完整版汽车差速器及关键零件夹具设计毕业论文设计说明书.docx
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完整版汽车差速器及关键零件夹具设计毕业论文设计说明书
毕业设计说明书
设计题目：
汽车差速器及关键零件夹具设计
摘要
根据任务书的要求对差速器进行设计，主要包括非标准零件半轴齿轮、行星齿轮以及差速器外壳和一些标准零件进行设计，并且选择其中的一道工序进行了夹具设计，同时还介绍了差速器的国内外发展状况以及差速器的工作原理，通过运动学仿真和力学分析对差速器运动原理有了更深一步的认识的了解。
关键词：
半轴齿轮；行星齿轮；差速器
Abstract
Thedifferentialisdesignedaccordingtotherequirementsofthemission,includingnon-standardpartssidegears,planetarygearsanddifferential,andaprocessfixturedesignalsopresentsathedifferentialdevelopmentatandmechanicalanalysis.
Keywords:
=2。
2）行星齿轮球面半径的确定以及节锥距的计算
行星齿轮差速器的结构尺寸通常取决于行星齿轮的背面的球面半径，它就是行星齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器锥齿轮的节锥距，因此在一定程度上也反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力即是强度。
球面半径可按照文献[1]第4章公式确定：
（3.1）
式中，为行星齿轮球面半径系数，=2.52～2.99，对于2个行星齿轮，取最小值，即=2.52。
——计算转矩，取和的最小值；
——球面半径。
的计算：
=
式中，——发动机最大转矩；
——传动系最低传动比（取7）；
——整体传动效率（取0.96）；
——冲击载荷（取1）；
——该汽车驱动桥数目。
==747。
的计算：
=
式中，——附着系数（取0.85）；
——满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷；
——车轮的滚动半径（选用13580kb轮胎，r=265mm）；
——主减速器到从动轮的传动效率和传动比。
=。
将以上数据带入式（3.1）得：
=
差速器行星齿轮球面半径确定后，可根据以下式预选其节锥距：
（3.2）
3）行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择
为了获得较大的模数从而使齿轮有较高强度，应使行星齿轮的齿数尽量少，但一般不应该少于10，半轴齿轮的齿数采用1425。
大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在1.52之间。
差速器的各个行星齿轮与2个半轴齿轮是同时啮合的，因此在确定这两种齿轮的齿数时，应考虑他们之间的装配关系，在任何圆锥行星齿轮式差速器种，左、右两半轴齿轮的齿数、之和，必须能被行星齿轮的数目所整除，以便行星齿轮能均匀地分布于半轴齿轮的轴线周围，否则差速器将无法安装。
即应满足的条件为
（3.3）
式中：
、——左、右半轴齿轮齿数；
——行星齿轮数目；
——任意整数。
行星齿轮取10，半轴齿轮取20带入公式（3.3）得：
=
4）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定
首先初步求出行星出轮与半轴齿轮的节锥角、；
；（3.4）式中：
、——分别为行星齿轮和半轴齿轮齿数。
再按下式初步求出圆锥齿轮的大端面端面模数m；
（3.5）
带入数据得=，=，（通过查表选用）
求出模数后，节圆直径d即可根据齿轮齿数z及模数m求得：
（3.6）
带入数据得=20mm，=40mm。
5）压力角
汽车差速器齿轮过去都选用压力角，这时齿高系数为1，而最少齿数为13。
目前大都选用的压力角，这时齿高系数为0.8，最少齿数可减少到10，并且在小齿轮齿顶不变尖的条件下，还可由切向修正加大半轴齿轮的厚度，从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度，由于这种齿形的最少齿数比压力角少，故可用较大的模数来提高齿轮的强度，故选用压力角。
6）行星齿轮安装孔的直径及其深度L
行星齿轮安装孔的直径与行星齿轮轴的名义直径相同，而行星齿轮安装孔的深度L就是行星齿轮在其轴上的支撑长度。
故通取
（3.7）
式中，为差速器壳传递的转矩，为行星齿轮数；l为行星齿轮支承面中点到锥顶的距离（mm），约为半轴齿轮齿宽中点处平均直径的一半；为支承面许用挤压应力，取69Mpa。
3.2差速器齿轮的几何尺寸计算
表3.1为汽车差速器用直齿锥齿轮的几何尺寸计算步骤，表中计算用的切向修正系数
表3.1汽车差速器直齿锥齿轮的几何尺寸计算用表长度单位：
mm
序号
项目
符号
计算公式
计算结果
1
行星齿轮齿数
10
2
半轴齿轮齿数
20
3
模数
m
2
4
齿面宽
b
5.6
5
工作齿高
hg
3.2
6
全齿高
h
+0.051
3.627
7
压力角
8
节圆直径
d
9
节锥角
10
节锥距
11
周节
t
t-3.1416m
6.28
12
齿顶高
ha
13
齿根高
hf
14
径向间隙
c
0.427
15
齿根角
16
面锥角
17
根锥角
18
齿顶圆直径
da
19
齿根圆直径
df
3.3差速器材料的选择
差速器齿轮和主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。
由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。
要考虑齿轮的许用应力和弯曲强度，此次选用的齿轮材料为20CrMnTi。
3.4差速器强度的计算
差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它同于主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。
因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。
根据文献[1]强度计算公式得出：
（3.8）
式中：
——为差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩；
在此将取为498.06N·m；
——为差速器的行星齿轮数；
b2、d2——分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径mm；
——为尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，当ｍ时，，在此＝0.629；
——为载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，＝1.00～1.1；其他方式支承时取1.10～1.25。
支承刚度大时取最小值；
——为质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取1.0；
——为计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，参照图3.1可取=0.225。
当T=min［,］时，[]=635Mpa；当T=Tcf时，[]=144Mpa。
图3.1弯曲计算用综合系数
根据上式（3.8）可得：
==478.6MPa<980MPa
所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。
3.5行星齿轮轴的分类和选用
行星齿轮的种类有很多，而差速器齿轮轴的种类也很多，最常见的是一字轴和十字轴，而载货的大质量的汽车传递的转矩较大，为了使轴的使用寿命以及提高轴的承载能力，常用十字轴，由四个轴轴颈来分配转矩。
可以有效的提高轴的使用寿命。
在小型汽车上由于转矩不大，所以要用一字轴。
本次设计为小型汽车所以选用一字轴。
3.5.1行星齿轮轴尺寸设计
由行星齿轮的支承长度为，根据安装时候的方便选择轴颈的长度为L1为20mm；而行星齿轮安装孔的直径d1为8.1mm，所以轴颈的直径d2预选为8mm。
3.5.2行星齿轮轴的材料
轴的选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。
轴的常用材料主要有碳素钢和合金钢。
碳素钢价廉，对应力集中敏感性比合金钢低，应用较为广泛，对重要或者承受较大的轴，所以此次选用的轴的材料为45钢。
第4章差速器的运动仿真分析
4.1虚拟差速器模型运动仿真
我们选用差速器的两个行星齿轮、两个半轴齿轮和一个行星齿轮轴作为研究对象各个齿轮的参数，如表3.1所示，利用UG8.0软件作为建模工具。
首先，在UG8.0中建立行星齿轮、两个半轴齿轮和一个行星齿轮轴模型并完成装配，初步模型如下：
图4.1半轴齿轮
图4.2行星齿轮
图4.3差速器行星齿轮和半轴齿轮装配模型
如图4.3为差速器三维装配图，装配时，要使初始的齿轮面尽可能的啮合，以减少仿真时因为模型初始状态引起的误差。
选择GC工具箱，选择齿轮建模中的锥齿轮，其中有齿轮啮合一项，如图4.5所示。
图4.5建立齿轮模型
选择一个主动齿轮和一个配合齿轮，完成齿轮的啮合，如图4.6所示。
图4.6齿轮啮合
完成行星齿轮和半轴齿轮的装配后，选择开始，选择运动仿真并保存尺寸修改，选择新建运动学仿真，单机连杆选择行星齿轮和半轴齿轮建立连杆，如图4.7所示。
图4.7建立连杆
分别建立4个连杆后选择运动副，建立4个运动副，建立后如图4.8所示。
图4.8运动副
建立好运动副后，选择齿轮副，由于有四个齿轮互相啮合，所以我们要建立3租齿轮副来确保他们互相啮合自转，并且选定其中的行星齿轮为主动齿轮，初始速度设定为30。
齿轮副建立完成后单机解算方案，并且求解。
至此我们完成了齿轮的运动学仿真。
最后单机动画，点击播放即可看到差速器的运动仿真，如图4.9所示。
图4.9运动仿真
4.2差速器动力学分析图表
该汽车发动机最大扭矩107Nm，满载轴荷9.46KN，轮胎滚动半径为0.325m，假定路面摩擦系数0.3。
图4.10力学图表
如图4.11所示利用上面的运动学仿真，对其结果进行动力学分析，单击绘图，请求中选择速度和加速度分析，设置仿真时间为4s，步长为1s，仿真结果如图4.11。
图4.11行星齿轮角加速度
通过上述力学曲线做出如下分析，当直线行驶时，差速器两侧驱动桥零件运动情况相同，差速器行星轮无自转，两侧驱动轮犹如用一根整轴连接，相同的转速，整体旋转，左右半轴齿轮转速与差速器外壳相同，当车辆转弯时，倘若没有差速器，在车轮滚动的同时，两侧轮胎与地面将产生滑移，内侧车轮将产生滑转，两侧轮胎和地面磨损加大，若装有差速器，则附加力矩通过半轴齿轮左右到行星齿轮上，产生一个使行星齿轮转动的力，使行星齿轮沿顺时针产生自转，使外侧车轮转速加快，内侧车轮转速减慢，起差速作用。
图4.12半轴齿轮行星齿轮啮合力
分析行星齿轮对半轴齿轮啮合力曲线可知：
秒时处于平稳行驶阶段，此时啮合力值呈平稳的周期波动状态，1秒后由于行星齿轮的自转，将与半轴齿轮产生周期性的啮合，这样会产生不断的冲击，导致其曲线图波动明显。
第5章差速器外壳夹具的设计
5.1夹具的分类
机床夹具通常是指装夹工件用的装置：
装夹各种刀具用的装置，则一般称为“辅助工具”。
辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。
按照机床夹具的应用范围，一般可分为通用夹具，专用夹具和可以调整式夹具等。
1）通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具，如车床上的卡盘，铣床上的回转工作台，分度头等。
它们一般都标准化了，具有一定的通用性，可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。
2）专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的。
3）可调整夹具可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围，弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点，正在逐步推
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