汽车差速器及关键零件夹具设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

汽车差速器及关键零件夹具设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

计的汽车类型及其使用条件出发，使所选用结构型式的差速器能够满足该型汽车在给定使用条件下的性能要求。 差速器的类型 现在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， 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、强制锁止式差速器和摩擦片式差速器等。 1） 普通对称式圆锥行星齿轮差速器 图 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器 图 锥行星齿轮差速器结构示意图 如图 所示，普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳， 2 个半轴齿轮， 4 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毕 业 设 计 说 明 书 5 件的汽车驱动桥中。 图 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 021 2  （ ） 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 () 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 0TTk r （ ) 结合式 （ ） 可得   )1( )1(0201 kTT kTT （ ） 定义半轴转矩比12TTkb  ，则 bk 与 k 之间有 kkkb 11 11 bbkkk （ ） 普通锥齿轮差速器的锁紧系数一般为． ～ ，两半轴转矩比足 b 为 ～， 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。 但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。 优点；结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车上很可靠等优点，广泛应用在轿车、客车和各种公路用的载货汽车上。 缺点；容易因为某一侧驱动车轮滑转而陷车。 2） 强制锁止式差速器 毕 业 设 计 说 明 书 6 如图 所示为强制锁止差速器， 汽 车强制锁止式差速器的特点：外接合器与半轴通过花键相连，内接合器与差速器壳体通过花键相连。 当内外接合器相互接合时，将半轴齿轮与差速器壳体连为一体，差速器失去差速功能，传给两侧驱动轮的转矩可以不同。 图 斯堪尼亚 LT110 型汽车强制锁止差速器 当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合器(即差速锁 )将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数，在驶出难行驶路段刚进入较好路段时，应及时将差速锁松开，以避免出现因无差速作用带来的不良后果。 对于装有强制锁止式差速器的 4 2 型汽车，假设一驱动轮行驶在低附着系数min 的路面上，另一驱动轮行驶在高附着系数  的路面上，这样装有普通锥齿轮差速器的汽车所能发挥的最大牵引力 tF 为 ( 2G 为驱动桥上的负荷 ) m in2m in2m in2 22  GGGF t  （ ） 如果差速器完全锁住，则汽车所能发挥的最大牵引力 tF 为 m i n2m i n22 222   GGGF t （ ） 可见，采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，可使汽车的牵引力提高m inm in 2 倍，从而提高了汽车通过性。 当然，如果左、右车轮都处于低附着系数的路面，虽锁住差速器，但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。 毕 业 设 计 说 明 书 7 目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装有差速锁。 优点：提高汽车牵引力。 缺点：转弯困难 、轮胎加速磨损、传动系零件过载和消耗过多的功率。 3）摩擦片式差速器 图 摩擦式差速器 如图 所示为摩擦式自锁差速器，该差速器是在普通行星锥齿轮差速器的基础上发展而成，它通过摩擦片之间的相对滑转时产生的摩擦力矩使差速器锁止。 在传递转矩时，由于差速器壳通过斜面分别使两根行星齿轮轴的两端压紧，使后者连同行星齿轮一起分别向左、右微移，并通过行星齿轮背部的圆柱台肩压向推力盘及主、从动摩擦片或压向锥形摩擦盘，并使 他们压紧，造成左、右驱动车轮以不同转速转动时所必须克服摩擦力矩。 优点：充分利用了汽车的牵引力，保证转矩在驱动车轮间的不等分配来提高抗滑能力。 差速器的工作原理 普通对称式锥齿轮结构及其原理 毕 业 设 计 说 明 书 8 图 差速器差速原理图 如图 所示，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0；半轴齿轮 1 和 2为从动件，其角速度分别为 21。 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 r0。 于是021  ，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 4 自转时，啮合点 A 的圆周速度为 rrr 401  ，啮合点 B的圆周速度为 rrr 402  。 )()(404021 rrrrrr   01 22   （ ） 若角速度以每分钟转数 n 表示，则 021 2nnn  （ ） 式 ()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 ()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 (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毕 业 设 计 说 明 书 9 动。 对称式锥齿轮差速器的转矩分配0M：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0M平均分配给左、右两半轴齿轮，即 2/021 MMM 。 当两半轴齿轮以不同的转速以相同的方向转动时，设左半轴转 速 1n 大于右半轴转速 2n ，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 rM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，2/)(,2/)( 0201 rr MMMMMM  ，左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩 rM。 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 012 //)( MMMMMK r （ ） 差 速器内摩擦力矩 rM 和其输入转矩0M（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 12/MM 定义为转矩比，以 )1/()1(/12 KKMMK b  （ ） 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=，转矩比bK为 ，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，都是令人满意的。 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的车轮比在好路面上的车轮与路面之间附着力小，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，致毕 业 设 计 说 明 书 10 使总的驱动力不足以克服行驶阻力，汽车便不能前进。 当汽车直线行驶时，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是相等的。 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。 第 3 章 差速器非标准零件设计 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。 对称式行星齿轮参数设计 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。 而根据设计要求扭矩为 107Nm为小型轿车，取 n=2。 2） 行星齿轮球面半径的确定 BR 以及节锥距 0A 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。