-汽车差速器设计与分析【全套图纸】 .doc.doc
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1、摘 要在去年金融危机的影响下,汽车产业结构的重组给汽车的发展带来了新的机遇,与汽车相关的各行各业更加注重汽车的质量。差速器作为汽车必不可少的组成部分之一也在汽车市场上产生了激烈的竞争。此次就是针对汽车差速器这一零件进行设计的。本次设计主要对安装在驱动桥的两个半轴之间的差速器进行设计,主要涉及到了差速器非标准零件如齿轮结构和标准零件设计计算,同时也介绍了差速器的发展现状和差速器的种类。对于差速器的方案选择和工作原理也作出了简略的说明。在设计中参考了大量的文献,因此对差速器的结构和作用有了更透彻的了解。再设计出合理适用的差速器的同时也对差速器相关的行业有了一定得认识。通过绘制差速器的组件图也让我在
2、学习方面得到了提高。关键词:差速器、齿轮结构、设计计算全套图纸,加153893706AbstractAbstractIn the last year under the impact of financial crisis, automotive industrial restructuring brought about by the development of motor vehicles to new opportunities, and automotiverelated businesses pay more attention to the quality of cars. Di
3、fferential as an integral part of car, one of the automotive market also resulted in fierce competition. The differential is the spare parts for motor vehicles designed. The design of the main drivers on the installation of the bridge in between the two axle differential design, mainly related to th
4、e differential struct-ure of non-standard parts such as gear parts and standards for design and calculation, but also introduced the development of differential status and the type of differential. For differential selection and the principle of the program have also made a brief note. Reference in
5、the desi-gn of a large amount of literature on the role of differential structure and have a more thoro-ugh understanding. Re-engineering the application of a reasonable differential at the same time also has been related industries must be aware of. Differential through the mapping component map al
6、so let me in the field of learning has been improved. Keywords:differential, gear structure,design目 录目 录摘 要IAbstractII目 录I第一章 概述11.1汽车差速器的发展现状11.2汽车差速器的功用及其分类21.3课题设计初始数据的来源与依据6第二章 差速器的设计方案82.1差速器的方案选择及结构分析82.2差速器的工作原理9第三章 差速器非标准零件的设计123.1对称式行星齿轮设计计算123.1.1对称式行星齿轮参数确定123.1.2差速器齿轮几何计算图表133.1.3差速器齿轮的材
7、料153.1.4差速器齿轮强度的计算153.2差速器行星齿轮轴的设计计算163.2.1行星齿轮轴的分类及选用163.2.2行星齿轮轴的尺寸设计173.2.3行星齿轮轴的材料173.3差速器垫圈的设计计算173.3.1半轴齿轮平垫圈的尺寸设计183.3.2行星齿轮球面垫圈的尺寸设计18第四章 差速器标准零件的选用194.1螺栓的选用和螺栓的材料194.2螺母的选用何螺母的材料194.3差速器轴承的选用19第五章差速器总成的装复和调整215.1差速器总成的装复215.2差速器的零部件的调整21小结22致 谢23参考文献24- 27 - 课程设计说明书第一章 概述1.1汽车差速器的发展现状在汽车行业
8、发展初期,法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器,汽车差速器作为汽车必不可少的部件之一曾被汽车专家誉为“小零件大功用”。如图1-1所示普通差速器的结构分解图。本世纪六七十年代,世界经济发展进入了一个高速增长期,而去年开始的全球金融危机又让汽车产业在危机中有了发展的机遇,在世界各处都有广阔的市场。从目前来看,我国差速器行业已经顺利完成了由小到大的转变,正处于由大到强的发展阶段。由小到大是一个量变的过程,科学发展观对它的影响或许仅限于速度和时间,但是由大到强却是一个质变的过程,能否顺利完成这一个蜕变,科学发展观起着至关重要的作用。然而在这个转型和调整的关键时刻,提高汽车车辆、石油化工、电力通
9、讯差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。近几年中国汽车差速器市场发展迅速,产品产出持续扩张,国家产业政策鼓励汽车差速器产业向高技术产品方向发展,国企企业新增投资项目逐渐增多。投资者对汽车差速器行业的关注越来越密切,这就使得汽车差速器行业的发展需求增大。差速器的种类趋于多元化,功用趋于完整化,目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器,还有现在各种各样的功能多样的差速器,如:轮间差速器、防滑差速器、强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、托森差速器。其中的托森差速器是一种新型差速器机构,它能解决在其他差速器内差动转矩较小时不能起差速作用的问题和转矩较大时不能自动将差速器锁死的问题。下面图1-
10、1为普通差速器的结构分解图。这次设计的轮边差速器主要是为克服轮间差速器安装调整不方便,还有因为要布置差速器也使从动齿轮的尺寸受到限制等缺点来设计的。轮边差速器是安装在驱动轮的轮毂内,差速器壳通过行星齿轮轴固定行星齿轮.行星齿轮与半轴齿轮齿合. 绝对直线行驶时.差速器壳和行星齿轮(行星齿轮与半轴齿轮不发生相对转动)一同随减速器被动齿轮转动.称为公转. 行星齿轮饶自身轴线转动称之自转.将两轮悬空.自转方向相反,转速相同. 在转弯时,行星齿轮自转的同时还和差速器壳一起公转.实现两边不等速。这里我们着重介绍一下一种新型差速器为LMC常互锁差速器:LMC常互锁差速器是由湖北力鸣汽车差速器公司投资5000
11、万元生产的新型差速器预计2009年批量生产,2010年达到验收。LMC常互锁差速器用于0.5-1.5吨级车辆,它能有效地提高车辆的通过性、越野性、可靠性、安全性和经济性,能够满足很多不同条件和不同情况下的车辆要求。这种纯机械、非液压、非液粘、非电控的中央差速分动装置,已申报了美、英、日、韩、俄罗斯等19个国家的专利保护,这一技术不仅仅是一项中国发明,也是一项世界发明。LMC常互锁差速器是由多种类的齿轮系统及相应的轴、壳体组成,具备传统汽车的前轮和后轮轮间差速器、前后桥轴间差速器。LMC常互锁差速分动器通过四支传动轴和轮边减速器带动四个车轮,实现每个车轮独立驱动,在有两个车轮打滑的情况下仍能正常
12、行驶,在冰雪路面、泥泞路面、无路路面上有其独特优势,可以彻底解决传统四驱汽车的不足:如不能高速行驶;车轮打滑不能正常行驶;不能实现轴间差速;高油耗问题、功率循环问题;四驱转换麻烦等。装有LMC常互锁差速分动器的车辆具有以下优点:(1)提高车辆的通过性:具有混合差速,LMC常互锁差速分动器可实现轮间、轴间、对角任意混合差速和锁止,任何情况下单个车轮、对角线双轮不会发生滑转,即使单个车轮悬空,车辆仍有驱动力而能正常行驶。 (2)提高汽车的传动系的寿命和可靠性:因实现了任意差速,消除了功率循环,克服了分时四驱在四驱状态下传动系统因内耗而产生的差速器、传动轴、分动器等机件磨损,甚至于致命性的损坏,延长
13、了传动系统的使用寿命。 (3)提高车辆的安全性:行车安全、转弯容易、加速性好、制动稳定、操纵轻便安全,无需增加操纵机构。 (4)具有良好的经济性:功能领先、制造成本低,维修简便、节油,经济环保,产品适用性广。 LMC常互锁差速分动器的研发是在经济刺激的影响下产生的产品,符合我国国情的需要。1.2 汽车差速器的功用差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时,使左右驱动车轮以不同的角速度滚动,以保证两侧驱动车轮与地面间作纯滚动运动。图1-1 汽车转弯时驱动轮运动示意图汽车行驶时,左右轮在同一时间内所滚动的路程往往不等。如图1-1所示,在转弯时内、外两侧车轮转弯半径R1和R2不同,行程显然不同
14、,即外侧车轮滚过的距离大于内测车轮;汽车在不平的路面行驶时,由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等;即使在平直的路面行驶,由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响,也会引起左、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行驶不等。如果驱动桥的左、右车轮钢性连接,则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或是滑转。这样不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗。而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生,汽车就要安装差速器,从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度,满足了汽车行驶运动学的要求。而为了方便安装和调试差速器,还解决现在差速器的从动齿轮尺寸不
15、受限制所以设计了安装在轮毂的差速器称为轮边差速器,在两轴间分配转矩,保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。使汽车行驶时能作纯滚动运动,提高了车辆的通过性。差速器按其结构不同可以分为以下几种形式:1. 齿轮式 汽车上广泛采用的是对称锥齿轮式差速器,它具有结构简单、质量小等优点。它又分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强锁止式差速器等。2. 凸轮式 现在常见的是滑块凸轮式差速器,它是一种高摩擦自锁差速器,结构紧凑、质量小、但是结构较复杂。3. 蜗轮式 蜗轮式差速器也是一种高摩擦自锁差速器,这种差速器结构复杂,制造精度要求高,因而限制了它的应用。4. 牙嵌式 牙嵌式自由轮差速器是自锁式差速器的一
16、种,该差速器工作可靠,使用寿命长,锁紧性能稳定,制造加工也不复杂。1.3 差速器的主要结构形式介绍 (一)齿轮式差速器汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器,具有结构简单、质量较小等优点,应用广泛。他又可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器等1普通锥齿轮式差速器由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠,所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图1-2为其示意图,图中0为差速器壳的角速度;1、2分别为左、右两半轴的角速度;To为差速器壳接受的转矩;Tr为差速器的内摩擦力矩;T1、T2分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。图1-2 普通锥齿轮式差速器普通锥齿轮差速器的锁
17、紧系数是一般为005015,两半轴转矩比kb=111135,这说明左、右半轴的转矩差别不大,故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等,这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶,一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时,尽管另一侧车轮与地面有良好的附着,其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样减小,无法发挥潜在牵引力,以致汽车停驶。2.摩擦片式差速器为了增加差速器的内摩擦力矩,在半轴齿轮7与差速器壳1之间装上了摩擦片2(图1-3)。两根行星齿轮轴5互相垂直,轴的两端制成V形面4与差速器壳孔上的V形面相配,两个行星齿轮轴5的V形面是反向安装的。每个半轴齿
18、轮背面有压盘3和主、从动摩擦片2,主、从动摩擦片2分别经花键与差速器壳1和压盘3相连。图1-3 摩擦片式差速器摩擦片式差速器的锁紧系数k可达06,可达4。这种差速器结构简单,工作平稳,可明显提高汽车通过性。3强制锁止式差速器 当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时,可通过液压或气动操纵,啮合接合器(即差速锁)将差速器壳与半轴锁紧在一起,使差速器不起作用,这样可充分利用地面的附着系数,使牵对于装有强制锁止式差速器的4X2型汽车,采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住,可使汽车的牵引力提高倍,从而提高了汽车通过性。当然,如果左、右车轮都处于低附着系数的路面,虽锁住差速器,但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力
19、,汽车也无法行驶。强制锁止式差速器可充分利用原差速器结构,其结构简单,操作方便。目前,许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。(二)滑块凸轮式差速器图1-4为双排径向滑块凸轮式差速器。差速器的主动件是与差速器壳1连接在一起的套,套上有两排径向孔,滑块2装于孔中并可作径向滑动。滑块两端分别与差速器的从动元件内凸轮4和外凸轮3接触。内、外凸轮分别与左、右半轴用花键连接。当差速器传递动力时,主动套带动滑块并通过滑块带动内、外凸轮旋转,同时允许内、外凸轮转速不等。理论上凸轮形线应是阿基米德螺线,为加工简单起见,可用圆弧曲线代替。图1-4 滑块凸轮式差速器(三)蜗轮式差速器 蜗轮式差速器(图1-5)
20、也是一种高摩擦自锁差速器。蜗杆2、4同时与行星蜗轮3与半轴蜗轮1、5啮合,从而组成一行星齿轮系统。图1-5 蜗轮式差速器(四)牙嵌式自由轮差速器 牙嵌式自由轮差速器(图1-6)是自锁式差速器的一种。装有这种差速器的汽车在直线行驶时,主动环可将由主减速器传来的转矩按左、右轮阻力的大小分配给左、右从动环(即左、右半轴)。当一侧车轮悬空或进入泥泞、冰雪等路面时,主动环的转矩可全部或大部分分配给另一侧车轮。当转弯行驶时,外侧车轮有快转的趋势,使外侧从动环与主动环脱开,即中断对外轮的转矩传递;内侧车轮有慢转的趋势,使内侧从动环与主动环压得更紧,即主动环转矩全部传给内轮。由于该差速器在转弯时是内轮单边传动
21、,会引起转向沉重,当拖带挂车时尤为突出。此外,由于左、右车轮的转矩时断时续,车轮传动装置受的动载荷较大,单边传动也使其受较大的载荷。图1-6 牙嵌式差速器 牙嵌式自由轮差速器的半轴转矩比Ab是可变的,最大可为无穷大。该差速器工作可靠,使用寿命长,锁紧性能稳定,制造加工也不复杂。1.4 课题设计初始数据表1-1 参数表参数名称 数值 车型微型客车驱动形式FR42发动机位置前置最高车速Umax=110km/h最大爬坡度imax30%汽车总质量ma=1410kg满载时前轴负荷率40%外形尺寸总长La总宽Ba总高Ha=349614451841mm3迎风面积A0.85BaHa空气阻力系数CD=0.6轴距
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