差速器设计说明书

对称锥齿轮式差速器设计1差速器作用汽车在行驶过程中，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，如转弯内侧车轮行程比外侧车轮短；左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左、右车轮间都装有轮间差速器。在多桥驱动的汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零件损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。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角速度转动。汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。它又可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器等。2差速器原理结构由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠，所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图5-19为其示意图，图中0w为差速器壳的角速度；1w、2w分别为左、右两半轴的角速度；0T为差速器壳接受的转矩；rT为差速器的内摩擦力矩；1T、2T分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。根据运动分析可得0212（2-1）图1：普通锥齿轮式差速器示意图显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得rTTTTTT12021（2-2）差速器性能常以锁紧系数k来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确定0TTkr（2-3）结合（2-2）可得：)1(5.0)1(5.00201kTTkTT（2-4）定义半轴转矩比12TTkb，则bk与k之间有kkkb1111bbkkk（2-5）普通锥齿轮差速器的锁紧系数忌一般为．O.05～O.15，两半轴转矩比足b为1．11～1．35，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。3对称式圆锥行星齿轮差速器的设计3.1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。图2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-半轴齿轮垫片；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3.2对称式圆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撑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本差速器采用4个行星齿轮2.行星齿轮球面半径BR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BR，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BR可按如下的经验公式确定：3TKRBBmm式中：BK——行星齿轮球面半径系数，可取2.5～3.0，对于有2个行星齿轮的汽车取小值；T——计算转矩，取Tce和Tcs的较小值，N·m.从动锥齿轮计算转矩TcenikTTtlece0max式中：Tce—计算转矩，Nm；Temax—发动机最大转矩；Temax=372Nmn—计算驱动桥数，1；itl—由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低挡传动比，itl=6.29η—变速器传动效率，η=0.9；k0—由于猛接离合器而产生的动载系数，k0=1；代入上式，有：Tce=2102.56N.m根据上式BR=2.55356.2102=32.67mm，取整为34mmA0=0.98BR=34mm.3.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。半轴齿轮的齿数采用14～25，大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比1z/2z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Lz2，Rz2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：InzzRL22()式中：Lz2，Rz2——左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说，Lz2=Rz2n——行星齿轮数目；I——任意整数。在此1z=12，2z=20满足以上要求。4.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初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角1，2211arctanzz=2012arctan=30.96°1=90°-2=59.04°再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数mm=110sin2zA=220sin2zA=04.59sin20342=2.92,根据标准值取为3mm得12311mzd=36mm22mzd=3*20=60mm5.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齿轮的齿厚，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。6.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：1.1LnlTLc302101.1nlTc1.11030式中：0T——差速器传递的转矩，N·m；由上可知为13271.7N·mn——行星齿轮的数目；在此为4l——行星齿轮支承面中点至锥顶的距离，mm，l≈0.5d'2，d'2为半轴齿轮齿面宽中点处的直径，而d'2≈0.82d；c——支承面的许用挤压应力，在此取69MPa根据上式l==24mm244691.11054.21013≈17mm171.1L≈19mm2.2差速器齿轮的几何计算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1z≥10，应尽量取最小值1z=122半轴齿轮齿数2z=14～25，且需满足式（1-4）2z=203模数mm=3mm4齿面宽F=(0.25～0.30)A0;b≤10m10.2mm5工作齿高mhg6.1gh=4.8mm6全齿高051.0788.1mh5.4157压力角22.5°序号项目计算公式计算结果8轴交角=90°9节圆直径11mzd；22mzd361d602d10节锥角211arctanzz，12901=37.13°，83.62211节锥距22110sin2sin2ddA0A=34mm12周节t=3.1416mt=9.42mm13齿顶高21agahhh;mzzha212237.043.01ah=3.11mm2ah=1.69mm14齿根高1fh=1.788m-1ah;2fh=1.788m-2ah1fh=2.254mm;2fh=3.674mm15径向间隙c=h-gh=0.188m+0.051c=0.615mm16齿根角1=01arctanAhf;022arctanAhf1=43.79°;2=6.17°17面锥角211o；122o1o=37.13°2o=62.83°18根锥角111R；222R1R=27.17°2R=41.452.87°19外圆直径1111cos2aohdd；22202cos2ahdd33.4101dmm74.612dmm20节圆顶点至齿轮外缘距离1'1201sin2hd2'2102sin2hd4.2801mm55.1602mm序号项目计算公式计算结果21理论弧齿厚21stsmhhtstan2'2'121s=5.16mm2s=4.26mm22齿侧间隙B=0.245～0.330mmB=0.12mm23弦齿厚2623BdssSiiii1S=5.08mm2S=4.20mm24弦齿高iiiiidshh4cos2'1h=3.1327mm2h=1.73mm2.3差速器齿轮的强度计算差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。轮齿弯曲强度w为jmvsZFkkkkTmw2022000MPa(3-6)式中：T——差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式nTT6.00在此T为315.381N·m；n——差速器的行星齿轮数；2z——半轴齿轮齿数；sK——尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当ｍ6.1时，44.25mKs，在此44.253sK＝0.59mK——载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，mK＝1.00～1.1；其他方式支承时取1.10～1.25。支承刚度大时取最小值。vK——质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取1.0;J——计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，由图1-1可查得J=0.231图2弯曲计算用综合系数根据上式w=231.03202.1011.159.01381.31510223=877.47MPa〈980MPa所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。2.3.4差速器齿轮的材料差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。