【正文】 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 1 摘 要 差速器作為汽車驅(qū)動橋中的主要部件，在汽車行駛轉(zhuǎn)向中起著至關(guān)重要的作用。它在向兩邊半軸傳遞動力的同時也能保證兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，很大程度上的避免了汽車在轉(zhuǎn)向過程中驅(qū)動車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移的現(xiàn)象。 本次設(shè)計(jì)的意圖是通過 UG 軟件對 SUES06 差速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過UG 和 CATIA 軟件對其進(jìn)行裝配、仿真及分析，模擬現(xiàn)代汽車零部件的設(shè)計(jì)過程。 根據(jù)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)任務(wù)書中的要求，本文首先對汽車差速器做了闡述，并介紹了汽車差速器的分類和設(shè)計(jì)要求，著重介紹了 SUES06 差速器的組成和功用，并對其幾個重要的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。然后運(yùn)用UG/CAD 模塊建立汽車差速器的實(shí)體模型并進(jìn)行了裝配。接著運(yùn)用 CATIA軟件 對 SUES06 差速器進(jìn)行運(yùn)動仿真分析 。最后對差速器典型零件進(jìn)行有限元分析，最后做出結(jié)論。 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，完成了 差速器 參數(shù)的計(jì)算，使用 UG 軟件完成了 差速器 所有零件的數(shù)字模型，順利地進(jìn)行了虛擬裝配。 并通過 對 差速器受力零件有限元的 分析 ， 說明是符合實(shí)際應(yīng)用 要求 的 ，這些計(jì)算 和設(shè)計(jì)也都是正確、可行的。 關(guān)鍵詞： 差速器， UG，實(shí)體模型，有限元 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 2 Design and Analysis on SUES06 Differential ABSTRACT As the important part of the driving axle, differential gear plays a crucial role in steering of cardriving. It not only transfers the power for semiaxles of both sides , but also ensures them twirling at different speed, which effectively avoided the wheelslipping situation in turningaround . The intention of this design is to invent SUES06 differential gear through UG CATIA, which will be fixed, emulated and analyzed through puter so that I can emulate the process of design for the modern spare parts for car. In according to the requirements of the task book, firstly I expounded the principles of the differential gear as well as introduced its categories and requirements. I paid much attention to introduce the positions and functions of SUES06 differential gear and explain the key parameters. Secondly, I used CAE to emulate the movement process of SUES06 differential gear. I analyzed the typical spare parts of differential gear by means of finite element and made the conclusion at last. In this design, I have pleted the calculation of parameters, the digital model of all parts through UG and virtual assembly module. The design is proved to be correct, feasible and practical by means of finite element method in analyzing the force of spare parts of differential gear. Key words: differential gear, UG, solid model , finite element method 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 3 SUES06 差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 鮑鶴亭 0621032 0 引言 汽車問世百余年來，特別是從汽車產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來，汽車已經(jīng)對世界經(jīng)濟(jì)大發(fā)展和人類進(jìn)入現(xiàn)代化生活產(chǎn)生了無法估量的巨大影響，為人類社會的進(jìn)步作出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)。 如今 世界各大汽車生產(chǎn)商在汽車研發(fā)過程中，從整車的構(gòu)思到具體零部件的設(shè)計(jì)研究、試驗(yàn)及制造的所有領(lǐng)域都綜合性地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來開展工作。使新產(chǎn)品在汽車市場上占有領(lǐng)先地位，同時也使得整個汽車市場的競爭越發(fā)激烈。 近年來，汽車工業(yè)在中國機(jī)械工業(yè)各行業(yè)中，其增長速度相對比其它行業(yè)都要高得多。作為其重要部位，差速器在汽車的轉(zhuǎn)向時無疑提供了一個很好的保障，使得汽車在轉(zhuǎn)向過程中保證了其很好的穩(wěn)定性。 而差速器作為汽車上常見的結(jié)構(gòu)形式， 其質(zhì)量水平直接決定著整車的檔次 ，因此顯得尤為重要。 課題擬定內(nèi)容是采用部分 CAD 和 UG 知識對 SUES06 汽車差速器殼體進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)已知條件，設(shè)計(jì)各零件的尺寸和形狀，裝配總成，并對所設(shè)計(jì)的總成進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 。 1 驅(qū)動橋的總成 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 4 驅(qū)動橋的概述 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動車輪的懸架形式密切相關(guān)。當(dāng)車輪采用非獨(dú)立懸架時，驅(qū)動橋應(yīng)為非斷開式 (或 稱為整體式 )，即驅(qū)動橋殼是一根連接左右驅(qū)動車輪的剛性空心梁，而主減速器、差速器及車輪傳動裝置 (由左、右半軸組成 )都裝在它里面。當(dāng)采用獨(dú)立懸架時，為保證運(yùn)動協(xié)調(diào)，驅(qū)動橋應(yīng)為斷開式。這種驅(qū)動橋無剛性的整體外殼，主減速器及其殼體裝在車架或車身上，兩側(cè)驅(qū)動車輪則與車架或車身作彈性聯(lián)系，并可彼此獨(dú)立地分別相對于車架或車身作上下擺動，車輪傳動裝置采用萬向節(jié)傳動。為了防止運(yùn)動干涉，應(yīng)采用滑動花鍵軸或一種允許兩軸能有適量軸向移動的萬向傳動機(jī)構(gòu)。 主減速器的概述 汽車主減速器是汽車驅(qū)動橋中重要的傳力部件 ,是汽車底盤中 主要的減速增扭部件。它的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大 ,轉(zhuǎn)速降低 ,并將接受的動力傳遞方向改變后傳給差速器。 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速器形式不同而不同。 主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動橋上，主減速器采用的最廣泛的是“格里森”制或“奧利康”制的螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。在雙級主減速中，通常還要加一對圓柱齒輪或一組行星齒輪。在輪邊減速器中則通常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳動或行星齒輪傳動。在某些公共汽車，無軌電車和超重型汽車的主減速器上，有時也采用 蝸輪傳動。 差速器的簡介 差速器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、空間位置集中且布置復(fù)雜的裝配部件。根據(jù)汽車行駛運(yùn)動學(xué)的要求和實(shí)際的車輪，道路以及他們之間的相互關(guān)系表上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 5 明：汽車在行駛過程中左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，轉(zhuǎn)彎時外側(cè)車輪的行駛的距離總要比內(nèi)側(cè)的長。另外，即使汽車作直線行駛，也會由于左右車輪在同一時間內(nèi)所滾動的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪胎氣壓，輪胎負(fù)荷，胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪形成不等的情況下，如果采 用一根整體的驅(qū)動車輪軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)速雖相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動車輪產(chǎn)生滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會使輪胎過早磨損，無益的消耗功率和燃料及使驅(qū)動車輪軸超載等，還會因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。 此外，由于車輪與路面間尤其在轉(zhuǎn)彎時有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動輪間都裝有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時具有以不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動學(xué)的要求。 同樣情況也發(fā)生在多橋驅(qū)動中，前，后驅(qū)動橋之間，中，后驅(qū)動橋之間等會因車輪滾動半徑不同而導(dǎo)致驅(qū)動橋間的功率循環(huán)，從而傳動系的載荷增大，損傷其零件，增加輪胎的磨損和燃料的消耗等，因此一些多橋驅(qū)動的汽車也裝了軸間差速器。 差速器的結(jié)構(gòu)形式介紹 汽車差速器的結(jié)構(gòu)形式很多，用的最廣泛的是對稱式圓錐行星齒輪差速器。它又可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器等。普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左，右殼， 2個半軸齒輪， 4個行星齒輪（少數(shù)汽車采用 3個行星齒輪， 小型，微型汽車多采用2個行星齒輪），行星齒輪軸（不少裝 4個行星齒輪的差速器采用十字軸結(jié)構(gòu)），半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，制上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 6 造方便，用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛的用在轎車，客車和各種公路用載貨汽車上。有些越野汽車也采用了這種結(jié)構(gòu)，但用在越野汽車上需要采取防滑措施。例如加進(jìn)摩擦元件以增大其內(nèi)摩擦，提高其鎖緊系數(shù)；或加裝可操縱的，能強(qiáng)制鎖住差速器的裝置 差速鎖等。 由于差速器殼是裝在主減速器從動齒輪上，故在確定主減速器從動齒輪尺寸時，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器殼的輪廓尺寸也 受到從動齒輪及主動齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。而差速器齒輪的基本參數(shù)選擇又分為以下幾個：行星齒輪數(shù)目的選擇，行星齒輪球面半徑的確定，行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇，差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定，壓力角，行星齒輪安裝孔直徑及其深度的確定。 傳統(tǒng)差速器的種類很多。在驅(qū)動橋的設(shè)計(jì)中選擇差速器的結(jié)構(gòu)型式時，應(yīng)當(dāng)首先從所設(shè)計(jì)的汽車類型以及其使用條件出發(fā)，使所選用的那種結(jié)構(gòu)型式的差速器，能夠滿足該型式汽車在給定使用條件下的使用性能要求。 差速器的典型結(jié)構(gòu)形式如下圖： 圖 差速器的典型結(jié)構(gòu)形式圖 差速器的結(jié)構(gòu)型式 防滑差速器 普通對稱式圓錐行星齒輪差速器 自 鎖 式 強(qiáng)制差速器 差 速鎖 變傳動式差速器 自由輪式 高磨擦式 滾柱式自由輪差速器 牙嵌式自由輪差速器 帶有磨擦元件的圓錐齒輪差速器 滑塊 凸輪式 帶有常作用是磨擦元件的圓錐齒輪差速器 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 7 普通錐齒輪式差速器 由于普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠，所以廣泛應(yīng)用于一般使用條件的汽車驅(qū)動橋中。圖 ，圖中 0w 為差速器殼的角速度； 1w 、 2w 分別為左、右兩半軸的角速度； 0T 為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；rT 為差速 器的內(nèi)摩擦力矩； 1T 、 2T 分別為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn) 圖 普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡圖 根據(jù)運(yùn)動分析可得 021 2 ?? ?????????????????????? () 顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時，另一側(cè)半軸將以兩倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)力矩平衡可得 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SUES06差速器總成的設(shè)計(jì)與分析 8 ??? ????012021 TTT TTT ??????? ?????????????????? () 差速器性能常以鎖緊系數(shù) k 是來表征，定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比，由下式確定 0/TTk r? 結(jié)合式 ()可得 ??? ???? )1( )1(0201 kTT kTT ??????????????????????? () 定義快慢轉(zhuǎn)半軸的轉(zhuǎn)矩比 12 /TTkb? ,則 kb 與 k 之間有 kkkb ???11 kbkbk ???1 1 ???????????????????? () 普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)是一般為 0． 05～ 0． 15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比kb =1． 11～ 1． 35，這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。但當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動車輪與 地面的附著系數(shù)很小時，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。 摩