毕业设计(论文)：汽车差速器的设计Word文档格式.doc
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1.3课题设计初始数据的来源与依据 3
第二章差速器的设计方案 4
2.1差速器的方案选择及结构分析 4
2.2差速器的工作原理 4
第三章差速器非标准零件的设计 8
3.1对称式行星齿轮设计计算 8
3.1.1对称式行星齿轮参数确定 8
3.1.2差速器齿轮几何计算图表 11
3.1.3差速器齿轮的材料 12
3.1.4差速器齿轮强度的计算 12
3.2差速器行星齿轮轴的设计计算 14
3.2.1行星齿轮轴的分类及选用 14
3.2.2行星齿轮轴的尺寸设计 14
3.2.3行星齿轮轴的材料 14
3.3差速器垫圈的设计计算 14
3.3.1半轴齿轮平垫圈的尺寸设计 15
3.3.2行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 15
第四章差速器标准零件的选用 16
4.1螺栓的选用和螺栓的材料 16
4.2螺母的选用何螺母的材料 16
4.3差速器轴承的选用 16
第五章差速器总成的装复和调整 17
5.1差速器总成的装复 17
5.2差速器的零部件的调整 17
小结 18
致谢 19
参考文献 20
-19-
汽车差速器的概述
第一章概述
1.1汽车差速器的发展现状
在汽车行业发展初期，法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器，汽车差速器作为汽车必不可少的部件之一曾被汽车专家誉为“小零件大功用”。
如图1-1所示普通差速器的结构分解图。
本世纪六七十年代，世界经济发展进入了一个高速增长期，而去年开始的全球金融危机又让汽车产业在危机中有了发展的机遇，在世界各处都有广阔的市场。
从目前来看，我国差速器行业已经顺利完成了由小到大的转变，正处于由大到强的发展阶段。
由小到大是一个量变的过程，科学发展观对它的影响或许仅限于速度和时间，但是由大到强却是一个质变的过程，能否顺利完成这一个蜕变，科学发展观起着至关重要的作用。
然而在这个转型和调整的关键时刻，提高汽车车辆、石油化工、电力通讯差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。
近几年中国汽车差速器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励汽车差速器产业向高技术产品方向发展，国企企业新增投资项目逐渐增多。
投资者对汽车差速器行业的关注越来越密切，这就使得汽车差速器行业的发展需求增大。
差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化，目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，还有现在各种各样的功能多样的差速器，如：
轮间差速器、防滑差速器、强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、托森差速器。
其中的托森差速器是一种新型差速器机构，它能解决在其他差速器内差动转矩较小时不能起差速作用的问题和转矩较大时不能自动将差速器锁死的问题。
下面图1-1为普通差速器的结构分解图。
这次设计的轮边差速器主要是为克服轮间差速器安装调整不方便，还有因为要布置差速器也使从动齿轮的尺寸受到限制等缺点来设计的。
轮边差速器是安装在驱动轮的轮毂内，差速器壳通过行星齿轮轴固定行星齿轮.行星齿轮与半轴齿轮齿合.绝对直线行驶时.差速器壳和行星齿轮（行星齿轮与半轴齿轮不发生相对转动）一同随减速器被动齿轮转动.称为公转.行星齿轮饶自身轴线转动称之自转.将两轮悬空.自转方向相反,转速相同.在转弯时,行星齿轮自转的同时还和差速器壳一起公转.实现两边不等速。
这里我们着重介绍一下一种新型差速器为LMC常互锁差速器：
LMC常互锁差速器是由湖北力鸣汽车差速器公司投资5000万元生产的新型差速器预计2009年批量生产，2010年达到验收。
LMC常互锁差速器用于0.5---1.5吨级车辆，它能有效地提高车辆的通过性、越野性、可靠性、安全性和经济性，能够满足很多不同条件和不同情况下的车辆要求。
这种纯机械、非液压、非液粘、非电控的中央差速分动装置，已申报了美、英、日、韩、俄罗斯等19个国家的专利保护，这一技术不仅仅是一项中国发明，也是一项世界发明。
LMC常互锁差速器是由多种类的齿轮系统及相应的轴、壳体组成，具备传统汽车的前轮和后轮轮间差速器、前后桥轴间差速器。
LMC常互锁差速分动器通过四支传动轴和轮边减速器带动四个车轮，实现每个车轮独立驱动，在有两个车轮打滑的情况下仍能正常行驶，在冰雪路面、泥泞路面、无路路面上有其独特优势，可以彻底解决传统四驱汽车的不足：
如不能高速行驶；
车轮打滑不能正常行驶；
不能实现轴间差速；
高油耗问题、功率循环问题；
四驱转换麻烦等…。
装有LMC常互锁差速分动器的车辆具有以下优点：
（1）提高车辆的通过性：
具有混合差速，LMC常互锁差速分动器可实现轮间、轴间、对角任意混合差速和锁止，任何情况下单个车轮、对角线双轮不会发生滑转，即使单个车轮悬空，车辆仍有驱动力而能正常行驶。
（2）提高汽车的传动系的寿命和可靠性：
因实现了任意差速，消除了功率循环，克服了分时四驱在四驱状态下传动系统因内耗而产生的差速器、传动轴、分动器等机件磨损，甚至于致命性的损坏，延长了传动系统的使用寿命。
（3）提高车辆的安全性：
行车安全、转弯容易、加速性好、制动稳定、操纵轻便安全，无需增加操纵机构。
（4）具有良好的经济性：
功能领先、制造成本低，维修简便、节油，经济环保，产品适用性广。
LMC常互锁差速分动器的研发是在经济刺激的影响下产生的产品，符合我国国情的需要。
1.2汽车差速器的功用及其分类
差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动车轮与地面间作纯滚动运动。
图1-1汽车转弯时驱动轮运动示意图
汽车行驶时，左右轮在同一时间内所滚动的路程往往不等。
如图1-1所示，在转弯时内、外两侧车轮转弯半径R1和R2不同，行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内测车轮；
汽车在不平的路面行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；
即使在平直的路面行驶，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、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行驶不等。
如果驱动桥的左、右车轮钢性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或是滑转。
这样不仅会加剧轮胎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，汽车就要安装差速器，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的要求。
而为了方便安装和调试差速器，还解决现在差速器的从动齿轮尺寸不受限制所以设计了安装在轮毂的差速器称为轮边差速器，在两轴间分配转矩，保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。
使汽车行驶时能作纯滚动运动，提高了车辆的通过性。
差速器按其结构不同可以分为以下几种形式：
1.齿轮式汽车上广泛采用的是对称锥齿轮式差速器，它具有结构简单、
质量小等优点。
它又分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强锁止式差速器等。
2.凸轮式现在常见的是滑块凸轮式差速器，它是一种高摩擦自锁差速器，结构紧凑、质量小、但是结构较复杂。
3.蜗轮式蜗轮式差速器也是一种高摩擦自锁差速器，这种差速器结构复杂，制造精度要求高，因而限制了它的应用。
4.牙嵌式牙嵌式自由轮差速器是自锁式差速器的一种，该差速器工作可靠，使用寿命长，锁紧性能稳定，制造加工也不复杂。
1.3课题设计初始数据的来源与依据
本次设计从学校现有设备和实验便捷程度来考虑，选用的是二汽生产的东风EQ1090载货汽车作为课题设计的原始数据的来源和依据。
二汽集团应广大东风汽车客户的各种改进意见建议，从EQ1090开始投产就在不断的改进和提高技术性能、节源性能和稳定性能，到现在EQ1090载货汽车全面完成了向一个新的高质量水平、高性能水平的过渡和转换。
汽车载重量是汽车最基本、最重要的技术参数之一，是汽车整体设计的基本依据，在汽车可靠性和经济性上，载重量都将起主导作用。
EQ1090型汽车规定的载重量为5000千克。
参考的数据有：
1.发动机额定功率为99kw（当发动机转速为3000r/min）；
2.发动机额定扭矩为353Nm，最大转矩158Nm（当发动机转速为1200～1400r/min）；
3.变速器的传动比为if=3.704，第低档的传动比为1.00，变速器传动效率η=0.96；
4.主减速器传动比i0=5.91；
4.半轴杆部直径为φ50mm。
差速器的设计方案
第二章差速器的设计方案
2.1差速器的方案选择及结构分析
根据东风EQ1090载货汽车的类型，初步选定差速器的种类为对称式行星锥齿轮差速器，安装在驱动桥的两个半轴之间，通过两个半轴把动力传给车轮。
现设计简图如下：
图2-1差速器结构方案图
如图2-1，对称式行星锥齿轮主要是差速器左右壳1和4，两个半轴齿轮2、四个行星齿轮3、十字轴5。
动力传输到差速器壳1，差速器壳带动十字轴5转动。
十字轴又带动安装在它四个轴颈上的行星齿轮3转动，行星齿轮与半轴齿轮相互啮合，所以又将转矩传递给半轴齿轮，半轴齿轮与半轴相连，半轴又将动力传给驱动轮，完成汽车的行驶。
其具有结构简单、工作平稳、制造方便、安装方便、调试简单等优点。
差速器的结构分析
（1）行星齿轮3的背面大都做成球面，与差速器壳1配合，保证行星齿轮具有良好的对中性，以利于和两个半轴齿轮2正确地啮合；
（2）由于行星齿轮3和半轴齿轮2是锥齿轮传动，在传递转矩时，沿行星齿轮和半轴齿轮的轴线有很大的轴向作用力，而齿轮和差速器壳之间又有相对运动。
为减少齿轮和差速器壳之间的磨损，在半轴齿轮背面与差速器壳相应的摩擦面之间装有平垫圈，而在行星齿轮和差速器壳之间装有球面垫圈。
当汽车行驶一定得里程。
垫圈磨损后可以通过更换垫圈来调整齿轮的啮合间隙，以提高差速器的寿命。
（3）在中、重型汽车上由于需要传递的转矩较大，所以要安装四个行星齿轮，行星齿轮轴也要用十字轴。
（4）为了保证行星齿轮和十字轴之间有良好的润滑，在十字轴的轴颈铣出了一个平面，以储存润滑油润滑齿轮背面。
2.2差速器的工作原理
差速器采用对称式锥齿轮结构，其原理如下图2-2所示。
图2-2差速器差速原理图
差速器壳3与行星齿轮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，故为主动件，设其角速度为ωo;
半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为ω1和ω2.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r。
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r上的A 、B、C三点的圆周速度都相等，其值为ωor.于是，ω1=ω2=ωo，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。
行星齿轮在公转的同时也在进行自传，如图当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度ω4自转时，啮合点A的圆周速度为ω1r=ωor+ω4r4，啮合点B的圆周速度为ω2r=ωor--ω4r4.于是有
ω1r+ω2r=（ωor+ω4r4）+（ωor--ω4r4）
即ω1+ω2=2ωo
若角速度以每分钟转数n表示，则
n1+n2=2no（2-1）
式（2-1）为两半轴齿轮直径相等的对称式齿轮差速器的运动性方程式。
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他行驶情况下，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--1）可得知：
①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；
②当差速器壳转速为零时，若一侧半轴齿轮受到其他外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。
对称式锥齿轮差速器的转矩分配ＭO：
由主减速器传来的转矩，经由差速器壳、行星齿轮轴和行星齿轮传给半轴齿轮。
行星齿轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮的半径也是相等的。
因此，当行星齿轮没有自转时，总是将转矩ＭO平均分配给左、右两半轴齿轮，即Ｍ1=Ｍ2=Ｍ0／2。
当两半轴齿轮以不同的转速朝相同的方向转动时，设左半轴转速n1大于右半轴转速n2，则行星齿轮将按顺时针的方向绕行星齿轮轴自转。
此时行星齿轮孔与行星齿轮轴轴颈间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦。
行星齿轮所受的摩擦力矩Ｍr方向与行星齿轮的转向相反，此摩擦力矩使行星齿轮分别对左、右半轴齿轮附加作用了大小相等而方向相反的两个圆周力，因此当左、右驱动车轮存在转速差时，Ｍ1=（Ｍ0--Ｍr）／2，Ｍ2=（Ｍ0+Ｍr）／2.左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩Ｍr。
为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数K表示
K=（Ｍ2--Ｍ1）／Ｍ0=Ｍr／Ｍ0
差速器内摩擦力矩Ｍr和其输入转矩Ｍ0（差速器壳体上的力矩）之比定义为差速器锁紧系数K。
快慢半轴的转矩之比Ｍ2／Ｍ1定义为转矩比，以
Kb=Ｍ2／Ｍ1=（1+K）／（1-K）
目前广泛使用的对称式锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小，其锁紧系数K=0.05~0.15，转矩比Kb为1.1~1.4.可以认为，无论左、右驱动车轮转速是否相等，其转矩基本上总是平均分配的。
这样的分配比例对于汽车在好的路面上直线或转弯行驶时，都是令人满意。
但是当汽车在坏的路面行驶时，却严重影响了通过能力。
例如，当汽车的一个驱动车轮接触到泥泞或冰雪路面的时候，在泥泞路面上的车轮原地滑转，而在好路面上的车轮静止不动。
这是因为在泥泞路面上车轮与路面上车轮与路面之间附着力很小，路面只能对半轴作用很小的反作用很小的反作用转矩，虽然另一车轮与好路面间的附着力较大，但因对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特性，使这一个车轮分配到的转矩只能与传到滑转的驱动车轮上的很小的转矩相等，致使总的驱动力不足以克服行驶阻力，汽车便不能前进。
在图2-3容易看出汽车在直线行驶时候两半轴的转速相等和在转弯行驶时实现两半轴转速不等：
图2-3差速器工作时转矩变化图
当汽车在直线行驶时，此时行星齿轮轴将转距平均分配两半轴齿轮，两半轴齿轮转速恒等于差速器壳的转速，传递给左右车轮的转矩也是相等的。
此时左右车轮的转速时相等的。
而当汽车转弯行驶时，其中一个半轴转动一个角，两半轴的转矩就得不到平均分配，必然出现一个转速大，一个转速小，此时汽车就平稳地完成了转弯行驶。
差速器非标准零件的设计
第三章差速器非标准零件的设计
由于差速器壳上装着主减速器的从动齿轮，所以差速器的从动锥齿轮尺寸受到主减速器从动齿轮轴承支承座以及主动齿轮导向轴承座的限制。
而因为此次设计的是安装在驱动桥的两个半轴之间的差速器，所以尺寸受到轴承座的限制。
轮边差速器的非标准零主要有从动锥齿轮（对称式锥齿轮）、行星齿轮轴（十字轴）等等。
3.1对称式行星齿轮设计计算
对于安装在半轴之间的差速器它的尺寸受到轴承座的限制，而影响差速器尺寸的主要就是齿轮的尺寸，所以如何把齿轮设计得更加优化就显得更加重要。
如下图3-1为行星齿轮初步方案图。
图3-1行星齿轮的方案图
3.1.1对称式行星齿轮参数确定
1.行星齿轮齿数目n的确定
行星齿轮数目需要根据承载情况来选择，在承载不大的情况下可以取两个，反之就取四个。
而东风EQ1090载货汽车选择的是两个行星齿轮即n=4。
2.行星齿轮球面半径的确定RB以及节锥距A0的计算
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锥齿轮的节锥距，因此在一定程度上也反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力即是强度。
球面半径可按照如下公式确定：
mm（3-1）
上式中：
KB——为行星齿轮球面半径系数。
可取2.52~2.99，对于有2个行星齿轮的载货汽车取小值；
对于有四个行星齿轮的乘用车和矿用车取最大值；
T——为差速器计算转矩（N.m）,T=min［Tce, Tcs］;
取Tce和Tcs的较小值；
RB——为球面半径。
转矩的计算
（3-2）
rr——为车轮的滚动半径，取rr=0.398m；
igh——变速器量高档传动比。
igh=1
根据所选定的主减速比i0值，就可基本上确定主减速器的减速型式（单级、双级等以及是否需要轮边减速器），并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。
把nn=5200r/n；
vamax=140km/h；
rr=0.398m；
igh=1代入（3-2）中
计算出io=5.91；
从动锥齿轮计算转矩Tce
（3-3）
Tce——计算转矩，Nm；
Temax——发动机最大转矩；
Temax=158Nm
n——为驱动桥数，取1；
if——为变速器传动比，if=3.704；
i0——为主减速器传动比，i0=5.91；
η——为变速器传动效率，η=0.96；
k——为液力变矩器变矩系数，k=1；
kd——为由于猛接离合器而产生的动载系数，kd=1；
i1——为变速器最低挡传动比，i1=1；
代入式（3——3）中，有：
Tce=3320.4Nm
主动锥齿轮计算转矩Tcs=8960.4Nm.T取较小值，即有T=Tce=3320.4Nm；
将以上数据代入式（3-1）有
=2.7=40mm
而行星齿轮节锥距A0为：
A0=（0.98~0.99）=（0.98~0.99）40=40mm
所以预选其节锥距A=40mm
3.行星齿轮与半轴齿轮齿数计算
（1）行星齿轮和半轴齿轮齿数的确定
为了使轮齿获得较高的强度，希望取得较大的模数，但是尺寸会增大影响差速器的安装，于是又要求行星齿轮的齿数Z1应该取少一些，但Z1一般不少于10。
半轴齿轮的齿数一般采用14～25之间，大多数汽车的行星齿轮与半轴齿轮的齿数Z2比Z1/Z2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Z2L、Z2R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：
（3-4）
Z2L、Z2R——为左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说，Z2L=Z2R；
——为行星齿轮数目；
——任意整数。
根据上述可在此Z1=12；
Z2=20，满足以上要求。
（2）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定
首先可以根据下面公式求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角，；
==90°
-°
（3-5）
将=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圆锥齿轮的大端端面模数m
m====3.35
查阅相关文献可取m=4mm
最后而根据齿轮设计计算公式即有：
;
d2=mz2=4×
20=80mm
4.压力角α
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0.8。
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
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