学士学位论文 第2章 汽车主减速器的设计
?w?式中：
2Tck0kskmkvmtbdJW?103
?w——弯曲应力，单位为MPa
Tc——齿轮计算转矩
K0——齿根弯曲强度和齿面接触强度的过载系数，取K0= 1.0 Ks——齿根弯曲强度和齿面接触强度的尺寸系数，
当m?1.6时，K?4sm，在此Ks?25.446?0.69 25.4Km——齿面载荷分配系数，悬臂式，Km=1.1～1.25，取1.1
K?——质量系数，取K?=1.0
mt——端面模数，mt=6
J——轮齿弯曲应力的综合系数。取小齿轮的J=0.25，大齿轮J=0.20 代入公式，计算得：
?w1?2?1148.79?1?0.69?1.11?6?36?54?0.253?10MPa?645.88MPa?700MPa
?w2?2?3440.72?1?0.69?1.11?6?33?228?0.23?10MPa?402.12MPa?700MPa
所以所设计的主减速器齿轮弯曲强度是足够的，满足要求。
（3）轮齿表面接触强度计算
锥齿轮轮齿齿面接触应力为
Cp?j?D1
2Tzk0kskmkf?103
kvbJj式中:
?j——锥齿轮轮齿的齿面接触应力，单位为MPa d1——主动锥齿轮大端分度圆直径, d1=50mm
b—— b1和b1中较小值, b=33mm
Ks——尺寸系数，同上取0.69
kf——齿面品质系数，取kf=1.0
Cp——综合弹性系数，取Cp= 232.6N0.5/mm
K0, Km,K?与（2）中取值相同
Jj——齿面接触强度的综合系数，根据课本中的图取Jj=0.211
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学士学位论文 第2章 汽车主减速器的设计
由于主、从动齿轮相关尺寸相当，所以都能不大于接触强度许用值，满足要求。
（4）螺旋锥齿轮材料的选取
汽车主减速器在正常工作时工作状况比较复杂，工作频率也较高，因此主减速器锥齿
轮与其他部位的齿轮或者传动部件相比较，工作时间长、承受载荷多而复杂、各部分对其冲击大，其损坏形式主要有齿面磨损擦伤、齿根折断等。
随着化工及材料生产等技术的发展，目前汽车主减速器用的螺旋锥齿轮、双曲面锥齿轮都是采用合金钢材料，并且是渗碳合金钢。一般需对由渗碳合金钢制造出的齿轮进行渗碳、回火等处理，使轮齿表面硬度应达到58～64HRC，而轮齿内部硬度可以稍微低一点，一般达到32～45HRC即可。
渗碳合金钢的优点是表面含碳量高、表面硬、耐磨性和抗压性高，芯部较软、韧性好、耐冲击，其锻造及切削性能都较好，且生产效率高、节约材料，但齿形精度差。
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学士学位论文 第3章 差速器的设计
3 差速器的设计
3.1 差速器概述
汽车直线行驶或转向行驶时，左右车轮滚动速度往往是不相等的。左右车轮的载荷往往不一样、两轮胎内的气压也有所差异、轮胎胎面与路面的摩擦不均匀等造成了左右车轮滚动半径不等；而且一般情况下左右两车轮所接触的路面状况也不一样，左右车轮受到的行驶阻力不等。这样的话，无论怎么行驶两车轮都不会完全同步，均会导致车轮的侧滑、滑移、滑转等，汽车行驶的安全性、稳定性也会因此受到较大影响，转向不易、乘坐不舒适、燃油消耗增大等一系列问题都会衍生出来。因此，需要安装差速器来改善以上出现的种种情况。
差速器按其结构特征分类一般可分为对称锥齿轮式、滑块凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等几种形式。
3.2 差速器的工作原理
差速器主要由行星齿轮、行星齿轮轴、半轴齿轮和差速器壳体等组成，如图3.1。
图3.1 对称式锥齿轮差速器结构图
差速器是汽车正常行驶尤其转弯行驶时所必不可少的部件，也是驱动桥的主要构成部件。发动机的动力传出来之后，经变速器等传入主减速器后，直接驱动差速器壳。差速器壳再将动力传递到行星齿轮，由行星齿轮带动左、右半轴齿轮，进而驱动左右车轮。无论什么工况，一般而言，左、右半轴的转速之和应等于差速器壳转速的两倍。当汽车直线行驶时，左右半轴齿轮、行星齿轮以及驱动车轮三者的转速是相同的。当汽车转弯行驶时，由于汽车驱动车轮受力情况发生变化，会传递到左右半轴上，会破坏了差速器之前的平衡，转速将因此重新分配，内侧车轮转速会减小，外侧车轮转速增加，一段时间后将重新达到平衡状态，即成功完成转弯动作。
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学士学位论文 第3章 差速器的设计
3.3 差速器的结构形式选择
汽车上常采用的差速器一般是锥齿轮式差速器，该种差速器结构明确、构造简单、容易大规律生产、质量尺寸较小、工作稳定可靠，因此应用广泛。对称锥齿轮式差速器一般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。
普通锥齿轮式差速器又分为圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种，一般情况下，由于锥齿轮各方面性能较好，运行更稳定，汽车上的差速器广泛采用圆锥齿轮。
查阅汽车构造、底盘设计等文献资料，经多方面考虑，本设计中的差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。基本结构如上图3.1所示，工作示意图见下图3.2。
图3.2 普通锥齿轮式差速器示意图
如图3.2所示，主减速器上的从动锥齿轮与差速器壳相连，两者将会同时转动。在差速器组成上可以看出，差速器壳以及与其共同运动的行星齿轮轴是主动件，半轴齿轮以及半轴为从动件，半轴之后将会带动车轮转动，完成动力传递。
由图易知，行星齿轮既可以只绕着行星轴转动也可随着转弯等工况下绕着差速器壳中心轴线转动，即分为自转和公转。显然，自转时，左右半轴转速相同，对应于直线行驶工况；公转说明左右半轴转速存在差异，即是对应于转弯工况，实现差速。
无论什么行驶工况，左右半轴的转动角速度之和均等于差速器壳转动角速度的两倍 即 ?1+ ?2=2?0
若将角速度转化成转速n表示，则
n1?n2?2n0
3.4 普通锥齿轮差速器齿轮设计
3.4.1 差速器齿轮主要参数的选择
差速器齿轮基本参数主要有行星齿轮数、行星齿轮球面半径、行星齿轮齿数、半轴齿（1）一般根据汽车所受载荷状况来选择行星齿轮数n，承载的载荷不大时n可取两个，承载较大的情况下便需取四个，常用于载货汽车或越野汽车。由于本设计对象为普通轿车，则取n=2。
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轮齿数以及节锥角、模数、压力角等。
学士学位论文 第3章 差速器的设计
（2）行星齿轮背面的球面半径Rb其实就是行星齿轮安装时的极限尺寸，某种意义上
讲就是节锥距，这个尺寸与后期的建模装配有紧密联系，差速器的强度及承载能力有的时候也可以用该尺寸来衡量。
根据各文献中的经验公式确定：
Rb?Kb3Td?2.9?33440.72mm?43.78mm
式中:
Rb——球面半径，单位为mm
Kb——行星齿轮球面半径系数，Kb=2.52～2.99，取Kb=2.9 Td——计算转矩，Td?min?Tce,Tcs?=3440.72N·m
Rb确定后，可预选行星齿轮节锥距：
A0=(0.98～0.99) Rb=42.90～43.34mm
取A0=43mm
（3）当齿数较少时，可以使得齿轮模数较大，有利于提高轮齿强度以及增加工作稳定性，但一般不少于10。此设计中行星齿轮的齿数选择11，半轴齿数选择20。所选的半轴齿轮的齿数在14～25之间且半轴齿轮与行星齿轮的齿数比Z2/Z1常在1.5～2.0范围内，显然所选的行星齿数和半轴齿数能够符合相关要求。
（4）先根据相关公式求出行星齿轮和半轴齿轮的节锥角?1、?2：
?1?arctan(z1/z2)?28.81?
?2?arctan(z2/z1)?61.19?
再根据下式初步求出圆锥齿轮大端模数，即： m?2A0sin?1?2A0sin?2?3.76
z1z2圆整后取标准模数m?4。 选定标准模数后，分度圆直径d即可由下式求得：
行星齿轮的分度圆直径d1?mz1?4?11mm?44mm 半轴齿轮的分度圆直径d2?mz2?4?20mm?80mm
（5）压力角?的大小往往与轮齿齿高系数间有联系，以前的汽车差速器齿轮一般选用20o压力角，相对应的齿高系数一般为l.0，所选用齿轮的最少齿数应该是13。然而随着汽车设计加工技术的不断发展与完善以及相关性能的要求，目前汽车上差速器齿轮大都选用22o30′的压力角，对应的齿高系数可减小至0.8，此时齿轮的最少齿数可减至11左右。
（6）行星齿轮轴直径d（mm）为：
T0?103d??1.1[?c]nrd3440.72?103mm?22.33mm?22mm
1.1?98?2?3216
式中：