【正文】 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(jiǎn)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(chē)驅(qū)動(dòng)橋中。差速器殼的輪廓尺寸也 受到從動(dòng)齒輪及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛的用在轎車(chē)，客車(chē)和各種公路用載貨汽車(chē)上。 同樣情況也發(fā)生在多橋驅(qū)動(dòng)中，前，后驅(qū)動(dòng)橋之間，中，后驅(qū)動(dòng)橋之間等會(huì)因車(chē)輪滾動(dòng)半徑不同而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)橋間的功率循環(huán)，從而傳動(dòng)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(dòng)的汽車(chē)也裝了軸間差速器。在左右車(chē)輪形成不等的情況下，如果采 用一根整體的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸將動(dòng)力傳給左右車(chē)輪，則會(huì)由于左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速雖相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車(chē)輪產(chǎn)生滑移或滑轉(zhuǎn)。 差速器的簡(jiǎn)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。 在現(xiàn)代汽車(chē)驅(qū)動(dòng)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。 主減速器的概述 汽車(chē)主減速器是汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋中重要的傳力部件 ,是汽車(chē)底盤(pán)中 主要的減速增扭部件。當(dāng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為非斷開(kāi)式 (或 稱為整體式 )，即驅(qū)動(dòng)橋殼是一根連接左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性空心梁，而主減速器、差速器及車(chē)輪傳動(dòng)裝置 (由左、右半軸組成 )都裝在它里面。作為其重要部位，差速器在汽車(chē)的轉(zhuǎn)向時(shí)無(wú)疑提供了一個(gè)很好的保障，使得汽車(chē)在轉(zhuǎn)向過(guò)程中保證了其很好的穩(wěn)定性。 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(chē)問(wèn)世百余年來(lái)，特別是從汽車(chē)產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車(chē)工業(yè)的大發(fā)展以來(lái)，汽車(chē)已經(jīng)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)大發(fā)展和人類(lèi)進(jìn)入現(xiàn)代化生活產(chǎn)生了無(wú)法估量的巨大影響，為人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步作出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)。接著運(yùn)用 CATIA軟件 對(duì) SUES06 差速器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析 。它在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)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(chē)在轉(zhuǎn)向過(guò)程中驅(qū)動(dòng)車(chē)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(guò) UG 軟件對(duì) SUES06 差速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)UG 和 CATIA 軟件對(duì)其進(jìn)行裝配、仿真及分析，模擬現(xiàn)代汽車(chē)零部件的設(shè)計(jì)過(guò)程。最后對(duì)差速器典型零件進(jìn)行有限元分析，最后做出結(jié)論。 如今 世界各大汽車(chē)生產(chǎn)商在汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中，從整車(chē)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(lái)開(kāi)展工作。 而差速器作為汽車(chē)上常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式， 其質(zhì)量水平直接決定著整車(chē)的檔次 ，因此顯得尤為重要。當(dāng)采用獨(dú)立懸架時(shí)，為保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為斷開(kāi)式。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(dòng)力傳遞方向改變后傳給差速器。在雙級(jí)主減速中，通常還要加一對(duì)圓柱齒輪或一組行星齒輪。根據(jù)汽車(chē)行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車(chē)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(chē)在行駛過(guò)程中左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是有差別的。這不僅會(huì)使輪胎過(guò)早磨損，無(wú)益的消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車(chē)輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。 差速器的結(jié)構(gòu)形式介紹 汽車(chē)差速器的結(jié)構(gòu)形式很多，用的最廣泛的是對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。有些越野汽車(chē)也采用了這種結(jié)構(gòu)，但用在越野汽車(chē)上需要采取防滑措施。而差速器齒輪的基本參數(shù)選擇又分為以下幾個(gè)：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。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(duì)差速器的反轉(zhuǎn) 圖 普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡(jiǎn)圖 根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得 021 2 ?? ?????????????????????? () 顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。兩根行星齒輪軸 5 互相垂直，軸的兩端制成 V 形面 4 與差速器殼孔上的 V 形面相配，兩個(gè)行星齒輪軸 5 的 V形面是反向安裝的。此摩擦力矩 Tr，與差速器所傳遞的轉(zhuǎn)矩成正比，可表示為 示為 ? t anz fT0Tr d fr r? ?????????????????? ?? () 式中， fr 為摩擦片平均摩擦半徑； dr 為差速器殼 V 形面中點(diǎn)到半軸齒輪中心線的距離； f 為摩擦因數(shù)； z 為摩擦面數(shù)； ?為 V 形面的半角。 如果差速器完全鎖住，則汽車(chē)所能發(fā)揮的最大牽引力 39。目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車(chē)上都裝用差速鎖。內(nèi)、外凸輪分別與左、右半軸用花鍵連接?；瑝K與內(nèi)凸輪、外凸輪和主動(dòng)套之間的作用力分別為 Pl、 P2和 P，由于接觸面間的摩擦，這些力與接觸點(diǎn)法線方向均偏斜一摩擦角戶。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，禮零件材料、機(jī)械加工、熱處耶、化學(xué)處理等方面均有較高的技術(shù)要求。當(dāng)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，外側(cè)車(chē)輪有快轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使外側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)脫開(kāi)，即中斷對(duì)外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi) 側(cè)車(chē)輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使內(nèi)側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)壓得更緊，即主動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。該差速器工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。差速器殼與主減速器的被動(dòng)齒輪相連。當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，左、右半軸蝸 桿出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，通過(guò)成對(duì)蝸輪兩端相互嚙合的直齒圓柱齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使一側(cè)半軸蝸桿轉(zhuǎn)速加快，另一側(cè)半軸蝸桿轉(zhuǎn)速下降，實(shí)現(xiàn)差速作用。 ； ； ； ； ； ； 圖 托森輪間差速器 2 SUES06 汽車(chē)差速器主要參數(shù)的設(shè)定及其計(jì)算 驅(qū)動(dòng)型式 4 2（后輪為雙胎） 裝載質(zhì)量 20xx ㎏ 空車(chē)質(zhì)量 1880 ㎏ 滿載時(shí)前軸載荷 13400N 滿載時(shí)后軸載荷 27350N 車(chē)輪半徑 R= m 最高車(chē)速 maxaV =85 km/h 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 15 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 maxep = KW 及轉(zhuǎn)速 pn =3800～ 4000 r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 maxeT =137N1 39。 系數(shù) K 以及ξ對(duì)汽車(chē)性能有直接影響。 普通的圓錐行星齒輪式差速器的鎖緊系數(shù) K=～ ，轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)ξ =～ ，故可近似地看成它是將轉(zhuǎn)矩平均分配給左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。 有時(shí)鎖緊系數(shù)過(guò)大，例如當(dāng)采用差速鎖裝置將左、右半軸聯(lián)成一體時(shí)，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 17 會(huì)使鎖緊系數(shù) K 增至無(wú)限大，這時(shí)，似乎全部轉(zhuǎn)矩會(huì)傳到一個(gè)半軸上而使其過(guò)載，但在一般情況下，其載荷不應(yīng)超過(guò)該側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與地面的最大附著力。 D? 約為 （某些蝸輪式差速器）～ （普通的圓錐行星齒輪差速器）。當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)速相等時(shí)，差速器的摩擦損失功率為零。 圖 汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)后驅(qū)動(dòng)橋的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖 由圖 可知： RB /2// 0?? ?? ? ? ? ???????? ? ????????? ? ?（ ） 由此得 ?? =B0? /2R ? ? ? ?? ? ???????????????? ? ?（ ） 而 1T 1? =1T（ 0? + ?? ） ? ?????????????????? ? ?（ ） 2T 2? =1T 2? /D? =1T（ 0? ?? ） / D? ? ??????????? ? ?（ ） 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 19 ? ? ? ?DnTTTT /110102100 ????? ??? ????????? ? ?? ? ?（ ） 將它們代入式 （ ） ，得 ? ? ? ?? ? ? ?? ?DDDr nTnTTn /11//11 010101 ?????? ???? 整理后得到差速器的傳動(dòng)效率的表達(dá)式為 DDDT nnRBn ????? 1121 ? ? ? ???????????????? ? ?（ ） 由式 （ ） 可知，差速器的傳動(dòng)效率 DT? 區(qū)別于差速器的效率 D? ，后者僅與差速器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而前者還與汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋中間點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑R 以及輪距 B 有關(guān)，并隨 R 的變化而改變。 差速器行星齒輪的力矩分析 差速器內(nèi)摩擦主要由三部分組成，一是行星齒輪自轉(zhuǎn)時(shí)與行星齒輪軸之間以及行星齒輪背球面與差速器殼之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力矩 rfT ,方向與行星自轉(zhuǎn)方向相反；二是行星輪支撐滑動(dòng)軸承產(chǎn)生的摩擦力矩 rbT ,方向與行星自轉(zhuǎn)方向相反；三是兩半軸輪背面同差速器殼之間產(chǎn)生的摩擦力矩 rswT rsnT ,大小相等，其中外輪 rswT 與地面對(duì)車(chē)輪的附加阻力引起的阻力矩方向相