差速器设计说明书毕业设计(编辑修改稿)

差速器设计说明书毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

有载荷都经过这些轴承传递，因此半轴只承受转矩，但实际上由于加工精度及装 配精度的影响及桥壳、轴承等的支承刚度不足等原因，使全浮式半轴在使用条件下仍可能承受不大的、可忽略不计的弯矩。 具有全浮式半轴的外端支承在位于桥壳内的轴承上。 因此，它不仅承受转矩，而且承受作用车轮与路面间的铅垂力、纵向力、横向力所引起的弯矩。 3／ 4浮式半轴的支承关系与全浮式是一样的，只是轮毂用～个轴承支承在桥壳上，这时由于轮毂的支承刚度较差，因此半轴不仅承受转矩，而且承受部份弯矩。 微型车后桥采用半浮式半轴。 驱动桥不仅是汽车的动力传递机构，而且也是汽车的行使机构，还起着支承汽车荷重的作用。 汽车驱动 桥 的设计要求 驱动桥是汽车传动系统中主要总成之一。 驱动桥的设计是否合理直接关系到汽车使用性能的好环。 因此，设计中要保证： 所选择的主减速比应保证汽车在给定使用条件下有最佳的动力性能和燃料经济性： (1)当左、右两车轮的附着系数不同时，驱动桥必须能合理的解决左右车轮的转矩分配问题，以充分利用汽车的牵引力； (2)具有必要的离地间隙以满足通过性的要求： (3)驱动桥的各零部件在满足足够的强度和刚度的条件下，应力求做到质量轻，特别是应尽可能做到非簧载质量，以改善汽车的行驶平顺性； (4)能承受和传递作用于车轮上的各 种力和转矩： (5) 齿轮及其它传动部件应工作平稳，噪声小； (6)对传动件应进行良好的润滑，传动效率要高； (7)结构简单，拆装调整方便： (8)设计中应尽量满足“三化”。 即产品系列化、零部件通用化、零件设计标准化的要求。 差速器的组成与工作原理 普通差速器由行星齿轮、行星轮架（差速器壳）、半轴齿轮等零件组成 [3]。 发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。 差速器的设计要求满足：（左半轴转速） +（右半轴转速） =2（行星轮架转速）。 当汽车直 行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，导致内侧轮转速减小，外侧轮转速增加。 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。 当转弯时，由于外侧轮有滑拖的现象，内侧轮有滑转的现象，两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力，由于 “ 最小能耗原理 ” ，必然导致两边车轮的转速不同，从而破坏了三者的平衡关系，并通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而实现两边车轮转速的差异 ，提高车子的通过性。 驱动桥两侧的驱 动轮若用一根整轴刚性连接，则两轮只能以相同的角度旋转。 这样，当6 汽车转向行驶时，由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大，将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。 即使是汽车直线行驶，也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等（轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等）而引起车轮的滑动。 车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗，还会使汽车转向困难、制动性能变差。 为使车轮尽可能不发生滑动，在结构上必须保证各车轮能以不同的角度转动。 差速器的这种调整是自动的，这里涉及到 “ 最小能耗 原理 ” ，也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。 例如把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁，因为碗底是能量最低的位置（位能），它自动选择静止（动能最小）而不会不断运动。 同样的道理，车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态，自动地按照转弯半径调整左右轮的转速。 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 转动 ， 差速器 构造有多种形式。 差速器的分类 差速器结构形式 有多种， 它分为 对称锥齿轮式差速器 ， 滑块凸轮式差速器，涡轮式差速器， 对称锥齿轮式差速器 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。 普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式 ， 齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种 ，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。 强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。 当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。 差速锁在军用汽车上应用较广。 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 (少数汽车采用 3 个行星齿轮，小型、微型汽车多采用 2个 行星齿轮 )，行星齿轮 轴 (不少装 4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构 )，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。 由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上。 对称锥 齿轮式差速器 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。 他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 1)普通锥齿轮式差速器 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 22 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。 7 图 22 差速器工作示意图 根据运动分析可得 1 2 0w w w (21) 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  1 2 02 1 0T T TT T T (22) 差速器性能常以锁紧系数 k 是来表征，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 10/k T T (23) 结合式 (2— 2)可得  10200 . 5 ( 1 )0 . 5 ( 1 )T T kT T k (24) 定义快慢转半轴的转矩比 kb=T2/T1,则 kb 与 k 之间有 11 kkb k 。 11kbk kb  (25) 普通锥齿轮差速器的锁紧系数是。 一般为 0． 05～ 0． 15，两半轴转矩比 kb=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。 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。 2)摩擦片式差速器 8 为了增 加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮 7 与差速器壳 1 之间装上了摩擦片 2(图 2—3)。 两根行星齿轮轴 5互相垂直，轴的两端制成 V 形面 4与差速器壳孔上的 V 形面相配，两个行星齿轮轴 5 的 V 形面是反向安装的。 每个半轴齿轮背面有压盘 3 和主、从动摩擦片 2，主、从动摩擦片 2分别经花键与差速器壳 1和压盘 3相连。 当传递转矩时，差速器壳通过斜面对行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线方向的轴向力，该轴向力推动行星齿轮使压盘将摩擦片压紧。 当左、右半轴转速不等时，主、从动摩擦片间产生相对滑转，从而产生摩 擦力矩。 此摩擦力矩 Tr，与差速器所传递的转矩丁。 成正比，可表示为示为 0 ta nfrzdTrTfr  (26) 式中， fr 为摩擦片平均摩擦半径； dr 为差速器壳 V形面中点到半轴齿轮中心线的距离； f为摩擦因数； z 为摩擦面数；  为 V 形面的半角。 摩擦片式差速器的锁紧系数 k 可达 ， bk 可取 4。 这种差速器结构简单，工作平稳，可明显提高汽车通过性。 3） 强制锁止式差速器 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，使牵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甲的路面上，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9 牵引力为 22m i n m i n 2 m i nt GGFG     (27) 式中， 2G 为驱动桥上的负荷。 如果差速器完全锁住，则汽车所能发挥的最大牵引力 tF 为 2 2 2m in m in()2 2 2t G G GF        (28) 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 min min( ) / 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。 强制锁止式差速器可充分利用原差速器结构，其结构简单，操作方便。 目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。 滑块凸轮式差速器 图 2— 4为双排径向滑块凸轮式差速器。 差速器的主动件是与差速器壳 1连接在一起的 套，套上有两排径向孔，滑块 2装于孔中并可作径向滑动。 滑块两端分别与差速器的从动元件内凸轮 4 和外凸轮 3 接触。 内、外凸轮分别与左、右半轴用花键连接。 当差速器传递动力时，主动套带动滑块并通过滑块带动内、外凸轮旋转，同时允许内、外凸轮转速不等。 理论上凸轮形线应是阿基米德螺线，为加工简单起见，可用圆弧曲线代替。 10 滑块凸轮式差速 器址一种高摩擦自锁差速器，其结构紧凑、质量小。 但其结构较复杂，对 零件材料、机械加工、热处耶、化学处理等方面均有较高的技术要求。 蜗轮式差速器 蜗轮式差速器 (图 2— 5)也是 一种高摩擦自锁差速器。 蜗杆 4 同时与行星蜗轮 3 与半轴蜗轮 5啮合，从而组成一行星齿轮系统。 这种差速器半轴的转矩比为 11 ta n( )ta n( )bk (29) 式中，  为蜗杆螺旋角；  为摩擦角。 蜗轮式差速器的半轴转矩比 bk 可高达 5． 67～ 9． 00，锁紧系数是达 0． 7～ 0． 8。 但在如此高的内摩擦情况下，差速器磨损快、寿命短。 当把 bk 降到 2． 65～ 3． 00， k 降到 0． 45～ 0． 50时，可提高该差速器的使用寿命。 由于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。 牙嵌式自由轮差速器 牙嵌式自由轮差速器 (图 26)是自锁式差速器的一种。 装有这种差速器的汽车在直线行驶时，主动环可将由主减速器传来的转矩按左、右轮阻力的大小分配给左、右从动环 (即左、右 半轴 )。 12 当一侧车轮悬空或进 入泥泞、冰雪等路面时，主动环的转矩可全部或大部分分配给另一侧车轮。 当转弯行驶时，外侧车轮有快转的趋势，使外侧从动环与主动环脱开，即中断对外轮的转矩传递；内侧车轮有慢转的趋势，使内侧从动环与主动环压得更紧，即主动环转矩全部传给内轮。 由于该差速器在转弯时是内轮单边传动，会引起转向沉重，当拖带挂车时尤为突出。 此外，由于左、右车轮的转矩时断时续，车轮传动装置受的动载荷较大，单边传动也使其受较大的载荷。 牙嵌式自由轮差速器的半轴转矩比是可变的，最大可为无穷大。 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。 3 普通圆锥齿轮式差速器设计 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、13 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；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转动。 差速器有多种形式，在此设计普通对称式圆锥行星齿轮差速器。 普通 圆锥齿轮 式 差速器的差速原理 [6] 图 31 差速器差速原理 如图 31 所示，对称式锥齿 轮差速器是一种行星齿轮机构。 差速器壳 3 与行星齿轮轴。