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XXXXXXX 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文) 汽車差速器設(shè)計 系 名： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 年 月 I 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT.IV 第一章 緒論 .1 1.1 研究背景及意義 .1 1.2 差速器的功用 .2 1.3 差速器的結(jié)構(gòu) .2 1.3.1 差速器的類型 .2 1.3.2 對稱式圓錐齒輪差速器結(jié)構(gòu) .3 1.4 差速器差速原理 .4 1.5 設(shè)計參數(shù)和要求 .5 第二章 差速器總體方案設(shè)計 .6 2.1 設(shè)計要求分析 .6 2.2 方案選擇 .6 2.3 結(jié)構(gòu)分析 .7 第三章 差速器齒輪及行星齒輪軸設(shè)計 .8 3.1 基本參數(shù)確定 .8 3.1.1 行星齒輪數(shù) n.8 3.1.2 行星齒輪球面半徑 .8BR 3.1.3 齒輪齒數(shù) Z1 和 Z2.9 3.1.4 齒輪節(jié)錐角 1、2 及節(jié)錐距半徑 A0 .10 3.1.5 齒輪模數(shù) m.10 3.1.6 壓力角 .10 3.1.7 齒輪幾何尺寸計算 .10 3.2 齒輪材料選擇 .11 3.3 齒輪強(qiáng)度計算 .12 3.4 行星齒輪軸的設(shè)計 .12 3.4.1 行星齒輪軸的分類及選用 .12 II 3.4.2 行星齒輪軸的尺寸設(shè)計 .13 3.4.3 行星齒輪軸的材料 .13 3.5 差速器墊圈的設(shè)計計算 .13 3.5.1 半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計 .14 3.5.2 行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計 .14 第四章 差速器殼設(shè)計及螺栓的選擇 .15 4.1 結(jié)構(gòu)及幾何尺寸 .15 4.2 材料的選擇 .16 4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性要求 .16 4.4 加工工藝規(guī)程設(shè)計 .17 4.3.1 基準(zhǔn)面的選擇 .17 4.4.2 毛坯的制造形式 .17 4.4.3 制訂工藝路線 .17 4.5 螺栓螺母的選擇與校核 .19 4.5.1 螺栓類型選擇 .19 4.5.2 螺栓的選用 .19 4.5.3 螺母的選用 .19 4.5.4 螺栓組的布置 .20 4.5.5 螺栓的強(qiáng)度校核 .21 第五章 差速器基于 PRO/E 的三維設(shè)計 .22 5.1 PRO/E 三維設(shè)計軟件概述 .22 5.2 三維設(shè)計 .24 5.2.1 半軸齒輪 .24 5.2.2 行星齒輪 .24 5.2.3 行星齒輪軸 .25 5.2.4 差速器殼 .25 5.2.5 三維裝配 .26 結(jié) 論 .28 參考文獻(xiàn) .29 致 謝 .30 III 摘 要 汽車差速器是個差速傳動機(jī)構(gòu)，用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸 有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動，用來保證各驅(qū)動輪在各種運(yùn)動條件下的動力傳遞，避 免輪胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌 自由輪式等多種形式。本次設(shè)計的為對稱式圓錐齒輪差速，其主要由差速器殼、行 星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸和螺栓組等組成。 本次設(shè)計主要針對汽車差速器進(jìn)行設(shè)計。首先，通過對差速器結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行 分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了差速器的結(jié)構(gòu)方案；接著，對主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計 算選擇；然后，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，通過 AutoCAD 制圖軟件 繪制了差速器裝配圖及主要零部件圖，并通過 Pro/E 三維設(shè)計軟件建立了差速器的 三維模型。 通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、材料力 學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練 使用 AutoCAD 制圖軟件、Pro/E 三維設(shè)計軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。 關(guān)鍵詞：差速器，行星齒輪，行星齒輪軸，設(shè)計 IV Abstract Automobile differential mechanism is a differential gear for the torque distribution between the two output shafts, and to ensure that the two output shafts may rotate at different angular velocities, to ensure that all the power transmission wheels under various conditions of movement, avoid slipping between the tire and the ground. Differential characteristics of its structure can be divided into gear, cam, turbo-wheeled freedom and jaw and other forms. The symmetrical design style bevel gear differential, which is mainly composed of the differential housing, planetary gears, axle gears, planetary gear shaft and bolts and other components. The design is mainly for automotive differential design. First, by making the structure and principle of differential analysis, based on the analysis in this structural scheme proposed differential; Next, the main technical parameters were calculated selection; then, for each of the main components were designed and school nuclear; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a differential assembly drawing and major components diagram and by the Pro/E design software to build a three-dimensional model of the differential. Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software , Pro / E three-dimensional design software, for the future work of great significance in life. Keywords: Differential, Planetary gear, Pinion Shaft design 汽車差速器設(shè)計 1 第一章 緒 論 1.1研究背景及意義 差速器的作用就是使兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時，例如左轉(zhuǎn)彎，彎心在 左側(cè)，在相同的時間內(nèi)右側(cè)車輪要比左側(cè)車輪走過的軌跡要長，所以右側(cè)車輪轉(zhuǎn)的 要更快一些。要達(dá)到這個效果，就得通過差速器來調(diào)節(jié)。差速器由差速器殼、行星 齒輪、行星齒輪軸和半軸齒輪等機(jī)械零件組成。 發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)變速器從動軸進(jìn)入差速器后，直接驅(qū)動差速器殼，再傳遞到行 星齒輪，帶動左、右半軸齒輪，進(jìn)而驅(qū)動車輪，左右半軸的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼 轉(zhuǎn)速的兩倍。當(dāng)汽車直線行駛時，行星齒輪，左、右半軸齒輪和驅(qū)動車輪三者轉(zhuǎn)速 相同。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時，由于汽車受力情況發(fā)生變化，反饋在左右半軸上，進(jìn)而破壞差速 器原有的平衡，這時轉(zhuǎn)速重新分配，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速增加， 重新達(dá)到平衡狀態(tài)，同時，汽車完成轉(zhuǎn)彎動作。 差速器就是一種將發(fā)動機(jī)輸出扭矩一分為二的裝置，允許轉(zhuǎn)向時輸出兩種不同 的轉(zhuǎn)速。 差速器有三大功用：把發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力傳輸?shù)杰囕喩?；充?dāng)汽車主減速齒輪， 在動力傳到車輪之前將傳動系的轉(zhuǎn)速減下來；將動力傳到車輪上，同時，允許兩輪 以不同的輪速轉(zhuǎn)動。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)彎時，每個車輪駛過的距離不相 等，即內(nèi)側(cè)車輪比外側(cè)車輪駛過的距離要短。因為車速等于汽車行駛的距離除以通 過這段距離所花費(fèi)的時間，所以行駛距離短的車輪轉(zhuǎn)動的速度就慢。 汽車在行使過程中，左右車輪在同一時間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，左 右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動 半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行使阻力不等等。這樣，如果驅(qū)動橋 的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會引起車輪在路面上的滑 移或滑轉(zhuǎn)，一方面會加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會使轉(zhuǎn)向沉重，通 過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。 差速器是個差速傳動機(jī)構(gòu)，用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可 能以不同的角速度轉(zhuǎn)動，用來保證各驅(qū)動輪在各種運(yùn)動條件下的動力傳遞，避免輪 汽車差速器設(shè)計 2 胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由 輪式等多種形式。 1.2差速器的功用 汽車差速器是驅(qū)動轎的主件，簡單說它的作用就是在向兩邊半軸傳遞動力的同 時，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等 距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。汽車在直線行駛時，左右車輪轉(zhuǎn)速幾乎相同，而 在轉(zhuǎn)彎時，左右車輪轉(zhuǎn)速不同，差速器能實現(xiàn)左右車輪轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，允許左右 車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。 汽車差速器是汽車傳動中的最重要的部件之一，它有三大作用：首先是將發(fā)動 機(jī)輸出的動力傳輸?shù)杰囕喩?；其次，將主減速器已經(jīng)增加的扭矩一分為二的分配給 左右兩根半軸；最后，擔(dān)任汽車主減速齒輪，在動力傳輸至車輪前將傳動系的轉(zhuǎn)速 減下來，將動力傳到車輪上，同時允許兩側(cè)車輪以不同的輪速轉(zhuǎn)動3。差速器對提 高汽車行駛平穩(wěn)性和其通過性有著獨特的作用，是汽車設(shè)計的重點之一。 1.3差速器的結(jié)構(gòu) 1.3.1差速器的類型 （1）開式差速器 開式差速器的結(jié)構(gòu)，是典型的行星齒輪組結(jié)構(gòu)，只不過太陽輪和外齒圈的齒數(shù) 是一樣的。在這套行星齒輪組里，主動輪是行星架，被動輪是兩個太陽輪。通過行 星齒輪組的傳動特性我們知道，如果行星架作為主動軸，兩個太陽輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動 方向是不確定的，甚至兩個太陽輪的轉(zhuǎn)動方向是相反的。 車輛直行狀態(tài)下，這種差速器的特性就是，給兩個半軸傳遞的扭矩相同。在一 個驅(qū)動輪懸空情況下，如果傳動軸是勻速轉(zhuǎn)動，有附著力的驅(qū)動輪是沒有驅(qū)動力的， 如果傳動軸是加速轉(zhuǎn)動，有附著力的驅(qū)動輪的驅(qū)動力等于懸空車輪的角加速度和轉(zhuǎn) 動慣量的乘積。 車輛轉(zhuǎn)彎輪胎不打滑的狀態(tài)下，差速器連接的兩個半軸的扭矩方向是相反的， 給車輛提供向前驅(qū)動力的，只有內(nèi)側(cè)的車輪，行星架和內(nèi)側(cè)的太陽輪之間由等速傳 動變成了減速傳動，駕駛感覺就是彎道加速比直道加速更有力。 開式差速器的優(yōu)點就是在鋪裝路面上轉(zhuǎn)行行駛的效果最好。缺點就是在一個驅(qū) 汽車差速器設(shè)計 3 動輪喪失附著力的情況下，另外一個也沒有驅(qū)動力。 開式差速器的適用范圍是所有鋪裝路面行駛的車輛，前橋驅(qū)動和后橋驅(qū)動都可 以安裝。 （2）限滑差速器 限滑差速器用于部分彌補(bǔ)開式差速器在越野路面的傳動缺陷，它是在開式差速 器的機(jī)構(gòu)上加以改進(jìn)，在差速器殼的邊齒輪之間增加摩擦片，對應(yīng)于行星齒輪組來 講，就是在行星架和太陽輪之間增加了摩擦片，增加太陽輪與行星架自由轉(zhuǎn)動的阻 力力矩。 限滑差速器提供的附加扭矩，與摩擦片傳遞的動力和兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。 在開式差速器結(jié)構(gòu)上改進(jìn)產(chǎn)生的 LSD，不能做到 100的限滑，因為限滑系數(shù)越高， 車輛的轉(zhuǎn)向特性越差。 LSD 具備開式差速器的傳動特性和機(jī)械結(jié)構(gòu)。優(yōu)點就是提供一定的限滑力矩， 缺點是轉(zhuǎn)向特性變差，摩擦片壽命有限。 LSD 的適用范圍是鋪裝路面和輕度越野 路面。通常用于后驅(qū)車。前驅(qū)車一般不裝，因為 LSD 會干涉轉(zhuǎn)向，限滑系數(shù)越大， 轉(zhuǎn)向越困難。 1.3.2對稱式圓錐齒輪差速器結(jié)構(gòu) 如圖 1-1 所示是普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個半軸齒輪， 四個行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。由于其具有結(jié) 構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點，故廣泛用于各類 車輛上。 圖 1-1 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器 1、12-軸承；2-螺母；3、14-鎖止墊片；4-差速器左殼；5、13-螺栓；6- 半軸齒輪墊片； 汽車差速器設(shè)計 4 7-半軸齒輪；8-行星齒輪軸；9-行星齒輪；10- 行星齒輪墊片；11- 差速器右殼 1.4差速器差速原理 圖 1-2 差速器差速原理 如圖 1-2 所示，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼 3 與行星 齒輪軸 5 連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪 6 固連在一起，固 為主動件，設(shè)其角速度為 ；半軸齒輪 1 和 2 為從動件，其角速度為 和 。012 A、B 兩點分別為行星齒輪 4 與半軸齒輪 1 和 2 的嚙合點。行星齒輪的中心點為 C，A、 B、C 三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為 。r 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑 上的 A、B、C 三點的圓周速度都相等（圖 1-2） ，其值為 。于是 = = ，r 0r120 即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼 3 的角速度。 當(dāng)行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5 以角速度 自轉(zhuǎn)時（圖） ，嚙合點 A4 的圓周速度為 = + ，嚙合點 B 的圓周速度為 = - 。于是1r04r 2r04r + =（ + ）+( - )12 04r 即 + =2 （1-1）120 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 表示，則n （1-2）021 式（1-2 ）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動特征方程式， 它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速 無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)， 使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。 汽車差速器設(shè)計 5 有式（1-2 ）還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒 輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動器制動 傳動軸時） ，若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的 轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。 1.5設(shè)計參數(shù)和要求 設(shè)計技術(shù)參數(shù)如下： （1）車的最大速度：100km/h （2）輸入功率：P=100kw （3）齒輪轉(zhuǎn)速 n=1440r/min 其他相關(guān)參數(shù)選定如下： （3）主減速比：i0=3.526 （4）輪胎規(guī)格（前后）175/65 R14 （5）變速器速比：（3.545 1.8947 1.3103 0.9706 0.7436) 汽車差速器設(shè)計 6 第二章 差速器總體方案設(shè)計 2.1設(shè)計要求分析 已知設(shè)計技術(shù)參數(shù)如下： （1）車的最大速度：100km/h （2）輸入功率：P=100kw （3）齒輪轉(zhuǎn)速 n=1440r/min 從提供的設(shè)計參數(shù)來看，該汽車的最大車速為 100km/h，功率為 100KW，齒輪 轉(zhuǎn)速 1440r/min，屬于普通轎車。 2.2方案選擇 差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形 式。 普通汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較 小等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。它可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止 式差速器。普通齒輪式差速器的傳動機(jī)構(gòu)為齒輪式。齒輪差速器分圓錐齒輪式和圓 柱齒輪式兩種10 。 強(qiáng)制鎖止式差速器就是在對稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動輪滑 轉(zhuǎn)時，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。差速鎖在軍用汽車上應(yīng)用較廣。 對稱式錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)可靠，廣泛應(yīng)用于一般使用條件的汽 車驅(qū)動橋上，根據(jù)給定的參數(shù)可知本次設(shè)計的為普通轎車上的差速器，因此初步選 定差速器的種類為行星錐齒輪差速器，安裝在驅(qū)動橋的兩個半軸之間，通過兩個半 軸把動力傳給車輪。設(shè)計簡圖如下： 汽車差速器設(shè)計 7 12345 圖 2-1 差速器結(jié)構(gòu)方案圖 1差速器左殼 2半軸齒輪 3行星齒輪 4差速器右殼 5十字軸 如上圖 1-2 所示，對稱式行星錐齒輪主要是由差速器左、右殼 1 和 4，兩個半軸 齒輪 2，四個行星齒輪 3，十字軸 5 組成。動力傳輸?shù)讲钏倨鳉?1，差速器殼帶動十 字軸 5 轉(zhuǎn)動，十字軸又帶動安裝在它四個軸頸上的行星齒輪 3 轉(zhuǎn)動，由于行星齒輪 與半軸齒輪相互嚙合，所以行星齒輪又將轉(zhuǎn)矩傳遞給半軸齒輪，半軸齒輪又與半軸 相連，于是傳給半軸，半軸又將動力傳送給驅(qū)動輪，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動來完成汽車的行駛 11。 2.3結(jié)構(gòu)分析 （1）行星齒輪 3 的背面大都做成球面，與差速器殼 1 配合，保證行星齒輪具有 良好的對中性，以利于和兩個半軸齒輪 2 正確地嚙合； （2）由于行星齒輪 3 和半軸齒輪 2 是錐齒輪傳動，在傳遞轉(zhuǎn)矩時，沿行星齒輪 和半軸齒輪的軸線有很大的軸向作用力，而齒輪和差速器殼之間又有相對運(yùn)動。為 減少齒輪和差速器殼之間的磨損，在半軸齒輪背面與差速器殼相應(yīng)的摩擦面之間裝 有平墊圈，而在行星齒輪和差速器殼之間裝有球面墊圈。當(dāng)汽車行駛到一定的里程， 墊圈磨損后可以通過更換墊圈來調(diào)整齒輪的嚙合間隙，以此來提高差速器的壽命。 （3）在中、重型汽車上由于需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，所以要安裝四個行星齒輪， 行星齒輪軸也要用十字軸。 （4）為了保證行星齒輪和十字軸之間有良好的潤滑，在十字軸的軸頸銑出了一 個平面，以儲存潤滑油潤滑齒輪背面12。 汽車差速器設(shè)計 8 第三章 差速器齒輪及行星齒輪軸設(shè)計 3.1基本參數(shù)確定 3.1.1行星齒輪數(shù) n 該車為小型轎車，但為確保差速器穩(wěn)定性，行星輪數(shù)應(yīng)該為 4. 3.1.2行星齒輪球面半徑 BR 圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑 ，它就是BR 行星齒輪的安裝尺寸，實際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征 了差速器的強(qiáng)度 13。 球面半徑 可按如下的經(jīng)驗公式確定：BR （3-1）3cBTKR 式中： 行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取 2.52.99，對于有 4 個行星齒輪的轎BK 車取較大值； 計算轉(zhuǎn)矩，取 和 的較小值，Nm.cTceTs 從動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩 （3-2）nikfedce01max 汽車差速器設(shè)計 9 （3-3）m riGT2cs 式中： 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； = 130Nm；maxeTaxe 變速器最低檔傳動比 ；1i 54.31i 主減速一級傳動比 3.5；0 分動器傳動比，在此無；fi 上述傳動部分的效率，取 =0.9； 超載系數(shù)，對于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動dk 的各類汽車取 ； 1dk 液力變矩器變矩系數(shù)，在此無；k 該車的驅(qū)動橋數(shù)目；該車采用發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)為 1；n 汽車滿載時一個驅(qū)動橋給水平地面的最大負(fù)荷，為 18709.8N2G 負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)取 1.1；m 輪胎對路面的附著系數(shù)，對于安裝一般輪胎的公路用汽車，取 ；對越野汽車取 ；對于安裝專門的肪滑寬輪胎的高級85.00.1 轎車取 ；貨車為一般公路用車取 ；2.185.0 車輪的滾動半徑，0.2916m（輪胎型號：175/65 R14） ；r ， 分別為由所計算的主減速器從動齒輪到驅(qū)動輪之間的傳動效 mi 率和減速比（例如輪邊減速器等）, =0.98， =1。mi 代入式（2-2 ） （2-3 ） ，有： N6.150198.526.34.0ceT 4.923.872cs mriG 計算轉(zhuǎn)矩 的值取 和 的較小值，所以 Nm。cTcesT6.150cT 汽車差速器設(shè)計 10 根據(jù)式（3-1 ）可得到： m25.36.1509.23BR 圓整取： mRB34 若按照給定參數(shù)計算： N.6140C nPT 則： .25.69.3B 為了滿足車輛主要工況下負(fù)載，本次選定： mRB3 3.1.3齒輪齒數(shù) Z1和 Z2 為了使輪齒有較高的強(qiáng)度，z1 一般不少于 10。半軸齒輪齒數(shù) z2 在 1425 選用。 大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 在 1.52.0 的范圍內(nèi)，且半軸齒輪齒 21z 數(shù)和必須能被行星齒輪齒數(shù)整除。 查閱資料，經(jīng)方案論證，初定半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 =2，半軸齒輪齒 21z 數(shù) z2=24，行星齒輪的齒數(shù) z1=12。 3.1.4齒輪節(jié)錐角 1、2 及節(jié)錐距半徑 A0 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角 1、2 分別為 1= 12zarctn 2= 1 rtz 將各參數(shù)分別代入上式有： 1=26.56，2=63.44 直齒錐齒輪節(jié)錐距半徑 A0 為 A0=(0.98-0.99) RB =33.3233.66 3.1.5齒輪模數(shù) m 錐齒輪大端模數(shù) m 為 汽車差速器設(shè)計 11 m= （3-4） 012Asinz 將各參數(shù)代入式（3-4） ，有：m=2.522.55 查閱文獻(xiàn)3，取模數(shù) m=3 3.1.6壓力角 汽車差速齒輪大都采用壓力角 =2230，齒高系數(shù)為 0.8 的齒形。 3.1.7齒輪幾何尺寸計算 按照文獻(xiàn)3中的設(shè)計計算方法進(jìn)行設(shè)計和計算，結(jié)果見表 3-1。 表 3-1 半軸齒輪與行星齒輪參數(shù) 序號 名稱 計算公式 計算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) 1z10，應(yīng)盡量取最小值 1z=12 2 半軸齒輪齒數(shù) 2=1425，且需滿足式（1-4） 2=24 3 模數(shù) mm=3mm 4 齒面寬 b=(0.250.30)A 0;b10m 10mm 5 工作齒高 hg6.1gh=4.8mm 6 全齒高 5785.415 7 壓力角 22.5 8 軸交角 =90 9 節(jié)圓直徑 1mzd； 2zd1=36, d2=72 10 節(jié)錐角 21arctn ， 190 1=26.56， 1=63.44 11 節(jié)錐距 210siidA0A=40mm 12 周節(jié) t=3.1416mt=9.425mm 13 齒頂高 21agah ; z 2137.04. 1ah =3.23mm2 =1.57mm 14 齒根高 1f=1.788m- ah; 1fh=2.13mm; 汽車差速器設(shè)計 12 2fh=1.788m- 2ah2fh=3.79mm 15 徑向間隙 c= - g=0.188 +0.051 c=0.615mm 16 齒根角 1= 01artnAhf; 022arctnhf1=3.05; 2=5.41 17 面錐角 21o；21o=31.97；2 =66.49 18 根錐角 11R； 2R1R=23.51 2R=58.03 19 外圓直徑 1cosaohd； 220do1=41.78 do1=73.4 3.2齒輪材料選擇 差速器齒輪和主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制 造差速器錐齒輪的材料為 20CrMoTi、22CrMnMo 和 20CrMo 等。由于差速器齒輪輪 齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。初選差速器齒輪材料 為 20CrMoTi。 3.3齒輪強(qiáng)度計算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那 樣經(jīng)常處于嚙合傳動狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行使不同的路程時，或一側(cè) 車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運(yùn)動。因此，對于差速器齒 輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計算。輪齒彎曲應(yīng)力 w（ MPa）為 MPa （4-6 ）JmFzK Tvsow2310= 式中：T差速器一個行星齒輪給予一個半周齒輪的轉(zhuǎn)矩， Nm；其計算公式為 T= n j6.0 計算轉(zhuǎn)矩，取 1506.66Nm；j 汽車差速器設(shè)計 13 半軸齒輪數(shù)目；24；2z n行星齒輪數(shù)；4； J綜合系數(shù)，取 0.223； F計算齒輪的齒面寬， mm；10mm； m端面模數(shù)，3mm； ks、km 、kv 按照主減速器齒輪強(qiáng)度計算的有關(guān)轉(zhuǎn)矩選?。环謩e為：0.648,1,1 將各參數(shù)代入式（4-6）中，有： w=334MPa 因為, 差速器齒輪的 ww=980MPa，所以齒輪彎曲強(qiáng)度滿足要求。 3.4行星齒輪軸的設(shè)計 3.4.1行星齒輪軸的分類及選用 行星齒輪的種類有很多，而差速器齒輪軸的種類也很多，最常見的是一字軸和 十字軸，在小型汽車上由于轉(zhuǎn)矩不大，所以要用一字軸，而載貨的大質(zhì)量的汽車傳 遞的轉(zhuǎn)矩較大，為了軸的使用壽命以及提高軸的承載能力，常用十字軸，由四個軸 軸頸來分配轉(zhuǎn)矩?？梢杂行У奶岣咻S的使用壽命。 此次設(shè)計選用十字軸。 3.4.2行星齒輪軸的尺寸設(shè)計 行星齒輪軸用直徑 d（mm）為 d= （4-5）dCnr.1 0T3 式中： T0差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm；1506.66Nm n行星齒輪數(shù)；4 rd行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x 20mm； c支承面許用擠壓應(yīng)力，取 69 MPa； 將各參數(shù)代入式（4-5）中，有： d=16mm 3.4.3行星齒輪軸的材料 汽車差速器設(shè)計 14 軸的選擇要滿足強(qiáng)度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。 軸的常用材料主要有碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價廉，對應(yīng)力集中敏感性比合金 鋼低，應(yīng)用較為廣泛，對重要或者承受較大的軸，宜選用 35、40、45 和 50 等優(yōu)質(zhì) 碳素鋼，其中以 45 鋼最常用。所以此次選用的軸的材料為 45 鋼。 3.5差速器墊圈的設(shè)計計算 墊圈是墊在連接件與螺母之間的零件，一般為扁平形的金屬環(huán)，用來保護(hù)被接 件的表面不受螺母擦傷，分散螺母對被接件的壓力。墊圈的種類有：彈簧墊圈、平 墊圈、密封墊圈、球面墊圈等。墊圈的材料通常是軟鋼、青銅、尼龍、聚甲醛塑料。 在差速器傳遞轉(zhuǎn)矩的時候。行星齒輪和半軸齒輪要受到很大的軸向力，而齒輪 和差速器殼之間又有相對運(yùn)動，所以要用墊圈以減少磨損。差速器要用到兩個墊圈， 一個墊圈是半軸齒輪支承墊圈為圓形平墊圈，連接件一個是軟質(zhì)地的，一個是硬質(zhì) 地較脆的，其主要作用是增大接觸面積，分散壓力，防止把質(zhì)地遠(yuǎn)的壓壞。另外一 個是差速器行星齒輪支承墊圈為球面墊圈。球面墊圈將行星齒輪和行星十字軸固定 在一起傳遞轉(zhuǎn)矩。 3.5.1半軸齒輪平墊圈的尺寸設(shè)計 如下圖 3-4 所示：為平墊圈的結(jié)構(gòu)方案簡圖。 圖 3-1 平墊圈 半軸直徑的數(shù)據(jù)為 50mm,如圖 4-1（a）所示，按照裝配關(guān)系可選擇半軸齒輪平 墊圈的安裝孔直徑 D 要大于 50 mm，初步預(yù)選安裝孔直徑 D2 為 50.5mm，由圖 3- 4（b）根據(jù)安裝簡易程度選取墊圈的厚度 h 為 1.6mm.選用的材料是聚甲醛塑料。 3.5.2行星齒輪球面墊圈的尺寸設(shè)計 汽車差速器設(shè)計 15 圖 3-2 球面墊圈 由十字軸軸頸的直徑為 28mm，根據(jù)裝配關(guān)系選擇球形墊圈的安裝孔直徑 D2 為 28 mm，厚度 h 為 1.1mm,選用的材料是聚甲醛塑料。 第四章 差速器殼設(shè)計及螺栓的選擇 4.1結(jié)構(gòu)及幾何尺寸 對稱式圓錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)為剖分式結(jié)構(gòu)。具體尺寸根據(jù)齒輪及齒輪軸匹配， 通過 AutoCAD 在裝配圖中配匹得到如下： 汽車差速器設(shè)計 16 圖 4-1 差速器左殼 圖 4-2 差速器右殼 4.2材料的選擇 毛坯材料的確定一般應(yīng)考慮零件在整個機(jī)器中的作用，零件的形狀、大小、生 產(chǎn)綱領(lǐng)以及工作環(huán)境，零件材料應(yīng)具備主要機(jī)械性能指標(biāo)。此外，還有材料的工藝 性、經(jīng)濟(jì)性，也是該零件選擇材料時要考慮的因素。差速器殼起著支承、聯(lián)接，傳 汽車差速器設(shè)計 17 遞扭矩的作用，因而對強(qiáng)度、塑性、任性要求較高。故選擇鑄鐵材料?？紤]到鑄鐵 材料的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，因而選用目前廣泛使用的球墨鑄鐵5-7。 球墨鑄鐵具有較 高的強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度也大大超過灰口鑄鐵，球墨鑄鐵具有良好的鑄造性、減摩性、 切削性和低的缺口敏感性，其生產(chǎn)工藝簡便，成本低廉，可選用 QT420-10。 4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性要求 砂型造型鑄件設(shè)計，不僅要考慮工作功能和力學(xué)性能的要求，還必須考慮合金 鑄造性能、鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，對鑄件質(zhì)量、生 產(chǎn)率和制造成本都有很大影響。鑄件的結(jié)構(gòu)，假如不能滿意合金鑄造性能的要求， 將可能產(chǎn)生澆不到、冷隔、縮孔、縮松、氣孔、裂紋和變形等缺陷。 流動性好的合金，充型能力強(qiáng)，鑄造時就不易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷，而且 能鑄出鑄件的最小壁厚也小。不同的合金，在一定的鑄造條件下能鑄出的最小壁厚 也不同。設(shè)計鑄件的壁厚時，一定要大寸：該合金的“最小答應(yīng)壁厚” ，以保證鑄件 質(zhì)量。鑄件的“最小允許壁厚“主要取決于合金種類、鑄造方法和鑄件的大小等。 表 51 為鑄件最小允許壁厚值。但是，鑄件壁也不宜太厚。厚壁鑄件晶粒粗大，組 織疏松，易產(chǎn)生縮孔和縮松，力學(xué)性能下降。鑄件艱載能力并不是隨截面積增大成 比例地增加。設(shè)計過厚的鑄件壁，將會造成金屬浪費(fèi)。為了提高鑄件承載能力而不 增加壁厚，鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)選用合理的截面形狀。 此外，鑄件內(nèi)部的筋或壁，散熱條件比外壁差，冷卻速度慢。為防止內(nèi)壁的晶 粒變粗和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，一般內(nèi)壁的厚度應(yīng)小于外壁。表 52 為鑄鐵件外壁、內(nèi)壁和 加強(qiáng)筋的最大臨界壁厚。鑄件各部分壁厚若相差過大，厚壁處會產(chǎn)生金屬局部積聚 形成熱節(jié)，凝固收縮時在熱節(jié)處易形成縮孔、縮松等缺陷。此外，各部分冷卻速度 不同，易形成熱應(yīng)力，致使鑄件薄壁與厚壁連接處產(chǎn)生裂紋。因此在設(shè)計鑄件時， 應(yīng)盡可能使壁厚均勻，以防止上述缺陷產(chǎn)生。 檢查鑄件壁厚是否均勻時，應(yīng)將鑄件的加工余量考慮在內(nèi)。如果零件圖上各處 壁厚是均勻的，加上加工余量后，加工面上的鑄造厚度將增加，鑄件熱節(jié)卻很大 4.4加工工藝規(guī)程設(shè)計 4.3.1基準(zhǔn)面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以 汽車差速器設(shè)計 18 使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有 甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。 （1）粗基準(zhǔn)的選擇 按照有關(guān)的粗基準(zhǔn)選擇原則（保證某重要表面的加工余量均勻時，選該表面為 粗基準(zhǔn)。若工件每個表面都要求加工，為了保證各表面都有足夠的余量，應(yīng)選擇加 工余量最小的表面為粗基準(zhǔn)，若工件必須保證不加工表面與加工表面之間的尺寸或 位置要求，如壁厚均勻，先取不加工表面做粗基準(zhǔn)）可以取鑄件的大端作粗基準(zhǔn)加 工小端面，再以小端面為基準(zhǔn)加工大端面，也可以取鑄件的兩個凸臺作為粗基準(zhǔn)， 先加工好端面和要求不高的 200 外圓。 （2）精基準(zhǔn)的選擇 按照有關(guān)的精基準(zhǔn)選擇原則（互為基準(zhǔn)原則；基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；可靠方便原則） ， 對于本零件，外圓和內(nèi)圓兩組加工表面相互之間有一定的精度要求，內(nèi)圓粗加工時 可以先選擇加工好的端面作為加工基準(zhǔn)，再以粗加工好的內(nèi)圓表面為基準(zhǔn)粗加工外 圓表面，然后以粗加工好外圓表面為基準(zhǔn)精加工內(nèi)圓，最后再以基準(zhǔn)精加工好的內(nèi) 圓精加工外圓。 后面加工零件肩上的行星輪軸孔可以用夾具以大端面為基準(zhǔn)銑出兩側(cè)平面，再 用專用夾具以端面和平面為基準(zhǔn)加工孔。 4.4.2毛坯的制造形式 零件材料為 QT420-10，球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，具有很高的強(qiáng)度，又有良好 的塑性和韌性，起綜合性能接近鋼，其鑄性能好，成本低廉，生產(chǎn)方便，工業(yè)中廣 泛應(yīng)用。生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批量生產(chǎn)，而且零件輪廓尺寸不大，故可以采用砂型機(jī)械造 型，這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。毛坯圖見附件。 4.4.3制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等 技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為中批生產(chǎn)的條件下，考慮采用 普通機(jī)床配以專用夾具，多用通用刀具，萬能量具。部分采用專用刀具和專一量具。 并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成 本盡量下降。 （1）工藝線路方案一 汽車差速器設(shè)計 19 工序 1 鑄造。 工序 2 熱處理：正火。 工序 3 銑 200 外圓右端面（大頭） 。 工序 4 銑 50 外圓左端面（小頭） 。 工序 5 粗、半精車 200、154、150、50 外圓 工序 6 精車 200、154、150、50 外圓及端面。 工序 7 粗鏜 40、50、122、130 孔。 工序 8 精鏜內(nèi)孔 40、122、130 孔 50 及內(nèi)部端面，倒角。 工序 9 銑兩凸臺上平面。 工序 10 鉆 4 孔。 工序 11 鉆大端法蘭上 12 個 12.5 孔。 工序 12 鉆、鉸兩組 22、8 孔，8 孔倒角。 工序 13 去毛刺，檢查。 （2）工藝路線方案二 工序 1 鑄造。 工序 2 熱處理：退火。 工序 3 鉆大端法蘭上 12 個 12.5 孔。 工序 4 鉆、鉸兩組 22、8 孔，8 孔倒角。 工序 5 鉆 4 孔 工序 6 銑兩凸臺上平面。 工序 7 粗車、精車 200 及端面，倒角，鉆 40 孔， 工序 8 粗鏜 40、50 孔及端面、122、130 孔。 工序 9 粗、半精車 50、154 外圓及端面，車凸臺上 150 外圓。 工序 10 精鏜 50 及端面、122、130 孔，倒角。 工序 11 精車 50，154 外圓及端面，倒角。 工序 12 去毛刺，檢查。 （3）工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于：方案一在銑床上先加工小端面，再以小端面定位加 工大端面，方案二是先鉆孔，車端面，然后以孔和大端面定位，加工其它部分。兩 相比較起來可以看出，工序一比較分散，適合大批量生產(chǎn)。方案二的加工不是很合 汽車差速器設(shè)計 20 理，鉆孔缺少必要的定位，精度誤差都比較大。在大批生產(chǎn)中，綜合考慮，我們選 擇工藝路線一。 4.5螺栓螺母的選擇與校核 設(shè)計螺紋連接，一般首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)需要連接固定零件的形狀、尺寸、 所受載荷及其他工作要求，確定所用螺紋緊固件的類型、布置和尺寸等。對承受載 荷較大的螺栓組要進(jìn)行強(qiáng)度校核，并按計算結(jié)果對初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 4.5.1螺栓類型選擇 由于用于連接兩個較薄的零件。在被連接件上開有通孔，插人螺栓后在螺栓的 另一端擰上螺母。采用普通螺栓的釘桿與孔之間有間隙，通孔的加工要求較低，結(jié) 構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。殼體與機(jī)架螺栓的類型選用普通的螺栓連接。 4.5.2螺栓的選用 螺栓的種類很多，隨著機(jī)械及其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對螺栓的要求也越來越高， 既要要求螺栓具有較高的強(qiáng)度又要其精密度高。目前常見的螺栓有六角頭螺栓（全 螺紋） 、六角頭鉸制孔用螺栓、六角頭螺桿帶孔螺栓等21。而查解放 CA1092 型載 貨汽車數(shù)據(jù)得連接螺栓為 ，細(xì)牙螺紋，擰緊力矩為 137.2156.8 Nm，即為5.14M GB/T 5782 。5.14 現(xiàn)在生產(chǎn)螺栓的原材料一般是碳素鋼、不銹鋼、銅三種，為了加強(qiáng)螺栓的強(qiáng)度， 此次選用的是碳素鋼。 4.5.3螺母的選用 我們所學(xué)的螺母有六角薄螺母、六角開槽螺母。在機(jī)械行業(yè)、汽車行業(yè)以及相 關(guān)行業(yè)，經(jīng)過幾年的發(fā)展，螺母的種類和型號也越來越齊全。根據(jù)差速器已選定的 尺寸為 的螺栓，所以由裝配關(guān)系選擇差速器螺母應(yīng)該為 的，性能等級5.14M14M 為 8 級的，不經(jīng)過表面處理的六角螺母，即：GB/T 6170 。符合解放 CA1092 型載貨汽車的螺栓要求?，F(xiàn)在一般生產(chǎn)的螺母原材料一般是碳素鋼、不銹鋼、銅三 種，為了加強(qiáng)螺栓的強(qiáng)度，此次選用的是碳素鋼。 4.5.4螺栓組的布置 布置螺栓組包括確定螺栓組中的螺栓數(shù)目并給出每個螺栓的位置。應(yīng)力求使各 汽車差速器設(shè)計 21 螺栓受力均勻而且較小，避免螺栓受附加載荷，還應(yīng)有利于加工和裝配等。 1）接合面處的零件形狀應(yīng)盡量簡單，最好是方形、圓形或矩形、同一圓周上的 螺栓數(shù)目應(yīng)采用 4、6、8、12 等，以便于加工時分度。應(yīng)使螺栓組的形心與零件接 合面的形心重合，最好有兩個互相垂直的對稱軸，以便于加工和計算。常把接合面 中間挖空，以減少接合面加工量和接合面不平度的影響，還可以提高連接剛度。示 例如下： 圖 4-5 螺栓布置圖 2）受力矩的螺栓組，螺栓應(yīng)遠(yuǎn)離對稱軸，以減小螺栓受力。 3）受橫向力的螺栓組，沿受力方向布置的螺栓不宜超過 6 一 8 個，以免各螺 栓受力嚴(yán)重不均勻。 4）同一螺栓組所用的緊固件的形狀、尺寸、材料等應(yīng)一致，以便于加工和裝配。 螺栓間的距離可參考表 3-2 如下： 表 3-2 螺栓間距參考值 汽車差速器設(shè)計 22 5）為裝配螺紋連接時，工具應(yīng)有足夠的操作空間，應(yīng)保證一定的扳手空間尺寸。 4.5.5螺栓的強(qiáng)度校核 進(jìn)行螺栓組連接受力分析的目的是，根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最 大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計算。 螺栓組連接主要受橫向載荷和傾覆力矩的復(fù)合作用，現(xiàn)在為了校核的方便，先 校核受橫向載荷的連接。應(yīng)該保證連接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須 大于或等于橫向載荷。 根據(jù)前面的計算，螺栓組所受橫向載荷 =98KNF 假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力為 ，螺栓數(shù)目為 4，0 則其平衡的條件為 0 fFzisK 由此得預(yù)緊力 = = 212KN0 sfi1.3*9854 此時螺栓的所受的應(yīng)力 = = =675Mpa 0FA2(.)N 此時螺栓不能滿足我們的要求，現(xiàn)在決定改用 4 個 M12 螺栓性能等級為 8.8 ， 取安全系數(shù) s=1.5 螺栓的許用應(yīng)力 = = =427Mpa s601.5Mpa 根據(jù)螺栓的布置圖 此時需要的預(yù)緊力不變， 212KN0F 此時螺栓所受的應(yīng)力 = = =300Mpa 0A21(.3)4 滿足我們要求 汽車差速器設(shè)計 23 第五章 差速器基于 Pro/E的三維設(shè)計 5.1 Pro/E三維設(shè)計軟件概述 Pro/Engineer 操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一體 化的三維軟件。Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目 前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer 作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 Pro/Engineer 和 WildFire 是 PTC 官方使用的軟件名稱，但在中國用戶所使用的 名稱中，并存著多個說法，比如 ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指 Pro/Engineer 軟件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0creo2.0 等等都是指軟 件的版本。 Pro/E 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相 關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必 安裝所有模塊。Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn) 并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。Pro/E 采用了 模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等， 保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 （1）參數(shù)化設(shè)計 相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型， 都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全 約束，這就是參數(shù)化的基本概念。但是無法在零件模塊下隱藏實體特征。 （2）基于特征建模 汽車差速器設(shè)計 24 Pro/E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特 征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模 型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 （3）單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系 統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使 得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在 整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有 任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的 完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì) 量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 Pro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù) 化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色，實體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn) 生及不同視圖展示（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)） 。Pro/Engineer 是一個 功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋 （Ribs） 、槽（ Slots） 、倒角（ Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立 形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng) 的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù) 值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個參數(shù) 改變，其他相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化 更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如 有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單 用戶環(huán)境下（沒有任何附加模塊）具有大部分的設(shè)計能力，組裝能力（運(yùn)動分析、 人機(jī)工程分析）和工程制圖能力（不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn)） ，并且 支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形 輸出。Pro/Engineer 功能如下： （1）特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等） ； 汽車差速器設(shè)計 25 （2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等） ； （3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等） 的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計； （4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列， Pro/PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等） 。 （5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每 個地方變動） 。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro/ENGINEER 的基本功能。 5.2三維設(shè)計 5.2.1半軸齒輪 半軸齒輪如下圖示： 圖 5-1 半軸齒輪 5.2.2行星齒輪 行星齒輪如下圖示： 汽車差速器設(shè)計 26 圖 5-2 行星齒輪 5.2.3行星齒輪軸 行星齒輪軸是十字軸結(jié)構(gòu)，如下圖示： 圖 5-3 行星齒輪軸 5.2.4差速器殼 差速器殼體由左右半殼組成，如下： 汽車差速器設(shè)計 27 圖 5-4 差速器左右半殼 5.2.5三維裝配 汽車差速器設(shè)計 28 圖 5-5 差速器裝配 汽車差速器設(shè)計 29 結(jié) 論 本次設(shè)計對象為汽車差速器，汽車差速器是用來保證各驅(qū)動輪在各種運(yùn)動條件 下的動力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。本次設(shè)計首先，通過對差速器結(jié)構(gòu)及原理 進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了差速器的結(jié)構(gòu)方案；接著，對主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行 了計算選擇；然后，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，通過 AutoCAD 制圖 軟件繪制了差速器裝配圖及主要零部件圖，并通過 Pro/E 三維設(shè)計軟件建立了差速 器的三維模型。 通過這次對汽車差速器理論知識和實際設(shè)計的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所 學(xué)專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、 設(shè)計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以 及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì) 力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。 汽車差速器設(shè)計 30 參考文獻(xiàn) 1 王望予.汽車設(shè)計 M第 4 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. 2 濮良貴，紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計M第 8 版.北京：高等教育出版社，2006.5. 2 陳家瑞. 汽車構(gòu)造M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 3 汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊M：基礎(chǔ)篇.北京：人民交通出版社， 2001. 4 李 洪機(jī)械加工工藝手冊M 北京出版社，19961 5 陳宏鈞實用金屬切削手冊M 機(jī)械工業(yè)出版社，20051 6 余志生.汽車?yán)碚?M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981:98-141. 7 候運(yùn)豐,劉雨 .托森差速器的傳動特性分析J . .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008,25(3). 8 徐志強(qiáng).汽車差速器發(fā)展現(xiàn)狀研究J.中國科技投資,2013(31). 9 陳霞,夏巨諶 ,胡國安等.直齒圓錐齒輪嚙合過程數(shù)值模擬J.機(jī)械設(shè)計,2006,23(4): 21-23. 10 Thanh T D C, Ahn K K. 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Science of the Total Environment, 2004,322:123-137. 汽車差速器設(shè)計 31 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束，在這短短的四年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工 作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老 師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠 摯的感謝。 首先，向本設(shè)計的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡 量抽出時間對我們進(jìn)行指導(dǎo)，時刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師 給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作，他都給予了 指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會書本中的知識，更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè) 計重點，如何合理安排時間和論文的編寫，同時在畢業(yè)設(shè)計過程中，她和我們在一 起共同解決了設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠摯的謝意，在整 個設(shè)計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技 術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。 另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝。 總之，本次的設(shè)計是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計的一個月里，我們合 作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭?的老師和同學(xué)表示感謝！