言 1.1汽車差速器研究的背景及意義 汽車行業(yè)發(fā)展初期，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被汽車專家譽為“小零件大功用”[1]。汽車轉彎行駛時，內、外兩側車輪在同一時間內要移動不同的距離，外輪移動的距離比內輪大。

7、差速器的作用就是將主減速器傳來的動力傳給左、右兩半軸，并在轉彎行駛時允許左、右兩半軸以不同轉速旋轉（差速）[2]。本世紀六七十年代，世界經濟發(fā)展進入了一個高速增長期，而2008年開始的全球金融危機又讓汽車產業(yè)在危機中有了發(fā)展的機遇，在世界各處都有廣闊的市場。 目前國內重型汽車的差速器產品的技術基本源自美國、德國、日本等幾個傳統(tǒng)的工業(yè)國家，我國現有的技術基本上是引進國外的基礎上發(fā)展的，而且已經有了一定的規(guī)模。但是目前我國差速器的自主開發(fā)能力仍然很弱，影響了整車新車的開發(fā)，在差速器的技術開發(fā)上還有很長的路要走[3]。 1.2汽車差速器國內外研究現狀 當前汽車在朝著經濟性和動力性的方向發(fā)展，如

8、何能夠使自己的產品燃油經濟性和動力性[4]盡可能提高是每個汽車廠家都在做的事情，當然這是一個廣泛的概念，汽車的每一個部件都在發(fā)生著變化，差速器也不例外，尤其是那些對操控性有較高要求的車輛。 1.2.1國外差速器生產企業(yè)的研究現狀 國外的那些差速器生產企業(yè)的研究水平已經很高，而且還在不斷的進步。年銷售額達18億美金的伊頓公司汽車集團[5]是全球化的汽車零部件制造供應商，在發(fā)動機氣體管理，變速箱，牽引力控制和安全排放控制領域居全球領先地位，對汽車差速器的內部各零件的加工制造要用精密制造方法[6]。零件主要產品包括發(fā)動機氣體管理部分及動力控制系統(tǒng)，其中屬于動力控制系統(tǒng)的差速器產品在同類產品中居領

9、先地位。伊頓公司開發(fā)了新型的鎖式差速器，它的工作原理與其他差速器的不同之處：當一側輪子打滑時，普通開式差速器幾乎不能提供任何有效扭矩給車輛，而伊頓的鎖式差速器則可以在發(fā)現車輪打滑[7]，鎖定動力傳遞百分之百的扭矩到不打滑車輪，足以克服各種困難路面給車輛帶來的限制。在牽引力測試、連續(xù)彈坑、V型溝等試驗中，兩驅車在裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能及通過性能甚至超過了四驅動的車輛，通過有限元軟件的分析，就可以知道各個車輪的受力情況[8]。因為只要驅動輪的任何一側發(fā)生打滑空轉以后，伊頓鎖式差速器會馬上鎖住動力，并把全部動力轉移到另一有附著力的輪上，使車輛依然能正常向前或向后行駛。毫無疑問，更強的越野性和

10、安全性[9]是差速器的最終目標。 1.2.2我國差速器行業(yè)市場的發(fā)展以及研究現狀 從目前來看，我國差速器行業(yè)已經順利完成了由小到大的轉變，正處于由大到強的發(fā)展階段，在這個轉型和調整的關鍵時刻，提高汽車車輛差速器的精度、可靠性是中國差速器行業(yè)的緊迫任務。近幾年中國汽車差速器市場發(fā)展迅速，產品產出持續(xù)擴張，國家產業(yè)政策鼓勵汽車差速器產業(yè)向高科技產品方向發(fā)展，國企企業(yè)新增投資項目逐漸增多[10]。投資者對汽車差速器行業(yè)的關注越來越密切，這就使得汽車差速器行業(yè)的發(fā)展需求增大。差速器的種類趨于多元化，功用趨于完整化。目前汽車上最常用的是對稱式錐齒輪差速器[11]，還有現在各種各樣的功能多樣的

11、差速器，如：輪間差速器、防滑差速器、強制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、托森差速器[12]。其中的托森差速器是一種新型差速器機構，它能解決在其他差速器內差動轉矩較小時不能起差速作用的問題和轉矩較大時不能自動將差速器鎖死的問題[13]。 這里著重介紹一下一種新型差速器為LMC常互鎖差速器：LMC?；ユi差速器是由湖北力鳴汽車差速器公司投資5000萬元生產的新型差速器2009年批量生產，2010年達到驗收。LMC?；ユi差速器[14]用于0.5---1.5噸級車輛，它能有效地提高車輛的通過性、越野型、可靠性、安全性和經濟性[15]，能夠滿足很多不同條件和不同情況下的車輛要求。這種純機械、非

12、液壓、非液粘、非電控的中央差速分動裝置，已申報了美、英、日、韓、俄羅斯等19個國家的專利保護，這一技術不僅僅是一項中國發(fā)明，也是一項世界發(fā)明。LMC常互鎖差速器是由多種類的齒輪系統(tǒng)及相應的軸、殼體組成，具備傳動汽車的前輪和后輪輪間差速器、前后橋軸間差速器。LMC常互鎖差速分動器通過四支傳動軸和輪邊減速器帶動四個車輪，實現每個車輪獨立驅動，在有兩個車輪打滑的情況下仍能正常行駛，在冰雪路面、泥濘路面、無路路面上有其獨特優(yōu)勢，可以徹底解決傳統(tǒng)四驅汽車的不足：如不能高速行駛；車輪打滑不能正常行駛；不能實現軸間差速；高油耗問題、功率循環(huán)問題；四驅轉換麻煩等。裝有LMC常互鎖差速分動器的車輛具有以下優(yōu)點：

13、 （1）提高車輛的通過性：具有混合差速，LMC常互鎖差速分動器可實現輪間、軸間、對角任意混合差速和鎖止，任何情況下單個車輪、對角線雙輪不會發(fā)生滑轉，即使單個車輪懸空，車輪仍有驅動力而能正常行駛。 （2）提高汽車的傳動系的壽命和可靠性：因實現了任意差速，消除了功率循環(huán)，克服了分時四驅在四驅狀態(tài)下傳動系統(tǒng)因內耗而產生的差速器、傳動軸、分動器等機件磨損[16]，甚至于致命性的損壞，延長了傳動系統(tǒng)的使用壽命。 （3）提高車輛的安全性：行車安全，轉彎容易，加速性好，制動穩(wěn)定，操縱輕便安全，無需增加操縱機構。 （4）具有良好的經濟性：功能領先，制造成本低，維修簡便，節(jié)油，經

14、濟環(huán)保，產品適用性廣。 LMC?；ユi差速分動器的研發(fā)是在經濟刺激的影響下產生的產品，符合我國國情的需要。 1.3汽車差速器的功用及其分類 差速器的功用是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側驅動車輪與地面間作純滾動運動。 圖1.1汽車轉彎時驅動輪運動示意圖 汽車行駛時，左右輪在同一時間內所滾動的路程往往不等。如圖1.1所示，在轉彎時內、外兩側車輪轉彎半徑R1和R2不同，行程顯然不同，即外側車輪滾過的距離大于內測車輪；汽車在不平的路面行駛時，由于路面波形不同也會造成兩側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、輪胎負荷

15、、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會引起左、右車輪因滾動半徑不同而使左、右車輪行駛不等。如果驅動橋的左、右車輪鋼性連接，則行駛時不可避免地會產生驅動輪在路面上滑移或是滑轉。這樣不僅會加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導致轉向和操縱性能惡化。為了防止這些現象的發(fā)生，汽車就要安裝差速器，從而保證了驅動橋兩側車輪在行程不等時具有不同的旋轉角速度，滿足了汽車行駛運動學的要求。在 驅動橋的左右車輪之間設置差速器，稱為輪間差速器，在兩軸間分配轉矩，保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉動，使汽車行駛時能作純滾動運動，提高了車輛的通過性。 現在差速器的種類趨于多元化，功用趨于完整化。目前汽車

16、上最常用的是對稱式錐齒輪差速器，還有各種各樣的功能多樣的差速器，如：防滑差速器、強制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、托森差速器、行星圓柱齒輪差速器。 1.4畢業(yè)設計初始數據的來源與依據 本次設計選用的是二汽生產的東風EQ1090E型載貨汽車作為畢業(yè)設計原始數據的來源和依據。二汽集團應廣大東風汽車客戶的各種改進意見和建議，從EQ1090開始投產就在不斷的改進和提高技術性能、節(jié)源性能和穩(wěn)定性能，到現在EQ1090E型載貨汽車全面完成了向一個新的高質量水平、高性能水平的過渡和轉換。汽車載重量是汽車最基本、最重要的技術參數之一，是汽車整體設計的基本依據，在汽車可靠性和經濟性上，載重量都將起主導作

17、用。EQ1090E型載貨汽車規(guī)定的載重量為5000千克。參考的數據有： 1.汽車的滿載總質量為9290kg; 2.發(fā)動機的額定功率為99kw(當發(fā)動機轉速為3000r/min時)； 3.發(fā)動機的額定轉矩為353（當發(fā)動機轉速在1200～1400r/min時），最大轉矩158； 4.汽車的最高車速（滿載，無拖掛）為90km/h； 5.變速器各檔傳動比為 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 倒檔 7.31 4.31 2.45 1.54 1.00 7.66 6.主減速器形式為雙曲線齒輪單級減速式，主減速比為6.33； 7.車輪輪輞形式為7.0-20等厚輻盤

18、式，輪胎為普通斜交簾線的標準輪輞輪胎，輪胎規(guī)格(GB516-82)9.00-20，10層級。 1.5本章小結 本章主要闡述了汽車差速器的研究背景以及發(fā)展現狀，并且詳細介紹了差速器的功用以及分類，最后參考收集了有關本次畢業(yè)設計所需的數據資料等，為畢業(yè)設計的順利完成提供了可靠的依據。 2.差速器的設計方案 2.1差速器的方案選擇及結構分析 對稱式錐齒輪差速器結構簡單，工作平穩(wěn)可靠，廣泛應用于一般使用條件的汽車驅動橋上，根據東風EQ1090E型載貨汽車的類型，初步選定差速器的種類為對稱式行星錐齒輪差速器，安裝在驅動橋的兩個半軸之間，通過兩個半軸把動力傳給車輪。設計簡圖如下：

19、 圖2.1差速器結構方案圖 如圖，對稱式行星錐齒輪主要是差速器左右殼1和4，兩個半軸齒輪2、四個行星齒輪3、十字軸5。動力傳輸到差速器殼1，差速器殼帶動十字軸5轉動。十字軸又帶動安裝在它四個軸頸上的行星齒輪3轉動，行星齒輪與半軸齒輪相互嚙合，所以又將轉矩傳遞給半軸齒輪，半軸齒輪與半軸相連，半軸又將動力傳給驅動輪，完成汽車的行駛。 差速器的結構分析： （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中性，以利于和兩個半軸齒輪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，在傳遞轉矩時，沿行星齒輪和半軸齒輪

20、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運動。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。當汽車行駛一定的里程，墊圈磨損后可以通過更換墊圈來調整齒輪的嚙合間隙，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矩較大，所以要安裝四個行星齒輪，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平面，以儲存潤滑油潤滑齒輪背面。 2.2差速器的工作原理 差速器采用對稱式錐齒輪結構，其原理如下圖2-2所示： 圖2.2 差速器差速原理圖

21、 如圖2.2所示，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構。差速器殼3與行星齒輪軸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軸線公轉時，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除公轉外，還繞本身的軸5以角速度自轉時（圖），嚙合點A的圓周速度為，嚙合

22、點B的圓周速度為。于是 即 （2-1） 若角速度以每分鐘轉數表示，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，它表明左右兩側半軸齒輪的轉速之和等于差速器殼轉速的兩倍，而與行星齒輪轉速無關。因此在汽車轉彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應轉速自轉，使兩側驅動車輪以不同轉速在地面上滾動而無滑動。 由式（2-2）還可以得知：①當任何一側半

23、軸齒輪的轉速為零時，另一側半軸齒輪的轉速為差速器殼轉速的兩倍；②當差速器殼的轉速為零（例如中央制動器制動傳動軸時），若一側半軸齒輪受其它外來力矩而轉動，則另一側半軸齒輪即以相同的轉速反向轉動。 對稱式錐齒輪差速器的轉矩分配：由主減速器傳來的轉矩，經由差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當于一個等臂杠桿，而兩個半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當行星齒輪沒有自轉時，總是將轉矩平均分配給左、右兩半軸齒輪，即。 當兩半軸齒輪以不同的轉速朝相同的方向轉動時，設左半軸轉速大于右半軸轉速，則行星齒輪將按順時針的方向繞行星齒輪軸自轉。此時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

24、之間都產生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩方向與行星齒輪的轉向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對左、右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個圓周力，因此當左、右驅動車輪存在轉速差時，，左、右車輪上的轉矩之差等于差速器的內摩擦力矩。 為了衡量差速器內摩擦力矩的大小及轉矩分配特性，常以鎖緊系數K表示 （2-3） 差速器內摩擦力矩和其輸入轉矩（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數?？炻胼S的轉矩之比定義為轉矩比，以 （2-4） 目前廣泛使

25、用的對稱式錐齒輪差速器的內摩擦力矩很小，其鎖緊系數=0.050.15，轉矩比為1.11.4，可以認為，無論左、右驅動車輪轉速是否相等，其轉矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對于汽車在好的路面上直線或轉彎行駛時，都是令人滿意的。但是當汽車在壞的路面行駛時，卻嚴重影響了通過能力。例如，當汽車的一個驅動車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時候，在泥濘路面上的車輪原地滑轉，而在好路面上的車輪靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪比在好路面上的車輪與路面之間附著力小，路面只能對半軸作用很小的反作用很小的反作用轉矩，雖然另一車輪與好路面間的附著力較大，但因對稱式錐齒輪差速器具有轉矩平均分配的特性，使這一個車輪分配

26、到的轉矩只能與傳到滑轉的驅動車輪上的很小的轉矩相等，致使總的驅動力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進。 當汽車直線行駛時，此時行星齒輪軸將轉距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉速恒等于差速器殼的轉速，傳遞給左右車輪的轉矩也是相等的。此時左右車輪的轉速是相等的。 而當汽車轉彎行駛時，其中一個半軸轉動一個角，兩半軸的轉矩就得不到平均分配，必然出現一個轉速大，一個轉速小，此時汽車就平穩(wěn)地完成了轉彎行駛。 2.3本章小結 針對這次畢業(yè)設計的課題，本章就差速器的工作原理做了詳細的說明，并且結合東風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。

27、 3.差速器非標準零件的設計 對稱式錐齒輪差速器的具體詳細結構如下： 圖3.1普通的對稱式錐齒輪差速器 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）等等。 3.

28、1對稱式行星齒輪的設計計算 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(yōu)化就顯得更加重要。 3.1.1對稱式差速器齒輪參數的確定 1.行星齒輪數目的確定 行星齒輪數目需要根據承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取兩個，反之則取四個。而東風EQ1090E型載貨汽車選擇的是四個行星齒輪即。 2. 行星齒輪球面半徑的確定以及節(jié)錐距的計算 行星齒輪背面的球面半徑是行星齒輪的基本尺寸參數，其反映了差速器 圓錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力?？梢愿鶕缦陆涷灩酱_定：

29、 （3-1） 上式中：是行星齒輪球面半徑系數，=2.5～2.97，對于有四個行星 齒輪的轎車和公路用貨車取小值，對于有兩個行星齒輪的轎車以及有四個行星齒輪的越野車和礦用車，取大值。此處，取2.7. 是差速器計算轉矩，, 是球面半徑， 轉矩的計算從動錐齒輪計算轉矩 （3-2） 上式中：是計算轉矩，, 是由于猛接離合器而產生的動載系數，對于性能系數的汽車(一般貨車，礦用汽車，越野車)，取 是發(fā)動機最大轉矩， 是液力變矩器變矩系數， 是變速器一檔傳動比，東風EQ10

30、90E型載貨汽車變速器一檔傳動比 是分動器傳動比， 是主減速器傳動比，東風EQ1090E型載貨汽車采用雙曲線齒輪，單級減速器，主減速器傳動比 是從發(fā)動機到主減速器從動齒輪之間的傳動效率， 是驅動橋數， 代入式 （3-2） 中，得 從動錐齒輪計算轉矩 （3-3） 上式中：是計算轉矩， 是滿載狀態(tài)下一個驅動橋上的靜負荷，對于式貨車，為了保證在泥濘路面上的通行能力，提高地面驅動力，常將滿載時前軸負荷控制在總軸荷的26%～27%，故 是汽車在發(fā)出最大加速度時的后橋負荷轉移系

31、數，一般乘用車為1.2～1.4，貨車為1.1～1.2,此處取1.1。 是輪胎與地面間的附著系數，對一般輪胎的公路用車，可取，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。 是主減速器從動錐齒輪到車輪間的傳動比，。 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，， 代入式 （3-3） 中，得 ， 將以上數據代入式（3-1）中，得： 將圓整為54mm,錐齒輪的節(jié)錐距一般稍小于，即 所以預選其節(jié)錐距 3.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 為了使齒輪有較高的

32、強度，希望取較大的模數，因此行星齒輪的齒數應該盡可能少，但一般不少于10，半軸齒輪的齒數一般采用14～25之間。汽車半軸齒輪與行星齒輪的齒數之比大多在1.5～2的范圍內。 為了使四個行星齒輪能同時與兩個半軸齒輪嚙合，兩個半軸齒輪的齒數和必須能被行星齒輪數整除，否則差速器齒輪不能裝配。 綜上所述，即, （3-4） （3-5） 上式中： 是差速器行星齒輪的齒數， 是差速器半軸齒輪的齒數， 和分別是差速器左、右半軸齒輪的齒數，對于對稱式錐齒輪差速器來說，， 是行星齒輪的數

33、目，, 是任意整數 根據上述可在此取滿足以上要求。 （2）差速器圓錐齒輪模數及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 <1>初步確定行星齒輪節(jié)錐角和半軸齒輪節(jié)錐角 （3-6） <2>確定圓錐齒輪大端端面模數 （3-7） 大端端面模數按圓錐齒輪的標準模數系列選取，查表得 <3>確定半軸齒輪的節(jié)圓直徑 （3-8） 4.壓力角 目前，汽車差速器的齒輪大都采用的壓力角，齒高系數為0.8。行星齒輪的最小齒數可減少到10，并且在

34、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度。由于這種齒形的最小齒數比壓力角為的少，在此選的壓力角。 5.行星齒輪安裝孔的孔徑和孔長度的確定 行星齒輪安裝孔的孔徑與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪安裝孔的長度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。? （3-9） 行星齒輪安裝孔的孔徑和孔長度的選擇要保證擠壓強度要求： （3-10） 即 由上面各式可得：

35、 （3-11） 上式中：是差速器的計算轉矩， 是行星齒輪軸孔中心到節(jié)錐頂點的距離，約為半軸齒輪齒面寬中點處平均直徑的一半，即，為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而，即， 是行星齒輪數目， 是許用擠壓應力， 是行星齒輪安裝孔的長度， 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： 則取, 3.1.2差速器齒輪的幾何計算圖表 表3.1 差速器幾何計算圖表 序號 名稱 符號 計算公式 計算結果 1 行星齒輪齒數 , 應盡量取最小值 2 半軸齒輪齒數 ,且需滿足式（3-4）（3-5）

36、 3 模數 4 齒面寬 5 工作齒高 6 全齒高 7 壓力角 8 軸交角 9 節(jié)圓直徑 10 節(jié)錐角 11 節(jié)錐距 12 周節(jié) 13 齒頂高 14 齒根高 15 徑向間隙 16 齒根角 17 面錐角 18 根錐角 19 齒頂圓直徑 20 齒根圓直徑 21 分度圓齒厚 22 齒側間隙

37、 3.1.3差速器齒輪的強度計算 差速器的行星齒輪和半軸齒輪雖然一直處于嚙合狀態(tài)，但是它們并不是一直處于相對轉動狀態(tài)，只是在左右車輪轉速不同時才發(fā)生相對轉動。而在汽車正常行駛中，這種情況還是相對較少的。因此，這些齒輪齒面的接觸疲勞破壞一般并不發(fā)生，主要是輪齒彎曲破壞問題。在汽車設計中只進行輪齒彎曲強度計算，輪齒彎曲應力為 （3-12） 上式中：是彎曲應力， 是半軸齒輪計算轉矩， 是齒根彎曲強度和齒面接觸強度的尺寸系數，它反映了材料性質的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素有關，當時，，所以 是齒面載荷分配系數

38、，跨置式；懸臂式，此處取， 是質量系數，與齒輪精度及齒輪分度圓上的切線速度對齒間載荷的影響有關，當接觸好，周節(jié)及同心度準確時，取, 是差速器行星齒輪和半軸齒輪的模數，， 是半軸齒輪的齒寬， 是半軸齒輪的大端分度圓直徑， 是綜合系數，參照圖3.2查得可取0.2253 圖3.2彎曲計算用綜合系數 是行星齒輪的數目， 代入式（3-12）中，可得： 所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。 3.1.4差速器齒輪材料的選擇 差速器齒輪材料應滿足如下要求：（1）具有較高的彎曲疲勞強度，（2）在輪齒芯部應該具有適當的韌性以適應沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷，（3

39、）鋼材的鍛造性能，切削性能及熱處理性能應該比較好，熱處理變形要小或變形規(guī)律要容易控制，（4）選擇齒輪材料要適應我國情況，少用鎳鉻等合金鋼，選用錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 汽車的差速器齒輪基本上都用滲碳合金鋼制造，用于制造差速器齒輪的材料有18CrMnTi，20CrMoTi，22CrMnMo和20CrMo等。為了減少鎳鉻元素的消耗，近年來我國采用的新材料有20MnVB和20MnTiB。滲碳合金鋼的優(yōu)點是表面硬，耐磨性和抗壓性高，而芯部較軟，韌性好，耐沖擊。因此這種材料可以滿足齒輪工作的要求。另外。由于鋼本身的含碳量較低，它們的鍛造及切削性能都較好。 因此，汽車差速器齒輪的材料選擇

40、20CrMnTi的滲碳合金鋼。 3.1.5差速器齒輪的設計方案 根據以上各項計算，初步確定行星齒輪和半軸齒輪的設計方案如下： (a) (b) 圖3.3行星齒輪和半軸齒輪的設計方案 3.2差速器行星齒輪軸的設計計算 3.2.1行星齒輪軸的分類及選用 行星齒輪的種類有很多，而差速器齒輪軸的種類也很多，最常見的是一字軸和十字軸，在小型汽車上由于轉矩不大，所以要用一字軸，而載貨的大質量的汽車傳遞的轉矩較大，為了延長軸的使用壽命以及提高軸的承載能力，常選用十字軸，由四個軸的軸頸來分配轉矩。 此次設計主要參考東風EQ10

41、90E型載貨汽車，所以選用的是行星齒輪十字軸。如圖3.4所示： 圖3.4十字軸的結構方案圖 3.2.2行星齒輪軸的尺寸設計 由行星齒輪的支承長度，根據安裝時候的方便選擇軸頸的長度為；而行星齒輪安裝孔的孔徑，所以軸頸的直徑預選為。 3.2.3行星齒輪軸材料的選擇 軸的選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。 軸的常用材料主要有碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價廉，對應力集中敏感性比合金鋼低，應用較為廣泛，對重要或者承受較大的軸，宜選用35、40、45和50等優(yōu)質碳素鋼，其中以45鋼最常用。所以此次選用的軸的材料為45鋼。 3.3差速器墊圈的設計計算 墊圈[1

42、7]是墊在連接件與螺母之間的零件，一般為扁平形的金屬環(huán)，用來保護被接件的表面不受螺母擦傷，分散螺母對被接件的壓力。墊圈的種類有：彈簧墊圈、平墊圈、密封墊圈、球面墊圈等。墊圈的材料通常是軟鋼、青銅、尼龍、聚甲醛塑料。 在差速器傳遞轉矩的時候，行星齒輪和半軸齒輪要受到很大的軸向力，而齒輪和差速器殼之間又有相對運動，所以要用墊圈以減少磨損。差速器要用到兩個墊圈，一個墊圈是半軸齒輪支承墊圈為圓形平墊圈，連接件一個是軟質地的，一個是硬質地較脆的，其主要作用是增大接觸面積，分散壓力，防止把質地軟的壓壞。另外一個是差速器行星齒輪支承墊圈為球面墊圈，球面墊圈將行星齒輪和行星齒輪十字軸固定在一起傳遞轉矩。

43、3.3.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設計 如下圖3.5所示：為平墊圈的結構方案簡圖。 圖3.5 平墊圈 參考東風EQ1090E型載貨汽車的半軸直徑的數據為,如圖3.5（a）所示，按照裝配關系可選擇半軸齒輪平墊圈的安裝孔直徑要大于，初步預選安裝孔直徑為，由圖3.5（b）根據安裝的簡易程度選取墊圈的厚度h為.選用的材料是65Mn。 3.3.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設計 由行星齒輪十字軸軸頸的直徑為，根據裝配關系選擇球形墊圈的安裝孔直徑為，厚度h為,選用的材料是Q235A。 3.4本章小結 本章主要針對差速器的非標準零件進行了設計計算，比如行星齒輪，半軸齒輪，墊圈，還有十字軸。

44、通過這一系列的計算，得到了詳細準確的設計參數，為CATIA的差速器建模工作奠定了基礎。 4.差速器標準零件的選用 4.1螺栓的選用和螺栓的材料 螺栓的種類很多，隨著機械及其他相關行業(yè)的發(fā)展，對螺栓的要求也越來越高，既要要求螺栓具有較高的強度又要其精密度高。目前常見的螺栓有六角頭螺栓（全螺紋）、六角頭鉸制孔用螺栓、六角頭螺桿帶孔螺栓等[18]。 而東風EQ1090E型載貨汽車在1984年以前的連接后橋從動錐齒輪和左差速器殼的12個M121.5的螺栓改為M141.5的螺栓。1984年以前的連接螺栓擰緊后容易發(fā)熱松動，松動的原因為大齒輪與差速器左殼之間沒有傳動銷，螺栓的擰緊力矩不足[僅為7

45、8498],擰緊力矩所造成的從動齒輪與差速器左殼貼合面之間的摩擦力矩，不足以承受由于汽車行駛工況經常變化，所導致的交變載荷，造成貼合面間的松動。因此，從動齒輪與差速器左殼之間的連接螺栓要有足夠大的擰緊力矩，大的擰緊力矩要求較大直徑的連接螺栓。因此，在生產條件的允許下，將連接螺栓加大為M141.5，擰緊力矩加大為137.2～156.8 ，使情況有了較大的改善，而現在使用的是六角頭螺栓，尺寸為 M141.5，細牙螺紋。即為GB/T 5782 M141.5. 現在生產螺栓的原材料一般是碳素鋼、不銹鋼、銅三種，為了加強螺栓的強度，此次選用的是碳素Q235A鋼。 4.2螺母的選用和螺母的材料 我們

46、所接觸到的螺母有六角薄螺母、六角開槽螺母。在機械行業(yè)、汽車行業(yè)以及相關行業(yè)經過幾年的發(fā)展，螺母的種類和型號也越來越齊全。根據差速器已選定尺寸為 M141.5的螺栓，所以由裝配關系選擇差速器螺母應該為M14的，性能等級為8級的，不經過表面處理、A級的I型六角螺母：即是GB/T6170 M14.符合東風EQ1090E型載貨汽車的螺栓要求。 現在一般生產的螺母原材料一般是碳素鋼、不銹鋼和銅三種，為了加強螺栓的強度，此次選用的是碳素45鋼。 4.3差速器軸承的選用 軸承是支撐著軸的零件，可以引導軸的旋轉，也可以承受軸上空轉的零件。根據裝配關系和連接零件的形狀選用的軸承為角接觸球軸承。由差速器和半

47、軸的計算數據可取差速器軸承外徑為左右，內徑為左右，參考《機械設計課程設計手冊》選取的角接觸球軸承的型號是7010CGB/T 297---1994. 4.4十字軸鍵的選用 鍵主要用作軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞扭矩，此處行星齒輪與十字軸的固定選擇普通平鍵。由十字軸的半徑要求，參考《機械設計課程設計手冊》GB/T1096-2003選取平鍵的尺寸為87mm,鍵的長度為20mm，材料選擇45鋼。 4.5本章小結 本章針對差速器上的一些標準零件，結合已經設計的非標準零件的參數，參考查閱機械設計課程設計手冊，選取了符合尺寸要求，裝配要求，配合要求的螺栓，螺母以及圓錐滾子軸承。 5.

48、差速器總成的裝配和調整 5.1差速器總成的裝配 設計完差速器的組成部件就要對差速器進行裝配。工業(yè)上裝配步驟如下： (1) 用壓力機將軸承的內圈壓入左右差速器的半軸軸頸上； (2) 把左差速器殼放在工作臺上，在與行星齒輪和半軸齒輪相配合的工作面上涂抹機油，將半軸齒輪平面墊圈連同半軸齒輪一起裝入，將已裝好行星齒輪和球面墊圈的的十字軸裝入左差速器殼的十字槽中，并使行星齒輪與半軸齒輪嚙合。 行星齒輪上裝上右邊的半軸齒輪、平面墊圈，將差速器右殼合到左殼上，注意對準殼體上的合件標記，從右向左插入螺栓，在螺栓左端套上鎖片，用螺母緊固，半軸齒輪支承端面與支承墊圈間的間隙應不大于。 (3) 將

49、從動錐齒輪裝到差速器左殼上，用螺栓鎖緊。 5.2差速器零部件的調整 齒輪嚙合間隙的調整：正確的齒輪嚙合間隙范圍為，而一對齒輪的齒輪間隙變動范圍為。如：一對齒輪的最小齒輪間隙為，則最大間隙只能為，若最大齒輪間隙為，則最小齒輪間隙為等。齒輪的嚙合間隙的調整可用移動差速器軸承的調整螺母來達到。由于差速器軸承的預緊度已經預先調好，因此調整嚙合間隙時，一側的調整螺母松或緊多少。另一側的調整螺母也要松或緊多少，以便差速器軸承的預緊度保持不變[19]。 5.3本章小結 針對差速器中的非標準零件和標準零件在裝配過程中的配合尺寸的要求，本章做出了一些說明，以使差速器整體裝配時能夠順利進行，最后還介紹了差

50、速器中一些零部件調整的規(guī)范要求。 附圖 差速器裝配圖如下圖所示： 參考文獻 [1]王霄鋒.汽車底盤設計.北京:清華大學出版社,2010.200 [2]蔡興旺,付曉光.汽車構造與原理（第2版下冊).北京:機械工業(yè)出社,2011.72 [3]王望予.汽車設計（第4版).北京:機械工業(yè)出版社,2006 [4]曲補和.No-spin防滑差速器技術分析[J].礦上機械,1999 [5]尹唏.LSD差速器[J].汽車技術.1992.51 [6]王隆太.先進制造技術.北京:機械工業(yè)出版社,2010 [7]于濤,宋志安,李艷紅.機械結構有限元分析.北京:國防工業(yè)出版社,201

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52、汽車理論.北京:機械工業(yè)出版社,2011 [16]周鳳云.工程材料.武漢:華中科技大學出版社,2002 [17]濮良貴,紀名剛.機械設計.北京：高等教育出版社，2010 [18]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊.北京：高等教育出版社，2010 [19]龐學慧,武文革.互換性與測量技術基礎.北京：電子工業(yè)出版社，2009 致謝 此次論文歷時一個多月，能夠順利完成并非我一個人的努力，論文從開始選題到現在的順利完成，首先我要感謝我的指導老師高玉霞，在她的身上我學到了對待知識和學習的態(tài)度，她給了我很多幫助，也在我設計遇到不解的時候給我指導和答疑，為我論文的順利完成指出了很好的方向；還要感謝和我分在一組的同學的幫助，感謝他們在給我提供資料的同時也給了我撰寫論文的意見和建議。另外，要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我獲得很多的專業(yè)知識，這也是論文得以完成的基礎，也要感謝學校提供和創(chuàng)造很多讓我們順利完成論文的查閱資料的完善條件。 在此還要鄭重地感謝我的父母，給我創(chuàng)造上大學的條件，讓我不斷地進步與成熟，讓我擁有更多的資本去完成和完善我以后的人生。 第26頁 共27頁