基于摩擦片式高锁定系数差速器的设计.docx

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基于摩擦片式高锁定系数差速器的设计

摘要

我国幅员辽阔，地理和道路条件复杂，在各种路面条件下均可获得良好行驶性能的装有防滑差速器的汽车非常适合我国的道路条件。

但从我国汽车工业发展情况来看，由于我国汽车工业起步晚，技术相对落后，虽然有着良好的发展势头，但是车型中的关键总成——防滑差速器的生产却与外国相差甚远。

因此，国内汽车产品的更新换代在多方面要受制于国外，这无疑对我国汽车工业的发展极为不利。

为此，本论文提供了一种性能优良的机械锁止式差速器的设计方法。

它能够在各种路面上使汽车获得适中的锁止系数，起到防滑的作用，提高汽车的通过性和安全性。

本文的研究分两部分，一方面对各种机械式防滑差速器的性能进行了比较，并最终选用了摩擦片式自锁差速器；另一方面给出了摩擦片式自锁差速器的设计计算过程。

首先，给出了防滑差速器的性能评价指标，并在此基础上对各种机械式防滑差速器的性能和使用环境进行了比较，并且针对所设计的车型，最终选用了摩擦片式自锁差速器。

其次，阐述了摩擦片式自锁差速器的结构和工作原理。

该差速器主要由半轴齿轮，行星齿轮，行星齿轮轴，差速器壳，主动摩擦片，从动摩擦片和推力压盘构成。

然后，以某一具体车型为例，考虑其实际结构要求及工况，对摩擦片式自锁差速器的具体结构参数进行了计算确定。

最后，针对所设计的摩擦片式自锁差速器，通过对其锁止系数的检验，表明该差速器符合设计要求，能够满足该SUV汽车的使用要求。

关键词：

差速器，自锁，机械锁止，摩擦片式，设计

ABSTRACT

Chinahasavast,complexgeographyandroadconditions,carswithlimited-slipdifferentialinallroadconditionsgivenagoodperformanceisidealfortheroadconditionsinChina.However,FromtheperspectiveofthedevelopmentofChina'sautomobileindustry,asfarasChina'sautoindustrystartedlate,technologyisrelativelybackward;althoughthegoodmomentumofdevelopment,butthemodelofthekeyassembly-theproductionoflimited-slipdifferentialislongfarfromforeigncountry.Therefore,theupgradingofthedomesticautomotiveproductstobesubjecttoforeigncountriesinmanyaspects,whichisnodoubtverybadforthedevelopmentofChina'sautomobileindustry.

Forthisreason,thispaperprovidesanexcellentmechanicallockingdifferentialsofthedesign.Itcanmakealltheroadcarsgetingmoderatelockingfactorandimprovethepassageofvehiclesandsafety.Thisstudyincludetwoparts,ontheotherhanditgivesthefrictionplatetypeself-lockingdifferentialtheprocessofdesignandcalculation.

First,thepapergivestheperformanceevaluationindexoflimited-slipdifferential,andonthisbasis,variousmechanicalslipdifferentialperformanceandusingenvironmentwerecompared,andthemodelsforthedesign,thefinalchosenfrictionplatetypeself-lockingdifferential.

Second,weshowthestructureandworkingprincipleofthefrictionplatetypeself-lockingdifferential,whichmainlyincludetheaxleofthedifferentialgear,planetarygears,planetarygearshaft,differentialshell,activefrictionplate,drivenfrictionplateandpushbeatdisk.

Then,takeaspecificmodelasanexample,considertheactualstructureoftherequirementsandconditions,thefriction-pieceself-lockingdifferentialofthespecificstructuralparameterswerecalculatedtodetermine.

Finally,inviewofthefrictiondisktypeself-lockingdifferentialdevicewhichdesigns,weexamineditslockratio's,whichindicatedthatthisdifferentialdevicemeetsthedesignrequirementsandcansatisfythisSUVautomobile'soperationrequirements.

KEYWORDS:

differential,self-locking,mechanicallocking,friction-piecetype，design

绪论

汽车在行驶中经常会出现汽车左右轮转速不相等的情况，这就需要人们在汽车的车轮之间加装差速器。

尽管普通锥齿轮式差速器很好地解决了汽车左右轮转速不等所造成的汽车轮胎的磨损、转向困难等缺陷，但同时它的转矩平均分配特性也使汽车在路面状况较差的道路上的动力性、通过性变差，同时还极易发生侧滑和激转现象[1]。

这些都是由于普通锥齿轮式差速器分配给汽车驱动轮上的转矩是由附着能力较差车轮决定的，所以汽车两驱动轮只要有一个车轮附着力不足，汽车就无法行走。

为了改善汽车的通过性，提高行驶安全性，人们采取了多种措施，其中常用的有两种：

一种是差速锁；另一种是防滑差速器（LimitedSlipDifferential简称LSD）。

前者要求驾驶员在必要时进行锁止差速器，其优点是采取这种装置的车辆通过性能强，且其结构简单，实现方便，缺点在于对车辆转向性能及行驶性、轮胎磨损均有不利影响，且不适合连续使用；而后者就是在普通差速器基础上附加一些其他机构来限制差速器的滑差从而改善它的转矩分配特性，由于兼顾了差速器的转矩分配特性与转速分配特性，所以它取得了广泛应用。

图1.1差速器的工作原理图。

1.1防滑差速器的应用现状

防滑差速器最初多用于越野车或工程机械上，很少用于家庭用车上，然而随着人们对防滑差速器认识的逐步深入，人们发现防滑差速器不仅可以改善汽车在较差道路路面上的通过性，而且防滑差速器对汽车安全性，操纵稳定性及平顺性都有着很大的改善作用[2]。

防滑差速器作为提高汽车性能的一项新技术满足了人们对汽车性能的不断增长的要求，防滑差速器的应用也因此日益广泛，越来越多的越野车、跑车、高档轿车以及大型货车，开始把防滑差速器作为选装件。

比如说兰伯基尼的魔鬼GT型车上装粘性式防滑差速器[3]；保时捷911GT3型跑车、尼桑总统、尊爵、开拓者SUV运动型多功能车[4]、宝马M3[5]跑车及国内生产的长丰猎豹V6300等均采用机械式或电子控制式防滑差速器。

不仅在民用上，在国防上防滑差速器也是军用越野车驱动装置中的重要组成部件，车辆驱动防滑能力是军用汽车重要战术指标，防滑差速器技术是其军用车辆新技术的重要组成部分，目前国际上先进的越野车和军车上普遍装配了限滑差速器装置。

1.2防滑差速器的研究发展

目前，国外的防滑差速器种类品种多样，性能优良。

根据差动限制转矩的产生机理可以分为以下三种方式:

转矩感应式、转速感应式和主动控制式[6]。

1.2.1转矩感应式防滑差速器

根据输入转矩决定差动限制转矩的方式，从实现机构上可分为外螺旋式防滑差速器和多片摩擦式防滑差速器。

多片摩擦式防滑差速器应用较广，它是依靠湿式多片离合器产生差动转矩，有转矩比例式、预压式及转矩比例式加预压式三种形式。

1.2.2转速感应式防滑差速器

这是一种差动限制转矩随着转速差的增加而增加的防滑差速器，被广泛应用的是粘性装置的防滑差速器。

一旦产生转速差就可以依靠硅油的粘度、填充率、片的直径、件数等多种设计参数的不同而产生不同的防滑作用。

该种防滑差速器工作平滑，能很好地提高驱动、转弯、制动等诸性能的均衡，并且也可应用于前轮驱动车或后轮驱动车上。

1.2.3主动控制式防滑差速器

这是一种用电子装置控制最大差动转矩的防滑差速器，可以使两侧驱动轮获得最佳驱动附着效果。

这种装置在奔驰车或波尔舍车上均有应用。

其构造同前述的多片摩擦式相似，其特征是可由外部控制湿式多片离合器的压紧力，因此在差速器罩壳上设有油压活塞。

由于活塞上的油压由外部调节阀控制，所以能获得任意的最大差动限制转矩。

虽然其技术难度比较大，成本比较高，但是以其优越的性能，在国外的汽车上得到了广泛的应用。

典型产品有电磁控制式、电子控制式等，

2设计要求

2.1差速器理论设计计算主要技术指标

首先它输出的限滑转矩（内摩擦转矩）是与其输入转矩（加在差速器壳上的转矩）相关的。

其中主要技术指标包括[7]：

预紧力矩：

限滑差速器由于弹性元件变形而在摩擦元件之间产生的内摩擦力矩。

锁紧系数：

限滑差速器内摩擦力矩（限滑转矩）与限滑差速器输入转矩的比值。

转矩比：

左右两端输出转矩中较大一端输出转矩与较小一端输出转矩的比值。

2.2差速器实际生产加工主要技术指标

除了考虑以上要素外还要综合考虑到以下几点[8]

强度要好，寿命要长，安装方便可靠；

所设计的摩擦片式差速器必须保证足够的强度和寿命。

一方面从设计上保证强度，另一方面要从材料和零件加工及热处理上保证达到设计要求。

这就要求提高设计水平和提高工艺水平，使我们设计和生产的新型摩擦片式差速器的水平得到提高。

在差速器设计中，还必须考虑安装方便和可靠。

一是装拆容易，包括每个固定螺栓都容易装卸；二是差速器本身刚性好，三是必须考虑与其连接的其它结构件，如转向轴连接万向节、拉杆等。

成本低，系列化设计

在设计此类差速器产品时，从一开始就要立足于系列化设计，结合生产厂家的设备条件和工艺水平，充分考虑制造的成本，通过对结构的合理选型，，提高产品的标准化和通用化程度，力争涵盖从轻型车到重型车的各种车型。

只有这样才能把制造成本控制的尽量低，利于厂家组