托森差速器的設(shè)計與仿真【帶SolidWorks三維】【6張CAD圖紙+畢業(yè)論文+答辯稿】

39頁 10000字數(shù)+論文說明書【詳情如下】

三維圖.dwg

從動錐齒輪.dwg

從動錐齒輪三維圖.dwg

圓柱滾子軸承.dwg

圓柱齒輪.dwg

圓錐滾子軸承.dwg

殼體三維圖.dwg

托森差速器SolidWorks三維圖+仿真視頻.rar

托森差速器的設(shè)計與仿真答辯稿.ppt

托森差速器的設(shè)計與仿真論文.doc

整體三維圖1.dwg

整體三維圖2.dwg

蝸桿.dwg

蝸輪.dwg

行星蝸輪三維.dwg

裝配圖.dwg

軸承三維圖.dwg

驅(qū)動軸1.dwg

驅(qū)動軸三維.dwg

托森差速器的設(shè)計與仿真

摘  要

 隨著世界汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車核心部件之一的差速器也在經(jīng)歷著巨大的變化，各式各樣的差速器應運而生，相對國外差速器的發(fā)展與研究水平，國內(nèi)相關(guān)設(shè)計與研究還處于追趕階段。本次設(shè)計課題就主要來源于此，針對一款具體車型作托森差速器的設(shè)計與仿真。

本次設(shè)計的具體要求是設(shè)計出差速器的結(jié)構(gòu)以及相應的尺寸，并進行三維建模以及運動仿真。針對此次設(shè)計，我做了以下工作，通過查閱大量的文獻，分析了過內(nèi)外差速器發(fā)展與研究現(xiàn)狀，了解了差速器的結(jié)構(gòu)，工作原理，以及種類。通過大量的對比分析出了每種差速器的優(yōu)點與缺點，綜合各方面的因素和實際情況選擇了托森差速器作為此次設(shè)計的方案。設(shè)計了托森差速器的主要結(jié)構(gòu)以及相關(guān)零件的尺寸，運用Solid Works軟件進行三維建模以及運動仿真。

關(guān)鍵詞：托森差速器;  三維建模;  運動仿真;  Solid Works

Torsen differential design and simulation

Abstract

    As we all know, with the rapid development of auto industry, as one of the core parts of the differential is also undergoing great changes ，A wide variety differentials arises at the historic moment. However, Compared with foreign differential development and research, domestic differentials needs to be improved. So, this design project is coming from this, for a specific model to do Torsen’s differential design and simulation.

The specific requirements of the design are to design a differential structure and the corresponding size, and motion simulation. For this design, I have done a lot of works. Through a large number of literatures, Analyzing the development and research level of foreign and domestic .Understanding the structure, principle, species of differentials. I have an knowledge of advantage and disadvantage of each differential. So I choose the torsen differential to do this design. I had designed its structure and corresponding size, did the simulation with the software of Solid works.

Key words ：Torsen differentials;   Motion simulation;   3D Modeling;  Solid Works

目錄

摘  要 I

Abstract II

第1章  前 言 2

1.1 課題的研究背景、及意義 2

1.2 國內(nèi)國外汽車差速器的研究發(fā)與展現(xiàn)狀 2

1.2.1 國外汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 2

1.2.2國內(nèi)汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 3

1.3差速器的簡介 4

1.3.1 汽車差速器的工作原理 5

1.3. 2汽車差速器在汽車中的功用 5

1.3.3 汽車差速器的分類 5

1.4方案選擇 9

第2章 托森差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理 10

2.1托森差速器的結(jié)構(gòu) 10

2.1.1主動部分 11

2.1.2從動部分 11

2.1.3　差速傳動機構(gòu) 11

2.2托森差速器的工作原理 11

2.2.1托森差速器的扭矩分配原理 12

第3章托森差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13

3.1 該車型托森差速器的主要零部件結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計 13

3.1.1 渦輪、蝸桿的設(shè)計 13

3.1.2蝸桿前后軸的設(shè)計 17

3.1.3 空心軸的設(shè)計 18

3.1.4 直齒圓柱齒輪設(shè)計 20

3.1.5.蝸輪軸設(shè)計 25

3.2 參考車型數(shù)據(jù) 27

第4章．差速器外殼的設(shè)計 28

4.1外殼設(shè)計 28

4.2該車型托森差速器的主要零部件連接關(guān)系 28

4.2.1 各零部件在整個殼體中的布局 28

第5章托森差速器的建模及運動仿真 30

5.1 建模軟件的介紹 30

5.1.1 軟件的功能介紹 30

5.1.2 本課題主要用到的模塊 30

5.2 運動仿真 31

5.2.1 添加伺服電機 31

5.2.2 仿真運動時間的設(shè)定 32

5.2.3.動畫導出 33

結(jié)論 34

致謝 35

參考文獻 36

第1章  前 言

1.1 課題的研究背景、及意義

汽車差速器是由雷諾發(fā)明的，是汽車的眾多零件的核心之一，有小零件大公用的美譽[2]，雷諾是法國一家大型的汽車制造企業(yè)雷諾主要創(chuàng)始人之一。我們都知道，汽車在轉(zhuǎn)彎時，他的左右兩側(cè)車輪在相同時間內(nèi)移動的距離是不同的，內(nèi)輪移動的距離比外輪要小[3]。差速器的功效就是讓汽車在轉(zhuǎn)彎時左右兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速不同。目前我國差速器的技術(shù)設(shè)計主要來自一些工業(yè)強國如美國日本等。雖然我國的差速器相比以往已經(jīng)取得了很大的進步，但想要達到世界先進水品，還有一段很長的路要走，這影響了我過汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.2 國內(nèi)國外汽車差速器的研究發(fā)與展現(xiàn)狀

當前汽車的發(fā)展方向為經(jīng)濟性與動力性，如何實現(xiàn)經(jīng)濟性與動力性的相協(xié)調(diào)，就需要汽車的每一個部件發(fā)生變化。差速器作為核心部件，也在被不斷的研究改進中

1.2.1 國外汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀

國外的差速器研究水平遙遙領(lǐng)先國內(nèi)，而且還在不斷的進步中。伊頓集團是一家總部在美國、經(jīng)營范圍全球化的以汽車零部件的制造與供應為主營業(yè)務的大型跨國公司[4]。在這一領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位，他們用精密制造發(fā)來加工差速器的各個零部件。大眾集團旗下的奧迪公司開發(fā)的托森差速器廣泛的運用在旗下的高檔四驅(qū)車里，廣受市場歡迎。他們都很好的在越野性與安全性之間找到了一個完美的平衡點。 

圖1-1 托森差速器

1.2.2國內(nèi)汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀

從目前來看，我國差速器也經(jīng)過了長足的發(fā)展，但是現(xiàn)在正處于汽車行業(yè)飛速發(fā)展的歷史時刻，如果我們的差速器不能在這段時間內(nèi)迅速提升，我們與世界的距離就會越拉越大。所以現(xiàn)在我們就要努力發(fā)展研究差速器。而我們現(xiàn)在最緊迫的任務就是提高其準確精度和安全性。中國汽車差速器市場在近幾年發(fā)展迅速,隨著國家政策鼓勵，國有企業(yè)對其新的投資在不斷增加，投資者對這一行業(yè)的關(guān)注度越來越高。差速器的類別也變得越豐富，作用也變得越來越完善。而目前國內(nèi)由于制造業(yè)的整體水平與世界先進水品仍有差距，所以運用最為廣泛，應用最多的是對整體工業(yè)水平要求不高的對稱式錐齒輪差速器[5]。差速器在過國內(nèi)正在經(jīng)歷一段飛躍式的發(fā)展。

結(jié)論

經(jīng)過幾個月的努力，我終于大致完成了此次設(shè)計，在這段期間，遇到了很多問題，但也解決了很多問題。上學期期末的時候，通過與指導老師的溝通，選擇了論文課題托森差速器的設(shè)計與仿真。為了寫好這個題目，我在學校的圖書館和網(wǎng)上查閱餓了大量的資料，并進行了分類歸納總結(jié)，撰寫了文獻綜述報告，完成了論文任務書。通過這些前期放面的準備，我大體了解了我此次論文的主要任務以及如何撰寫論文。此次論文的難點主要是對差速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及相關(guān)零件的尺寸計算，還有就是運用Solid Works軟件對其進行三維建模和運動仿真。由于之前我對這一軟件的使用并不是很熟悉，花費了大量的時間去去學，還好，通過查閱資料或是向老師和同學請教，基本上能夠熟練的使用此軟件。通過前期的準備，我基本了解了差速器國內(nèi)外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀，各種差速器的優(yōu)缺點以及工作原理，選擇了托森差速器作為此次設(shè)計的方案。在進行具體的零件結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程中，尤其是相關(guān)軸承的選擇，以及齒輪的設(shè)計，蝸輪蝸桿如何進行嚙合。在此次設(shè)計過程中遇到了很多難題，但是自己都能夠一一克服，大體上完成了此次畢業(yè)論文，達到了這次畢業(yè)設(shè)計的目的，對大學四年來學習的知識再一次溫習了一遍，又學到了很多以前沒有學到的知識，這些知識是完全可以用在以后的學習生活或者是工作中的。 

在這個過程中，我也體會了很多。我現(xiàn)有的知識是完全不夠的，必須不斷的學習，無論我們處于一個什么樣的水平中。還有就是做事一定要合理安排時間，做好規(guī)劃，才能事半功倍。

致謝

最初拿到論文題目時，我自己感覺真的很茫然，感覺無從下手，像一個無頭蒼蠅一般查閱各種資料，但是很多都是沒有用的，幸好我的指導老師及時的為我指明了方向，讓我知道了此次設(shè)計的方向，知道了此次設(shè)計中的重點和難點是三維仿真和結(jié)構(gòu)設(shè)計。讓我知道如何進行準備，查閱相關(guān)的資料和前期學習。每隔一周的見面答疑為我指出了我上一階段工作的不足，提出了改進意見，也為下一階段的工作做出了詳細的安排，在這里我真誠的感謝老師在百忙之中抽出時間為我們進行答疑解惑。在進行畢業(yè)論文的這幾個月時間里，劉老師對我的幫助可謂十分巨大，每一次無論遇到什么難題，他都會在第一時間耐心細致的為我詳細解答。在這里，我還要感謝所有在學習和生活上教導過我的老師們，謝謝你們大學4年來對我的教導。以及在此次論文撰寫過程中對我?guī)椭^的所有同學，謝謝你們的幫助。正是在你們的幫助下，我的畢業(yè)論文才能夠按時按要求的完成，真誠的感謝你們在此期間對我的幫助。 

參考文獻

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I 托森差速器的設(shè)計與仿真 摘 要 隨著 世界 汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車核心部件之一的差速器也在經(jīng)歷著巨大的變化，各式各樣的差速器應運而生，相對國外差速器的發(fā)展與研究水平，國內(nèi)相關(guān)設(shè)計與研究還處于追趕階段。本次設(shè)計課題就主要來源于此，針對一款具體車型 作 托森差速器的設(shè)計與仿真。 本次設(shè)計的具體要求是設(shè)計出差速器的結(jié)構(gòu)以及相應的尺寸，并進行三維建模以及運動仿真。針對此次設(shè)計，我做了以下工作，通過查閱大量的文獻，分析了過內(nèi)外差速器發(fā)展與研究現(xiàn)狀，了解了差速器的結(jié)構(gòu)，工作原理，以及種類。通過大量的對比分析出了每種差速器 的優(yōu)點與缺點， 綜合各方面的因素和實際情況 選擇了托森差速器作為此次設(shè)計的方案。設(shè)計了托森差速器的主要結(jié)構(gòu)以及相關(guān) 零件 的尺寸，運用 件 進行三維建模以及運動仿真。 關(guān)鍵詞 ： 托森差速器 ; 三維建模 ; 運動仿真 ; s we of as of of is A at to be is a to s of to a I a of a of of of I an of of to do I 3D 錄 摘 要 ...................................................................................................................... 1 章 前 言 ......................................................題的研究背景、及意義 .......................................... 2 內(nèi)國外汽車差速器的研究發(fā)與展現(xiàn)狀 .............................. 2 外汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 .............................. 2 內(nèi)汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 ............................... 3 速器的簡介 ..................................................... 4 車差速器的工作原理 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 2 汽車差速器在汽車中的功用 .................. 錯誤 !未定義書簽。 車差速器的分類 .......................................... 5 案選擇 ......................................................... 9 第 2 章 托森差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理 .................................森差速器的結(jié)構(gòu) ................................................ 10 動部分 .................................................. 11 動部分 .................................................. 11 速傳動機構(gòu) ............................................ 11 森差速器的工作原理 ............................................ 11 森差速器的扭矩分配原理 .................................. 12 第 3 章托森差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 車型托森差速器的主要零部件結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計 ................... 13 輪、蝸桿的設(shè)計 ......................................... 13 桿前后軸的設(shè)計 .......................................... 17 心軸的設(shè)計 ............................................. 18 齒圓柱齒輪設(shè)計 ......................................... 20 ............................................... 25 考車型數(shù)據(jù) ................................................... 27 第 4 章．差速器外殼的設(shè)計 ..........................................殼設(shè)計 ........................................................ 28 車型托森差速器的主要零部件連接關(guān)系 ............................ 28 零部件在整個殼體中的布局 ............................... 28 5 章托森差速器的建模及運動仿真 .................... 錯誤 !未定義書簽。 模軟件的介紹 ................................................. 30 件的功能介紹 ........................................... 30 課題主要用到的模塊 ..................................... 30 動仿真 ....................................................... 31 加伺服電機 ............................................. 31 真運動時間的設(shè)定 ....................................... 32 ................................................. 33 結(jié)論 ..............................................................謝 ..............................................................考文獻 ..........................................................2 第 1 章 前 言 題的研究背景、及意義 汽車差速器是由雷諾發(fā)明的，是汽車的眾多零件的核心之一，有小零件大公用的美譽 [2]，雷諾是法國一家大型的汽車制造企業(yè)雷諾主要創(chuàng)始人之一。我們都知道，汽車在轉(zhuǎn)彎時，他的 左右 兩側(cè)車輪在相同時間內(nèi)移動的距離是不同的，內(nèi)輪移動的距離比外輪要小 [3]。差速器的功效就是 讓汽車在轉(zhuǎn)彎時左右兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速不同。 目前我國差速器的技術(shù)設(shè)計主要來自一些工業(yè)強國如美國日本等。雖然我國的差速器相比以往已經(jīng)取得了很大的進步，但想要達到世界先進水品，還有一段很長的路要走，這影響了我過汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展。 內(nèi)國外汽車差速器的研究發(fā)與展現(xiàn)狀 當前汽車的發(fā)展方向為經(jīng)濟性與動力性，如何實現(xiàn)經(jīng)濟性與動力性的相協(xié)調(diào)，就需要汽車的每一個部件發(fā)生變化。差速器作為核心部件，也在被不斷的研究改進中 外汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 國外的差速器研究水平遙遙領(lǐng)先國內(nèi)，而且還在不斷的進步中。伊頓集團是一家總部在美國 、 經(jīng)營范圍全球化的以汽車零部件的制造 與供應 為主營業(yè)務的 大型跨國公司 [4]。在這一領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位，他們用精密制造發(fā)來加工差速器的各個零部件。大眾集團旗下的奧迪公司開發(fā)的托森差速器廣泛的運用在旗下 的高檔四驅(qū)車里，廣受市場歡迎。他們都很好的在越野性與安全性之間找到了一個完美的平衡點。 3 圖 1森差速器 內(nèi)汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 從目前來看，我國差速器也經(jīng)過了長足的發(fā)展，但是現(xiàn)在正處于汽車行業(yè)飛速發(fā)展的歷史時刻，如果我們的差速器不能在這段時間內(nèi)迅速提升，我們與世界的距離就會越拉越大。所以現(xiàn)在我們就要努力發(fā)展研究差速器。而我們現(xiàn)在最緊迫的任務就是提高其準確精度和安全性。中國汽車差速器市場在近幾年發(fā)展迅速 ,隨著國家政策鼓勵，國有企業(yè)對其新的投資在不斷增加，投資者對這一行業(yè)的關(guān)注度越來越 高。差速器的類別也變得越豐富，作用也變得越來越完善。而目前國內(nèi)由于制造業(yè)的整體水平與世界先進水品仍有差距，所以運用最為廣泛，應用最多的是對整體工業(yè)水平要求不高的 對 稱式錐齒輪差速器 [5]。差速器在過國內(nèi)正在經(jīng)歷一段飛躍式的發(fā)展。 4 圖 1 稱式錐齒輪差速器 速器的簡介 汽車的差速器是汽車傳動機構(gòu)驅(qū)動橋中的一個核心部件。它的 功效 就是當汽車向兩側(cè)半軸傳遞發(fā)動機傳遞過來的動力的時候，能夠讓左右兩側(cè)的軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) ，從而讓左右兩側(cè)的車輪行駛的距離不同 。讓兩側(cè)車輪能夠盡最大可能的做純滾動的轉(zhuǎn)動，這樣 兩側(cè)車輪行駛的路程也就不想同了。從而減少輪胎與地面之間的摩擦阻力 [6]， ，改善汽車的行駛狀況。因此才能夠使汽車能夠正常的轉(zhuǎn)彎。 5 車差速器的工作原理 圖 1差速器工作原理 2 汽車差速器在汽車中的功用 汽車差速器有很多的零部件，但主要由以下幾個部件構(gòu)成： 1 左右半軸齒輪，2 兩個行星齒輪 ,3 齒輪架。他是用來確保車子在轉(zhuǎn)彎 的時候 或在路況惡劣的道路上 駕駛 時 ，能夠確保汽車左右兩邊車輪的轉(zhuǎn)動 的 速度 是 不同 的 ，從而確保汽車的驅(qū)動輪不與地面打滑 [7]。汽車安裝差速器是為了能夠調(diào)整左右兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速的 ， 當汽車處于四輪驅(qū)動模式時，發(fā)動機驅(qū)動四個車輪，因此，汽車的四個車輪就必須作為整體連接在一起。 如果裝配在一起后 ，汽車在轉(zhuǎn)彎的時候就百分之百不可能以相同的速度旋轉(zhuǎn)，因此為了能夠讓汽車轉(zhuǎn)彎時旋轉(zhuǎn)速度大體不變，中央差速器就被添加了進來，他用來調(diào)整前后車輪轉(zhuǎn)速的不等。 車差速器的分類 差速器一般大概分為開放式差速器，限滑式差速器，托森差速器，鎖止式差速器。 a 開放 式差速器的介紹 ： 6 開放式差速器是一運用最為廣泛的差速器，他向左右兩側(cè)驅(qū)動半軸分配的扭矩大小是相同的。 當汽車處于直線行駛的模式情況下，左邊和右車輪受力并不存在不同，左右兩半軸齒輪之間的轉(zhuǎn)速是一樣的 。 半軸齒輪通相當直接與車輪相連，因此，在經(jīng)過這樣的動力傳遞之后，車輪得到的轉(zhuǎn)速和最初從動齒圈的轉(zhuǎn)速并沒有發(fā)生變化。當車輛處于轉(zhuǎn)彎模式情況下，內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速必須要比外內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)速低，這個時候就需要行星齒輪發(fā)生作用，他能夠讓左右兩半軸齒輪出現(xiàn)輕微的轉(zhuǎn)速差，而且在這個過程中，扭矩的傳遞并沒有被中斷。 缺點：差速器分配的動 力有時會全部輸出到阻力最小的車輪，造成空轉(zhuǎn)。 圖 1放式差速器 b 限滑差速器的介紹 因為開放式差速器有著很多的缺點，因此設(shè)計廠商又重新設(shè)計了新型的限滑 7 差速器。與開放差速器相比較，他增加了兩個零件，這兩個零件分別是彈簧壓盤和離合器組件。汽車在轉(zhuǎn)彎的時候，配備有限滑差速器的車輛產(chǎn)生的力大到能夠讓半軸齒輪和離合器產(chǎn)生相對滑動。這樣，左邊和右邊兩驅(qū)動半軸的轉(zhuǎn)速就不會相同。而分離離合器所在這個過程的扭矩分配是由彈簧組件的硬度和離合器材料的表面摩擦情況一起分配的。 優(yōu)點：保證差速器在轉(zhuǎn)動時不會發(fā)生空轉(zhuǎn)。 圖 1滑式差速器 c 鎖止式差速器的介紹 鎖止式差速器是開放式差速器發(fā)展過后的另一種系列，他的驅(qū)動橋?qū)嶋H上相當于一根實心軸，他的兩半軸齒輪一般用電動氣動或者是液壓機構(gòu)來鎖止在一起的。一般配備鎖止式差速器的車輛都是越野車或者越野賽車，因為此類車型經(jīng)常會在路面狀況極差的環(huán)境下行駛，很多時候一側(cè)車輪都會離開地面。而鎖止式差速器因為他相當于一根實心軸，因此就相當于把兩側(cè)車輪給直接連接在一體，這樣他們之間的轉(zhuǎn)速也就完全一樣。 d 托森差速器 的介紹 8 速器是限滑差速器（ 一種，其名字來源于 詞幾個字母的組合。意為牽引力自感應式扭矩分配，通俗來講就是扭矩輸出是根據(jù)各個車輪的實際需求來分配的。他的兩大關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是蝸輪、蝸桿齒輪嚙合系統(tǒng)， 正是 雙蝸輪蝸桿的相互嚙合互鎖和扭矩單向的從蝸輪傳到蝸桿齒輪的構(gòu)造，從而成功的保證了差速器 的 鎖止功能，保證車輛在行駛的時候不打滑 [8]。在彎道行駛車 輪沒有打滑時，如 果汽車 車向右轉(zhuǎn)時， 內(nèi)側(cè)車輪快， 外側(cè)車輪 慢。對于 托森差速器而言 ，左側(cè)半軸驅(qū)動左側(cè)蝸桿，并且 憑借 同步嚙合齒輪 來 驅(qū)動車輛右側(cè)的車輪，而當蝸桿驅(qū)動蝸輪時，他們兩側(cè)蝸桿就會自動的鎖止。正是這一特性保證了沒有打滑的車輪它的牽引力是足夠讓汽車正常行駛的。 速器的特點：由于他是全時 4 驅(qū)， 4 個車輪都有牽引力的分配，汽車無論在各種路面上的性能都很好。實現(xiàn)了 隨時隨地的 扭矩管理， 并且在這一過程中不會中斷也不會產(chǎn)生損失 。與其他的差速器相對比，托森差速器 在結(jié)構(gòu)的設(shè)計中 并沒有配備多片式離合器，因此在轉(zhuǎn)動過程 中就根本不會產(chǎn)生摩擦，因而不會對零件有任何的磨損，從而避免了我們維護的麻煩，他的可靠性是非常高的，他能夠幾乎所有的變速器、分配器正常一起的使用，能夠與車輛的其他控制系統(tǒng)如安全控制系統(tǒng)等完美的 相兼容。 經(jīng)典純機械結(jié)構(gòu)，他所獨特線性鎖止功能，是貨真價實的全時四驅(qū)。 缺點：由于結(jié)構(gòu)比較復雜，一方面導致加工制造難度十分大，所以整體成本過高，因此很多時候都只能夠裝備在高端車型上，另一方面造成整個汽車的自重過高，汽車加速性能相比其他沒有配備托森的汽車加速性能遜色不少。托森差速器是純機械設(shè)計的典范，但 是因此需要非常高的加工精度、高強度的材料、制造工藝，造成成本非常高。所以一般我們見到運用的車型都是奧迪旗下的高端車里面，在普通車型里面很少配備。 9 圖 1森差速器 案選擇 通過以上對比各種類型差速器的優(yōu)缺點，針對此次設(shè)計，選用托森差速器作為總體方案，接下來對托森差速器的工作原理進行詳細的介紹說明。 10 第 2 章 托森差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理 森差速器的結(jié)構(gòu) “托森 ”這個商標是 最早是 由格里森公司申請注冊的， “意為轉(zhuǎn)矩敏感式差速器 ”[9]。格里森公司是一家大型的汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)跨國公司，在汽車 零部件的制造等方面處于也界領(lǐng)先地位。托森差速器主要由主動部分、從動部分以及連接兩部分的差速傳動機構(gòu)構(gòu)成。他 的作用類型一般分為兩種，如圖 A,B 所示。 A）左右兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速相等 n1= b）左右兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速不等（ n1≠ 圖 2間工作原理示意圖 11 圖 2 森軸間差速器的結(jié)示意圖 動部分 從示意圖中可以看出空心軸 2、差速器外殼 3 組成他的主動部分。這兩部分通過一對花鏈接連接。 另一方面， 發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)矩主要由差速器的空心軸傳遞到差速器外殼上。 動部分 如圖 所示，前軸蝸桿 9 和后軸蝸桿 5,差速器齒輪軸 1 和驅(qū)動軸凸緣盤 4 構(gòu) 成了 他 的從動部分 的整體結(jié)構(gòu) 。前后軸蝸桿彼此不接觸 [10]。 速傳動機構(gòu) 分布在差速器殼體上的 6 個尺寸和結(jié)構(gòu)均相同的齒輪構(gòu)成 他 的差速傳動機構(gòu) 森差速器的工作原理 設(shè)前蝸桿傳遞轉(zhuǎn)速為 差速器殼的轉(zhuǎn)速為 . 前蝸桿軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為，后蝸桿驅(qū)動軸轉(zhuǎn)矩為 12 1 = 時，汽車行駛狀態(tài)為直線。發(fā)動機的動力傳遞先由空心軸傳遞給蝸輪軸再傳遞給蝸輪最后傳至蝸桿。前后蝸輪分別將 發(fā)動機傳遞過來的動力 傳遞至前后橋，由于他們 兩者的轉(zhuǎn)速是一樣的，所以蝸輪與蝸桿之間是相對靜止的， ==，所以轉(zhuǎn)矩也平均分配 ,既有 =+。 2 ≠時，汽車行駛狀態(tài)為彎道行駛 ， 差速器殼體一直在旋轉(zhuǎn)， ≠0，前后蝸桿也隨差速器殼體旋轉(zhuǎn)，兩軸之間的轉(zhuǎn)速差通過的圓柱齒輪的相對轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。 但這一過程是需要在一定條件下才能實現(xiàn)的， 只有當兩軸速度差相差不致太大的情況下才能 進行 差速。 森差速器的扭矩分配原理 托森差速器是利用蝸輪蝸桿傳動副的內(nèi)摩擦力矩來進行分配的，他的傳動效率是由由他的蝸輪螺旋角和他的傳動副摩擦系數(shù)來決定的。又因螺旋角是不變的，所以傳動副的摩擦情 況主要決定傳動效率。故主要取決于兩側(cè)轉(zhuǎn)速。當 n1，近時，兩側(cè)軸的轉(zhuǎn)速差主要由直尺圓柱齒輪吸收。當 高時，差速器就會對該車輪的空轉(zhuǎn)有較大抵制的作用，輸入轉(zhuǎn)矩很大一部分會被輸出到后端輸出軸上 ， 當 時，此時輸入轉(zhuǎn)矩就會全部輸出到后軸蝸桿上，這時 他 根本不 會起 任何 作用，差速器 將會 自動的被鎖死。 圖 2矩分配圖 13 第 3 章 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 車型 托森差速器 的主要零部件結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計 輪、蝸桿的設(shè)計 根據(jù) 10085推薦 ,采用漸開線蝸桿 ([11]。 此次設(shè)計蝸桿選擇的材料為 40加工之前先進行淬火處理 ,他的硬度為48蝸輪的材料選擇 造方式用金屬膜鑄造，齒圈的材料選擇青銅 ,輪芯材料選擇灰鑄鐵 工方式選用鑄造。 按照閉式蝸桿傳動的設(shè)計 原則 ,我們進行設(shè)計時第一步按照齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 ,之后再根據(jù)計算出來的數(shù)據(jù)校核齒根彎曲疲勞強度和傳動中心矩：[12] ? ?322 ???????? ??????????（式 3 其中： ? ：蝸桿傳動的中心距； ? ??? ：蝸輪的許用接觸應力； 2? ：蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩； ? ：載荷系數(shù)； ?? ：彈性影響系數(shù)； ?? ：接觸系數(shù)； 1)? 按 1? =4,估取 ? = P=100 n=1500/3=500r/14 106 ? =1719000 2) 因為工作載荷較穩(wěn)定 ,因此選取載荷分布不均勻系數(shù)??=1,根據(jù) [1]表 11取使用系數(shù) ?? = K= ???? v?= 1 ? (式 3 其中： ?? ：使用系數(shù)；??：動載系數(shù)；v?：載荷分布不均勻系數(shù) 3)? 因此次設(shè)計選用的是 且它要和鋼蝸桿相 匹 配 ,故由機械設(shè)計指導手冊查的彈性影響系數(shù) ?? =160 )設(shè)定蝸桿分度圓直徑 傳動中心距 a 的比值 a= [1]《機械設(shè)計》中圖 11可查到接觸系數(shù)??=) ??? 蝸輪材料為 造方式為金屬膜鑄造 ,蝸桿螺旋齒面硬度? 45此可從 [1]機械設(shè)計指導手冊表 11查到蝸輪的基本許用應力 ? ??? ` =268要求壽命 120000h, 應力循環(huán)次數(shù) : N=60h =60? 1? 500? 120000=109 (式 3 壽命系數(shù)： 15 K?? = 8 = ??? =? ??? `K?? =268= 3 其中： ? ??? `：蝸輪基本許用接觸應力； K?? ：壽命系數(shù)。 6) a ? ?3 ?? ? 28中心距 a=64 從 [1]中表 11模數(shù) m=8,蝸桿分度圓直徑 32 a= [1]圖 11可查得接觸系數(shù) Z?`=為 Z?`? Z?。所以上述結(jié)果可以使用。 1)軸向齒距 : m=8=式 3 直徑系數(shù)： q= m=4（式 3 齒頂圓直徑： 2h*2+2? 1? 8=48 式 3 齒根圓直徑 : 2(h*a m+c） =32－ 2? (8+4)=8 3 分度圓導程角： 16 r= 15°(式 3 2)蝸輪齒數(shù) 12； 變位系數(shù) 0 ； 驗算傳動比： i = 12/4 =3(式 3 這時傳動比誤差為 (3－ 3)/3=0，允許。 蝸輪分度圓直徑： 8×12=96 3 蝸輪喉圓直徑： 26+2? 8=112 3 蝸輪齒根圓直徑： 26－ 2? 8(1+76 3 蝸輪咽喉母圓半徑： a－ 124－ 12×112=8 3? =? ? ?F?(式 3 其中： k ：載荷系數(shù)； Y?：螺旋角影響系數(shù)； 形系數(shù)； ? ?F? ：許 17 用彎曲應力； ? ：彎曲應力；2T——傳遞的轉(zhuǎn)矩。 當量齒數(shù)： ?45 3 根據(jù) ﹣ ??1 圖 11可查得齒形系數(shù)： 旋角系數(shù)： Y?=1－??14045=用彎曲應力： ? ?F? =? ?F? `從 [1]《機械設(shè)計表》 11查得由 10 1p 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 ? ?F? `=56壽命系數(shù)： ?F? =56? ? = 71 9 0 ??? ?? =曲強度是滿足的。 桿前后軸的設(shè)計 軸的材料為 40由 [1]中表 15得， 40 ? ??? 為 35~55 18 速 500r/=100×012~97，由 [1]中式 15得 12~97，由 [7]中式 15得 n???(式 3 其中： ? ：功率； n ：轉(zhuǎn)速； 積。 d ??? d=63 [1]表 15得 : W? 式 3 W? 式 3 T=106 ? 1719000500 ?????? n?N· 3 ? ????????? ?? 0 0 9 1 9 0 0W (式 3 合格。 心軸的設(shè)計 19 軸的材料為 40由 [7]中表 15得 40 ? ??? 為 35~55 速 1500 r/I 檔傳動比為 n= =9012~97，由 [1]中式 15得 n???; 4 8901 1 2 3 ??? ; 為 72 72100對于直徑 d 小與或等于 100軸，有一個鍵槽時， 在不影響加工和精度的情況下，軸 增大 5%~7%，因此 d 取為 d=77。 由 [1]表 15得 ? = ?? W 1－ 4? )=? =1－ 4? )= ???????? ?? 式 3 合格。 20 因為 據(jù)機械設(shè)計指導手冊查表 9： 62＜ 82 小徑 d 取為 72用中系列，其規(guī)格為 N×D×B=10×72×78×12， C=0.6，r=考 d a =配形式為固定，公差采用一般用公差帶，外花鍵中的 d 的公差是 D 的公差是 11， B 的公差是 齒圓柱齒輪設(shè)計 輸入功率 100? 0齒輪轉(zhuǎn)速 n=1500r/數(shù)比 u=1 工作壽命為 120000 小時。 度、材料及齒數(shù)。 1）．選用的傳動齒輪的類別為圓柱齒輪； 2）．選用 7 級精度； 3）．材料選擇 ,齒輪材料依據(jù)機械設(shè)計指導手冊 采用 40質(zhì) )， 他的 硬度為280 4）．選擇齒數(shù) 24。 由設(shè)計計算公式進行計算，即 ?321 1 ???????? ?????????式 3 其中： 度圓直徑； 荷系數(shù)； 齒輪傳遞的扭矩； u ：齒數(shù)比； 21 Z? ：材料的彈性影響系數(shù)； ? ?H?：接觸疲勞許用應力； 寬系數(shù)； 05 n=05 90/05 N· （ 3）．由 [1]中表 10取齒寬系數(shù) 1。 （ 4）．由 [1]中表 10料的彈性影響系數(shù) Z? = （ 5）．由 [1]中圖 10得齒輪的接觸疲勞強度極限 600?? （ 6）．計算應力循環(huán)次數(shù) N=60 =60×1360×1×120000 =09 (式 3 （ 7）．由 [1]中圖 10得接觸疲勞壽命系數(shù) ??； （ 8）．計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1， ? ? 5521 ???? ???? S L i m?? 3 2)（ 1）．試算齒輪分度圓直徑 5 ??????????? 22 （ 2）．計算圓周速度 V V= 36029100060 1 ?? ???? ?? nd tm/s （ 3）．計算齒寬 b 62611 ???? td 4)．計算齒寬與齒高之比 模數(shù) mt=z=29/24=高 h=29/ 5）．計算載荷系數(shù) 據(jù) V=7 級精度，由 [1]中圖 10輪相對支撐費對稱布局時動載系數(shù) 齒輪： [1]機械設(shè)計 中表 10得使用系數(shù) K? =1， 當他的精度等級為 7 級，齒輪相對支承非對稱布置時， K??=＋ 2d＋ 03? b =＋ 2 )×12 ＋ 03? × ==K??= [1]中圖 10 查得 K?F=載荷系數(shù) : 23 K=K? 1×0× 3 其中： 載系數(shù)； K? ：使用系數(shù)； K??、 齒間載荷分配系數(shù)。 （ 6）． 根據(jù) 實際計算所得的載荷系數(shù)來校正所算得的分度圓直徑， d=7 1 3 ????? 3 （ 7）．計算模數(shù) m M===彎曲強度的設(shè)計公式為 公式 ： m? ?3 212 ???????? ?????? F (式 3 其中： M：模 數(shù)； Z：齒數(shù)； 轉(zhuǎn)矩； 1) （ 1）．由 [1]中圖 10得齒輪的彎曲疲勞強度極限 500??F? （ 2）．由 [1]中圖 10得彎曲疲勞壽命系數(shù) K?F= （ 3）．計算彎曲疲勞許用力 取安全系數(shù) S= 24 ? ? 0 ??? ??S ? = 3 （ 4）．計算載荷系數(shù) K K=K? =1× 3 （ 5）．由 [1]中 表 10取齒行系數(shù) 6）．由 [1]中表 10取應力校正系數(shù) 7）．計算齒輪的? ? ?=)m ????? 整后取 m=2為 d=29=d/m=29/2= 15。 1) d=5×2=30) b=×30=30) a=( ： 4 2 0 0 030 ??? 3 140030/42000 ???? ? b F t N/00N/ 3 合適。 ，轉(zhuǎn)速 n,轉(zhuǎn)矩 T P=100×0KW n=1500r/=05 ×05 N·齒輪的分度圓直徑為： 30 ????d T N 3342N 蝸輪的分度圓直徑為 2t= ????d T F 2r =32 520s i n i n c 1141 11 ?? ??????? ? ??? ?? ? ?2a=4s 1411 ????? ???? ??N 26 選取 45 號鋼，調(diào)質(zhì)。根據(jù)［ 1］中表 15 12， d=3 150 090112 ??套筒的直徑為 191)如圖所示的裝配方案 2)1）因為齒輪與蝸輪是周向定位的方式，所以我們選用套筒 ,因此 186521 ?? ?? ll 166521 ?? ?? dd （ 2） b=30以 145432 ?? ?? `215432 ?? ?? （ 3）．由于蝸輪長度為 82以 8243 ??4043 ?? （ 4）．軸總長 1 4 818158215186554433221 ??????????? ????? 3)圖 3 27 根據(jù)定位準則， 齒輪、蝸輪 和 軸的周向定位 全部選擇 花鍵聯(lián)接，由機械設(shè)計指導手冊表 4得平鍵截面 b×h=8鍵槽用鍵槽銑刀加工，長 度是 14齒輪輪轂與軸的配合為 7/ 6輪與軸的配合選用44b h m m m m? ? ? ，蝸輪輪轂與軸的配合為 7/ 6的直徑尺寸公差為 4)取軸端倒角為 1×45°。 5) 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度 [13]。根據(jù) [機械設(shè)計指導手冊表 15 a=的應力為 ? ? ? ?22221332 7 0 9 3 8 0 . 6 5 7 8 0 0 0 3 9 . 80 . 1 4 8c a a aM a T M P M ? ?? ? ??軸的材料 采用的是 45 鋼，根據(jù)機械設(shè)計指導手冊表 15得 ? ?1 60 ? ?,故 ? ?1??，因此軸的強度滿足實際需要，因此此方案合格。 考車型數(shù)據(jù) 最大功率： 100最大轉(zhuǎn)矩： 1300 主減速器傳動比： 高車速： 120速器傳動比： 分動傳動比： 高檔： 低擋： 8 第 4 章．差速器外殼的設(shè)計 殼設(shè)計 用半 徑為 115度為 160圓柱體。差速器的外殼分成兩部分，這兩部分 是 用螺栓來聯(lián)接 的 。在外殼中我們還需要添加一個套筒，此套筒是用來連接差速器的外殼和空心軸的。套筒的直徑為 80度為 15片 是 加在外殼與前、后蝸桿軸的聯(lián)接處 的 ， 他的 作用是降低他們的摩擦。在蝸桿與差速器殼處也用墊片。 圖 4速器外殼設(shè)計 車型 托森差速器 的主要零部件連接關(guān)系 零部件在整個殼體中的布局 托森差速器安裝在變速器的后端蓋處 ,他主要用來平衡轉(zhuǎn)速和傳遞功率 ,托森差速器的零部件連接關(guān)系，以及結(jié)構(gòu)如圖所示。兩個蝸桿置于差速器殼體內(nèi)，并分別與和齒輪軸驅(qū)動軸相連接。每個蝸桿與 3 個蝸輪相配合 ,構(gòu)成了 6 對蝸輪。每個蝸輪軸上裝有兩個圓柱直尺齒輪，渦輪軸沿著差速器的斷面平均距離安裝 ,同一處的 2 個蝸輪軸上的直齒圓柱齒輪彼此嚙合。 29 圖 4件布局圖 1 差速器齒輪軸 2 空心軸 3 差速器 外殼 4 驅(qū)動軸 5 驅(qū)動軸桿 6 直尺圓柱齒輪 7 渦輪軸 8 前軸蝸桿 30 第 5 章 的建模及運動仿真 模軟件的介紹 此次畢業(yè)設(shè)計建模及仿真用到的軟件主要就是 軟件的功能介紹 我們在平時的設(shè)計過稱重運用 計軟件可以實現(xiàn)各種各樣的功能。 體建模。使用 計軟件中的 3D 實體建模功能，可以省去很多不必要的步驟，加快項目的進程，將節(jié)省出來的時間用到其 他步驟上，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約人力物力財力，提高我們的效率。 2 大型裝配體設(shè)計。 理可包含 1 萬 多個零件的設(shè)計，因此節(jié)約了很多單獨的設(shè)計，化繁為簡，提升設(shè)計效率。 用此軟件能夠快速高效地創(chuàng)建鈑金件設(shè)計，縮短設(shè)計周期，具有很強的靈活性與同用性。 用 計，焊件的結(jié)構(gòu)等都可以進行很大的簡化，十分方便。 5 塑料與鑄造零件設(shè)計。我們在進行塑料盒鑄造零件的設(shè)計過程中，如果運用此軟件，開發(fā)滿足性能與穩(wěn)定性安全性可靠性要求的塑料或鑄 造零件設(shè)計的效率是很高的，花費很少的時間就可以完成很大的工作內(nèi)容。 6 模具設(shè)計。運用此軟件進行模具設(shè)計的時候，我們能夠隨時隨地的對設(shè)計方案，設(shè)計過程中修改，并且每一次的修改都會馬上生效。 7入導出。 運用此軟件我們可以 據(jù)轉(zhuǎn)換為各種滿足需求的格式數(shù)據(jù)，縮短整個設(shè)計的周期，節(jié)約時間與金錢。 供了各種各樣的轉(zhuǎn)換程序， 據(jù)可以與 據(jù)相互轉(zhuǎn)換，免去了很多不必要的麻煩。 課題主要用到的模塊 此次設(shè)計主要運用到的模塊如下： 圖 繪制模塊 當我在創(chuàng)建托森差速器的各個零件時，通過 插件 2D 1 來生成各個零件的截面 [14]。 件和特征模塊 最常用的塊和零件的特征編輯也是在這個模塊中進行完成的，零件的屬性的自定義也都是在這個模塊里進行編輯的 。 我們最常用的實體和曲面建模都是在這個模塊里完成的。 配模塊 在進行仿真的時候，我們都是把多個零件裝配在一個整體之后才能進行仿真的，運用 裝配模塊就能實現(xiàn)這一功能。比如我們將蝸輪蝸桿齒輪等裝配在一起構(gòu)成差速器就 需要此模塊。除此之外，我們還可以添加裝配體的零部件。進行子配體的操作等一系列功能。 級模塊 運動仿真（ 塊包括以下功能。 A 動畫：裝配體的仿真可以通過動畫來檢驗。 B：基本運動： C：運動分析（可在 M 插件中使用）。 動仿真 加伺服電機 伺服電機的添加入下兩圖所示 32 圖 5服電機的添加 圖 5服電機的添加 真 運動時間的設(shè)定 下圖為仿真運動時間的設(shè)定 33 圖 5動時間的設(shè)定 以上步驟之后可以進行差速器的運動仿真，將差速器運動仿真的動畫導出保存在電腦上。 34 結(jié)論 經(jīng)過幾個月的努力，我終于大致完成了此次設(shè)計，在這段期間，遇到了很多問題，但也解決了很多問題 。上學期期末的時候，通過與指導老師的溝通，選擇了論文課題托森差速器的設(shè)計與仿真。為了寫好這個題目，我在學校的圖書館和網(wǎng)上查閱餓了大量的資料，并進行了分類歸納總結(jié)，撰寫了文獻綜述報告，完成了論文任務書。通過這些前期放面的準備，我大體 了解了我此次論文的主要任務以及如何撰寫論文。此次論文的難點主要是對差速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及相關(guān)零件的尺寸計算，還有就是運用 件對其進行三維建模和運動仿真。由于之前我對這一軟件的使用并不是很熟悉，花費了大量的時間去去學，還好，通過查閱資料或是向老師和同學請教，基本上能夠熟練的使用此軟件。通過前期的準備，我基本了解了差速器國內(nèi)外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀，各種差速器的優(yōu)缺點以及工作原理，選擇了托森差速器作為此次設(shè)計的方案。在進行具體的零件結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程中， 尤其是相關(guān)軸承的選擇，以及齒輪的設(shè)計，蝸輪蝸桿如 何進行嚙合。在此次設(shè)計過程中 遇到了很多難題，但是自己都能夠一一克服，大體上完成了此次畢業(yè)論文，達到了這次畢業(yè)設(shè)計的目的，對大學四年來學習的知識再一次溫習了一遍，又學到了很多以前沒有學到的知識， 這些知識是完全可以用在以后的學習生活或者是工作中的。 在這個過程中，我也 體會 了很多。我現(xiàn)有的知識是完全不夠的，必須 不 斷的學習，無論我們處于一個什么樣的水平中。還有就是做事一定要合理安排時間，做好規(guī)劃，才能事半功倍。 35 致謝 最初拿到論文題目時，我自己感覺真的很茫然，感覺無從下手，像一個無頭蒼蠅一般查閱各種資料，但 是很多都是沒有用的，幸好我的指導 老師 及時的為我指明了方向，讓我知道了此次設(shè)計的方向，知道了此次設(shè)計中的重點和難點 是三維仿真和結(jié)構(gòu)設(shè)計 。讓我知道如何進行準備 ，查閱相關(guān)的資料和前期學習 。每隔一周的見面答疑為我指出了我上一階段工作的不足，提出了改進意見，也為下一階段的工作做出了詳細的安排，在這里我真誠的感謝老師在百忙之中抽出時間為我們進行答疑解惑。 在進行畢業(yè)論文的這幾個月時間里，劉老師對我的幫助可謂十分巨大，每一次無論遇到什么難題，他都會在第一時間耐心細致的為我詳細解答。 在這里，我還要感謝所有在學習和生活上教導過 我的老師們，謝謝你們大學4 年來對我的教導。以及在此次論文撰寫過程中對我?guī)椭^的 所有 同學，謝謝你們的幫助。正是在你們的幫助下，我的畢業(yè)論文才能夠按時按要求的完成，真誠的感謝你們在此期間對我的幫助。 36 參考文獻 [1] 濮良貴，紀名剛，陳國定，吳立言 機械設(shè)計 [M]. 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室 1995. [2] 朱啟超 . 輪胎式裝運機行走機構(gòu)的轉(zhuǎn)彎問題 J]. 3] 汽車構(gòu)造 .[J]4] 吳中華 伊頓鎖式 差速器 . 輕型汽車技術(shù) [J] [5] 高拓宇 ,王險峰；陳衛(wèi)兵 電動汽車電子差速問題研究 J]. [6] 劉玉賓 ,黃志偉 來源 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備 [J] [7] 楊超云 ,萬茂林 ,諸葛曉宇 . 差速器錐齒輪參數(shù)化建模及模態(tài)分析 ]． 8] 王歡 ,孫國興 ,劉強 ,李善杰 J] [9] 劉哲義 ,曹泗秋 托森差速器結(jié)構(gòu)特 征與工作原理淺析 J] [10] 劉哲義 ,曹泗秋 托森差速器結(jié)構(gòu)特征與工作原理淺析 J] [11] 韓麗艷 ,劉占民 機械制造 [N] [12] 鄭江 , 許瑛 . 機械設(shè)計 M]。 [13] L, R, D.A J]):477[14] R, S, Y, et of m I 托森差速器的設(shè)計與仿真 摘 要 隨著 世界 汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車核心部件之一的差速器也在經(jīng)歷著巨大的變化，各式各樣的差速器應運而生，相對國外差速器的發(fā)展與研究水平，國內(nèi)相關(guān)設(shè)計與研究還處于追趕階段。本次設(shè)計課題就主要來源于此，針對一款具體車型 作 托森差速器的設(shè)計與仿真。 本次設(shè)計的具體要求是設(shè)計出差速器的結(jié)構(gòu)以及相應的尺寸，并進行三維建模以及運動仿真。針對此次設(shè)計，我做了以下工作，通過查閱大量的文獻，分析了過內(nèi)外差速器發(fā)展與研究現(xiàn)狀，了解了差速器的結(jié)構(gòu)，工作原理，以及種類。通過大量的對比分析出了每種差速器 的優(yōu)點與缺點， 綜合各方面的因素和實際情況 選擇了托森差速器作為此次設(shè)計的方案。設(shè)計了托森差速器的主要結(jié)構(gòu)以及相關(guān) 零件 的尺寸，運用 件 進行三維建模以及運動仿真。 關(guān)鍵詞 ： 托森差速器 ; 三維建模 ; 運動仿真 ; s we of as of of is A at to be is a to s of to a I a of a of of of I an of of to do I 3D 錄 摘 要 ...................................................................................................................... 1 章 前 言 ......................................................題的研究背景、及意義 .......................................... 2 內(nèi)國外汽車差速器的研究發(fā)與展現(xiàn)狀 .............................. 2 外汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 .............................. 2 內(nèi)汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 ............................... 3 速器的簡介 ..................................................... 4 車差速器的工作原理 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 2 汽車差速器在汽車中的功用 .................. 錯誤 !未定義書簽。 車差速器的分類 .......................................... 5 案選擇 ......................................................... 9 第 2 章 托森差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理 .................................森差速器的結(jié)構(gòu) ................................................ 10 動部分 .................................................. 11 動部分 .................................................. 11 速傳動機構(gòu) ............................................ 11 森差速器的工作原理 ............................................ 11 森差速器的扭矩分配原理 .................................. 12 第 3 章托森差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 車型托森差速器的主要零部件結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計 ................... 13 輪、蝸桿的設(shè)計 ......................................... 13 桿前后軸的設(shè)計 .......................................... 17 心軸的設(shè)計 ............................................. 18 齒圓柱齒輪設(shè)計 ......................................... 20 ............................................... 25 考車型數(shù)據(jù) ................................................... 27 第 4 章．差速器外殼的設(shè)計 ..........................................殼設(shè)計 ........................................................ 28 車型托森差速器的主要零部件連接關(guān)系 ............................ 28 零部件在整個殼體中的布局 ............................... 28 5 章托森差速器的建模及運動仿真 .................... 錯誤 !未定義書簽。 模軟件的介紹 ................................................. 30 件的功能介紹 ........................................... 30 課題主要用到的模塊 ..................................... 30 動仿真 ....................................................... 31 加伺服電機 ............................................. 31 真運動時間的設(shè)定 ....................................... 32 ................................................. 33 結(jié)論 ..............................................................謝 ..............................................................考文獻 ..........................................................2 第 1 章 前 言 題的研究背景、及意義 汽車差速器是由雷諾發(fā)明的，是汽車的眾多零件的核心之一，有小零件大公用的美譽 [2]，雷諾是法國一家大型的汽車制造企業(yè)雷諾主要創(chuàng)始人之一。我們都知道，汽車在轉(zhuǎn)彎時，他的 左右 兩側(cè)車輪在相同時間內(nèi)移動的距離是不同的，內(nèi)輪移動的距離比外輪要小 [3]。差速器的功效就是 讓汽車在轉(zhuǎn)彎時左右兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速不同。 目前我國差速器的技術(shù)設(shè)計主要來自一些工業(yè)強國如美國日本等。雖然我國的差速器相比以往已經(jīng)取得了很大的進步，但想要達到世界先進水品，還有一段很長的路要走，這影響了我過汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展。 內(nèi)國外汽車差速器的研究發(fā)與展現(xiàn)狀 當前汽車的發(fā)展方向為經(jīng)濟性與動力性，如何實現(xiàn)經(jīng)濟性與動力性的相協(xié)調(diào)，就需要汽車的每一個部件發(fā)生變化。差速器作為核心部件，也在被不斷的研究改進中 外汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 國外的差速器研究水平遙遙領(lǐng)先國內(nèi)，而且還在不斷的進步中。伊頓集團是一家總部在美國 、 經(jīng)營范圍全球化的以汽車零部件的制造 與供應 為主營業(yè)務的 大型跨國公司 [4]。在這一領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位，他們用精密制造發(fā)來加工差速器的各個零部件。大眾集團旗下的奧迪公司開發(fā)的托森差速器廣泛的運用在旗下 的高檔四驅(qū)車里，廣受市場歡迎。他們都很好的在越野性與安全性之間找到了一個完美的平衡點。 3 圖 1森差速器 內(nèi)汽車差速器的研究發(fā)展現(xiàn)狀 從目前來看，我國差速器也經(jīng)過了長足的發(fā)展，但是現(xiàn)在正處于汽車行業(yè)飛速發(fā)展的歷史時刻，如果我們的差速器不能在這段時間內(nèi)迅速提升，我們與世界的距離就會越拉越大。所以現(xiàn)在我們就要努力發(fā)展研究差速器。而我們現(xiàn)在最緊迫的任務就是提高其準確精度和安全性。中國汽車差速器市場在近幾年發(fā)展迅速 ,隨著國家政策鼓勵，國有企業(yè)對其新的投資在不斷增加，投資者對這一行業(yè)的關(guān)注度越來越 高。差速器的類別也變得越豐富，作用也變得越來越完善。而目前國內(nèi)由于制造業(yè)的整體水平與世界先進水品仍有差距，所以運用最為廣泛，應用最多的是對整體工業(yè)水平要求不高的 對 稱式錐齒輪差速器 [5]。差速器在過國內(nèi)正在經(jīng)歷一段飛躍式的發(fā)展。 4 圖 1 稱式錐齒輪差速器 速器的簡介 汽車的差速器是汽車傳動機構(gòu)驅(qū)動橋中的一個核心部件。它的 功效 就是當汽車向兩側(cè)半軸傳遞發(fā)動機傳遞過來的動力的時候，能夠讓左右兩側(cè)的軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) ，從而讓左右兩側(cè)的車輪行駛的距離不同 。讓兩側(cè)車輪能夠盡最大可能的做純滾動的轉(zhuǎn)動，這樣 兩側(cè)車輪行駛的路程也就不想同了。從而減少輪胎與地面之間的摩擦阻力 [6]， ，改善汽車的行駛狀況。因此才能夠使汽車能夠正常的轉(zhuǎn)彎。 5 車差速器的工作原理 圖 1差速器工作原理 2 汽車差速器在汽車中的功用 汽車差速器有很多的零部件，但主要由以下幾個部件構(gòu)成： 1 左右半軸齒輪，2 兩個行星齒輪 ,3 齒輪架。他是用來確保車子在轉(zhuǎn)彎 的時候 或在路況惡劣的道路上 駕駛 時 ，能夠確保汽車左右兩邊車輪的轉(zhuǎn)動 的 速度 是 不同 的 ，從而確保汽車的驅(qū)動輪不與地面打滑 [7]。汽車安裝差速器是為了能夠調(diào)整左右兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速的 ， 當汽車處于四輪驅(qū)動模式時，發(fā)動機驅(qū)動四個車輪，因此，汽車的四個車輪就必須作為整體連接在一起。 如果裝配在一起后 ，汽車在轉(zhuǎn)彎的時候就百分之百不可能以相同的速度旋轉(zhuǎn)，因此為了能夠讓汽車轉(zhuǎn)彎時旋轉(zhuǎn)速度大體不變，中央差速器就被添加了進來，他用來調(diào)整前后車輪轉(zhuǎn)速的不等。 車差速器的分類 差速器一般大概分為開放式差速器，限滑式差速器，托森差速器，鎖止式差速器。 a 開放 式差速器的介紹 ： 6 開放式差速器是一運用最為廣泛的差速器，他向左右兩側(cè)驅(qū)動半軸分配的扭矩大小是相同的。 當汽車處于直線行駛的模式情況下，左邊和右車輪受力并不存在不同，左右兩半軸齒輪之間的轉(zhuǎn)速是一樣的 。 半軸齒輪通相當直接與車輪相連，因此，在經(jīng)過這樣的動力傳遞之后，車輪得到的轉(zhuǎn)速和最初從動齒圈的轉(zhuǎn)速并沒有發(fā)生變化。當車輛處于轉(zhuǎn)彎模式情況下，內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速必須要比外內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)速低，這個時候就需要行星齒輪發(fā)生作用，他能夠讓左右兩半軸齒輪出現(xiàn)輕微的轉(zhuǎn)速差，而且在這個過程中，扭矩的傳遞并沒有被中斷。 缺點：差速器分配的動 力有時會全部輸出到阻力最小的車輪，造成空轉(zhuǎn)。 圖 1放式差速器 b 限滑差速器的介紹 因為開放式差速器有著很多的缺點，因此設(shè)計廠商又重新設(shè)計了新型的限滑 7 差速器。與開放差速器相比較，他增加了兩個零件，這兩個零件分別是彈簧壓盤和離合器組件。汽車在轉(zhuǎn)彎的時候，配備有限滑差速器的車輛產(chǎn)生的力大到能夠讓半軸齒輪和離合器產(chǎn)生相對滑動。這樣，左邊和右邊兩驅(qū)動半軸的轉(zhuǎn)速就不會相同。而分離離合器所在這個過程的扭矩分配是由彈簧組件的硬度和離合器材料的表面摩擦情況一起分配的。 優(yōu)點：保證差速器在轉(zhuǎn)動時不會發(fā)生空轉(zhuǎn)。 圖 1滑式差速器 c 鎖止式差速器的介紹 鎖止式差速器是開放式差速器發(fā)展過后的另一種系列，他的驅(qū)動橋?qū)嶋H上相當于一根實心軸，他的兩半軸齒輪一般用電動氣動或者是液壓機構(gòu)來鎖止在一起的。一般配備鎖止式差速器的車輛都是越野車或者越野賽車，因為此類車型經(jīng)常會在路面狀況極差的環(huán)境下行駛，很多時候一側(cè)車輪都會離開地面。而鎖止式差速器因為他相當于一根實心軸，因此就相當于把兩側(cè)車輪給直接連接在一體，這樣他們之間的轉(zhuǎn)速也就完全一樣。 d 托森差速器 的介紹 8 速器是限滑差速器（ 一種，其名字來源于 詞幾個字母的組合。意為牽引力自感應式扭矩分配，通俗來講就是扭矩輸出是根據(jù)各個車輪的實際需求來分配的。他的兩大關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是蝸輪、蝸桿齒輪嚙合系統(tǒng)， 正是 雙蝸輪蝸桿的相互嚙合互鎖和扭矩單向的從蝸輪傳到蝸桿齒輪的構(gòu)造，從而成功的保證了差速器 的 鎖止功能，保證車輛在行駛的時候不打滑 [8]。在彎道行駛車 輪沒有打滑時，如 果汽車 車向右轉(zhuǎn)時， 內(nèi)側(cè)車輪快， 外側(cè)車輪 慢。對于 托森差速器而言 ，左側(cè)半軸驅(qū)動左側(cè)蝸桿，并且 憑借 同步嚙合齒輪 來 驅(qū)動車輛右側(cè)的車輪，而當蝸桿驅(qū)動蝸輪時，他們兩側(cè)蝸桿就會自動的鎖止。正是這一特性保證了沒有打滑的車輪它的牽引力是足夠讓汽車正常行駛的。 速器的特點：由于他是全時 4 驅(qū)， 4 個車輪都有牽引力的分配，汽車無論在各種路面上的性能都很好。實現(xiàn)了 隨時隨地的 扭矩管理， 并且在這一過程中不會中斷也不會產(chǎn)生損失 。與其他的差速器相對比，托森差速器 在結(jié)構(gòu)的設(shè)計中 并沒有配備多片式離合器，因此在轉(zhuǎn)動過程 中就根本不會產(chǎn)生摩擦，因而不會對零件有任何的磨損，從而避免了我們維護的麻煩，他的可靠性是非常高的，他能夠幾乎所有的變速器、分配器正常一起的使用，能夠與車輛的其他控制系統(tǒng)如安全控制系統(tǒng)等完美的 相兼容。 經(jīng)典純機械結(jié)構(gòu)，他所獨特線性鎖止功能，是貨真價實的全時四驅(qū)。 缺點：由于結(jié)構(gòu)比較復雜，一方面導致加工制造難度十分大，所以整體成本過高，因此很多時候都只能夠裝備在高端車型上，另一方面造成整個汽車的自重過高，汽車加速性能相比其他沒有配備托森的汽車加速性能遜色不少。托森差速器是純機械設(shè)計的典范，但 是因此需要非常高的加工精度、高強度的材料、制造工藝，造成成本非常高。所以一般我們見到運用的車型都是奧迪旗下的高端車里面，在普通車型里面很少配備。 9 圖 1森差速器 案選擇 通過以上對比各種類型差速器的優(yōu)缺點，針對此次設(shè)計，選用托森差速器作為總體方案，接下來對托森差速器的工作原理進行詳細的介紹說明。 10 第 2 章 托森差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理 森差速器的結(jié)構(gòu) “托森 ”這個商標是 最早是 由格里森公司申請注冊的， “意為轉(zhuǎn)矩敏感式差速器 ”[9]。格里森公司是一家大型的汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)跨國公司，在汽車 零部件的制造等方面處于也界領(lǐng)先地位。托森差速器主要由主動部分、從動部分以及連接兩部分的差速傳動機構(gòu)構(gòu)成。他 的作用類型一般分為兩種，如圖 A,B 所示。 A）左右兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速相等 n1= b）左右兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速不等（ n1≠ 圖 2間工作原理示意圖 11 圖 2 森軸間差速器的結(jié)示意圖 動部分 從示意圖中可以看出空心軸 2、差速器外殼 3 組成他的主動部分。這兩部分通過一對花鏈接連接。 另一方面， 發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)矩主要由差速器的空心軸傳遞到差速器外殼上。 動部分 如圖 所示，前軸蝸桿 9 和后軸蝸桿 5,差速器齒輪軸 1 和驅(qū)動軸凸緣盤 4 構(gòu) 成了 他 的從動部分 的整體結(jié)構(gòu) 。前后軸蝸桿彼此不接觸 [10]。 速傳動機構(gòu) 分布在差速器殼體上的 6 個尺寸和結(jié)構(gòu)均相同的齒輪構(gòu)成 他 的差速傳動機構(gòu) 森差速器的工作原理 設(shè)前蝸桿傳遞轉(zhuǎn)速為 差速器殼的轉(zhuǎn)速為 . 前蝸桿軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為，后蝸桿驅(qū)動軸轉(zhuǎn)矩為 12 1 = 時，汽車行駛狀態(tài)為直線。發(fā)動機的動力傳遞先由空心軸傳遞給蝸輪軸再傳遞給蝸輪最后傳至蝸桿。前后蝸輪分別將 發(fā)動機傳遞過來的動力 傳遞至前后橋，由于他們 兩者的轉(zhuǎn)速是一樣的，所以蝸輪與蝸桿之間是相對靜止的， ==，所以轉(zhuǎn)矩也平均分配 ,既有 =+。 2 ≠時，汽車行駛狀態(tài)為彎道行駛 ， 差速器殼體一直在旋轉(zhuǎn)， ≠0，前后蝸桿也隨差速器殼體旋轉(zhuǎn)，兩軸之間的轉(zhuǎn)速差通過的圓柱齒輪的相對轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。 但這一過程是需要在一定條件下才能實現(xiàn)的， 只有當兩軸速度差相差不致太大的情況下才能 進行 差速。 森差速器的扭矩分配原理 托森差速器是利用蝸輪蝸桿傳動副的內(nèi)摩擦力矩來進行分配的，他的傳動效率是由由他的蝸輪螺旋角和他的傳動副摩擦系數(shù)來決定的。又因螺旋角是不變的，所以傳動副的摩擦情 況主要決定傳動效率。故主要取決于兩側(cè)轉(zhuǎn)速。當 n1，近時，兩側(cè)軸的轉(zhuǎn)速差主要由直尺圓柱齒輪吸收。當 高時，差速器就會對該車輪的空轉(zhuǎn)有較大抵制的作用，輸入轉(zhuǎn)矩很大一部分會被輸出到后端輸出軸上 ， 當 時，此時輸入轉(zhuǎn)矩就會全部輸出到后軸蝸桿上，這時 他 根本不 會起 任何 作用，差速器 將會 自動的被鎖死。 圖 2矩分配圖 13 第 3 章 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 車型 托森差速器 的主要零部件結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計 輪、蝸桿的設(shè)計 根據(jù) 10085推薦 ,采用漸開線蝸桿 ([11]。 此次設(shè)計蝸桿選擇的材料為 40加工之前先進行淬火處理 ,他的硬度為48蝸輪的材料選擇 造方式用金屬膜鑄造，齒圈的材料選擇青銅 ,輪芯材料選擇灰鑄鐵 工方式選用鑄造。 按照閉式蝸桿傳動的設(shè)計 原則 ,我們進行設(shè)計時第一步按照齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 ,之后再根據(jù)計算出來的數(shù)據(jù)校核齒根彎曲疲勞強度和傳動中心矩：[12] ? ?322 ???????? ??????????（式 3 其中： ? ：蝸桿傳動的中心距； ? ??? ：蝸輪的許用接觸應力； 2? ：蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩； ? ：載荷系數(shù)； ?? ：彈性影響系數(shù)； ?? ：接觸系數(shù)； 1)? 按 1? =4,估取 ? = P=100 n=1500/3=500r/14 106 ? =1719000 2) 因為工作載荷較穩(wěn)定 ,因此選取載荷分布不均勻系數(shù)??=1,根據(jù) [1]表 11取使用系數(shù) ?? = K= ???? v?= 1 ? (式 3 其中： ?? ：使用系數(shù)；??：動載系數(shù)；v?：載荷分布不均勻系數(shù) 3)? 因此次設(shè)計選用的是 且它要和鋼蝸桿相 匹 配 ,故由機械設(shè)計指導手冊查的彈性影響系數(shù) ?? =160 )設(shè)定蝸桿分度圓直徑 傳動中心距 a 的比值 a= [1]《機械設(shè)計》中圖 11可查到接觸系數(shù)??=) ??? 蝸輪材料為 造方式為金屬膜鑄造 ,蝸桿螺旋齒面硬度? 45此可從 [1]機械設(shè)計指導手冊表 11查到蝸輪的基本許用應力 ? ??? ` =268要求壽命 120000h, 應力循環(huán)次數(shù) : N=60h =60? 1? 500? 120000=109 (式 3 壽命系數(shù)： 15 K?? = 8 = ??? =? ??? `K?? =268= 3 其中： ? ??? `：蝸輪基本許用接觸應力； K?? ：壽命系數(shù)。 6) a ? ?3 ?? ? 28中心距 a=64 從 [1]中表 11模數(shù) m=8,蝸桿分度圓直徑 32 a= [1]圖 11可查得接觸系數(shù) Z?`=為 Z?`? Z?。所以上述結(jié)果可以使用。 1)軸向齒距 : m=8=式 3 直徑系數(shù)： q= m=4（式 3 齒頂圓直徑： 2h*2+2? 1? 8=48 式 3 齒根圓直徑 : 2(h*a m+c） =32－ 2? (8+4)=8 3 分度圓導程角： 16 r= 15°(式 3 2)蝸輪齒數(shù) 12； 變位系數(shù) 0 ； 驗算傳動比： i = 12/4 =3(式 3 這時傳動比誤差為 (3－ 3)/3=0，允許。 蝸輪分度圓直徑： 8×12=96 3 蝸輪喉圓直徑： 26+2? 8=112 3 蝸輪齒根圓直徑： 26－ 2? 8(1+76 3 蝸輪咽喉母圓半徑： a－ 124－ 12×112=8 3? =? ? ?F?(式 3 其中： k ：載荷系數(shù)； Y?：螺旋角影響系數(shù)； 形系數(shù)； ? ?F? ：許 17 用彎曲應力； ? ：彎曲應力；2T——傳遞的轉(zhuǎn)矩。 當量齒數(shù)： ?45 3 根據(jù) ﹣ ??1 圖 11可查得齒形系數(shù)： 旋角系數(shù)： Y?=1－??14045=用彎曲應力： ? ?F? =? ?F? `從 [1]《機械設(shè)計表》 11查得由 10 1p 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 ? ?F? `=56壽命系數(shù)： ?F? =56? ? = 71 9 0 ??? ?? =曲強度是滿足的。 桿前后軸的設(shè)計 軸的材料為 40由 [1]中表 15得， 40 ? ??? 為 35~55 18 速 500r/=100×012~97，由 [1]中式 15得 12~97，由 [7]中式 15得 n???(式 3 其中： ? ：功率； n ：轉(zhuǎn)速； 積。 d ??? d=63 [1]表 15得 : W? 式 3 W? 式 3 T=106 ? 1719000500 ?????? n?N· 3 ? ????????? ?? 0 0 9 1 9 0 0W (式 3 合格。 心軸的設(shè)計 19 軸的材料為 40由 [7]中表 15得 40 ? ??? 為 35~55 速 1500 r/I 檔傳動比為 n= =9012~97，由 [1]中式 15得 n???; 4 8901 1 2 3 ??? ; 為 72 72100對于直徑 d 小與或等于 100軸，有一個鍵槽時， 在不影響加工和精度的情況下，軸 增大 5%~7%，因此 d 取為 d=77。 由 [1]表 15得 ? = ?? W 1－ 4? )=? =1－ 4? )= ???????? ?? 式 3 合格。 20 因為 據(jù)機械設(shè)計指導手冊查表 9： 62＜ 82 小徑 d 取為 72用中系列，其規(guī)格為 N×D×B=10×72×78×12， C=0.6，r=考 d a =配形式為固定，公差采用一般用公差帶，外花鍵中的 d 的公差是 D 的公差是 11， B 的公差是 齒圓柱齒輪設(shè)計 輸入功率 100? 0齒輪轉(zhuǎn)速 n=1500r/數(shù)比 u=1 工作壽命為 120000 小時。 度、材料及齒數(shù)。 1）．選用的傳動齒輪的類別為圓柱齒輪； 2）．選用 7 級精度； 3）．材料選擇 ,齒輪材料依據(jù)機械設(shè)計指導手冊 采用 40質(zhì) )， 他的 硬度為280 4）．選擇齒數(shù) 24。 由設(shè)計計算公式進行計算，即 ?321 1 ???????? ?????????式 3 其中： 度圓直徑； 荷系數(shù)； 齒輪傳遞的扭矩； u ：齒數(shù)比； 21 Z? ：材料的彈性影響系數(shù)； ? ?H?：接觸疲勞許用應力； 寬系數(shù)； 05 n=05 90/05 N· （ 3）．由 [1]中表 10取齒寬系數(shù) 1。 （ 4）．由 [1]中表 10料的彈性影響系數(shù) Z? = （ 5）．由 [1]中圖 10得齒輪的接觸疲勞強度極限 600?? （ 6）．計算應力循環(huán)次數(shù) N=60 =60×1360×1×120000 =09 (式 3 （ 7）．由 [1]中圖 10得接觸疲勞壽命系數(shù) ??； （ 8）．計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1， ? ? 5521 ???? ???? S L i m?? 3 2)（ 1）．試算齒輪分度圓直徑 5 ??????????? 22 （ 2）．計算圓周速度 V V= 36029100060 1 ?? ???? ?? nd tm/s （ 3）．計算齒寬 b 62611 ???? td 4)．計算齒寬與齒高之比 模數(shù) mt=z=29/24=高 h=29/ 5）．計算載荷系數(shù) 據(jù) V=7 級精度，由 [1]中圖 10輪相對支撐費對稱布局時動載系數(shù) 齒輪： [1]機械設(shè)計 中表 10得使用系數(shù) K? =1， 當他的精度等級為 7 級，齒輪相對支承非對稱布置時， K??=＋ 2d＋ 03? b =＋ 2 )×12 ＋ 03? × ==K??= [1]中圖 10 查得 K?F=載荷系數(shù) : 23 K=K? 1×0× 3 其中： 載系數(shù)； K? ：使用系數(shù)； K??、 齒間載荷分配系數(shù)。 （ 6）． 根據(jù) 實際計算所得的載荷系數(shù)來校正所算得的分度圓直徑， d=7 1 3 ????? 3 （ 7）．計算模數(shù) m M===彎曲強度的設(shè)計公式為 公式 ： m? ?3 212 ???????? ?????? F (式 3 其中： M：模 數(shù)； Z：齒數(shù)； 轉(zhuǎn)矩； 1) （ 1）．由 [1]中圖 10得齒輪的彎曲疲勞強度極限 500??F? （ 2）．由 [1]中圖 10得彎曲疲勞壽命系數(shù) K?F= （ 3）．計算彎曲疲勞許用力 取安全系數(shù) S= 24 ? ? 0 ??? ??S ? = 3 （ 4）．計算載荷系數(shù) K K=K? =1× 3 （ 5）．由 [1]中 表 10取齒行系數(shù) 6）．由 [1]中表 10取應力校正系數(shù) 7）．計算齒輪的? ? ?=)m ????? 整后取 m=2為 d=29=d/m=29/2= 15。 1) d=5×2=30) b=×30=30) a=( ： 4 2 0 0 030 ??? 3 140030/42000 ???? ? b F t N/00N/ 3 合適。 ，轉(zhuǎn)速 n,轉(zhuǎn)矩 T P=100×0KW n=1500r/=05 ×05 N·齒輪的分度圓直徑為： 30 ????d T N 3342N 蝸輪的分度圓直徑為 2t= ????d T F 2r =32 520s i n i n c 1141 11 ?? ??????? ? ??? ?? ? ?2a=4s 1411 ????? ???? ??N 26 選取 45 號鋼，調(diào)質(zhì)。根據(jù)［ 1］中表 15 12， d=3 150 090112 ??套筒的直徑為 191)如圖所示的裝配方案 2)1）因為齒輪與蝸輪是周向定位的方式，所以我們選用套筒 ,因此 186521 ?? ?? ll 166521 ?? ?? dd （ 2） b=30以 145432 ?? ?? `215432 ?? ?? （ 3）．由于蝸輪長度為 82以 8243 ??4043 ?? （ 4）．軸總長 1 4 818158215186554433221 ??????????? ????? 3)圖 3 27 根據(jù)定位準則， 齒輪、蝸輪 和 軸的周向定位 全部選擇 花鍵聯(lián)接，由機械設(shè)計指導手冊表 4得平鍵截面 b×h=8鍵槽用鍵槽銑刀加工，長 度是 14齒輪輪轂與軸的配合為 7/ 6輪與軸的配合選用44b h m m m m? ? ? ，蝸輪輪轂與軸的配合為 7/ 6的直徑尺寸公差為 4)取軸端倒角為 1×45°。 5) 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度 [13]。根據(jù) [機械設(shè)計指導手冊表 15 a=的應力為 ? ? ? ?22221332 7 0 9 3 8 0 . 6 5 7 8 0 0 0 3 9 . 80 . 1 4 8c a a aM a T M P M ? ?? ? ??軸的材料 采用的是 45 鋼，根據(jù)機械設(shè)計指導手冊表 15得 ? ?1 60 ? ?,故 ? ?1??，因此軸的強度滿足實際需要，因此此方案合格。 考車型數(shù)據(jù) 最大功率： 100最大轉(zhuǎn)矩： 1300 主減速器傳動比： 高車速： 120速器傳動比： 分動傳動比： 高檔： 低擋： 8 第 4 章．差速器外殼的設(shè)計 殼設(shè)計 用半 徑為 115度為 160圓柱體。差速器的外殼分成兩部分，這兩部分 是 用螺栓來聯(lián)接 的 。在外殼中我們還需要添加一個套筒，此套筒是用來連接差速器的外殼和空心軸的。套筒的直徑為 80度為 15片 是 加在外殼與前、后蝸桿軸的聯(lián)接處 的 ， 他的 作用是降低他們的摩擦。在蝸桿與差速器殼處也用墊片。 圖 4速器外殼設(shè)計 車型 托森差速器 的主要零部件連接關(guān)系 零部件在整個殼體中的布局 托森差速器安裝在變速器的后端蓋處 ,他主要用來平衡轉(zhuǎn)速和傳遞功率 ,托森差速器的零部件連接關(guān)系，以及結(jié)構(gòu)如圖所示。兩個蝸桿置于差速器殼體內(nèi)，并分別與和齒輪軸驅(qū)動軸相連接。每個蝸桿與 3 個蝸輪相配合 ,構(gòu)成了 6 對蝸輪。每個蝸輪軸上裝有兩個圓柱直尺齒輪，渦輪軸沿著差速器的斷面平均距離安裝 ,同一處的 2 個蝸輪軸上的直齒圓柱齒輪彼此嚙合。 29 圖 4件布局圖 1 差速器齒輪軸 2 空心軸 3 差速器 外殼 4 驅(qū)動軸 5 驅(qū)動軸桿 6 直尺圓柱齒輪 7 渦輪軸 8 前軸蝸桿 30 第 5 章 的建模及運動仿真 模軟件的介紹 此次畢業(yè)設(shè)計建模及仿真用到的軟件主要就是 軟件的功能介紹 我們在平時的設(shè)計過稱重運用 計軟件可以實現(xiàn)各種各樣的功能。 體建模。使用 計軟件中的 3D 實體建模功能，可以省去很多不必要的步驟，加快項目的進程，將節(jié)省出來的時間用到其 他步驟上，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約人力物力財力，提高我們的效率。 2 大型裝配體設(shè)計。 理可包含 1 萬 多個零件的設(shè)計，因此節(jié)約了很多單獨的設(shè)計，化繁為簡，提升設(shè)計效率。 用此軟件能夠快速高效地創(chuàng)建鈑金件設(shè)計，縮短設(shè)計周期，具有很強的靈活性與同用性。 用 計，焊件的結(jié)構(gòu)等都可以進行很大的簡化，十分方便。 5 塑料與鑄造零件設(shè)計。我們在進行塑料盒鑄造零件的設(shè)計過程中，如果運用此軟件，開發(fā)滿足性能與穩(wěn)定性安全性可靠性要求的塑料或鑄 造零件設(shè)計的效率是很高的，花費很少的時間就可以完成很大的工作內(nèi)容。 6 模具設(shè)計。運用此軟件進行模具設(shè)計的時候，我們能夠隨時隨地的對設(shè)計方案，設(shè)計過程中修改，并且每一次的修改都會馬上生效。 7入導出。 運用此軟件我們可以 據(jù)轉(zhuǎn)換為各種滿足需求的格式數(shù)據(jù)，縮短整個設(shè)計的周期，節(jié)約時間與金錢。 供了各種各樣的轉(zhuǎn)換程序， 據(jù)可以與 據(jù)相互轉(zhuǎn)換，免去了很多不必要的麻煩。 課題主要用到的模塊 此次設(shè)計主要運用到的模塊如下： 圖 繪制模塊 當我在創(chuàng)建托森差速器的各個零件時，通過 插件 2D 1 來生成各個零件的截面 [14]。 件和特征模塊 最常用的塊和零件的特征編輯也是在這個模塊中進行完成的，零件的屬性的自定義也都是在這個模塊里進行編輯的 。 我們最常用的實體和曲面建模都是在這個模塊里完成的。 配模塊 在進行仿真的時候，我們都是把多個零件裝配在一個整體之后才能進行仿真的，運用 裝配模塊就能實現(xiàn)這一功能。比如我們將蝸輪蝸桿齒輪等裝配在一起構(gòu)成差速器就 需要此模塊。除此之外，我們還可以添加裝配體的零部件。進行子配體的操作等一系列功能。 級模塊 運動仿真（ 塊包括以下功能。 A 動畫：裝配體的仿真可以通過動畫來檢驗。 B：基本運動： C：運動分析（可在 M 插件中使用）。 動仿真 加伺服電機 伺服電機的添加入下兩圖所示 32 圖 5服電機的添加 圖 5服電機的添加 真 運動時間的設(shè)定 下圖為仿真運動時間的設(shè)定 33 圖 5動時間的設(shè)定 以上步驟之后可以進行差速器的運動仿真，將差速器運動仿真的動畫導出保存在電腦上。 34 結(jié)論 經(jīng)過幾個月的努力，我終于大致完成了此次設(shè)計，在這段期間，遇到了很多問題，但也解決了很多問題 。上學期期末的時候，通過與指導老師的溝通，選擇了論文課題托森差速器的設(shè)計與仿真。為了寫好這個題目，我在學校的圖書館和網(wǎng)上查閱餓了大量的資料，并進行了分類歸納總結(jié)，撰寫了文獻綜述報告，完成了論文任務書。通過這些前期放面的準備，我大體 了解了我此次論文的主要任務以及如何撰寫論文。此次論文的難點主要是對差速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及相關(guān)零件的尺寸計算，還有就是運用 件對其進行三維建模和運動仿真。由于之前我對這一軟件的使用并不是很熟悉，花費了大量的時間去去學，還好，通過查閱資料或是向老師和同學請教，基本上能夠熟練的使用此軟件。通過前期的準備，我基本了解了差速器國內(nèi)外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀，各種差速器的優(yōu)缺點以及工作原理，選擇了托森差速器作為此次設(shè)計的方案。在進行具體的零件結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程中， 尤其是相關(guān)軸承的選擇，以及齒輪的設(shè)計，蝸輪蝸桿如 何進行嚙合。在此次設(shè)計過程中 遇到了很多難題，但是自己都能夠一一克服，大體上完成了此次畢業(yè)論文，達到了這次畢業(yè)設(shè)計的目的，對大學四年來學習的知識再一次溫習了一遍，又學到了很多以前沒有學到的知識， 這些知識是完全可以用在以后的學習生活或者是工作中的。 在這個過程中，我也 體會 了很多。我現(xiàn)有的知識是完全不夠的，必須 不 斷的學習，無論我們處于一個什么樣的水平中。還有就是做事一定要合理安排時間，做好規(guī)劃，才能事半功倍。 35 致謝 最初拿到論文題目時，我自己感覺真的很茫然，感覺無從下手，像一個無頭蒼蠅一般查閱各種資料，但 是很多都是沒有用的，幸好我的指導 老師 及時的為我指明了方向，讓我知道了此次設(shè)計的方向，知道了此次設(shè)計中的重點和難點 是三維仿真和結(jié)構(gòu)設(shè)計 。讓我知道如何進行準備 ，查閱相關(guān)的資料和前期學習 。每隔一周的見面答疑為我指出了我上一階段工作的不足，提出了改進意見，也為下一階段的工作做出了詳細的安排，在這里我真誠的感謝老師在百忙之中抽出時間為我們進行答疑解惑。 在進行畢業(yè)論文的這幾個月時間里，劉老師對我的幫助可謂十分巨大，每一次無論遇到什么難題，他都會在第一時間耐心細致的為我詳細解答。 在這里，我還要感謝所有在學習和生活上教導過 我的老師們，謝謝你們大學4 年來對我的教導。以及在此次論文撰寫過程中對我?guī)椭^的 所有 同學，謝謝你們的幫助。正是在你們的幫助下，我的畢業(yè)論文才能夠按時按要求的完成，真誠的感謝你們在此期間對我的幫助。 36 參考文獻 [1] 濮良貴，紀名剛，陳國定，吳立言 機械設(shè)計 [M]. 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室 1995. [2] 朱啟超 . 輪胎式裝運機行走機構(gòu)的轉(zhuǎn)彎問題 J]. 3] 汽車構(gòu)造 .[J]4] 吳中華 伊頓鎖式 差速器 . 輕型汽車技術(shù) [J] [5] 高拓宇 ,王險峰；陳衛(wèi)兵 電動汽車電子差速問題研究 J]. [6] 劉玉賓 ,黃志偉 來源 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備 [J] [7] 楊超云 ,萬茂林 ,諸葛曉宇 . 差速器錐齒輪參數(shù)化建模及模態(tài)分析 ]． 8] 王歡 ,孫國興 ,劉強 ,李善杰 J] [9] 劉哲義 ,曹泗秋 托森差速器結(jié)構(gòu)特 征與工作原理淺析 J] [10] 劉哲義 ,曹泗秋 托森差速器結(jié)構(gòu)特征與工作原理淺析 J] [11] 韓麗艷 ,劉占民 機械制造 [N] [12] 鄭江 , 許瑛 . 機械設(shè)計 M]。 [13] L, R, D.A J]):477[14] R, S, Y, et of m