【文章內容簡介】 轉矩的重新分配，越有利于提高汽車的通過性。這里還應指出，差速器的效率低表明有大的內摩擦損失，但后者僅僅在左、右車輪有顯著的轉速差時才發(fā)生，在一般的情況下這種轉速差不大，因此差速器的摩擦損失功率也不顯著。當左、右驅動車輪轉速相等時，差速器的摩擦損失功率為零。汽車以最小轉彎半徑轉向時，差速器的摩擦損失功率達到最大值。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 18 差速器的傳動效率 DT? 是指動力經差速器殼傳給左、右半軸的效率，即 ? ? 002211 / ??? TTTn Dr ?? ? ???????????????? ? ?（ ） 圖 給出的是當汽車轉彎的時候后驅動橋的運動學簡圖。圖中 1? 為外側車輪的轉速； 2? 為內側車輪的轉速； B 為輪距； R 為后驅動橋中間一點的轉彎半徑；△ω為驅動車輪或半軸與差速器的轉速差。 圖 汽車轉彎時后驅動橋的運動學簡圖 由圖 可知： RB /2// 0?? ?? ? ? ? ???????? ? ????????? ? ?（ ） 由此得 ?? =B 0? /2R ? ? ? ?? ? ???????????????? ? ?（ ） 而 1T 1? = 1T（ 0? + ?? ） ? ?????????????????? ? ?（ ） 2T 2? = 1T 2? /D? =1T（ 0? ?? ） / D? ? ???????? ??? ? ?（ ） 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 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效率的表達式為 DDDT nnRBn ????? 1121 ? ? ? ???????????????? ? ?（ ） 由式 （ ） 可知，差速器的傳動效率 DT? 區(qū)別于差速器的效率 D? ，后者僅與差速器的結構有關 ，而前者還與汽車后驅動橋中間點的轉彎半徑R 以及輪距 B 有關，并隨 R 的變化而改變。分析式（ ）可以看出，即使差速器的效率 D? 很低，差速器的傳動效率 DT? 依然會得到較高的數值。這就是為什么有些高摩擦式自鎖差速器的效率 D? 雖然很低，但仍然被采用的原因。 由于本設計選擇普通對稱錐齒輪差速器，而且本次我設定的鎖緊系數為 ，所以 D? 為 ， DT? 為 。 差速器行星齒輪的力矩分析 差速器內摩擦主要由三部分組成，一是行星齒輪自轉時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運動產生的摩擦力矩 rfT ,方向與行星自轉方向相反；二是行星輪支撐滑動軸承產生的摩擦力矩 rbT ,方向與行星自轉方向相反；三是兩半軸輪背面同差速器殼之間產生的摩擦力矩 rswT rsnT ,大小相等，其中外輪 rswT 與地面對車輪的附加阻力引起的阻力矩方向相反，內輪 rsnT 則與附加阻力引起的阻力矩方向相同。 由于差速器在工作中齒輪的轉速較低，可忽略速度對摩擦力的影響。各部分摩擦力與摩擦系數的關系符合以下關系： 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 20 Nf ?? ? ?? ? ??????????????????????? （ ） 即滿足庫侖定律。式中 N 為相 對運動面正壓力。 輸入轉矩 0T 已知，行星齒輪和半軸齒輪參數已知時， rfT , rbT 可由計算得到。設行星齒輪壓力角 ? ，節(jié)錐角 ? ，安裝孔直徑 kd ，球面直徑 d ，背球球半徑 sR ，節(jié)圓半 徑 pR ，半軸齒輪節(jié)錐角 ? ，錐訂圓直徑 2d ，支撐軸外徑 0d ，節(jié)圓半徑 r 。 行星齒輪上同半軸齒輪捏合齒面受力分析如圖 所示 圖 同半軸齒輪捏合齒面受力分析 圖中 F 行星齒輪齒面正壓力 2F 行星齒輪齒面正壓力的徑向分量 3F 行星齒輪正壓力軸向分量 1F 輸入轉矩 0T 在行星齒輪輪齒與半軸齒輪輪齒嚙合點上的等效圓周力，圖中 1F 大小為 rTF 2/01 ? ? ? ?? ????????????????????? （ ） 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 21 其中 T0為差速器殼傳 遞到行星齒輪上的力矩。 F ， 1F ， 2F ， 3F 之間的關系如方程組所示 ?????????????s ins inc o ss inc o s321FFFFFF ? ? ? ??????????????????? （ ） 根據方程組（ ）可知 ??? co s/s ins in13 FF ? ? ? ? ????????????????? （ ） 令 4/)( kav ddr ?? ? ? ? ???????????????????? （ ） 則行星齒輪背球面上承受的正壓力可以用下式簡化計算 )/co s (ar ct an2 3 savr RrFF ?? ? ? ? ??????????????? （ ） 根據經典摩擦力學理論知識，行星齒輪背球與差速器之間產生的摩擦力為： rrf Ff ??? ? ? ? ?????????????????????? （ ） 摩擦力矩為： avrrfrf rFT ??? ? ? ? ? ?????????????? ?????? （ ） 將式（ ），（ ），（ ）代入（ ）得： )(c os4)4(c os (s i ns i n0 kskrfrf ddrRddar c t agaTT ??????? ??? ? ? ? ????? （ ） 式（ ）即為行星齒輪背球面產生的摩擦力力矩的計算模型。 同理，行星齒輪滑動軸承產生的摩擦力為 22 Ff rb ?? ? ? ?? ? ????????????????????? （ ） 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 22 摩擦力矩為： krbrb drMT ?? ???? ? ??? c o s c o ss in0 ? ? ?? ?????????????? （ ） 式（ ）即為行星齒輪滑動軸承產生摩擦力矩的計算模型。 差速器轉矩計算 由于汽車行駛時傳動系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準確地計算出主減速器齒輪比較困難。通常是將發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅動車輪在良好路面上開始滑轉時這兩種情況下作用在主減速器從動齒輪上的轉矩（ jeT ， ?jT ）的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強度計算中用以驗算主減速器從動齒輪最大應力的計算載荷。由于主減速器與差速器屬于剛性連接，因此所得的值也同樣可 以驗算差速器最大應力的計算載荷。方程如下： nKiTT TTLeje /0m a x ???? ?? ?????????????????? () LBLBrj i rGT ? ??? ? ?? 2 ???????????????????? () maxeT —— 發(fā)動機最大轉矩，已知 SUES06 型載重汽車發(fā)動機最大轉矩為 137N m TLi —— 由發(fā)動機至所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低擋傳動比；這里 TLi 等于 TLi = 10gii =； T? —— 傳動系上傳動部分的傳動效率，取 T? 等于 ； 0K —— 對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動及自動變速的汽車取 0K 等于 1； n—— 該汽車的驅動橋數目。這里 n 等于 1； 2G —— 汽車滿載時一個驅動橋給水平地面的最大負荷， N；對后橋來上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 23 說還應該考慮到汽車加速度時的負荷增加量；設計 SUES06 型汽車空載時的質量為 1880 千克，前軸載荷為 9230 牛，后軸載荷為 9570 牛；允許滿載時的總質量為 4075 千克，前軸載荷為 13400 牛，后軸載荷為 27350 牛。所以這里的 2G 取 27350 牛。 ? —— 輪胎對地面的附著系數，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取?? ； r —— 車輪的滾動半徑， m；這里 r 取 米； LB? ， lbi —— 分別為所計算的主減速器從動齒輪到驅動車輪之間的傳動效率和減速比（例如輪邊減速等）。這里 LB? 取 ， lbi 取 1。 將以上參數代入式（ ）與式（ ） mNT je ?? mNT j ?? ? 所以 jT 取小值，即 N m。 以上兩結果是汽車最大轉矩而不是正常持續(xù)轉矩，不能作為疲勞損壞的依據。汽車的類型很多，行駛工況有非常復雜，轎車一般在高速輕載條件下工作，而礦用汽車和越野汽車則在高負荷低車速低條件下工作，沒有簡單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉矩。對于公路汽車而言，使用條件比較穩(wěn)定，主減速器從動齒輪的平均計算轉矩 jmT 可按下式計算： )()( PHRLBLB rTajm fffni rGGT ???? ??? ? ? ???????????????（ ） aG — 汽車滿載時的總重力， N TG — 所牽引的掛車的滿載總重力， N，僅用于牽引車的計算； Rf — 道路滾動阻力系數，對于貨車取 ～ ，本設計取Rf =； 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 24 Hf — 汽車正常使用時的平均爬坡能力系數，貨車取 ～ ，本設計取 Hf =； Pf — 汽車的性能系數： ?????? ???m a x)(eTaP T GGf 當 ( )m ax0 .1 9 5 16aTeGGT + 時， 取 Pf =0。 本次設計 Pf =0 所以，由式（ ）可得： mNT jm ?? 由式（ ）和式（ ）求得的計算載荷是從動齒輪的最大轉矩，不同于式（ ）求得的平均計算載荷。當計算齒輪最大應力時，平均計算載荷 jT 取前面兩種的較小值，即 jT =min[ jeT , ?jT ]。 差速器齒輪的基本參數選擇 1）行星齒輪數 n 行星齒輪數 n 需根據承載情況來選擇。 通常情況下，轎車： n＝ 2；貨車或越野車： n＝ 4。少數汽車采用 3 個行星齒輪。本課題中，針對 SUES06型汽車為輕型載重汽車這一特性，選擇的行星齒輪數 n=4。 2）行星齒輪球面半徑 bR 圓錐行星齒輪差速器的結構尺寸，通常取決于行星齒輪背面的球面半徑 bR ，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實際上也代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強度。 球面半徑 bR 可以按照如下的經驗 公式來確定： 3 jbb TKR ? ? ? ??????????????????? ? （ ） bK —— 為行星齒輪球面半徑系數， bK ＝ ～ ，對于有四個行星齒輪的轎車和公路用貨車取小值，對于有兩個行星齒輪的轎車及四個行星齒輪的越野車和礦用車取大值； 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） SUES06差速器總成的設計與分析 25 jT —— 為差速器計算轉矩（ N m）， ],min[ ?jjej TTT ? ；通過式（ ）與式（ ）得知 jT = N m。 將以上數據代入式（ ）得 bR =54mm。 行星齒輪節(jié)錐距 0A 為 bRA )~(0 ? ? ? ? ? ?????????????????（ ） 這里選擇 mmRA b ?? 。 3) 行星齒輪和半軸齒輪齒數 1Z 、 2Z 為了使齒輪有較高的強度，希望取較大的模數，但尺寸會增大，于是又要求行星齒輪的齒數 1Z 應取少些，但 1Z 一般不少于 10。半軸齒輪齒數 2Z在 14～ 25 選用。大多數汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數比 12/ZZ 在～ 。在這里行星齒輪的齒數 1Z 選擇 10，而半軸齒輪齒數 2Z選擇 16。半軸齒輪與行星齒輪的齒數比 12/ZZ 等于 ，符合以上要求。 差速器的各個行星齒輪與兩個半軸齒輪是同時嚙合的，因此在確定這兩種齒輪的齒數時，應考慮它們之間的裝配關系。在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左、右兩半軸齒輪的齒數 LZ2 、 RZ2 之和，必須能被行星齒輪的數目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布半軸齒輪的軸線周圍，否則差速器將無法安裝。即應滿足的安 裝條件為 ? ? InZZ RL ?? /22 ? ? ?? ? ??????????????????（ ） 式中： LZ2 、 RZ2 —— 左、右半軸齒輪的齒數，對于對稱式圓錐行星齒輪差速器來說， LZ2 = RZ2 ； n—— 行星齒輪數目； I—— 任意整數。 由于 SUES