【導讀】汽車差速器位于驅動橋內部，為滿足汽車轉彎時內外側車輪或兩驅動橋直接以不同角。其質量，性能的好壞直接影響整車的安全性，經濟性、舒適性、可靠性。與國外相比，我國的車用差速器開發(fā)設計不論在技術上，還是在成本控制上。就造成設計手段落后，新產品上市周期慢，材料品質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計，提升了設計水平，縮短了開發(fā)周期，提高了產品質量，設計完全合理，達到了預期的目標。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構限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經常處于嚙合狀態(tài)，只有當汽車轉彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側車輪打滑而滑轉時，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 輪的轉矩，其計算式 nTT ?? 在此 T = m； n — 差速器的行星齒輪數； 2z — 半軸齒輪齒數； sK — 尺寸系數，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關， 當ｍ ? 時， 4 mK ?，在此 4 mK ?＝ mK — 載荷分配系數 ，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 —— 質量系數，對于 汽車 驅動橋齒輪，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 彎曲應力用的綜合系數，由 33 ,可查得 J = 圖 33 彎曲計算用綜合系數 根據上式 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。 汽車驅動橋 內差速器齒輪 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） 輪齒心部應有適當的韌性，以適應沖擊載荷，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 驅動橋 中已有較多的使用，它具有省材料、生產率高、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，所以齒輪不會產生變形。滲硫后摩擦系數可顯著降低，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 ?調制 ?切齒輪。 差速器殼體設計 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，將其結構簡單化；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， 使差速器的結構簡單，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 參數設計 差速器殼體設計主要依據為半軸齒輪和行星齒輪參數，根據半軸 齒輪和行星齒輪參數，如表 33。 表 33 半軸齒輪和行星齒輪參數 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 側面視圖 4 半軸的設計 結構形式分析 驅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矩并將其傳給車輪。對于非斷開式驅動橋，車輪傳動裝置的主要零件為半軸； 根據課題要求確定半軸采用半浮式半軸結構，具體 結構采用以突緣直接與車輪輪盤及制動鼓相聯接 。 半浮式半軸 (圖 41)的結構特點是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉矩外，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。半浮式半軸結構簡單，所受載荷較大，只用于轎車和輕型貨車。 圖 41 半軸結構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 在驅動橋設計中，對 半軸的設計 要求有： 1） 半軸的桿 部直徑應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疲勞損壞，在結構設計時應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構。 4） 設計全浮式半軸桿部的強度儲備應低于驅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，應視為保險 件。 半軸的主要尺寸是它的直徑，設計與計算時首先應合理地確定其計算載荷。 半軸的計算應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 預 取 ，沒有側向力作用； （ 2）側向力 Y2 最大時，其最大值發(fā)生于側滑時，為 21Z? 中，側滑時輪胎與地面的側向附著系數 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，這時沒有縱向力和側向力的作用。 由于車輪承受的縱向力、側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 最大時不會有側向力作用，而側向力 Y2最大時也不會有縱向力作用。 初步確定半軸直徑在 半浮式半軸設計應考慮如下三種載荷工況： (1)縱向力 2xF 最大，側向力 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 半軸彎曲應力，和扭轉切應力 ? 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 ?= ? = 合成應力 224 406 mPa? ? ?? ? ? (43) (2)側向力 2yF 最大，縱向力 2xF =0，此時意味著發(fā)生側滑：外輪上的垂直反力 20zF 。和內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 為汽車質心高度 參考一般計算方法取 ； 2B 為輪距 2B =1430mm； 1? 為側滑附著系數，計算時 可取 1． 0。 外輪上側向力 2yoF 和內輪上側向力 2yiF 分別為 12z 20 12z 2iFF{ ??oz izFF?? (45) 內、外車輪上的總側向力 2yF 為 21G? 。 這樣，外輪半軸的彎曲應力 0? 和內輪半軸的彎曲應力 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，轎車： ? ，貨車 : ? ，越野車： ? 。 半軸彎曲應力，為 22333 2 1 6 8 7 . 7zF a k G a m p add? ??? ? ? (48) 故校核半徑取 滿足合成應力在 600mpa 750mpa 范圍 半軸花鍵 設計 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，是應用最為廣泛的花鍵連接，本設計采用矩形花鍵。 在半軸的結構設 計中，為了使花鍵的內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計的粗一些，并且適當的減小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數必須相應的增多，一般的，轎車半軸的齒數 Z=10，在此取 Z=8。 在機械設計手冊得： 半軸花鍵外徑 D= 半軸花鍵內徑 d=34mm 花鍵齒寬 B=6mm 表 41 許用應力參數表 許用擠壓應力、 許用壓力 聯接工作方式 使用和制造情況 齒面未經 熱處理 齒面經 熱處理