汽车差速器的设计.docx

目 录摘 要 IABSTRACT II1 引言 11.1 差速器的作用 11.2 差速器的工作原理 11.3 差速器的方案选择及结构分析 41.3.1 差速器的方案选择 51.3.2 差速器的结构分析 52 差速器齿轮的设计 72.1 差速器设计初始数据的来源与依据 72.2 差速器齿轮的基本参数的选择 72.3 差速器齿轮的几何尺寸计算 112.3.1 差速器直齿锥齿轮的几何参数 112.3.2 差速器齿轮的材料选用 142.3.3 差速器齿轮的强度计算 143 差速器行星齿轮轴的设计计算 163.1 行星齿轮轴的分类及选用 163.2 行星齿轮轴的尺寸设计 163.3 行星齿轮轴材料的选择 163.4 差速器垫圈的设计计算 173.4.1 半轴齿轮平垫圈的尺寸设计 173.4.2 行星齿轮球面垫圈的尺寸设计 174 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 螺母的选用和螺母的材料 194.3 差速器轴承的选用 194.4 十字轴键的选用 194.5 差速器壳体设计 195 差速器总成的装配和调整 215.1 差速器总成的装配 215.2 差速器总成的装配 21结束语 22参考文献 24附 录 26解放 CA1092 型汽车差速器的设计摘要文章首先根据差速器的结构和工作原理，对差速器的设计方案选择作出了选择， 最终确定选择差速器的类型为对称式圆锥行星齿轮差速器。

本文参照传统差速器的设 计方法进行了解放 CA1092 型载货汽车差速器的设计,根据经验公式进行计算，参考 圆锥行星齿轮差速器的结构尺寸，确定出差速器齿轮的主要设计参数，然后对差速器 齿轮的强度进行设计计算和校核，进行一些标准件的选用和非标准件的设计，继而根 据装配关系设计差速器壳体在得到各个零件尺寸之后绘制出主要零件图以及整体装 配图，制作出差速器的装配动画关键词： 汽车；差速器；结构设计LIBERATION CA1092 CARS DIFFERENTIAL DESIGNABSTRACTFirstly, according to the structure and working principle of the differential on the differential design choices made choices, and ultimately determine the selection differential symmetrical cone type planetary gear differential. This article refers to the traditional differential design methods liberation CA1092-type truck differential design, calculated according to the empirical formula, the reference structure size cone planetary gear differential to determine the main design parameters of the differential gear, Then the intensity of the differential gear design calculations and verification, some non-standard design selection and standard parts, which in turn based on the relationship between design differential housing assembly. Draw the parts drawing and assembly drawing after getting the whole part size, making a differential assembly animation.KEY WORDS: Automobile; Differential; Design1 引言在汽车行业发展初期，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”。

汽车在行驶的过程中，左右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，左 右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半 径不相等；左右两车轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等如果驱动桥的左、右车 轮为刚性连接，则不论转弯行驶或者直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转， 一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳 定性变坏为此，在驱动桥的左右车轮间都装有轮间差速器［1］差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能 以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与 地面间打滑［2］1.1 差速器的作用汽车差速器是驱动轿的主件，简单说它的作用就是在向两边半轴传递动力的同 时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距 行驶，减少轮胎与地面的摩擦汽车在直线行驶时，左右车轮转速几乎相同，而在转 弯时，左右车轮转速不同，差速器能实现左右车轮转速的自动调节，允许左右车轮以 不同的转速旋转汽车差速器是汽车传动中的最重要的部件之一，它有三大作用：首先是将发动机 输出的动力传输到车轮上；其次，将主减速器已经增加的扭矩一分为二的分配给左右 两根半轴；最后，担任汽车主减速齿轮，在动力传输至车轮前将传动系的转速减下来， 将动力传到车轮上，同时允许两侧车轮以不同的轮速转动［3］。

差速器对提高汽车行驶 平稳性和其通过性有着独特的作用，是汽车设计的重点之一1.2 差速器的工作原理差速器的这种调整是自动的，这里涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上所有物 体都倾向于耗能最小的状态例如把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底 而绝不会停留在碗壁，因为碗底是能量最低的位置（位能），它自动选择静止（动能 最小）而不会不断运动同样的道理车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态，自 动地按照转弯半径调整左右轮的转速［4］当转弯时，由于外侧轮有滑拖的现象，内侧轮有滑转的现象，两个驱动轮此时就 会产生两个方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然导致两边车轮的转速不同, 从而破坏了三者的平衡关系，并通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转, 使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而实现两边车轮转速的差异驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接，则两轮只能以相同的角度旋转这 样，当汽车转向行驶时，就会出现以下问题：由于外侧车轮要比内侧车轮移动过的距 离大,所以将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转; 即使是汽车直线行驶，也会因为路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等（轮胎 制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等等问题）而引起车轮的滑动或滑拖。

车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗，还会使汽车转向困难、制 动性能变差为使车轮尽可能不发生滑动，在结构上必须保证各车轮能以不同的角度 转动差速器采用对称式圆锥齿轮结构，其原理如下图所示：AB—f i12s24 C646BCA4164图 1-1 差速器差速原理图6－从动齿轮1、 2－半轴齿轮 3－差速器壳 4－行星齿轮 5－行星齿轮轴如上图所示，对称式圆锥齿轮差速器是一种行星齿轮结构差速器壳 3与行星齿轮轴5连成一体，形成行星架因为它又与主减速器从动齿轮6连在一起，故为主动 件，假设其角速度为® ;半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为W和WA、B两0 1 2点分别为行星齿轮 4 与半轴齿轮 1 和 2 的啮合点行星齿轮的中点为 C， A、 B、 C三点到差速器旋转轴线的距离均为r当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同一半径r上 的A、B、C三点的圆周速度都相等，其值为w r于是①二①二①，即差速器起不 0 1 2 0 到差速的作用，而半轴角速度等于差速器壳 3 的角速度当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度w自转时，啮合点A的圆周 4速度为W r = w r + w r，啮合点B的圆周速度为w r = w r-w r。

于是便有0 4 2 0 4w r + w r = (w r + w r)+Cw r — w r)1 2 0 4 0 41-1)1-2)w + w 二 2w1 2 0如果角速度以每分钟转数n来表示，则n + n = 2n1 2 0上式为两半轴齿轮直径的对称式圆锥齿轮差速器的运动特征方程式，它表明左、 右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关因此 在汽车转弯行驶或者其它行驶的情况下，也都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两 侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动［5］由式（1-2）还可以得知：①当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；②当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传 动轴时），另一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动时，另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动［6］对称式圆锥齿轮差速器的转矩分配：由主减速器传来的转矩，经由差速器壳、行星齿轮轴和行星齿轮传给半轴齿轮行星齿轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮 的半径也是相等的因此，当行星齿轮没有自转时，总是将转矩M平均分配给左、0右两个半轴齿轮，即M二M二M /21 2 0 '当两半轴齿轮以不同的转速朝相同的方向转动时，设左半轴转速n大于右半轴转1速n，则行星齿轮将按顺时针的方向绕行星齿轮轴自转。

此时行星齿轮孔与行星齿2轮轴轴颈间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦行星齿轮所受的摩擦力矩M方向与行星齿轮的转向相反，此摩擦力矩使行星齿轮分别对左、右驱动车轮存在转速 差时，M =(M -M》2 , M =(M + M》2，左、右车轮上的转矩之差等于差速 1 0 r 2 0 r '器的内摩擦力矩Mr为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数K表示，计算公式如下：K =(M - M》M 二 M /M (1-3)2 1 ■ r 0差速器内摩擦力矩M和其输入转矩M (差速器壳体上的力矩)之比定义为差r0速器锁紧系数K快慢半轴的转矩之比定义为转矩比，所以K = M M =(1 + K) (1 - K) (1-4)b 2 1目前广泛使用的对称式圆锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小，其锁紧 系数K = 0.05~ 0.15,转矩比 K =1.1~1.4，可以认为无论左、右驱动车轮转速是否相等，b其转矩基本上总是平均分配的这样的分配比例对于汽车在较好的路面上直线或者转 弯行驶时，都是令人满意的但是当汽车在较坏的路面行驶时，却严重影响了通过能 力［7］例如，当汽车的一个驱动车轮接触到泥泞或冰雪路面的时候，在泥泞路面上的 车轮原地滑转，而在好的路面上的车轮静止不动。

这是因为在泥泞路面上的车轮比在 好的路面上的车轮与路面之间的附着力小，路面只能对半轴作用很小的反作用转矩， 虽然另一车轮与好的路面之间的附着力较小。