【導讀】汽車差速器位于驅(qū)動橋內(nèi)部，為滿足汽車轉(zhuǎn)彎時內(nèi)外側(cè)車輪或兩驅(qū)動橋直接以不同角。其質(zhì)量，性能的好壞直接影響整車的安全性，經(jīng)濟性、舒適性、可靠性。與國外相比，我國的車用差速器開發(fā)設(shè)計不論在技術(shù)上，還是在成本控制上。就造成設(shè)計手段落后，新產(chǎn)品上市周期慢，材料品質(zhì)和工藝加工水平也存在很多弱點。算運用了理論分析成果；最后運用CATIA軟件對汽車差速器進行建模設(shè)計，提升了設(shè)計水平，縮短了開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計完全合理，達到了預(yù)期的目標。進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方

　　

【正文】 02 2 2sin2 ad h???? 01 ? ? 。 02 ? ? 21 理論弧齒厚 21 sts ?? ；39。39。2 1 2( ) ta n2ts h h m??? ? ? ?； ?? 1 mm? 。 2 mm? 22 齒側(cè)間隙 B ? ～ B ? 23 弦齒厚 3111 2162xs Bss d? ? ?； 3222 2262x s Bss d? ? ? 1 mm? ；2 mm? 24 弦齒高 239。 11111cos4xa shh d ??? ； 239。 2222 2cos4xa shh d ??? 1 mm? ；2 mm? 差速器齒輪的強度計算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動 。因此 ， 對于差速器齒輪 主要 應(yīng)進行彎曲強度校核。輪齒彎曲強度 w? 為 ： 3222 10smwvnT k k M P ak m b d J? ?? (317) 式中： T — 差速器一個行星齒輪傳給一個半軸齒 輪的轉(zhuǎn)矩，其計算式 nTT ?? 在此 T = m； n — 差速器的行星齒輪數(shù)； 2z — 半軸齒輪齒數(shù)； sK — 尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)， 當ｍ ? 時， 4 mK ?，在此 4 mK ?＝ mK — 載荷分配系數(shù) ，當兩個齒輪均用騎馬式支承型式時， mK ＝ ～ ； 21 其他方式支承時取 ～ 。支承剛度大時取最小值。 vK —— 質(zhì)量系數(shù)，對于 汽車 驅(qū)動橋齒輪，當齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向 跳動精度高時，可取 。 J —— 計算汽車差速器 齒輪 彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由 33 ,可查得 J = 圖 33 彎曲計算用綜合系數(shù) 根據(jù)上式 w? = 3 ??? ???? =〈 980 MPa 所以，差速器齒輪滿足彎曲強度要求。 差速器 的 材料 差速器齒輪基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、 20CrMoTi、 22CrMnMo 和 20CrMo 等。 汽車驅(qū)動橋 內(nèi)差速器齒輪 的工作條件是相當惡劣 的，與傳動系其它齒輪比較，具有 工作 作用時間長、變化多、有沖擊等特點。因此，傳動系中的 差速器 齒輪往往是個 薄弱環(huán)節(jié)。 差速器齒輪的 材料應(yīng)滿足以下的要求： 1） 具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度，齒面具有高的硬度以保證有較高的耐磨性； 2） 輪齒心部應(yīng)有適當?shù)捻g性，以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷； 3） 使用的鋼材鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理變形小或者變形規(guī)律易控制。 汽車主減速器與差速器齒輪基本上都采用滲碳合金鋼制造 【 9】 。常用的鋼號有 20CrMnTi，22CrMnMo， 20MnVb 和 20MnVn2TiB。滲碳合金銅的優(yōu)點是表面可得到含碳量很高的硬化層，有相當高 的耐磨性和抗壓性，而心部較軟，有較好的韌性。因此，這種材料的抗彎強度、表面接觸強度和承受沖擊的能力都較高。由于鋼本身的含碳量較低，所以其鍛造性能及切削加工性能均較好。滲碳合金鋼的主要缺點是熱處理費用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與心部的含碳量相差過多，便會引起表面硬化層的剝落。 22 近年來，采用精鑄、精鍛的錐齒輪在汽車 驅(qū)動橋 中已有較多的使用，它具有省材料、生產(chǎn)率高、無切削或少切削等優(yōu)點，但缺點是齒形精度較差。為改善新齒輪的磨合狀況．防止其在運行初期出現(xiàn)早期磨損 、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪副 (或僅是大齒輪 )在熱處理及精加工 (如磨齒或配對研磨 )后均作厚度為 — 的磷化處理或鍍銅、鍍錫。這種鍍層不能用來補償零件的公差尺寸，也不取代潤滑。齒面噴九處理有可能提高壽命 25％。對于滑動速度高的齒輪可進行滲硫處理，以提高其耐磨性。由于滲硫處理溫度較低，所以齒輪不會產(chǎn)生變形。滲硫后摩擦系數(shù)可顯著降低，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦傷、咬死和膠合。 綜上所述，差速器齒輪選用材料為 20CrMnTi，它的工藝流程為： 下料 ?鍛造 ?正火 ?機械加工 ?調(diào)制 ?切齒輪。 差速器殼體設(shè)計 差速器殼體 位于減速器的中心，相對于減速器意義重大，其一，差速器支撐主減速器的從動錐齒輪，動力經(jīng)過主動錐齒輪后，傳遞到從動錐齒輪，接著傳遞到差速器，一般會將從動錐齒輪與差速器殼體連接在一起，這樣既可以節(jié)省主減速器空間 ，有能夠提高傳遞效率，將其結(jié)構(gòu)簡單化；其二，差速器殼體可以當做行星支架，在差速器中，有半軸齒輪，行星齒輪，十字軸和行星支架， 差速器殼體將其他零件包裝起來，保護其內(nèi)部行星齒輪與半軸齒輪，向它們提供支撐， 差速器殼體作為行星支架， 使差速器的結(jié)構(gòu)簡單，工作效率更高。 差速器殼體分為左右兩部分，用螺栓連接，如圖 34，差速器殼體材料采用 20CrMnTi。 23 圖 34 差速器殼正面剖視圖 差速器 殼 參數(shù)設(shè)計 差速器殼體設(shè)計主要依據(jù)為半軸齒輪和行星齒輪參數(shù)，根據(jù)半軸 齒輪和行星齒輪參數(shù)，如表 33。 表 33 半軸齒輪和行星齒輪參數(shù) 半軸齒輪 行星齒輪 分度圓直徑 72mm 分度圓直徑 48mm 齒輪孔 33mm 齒輪孔 28mm 孔長度 21mm 孔長度 18mm 節(jié)錐距 43mm 節(jié)錐距 43mm 因此可以設(shè)計差速器殼體為： 半軸孔為 38mm，長度為 33mm，十字軸孔為 28mm，長度為 32mm，殼體厚度為 10mm，差速器殼體內(nèi)過度半徑 為 30mm，差速器殼體長度為 157mm。螺栓分布如圖 35，分別為 M10， M6，與主減速器從動錐齒輪連接螺栓設(shè)有凸臺，直徑為 23mm，厚度為 2mm， 與差速器右殼連接所在螺栓與水平方向夾角為 68 度， 24 圖 35 差速器 殼 側(cè)面視圖 4 半軸的設(shè)計 結(jié)構(gòu)形式分析 驅(qū)動半軸位于傳動系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對于非斷開式驅(qū)動橋，車輪傳動裝置的主要零件為半軸； 根據(jù)課題要求確定半軸采用半浮式半軸結(jié)構(gòu)，具體 結(jié)構(gòu)采用以突緣直接與車輪輪盤及制動鼓相聯(lián)接 。 半浮式半軸 (圖 41)的結(jié)構(gòu)特點是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡單，所受載荷較大，只用于轎車和輕型貨車。 圖 41 半軸結(jié)構(gòu)形式簡圖及受力情況 a)半浮式 b)3/4浮式 c)全浮式 半 浮式半軸 桿部半徑 的確定 在驅(qū)動橋設(shè)計中，對 半軸的設(shè)計 要求有： 1） 半軸的桿 部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各部分基本達到等強25 度。 2） 半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量增大各過度部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部，花鍵與桿部的過渡部分，以減小應(yīng)力集中。 3） 當桿部較粗且外端凸緣也較大時，可采用兩端花鍵的連接結(jié)構(gòu)。 4） 設(shè)計全浮式半軸桿部的強度儲備應(yīng)低于驅(qū)動橋其他傳力零件的強度儲備，使半軸起一個“熔絲”的作用。半浮式半軸直接安裝 車輪，應(yīng)視為保險 件。 半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計與計算時首先應(yīng)合理地確定其計算載荷。 半軸的計算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： （ 1） 縱向力 X2 最大時 (X2＝ 21Z? )，附著系數(shù) 預(yù) 取 ，沒有側(cè)向力作用； （ 2）側(cè)向力 Y2 最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為 21Z? 中，側(cè)滑時輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù) 1? ，在計算中取 ，沒有縱向力作用； （ 3）垂向力 Z2最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為 2()wdZ g k? ，dk 是動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(cè)向力的作用。 由于車輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即 22222 YXZ ??? (41) 故縱向力 X2 最大時不會有側(cè)向力作用，而側(cè)向力 Y2最大時也不會有縱向力作用。 初步確定半軸直徑在 半浮式半軸設(shè)計應(yīng)考慮如下三種載荷工況： (1)縱向力 2xF 最大，側(cè)向力 2yF 為 0：此時垂向力 2 2 2 /2zF m G? ， 2G 取 10500N 縱向力最大值 2 2 2 2 /2xzF F m G???? ，計算時 2m 可取 1． 2， ? 取 0． 8。 得 2xF =6300N 2yF =5040N 半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ? 為 ??????????32322221632drFdFFarxzx???? (42) 式中， a為輪轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離， a取 ?= ? = 合成應(yīng)力 224 406 mPa? ? ?? ? ? (43) (2)側(cè)向力 2yF 最大，縱向力 2xF =0，此時意味著發(fā)生側(cè)滑：外輪上的垂直反力 20zF 。和內(nèi)26 輪上的垂直反力 2ziF 分別為 )( 0 .5GFFGF122z 2 0z 2 o2z 2 i{?Bh g??? (44) 式中 ， gh 為汽車質(zhì)心高度 參考一般計算方法取 ； 2B 為輪距 2B =1430mm； 1? 為側(cè)滑附著系數(shù)，計算時 可取 1． 0。 外輪上側(cè)向力 2yoF 和內(nèi)輪上側(cè)向力 2yiF 分別為 12z 20 12z 2iFF{ ??oz izFF?? (45) 內(nèi)、外車輪上的總側(cè)向力 2yF 為 21G? 。 這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力 0? 和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力 1? 分別為 ???????????3223220)(32)(32daFrFdaFrFizriyiozroy???? (46) 0? = i? = mpa (3)汽車通過不平路面，垂向力 2zF 最大，縱向力 2 0xF ? ，側(cè)向力 2 0yF ? ：此時垂直力最大值 2zF 為： 22 21 kGFr ? (47) 式中，是為動載系數(shù)，轎車： ? ，貨車 : ? ，越野車： ? 。 半軸彎曲應(yīng)力，為 22333 2 1 6 8 7 . 7zF a k G a m p add? ??? ? ? (48) 故校核半徑取 滿足合成應(yīng)力在 600mpa 750mpa 范圍 半軸花鍵 設(shè)計 27 矩形花鍵具有定心精度高， 定心的穩(wěn)定性好，使用磨削的方法消除熱處理引起的變形的特點，是應(yīng)用最為廣泛的花鍵連接，本設(shè)計采用矩形花鍵。 在半軸的結(jié)構(gòu)設(shè) 計中，為了使花鍵的內(nèi)徑不致過多的小于半軸的桿部直徑，常常將半軸加工花鍵的端部設(shè)計的粗一些，并且適當?shù)臏p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)的增多，一般的，轎車半軸的齒數(shù) Z=10，在此取 Z=8。 在機械設(shè)計手冊得： 半軸花鍵外徑 D= 半軸花鍵內(nèi)徑 d=34mm 花鍵齒寬 B=6mm 表 41 許用應(yīng)力參數(shù)表 許用擠壓應(yīng)力、 許用壓力 聯(lián)接工作方式 使用和制造情況 齒面未經(jīng) 熱處理 齒面經(jīng) 熱處理