【正文】 ocess 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)。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。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。 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。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。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。 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(chēng)式圓錐行星齒輪差速器。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。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。 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。內(nèi)、外凸輪分別與左、右半軸用花鍵連接。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。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。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。1 39。 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。 D? 約為 （某些蝸輪式差速器）～ （普通的圓錐行星齒輪差速器）。 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。 輸入轉(zhuǎn)矩 0T 已知，行星齒輪和半軸齒輪參數(shù)已知時(shí)， rfT ,rbT 可由計(jì)算得到。方程如下： nKiTT TTLeje /0m a x ???? ?? ?????????????????? () LBLBrj i rGT ? ??? ? ?? 2 ???????????????????? () maxeT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，已知 SUES06 型載重 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為 137N 以上兩結(jié)果是汽車(chē)最大轉(zhuǎn)矩而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩，不能作為疲勞損壞的依據(jù)。本課題中，針對(duì) SUES06型汽車(chē)為輕型載重汽車(chē)這一特性，選擇的行星齒輪數(shù) n=4。半軸齒輪齒數(shù) 2Z在 14～ 25 選用。 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 26 4) 差速器圓錐齒輪模數(shù)以及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 1? 、 2? ； )/arctan( 211 zz?? ? ? ???????????????????? () )/arctan ( 122 zz?? ? ? ???????????????????? （ ） 在這里已知 1Z = 2Z =16，將它們代入上述兩式，得： 1? =176。 30ˊ的壓力角，齒高系數(shù)為 ，最少齒數(shù)可減少到 10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨向于等強(qiáng)度。 差速器齒輪的幾 何尺寸計(jì)算 接下來(lái)說(shuō)明一些齒輪中的幾何計(jì)算問(wèn)題 1） 齒輪齒數(shù) z： 已知行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù) 分別為 101?Z ， 162?Z 。1h =gh mmh 39。 12） 面錐角 0? ： 5044 0201 ???? ??? ； 3570 01202 ???? ??? =。 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 29 19） 弦齒高 ?h ： dShh 4cos2 ?? ???,推出 mmh ?? ， mmh ?? 。因此計(jì)算符合要求。 此次設(shè)計(jì)汽車(chē)差速器 齒輪 的所用材料為 20CrMnTi。 UG 軟件被當(dāng)今許多世界領(lǐng)先的制造商用來(lái)從事概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)以及工程仿真和數(shù)字化的制造等各個(gè)領(lǐng)域。而非概念設(shè)計(jì)那樣以效果圖展示為目的的三維建模。 軸承調(diào)整螺母建模特點(diǎn) 軸承調(diào)整螺母形狀較為復(fù)雜，尤其是其上下表面并非是一對(duì)平行的平面，而是有很多的相似特征，其模型中滾珠較多，初步建模思想是用草圖拉伸，然后做出一個(gè)滾珠的特征，通過(guò)鏡像陣列的方式完成其他滾珠的建模。 圖 差速器螺栓防松墊片建模 差速器的建模過(guò)程 鑒于差速器中零部件比較多，所以以下就對(duì) 軸承調(diào)整螺母鎖片和軸承調(diào)整螺母的建模過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹 軸承調(diào)整螺母鎖片建模 下面就以軸承調(diào)整螺母鎖片建模過(guò)程來(lái)說(shuō)明本次設(shè)計(jì)的建模過(guò)程。輸入 insert,選擇 zc－ xc 選擇 sketch 進(jìn)入設(shè)置界面進(jìn)行平面的創(chuàng)建（可以選擇當(dāng)前建好基準(zhǔn)平面，也可以自建一個(gè)繪制平面）。在基準(zhǔn)面上建立圓環(huán)草圖（直徑設(shè)定為 76mm） ,之后對(duì)草圖進(jìn)行拉伸，選擇 Extrude 選項(xiàng)，點(diǎn)擊草上海工程技術(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 44 圖圖形后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 圖 零件導(dǎo)入過(guò)程 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 46 圖 零件導(dǎo)入過(guò)程中原點(diǎn)選擇 圖 第一個(gè)零件的導(dǎo)入 選擇第二個(gè)建立好的零件點(diǎn)擊 進(jìn)行添加，然 后以配對(duì)約束將其圓柱面與圓柱面進(jìn)行約束，再以距離約束加以配合達(dá)到裝配要求，其裝配效果如下圖 所示。所以在此，我們可以通過(guò)鏡像零件，選擇命令 執(zhí)行徑向裝配。因此，把復(fù)雜的系統(tǒng)分解成特性容易了解的單個(gè)元件或單元，研究其特性，就可以再將這些元件重建原來(lái)的系統(tǒng)以得到其整體特性。根據(jù)單元的材料性質(zhì)、形狀、尺寸、節(jié)點(diǎn)數(shù)目、位置及其含義等，找出單元節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系式，這是單元分析中的關(guān)鍵一步。這時(shí)可以對(duì)單元中位移的分布采用一些能逼近原函數(shù)的近似函數(shù)予以描述。將 nF 分解為切于 分度圓錐面的周向分力（圓周力） tF 、徑向分力 1rF 及軸向分力 1aF ，則： tF =22dT ????????。 最后利用結(jié)構(gòu)力的平衡條件和邊界條件把各個(gè)單元按原來(lái)的結(jié)構(gòu)重新連接起來(lái)，形成整體的有限元方程式。 物體離散化后，假定力是通過(guò)節(jié)點(diǎn)從一個(gè)單元傳遞到另一個(gè)單元；但是對(duì)于實(shí) 際的連續(xù)體，力是從單元的公共邊傳遞到另一個(gè)單元中去的。離散后單元與單元之間只在數(shù)目有限的指定點(diǎn)（稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)）連接起來(lái)，這樣便構(gòu)成一個(gè)單元集合體來(lái)代替原來(lái)的連續(xù)系統(tǒng)。這種方法首先在固體力學(xué)范疇，而后在工程技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。所以在此，我們可以通過(guò)鏡像零件，選擇命令 執(zhí)行徑向裝配。再選擇 切除內(nèi)環(huán)，然后對(duì)邊界線倒圓角，得到所要的三維實(shí)體，如圖 所示 圖 參數(shù)設(shè)置界面 圖 拉伸后的效果圖 完成上述所有操作后最終得到的軸承調(diào)整螺母的實(shí)體圖。選擇 zc－ xc 基準(zhǔn)面，進(jìn)入 Datum/Point 選項(xiàng)中的DatumAxsi 命令，然后建立基準(zhǔn)軸，因?yàn)樵诃h(huán)形陣列中，需要基準(zhǔn)軸來(lái)確定旋轉(zhuǎn)中心，為以后的環(huán)形陣列所用。建立基準(zhǔn)平面 YCXC，在此平面上繪制二維圖形： 圖 繪制二維平面圖 完成二維圖形繪制之后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵彈出以下圖形： 圖 二維圖確認(rèn) 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 37 此時(shí)選擇 finish Sketch 結(jié)束二維圖形繪制，進(jìn)行下一步拉伸實(shí)體。 圖 軸承調(diào)整螺母建模 軸承調(diào)整螺母鎖片建模特點(diǎn) 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 34 軸承調(diào)整螺母鎖片形狀看似簡(jiǎn)單，但由于不是在同一個(gè)基準(zhǔn)面內(nèi)，所以首先在底面由草圖繪制拉伸出實(shí)體，然后建立與之地面垂直的基準(zhǔn)平面，在此由繪制草圖來(lái)完成拉伸實(shí)體。本次建模工作用到的是美國(guó) EDS 公司的 Unigraphics (簡(jiǎn)稱(chēng) UG) 軟件，它是當(dāng)前世界上最先進(jìn)和緊密集成的、面向制造行業(yè)的 CAD／ CAE／ CAM 高端軟件。它實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過(guò)程的知識(shí)工程的組合，顯著地改進(jìn)了汽車(chē)、航天、航空、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 32 機(jī)械、消費(fèi)產(chǎn)品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)的生產(chǎn)。該公司首次突破傳統(tǒng) CAD/CAM 模式，為用戶(hù)提供一個(gè)全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在現(xiàn)代汽車(chē)大批量生產(chǎn)中，有時(shí)還采用生產(chǎn)效率更高、用弧刃圓盤(pán)拉刀加工、齒形接近于圓弧的 Revacycle 錐齒輪。只有當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎或左、右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車(chē)輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 14） 外圓直徑 0d ： ?cos20 hdd ??? ，得 mmd ? ， mmd ? 。 9） 齒根高 39。 行星齒輪與半軸齒輪齒面寬為 。某些重型貨車(chē)和礦用汽車(chē)也可以采用 ?25 壓力角。 再按照下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m： 22 011 0 s in2s in2 ?? zAz