汽车设计课件设计

雨燕1.3L乘用车普通锥齿轮差速器及半浮式半轴设计说明书摘要: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。

由于其具有结构简单、工作平稳可靠、质量较小、制造方便、用于公路汽车上也很可靠等优点，故广泛用于各类车辆上。

本文参照传统差速器的设计方法进行了雨燕1.3L乘用汽车差速器的设计。

本文首先根据经验公式，然后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；最后对差速器齿轮的强度进行计算和校核。

本文是采用普通圆锥齿轮差速器作为雨燕1.3L乘用汽车的差速器进行设计的。

半浮式半轴以靠近外端的轴颈直接支承在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有锥面的轴颈及键与车轮毂相固定，或以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接，因此，半浮式半轴除传递转矩外，还要承受车轮传来的垂向力、纵向力（驱动力或制动力）及侧向力所引起的弯矩。

可见，半浮式半轴承受的载荷复杂，但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点。

用吞质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车。

雨燕1.3L小型乘用车的结构紧凑，整备质量小，适合选用半浮式半轴。

关键字：对称式、锥齿轮、差速器、行星齿轮、半浮式半轴引言：根据汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互关系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的。

例如，转弯时外侧车轮的行程总要比内侧的长。

另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因互引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。

在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮，则会由于左右驱动车轮的转速虽相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一红运车轮产生滑移。

这不仅会使轮胎过早磨损、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会加为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。

此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移，易使汽车在转向时失去搞侧滑能力而使稳定性变坏，从而满足了汽车行驶运动学的要求。

同样情况也发生在多桥驱动中，前、后驱动槰这间，中、后驱动桥之间等会加车轮滚动半径不同而导致驱动桥间的功率循环，从而使传动系的载荷增大，损伤其零件，增加轮胎的磨损和燃料的消耗等，因此一些多桥驱动的汽车上也装了轴间差速器。

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有多种形式，在此设计普通对称式锥齿轮差速器。

雨燕1.3L 乘用车的基本配置如下表格所示 汽车布置方式前置横列 前驱最大转矩（Nm ） 110/3500-4500 总长(单位:mm)3695 压缩比（选填） 总宽(单位:mm)1690 离合器 总高(单位:mm)1510 变速器档数 4 轴距(单位:mm)2390 轮胎类型与规格(km/h) 185/60R15 前轮距(单位:mm)1470 转向器 齿轮齿条式电动助力转向器 后轮距(单位:mm)1480 前轮制动器 盘式 整备质量kg1040 后轮制动器 鼓式 总质量kg1365 前悬架类型 螺旋弹簧、滑柱摆臂式独立悬架 发动机型式汽油／４缸 后悬架类型 螺旋弹簧,纵臂扭转梁式非独立悬架 排量（L ）1301 最高车速（km/h) 163 最大功率（KW ） 63/6000一、普通锥齿轮差速器设计1、对称式锥齿轮差速器的差速原理图2-1 差速器差速原理如图2-1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（图2-1），其值为0ωr 。

于是1ω=2ω=0ω，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4ω自转时（图），啮合点A 的圆周速度为1ωr =0ωr +4ωr ，啮合点B 的圆周速度为2ωr =0ωr -4ωr 。

于是1ωr +2ωr =（0ωr +4ωr ）+(0ωr -4ωr )即 1ω+ 2ω=20ω （2-1）若角速度以每分钟转数n 表示，则0212n n n =+ （2-2）式（2-2）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2-2）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），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动。

2、对称式锥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。

由于其具有结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车上也很可靠等优点，故广泛用于各类车辆上。

3、对称式锥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承座及主动齿轮导向轴承座的限制。

3.1 差速器齿轮的基本参数的选择1.行星齿轮数目的选择雨燕小型乘用汽车采用2个行星齿轮。

2.行星齿轮球面半径b R 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b R ，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b R 可按如下的经验公式确定：d b b T K R 3= mm (4-1)式中：b K ——行星齿轮球面半径系数，可取2.5～2.97，对于有2个行星齿轮的轿车取大值；d T ——计算转矩，取ce T 和cs T 的较小值，N ·m.行星齿轮凶锥距0A 为b R A )99.0~98.0(0=转矩的计算 gh a ar i v n r i max 0377.0= （4-2）式中r r ——车轮的滚动半径，查GB/T 2978-1997《汽车轮胎系列》表6得r r =0.293 mgh i ——变速器量高档传动比，雨燕13.L 是四档变速器，所以 gh i =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 =4500 r/n , amax v =163 km/h , r r =0.293 m , i gh =1代入（4-2） 计算出 0i =3.05从动锥齿轮计算转矩n i i ki T k T f e d ce η01max =（4-3）式中： ce T —计算转矩，Nm ；max e T —发动机最大转矩；max e T =110 Nmn —计算驱动桥数，n=1；f i —变速器传动比，f i =3.704；0i —主减速器传动比，0i =3.05；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：ce T =1193.0 Nm主动锥齿轮计算转矩T=rce i T =1193.0/3.704=322.08 Nm 根据上式b R =2.730.1193=15.6 mm ，b R A )99.0~98.0(0=，查资料[2]363页表9-19，预选其节锥距A 0=15.29 mm 。

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 R L =+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.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1γ，2γ 211arctan z 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 =︒⨯96.30sin 1229.152=1.31 查阅文献[6]第297页表7-11 标准模数（GB/T 1357—1987） 取m=1.25 mm得1225.111⨯==mz d =15mm 22mz d ==1.25×20=25mm5.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[]nl T L c ⨯⨯==σφφ302101.1 []nlT c σφ1.11030⨯= 式中：0T ——差速器传递的转矩，N ·m ；在此取1193.0 N ·m ；n ——行星齿轮的数目；在此为4；l ——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69 MPa ；根据上式 808.0'2⨯=d =64mm l =0.5×64=32mmφ324691.1100.11933⨯⨯⨯⨯=≈11.1 mm 1.111.1⨯=L ≈12.2mm 3.2 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。