某型货车驱动桥设计
3 差速器设计
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。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。
3.1 差速器结构形式选择
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。它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。
普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。
强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。
查阅文献[5]经方案论证，差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上．有些越野汽车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置——差速锁等。
3.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计
a) 行星齿轮数n
通常情况下，货车的行星齿轮数n=4。
b) 行星齿轮球面半径Rb
行星齿轮球面半径Rb反映了差速器锥齿轮节锥矩的大小和承载能力。
Rb=Kb3Td=2.532560NM （3-1） 式中：
Kb—行星齿轮球面半径系数，Kb=2.5～3.0，对于有两个行星齿轮的轿车取最大值；
Td—差速器计算转矩，Nm； 将各参数代入式（3-1），有：
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Rb=34 mm
c）行星齿轮和半轴齿轮齿数z1和z2
为了使轮齿有较高的强度，z1一般不少于10。半轴齿轮齿数z2在14～25选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比数和必须能被行星齿轮齿数整除。
查阅资料，经方案论证，初定半轴齿轮与行星齿轮的齿数比数z2=24，行星齿轮的齿数 z1=12。
d） 行星齿轮和半轴齿轮节锥角γ1、γ
2及模数
z2在1.5～2.0的范围内，且半轴齿轮齿z1z2=2，半轴齿轮齿z1m
行星齿轮和半轴齿轮节锥角γ1、γ2分别为 γ
1=arctan??z1??12? =arctan?? （3-2） ??24??z2?γ
2=
?z??24?arctan?2? =arctan?? （3-3）
?12??z1?将各参数分别代入式（4—2）与式（4—3），有：
γ1=27°，γ2=63°
锥齿轮大端模数m为
m=
2A0sinγ1z1 =
2x125xsin27? （3-4）
12将各参数代入式（3-4），有：
m=5.497
查阅文献[3]，取模数m=5.5 e）半轴齿轮与行星齿轮齿形参数
按照文献[3]中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表3-1。 f）压力角α
汽车差速齿轮大都采用压力角α=22°30′，齿高系数为0.8的齿形。
表3-1半轴齿轮与行星齿轮参数
参 数 分度圆直径 符 号 d 半轴齿轮 141 96 行星齿轮 16
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齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿顶角 齿根角 分度圆锥角 顶锥角 根锥角 锥距 分度圆齿厚 齿宽 ha hf da df θa θf δ δa δf R s b 1.83 4.43 144 133 4°19′ 2°31′ 63° 67°19′ 60°29′ 47 9 20 3.76 2.5 103 84 2°31′ 4°19′ 27° 29°31′ 22°41′ 46 9 27 g)行星齿轮轴用直径d
行星齿轮轴用直径d（mm）为 d=
T0 311.4nm×103 = （3-5）
1.1?98MPa?4?46mm1.1?ζc?nrd式中：
T0—差速器壳传递的转矩，nm； n—行星齿轮数；
rd—行星齿轮支承面中点到锥顶的距离，mm； [ζc]—支承面许用挤压应力，取98 MPa； 将各参数代入式（4-5）中，有：
d=15.7mm，取16mm。
3.3 差速器齿轮的材料
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。在此选用20CrMnTi。
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3.4 普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算
差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合传动状态，只有当汽车转弯或左、右轮行使不同的路程时，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计算。轮齿弯曲应力ζw（MPa）为
ζw=
2Tkskm2?0.6?311.4nm?0.682?1.25 （3-6） ×103 =
1?5.5?20mm?141mm?0.01?4kvmb2d2Jn式中：
n—行星齿轮数；
J—综合系数，取0.01； b2—半轴齿轮齿宽，mm；
d2—半轴齿轮大端分度圆直径，mm； T—半轴齿轮计算转矩（Nm），T=0.6 T0；
ks、km、kv按照主减速器齿轮强度计算的有关转矩选取； 将各参数代入式（4-6）中，有：
ζw=852 MPa
按照文献[1], 差速器齿轮的ζw≤[ζw]=980 MPa，所以齿轮弯曲强度满足要求。
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4 驱动桥壳设计
驱动桥壳的主要功用是支撑汽车质量，并承受由车轮转来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车身；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体。
驱动桥壳设计应满足如下设计要求：
1）应具有足够的强度和刚度，它保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力。
2)在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高行驶平顺性。 3)保证足够的离地间隙。 4)保证工艺性好，成本低。
5)保证装于其上的传动系部件和防止泥水浸入。 6)拆装、调整、维修方便。
4.1 桥壳的结构型式
桥壳的结构型式大致分为可分式 a）可分式桥壳
可分式桥壳的整个桥壳由一个垂直接合面分为左右两部分，每一部分均由一个铸件壳体和一个压入其外端的半轴套管组成。半轴套管与壳体用铆钉联接。在装配主减速器及差速器后左右两半桥壳是通过在中央接合面处的一圈螺栓联成一个整体。其特点是桥壳制造工艺简单、主减速器轴承支承刚度好。但对主减速器的装配、调整及维修都很不方便，桥壳的强度和刚度也比较低。过去这种所谓两段可分式桥壳见于轻型汽车，由于上述缺点现已很少采用。
b）整体式桥壳
整体式桥壳的特点是将整个桥壳制成一个整体，桥壳犹如一整体的空心粱，其强度及刚度都比较好。且桥壳与主减速器壳分作两体，主减速器齿轮及差速器均装在独立的主减速壳里，构成单独的总成，调整好以后再由桥壳中部前面装入桥壳内，并与桥壳用螺栓固定在一起。使主减速器和差速器的拆装、调整、维修、保养等都十分方便。
整体式桥壳按其制造工艺的不同又可分为铸造整体式、钢板冲压焊接式和钢管扩张成形式三种。
铸造式桥壳的强度和刚度较大，但质量大，加工面多，制造工艺复杂，主要用于总质量较大的货车上。
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