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1、差速器設計 在車輛行駛過程中， 會碰到多種情形的車況， 導致左右車輪的行走的里程不同，即左右 車輪會以不同的速度行駛，即會有左右車輪的轉速不同。例如： (1) 汽車在進行轉彎時，外側的車輪要經過更多的路程，速度要比側車輪速度大； (2) 當車輛上的貨物裝的左右不均勻時，兩側車輪也會產生速度差； (3) 當兩側車輪的氣壓不相等時，會導致車輪外徑大小不同，導致速度差； (4) 當一側車輪碰到有阻礙，另一側沒有阻礙或是兩側車輪都碰到阻礙，但阻礙的 情況不同時，也會有速度差； (5) 當兩側車輪的磨損狀況不同時，也會導致車輪大小不同，或者是受到的摩榛力 矩大小不同，產生速度差； 所以從

2、上述列出的幾種情況中可以得出這樣一個結論，即使是在直線道路上行駛，左右 車輪也會不可避免地出現(xiàn)速度差。如果此時兩側車輪是由一根驅動軸驅動，那么傳給兩側車 輪的轉速一樣，那么無論是在什么路況下行駛，必然會發(fā)生車輪的滑移或者滑轉現(xiàn)象。在這 種情況下，輪胎的損耗將比正常情況下的損耗劇烈，同時也使得發(fā)動機的功率得不到充分的 發(fā)揮。另一方面也會使得車輛不能按照預訂的要求行駛，可能造成危險。為了使車輪相對地 面的滑磨盡量減少，因此在驅動橋中安裝有差速器，并通過兩側半軸驅動車輪， 使得兩側的 車輪可以以不同的速度行駛，使車輪接近純滾動。 差速器按結構可分為齒輪式、凸輪式、渦輪式和牙嵌式等多種型

3、式。在一般用途的汽車 上，差速器常選擇對稱錐齒輪式差速器。它的特點是，左右兩個半軸齒輪大小一樣，然后將 轉矩分配給左右兩個驅動輪。因此此次設計選用對稱式錐齒輪式差速器。 差速器結構： P147圖 差速器殼由左右兩半組成，用螺栓固定在一起整個殼體的兩端以錐形滾柱軸承支承在主 傳動殼體的支座，上面用螺釘固定著軸承蓋。兩軸承的外端裝有調整圈，用以調整軸承的緊 度。并能配合主動齒輪軸軸承殼與殼體之間的調整墊片，調整主動，從動錐齒輪的嚙合間隙 和嚙合印痕。為了防止松動，在調整圈外緣齒間裝有鎖片，鎖片用螺釘固定在軸承蓋上。 十字軸的4個軸頸分別裝在差速器殼的軸孔，其中心線與差速器的分界面重

4、合。從動齒 輪固定在差速器殼體上，當從動齒輪轉動時，便帶動差速器殼體和十字軸一起轉動。 4個行星齒輪分別活動地裝在十字軸軸頸上，兩個半軸齒輪分別裝在十字軸的左右兩 側，與4個行星齒輪常嚙合，半軸齒輪的延長套表面制有花鍵，與半軸端部用花鍵連接，這 樣就把十字軸傳來的動力經 4個行星齒輪和2個半軸齒輪分別傳給兩個半軸。 行星齒輪背面 做成球面，以保證更好地使半軸齒輪正確嚙和以與定中心。 行星齒輪和半軸齒輪在轉動時，其背面和差速器殼體會造成相互磨損，為減少磨損，在 它們之間要裝有止推墊片，那么就可用墊片的磨損來減少差速器和半軸的磨損，當磨損到一 定程度時，只需更換墊片即可，這樣既延長了主要

5、零件的使用壽命，又便于維修。另外，差 速器工作時，齒輪又和各軸頸與支座之間有相對的轉動，為保證它們之間的潤滑， 在十字軸 上銃有平面，并在齒輪的齒間鉆有小孔， 供潤滑油循環(huán)進行潤滑。 在差速器殼上還制有窗孔， 以確保殼中的潤滑油能進出差速器。 差速器工作原理 P148 差速器的基本構造，以與兩側驅動輪轉速一樣和轉速不同的情況如上述三幅圖中所示, 當車輛在直路上沿直線行駛時，兩端的半軸齒輪的轉速相等，而行星輪則是跟隨差速器殼轉 動，并沒有發(fā)生自轉，此時有ni 電。 在圖c中，車輛此時向左轉彎，令左右驅動半軸的齒輪的齒數(shù)分別為z2, z3 ,而行星 齒輪的齒數(shù)則設置為 z4°在行駛時

6、，主減速器從動齒輪的轉速為n1 （即差速器殼的轉速為 q）,左半軸齒輪的轉速為 “，右半軸齒輪轉速為 飛,而行星齒輪的自轉的轉速由此時的 行駛狀況可知，為 n4,則左右半軸齒輪的轉速應為： Z4 n2 ni 山—— Z2 Z4 % ni n4 — Z3 由于選用對稱式差速器，所以有z2 z3。從而可以得出 2n1 n2 n3 上式被稱為是普通錐齒輪式差速器的特征方程。從上式中可知，無論在何種行駛情況下， 差速器殼的轉速就等于左右半軸轉速和的一半。從特征方程中，我們可以得出幾種特殊路況 時的各部件的轉速關系。當一側的車輪陷入坑中打滑，而另一側的車輪靜止時，此時大化的 車

7、輪的轉速將是差速器殼的兩倍，即n3 2n1。當采用中央制動器緊急制動時，此時n1=0, 當出 0時，那么就會有 n2%。由于此時兩側車輪受力的方向不同，可能會造成偏轉 甩尾的情況。 差速器齒輪的參數(shù)選擇與確定 因為差速器外殼是裝在主傳動器的從動錐齒輪上的，所以在確定從動錐齒輪的尺寸時， 要考慮差速器的安裝。也就是說，在確定差速器尺寸時，也要考慮主減速器的尺寸以與安裝。 所以不能獨立地設計差速器或者是主減速器。 差速器行星齒輪數(shù)選擇 由于此次設計的是輕型運輸車，故而此次設計的差速器行星齒輪的數(shù)字選為4個。 行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)選擇 為了保證齒輪的強度，行星齒輪的齒數(shù)不該太大，又

8、因為有4個行星齒輪要參與同時嚙合， 所以當行星齒輪選為 4的時候，選取的半軸齒輪的齒數(shù)必須是偶數(shù)，否則將完成不了差速器 的安裝。預選行星齒輪的齒數(shù)為10,半軸齒輪齒數(shù)和行星齒輪齒數(shù)的比值有一個圍，約為 1.6?2。所以把半軸齒輪的齒數(shù)初步定為18。 行星齒輪球面半徑的確定 差速器結構的大小，一般是行星齒輪的背面的球面半徑Rb決定的。其經驗計算公式如下： Rb Kb3 Tg mm 上式中； Kb 一 行星齒輪的球面半徑系數(shù)，當行星齒輪數(shù)為4個時，取值圍是2.52?2.99 Tg — 從動錐齒輪的計算扭矩，通常以發(fā)動機傳來的額定轉矩與按地面附著系數(shù)決 定的扭矩中較小的值作為計算

9、扭矩，此時取為5749.2 N m 代入數(shù)據經過計算可知： Rb 45.1?53.5 mm,所以此時將球面半徑取為50 mm。 根據汽車設計相關書籍的節(jié)錐距的選取方法有： Ao 0.98?0.99 R 所以將Ao取為49 mm 差速器相關齒輪模數(shù)的確定以與半軸齒輪節(jié)圓直徑的確定 1）確定行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角1, 2 ,z1 1 arctan 一 Z2 上式中： 乙 一 行星齒輪的個數(shù)，值為10 z2 一 半軸齒輪的個數(shù)，值為18 代入數(shù)據可得： 10 1 arctan — 18 29.05° Z2 2 arctan -901 Z 代入數(shù)據可得:

10、 290o 29.05o 60.95° 2）圓錐齒輪大端模數(shù) m的確定 由汽車設計相關書籍，可得圓錐齒輪大端模數(shù)的選擇公式有: 一2j 2A?！? m sin 1sin 2 ZlZ2 式中各參數(shù)在上面公式中都有定義而且都求出來了，故代入數(shù)據可得: 2 49° m sin 29.05 10 4.76 由于強度要求取整為 5mm 所以行星齒輪白^節(jié)圓半徑 d1 m4,代入數(shù)據計算得 d1 50mm,同理半軸齒輪的 節(jié)圓半徑d2 mz2,代入數(shù)據可得d2 90mm 壓力角的選擇 以前由于技術條件的限制，車輛的差速器的壓力角不能選得過大，只能選為20°,在這 個壓力角的

11、限制下， 最少齒數(shù)要達到12,此時的尺高系數(shù)是1。隨著技術的進步，現(xiàn)在汽車 的差速器的壓力角可以取得大一些，如果不是特殊的車型，壓力角取為22.5°,若是要求特 高，比如重型機械，差速器的壓力角可得更大，最大可以取25°。當壓力角為22.5°時，最 少齒數(shù)還可以減少為10,還可以通過特定的方法使得相接觸的行星齒輪和半軸齒輪強度接 近相等。結合此次設計的是輕型運輸車，且行星齒輪的齒數(shù)選為 10,所以壓力角定為22.5°。、 行星齒輪安裝孔直徑的計算以與安裝孔深度的L的確定 行星齒輪安裝孔直徑的大小與行星齒輪名義直徑一樣， 也就是說求出了安裝孔的直徑就 求到了行星齒輪的名義直徑。而行星

12、齒輪安裝孔的深度 L就是行星齒輪在其軸上的支承長 度。參考相關的設計書籍有： T0 103 1.1 2 L 1.1 nl 3 T0 10 11.1 c nl 在上式中有： To 一 差速器傳遞的扭矩，取為 5729.2 N m n 一行星齒輪的個數(shù)，此次設計的取為4 l 一 行星齒輪支撐面中點到錐頂?shù)木嚯x，mm； c 一 支撐面的許用擠壓應力，取為 69 N/mm2 l的確定公式如下： l 0.5d2, d2是半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，它的計算方法是d2 0.8d2,代入數(shù) 據可得l 36 mm 代入數(shù)據可得： 22.94 mm 5749.2 1000

13、1.1 69 4 36 L 1.11.1 22.94 25.22 mm 差速器齒輪的相關幾何計算 差速器齒輪幾何計算用表 序號 項目 計算公式 計算結果 1 行星齒輪齒數(shù) Z110,為減少尺寸，取小值 10 2 半軸齒輪齒數(shù) Z2的取值圍是（1.6?2） Z1 , 且 14 Z225 18 3 端面模數(shù) m 5 4 齒卸如 0.25Ao b 0.30Ao ; b 10m 13.5 5 工作齒高 hg 1.610m 8.05 6 全齒高 h 1.788m 0.051 8.99 7 壓力角 20.5o 8 軸交角

14、 90 9 書圓直徑 d1 mZ） d2 mz2 50 90 10 節(jié)錐角 ,Zi 1arctan—— Z2 29.05 2901 60.95 11 節(jié)錐距 d1d2 Ao 2sin 1 2sin 2 51.48 12 t 3.141m 15.71 13 齒頂iWj '' h1 hg h2 ,‘c/” 0.370 h20.430 2m Z2 Z1 5.33 2.72 14 齒根高 h11.788*m h1 _ "一一一' h2 1.788* m h2 3.61 6.22 15 徑向間隙 c

15、h hg g 0.94 16 齒根角 ,'' 1 arctan- A .h2 2 arctan- A 4.01 6.89 17 面錐角 0112 0221 35.94 64.96 18 根錐角 f111 f222 25.04 54.06 19 齒頂圓直徑 ■■?' d01d12h1cos1 ' d02d22h2cos2 59.32 92.64 20 節(jié)錐頂點止齒輪 外緣距離 ?d2,'. Akih1 sin 1 2 AK2d1 h2 sin 2 2 42.41 22.62 21 理論弧齒厚 Si t S2

16、 -i?'?'. s2 0.5th] h2 tan m 查圖得（弧齒厚系數(shù)）取-0.50 11.43 4.27 22 弧齒厚 S3B sxisi6d：2 Sx111.18 Sx2 4.12 23 齒側間隙 B=0.245 ?0.330 0.30 24 齒弦舒 2 ,s cos i hxihi 4di hx1 5.90 hx22.74 差速器齒輪一般不需進行單位齒長上圓周力，齒面接觸強度校核，也不用進行疲勞強度 校核。因為只有在左右兩車輪速度不同時，行星齒輪和半軸齒輪之間才有相對滾動，才會產 生較大的相互作用，所以差速器齒輪只需進行彎曲強度

17、的計算。 參考相關書籍，得出齒輪的彎曲應力計算公式是： 2 N / mm 2*1000Tk0kskm 2J~t kvbz2 m J 上式中： T 一 差速器一個行星齒輪給予一個半軸齒輪的轉矩，N m Z2 一 半軸齒輪個數(shù)，此處取為2 k0 ,ks ,km ,kv ,b,m 一 各參數(shù)的意義如以上解釋 J 一計算汽車差速器彎曲應力要用的綜合系數(shù)，查圖得 J 0.256 T的計算： T0 * 0.6 T n 式中：T0 一 齒輪的計算轉矩，N m （若是從動齒輪，則是 Tce , Tcs中的較小值，如 果是主動齒輪，就要經過換算，根據主傳動比來計算出來，然后代入計算， 同時Tcf是一定要運算的） n 一 行星齒輪的個數(shù) 代入Tce,Tcs中的較小值可算主動和從動齒輪的彎曲應力都小于許用應力 980 N / mm2，但是算出來結果是 563.6 N / mm2所以合理。而代入Tf時，計算出的 22 數(shù)值為169.6 N/mm ,小于210N/mm處于許用應力圍。所以所設計的齒輪齒根 強度極限符合要求。