1、汽车后桥传动系统设计摘要一般车辆广泛使用的差速器为对称式圆锥齿轮差速器，是由一系列部件组成的机械系统，包含有行星齿轮轴，半轴齿轮（2个），行星齿轮（4个），差速器（包含有左、右两个壳），行星及半轴齿轮垫片等部分，具有结构简单可靠的优点，广泛的使用带来了成熟的制造工艺，工况稳定，作为一种成熟的设计形式广泛用于车辆制造领域。本文以传差速器为模型，深入研究了相关设计方法，以货车（2吨）车型的各项参数为依据，通过确定选择差速器齿轮基本参数、设计几何算法确定此差速器的外形、结构，并进行强度计算，保证此圆锥行星齿轮差速器强度达到工作要求。最后，选择差速器的材料和制造工艺。关键词：差速器、行星齿轮、圆锥齿轮
2、目 录第一部分 差速器设计及驱动半轴设计1 车型数据 32 普通圆锥齿轮差速器设计42.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的差速原理 4 2.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构82.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算82.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择82.3.2 差速器齿轮的几何计算112.3.3 差速器齿轮的强度计算132.3.4差速器齿轮的材料153 驱动半轴的设计 143.1 半浮式半轴杆部半径的确定163.2 半轴花键的强度计算183.3 半轴其他主要参数的选择173.4半轴的结构设计及材料与热处理19第二部分 6109客车总体设计要求 19 1. 6109客车车型数据 191.
3、1尺寸参数 191.2质量参数 19 1.3发动机技术参数 191.3传动系的传动比 191.5轮胎和轮辋规格 202. 动力性计算 202.1发动机使用外特性 20 2.2车轮滚动半径 20 2.3滚动阻力系数f 202.4空气阻力系数和空气阻力 202.5机械效率 20 2.6计算动力因数 20 2.7确定最高车速 22 2.8确定最大爬坡度 22 2.9确定加速时间 23 3.燃油经济性计算 23 4.制动性能计算234.1最大减速度234.2制动距离S234.3上坡路上的驻坡坡度i1max：244.4下坡路上的驻坡坡度i2max：24 5. 稳定性计算 24 5.1纵向倾覆坡度：245
4、.2横向倾覆坡度 24 N 结束语 24 参考文献 26 第一部分 凸块式滑动齿轮差速器的设计1 车型数据1.1参数表参数名称 数值 单位汽车布置方式 前置后驱 总长 4320 mm 总宽 1750 mm 轴距 2620 mm前轮距 1455 mm后轮距 1430 mm整备质量 1480 kg总质量 2100 kg发动机型式 汽油 直列 四缸 排量 1.993 L最大功率 76.0/5200 KW最大转矩 158/4000 NM 压缩比 8.7:1离合器 摩擦式离合器 变速器档数 五档 手动轮胎类型与规格 185R14 km/h转向器 液压助力转向前轮制动器 盘后轮制动器 鼓 前悬架类型 双叉
5、骨独立悬架后悬架类型 螺旋弹簧最高车速 140 km/h2 凸块式滑动齿轮差速器设计汽车在正常的行驶路段，由于路面不可能做到绝对平面及其弯道等复杂路况的存在，同一时段里两侧车轮通过的路程（以轮胎表面线速度计算）必然不相同。常见工况如下：拐弯时，车轮用滚痕计算，外侧滚痕长明显大于内侧滚痕长；车轮在不平的道路上行驶，路面车轮的高度、波形、起伏不可避免地导致车轮的滚痕不相等；即使道路平直，轮胎载荷的不平衡、气压的差异、轮胎胎面磨损、路面参数的差异以及制造工艺、材料特性误差等因素也必然引起两侧车轮行程不相等。若在两侧车轮间采用刚性驱动桥连接，则会必然引起驱动轮侧向滑移或偏离行驶方向的滑转，长久下去会严
6、重磨损轮胎品质，增大功率损失，浪费燃料，进而严重影响操纵品质。汽车驱动轮间的差速器的作用就是通过在驱动桥两侧车轮间形成柔性连接，形成两侧不同的旋转角速度，确保汽车正常行驶的基本操作品质工况，满足运动学要求。差速器的定义为通过在两输出轴间协调合理配置转矩力矩，从而使输出轴根据实际工况的变化调整两侧旋转角速度，保证汽车行驶要求的部件。本文以对称式圆锥行星齿轮差速器进行分析设计。2.1 滑动齿轮差速器的差速原理图2-1 差速器差速原理 图2-1所示差速器采用对称式锥齿轮布局，行星齿轮轴5和差速器壳3以行星架结构相连。主动部分从运动齿轮6连接到主减速器，以角速度带动半轴齿轮从动件以角速度、转动。行星齿
7、轮4、半轴齿轮啮合于A、B点，C点为行星齿轮中心，A、B、C点与旋转中心轴线距离相等，设置为。 当行星架带动行星齿轮以差速器旋转轴线为中心轴线进行公转运动时，线速度的计算公式为。A、B、C由于距离中心旋转轴线的距离相同，因此圆周速度（线速度）一样（如图2-1），故=，所以机构没有起到差速功能，半轴角速度为壳3角速度。当行星齿轮4在公转同时还进行自转运动时情况则发生了变化，设自转以角速度围绕轴5转动时，A点圆周速度为与两者线速度之和，B点的圆周速度为与两者线速度之差。+=（+）+(-) 得 + =2 （2-1） 以每分钟转数0（单位：转/分钟）表示角速度，则 （2-2）同时，也可以知道：1当一半
8、齿轮的速度为零时，另一方仍然保持两倍于差壳的速度；2当传动轴被中央制动器制动时，例如，差分壳的速度降低到零。如果一个半轴齿轮因扭矩而旋转，则另一方以相同的速度旋转。也就是说，此类差速器采用对称式形制，上式表征了其运动特征，两半轴齿轮具有相同的直径。通过特征方程得出结论：齿轮转速之和相对独立于行星齿轮转速，数量关系上呈现两倍的关系。汽车行驶于各种工况时，差速器都可以在两侧驱动轮上实现转速差，确保不滑动。同时可知：由于两侧转速和为定值，当其中一侧为零时另一侧则保持两倍转速；如中央制动器制动传动轴差速器壳转速降为零，此时若一侧半轴齿轮转动，则另一侧同速向相反侧转动。2.2 对称式圆锥行星齿轮差速器结
9、构一般形制的对称式圆锥齿轮差速器由五个主要部分组成，即：行星齿轮轴，半轴齿轮（2个），行星齿轮（4个），差速器（包含有左、右两个壳），行星及半轴齿轮垫片等部分。如下图所示。具有结构简单可靠的优点，工况稳定，作为一种成熟的设计形式广泛应用。 2.3 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计和计算主减速器从动齿轮安装在差速器壳上，重点考虑因素有主动齿轮导向轴承承受能力和主减速器从动齿轮支承的最大值，应合理选择、确定主减速器相关部件的尺寸。2.3.1 差速器齿轮的基本参数的选择1.行星齿轮数目的选择 一般载货用的载重型汽车采用2个。 2.行星齿轮球面半径的确定 对一般齿轮差速器而言，由背球面半径决定其结构特征
10、，行星齿轮尺寸与圆锥齿轮节锥距相适应，符合强度特性。 由经验公式计算： mm 12(2-3) 其中通常取值2.522.99，载货汽车的行星齿轮球面半径系数通常取小值；T=MIN（Tce、Tcs）： （2-4） 根据i0(主减速比值)可得出选型结论即单双级、轮边减速器是否设置等结论，从而确定与汽车总布置相适应的减速型式。，动锥齿轮转矩Tce： （2-5） 其中：Tce计算转矩，Nm；Temax=158 Nm发动机最大转矩；N=1计算驱动桥数；if=3.704变速器传动比；i0 =5.91主减速器传动比；=0.96变速器传动效率；k=1液力变矩器变矩系数；Kd=1猛接离合器的动载系数；i1=1变速器最低挡传动比；代入式（2-5），得：Tce=3320.4 Nm计算主动锥齿轮转矩T=896.4Nm=2.7=40mm 所以确定选择节锥距40mm。3.行星齿轮与半轴齿轮的选择在满足要求的情况下适当减少行星齿轮齿数可以获得较大的模数，确保齿轮强度，但最低不得少于10。通常/=1.52.0，半轴齿数1425。半轴齿轮同时啮合行星齿轮的特点决定了确定齿轮齿数时需要重点考虑装配关系，其+(两侧半轴齿轮的齿数)必须是行星齿轮的整数倍，保证行星齿轮在半轴
