普通锥齿轮差速器设计

第一章绪论汽车行驶时,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、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车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎符合、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滑移或滑转。

这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的要求；在多桥驱动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，使传动系零件损坏、轮胎磨损和增加燃料消耗等。

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的角速度转动。

差速器按其结构特征不同，分为齿轮、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。

本次设计选择的是对称锥齿轮式差速器中的普通锥齿轮式差速器。

第二章 普通锥齿轮差速器基本原理普通锥齿轮差速器由于结构简单、工作平稳可靠，一直广泛用于一般使用条件下的汽车驱动桥中。

图2-1为其示意图，图中ω0为差速器壳的角速度； ω1、ω2分别为左、右两半轴的角速 度；To 为差速器壳接受的转矩；T r 为 差速器的内摩擦力矩；T 1、T 2分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。

图2-1 普通锥齿轮式差速器示意图根据运动分析可得ω1+ω2＝2ω0 (2 - 1)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T0T2T1T0T1-T2{=+= (2 - 2)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K=r T /0T (2 - 3) 结合式(5—24)可得k ) -0.5T0(1T1k )0.5T0(1T2{=+= (2 - 4)定义快慢转半轴的转矩比kb=T2/T1,则kb 与k 之间有kk-+=11kb kb k +-=11kb (2 - 5)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。

第三章设计车型及参数选择车型：东风标致-2010款标致307 两厢 2.0 手动舒适版参数：基本信息产地属性国产级别属性紧凑型车款型2010排量 2.0L最高车速204综合参考油耗8保修政策两年或4万公里车身参数长/宽/高(mm) 4212/1762/1531轴距(mm) 2608前轮距(mm) 1505后轮距(mm) 1497最小离地间隙(mm) 122整备质量(Kg) 1261车体结构两厢半掀背车车门数 5座位数 5油箱容积(L) 60行李箱容积(L) 433-1440发动机发动机型号PSA RFN 10LH3X气缸容积(cc) 1997进气方式自然吸气气缸排列形式L气缸数 4每缸气门数 4压缩比11配气机构DOHC最大马力(Ps) 147最大功率(kW) 108最大功率转速(rpm) 6000最大扭矩(N·m) 200最大扭矩转速(rpm) 4000发动机特有技术CVVT连续可变气门正时燃油类型汽油燃油标号93号供油方式多点电喷缸盖材料铝缸体材料铝排放标准欧IV车轮制动前制动器类型通风盘式后制动器类型盘式前轮胎规格205/55R16后轮胎规格205/55R16备胎全尺寸第四章 普通锥齿轮差速器齿轮设计4.1 差速器齿轮主要参数选择 4.1.1 行星齿轮数目n行星齿轮数n 需根据承载情况来选择，在承载不大的情况下n 可取两，反之应取n=4。

由于小车承载一般不大，我们取n=2 。

4.1.2 行星齿轮球面半径B R行星齿轮球面半径B R 反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力，可根据经验公式来确定3T K R B B = （4 - 1）式中：B K ——行星齿轮球面半径系数，可取2.52～3.0，对于有四个行星齿轮的乘用车和商用车取小值，对于有两个行星齿轮的乘用车及四个行星齿轮的越野车和矿用车取大值，我们取B K =2.9；T ——计算转矩，取Tce 和Tcs 的较小值，N ·m. 计算转矩的计算r p 0amax ghr n i =0.377v i （4-2）式中r r ——车轮的滚动半径， r r =0.307mi gh ——变速器量高档传动比。

i gh =1根据所选定的主减速比i 0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n n =6000r/n , amax v =204km/h , r r =0.307m , i gh =1代入（4-2）计算出 i 0=3.404从动锥齿轮计算转矩Tceni i i k Tk T f e dce η01max=（4-3）式中：Tce —计算转矩，Nm ；T emax —发动机最大转矩；T emax =200 Nmn —计算驱动桥数，1；i f —变速器传动比，i f =3.704； i 0—主减速器传动比，I 0=3.404； η—变速器传动效率，η=0.96； k —液力变矩器变矩系数，K=1；K d —由于猛接离合器而产生的动载系数，K d =1； i 1—变速器最低挡传动比，i 1=1； 代入式（4-3），有：Tce=2420.8 Nm 主动锥齿轮计算转矩T=653.6Nm根据上式B R =2.938.2420=38.93mm ； 其节锥距A 0=（0.98-0.99）B R ，取A 0=38mm ；4.1.3 行星齿轮与半轴齿轮齿数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L z 2，R z 2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：I nz z RL =+22 (4-4) 式中：L z 2，R z 2——左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说，L z 2=R z 2n ——行星齿轮数目； I ——任意整数。

在此1z =12，2z =20 满足以上要求。

4.1.4 行星齿轮和半轴齿轮节锥角1γ，2γ及模数的确定 首先初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角1γ，2γ 211arctanz z =γ=2012arctan =30.96° 2γ=90°-1γ=59.03°再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数mm=110sin 2γz A =220sin 2γz A =096.30sin 12382⨯=3.26mm 取m=3.5mm 得125.311⨯==mz d =42mm 22mz d ==3.5×20=70mm4.1.5 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。

4.1.6 行星齿轮安装孔的直径φ及其深度L行星齿轮的安装孔的直径φ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：φ1.1=L （4-5） []nlT c σφ1.11030⨯= （4-6）式中：0T ——差速器传递的转矩，N ·m ；在此取2420.8N ·m n ——行星齿轮的数目；在此为2l ——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 σ——支承面的许用挤压应力，在此取98 MPa 根据上式 708.02'⨯=d =56mm l =0.5×56=28mmφ=282981.1108.24203⨯⨯⨯⨯≈20.03mm 03.201.1⨯=L ≈22mm4.2 差速器齿轮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 σ为322102⨯=jnd mb k K K T v mS C w σ MPa (4-7) 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06.0T T c =， 在此c T 为1452.48N ·m ； n ——差速器的行星齿轮数； 2z ——半轴齿轮齿数；s K ——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，44.25m K s =，在此44.255.3=s K ＝0.609 m K ——载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，m K ＝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。

v K ——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 =0.225图1-2 弯曲计算用综合系数根据上式w σ=3102225.070205.30.11.1609.048.14522⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=882..6MPa 〈980 MPa所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。

4.3 差速器齿轮的材料选择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。