某汽車差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u12924某汽車差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算案例 [6]。隨著科技的發(fā)展，為了防止汽車差速器出現(xiàn)故障，出現(xiàn)一邊打滑的情況，可以在差速器上安裝差速鎖。由于差速鎖的設(shè)置比較嚴(yán)格，一般只有在軍用汽車上使用，并沒(méi)有在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上推廣使用。圖1.1普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器通過(guò)查閱文獻(xiàn)了解行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。顧名思義，行星齒輪差速器主要由行星齒輪負(fù)責(zé)傳動(dòng)，行星齒輪不能直接裸露在外面，這樣很容易會(huì)在傳動(dòng)過(guò)程中由于小石子迸濺導(dǎo)致傳動(dòng)失效，因此在行星齒輪外部套有差速器殼保護(hù)行星齒輪。行星齒輪差速器的傳動(dòng)軸為半軸，經(jīng)過(guò)差速器的力矩會(huì)經(jīng)由半軸傳遞至驅(qū)動(dòng)車輪處。一般汽車上具有四個(gè)行星齒輪，但是，如果汽車的載重較小，不是汽車，類似于載人轎車，就可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)行星齒輪甚至一個(gè)行星齒輪。很多對(duì)越障性能要求較高的越野車也使用這種差速器，但是需要注意越野車的打滑情況，若汽車對(duì)于差速性能要求較高，可以使用摩擦元件，將摩擦元件安裝在汽車差速器內(nèi)部，當(dāng)汽車差速器內(nèi)部摩擦力不夠時(shí)，摩擦元件會(huì)增大差速器的鎖緊系數(shù)。如果條件允許，也可以在汽車上安裝差速鎖來(lái)防止汽車打滑，這樣不僅保證了駕駛員的安全，還給駕駛員帶來(lái)駕駛操縱的刺激感[7]。1.2差速器的齒輪材料差速器錐齒輪的工作環(huán)境惡劣，錐齒輪在汽車工作時(shí)一直保持工作，與其他傳動(dòng)系相比較，差速器傳動(dòng)軸承的工作條件較差。與其他類型的齒輪相比較，差速器錐齒輪具有較大的承載能力，可適應(yīng)各種路況。其中主傳動(dòng)過(guò)程是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中最需要加強(qiáng)的環(huán)節(jié)。加強(qiáng)齒輪系統(tǒng)中主傳動(dòng)齒輪的磨損強(qiáng)度，保證其齒輪心具有一定的耐磨能力，以滿足汽車在顛簸路況行駛時(shí)能夠承載來(lái)自路面的沖擊力，避免差速器齒輪在較大的載荷下工作時(shí)發(fā)生斷裂的情況。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的差速器齒輪材料都是滲碳合金鋼，對(duì)比各種常見(jiàn)金屬材料，滲碳合金鋼具有較高的碳含量。且其制作的主減速器錐齒輪芯是軟的。而且在金屬材料曲線中可以發(fā)現(xiàn)鋼的強(qiáng)度是比較好的[11]。滲碳合金鋼的使用范圍更加廣闊，但是使用鋼鐵作為主減速器錐齒輪的制作材料也具有一定的缺陷。例如差分轉(zhuǎn)速齒輪的精度較低，現(xiàn)在的差速器對(duì)差分轉(zhuǎn)速齒輪采用精鍛的方法進(jìn)行改進(jìn)。1.3圓錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)中由于汽車滿載時(shí)的載荷較大，因此采用四個(gè)行星齒輪進(jìn)行傳動(dòng)。計(jì)算圓錐行星齒輪的差動(dòng)大小時(shí)需要知道行星齒輪背面的球面半徑尺寸，由此可得差動(dòng)傘齒輪之間的安裝距離尺寸。（1）由此可得球面半徑為：（4-1）式中：為行星齒輪的球面半徑系數(shù)。汽車取2.4-3，根據(jù)對(duì)于四個(gè)行星齒輪的轎車和公路用貨車取小值，對(duì)于兩個(gè)行星齒輪的轎車級(jí)四個(gè)行星齒輪的越野車和礦用車取大值，故在這里取2.1.帶入數(shù)據(jù)得圓錐齒輪的球面半徑為（2）圓錐行星齒輪的節(jié)錐距為：（4-2）得圓錐行星齒輪的節(jié)錐距為38mm。（3）齒數(shù)的確定為了保證所設(shè)計(jì)的行星齒輪具有較大的強(qiáng)度，首先給與行星齒輪一個(gè)較大的彈性模量，就應(yīng)使齒輪的齒數(shù)盡量少。通過(guò)查閱文獻(xiàn)與機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]可知，半軸齒輪的齒數(shù)一般在13-25之間，側(cè)齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比在1.4-2的范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中所選用的左右齒輪齒數(shù)之和必須被行星齒輪數(shù)所整除，不然會(huì)出現(xiàn)無(wú)法安裝的情況。據(jù)以上依據(jù)，此次設(shè)計(jì)中采用的齒輪數(shù)為,.（4）半軸齒輪節(jié)錐角（4-3）（5）圓錐型齒輪的大的一端的模數(shù)m（4-4）將數(shù)據(jù)帶入取整得m=3。（6）節(jié)圓直徑，（4-5）（4-6）計(jì)算可得，節(jié)圓直徑，。（7）安裝孔徑及深度通過(guò)查閱汽車差速器手冊(cè)可知，差速器的壓力角的齒全高系數(shù)為0.8。齒輪齒數(shù)應(yīng)大于14，設(shè)計(jì)過(guò)程中行星齒輪的頂部可以使用變位系數(shù)來(lái)修正。行星齒輪的安裝結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示，通過(guò)該圖可以了解到行星齒輪的安裝的孔的公稱直徑與行星齒輪一樣，行星齒輪的安裝孔深度與其軸上的軸承長(zhǎng)度一致[10]。圖4-2安裝孔直徑及其深度L（4-7）（4-8）式中：為差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩；n為行星齒輪個(gè)數(shù)，n=4;為行星齒輪支撐面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x，；為半軸齒輪齒面中點(diǎn)處的直徑，；為齒輪支承面許用擠壓應(yīng)力，；將數(shù)據(jù)代入上式可得安裝孔直徑取整為，安裝深度為L(zhǎng)=22mm。1.4圓錐齒輪差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算完成差速器的齒輪關(guān)鍵幾何尺寸計(jì)算后，對(duì)齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行校核，保證其能夠滿足使用壽命。由于差速器齒輪在工作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)作為推力桿工作，導(dǎo)致行星齒輪的使用壽命受載荷作用與疲勞的影響較大，因此，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。（1）齒面寬1）分錐角（4-8）2）錐距（4-9）3）齒寬（4-10）齒寬系數(shù)為0.25。通過(guò)計(jì)算可得，齒輪的分錐角為，分度圓直徑，錐距，齒寬。設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般小齒輪的齒面寬度比大齒輪大十分之一左右，因此，小齒輪齒面寬為12mm。（2）汽車差速器齒輪的彎曲應(yīng)力為（4-11）式中：為載荷分配系數(shù)，；為尺寸系數(shù)，為質(zhì)量系數(shù)，為齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，T為差速器的行星齒輪給對(duì)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩；以計(jì)算得：以計(jì)算得：所以綜上所述差速器齒輪強(qiáng)度滿足要求。1.5十字軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.5.1十字軸的設(shè)計(jì)汽車在道路上沿直線行駛時(shí)汽車的兩側(cè)輪轂所受阻力大小基本相同。差數(shù)器內(nèi)部的行星齒輪會(huì)隨著十字軸進(jìn)行工作，從而推動(dòng)十字軸的半軸以相同的速度旋轉(zhuǎn)。半軸安裝在汽車的驅(qū)動(dòng)輪轂上，因此半軸的旋轉(zhuǎn)速度與輪轂的旋轉(zhuǎn)速度相同。當(dāng)汽車做轉(zhuǎn)彎動(dòng)作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汽車的兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪所受到的阻力變化，可以通過(guò)差數(shù)器作用，將汽車兩側(cè)車輪處的阻力所形成的力矩通過(guò)半軸傳動(dòng)倒半軸齒輪處。半軸齒輪與十字軸相連接，驅(qū)使十字軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使車輪轉(zhuǎn)速減慢貨車輪轉(zhuǎn)速增加。達(dá)到兩側(cè)側(cè)輪轉(zhuǎn)數(shù)不同的目的。所設(shè)計(jì)的十字軸結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。圖4-3十字軸結(jié)構(gòu)1.5.2十字軸的直徑的選用傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為（4-16）由上式可得傳動(dòng)軸的直徑；式中：P軸傳遞的功率（kW）； n軸的轉(zhuǎn)速（r/min）式中，可以參見(jiàn)下表；對(duì)于空心軸，則；其中=，即空心軸的內(nèi)徑dc與外徑Dc之比，通常取=0.5~0.6十字軸常用材料的及值，見(jiàn)表4-1。將數(shù)據(jù)代入上式可得十字軸的直徑為：，取370mm，內(nèi)徑204mm。表4-1十字軸常用材料參數(shù)表傳動(dòng)軸的材料Q235-A、20Q27、534540Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr115~2520~3525~4535~55A0149~126135~112126~103112~971.5.3臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算在選擇十字軸長(zhǎng)度和斷面尺寸時(shí)，應(yīng)考慮使十字軸有足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。由機(jī)械振動(dòng)理論可知，對(duì)應(yīng)其彎曲振動(dòng)的一階固有頻率臨界轉(zhuǎn)速nk為：