普通锥齿轮差速器的设计.docx

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1、摘要2引言3对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理锥行星齿轮差速器的结构63对称式圆锥行星齿轮差速器的计算73. 1 2 吨货车车型数据 73. 2对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算93.2. 1差速器齿轮的基本参数的选择93. 2.2差速器齿轮的几何计算123. 2.3差速器齿轮的强度计算1417153.2.4差速器齿轮的材料结论 参考文献普通的对称式圆锥齿轮差速器由差速器左右壳，两 个半轴齿轮，四个行星齿轮，行星齿轮轴，半轴齿轮垫 片及行星齿轮垫片等组成。由于其具有结构简单、工作 平稳、制造方便、用于公路汽车上也很可靠等优点，故 广泛用于各类车辆上。本文参照传统差速器的设计方法， 2吨货车车

2、型数据为设计参数进行了差速器的设计。通过 差速器齿轮的基本参数的选择、几何计算确定此差速器 的外形、结构，并进行强度计算，保证此圆锥行星齿轮 差速器强度达到工作要求。最后，选择此差速器的材料 和制造工艺。关键字：圆锥齿轮差速器 行星齿轮汽车在行驶过程中左，右车轮在同一时间内所滚 过的路程往往不等。例如，转弯时内、外两侧车轮行程 显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧的车轮；汽 车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两 侧车轮滚过的路程不等；即使在平直路面上行驶，由于 轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差 等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径的不同 而使左、右车轮行程不

3、等。如果驱动桥的左、右车轮刚 性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上的 滑移或滑转。这不仅会加剧轮胎的磨损与功率和燃料的 消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这 些现象的发生，汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器， 从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋 转角速度，满足了汽车行驶运动学要求。差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴 有可能以不同的角速度I转动。差速器按其结构特征不同， 分为齿轮式、凸轮式、涡轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。 在此设计普通对称式圆锥行星齿轮差速器。对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理图1-1 差速器差速原理如图1-1所示，对称式锥齿轮差

4、速器是一种行星齿轮 机构。差速器壳3与行星齿轮轴5连成一体，形成行星架。 因为它又与主减速器从动齿轮6固连在一起，固为主动 件，设其角速度为刃。；半轴齿轮1和2为从动件，其角速 度为和代。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和 2的啮合点。行星齿轮的中心点为C, A、B、C三点到差 速器旋转轴线的距离均为当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转 时，显然，处在同一半径,上的A、B、C三点的圆周速度 都相等（图2-1）,其值为“于是多二二饥,即差速器 不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳3的角速度。当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度饥自 转时（图），啮合点A的圆周速度为叩二饱尸

5、+气尸，啮合点 B的圆周速度为饱尸二口尸- 尸于是：幼r +饥尸=（Q尸+ 4尸）+ （刃0,一口4尸）即：幼+牡=2饥（1_ 1 ）若角速度以每分钟转数表示，则+ n2 = 2/?0（ 1 _2 ）式（1-2）为两半轴齿轮直径相等的对称式圆锥齿轮差 速器的运动特征方程式，它表明左右两侧半轴齿轮的转速 之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。 因此在汽车转弯行驶或其它行驶情况下，都可以借行星齿 轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上 滚动而无滑动。由式（1-2 ）还可以得知：当任何一侧半轴齿轮的转速 为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍； 当差速器壳的转速为零

6、（例如中央制动器制动传动轴 时），若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧 半轴齿轮即以相同的转速反向转动。2对称式圆锥行星齿轮差速器的结构普通的对称式圆锥齿轮差速器由差速器左右壳，两个 半轴齿轮，四个行星齿轮，行星齿轮轴，半轴齿轮垫片及 行星齿轮垫片等组成。如图3-2所示。由于其具有结构简 单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车上也很可靠等优 点，故广泛用于各类车辆上。图2-1 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器1, 12-轴承；2-螺母；3, 14-锁止垫片；4-差速器左壳;5, 13-螺栓；6-半轴齿轮片；7-半轴齿轮；8-行星齿轮轴;9-行星齿轮；10-行星齿轮垫片；11-差速器右壳垫。

7、3 对称式圆锥行星齿轮差速器的计算3. 12吨货车车型数据3. 1. 1尺寸参数：见表1表12吨货车整车尺寸参数尺寸类型项目参数值总长LB6000整车外形尺寸总宽BB2000(mm)总 iWj HB2000长LB4280车厢内部尺寸宽BB2000(mm)iWj HB2000底盘布置尺寸轴距L3360(mm)前后轮距1580/1525B1/B2通过性参数最小离地间隙270（整车整备静态）hmin ( mm)接近角a（）38离去角P（ ）343. 1. 2质量参数：见表2表22吨货车质量参数表类别项目参数值整车整备质量me2000质量参数(kg)乘员数3人最大总质量ma4000(kg)最大轴载质量

8、前轴G11284(kg)后轴G227163. 1.3发动机技术参数：见表3表3 PE6T发动机性能参数型号PE6T额定功率Pe (kw)137额定功率转速ne (rpm)3200最大转矩Ttq (n*m)710最大转矩时转速nt(rpm)2200全负荷最低燃油消耗量b (kwh)2203. 1.4传动系的传动比：见表4表4 变速器和主减速器的传动比档位I档II档III档IV档V档倒档(igl)(ig2)(ig3)(ig4)(ig5)速比3. 72. 571. 881. 371. 006. 5主减速器传动比igO7. 63. 1. 5轮胎和轮桐规格：轮胎：7. 5016LT3. 1. 6车轮滚动

9、半径：轮胎：7. 5016LTr = 0. 3833. 1.7滚动阻力系为计算方便，近似取0. 023. 1.8空气阻力系数和空气阻力：本车的空气阻力系数CD=0.7,迎风面积ABBHB二2X2 = 4(m2)式中：BB为汽车总宽2 000mm； HB为汽车总高3300mm3. 2对称式锥行星齿轮差速器的设计和计算由于在差速器壳上装着主减速器从动齿轮，所以在确定主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。 差速器的轮廓尺寸也受到主减速器从动齿轮轴承支承座 及主动齿轮导向轴承座的限制。3. 2. 1 差速器齿轮的基本参数的选择1. 行星齿轮数目的选择载货汽车采用4个行星齿轮。2. 行星齿轮球面半

10、径R的确定圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星 齿轮的背面的球面半径,它就是行星齿轮的安装尺寸， 实际上代表了差速器圆锥齿轮的节锥距，因此在一定程 度上也表征了差速器的强度。球面半径R可按如下的经验公式确定：Rb = Kbt mm（3-1）式中：Kb行星齿轮球面半径系数，可取2. 522. 99,对于有4个行星齿轮的载货汽车取小值；T计算转矩，取Tee和Tcs的较小值，N - m.根据上式= 637234 =50. 2mm 所以预选其节锥距Ao=52mm3. 行星齿轮与半轴齿轮的选择为了获得较大的模数从而使齿轮有较高的强度，应 使行星齿轮的齿数尽量少。但一般不少于10。半轴齿轮 的齿数

11、采用1425,大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮 的齿数比 /小在1. 5 2. 0的范围内。差速器的各个行星齿轮与两个半轴齿轮是同时啮合 的，因此，在确定这两种齿轮齿数时，应考虑它们之间 的装配关系，在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左右两 半轴齿轮的齿数乙心，久之和必须能被行星齿轮的数目所 整除，以便行星齿轮能均匀地分布于半轴齿轮的轴线周 围，否则，差速器将无法安装，即应满足的安装条件为：乂 + = /( 3-2 )n式中：M，Z.R左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说， 乙产Z”n行星齿轮数目；I任意整数。在此勺二12, z2=18 满足以上要求。4. 差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节

12、圆直径的初步 确定首先初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角兀，y. = aictan=arc tan一=33. 69u弓18Z1 = 90- /: = 57. 31再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数m2Ao .2Ao .2x52 . rno-/i qim=sui/i=sin,2=sin33.69-4. 8 1Z1Z212由于强度的要求在此取m=5mm得 = 5x12-6Ommd2 = mu -5 X 18 = 90mm5. 压力角a目前，汽车差速器的齿轮大都采用22.5。的压力角，齿高系数为0. 8o最小齿数可减少到10,并且在小齿轮（行星齿轮）齿顶不变尖的条件下，还可以由切向修正加大半轴齿

13、轮的齿厚，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于 等强度。由于这种齿形的最小齿数比压力角为20。的少， 故可以用较大的模数以提高轮齿的强度。在此选22.5”的压力角o6. 行星齿轮安装孔的直径。及其深度L行星齿轮的安装孔的直径。与行星齿轮轴的名义尺寸相同，而行星齿轮的安装孔的深度就是行星齿轮在其轴上的支承长度，通常取:L = A(/)zoxi。心族=.渺.=-ToxlO3axnl(3-3)式中：To差速器传递的转矩，N m；在此取19251. 16N mn行星齿轮的数目，在此为4 ；l行星齿轮支承面中点至锥顶的距离，mm, 1由0. 5d；, d；为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而0. 8冼；园支承面的许

14、用挤压应力，在此取98 MPa根据上式d2 =0.8x90 =72mm/ = 0.5 X 72 = 36mm人 19251.16x1()3八oc。=Ja 35mm 七= 1.1x35 a 39mmVI.1x98x4x363. 2. 2 差速器齿轮的几何计算表3-1 汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表序号项目计算公式计算结果1行星齿轮齿数10,应尽量取最小值%二122半轴齿轮齿数Z2=1425,且需满足式(3-4)z2 = 183模数m，二 5 mm4齿面宽b=(0. 250. 3O)Ao；bW10m15 mm5匚作齿高h& = l.6m加二 8 mm6全齿高A = 1.788m+0.051

15、8.991mm7压力角a22. 5。8轴交角L=90909节圆直径di = mzi;di = niZ2ch = 60mmch = 90mm10节锥角/i = arc tan , /z = 90 - /iZ2户二33. 69疽56. 3111节锥距,d id 2Ao =2 sin /i 2 sillAo = 5 2 mm12周节3. 1416？r=15.707mm13齿顶高h 22CrMnMo 和 20CrMo 等。由于 差速器齿轮轮齿要求精度较低，所以精锻差速器齿轮工 艺已被广泛应用。本次课程设计，开始自己也不知道该怎么动手，就 在网上找了一些差速器设计的相关资料和模板，再开始 设计自己车型的

16、差速器。在差速器的数据计算时，有些地方不是很清楚，又 和同学们一起讨论，很多同学细心的给我讲解。通过这 次课程设计，我发现自己理论知识的缺乏、绘图软件使 用不熟练等问题。在之后的时间里应该加强基本理论知 识和绘图软件的学习，并且把理论知识运用到实践中， 使所学的东西能真正运用出来。只要自己认真做，没有 什么不可能完成的任务，这次课程设计也为我们的毕业 设计做了很好的准备。参考文献El王望予.汽车设计.4版.北京：机械工业出版社， 2004.2郑文伟，吴克坚.机械原理.7版.北京：高等教育 出版社，1996.3余志生.汽车理论.5版.北京：机械工业出版社，2009.4陈家瑞.汽车构造.3版.北京：机械工业出版社，2010. 7.5濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京：高等教育 出版社，2006.5.6骆素君，朱诗顺.机械课程设计简明手册.北京：机 械工业出版社，2006.8.-20-20-