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运动型多功能车（SUV）汽车后桥设计及三维建模(8)

2013-09-28 01:11 转矩(N·m)，；为球面半径(mm)。

差速器行星齿轮球面半径 确定以后，可初步根据下式确定节锥距：

=(0.98～0.99)                      (3-2)

3）行星齿轮和半轴齿轮齿数的选择

通常我们取较大的模数使轮齿具有较高的强度，但尺寸会增大，于是又要求行星齿轮的齿数应取少些，但一般不少于10。半轴齿轮齿数在14～25选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比在1.5～2.0的范围内。

为使两个或四个行星齿轮能同时与两个半轴齿轮啮合，两半轴齿轮齿数和必须能被行星齿轮数整除，否则差速齿轮不能装配。

4）行星齿轮和半轴齿轮节锥角、及模数

行星齿轮和半轴齿轮节锥角、分别为

                       （3-3）

锥齿轮大端端面模数为

                (3-4)

5）压力角α

汽车差速齿轮一般采用压力角为22°30′、齿高系数为0.8的齿形。某些重型货车和矿用车采用25°压力角，以提高齿轮强度。

6）行星齿轮轴直径d及支承长度L

行星齿轮轴直径与行星齿轮安装孔直径相同，行星齿轮在轴上的支承长度也就是行星齿轮安装孔的深度。

行星齿轮轴直径d为

                             (3-5)

式中，T₀——差速器壳传递的转矩(N·m)，也就是从动锥齿轮计算转矩，可取T₀=T_d=min[T_ce,T_cs]进行计算。

n——行星齿轮数；

r_d——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，而半轴齿轮齿宽中点处平均直径约为0.8d₂，即r_d≈0.4 d₂；

[σ_c]——支承面许用挤压应力，取98Mpa。

行星齿轮在轴上的支承长度L为

                          (3-6)

3.2 差速器齿轮的几何尺寸计算

步骤详见参考文献[1]。

3.3 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计算。轮齿弯曲应力(MPa)为

                  （3-7）

式中，——行星齿轮数；

——综合系数；

、分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径(mm)；

——半轴齿轮计算转矩(N·m)， ；

、、按主减速器齿轮强度计算的有关数值选取。

差速器齿轮与主减速器齿轮一样，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

结合本例题，进行设计计算：

1）主要参数选择计算

（1）由于是货车差速器，行星齿轮数n选择4个。

（2）行星齿轮球面半径R_b和节锥距A₀的确定：R_b=28.565圆整为29，A₀=28。

（3）确定行星齿轮和半轴齿轮齿数

微型货车轮齿强度要求不太高，可以选取行星齿轮齿数z₁=12，半轴齿轮齿数z₂初选为20，两个半轴齿轮齿数和为32，能被行星齿轮数4整除，所以能够保证装配，满足设计要求。

（4）行星齿轮和半轴齿轮节锥角γ₁、γ₂及锥齿轮大端端面模数m

由式（3-3）计算可得：γ₁=31°，γ₁=59°

锥齿轮大端端面模数按照式（3-4）计算得：m=2.5mm。

行星齿轮分度圆直径d₁=mz₁=30mm；半轴齿轮分度圆直径d₂=mz₂=50mm。

（5）压力角α采用推荐值22°30′，齿高系数为0.8。

（6）行星齿轮轴直径d及支承长度L

按照式（3-6）代入数据计算得：d= 13.7 mm

则行星齿轮在轴上的支承长度L=15mm。

2）差速器齿轮的几何尺寸计算

可以编写程序进行计算（程序代码详光盘），计算结果如下：

结合本例，输入z₁=12; z₂=20;m=4.0; 切向修正系数τ=-0.051;齿侧间隙B=0.102;可得：

齿工作高h_g=6.400 mm

齿全高h=7.203 mm

压力角α=22.5°

节圆直径d₁=48.000 mm,d₂=80.000 mm

节锥角γ₁=32°, γ₂=58°

节锥距A0=46.648mm

齿面宽b=11.321 mm

齿顶高h₁^′=4.102mm，h₂^′=2.298mm

齿根高h₁^′′=3.050mm，h₂^′′=4.854mm

径向间隙c=0.803mm

齿根角δ₁= 3.686°， δ₂= 5.996°

面锥角γ₀₁=36.959°， γ₀₂=62.762°

根锥角γ_R1=27.278°， γ_R1=53.041°

外圆直径d₀₁=55.112mm，d₀₂=82.318mm

节锥顶点至齿轮外缘距离χ₀₁=35.338mm，χ₀₂=20.890mm

3）差速器齿轮强度计算

n=4，J选取0.257，半轴齿轮齿面宽b₂=11.3mm，半轴大端分度圆直径d₂前面计算得到64mm，质量系数k_v取1.0，由于模数m为4.0，大于1.6mm，因此尺寸系数k_s计算得0.629，齿面载荷分配系数k_m取1.0，半轴齿轮计算转矩T=0.6T₀，T₀可按照两种形式计算：

a)    当时， [σ_w]=980MPa；则σ_w=755.5MPa<[σ_w]满足设计要求。

b)      当T₀=T_cf时，[σ_w] =210MPa；则σ_w=227MPa>[σ_w]，超过设计要求8.1%，在采用较好的制造工艺和强度较大的材料后，基本能够满足设计要求。如不满足设计要求，则需要重新选取部分参数重新计算，例如行星齿轮球面半径系数可取较大值，计算较大的球面半径，从而预选出较大的节锥距，算出较大的模数，再通过程序计算出准确的节锥距及其它参数，详细过程略。

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4 半轴设计计算 4.1 机构形式分析

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