几种防滑差速器的结构.docx

1、几种防滑差速器的结构几种防滑差速器的结构 作者: 日期: 论文题目：防滑差速器的应用研究学位类别：学历硕士学科专业:车辆工程作者姓名：胡星星导师姓名：胡光艳完成时间:防滑差速器的应用研究摘要防滑差速器是对普通差速器的革新与改进,它克服了普通差速器只能平均分配扭矩的缺点，可以使大部分甚至全部扭矩传给另外一个不滑转的驱动轮，以充分利用这一驱动轮的附着力而产生足够的牵引力，大大提高了汽车在双附着系数路面上的动力性和通过性，显著改善了汽车操纵稳定性。有效地提高了汽车行驶安全性,是普通差速器的理想替代产品。本文对汽车差速器与防滑差速器的优缺点作了较为详细的比较分析，介绍了国内外防滑差速器的应用发展现状。

2、在总结楣关资料的基础上,对防滑差速器的原理和分类情况作了分析,通过分析和比较各种防滑差速器的优缺点,最终选择了一种预压弹簧摩擦片式防滑差速器作为某UV车型的后桥差速器。建立了各种防滑差速器防滑性能的数学计算模型。对该防滑差速器壳体在j种不同工况下进行了有限元分祈，分析结果表明,该防滑差速器壳体的强度和刚度是足够的。根据现有的条件和实际情况,分析研究了防滑差速器的各种试验方案,从中确定了一种试验方案,并且对该试验方案进行了详细地设计分析。关键词：防滑差速器 有限元试验应用 分析Study on plicatio fimite Slip DifentilAbstactLimied ipdffere

3、ntl i iovedaccordin - diffentialNt hvng eomn.dferential dsdantag of divdinthe torqeto two ual rts，ite slipdifeenial al gve mot torqueoreven i tor t anthr riig wewich i ntvolvng n order oake use ofte fiction of thisrivi wheel to prouce enougtractinh wll gray cease te ynamial capablit，thepassing cpabl

4、ity,thesability andte afetyfautombisOlldfferentfitiooadolimitedipdiferntialis subtitte for lon difeniInthi pper,th antge andthdadantgeofthe diffeenta nd the itd sldifeential ar cmparedThe aplcaton of imited si dfrenia in the word isintoducedThe rncilsd the tpsflimitedslp difertasredisusseCompared wi

5、th alns oflimited slpdfferetia,te preoad prig frcton disc liedlip differnta hih i used as t l rde differeta in cert SUV i lete atastThen the limitedslp capabilit of hmaematal model of all ins oft mitslip dfeenl i putforward.The finite em analyss i used to anlyz te taticuctur o he shall of he iKed sl

6、ipdiffeenial in hree differt woing intancesItsows tha the strength andh stffessof heshel o the limd sip iffrenil satisfiedAccrdig tothe fact。fmseeralkds ofth imte sip fferenas tes，one estis dide dthanlys ofthe tis pouned.Keywrds:Limtd sli dffeeal Fineeleet TtAppliti alysis第一章绪论差速器汽车行驶过程中,车轮与路面存在着两种相

7、对运动状态：即车轮沿路面的滚动和滑动。滑动将加速轮胎的磨损。增加转向阻力,增加汽车的动力消耗。因此，希望在汽车行驶过程中,尽量使车轮沿路面滚动而不是滑动,以减少车轮与路面之间的滑磨现象。当汽车转弯行驶时,内外两侧车轮在同一时问内要移动不同的距离，外轮移动的距离比较大。若两轮用一根轴刚性连接,即两轮只能以同一转速转动,则两轮要在同一时间内移动不同距离，必然是边滚动边滑动。若两侧驱动轮用一根轴剐性连接，即使汽车在平路上直线行驶,也难以避免车轮与路面滑磨现象。这是因为轮胎制造中的误差、轮胎气压的差别和磨损的不均匀等都可能引起两个车轮半径不相等。两个半径不等而用一根轴驱动的车轮，要沿直线运动，即要求在

8、同一时间内左右轮轴心移动相同距离，则必然两个车轮要边滚动边滑动。即使两轮半径可以认为是相等的，但沿凹凸不平的道路行驶，两轮在同一时间内其轴心移动的距离不一样，若用一根轴刚性连接左右两轮,则仍然要产生滑磨现象。由上述可知,为了使车轮相对路面的滑磨尽可能地减少,同一驱动桥的左右两侧驱动轮不能由一根整轴直接驱动，而应由两根半轴分别驱动，使两轮有可能以不同转速旋转,尽可能地接近于纯滚动。两根半轴则由主传动器通过差速器驱动。在多轴驱动的越野汽车上，各驱动桥间由传动轴彼此相联系,各桥的驱动轮均以相同转速转动。同样也会发生上述轮间无差速器时的类似现象。并且除了上述由于车轮与路面滑磨引起的动力消耗增加、轮胎磨

9、损加速之外，还在传动系中增加了附加载荷。因此有些越野汽车在前后桥或各驱动桥之间装有差速器一一轴间差速器,使各桥驱动轮间有以不同转速旋转的可能。差速器是汽车驱动桥中的重要部件,其主要功能是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动轮以不同的转速滚动,即保证两侧驱动轮作纯滚动运动，并将动力分配给左右驱动轮。1.防滑差速器当汽车在泥泞、砂地、冻结等路面上行驶，驱动轮与路面之间的附着条件相差较大时,驱动轮的一个轮子将不能从滑动中脱出,由于普通差速器的“差速不差扭”，即平均分配扭矩的特性，好路面上的车轮扭矩只得减小以与坏路面上的车轮扭矩相等，以至总的牵引力不足以克服汽车的行驶阻力,汽车出现打滑现象,

10、从而严重影响了汽车的通过性。而防滑差速器是对普通差速器的革新与改进,它克服了普通差速器只能平均分配扭矩的缺点,可以使大部分甚至全部扭矩传给另外一个不滑转的驱动轮，以充分利用这一驱动轮的附着力而产生足够的牵引力，大大提高了汽车在双附着系数路面上的动力性和通过性,显著改善了汽车的操纵稳定性，有效地提高了汽车的行驶安全性是普通差速器的理想替代产品。因此,舫滑差速器首先在越野汽车、中型和重型汽车、多功能汽车、工程机械以及拖拉机等车辆上得到广泛应用,近年轿车和商务车也有采用了。13国外发展现状.31近年来汽车防滑差速器的应用情况最初防滑差速器多用在越野车或工程机械上，但随着人们出行和运输的需要，人们对汽

11、车性能的要求也越来越高,因此防滑差速器的应用也就日益广泛,装车率也迅速提高。当前,越来越多的越野车、跑车、高级轿车及大货车,开始提供防滑差速器作为选装件。在形式上,转矩感应式、转速感应式、主动控制式三种防滑差速器均有应用。如兰伯基尼的魔鬼GT型车上装粘性式防滑差速器;保时捷91GT型跑车、尼桑总统、尊爵、宝马M跑车及国内生产的长丰猎豹V300、开拓者SV运动型多功能车均采用机械式或电子控制式防滑差速器。这是因为随着人们对防滑差速器认识的深入,人们发现防滑差速器不仅可以改善汽车在坏路面上的通过性，而且防滑差速器对汽车的安全性、操纵稳定性及平顺性都有很大的改善作用。防滑差速器技术正在成为人们提高汽

12、车性能的一项薪技术。作为汽车驱动防滑控制系统的一种重要实现方式,防滑差速器凭借其优越的性价比和广泛的市场前景而特别受到开发厂商的重视。13.2防滑差速器国外研究现状国外对防滑差速器的研究开发比较早，早在世纪年代,为提高赛车的动力性和操纵稳定性,已有采用防滑差速器的例子。从图11中可以看出,进入20世纪0年代以来，有关防滑差速器的专利数量有大幅度的提高,这说明国外对于防滑差速器的研究非常重视,也非常深入。133国外防滑差速器目前,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。（1)转矩感应式防滑差速器根据输入转矩决定差

13、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。在日本,转矩比例加预压式的装车率最高,它是依靠小齿轮轴两端的凸轮机构使压圈扩张。从而使设在半轴齿轮与差速器之间的湿式多片离合器产生摩擦力。但是前述机构在单侧齿轮仍然滑转的情况下,对半轴齿轮的驱动转矩也明显减小，所以用碟形弹簧给湿式多片离合器施加预压。典型产品有机械摩擦片式、锥盘式、蜗轮式等，如图1.2所示。(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

14、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。典型产品有粘性联轴式、Grodi式等,如图1.3所示。（）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

15、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,如图4所示。1.国外防滑差速器的应用概况防滑差速器是提高汽车性能的一项新技术，在国际汽车界得到了越来越广泛的应用。目前,国外广泛使用电控防滑差速器，它有助于提高汽车的动力性、操作稳定性、通过性、安全性、平顺性等。.4国内概况.4防滑差速器在国内的应用与国外相比，国内的防滑差速器研究起步较晚，尚无自主产品问世。应用比较广泛的都是一些机械式的，比如用于大众高尔夫轿车上的摩擦片式自锁差速器、用于中型和重型汽车上的牙嵌式自由轮差速器、用于奥迪0和奥迪0轿车上的托森差速器、用于高

16、尔夫一辛克罗型轿车上的粘性联轴差速器等等，但是电予控制式防滑差速器却几乎没有应用。在这一点上，我国和国外的差距比较明显。142开展防滑差速器应用研究的紧迫性我国幅员辽阔,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。此外,随着我国人民物质生活水平的提高，以及对汽车安全性认识的提高，对于冰雪路面、坡路面较多的地区.装防滑差速器的汽车以其良好的通过性和安全性得到了人们的重视。我国的轻型货车、微型车及高级轿车保有量很大,而且年需求量也相当大。由于工作环境、运输效率等的因素,这些车型迫切需要加装防滑差速器,以提高汽车的动力性、通过性及安全性。从我

17、国汽车工业发展情况来看，由于我国汽车工业起步较晚，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一一防滑差速器的生产却是空白一片。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。现在,我国已成为成员国,国内汽车市场竞争日趋激烈，同时国内汽车业也面临着与国外汽车业同台竞争的压力。只有在价格和性能方面占优势的产品才能在这场竞争中取胜。而加装防滑差速器对现有汽车的差速器结构改动不必太大，自身成本低,但却能大大改善汽车的牵引性、加速性及操纵稳定性，这无疑是极具市场竞争力的产品。1.5研究目的及意义防滑差速器使汽车左右驱动轮之间驱动力得到了更好的匹配,消

18、除了一般汽车存在的寄生功率及由此引起的功率损失。它在大幅度提高汽车动力性与通过性的同时,极大地改善了汽车行驶时的操纵稳定性、转向安全性及制动性等性能,是汽车传动系中极为理想的传动装置。防滑差速器在汽车上的应用越来越广泛,是一个有着广泛应用前景的产品。为了适应我国汽车工业的发展，迫切需要开发适用的防滑差速器，开发适用的防滑差速器无疑将产生巨大的经济效益和社会效益，对促进我国汽车工业的发展、增强国产汽车的产品竞争力是非常重要的。国外已有各种形式的防滑差速器产品，但国内非常缺少成熟的防滑差速器配套产品，引进产品中虽也有装置了防滑差速器，但相关技术却未能引进或很难得到引进。随着我国汽车工业发展和技术进

19、步的要求，对于防滑差速器的开发与应用研究项目开始提出，很多企业也有防滑差速器的开发计划。目前关于防滑差速器方面的技术资料很少,在汽车、拖拉机、工程机械等相关专业构造教材和引进产品的结构与维修一类图书或使用手册中只介绍了一些防滑差速器的结构和原理,即使是001年以后出版的汽车工程手册、汽车设计教材和汽车试验标准等也未涉及防滑差速器的设计计算方法和试验方法。经文献检索，有关防滑差速器设计方面的论文仅有少数几篇,关于其试验方法研究基本没有。鉴此，开展防滑差速器的设计计算方法、防滑性能、试验方法及其在汽车产品中的应用研究,具有重要的理论意义和实用价值。本课题研究所开发的防滑差速器试验方法与防滑性能试验

20、方案以及适用于江淮汽车集团SV04产品的防滑差速器，可供江淮汽车集团进一步开展防滑差速器的试制、试验和应用,也可供企业开展防滑差速器系列产品的设计研究，以作为储备技术和扩大产品的配套能力。16本课题研究的主要内容本课题来源于合肥市“十五”重点科技攻关资助项目。主要研究内容：S504防滑差速器的选型研究;各种防滑差速器防滑性能的数学计算模型的研究：SU04防滑差速器壳体的有限元分析；SUV54防滑差速器的试验研究。第二章差速器的原理与分类2.1差速器的原理汽车差速器的结构形式很多，用得最广泛的是对称式圆锥行星齿轮差速器,其工作原理如图I所示。为主减速器从动齿轮或差速器壳的角速度;分别为左、右驱动

21、车轮或差速器半轴齿轮的角速度； 为行星齿轮绕其轴的自转角速度。当汽车在平坦路面上直线行驶时,差速器各零件之间无相对运动,则有这时,差速器壳经十字轴以力尸带动行星齿轮绕半轴齿轮中心作“公转”而无自转()。行星齿轮的轮齿以P/.力推动左、右半轴齿轮的轮齿使它们一起绕半轴齿轮的中心旋转，而左、右半轴齿轮则给行星齿轮以/2的反作用力。对于对称式差速器来说，两半轴齿轮的节圆半径r相同,故传给左、右半轴的转矩均等于Pr/2，故汽车在平坦路面上直线行驶时驱动左、右车轮的转矩相等。当汽车转弯时，假如左右轮之间无差速器，则按运动学要求，行程长的外侧车轮将产生滑移,而行程短的内侧车轮将产生滑转。由此导致在左、右轮

22、胎切线方向上各产生一附加阻力,且它们的方向相反，如图.1所示。当装有差速器时，附加阻力所形成的力矩使差速器起差速作用,以免内外侧驱动车轮在地面上的滑转和滑移，保证它们以不同的转速和.正常转动。当然，若差速器工作时阻抗其中各零件相对运动的摩擦大，则扭动它的力矩就大。在普通的齿轮差速器中这种摩擦力很小,故只要左、右车轮所走路程稍有差异，差速器即开始工作。当差速器工作时,行星齿轮不仅有绕半轴齿轮中心的“公转”，而且还有绕行星齿轮轴以角速度为的自转。这时外侧车轮及其半轴齿轮的转速将增高，且增高量为 (为行星齿轮齿数,为该侧半轴齿轮齿数)，这样,外侧半轴齿轮的角速度为:在同一时间内，内侧车轮及其半轴齿轮

23、(齿数为)的转速将减低,且减低量为,由于对称式圆锥齿轮差速器的两半轴齿轮齿数相等,于是内侧半轴齿轮的转速为:由以上两式得差速器工作时的转速关系为：即两半轴齿轮的转速和为差速器壳转速的两倍。最后一种情况，有时发生在使用中央制动器紧急制动时，这时很容易导致汽车失去控制,使汽车急转和甩尾。由于汽车转弯时行星齿轮绕其轴转动,必然有一使其转动的力矩，设为(为行星齿轮的节圆半径)。由图2。l可见,转弯时在转得较慢的一边即内侧的半轴齿轮上，与的方向相同；而在转得较快的一边即外侧的半轴齿轮上，与的方向相反。故旋转较慢的半轴齿轮所传的转矩较大,而旋转较快的半轴齿轮所传的转矩较小。即令则有由此可见：差速器的内摩擦

24、使驱动桥左右半轴的转矩分配改变,这有利于改善汽车的通过性。例如当汽车的一个驱动轮由于附着力变坏而开始滑转时，给它的转矩就减小，而传到不滑转的车轮的转矩却相应地增大了。结果在汽车左右驱动车轮上的总牵引力可能达到的最大数值为由此可见，由于差速器的内摩擦使汽车总牵引力增大了 。但普通圆锥行星齿轮差速器的内摩擦不大,为了提高汽车的通过性，可采用具有较大内摩擦的高摩擦式差速器,这时在驱动车轮上的总牵引力可增加1%1 5。23差速器的分类差速器的结构型式选择，应从所设计汽车的类型及其使用条件出发,以满足该型汽车在给定的使用条件下的使用性能要求。差速器的结构型式有多种,其主要的结构型式如图2.所示：大多数汽

25、车都属于公路运输车辆，对于在公路上和市区行驶的汽车来说,由于路面较好，各驱动车辆与路面的附着系数变化很小,因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器,作为安装在左、右驱动轮间的所谓轮间差速器使用；对于经常行驶在泥泞、松软土路或无路地区的越野汽车来说,为了防止因某一侧驱动车轮滑转而陷车，刚可采用防滑差速器。后者又分为强制锁止式和自锁式两类。自锁式差速器又有多种结构型式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的。这些差速器的详细结构情况见以下各节。231几种常见的防滑差速器的工作原理及优缺点常见的防滑差速器有强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、牙

26、嵌式自由轮式差速器和托森差速器等,下面就来简要的说一下它们的工作原理及各自的特点。23.1.1强制锁止式差速器为了提高汽车在坏路上的通过能力，可采用各种形式的防滑差速器。其共同出发点都是在一个驱动轮滑转时，设法使大部分转矩甚至全部转矩传给不滑转的驱动轮,以充分利用这一驱动轮的附着力而产生足够的牵引力,使汽车能继续行驶。为实现上述要求，最简单的办法是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁，使之成为强制锁止式差速器。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。图2.为瑞典斯堪尼亚LTIl0型汽车上所用的强制锁止式差速器。首先应予说明，该车由于在单级主减速器之前，有一对外啮合圆柱齿轮传动,因而主

27、减速器从动齿轮布置在主动齿轮的右侧，以保证驱动车轮的转动方向与汽车前进方向相适应。差速锁由接合器及其操纵装置组成。端面上有接合齿的外、内接合器和,分别用花键与半轴和差速器壳左端相连。前者可沿半轴轴向滑动,后者则以锁圈固定其轴向位置。图示位置即接合器分离、差速器正常工作的状况。内、外接合器分别与差速器壳和左半轴一同旋转。该车采用电控气动方式操纵差速锁。当汽车的一侧车轮处于附着力较小的路面上时，可按下仪表板上的电钮,使电磁阀接通压缩空气管路,压缩空气便从气路管接头3进入工作缸4，推动活塞克服压力弹簧7，带动外接合器9右移，使之与内接合器10接合。结果，左半轴6与差速器壳成为刚性连接，差速器不起差速

28、作用。即左右两半轴被连锁成一体一同旋转。这样。当一侧驱动轮滑转而无牵引力时，从主减速器传来的转矩全部分配到另一驱动轮上，使汽车得以正常行驶。当汽车通过坏路后驶上好路时,驾驶员通过电钮使电磁阀切断高压气路,并使工作缸通大气，缸内压缩空气即经电磁阀排出。于是,弹簧7回位,推动活塞使外接合器左移回到分离位置。仪表板上设有信号装置。当按电扭接合差速锁时，亮起红色信号灯，以提醒驾驶员注意,汽车驶入好路面后应及时摘下差速锁。差速锁一分离,红灯即熄灭。强制锁止式差速锁结构简单,易于制造；但操纵不便,一般要在停车时进行。而且如果过早接上或过晚摘下差速锁，亦即在好路段上左、右车轮仍刚性连接，则将产生前已述及的在

29、无差速器情况下出现的一系列问题。,31.2摩擦片式自锁差速器摩擦片式自锁差速器是在对称式锥齿轮差速器的基础上发展而成的（图2-5)。为增加差速器内摩擦力矩,从而提高汽车的有效转矩利用率，在半轴齿轮与差速器壳1之间装有摩擦片组2。十字轴由两根相互垂直的行星齿轮轴组成,其端部均切出凸V形面6，相应地差速器壳孔上也有凹v形面，两根行星齿轮轴的V形面是反向安装的。每个半轴齿轮的背面有推力压盘和摩擦片组。摩擦片组由薄钢片和若干间隔排列的主动摩擦片(摩擦板)8及从动摩擦片（摩擦盘)9组成。推力压盘以内花键与半轴相连，而轴颈处用外花键与从动摩擦片连接,主动摩擦片(伸出两耳的摩擦板)则用两耳花键与差速器壳l的

30、内键槽相配。推方压盘和主、从动摩擦片均可作微小的轴向移动。当汽车直线行驶、两半轴无转速差时,转矩平均分配给两半轴。由于差速器壳通过斜面对行星齿轮轴两端压紧,斜面上产生的轴向力迫使两行星齿轮轴分别向左、右方向(向外)略微移动，通过行星齿轮使推力压盘压紧摩擦片。此时,转矩经两条路线传给半轴:一路经行星齿轮轴、行星齿轮和半轴齿轮，将大部分转矩传给半轴：另一路则由差速器壳经主、从动摩擦片、推力压盘传给半轴。当汽车转弯或一侧车轮在路面上滑转对，行星齿轮自转,起差速作用,左、右半轴齿轮的转速不等。由于转速差的存在和轴向力的作用,主、从动摩擦片问在滑转同时产生摩擦力矩，其数值大小与差速器传递的转矩和摩擦片数量成正比，而其方向与快转半轴的旋向相反，与慢转半轴的旋向相同。较大数值的内摩擦力矩作用的结果,使慢转半轴传递的转矩明显增加。摩擦片式差速器结构简单，工作平稳,锁紧系数K可达060.7或更高，常用于轿车和轻型汽车上。还有一种预压弹簧摩擦片式防滑差速器