差速器毕业设计

目录摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (3)1.1 差速器的作用 (3)1.2 差速器的工作原理 (3)1.3 差速器的方案选择及结构分析 (7)1.3.1 差速器的方案选择 (7)1.3.2差速器的结构分析 (7)2 差速器的设计 (8)2.1 差速器设计初始数据的来源与依据 (8)2.2 差速器齿轮的基本参数的选择 (8)2.3 差速器齿轮的几何尺寸计算 (12)2.3.1 差速器直齿锥齿轮的几何参数 (12)2.3.2 差速器齿轮的材料选用 (13)2.3.3 差速器齿轮的强度计算 (14)3 差速器行星齿轮轴的设计计算 (15)3.1 行星齿轮轴的分类及选用 (15)3.2 行星齿轮轴的尺寸设计 (16)3.3 行星齿轮轴材料的选择 (16)3.4 差速器垫圈的设计计算 (16)3.4.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计 (17)3.4.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 (17)4 差速器标准零件的选用 (17)4.1 螺栓的选用和螺栓的材料 (17)4.2 螺母的选用和螺母的材料 (18)4.3 差速器轴承的选用 (18)4.4 十字轴键的选用 (18)5 半轴的设计 (18)5.1 半轴的选型 (18)5.2 半轴的设计计算 (19)5.2.1 半轴的受力分析 (19)5.2.2 半轴计算载荷的确定 (20)5.2.3 半轴杆部直径初选 (21)5.2.4 半轴的强度计算 (21)5.2.5 半轴的材料 (22)6 差速器总成的装配和调整 (23)6.1 差速器总成的装配 (23)6.2 差速器总成的装配 (23)解放CA1092型汽车差速器的设计摘要本文参照传统差速器的设计方法进行了解放CA1092型载货汽车差速器的设计，首先根据经验公式进行计算，参考圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，确定出差速器齿轮的主要设计参数，然后对差速器齿轮的强度进行计算和校核，最后进行一些标准件的选用和非标准件的设计。

文章对差速器的工作原理和方案选择也作出了简略说明。

关键词汽车/差速器/设计LIBERATION CA1092 CARS DIFFERENTIAL DESIGNAbstractThis article refers to the traditional differential design methods, conducted a liberated CA1092-type truck differential design. First, calculated according to the empirical formula, reference structure size cone the planetary gear differential, determined the main design parameters of the differential gear. Then calculate the strength of the differential gear and check. Finally, some of the standard parts selection and design of non-standard. Articles on the working principle and scheme selection differentials also made a brief explanation.KEY WORDS automobile/ differential / design1 引言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”。

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，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；左右两车轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。

如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或者直线行驶，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[1]。

差速器是个差速传动机构，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，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑[2]。

近几年来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发展。

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就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，它能解决在其它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[3]。

1.1 差速器的作用汽车在直线行驶时，左右车轮转速几乎相同，而在转弯时，左右车轮转速不同，差速器能实现左右车轮转速的自动调节，允许左右车轮以不同的转速旋转。

汽车差速器是汽车传动中的最重要的部件之一，它有三大作用：首先是将发动机输出的动力传输到车轮上；其次，将主减速器已经增加的扭矩一分为二的分配给左右两根半轴；最后，担任汽车主减速齿轮，在动力传输至车轮前将传动系的转速减下来，将动力传到车轮上，同时允许两侧车轮以不同的轮速转动[4]。

差速器对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着独特的作用，是汽车设计的重点之一。

1.2 差速器的工作原理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。

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。

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。

差速器采用对称式圆锥齿轮结构，其原理如下图所示：35图1-2 差速器差速原理图如上图所示，对称式圆锥齿轮差速器是一种行星齿轮结构。

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连在一起，故为主动件，假设其角速度为0ω；半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为1ω和2ω。

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r 0ω。

于是021ωωω==，即差速器起不到差速的作用，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4ω自转时，啮合点A 的圆周速度为r r r 401ωωω+=，啮合点B 的圆周速度为r r r 402ωωω-=。

于是便有()()r r r r r r 404021ωωωωωω-++=+即0212ωωω=+ （1-1）如果角速度以每分钟转数n 来表示，则0212n n n =+ （1-2）上式为两半轴齿轮直径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者其它行驶的情况下，也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[5]。

由式（1-2）还可以得知：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当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传动轴时），另一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动时，另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动[6]。

对称式圆锥齿轮差速器的转矩分配：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、右两个半轴齿轮，即2021M M M ==。

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r M 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、右驱动车轮存在转速差时，()201r M M M -=，()202r M M M +=，左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩r M 。

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()012M M M M M K r =-= （1-3）差速器内摩擦力矩r M 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12M M 定义为转矩比，以()()K K M M K b -+==1112 （1-4）目前广泛使用的对称式圆锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小，其锁紧系数15.0~05.0=K ,转矩比4.1~1.1=b K ，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较好的路面上直线或者转弯行驶时，都是令人满意的。

但是当汽车在较坏的路面行驶时，却严重影响了通过能力[7]。

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，而在好的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的路面上的车轮与路面之间的附着力小，路面只能对半轴作用很小的反作用转矩，虽然另一车轮与好的路面之间的附着力较小，但是由于对称式圆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[8]。