離心式限速差速器設(shè)計(jì)及仿真分析

1、<p>　　全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) </p><p>　　離心式限速差速器設(shè)計(jì)及仿真分析 </p><p>　　DESIGN AND SIMULATION ANALYSIS OF THE CENTRIFUGAL </p><p>　　LIMITED SLIP DIFFERENTIAL </p><p>　　湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普

2、通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng) 信 聲 明 </p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)</p><p>　　行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本

3、人承擔(dān)。 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞……………………………………………………………………………

4、……1 </p><p>　　前言…………………………………………………………………………………1 </p><p>　　研究目的及意義…………………………………………………………………6 </p><p>　　差速器……………………………………………………………………………7 </p><p>　　限滑（限速）差速器………………………………

5、……………………………3 </p><p>　　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………………………………………………………3 </p><p>　　扭力感應(yīng)式……………………………………………………………………7 </p><p>　　螺旋齒輪式……………………………………………………………………4 </p><p>　　滾珠鎖定式…………………………

6、…………………………………………8 </p><p>　　黏性耦合式……………………………………………………………………8 </p><p>　　機(jī)械式…………………………………………………………………………8 2 離心式限速差速器的基本原理及方案的確定……………………………………9 </p><p>　　對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理………………………

7、………………9 </p><p>　　離心鎖止機(jī)構(gòu)方案的確定………………………………………………………10 3 差速器齒輪主要參數(shù)的選擇與計(jì)算………………………………………………11 </p><p>　　3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇…………………………………………………11 </p><p>　　行星齒輪數(shù)目的選擇………………………………………………

8、…………11 </p><p>　　行星齒輪球面半徑RB的確定…………………………………………………11 </p><p>　　行星齒輪與半軸齒輪的選擇…………………………………………………12 </p><p>　　差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定……………………13 </p><p>　　壓力角α …………………………………

9、……………………………………13 </p><p>　　行星齒輪安裝孔的直徑?及其深度L………………………………………13 </p><p>　　差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………16 </p><p>　　差速器齒輪的材料………………………………………………………………16 4 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)……………………………………………

10、………………………17 </p><p>　　半浮式半軸桿部半徑的確定……………………………………………………17 </p><p>　　半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………18 </p><p>　　半軸其他主要參數(shù)的選擇………………………………………………………19 </p><p>　　半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與

11、熱處理………………………………………………19 5 離心鎖止機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………20 </p><p>　　離心飛錘結(jié)構(gòu)形式的選擇………………………………………………………20 </p><p>　　離心飛錘的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………………20 </p><p>　　飛錘在靜態(tài)下重心位置的確定……

12、…………………………………………21 </p><p>　　飛錘介入轉(zhuǎn)速的確定…………………………………………………………21 </p><p>　　5.3 調(diào)速?gòu)椈傻脑O(shè)計(jì)…………………………………………………………………22 6 直齒圓錐齒輪的仿真分析…………………………………………………………23 </p><p>　　6.1 直齒圓錐齒輪參數(shù)化建?！?/p>

13、…………………………………………………20 </p><p>　　直齒圓錐齒輪建模原理………………………………………………………20 </p><p>　　直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)……………………………………………………20 </p><p>　　6.2 錐齒輪建模方法…………………………………………………………………24 </p><p>　

14、　建模步驟………………………………………………………………………24 </p><p>　　齒輪模型的生成………………………………………………………………25 </p><p>　　6.3 齒輪有限元分析…………………………………………………………………26 </p><p>　　齒輪有限元分析概述…………………………………………………………26 </p>

15、;<p>　　有限元模型的建立及優(yōu)化處理………………………………………………27 </p><p>　　有限元分析……………………………………………………………………24 </p><p>　　6.4 小結(jié)………………………………………………………………………………29 </p><p>　　9 結(jié)論……………………………………………………………………

16、……………26 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………26 致謝……………………………………………………………………………………27 </p><p>　　離心式限速差速器設(shè)計(jì)及仿真分析 </p><p>　　學(xué) 生：陳權(quán)瑞指導(dǎo)老師：李軍政 </p><p>　　(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128) <

17、/p><p>　　摘 要：本文設(shè)計(jì)研究了離心式限速差速器，其目的是在普通差速器基礎(chǔ)上增加一套離心機(jī)構(gòu)，使差速器在一定條件下鎖止差速?gòu)亩拗栖?chē)輪滑動(dòng)，以應(yīng)對(duì)特定情況。在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合運(yùn)</p><p>　　用了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、Solidworks、AutoCAD 等知識(shí)，并利用 AutoCAD 軟件繪制裝配圖和零件圖。同時(shí)運(yùn)用分析軟件結(jié)合汽車(chē)構(gòu)造、汽車(chē)設(shè)計(jì)、材料力學(xué)等學(xué)科知識(shí)對(duì)離心式限速差

18、速器進(jìn)行仿真分析。首先，本文將概述限滑差速器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，介紹其領(lǐng)域的最新發(fā)展?fàn)顩r。其次，對(duì)差速器的行星齒輪、半軸齒輪和軸及軸承做詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行受力分析、強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算。然后進(jìn)行對(duì)離心差速鎖止裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定飛錘、彈簧、鎖止機(jī)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，進(jìn)行受力分析，強(qiáng)度和剛度校核，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。最后得出結(jié)論。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：差速器；齒輪；飛錘；彈簧；鎖止機(jī)構(gòu)</p>&

19、lt;p>　　Design and Simulation Analysis of The Centrifugal Limited Slip Differential</p><p>　　Student：Chen Quanrui Tutor：Li Junzheng </p><p>　　(College of engi

20、neering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) </p><p>　　Abstract：This design of the centrifugal speed differential, the aim is to increase the differential of a common centrifugal mechanism

21、 on the basis that the differential lock under certain conditions to limit the differential wheel slip in response to specific circumstances. In the design process, the integrated use of mechanical principles, mechanical

22、 design, Solidworks, AutoCAD, knowledge and use of AutoCAD software assembly drawing and parts diagram. While the use of analysis software combined</p><p>　　Key words： differentials ; gear ; flyweight ; spri

23、ng ; locking mechanism ; </p><p><b>　　1前言 </b></p><p>　　1.1 研究目的及意義 </p><p>　　雖然限速差速器的各種技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，且市面上各種形式的限速差速器種類(lèi)十分豐富，但大多結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高。而且在離心式限速差速器的研究方面幾乎是一片空白。</p>

24、<p>　　鑒此，開(kāi)展離心式限速差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，限速性能，試驗(yàn)方法，在實(shí)際中的應(yīng)用的研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。</p><p><b>　　1.2差速器 </b></p><p>　　圖 1 典型的差速器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.1 The typical structure of the differe

25、ntial </p><p>　　1－軸承；2、8－差速器殼；3、5－調(diào)整墊片；6－行星齒輪； </p><p>　　7－從動(dòng)錐齒輪；4－半軸齒輪；9－行星齒輪軸；10－螺栓 </p><p>　　差速器是一種能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自一根軸傳至兩根軸，并使后者相互間能以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的差動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般由齒輪組成 ?1?。汽車(chē)、拖拉機(jī)上的差速器位于后橋內(nèi)，由差速</p>

26、<p>　　殼、行星齒輪及半軸齒輪組成。</p><p>　　1.3限滑（限速）差速器 </p><p>　　由于差速器是藉由盆型齒輪及角齒輪驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部包含邊齒輪及差速小齒輪。當(dāng)車(chē)輛直行時(shí)，并無(wú)差速作用，差速小齒輪及邊齒輪整個(gè)會(huì)隨著盆齒輪公轉(zhuǎn)無(wú)差速作用，一旦車(chē)輛轉(zhuǎn)彎內(nèi)、外輪阻力不一樣時(shí)，差速齒輪組因阻力的作用迫使產(chǎn)生自轉(zhuǎn)功能進(jìn)而調(diào)整左、右輪速。既然左、右輪速的變化及調(diào)整是藉由

27、輪胎及地面阻抗來(lái)自由產(chǎn)生，那么后續(xù)的使用狀況就將造成車(chē)輛無(wú)法行駛的狀態(tài) ?2? 。</p><p>　　譬如說(shuō)當(dāng)車(chē)輛一輪掉入坑洞中，此車(chē)輪就毫無(wú)任何摩擦力可言，著地車(chē)輪相對(duì)卻有著極大的阻力，此時(shí)差速器的作用會(huì)讓所有動(dòng)力回饋到低摩擦的輪子。掉入坑洞的車(chē)輪會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，而著地輪反而完全無(wú)動(dòng)作，如此車(chē)輪就無(wú)法行駛。</p><p>　　限速差速器，也稱限滑差速器。顧名思義就是限制車(chē)輪滑動(dòng)的一種改進(jìn)

28、型差速器，</p><p>　　指兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差值被允許在一定范圍內(nèi)，以保證正常的轉(zhuǎn)彎等行駛性能的一類(lèi)差速器。</p><p>　　1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　限速差速器，尤其是汽車(chē)上運(yùn)用的防滑差速器目前已十分成熟。主要的形式有 ?3?：</p><p>　　1.4.1扭力感應(yīng)式 </p><p>　　

29、是采用螺旋齒輪組，一樣利用左、右雙組的摩擦力來(lái)限定滑差效應(yīng)，由于螺旋齒輪采縱向和基座齒輪的橫向交錯(cuò)，無(wú)離合器片的損耗，運(yùn)用在后驅(qū)車(chē)輛，其故障率較低，維修保養(yǎng)亦趨于簡(jiǎn)單，雖然在動(dòng)力輸出方面未能有強(qiáng)大的表現(xiàn)，但實(shí)用原則為其最大之優(yōu)點(diǎn)。它是將普通差速器的齒輪從齒輪改成渦輪蝸桿，而安裝位置和形式并不變，借由蝸輪蝸桿傳動(dòng)的自鎖功能（蝸桿可以向蝸輪傳遞扭矩，而蝸輪向渦桿施以扭矩時(shí)齒間摩擦力大于所傳遞的扭矩，而無(wú)法旋轉(zhuǎn)）來(lái)實(shí)現(xiàn)防滑功能。大名鼎鼎的奧迪

30、 quattro 就是采用這種結(jié)構(gòu)，還有許多原廠高性能車(chē)種都是采用此種型式，像 RX-7 FD3S 的原廠限速差速器就相當(dāng)有名。在扭力感應(yīng)式限速差速器的特性方面，雖然其較少使用在運(yùn)動(dòng)用途上，但摩擦部分與機(jī)械式比較起來(lái)效果更好，而且維修上非常簡(jiǎn)單，這是它的最大優(yōu)點(diǎn)。1.4.2螺旋齒輪式 </p><p>　　其內(nèi)部構(gòu)造依然采用螺旋齒輪，有別于扭力感應(yīng)式的限速差速器是此螺旋齒輪限速差速器所配置的齒輪全為「橫向」，也就

31、是和輸出軸的運(yùn)轉(zhuǎn)同一方向，利用行星齒輪大小減速比的功能達(dá)到限速功能，其最大的弱點(diǎn)在于限定鎖定扭力滑差的比例較小，但也因?yàn)榫S修及使用保養(yǎng)無(wú)需特別的注意，更不需要使用限速差速器專用油，因此原廠如 Honda 1.8 升 Type-R、Silvia S15…等較新款的前輪帶動(dòng)車(chē)，也幾乎都是使用此型式之限速差速器，此等限速差速器還有一個(gè)現(xiàn)象，就是車(chē)輛頂高后，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的左右兩輪，并不會(huì)一起前進(jìn)或后退，因此在當(dāng)年 TIS 1：9 房車(chē)賽規(guī)格的驗(yàn)車(chē)過(guò)

32、程中，它算是可以瞞混過(guò)關(guān)的偷改武器！螺旋齒輪限速差速器內(nèi)部的齒輪構(gòu)造與扭力感應(yīng)式限速差速器有些相似，同樣是將普通差速器的齒輪從直齒改成螺旋齒，不過(guò)不是利用二者摩擦力的不同，而是改變了齒輪的安裝位置和形式，通過(guò)只有螺旋齒輪才能實(shí)現(xiàn)的安裝位置和形式，利用齒輪的減速比來(lái)限制左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的。這種限速差速器所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速差比較小。而且，扭力感應(yīng)型的齒輪配置為縱向，而此種螺旋齒輪限速差速器的則為橫向裝置。和機(jī)械式限速差速器相比，它的最大弱點(diǎn)

33、在于限制鎖定</p><p>　　1.4.3滾珠鎖定式 </p><p>　　這種設(shè)計(jì)的特殊之處，是當(dāng)小圓球在彎曲的溝槽中移動(dòng)時(shí)，被溝槽切斷的滾筒開(kāi)始作動(dòng)而發(fā)揮限滑的效果，尤其是其作動(dòng)原理與一般品有很大的差異，目前并不算是主流的制品。在滾珠鎖定限速差速器的特性方面，因?yàn)樗臉?gòu)造相當(dāng)特別，因此可以發(fā)揮十分圓滑的效果，反過(guò)來(lái)說(shuō)此限速差速器并不適合喜歡在街上狂飆的人士，而最后可以死鎖差速器、并發(fā)

34、揮最高扭力，也是值得記上一筆之處，所以最適用于分秒必爭(zhēng)的比賽場(chǎng)合中。</p><p>　　1.4.4 黏性耦合式 </p><p>　　最早配置是用在 VAG (Audi/VW) 車(chē)系，其間由多片的離合器組，加上硅油組合而成，它是利用硅油摩擦受熱膨脹后，迫使離合器片接合來(lái)鎖定輪差，其結(jié)構(gòu)可說(shuō)是最簡(jiǎn)單且體積小、造價(jià)低，是一款適用于大眾型式的限速差速器。大約十年前限速差速器還是屬于選用配備時(shí)，

35、最受歡迎的就是這種黏性耦合型式樣，就如大家所看到的，此限速差速器是由多個(gè)離合器片組合而成，透過(guò)硅油的噴入使左右輪胎產(chǎn)生回轉(zhuǎn)差，然后再利用硅油的黏性做鎖定。談到這里大家應(yīng)該不難想象，此類(lèi)構(gòu)造的效果并非很好，因?yàn)楣栌偷酿ざ葧?huì)依溫度產(chǎn)生性能上的差別，因此反應(yīng)性算是最差，往好的方面想，這種限速差速器只是一款適合一般大眾使用的類(lèi)型罷了。</p><p>　　1.4.5 機(jī)械式 </p><p>　　

36、在改裝車(chē)輛中最傳統(tǒng)也最常用，因此算是能見(jiàn)度最高的限速差速器，因?yàn)槭褂米?、右兩個(gè)離合器片和壓板組，故亦稱為多板或多片離合器式限速差速器，此型式之限速差速器可藉由離合器片與壓板的排列組合來(lái)達(dá)到限滑百分比功能，從 25%~90%的能力皆可完成。但唯一的缺點(diǎn)就是較難照顧，其務(wù)必要使用限速差速器專用油來(lái)定期保養(yǎng)，長(zhǎng)時(shí)間或劇烈操駕也可能需要更換修理包。而離合器片裝配不佳或置入時(shí) Run in 方式不正確，也容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎異音或離合器片損壞之現(xiàn)象。機(jī)械

37、式限速差速器響應(yīng)速度快，靈敏度高，限滑比例可根據(jù)壓板和離合片的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，可調(diào)范圍廣，但造價(jià)高，耐久性不好，當(dāng)離合器片磨損時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)“嘎！嘎！”的噪音 ?4? ，因此需要做定期的維修，這也是其缺點(diǎn)之一。</p><p>　　2 離心式限速差速器的基本原理及方案的確定 </p><p>　　首先設(shè)定車(chē)輛的基本參數(shù)。</p><p>　　表 1 車(chē)輛的基本參數(shù)

38、</p><p>　　Tab.1 The basic parameters of the vehicle </p><p>　　在此，在普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.1對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 </p><p>　　圖 2 差速器工作原理</p><p>　　Fi

39、g.2 The working principle of differential </p><p>　　如圖 2 所示，對(duì)稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼 3 與行星齒輪軸 5 連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪 6 固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為?0 ；半軸齒輪 1 和 2 為從動(dòng)件，其角速度為?1和?2 。A、B 兩點(diǎn)分別為行星齒輪 4 與半軸齒輪 1 和 2 的嚙合點(diǎn)。行

40、星齒輪的中心點(diǎn)為 C，A、B、C 三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r。</p><p>　　當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑r上的 A、B、C 三點(diǎn)的圓周速度都相等，其值為?0 r。于是?1=?2 =?0 ，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼 3 的角速度。</p><p>　　當(dāng)行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5 以角速度?4 自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙

41、合點(diǎn) A 的圓周速度為?1 r=?0 r +?4 r，嚙合點(diǎn) B 的圓周速度為?2 r =?0 r -?4 r。于是</p><p>　　?1 r+?2 r =（?0 r +?4 r）+(?0 r -?4 r ) </p><p>　　即?1+ ?2 =2?0（1）若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n表示，則</p><p>　　n1 ? n2

42、? 2n0（2）式（2）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。</p><p>　　由式(2）還可以得知：①當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；②當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為

43、零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類(lèi)車(chē)輛上 ?5?。</p><p>　　2.2 離心鎖止機(jī)構(gòu)

44、方案的確定 </p><p>　　在進(jìn)行離心鎖止機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，參考了 VE 型柴油分配泵和 R801 調(diào)速器中的離心飛錘機(jī)構(gòu) ?6? 。</p><p>　　圖 3 VE 分配泵調(diào)速器離心飛錘結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　Fig.3 The schematic diagram of VE distribution pump governor flyweight

45、 structure </p><p>　　3 差速器齒輪主要參數(shù)的選擇與計(jì)算 </p><p>　　由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。</p><p>　　3.1 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 </p><p

46、>　　3.1.1.行星齒輪數(shù)目的選擇 </p><p>　　載貨汽車(chē)采用 2 個(gè)行星齒輪。</p><p>　　3.1.2.行星齒輪球面半徑RB的確定 </p><p>　　圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑RB它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。</p>

47、<p>　　球面半徑RB可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定：RB ? KB3 T mm 式中：KB ——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取 2.52～2.99，對(duì)于有 2 個(gè)行星齒輪的</p><p><b>　　載貨汽車(chē)取小值；</b></p><p>　　T——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取Tce 和Tcs 的較小值，N·m. 計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算&

48、lt;/p><p>　　r nr p i =0.3770 </p><p>　　vamax ghi (3) </p><p>　　式中：rr ——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，rr ? 0.398migh——變速器高檔傳動(dòng)比，igh ?1 根據(jù)所選定的主減速比i0 值，就可基本上確定主減速器的減速型式（單級(jí)、雙級(jí)等以

49、及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車(chē)總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。把</p><p>　　np ? 5200r / min , vamax ?140km/h , rr ? 0.398m , igh ?1代入公式（3）計(jì)算出i0 ? 5.91 從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcekd T emax k i1i f i0?</p><p><b>　　T ce ?n</b><

50、/p><p>　　(4) 式中：</p><p>　　Tce —計(jì)算轉(zhuǎn)矩，Nm；</p><p>　　Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax ?158N m?</p><p>　　n—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，1；</p><p>　　i f —變速器傳動(dòng)比，if ? 3.704；i0 —主減速器傳動(dòng)比，

51、i0 =5.91 </p><p>　　η —變速器傳動(dòng)效率，η =0.96； k—液力變矩器變矩系數(shù)，K=1；kd —由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，kd =1；i1 —變速器最低擋傳動(dòng)比，i1 =1；</p><p><b>　　代入式（4），有：</b></p><p>　　Tce =3320.4 Nm </p><p

52、><b>　　主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　T=896.4Nm </p><p><b>　　根據(jù)上式</b></p><p>　　RB =2.7 3 3320..4 =40mm </p><p><b>　　所以預(yù)選其節(jié)錐距</b></p&g

53、t;<p><b>　　A0 =40mm </b></p><p>　　3.1.3行星齒輪與半軸齒輪的選擇 </p><p>　　為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于 10。半軸齒輪的齒數(shù)采用 14～25，大多數(shù)汽車(chē)的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比z1/ z2在 1.5～2.0 的范圍內(nèi)。</p>&

54、lt;p>　　差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù) z2L ，z2R 之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周?chē)?，否則，差速器將無(wú)法安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為：</p><p>　　z2L ? z2R ? I</p><p>　　n

55、 (5) </p><p>　　式中：z2L，z2R ——左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器來(lái)說(shuō)z2L = z2R</p><p>　　n——行星齒輪數(shù)目；I ——任意整數(shù)。</p><p>　　在此Z1 ?36，Z2 ?60滿足以上要求。</p><p&g

56、t;　　3.1.4差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角?1，?2</p><p>　　Z130.96o?1 ? 90o?2 ? 5 9 . 0 3o</p><p>　　?1 ? arctan ?</p><p><b>　　Z2</b></p><p>　　再按下式初

57、步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m</p><p>　　2A0 sin?1 ? 2A0 sin?2 ? 2*40.27sin30.96o ? 3.35 m?</p><p><b>　　Z1Z212</b></p><p>　　查閱文獻(xiàn)取 m=4mm </p><p>　　得d1 ? mz1 ? 4*

58、36 ?1 4 4 d2 ? mz2 ? 4*60 ? 2 4 0 </p><p>　　3.1.5 壓力角α </p><p>　　目前，汽車(chē)差速器的齒輪大都采用 22.5°的壓力角，齒高系數(shù)為 0.8。最小齒數(shù)可減少到 10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓

59、力角為 20°的少，故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選 22.5°的壓力角。</p><p>　　3.1.6 行星齒輪安裝孔的直徑?及其深度L </p><p>　　行星齒輪的安裝孔的直徑?與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔</p><p>　　的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常?。篖 ?1.1?</p>

60、<p>　　2 T0?103T0?103 L??1.1? ???</p><p>　　??c??nl所以1.1??c?nl式中：</p><p>　　T0——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；在此取 3320.4N·m n——行星齒輪的數(shù)目；在此為 4 </p><p>　　' l——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x

61、，mm，l≈0.5d 2 ，d2 為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d2 ≈0.8d2 ；??c?——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa 根據(jù)上式d2 =0.8*240=192mm l =0.5×192=96mm </p><p><b>　　3320*103</b></p><p>　

62、　???10.7L=1.1*10.7=11.8 </p><p>　　1.1*69*4*96</p><p>　　差速器齒輪的幾何計(jì)算 ?7?表 2 汽車(chē)差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表</p><p>　　Tab.2 Calculating table of geometries of differential straight bevel gear &

63、lt;/p><p><b>　　z1</b></p><p>　　?1 ? arctan?2 ? 90???1</p><p><b>　　z2</b></p><p><b>　　續(xù)表2 </b></p><p>　　節(jié)錐距 A0 ??=40mm

64、</p><p><b>　　周節(jié) </b></p><p><b>　　齒頂高 </b></p><p><b>　　齒根高 </b></p><p><b>　　徑向間隙 </b></p><p><b>　　齒根角

65、</b></p><p><b>　　面錐角 </b></p><p><b>　　根錐角 </b></p><p><b>　　外圓直徑 </b></p><p><b>　　節(jié)圓頂點(diǎn)至</b></p><p><

66、;b>　　齒輪外緣距</b></p><p><b>　　離 </b></p><p><b>　　理論弧齒厚 </b></p><p>　　齒側(cè)間隙 2sin?12sin?2</p><p>　　a2 ???? z2 ?2 ?</p><p>　　?o

67、1 ??1??2；?o2 ??2 ??1</p><p>　　?o2=66.01° </p><p>　　?R1=26.64° </p><p>　　?R1 ??1??1；?R2 ??2 ??2</p><p>　　?R2=52.05° </p><p>　　3.2 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算

68、</p><p>　　差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車(chē)輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速 V 器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度?w為</p><p>　　2Tkks m 103</p><p>　　?w ?? kmbd J

69、</p><p>　　v2 2 n (6) 式中：T ——差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，</p><p><b>　　其計(jì)算式</b></p><p>　　T ?T 0 ?0.6 n在此T 為 498.06N·m；

70、</p><p>　　n——差速器的行星齒輪數(shù)；</p><p>　　z2——半軸齒輪齒數(shù)；</p><p>　　Ks——尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，m4</p><p>　　Ks ? 4Ks ? 4</p><p>　　當(dāng)ｍ? 1.6時(shí)，25.4，在此25.4＝0.629 </p

71、><p>　　Km——載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，Km＝1.00～1.1；其他方式支承時(shí)取 1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值。</p><p>　　Kv ——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取 1.0; </p><p>　　J ——計(jì)算汽車(chē)差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，由圖可查得J =0.225 彎曲

72、計(jì)算用綜合系數(shù)</p><p>　　根據(jù)上式?w= =478.6MPa〈980 MPa </p><p>　　所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。</p><p>　　3.3 差速器齒輪的材料 </p><p>　　差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，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、20CrMo

73、Ti、22CrMnMo 和 20CrMo 等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　4 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) </p><p>　　驅(qū)動(dòng)半軸位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車(chē)輪。對(duì)于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋，車(chē)輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸；對(duì)于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，車(chē)輪傳動(dòng)裝置為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。</p>&l

74、t;p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定半軸采用半浮式半軸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)采用以突緣直接與車(chē)輪輪盤(pán)及制動(dòng)鼓相聯(lián)接。</p><p>　　4.1 半浮式半軸桿部半徑的確定 </p><p>　　半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定其計(jì)算載荷。半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：</p><p>　　縱向力 X2 最大時(shí)(X2＝Z2?)，附著系數(shù)預(yù)取 0

75、.8，沒(méi)有側(cè)向力作用；</p><p>　　側(cè)向力 Y2 最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為 Z2?1中，，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)?1，在計(jì)算中取 1.0，沒(méi)有縱向力作用；</p><p>　　垂向力 Z2 最大時(shí)，這發(fā)生在汽車(chē)以可能的高速通過(guò)不平路面時(shí)，其值為</p><p>　　(Z2-gw)kd，kd 是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒(méi)有縱向力和側(cè)向力的作用。<

76、/p><p>　　由于車(chē)輪承受的縱向力、側(cè)向力值的大小受車(chē)輪與地面最大附著力的限制，即</p><p>　　Z2?? X22 ?Y22</p><p>　　故縱向力 X2 最大時(shí)不會(huì)有側(cè)向力作用，而側(cè)向力 Y2 最大時(shí)也不會(huì)有縱向力作用。</p><p>　　參考文獻(xiàn)初步確定半軸直徑在 0.040m。</p><p>　　

77、半浮式半軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下三種載荷工況：</p><p>　　（1）縱向力Fx2 最大，側(cè)向力Fy2為 0：此時(shí)垂向力Fz2 ? m2' G2 /2，G2 取 10500N</p><p>　　縱向力最大值Fx2 ?Fx2??m2' G2?/2，計(jì)算時(shí)m2' 可取 1．2，?取 0．8。得Fx2 =6300N </p><p>　　Fy2=5

78、040N </p><p>　　半軸彎曲應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力?為</p><p>　　?32a Fx22 ? Fz22</p><p>　　??? ??d 3</p><p><b>　　?</b></p><p><b>　　?16Fx2rr</b></p&

79、gt;<p>　　???? ?d 3</p><p>　　式中，a 為輪轂支承軸承到車(chē)輪中心平面之間的距離，a 取 0.06m </p><p>　　?=77.08Mpa ?=199.63Mpa </p><p><b>　　22</b></p><p>　　合成應(yīng)力?=

80、σ ?4τ =406Mpa 側(cè)向力Fy2最大，縱向力Fx2 =0，此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑：外輪上的垂直反力Fz2o 。</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　和內(nèi)輪上的垂直反力 FZ2i 分別為</p><p><b>　　hg</b></p><p>　　Fz20?G2 (0

81、.5? ?1)</p><p><b>　　{B2</b></p><p>　　Fz2i?G2-Fz2o</p><p>　　式中，hg 為汽車(chē)質(zhì)心高度參考一般計(jì)算方法取 738.56mm；B2為輪距B2=1430m </p><p>　　?1為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取 1.0。外輪上側(cè)向力Fy2o和內(nèi)輪上側(cè)向力Fy

82、2i 分別為</p><p>　　{Fz20 ?Fz2o?1</p><p>　　Fz2i ?Fz2i?1</p><p>　　內(nèi)、外車(chē)輪上的總側(cè)向力 Fy2為G2?1。這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力?0 和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力?i 分別為</p><p>　　?32(Fy2orr ? Fz2oa)</p><p>　　?

83、??0 ??d 3</p><p><b>　　?</b></p><p>　　????i ? 32(Fy2?irdr ?3 Fz2ia) </p><p>　　?0 = 565.1mpa ?i =666.4 mpa </p>

84、<p>　　(3)汽車(chē)通過(guò)不平路面，垂向力 Fz2 最大，縱向力Fx2 ? 0，側(cè)向力Fy2?0：此時(shí)垂直</p><p><b>　　1</b></p><p>　　力最大值 Fz2為：F 2 2? kG r2</p><p>　　式中，是為動(dòng)載系數(shù)，轎車(chē)：k ?1.75，貨車(chē)：k ? 2.0，越野車(chē)：k ? 2.5。</p&

85、gt;<p><b>　　半軸彎曲應(yīng)力，為</b></p><p>　　32Fz2a 16kG2a 87.7Mpa</p><p>　　?? d3 ? d3 ?</p><p><b>　　??</b></p><p>　　故校核半徑取 0.04m 滿足合成應(yīng)力在 600mpa -7

86、50mpa 范圍。</p><p>　　4.2 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 </p><p>　　在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。半軸花鍵的剪切應(yīng)力為</p><p><b>　　T?103</b></p><p><b>　　?s ?</b></p><

87、p>　　??DB ?dA ??zLpb?</p><p><b>　　?4?（7）</b></p><p>　　半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為</p><p><b>　　T ?103</b></p><p><b>　　?c ? </b></p><p&

88、gt;　　z ? Lp ???[(DB ? d A )/4]?(DB ? d A )/2 （8）</p><p>　　式中 T——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，T=3320.4Nm；</p><p>　　DB ——半軸花鍵(軸)外徑，DB =44mm；dA ——相配的花鍵孔內(nèi)徑，dA =40mm； z——花鍵齒數(shù)，在此取 20；</p><p&

89、gt;　　Lp——花鍵工作長(zhǎng)度，Lp=55mm；</p><p>　　b——花鍵齒寬，b=3.75 mm；</p><p>　　?——載荷分布的不均勻系數(shù)，取 0.75。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式（7）、（8）得：?b =51.1Mpa ?c =95.8 MPa </p><p>　　根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力[?

90、s ]不應(yīng)超過(guò) 71.05 MPa，擠壓應(yīng)力</p><p>　　[?c ]不應(yīng)超過(guò) 196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。</p><p>　　4.3 半軸其他主要參數(shù)的選擇 </p><p>　　查閱資料得花鍵其他參數(shù)：齒數(shù)：20 齒，模數(shù)：1.5, </p><p>　　4.4 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料與熱處理 </p>&

91、lt;p>　　為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取 10 齒(轎車(chē)半軸)至 18 齒(載貨汽車(chē)半軸)。半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量增大各過(guò)渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中。重型車(chē)半軸的桿部較粗，外端突緣也很大，當(dāng)無(wú)較大鍛造設(shè)備時(shí)可采用兩端均為花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡(jiǎn)化</p><p&g

92、t;　　工藝。在現(xiàn)代汽車(chē)半軸上，漸開(kāi)線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。</p><p>　　半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如 40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，</p><p>　　35CrMnSi，35CrMnTi 等。40MnB 是我國(guó)研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過(guò)去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為 HB388—4

93、44(突緣部分可降至 HB248)。近年來(lái)采用高頻、中頻感應(yīng)淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá) HRC52～63，硬化層深約為其半徑的 1／3，心部硬度可定為 HRC30 —35；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度可定在 HB248～277 范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強(qiáng)度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過(guò)渡圓角等工藝，使半軸的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高得十分顯著。由于這些先進(jìn)工藝

94、的采用，不用合金鋼而采用中碳(40 號(hào)、45 號(hào))鋼的半軸也日益增多。 </p><p>　　5 離心鎖止機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) </p><p>　　5.1 離心飛錘結(jié)構(gòu)形式的選擇 </p><p>　　表3 飛錘結(jié)構(gòu)形式 </p><p>　　Tab.3 The fly hammer structure </p><p>

95、　　由上表可知，R801 型的飛錘具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)，故選用此型號(hào) ?8?。</p><p>　　5.2 離心飛錘的設(shè)計(jì)與計(jì)算 </p><p>　　5.2.1離心飛錘介入轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　當(dāng)車(chē)輪打滑時(shí)，比如一輪陷入泥坑或懸空時(shí)，動(dòng)力全傳遞給附著力較低的車(chē)輪。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘 5000 轉(zhuǎn)，變速器掛入一檔。則此時(shí)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

96、速比上一檔變速比與主減速比之積</p><p>　　5000?3.9*4.5? =285 r/m in </p><p>　　半軸齒輪與行星齒輪之比為 20:12 則可以求得應(yīng)使離心飛錘介入時(shí)的行星齒輪轉(zhuǎn)速為</p><p>　　285*（20:12）=475 r/min </p><p>　　5.2.2 飛錘在靜態(tài)下重心位置的確定

97、</p><p>　　由于飛錘的形狀不規(guī)則，求解其重心比較困難。但利用 SolidWorks 中的質(zhì)量特性，求解飛錘的重心就十分方便了。如圖 4 所示 ?9?。</p><p>　　圖 4 利用 Solidworks 確定飛錘重心</p><p>　　Fig.4 The fly hammer weight determined by Solidworks <

98、;/p><p>　　由上圖結(jié)合安裝位置，可得到飛錘質(zhì)心到旋轉(zhuǎn)中心的距離為 r=34mm。將材質(zhì)設(shè)定為鑄鋼，得其質(zhì)量 m=0.25kg </p><p>　　已知轉(zhuǎn)速 n=475r/min=7.92r/s 可得到?=2?n=50 rad/s 則離心力F ? mr?2 ?0.25*0.34*50^2=212.5N </p><p>　　5.3 調(diào)

99、速?gòu)椈傻脑O(shè)計(jì) </p><p>　　圖 5 R801 型飛錘及其調(diào)速?gòu)椈晌恢檬疽鈭D</p><p>　　Fig.5 The R801 flying hammer and governor spring location diagram </p><p>　　在這種飛錘部件結(jié)構(gòu)中，調(diào)速?gòu)椈梢惭b在飛錘之中。飛錘的離心力和調(diào)速?gòu)椈闪χ苯悠胶?。?/p>

100、以在飛錘銷(xiāo)處也不承受飛錘離心力和調(diào)速?gòu)椈闪?。調(diào)速?gòu)椈傻耐舛擞蓮椈赏庾ㄟ^(guò)螺帽支承于固定在飛錘支架上的螺柱上，而內(nèi)端則由彈簧內(nèi)座通過(guò)帶有兩個(gè)刀口的彈簧座承受飛錘的離心力。</p><p>　　圖 6 飛錘起始位置</p><p>　　Fig.6 Starting position of the fly hammer </p><p>　　圖 7 飛錘極限位置&

101、lt;/p><p>　　Fig.7 Limit position of the fly hammer 通過(guò)面兩圖，容易得出飛錘的行程 x=0.2m </p><p>　　則F? ? m?2?r ? x?=337.5N </p><p>　　設(shè)彈簧剛度為 k，彈簧在起始位置壓縮量為 x0，聯(lián)立方程組求解：</p><p>　　??kx0 ? F

102、</p><p>　　?k(x0 ? x) ? F?</p><p>　　式中：F=212N ,F'=250N,x=0.2 </p><p>　　解得：k=627.5N/m，x0=0.338m </p><p>　　根據(jù)上面求出的結(jié)果。選用 YA 0.5×8×70—左 GB/T 2089 彈簧。</p&g

103、t;<p>　　6 直齒圓錐齒輪的仿真分析 </p><p>　　圓錐齒輪能夠傳遞任意兩相交軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力, 其中, 直齒圓錐齒輪是圓錐齒輪中最簡(jiǎn)單的一種,其節(jié)錐齒線為徑向直線形, 輪齒走向沿圓錐母線方向,齒面節(jié)線通過(guò)節(jié)錐頂點(diǎn), 其齒長(zhǎng)上各點(diǎn)的螺旋角都是零度, 因此它的軸向力是各種齒線型式錐齒輪中最小的。直齒圓錐齒輪其特點(diǎn)是便于制作, 軸向力較小, 支承系統(tǒng)簡(jiǎn)單, 甚至可以用滑動(dòng)軸承, 可以減少安

104、裝空間。</p><p>　　對(duì)直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度校核通常采用齒輪手冊(cè)中傳統(tǒng)的校核計(jì)算方法, 但隨著現(xiàn)代齒輪加工工藝的迅速發(fā)展, 尤其是齒輪精鍛技術(shù)的進(jìn)步, 現(xiàn)在的汽車(chē)差速器采用精鍛齒輪的日益廣泛, 相比傳統(tǒng)工藝加工的齒輪, 這類(lèi)齒輪的尺寸更小, 而強(qiáng)度更高, 所以傳統(tǒng)齒輪設(shè)計(jì)中采用的設(shè)計(jì)及校核方法顯得相對(duì)保守。為了更準(zhǔn)確的對(duì)齒輪進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析, 使用先進(jìn)的 CAE 工具顯得愈加重要。本文利用 Solid

105、Works 軟件強(qiáng)大的實(shí)體建模與有限元功能對(duì)差速器行星齒輪和半軸齒輪進(jìn)行了建模與有限元分析, </p><p>　　6.1 直齒圓錐齒輪參數(shù)化建模 </p><p>　　6.1.1 直齒圓錐齒輪建模原理 圓錐齒輪齒廓表面為球面漸開(kāi)線, 其方程為</p><p>　　??? l( s i n?s i n?? c o s?c o s?c o s?)</p>

106、<p><b>　　?</b></p><p>　　?y ? l(? c o s?s i n?? s i n?c o s?s i n?)</p><p><b>　　?</b></p><p>　　?z ? l c o s?c o s?</p><p>　　式中參數(shù)的幾何關(guān)系見(jiàn)圖

107、8。</p><p>　　圖 8 球面漸開(kāi)線形成過(guò)程中的幾何關(guān)系</p><p>　　Fig.8 The geometric relations of spherical involute in forming process </p><p>　　其中,l ? x2 ? y2 ? z2 , 為球面方程式;θ 為基錐角; φ 為 O'C 與 ON1 之間

108、的夾角;ψ 為 OA 與瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸 ON 1 之間的夾角。利用球面漸開(kāi)線方程我們就能準(zhǔn)確地求出球面漸開(kāi)線齒廓表面的形狀。6.1.2 直齒圓錐齒輪的基本參數(shù) 直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)參見(jiàn)表 2。</p><p>　　6.2 錐齒輪建模方法 </p><p>　　6.2.1 建模步驟</p><p>　　在采用 CAD/ CAM/ CAE 集成化軟件 SolidWork

109、s 進(jìn)行錐齒輪參數(shù)化建模的過(guò)程中, 將 SolidWorks 的三維參數(shù)化造型、表達(dá)式處理、自由曲面掃描等功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)。具體步驟如下 ?10?: </p><p>　　(1). 根據(jù)直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸的計(jì)算公式, 算出所有建模所需的齒輪幾何參數(shù), 特別是基圓錐的幾何參數(shù)。</p><p>　　(2). 畫(huà)出直齒圓錐齒輪的基圓錐、齒根圓錐、分度圓錐、齒頂圓錐。</p&

110、gt;<p>　　(3). 根據(jù)球面漸開(kāi)線齒廓面方程畫(huà)出齒輪的左、右齒廓面。</p><p>　　(4). 根據(jù)齒廓面的邊界線, 分別畫(huà)出齒輪的大端、小端、齒頂和齒根, 從而得到封閉的輪齒。</p><p>　　(5). 將這個(gè)輪齒沿分度圓錐進(jìn)行拷貝, 從而得到完整的齒輪實(shí)體。</p><p>　　在具體建模過(guò)程中, 可以利用SolidWorks 知識(shí)

111、庫(kù)中的公式f ( x ) 將齒輪的重要基本參數(shù)( 如齒數(shù) z 、模數(shù) m、壓力角 a 、基圓半徑 rb、齒頂圓半徑 rk 、分度圓半徑 r、齒根圓半徑 rf ) 參數(shù)化表示, 利用 SolidWorks 建立關(guān)于球面漸開(kāi)線齒廓面上坐標(biāo) x 、y、z 的參數(shù)方程。這種方法的好處在于齒輪參數(shù)改變時(shí), 只需改變基本參數(shù)的取值, 漸開(kāi)線齒廓就會(huì)自動(dòng)更新。</p><p>　　6.2.2 齒輪模型的生成 </p>

112、;<p>　　利用上述方法生成的錐齒輪輪齒模型如圖9所示。 </p><p>　　圖 9 錐齒輪球面漸開(kāi)線輪齒</p><p>　　Fig.9 Bevel gear with spherical involute tooth</p><p>　　在對(duì)輪齒根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行沿分度圓錐拷貝后,便可以形成直齒圓錐齒輪的雛形。然后在根實(shí)際制造方法、安裝尺寸及

113、提高工作強(qiáng)度等方面的要求對(duì)齒輪模型進(jìn)行后期完善( 如對(duì)于本例, 考慮鍛造方法和強(qiáng)度要求, 在輪齒間有一定厚度有加強(qiáng)筋, 從而在滿足裝配要求的前提下有效提高了工作強(qiáng)度) 。最后得到差速器行星齒輪和半軸齒輪的三維模型如圖 10、圖 11 所示, 其中半軸齒輪漸開(kāi)線內(nèi)花鍵的建模方法與前述一樣, 在此不再贅述。</p><p>　　圖 10 行星齒輪三維幾何模型</p><p>　　Fig.10

114、 3D geometric model of Planetary gear </p><p>　　圖 11 半軸齒輪三維幾何模型</p><p>　　Fig.11 3D geometric model of Half axle gear </p><p>　　6.3 齒輪有限元分析 </p><p>　　6.3.1 齒輪有限元分析概

115、述 </p><p>　　齒輪的有限元分析總體上可分成 3 個(gè)部分: 前處理部分, 分析計(jì)算部分以及后處理部分, 如圖 12 所示。前處理部分主要是生成有限元模型, 對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、加載, 得到有限元模型的相關(guān)數(shù)據(jù); 分析計(jì)算部分根據(jù)有限元模型的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行有限元分析; 后處理是有限元計(jì)算輸出結(jié)果的加工階段, 主要包括數(shù)據(jù)輸出和圖形顯示, 由于后兩個(gè)階段采用批處理方式和單純的輸出形式, 所以人工干預(yù)不多,