【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這里還應(yīng)指出，差速器的效率低表明有大的內(nèi)摩擦損失，但后者僅僅在左、右車輪有顯著的轉(zhuǎn)速差時(shí)才發(fā)生，在一般的情況下這種轉(zhuǎn)速差不大，因此差速器的摩擦損失功 率也不顯著。當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速相等時(shí)，差速器的摩擦損失功率為零。汽車以最小轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)向時(shí)，差速器的摩擦損失功率達(dá)到最大值。 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 18 差速器的傳動(dòng)效率 DT? 是指動(dòng)力經(jīng)差速器殼傳給左、右半軸的效率，即 ? ? 002211 / ??? TTTn Dr ?? ? ???????????????? ? ?（ ） 圖 給出的是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候后驅(qū)動(dòng)橋的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖。圖中 1? 為外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速； 2? 為內(nèi)側(cè)車輪的 轉(zhuǎn)速； B 為輪距； R 為后驅(qū)動(dòng)橋中間一點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑；△ω為驅(qū)動(dòng)車輪或半軸與差速器的轉(zhuǎn)速差。 圖 汽車轉(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。分析式（ ）可以看出，即使差速器的效率 D? 很低，差速器的傳動(dòng)效率 DT? 依然會(huì)得到較高的數(shù)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(shè)計(jì)選擇普通對(duì)稱錐齒輪差速器，而且本次我設(shè)定的鎖緊系數(shù)為 ，所以 D? 為 ， DT? 為 。 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)車輪的附加阻力引起的阻力矩方向相反，內(nèi)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(zhuǎn)速較低，可忽略速度對(duì)摩擦力的影響。各部分摩擦力與摩擦系數(shù)的關(guān)系符合以下關(guān)系： 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 20 Nf ?? ? ?? ? ??????????????????????? （ ） 即滿足庫(kù)侖定律。式中 N 為相對(duì)運(yùn)動(dòng)面正壓力。 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。設(shè)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(zhuǎn)矩 0T 在行星齒輪輪齒與半軸齒輪輪齒嚙合點(diǎn)上的等效圓周力，圖中 1F 大小為 rTF 2/01 ? ? ? ?? ????????????????????? （ ） 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 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(guān)系如方程組所示 ?????????????sinsinc o ssinc o s321FFFFFF ? ? ? ??????????????????? （ ） 根據(jù)方程組（ ）可知 ??? c o 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(jiǎn)化計(jì)算 )/c o s ( a r c ta n2 3 savr RrFF ?? ? ? ? ??????????????? （ ） 根據(jù)經(jīng)典摩擦力學(xué)理論知識(shí)，行星齒輪背球與差速器之間產(chǎn)生的摩擦力為： rrf Ff ??? ? ? ? ?????????????????????? （ ） 摩擦力矩為： avrrfrf rFT ??? ? ? ? ? ???????????????????? （ ） 將式（ ），（ ），（ ）代入（ ）得： )(c o s4)4(c o s (s i ns i n0 kskrfrf ddrRdda r c t a gaTT ??????? ??? ? ? ? ????? （ ） 式（ ）即為行星齒輪背球面產(chǎn)生的摩擦力力矩的計(jì)算模型。 同理，行星齒輪滑動(dòng)軸承產(chǎn)生的摩擦力為 22 Ff rb ?? ? ? ?? ? ?????? ??????????????? （ ） 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 22 摩擦力矩為： krbrb drMT ?? ???? ? ??? c os c oss in0 ? ? ?? ?????????????? （ ） 式（ ）即為行星齒輪滑動(dòng)軸承產(chǎn)生摩擦力矩的計(jì)算模型。 差速器轉(zhuǎn)矩計(jì)算 由于汽車行駛時(shí)傳動(dòng)系載荷的不穩(wěn)定性，因此要準(zhǔn)確地計(jì)算出主減速器齒輪比較困難。通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪在良好路面上開(kāi)始滑轉(zhuǎn)時(shí)這兩種情況下作用在主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（ jeT ， ?jT ）的較小者，作為載貨汽車和越野汽車在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)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(yàn)算差速器最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。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 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為 137N m TLi —— 由發(fā)動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比；這里 TLi 等于 TLi = 10gii =； T? —— 傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，取 T? 等于 ； 0K — — 對(duì)于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)及自動(dòng)變速的汽車取 0K 等于 1； n—— 該汽車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目。這里 n 等于 1； 2G —— 汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷， N；對(duì)后橋來(lái)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 23 說(shuō)還應(yīng)該考慮到汽車加速度時(shí)的負(fù)荷增加量；設(shè)計(jì) SUES06 型汽車空載時(shí)的質(zhì)量為 1880 千克，前軸載荷為 9230 牛，后軸載荷為 9570 牛；允許滿載時(shí)的總質(zhì)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(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，取?? ； r —— 車輪的滾動(dòng)半徑， m；這里 r 取 米； LB? ， lbi —— 分別為所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)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(shù)代入式（ ）與式（ ） mNT je ?? mNT j ?? ? 所以 jT 取小值，即 N m。 以上兩結(jié)果是汽車最大轉(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)。汽車的類型很多，行駛工況有非常復(fù)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(fù)荷低車速低條件下工作，沒(méi)有簡(jiǎn)單的公式可算出汽車的正常持續(xù)使用轉(zhuǎn)矩。對(duì)于公路汽車而言，使用條件比較穩(wěn)定，主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩 jmT 可按下式計(jì)算： )()( PHRLBLB rTajm fffni rGGT ???? ??? ? ? ???????????????（ ） aG — 汽車滿載時(shí)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(jì)算； Rf — 道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)于貨車取 ～ ，本設(shè)計(jì)取Rf =； 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 24 Hf — 汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，貨車取 ～ ，本設(shè)計(jì)取 Hf =； Pf — 汽車的性能系數(shù)： ?????? ???m a x)(eTaP T GGf 當(dāng) ( )m ax0 .1 9 5 16aTeGGT + 時(shí)， 取 Pf =0。 本次設(shè)計(jì) Pf =0 所以，由式（ ）可得： mNT jm ?? 由式（ ）和式（ ）求得的計(jì)算載荷是從動(dòng)齒輪的最大轉(zhuǎn)矩，不同于式（ ）求得的平均計(jì)算載荷。當(dāng)計(jì)算齒輪最大應(yīng)力時(shí)，平均計(jì)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(shù)選擇 1）行星齒輪數(shù) n 行星齒輪數(shù) n 需根據(jù)承載情況來(lái)選擇。通常情況下，轎車： n＝ 2；貨車或越野車： n＝ 4。少數(shù)汽車采用 3 個(gè)行星齒輪。本課題中，針對(duì) SUES06型汽車為輕型載重汽車這一特性，選擇的行星齒輪數(shù) n=4。 2）行星齒輪球面半徑 bR 圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)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(shí)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(qiáng)度。 球面半徑 bR 可以按照如下的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定： 3 jbb TKR ? ? ? ??????????????????? ? （ ） bK —— 為行星齒輪球面半徑系數(shù)， bK ＝ ～ ，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的轎車和公路用貨車取小值，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的轎車及四個(gè)行星 齒輪的越野車和礦用車取大值； 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 25 jT —— 為差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩（ N m）， ],min[ ?jjej TTT ? ；通過(guò)式（ ）與式（ ）得知 jT = N m。 將以上數(shù)據(jù)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(shù) 1Z 、 2Z 為了使齒輪有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會(huì)增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù) 1Z 應(yīng)取少些，但 1Z 一般不少于 10。半軸齒輪齒數(shù) 2Z在 14～ 25 選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 12/ZZ 在～ 。在這里行星齒輪的齒數(shù) 1Z 選擇 10，而半軸齒輪齒數(shù) 2Z選擇 16。半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 12/ZZ 等于 ，符合以上要求。 差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此在確定這兩種齒輪的齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)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(shù) LZ2 、 RZ2 之和，必須能被行星齒輪的數(shù)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(wú)法安裝。即應(yīng)滿足的安裝條件為 ? ? InZZ RL ?? /22 ? ? ?? ? ??????????????????（ ） 式中： LZ2 、 RZ2 —— 左、右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器來(lái)說(shuō)， LZ2 = RZ2 ； n—— 行星齒輪數(shù)目； I—— 任意整數(shù)。 由于 SUES06 型汽車差速器為對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器