普通锥齿轮差速器的设计

图 2-1 普 通的对 称 式 圆锥 行 星齿 轮 差 速器
1 ，1 2 - 轴 承 ；2 -螺 母 ；3 ，1 4 - 锁 止 垫 片 ；4- 差 速 器 左 壳 ； 5 ，1 3 - 螺 栓 ；6 - 半 轴 齿 轮 片 ；7 -半 轴 齿 轮 ；8 - 行 星 齿 轮 轴 ；
9-行 星 齿 轮 ； 10-行 星 齿 轮 垫 片 ； 11-差 速 器 右 壳 垫 。
滚动而无滑动。
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 ）， 若 一 侧 半 轴 齿 轮 受 其 它 外 来 力 矩 而 转 动 ， 则 另 一 侧
关键字：圆锥齿轮
差速器 行星齿轮
-2-
-2-
前言
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、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；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。
3.1.7 滚 动 阻 力 系 数 f： 为 计 算 方 便 ， 近 似 取 0.02
3.1.8 空 气 阻 力 系 数 和 空 气 阻 力 ： 本 车 的 空 气 阻 力 系 数 CD=0.7， 迎 风 面 积 A≈ BB•HB=2
×2=4(m2) 式 中 ： BB 为 汽 车 总 宽 2000mm； HB 为 汽 车 总 高 3300mm
度上也表征了差速器的强度。
球 面 半 径 RB 可 按 如 下 的 经 验 公 式 确 定 ：
RB KB3 T m m
(3-1)
式 中 ： KB — — 行 星 齿 轮 球 面 半 径 系 数 ， 可 取 2 . 5 2 ～
2.99， 对于 有 4 个 行 星 齿轮 的 载货 汽 车 取小 值 ；
（ mm）
高 HB
2000
底盘布置尺寸
轴距 L
3360
（ mm）
前后轮距
1580/1525
B1/B2
通过性参数
最小离地间隙
270
（ 整 车 整 备 静 态 ） hmin（ mm）
接 近 角 α（ °）
38°
离 去 角 β（ °）
34°
3.1.2 质 量 参 数 ： 见 表 2 表 2 2 吨货车质量参数表
z1
z2
12
由 于 强 度的 要 求在 此 取 m=5mm
得 d1 mz1 512= 6 0 m m 5.压 力 角α
d2 mz2 = 5 × 1 8 = 9 0 m m
1.行 星 齿轮 数 目的 选 择 载货汽车采用 4 个行星齿轮。
2 . 行 星 齿 轮 球 面 半 径 RB 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 RB ， 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
3.2 对 称 式 圆 锥 行 星 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
-9-
-9-
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。
3.2.1 差速 器齿 轮 的 基本 参 数的 选 择
-4-
-4-
都 相 等 （ 图 2 - 1 ）， 其 值 为 0 r 。 于 是 1 = 2 = 0 ， 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 （ 图 ）， 啮 合 点 A 的 圆 周 速 度 为 1 r = 0 r + 4 r ， 啮 合 点
首先初步求出行星齿轮与半轴齿轮的节锥角 1， 2
- 11 -
- 11 -
1
arctan
z1 z2
=
arctan12 18
=3Байду номын сангаас.69°
1 = 9 0 °- 2 = 5 7 . 3 1 °
再按下式初步求出圆锥齿轮的大端端面模数 m
m = 2A0 sin 1= 2A0 sin 2 = 2 52 sin 33.69 = 4 . 8 1
T— — 计 算 转 矩 ， 取 Tce 和 Tcs 的 较 小 值 ， N·m.
根 据 上 式 RB = 2 . 6 3 7234 = 5 0 . 2 m m 所 以 预 选 其 节 锥 距
A 0=52mm
- 10 -
- 10 -
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 z1/ z2 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
B 的 圆 周 速 度 为 2 r = 0 r - 4 r
于 是 : 1 r + 2 r = （ 0 r + 4 r ） + ( 0 r - 4 r )
即 : 1 + 2 = 2 0
（ 1-1）
若角速度以每分钟转数 n表示，则
n1 n2 2n0
（ 1-2）
式 （ 1-2） 为 两 半 轴 齿 轮 直 径 相 等 的 对 称 式 圆 锥 齿 轮 差
-1-
-1-
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、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 ， 2 吨 货 车 车 型 数 据 为 设 计 参 数 进 行 了 差 速 器 的 设 计 。通 过 差速器齿轮的基本参数的选择、几何计算确定此差速器 的外形、结构，并进行强度计算，保证此圆锥行星齿轮 差速器强度达到工作要求。最后，选择此差速器的材料 和制造工艺。
目录
摘要……………………………………………………………………2 引言……………………………………………………………………3 1 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理 ………………………4
2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构………………………………6 3 对称式圆锥行星齿轮差速器的计算………………………………7
-3-
-3-
一 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理
图 1-1 差 速器差 速 原 理 如 图 1-1 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 0 ； 半 轴 齿 轮 1 和 2 为 从 动 件 ， 其 角 速 度 为 1和 2 。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
半轴齿轮即以相同的转速反向转动。
-5-
-5-
2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构 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 。如 图 3-2 所 示 。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。
3.1 2 吨货车车型数据 …………………………………………7 3.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算 ………………9
3.2.1 差速器齿轮的基本参数的选择……………………9 3.2.2 差速器齿轮的几何计算……………………………12 3.2.3 差速器齿轮的强度计算……………………………14 3.2.4 差速器齿轮的材料…………………………………17 4 结论………………………………………………………………15 参考文献
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 式 、凸 轮 式 、涡 轮 式 和 牙 嵌 自 由 轮 式 等 多 种 形 式 。 在此设计普通对称式圆锥行星齿轮差速器。
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
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 z2L ， z2R 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：
z2L z2R I n
（ 3-2）
式 中 ： z2L ， z2R — — 左 右 半 轴 齿 轮 的 齿 数 ， 对 于 对 称
式圆锥齿轮差速器来说，
= z 2 L z 2R
n— — 行 星 齿 轮 数 目 ；
I——任意整数。
在 此 z1=12， z2 =18 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
型号
PE6T
额 定 功 率 Pe (kw)
137
额 定 功 率 转 速 ne (rpm)
3200
最 大 转 矩 Ttq (n•m)
710
最 大 转 矩时 转速 nt
2200
(rpm)
全负荷最低燃油消耗量
220
b (kw•h)
-8-
-8-
3.1.4 传 动 系 的 传 动 比 ： 见 表 4
表 4 变速器和主减速器的传动比
-7-
-7-
类别 质量参数
最大轴载质量 （ kg）
项目 整 车 整 备 质 量 me （ kg）
乘员数 最 大 总 质量 ma (kg)
前 轴 G1 后 轴 G2
参数值 2000
3人 4000
1284 2716
3.1.3 发 动 机 技 术 参 数 ： 见 表 3
表 3 PE6T 发 动机 性 能 参数
档位 Ⅰ档 Ⅱ档 Ⅲ档 Ⅳ档 Ⅴ档 倒档
(ig1) (ig2) (ig3) (ig4) (ig5)
速 比 3.7 2.57 1.88 1.37 1.00 6.5
主减速器传动
7.6
比 ig0
3.1.5 轮 胎 和 轮 辋 规 格 ： 轮 胎 ： 7.50—16LT
3.1.6 车 轮 滚 动 半 径 ： 轮 胎 ： 7.50—16LT r=0.383
-6-
-6-
3 对称式圆锥行星齿轮差速器的计算
3.1 2 吨 货 车 车 型 数 据
3.1． 1 尺 寸 参 数 ： 见 表 1
表 1 2 吨货车整车尺寸参数
尺寸类型
项目
参数值
总 长 LB
6000
整车外形尺寸
总 宽 BB
2000
（ mm）
总 高 HB
2000
长 LB
4280
车厢内部尺寸
宽 BB
2000