防滑差速器设计教程

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1、汽 车 设 计合 肥 工 业 大 学 汽 车 教 研 室 马 恒 永防 滑 差 速 器 设 计 9.4.4 防 滑 差 速 器 设 计 、 防 滑 差 速 器 与 汽 车 防 滑 控 制 系 统 、 防 滑 差 速 器 结 构 形 式 与 应 用 、 防 滑 差 速 器 性 能 评 价 指 标 与 计 算 、 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析 1、 防 滑 差 速 器 与 汽 车 防 滑 控 制 系 统 普 通 差 速 器 差 速 器 是 汽 车 驱 动 桥 中 的 重 要 部 件 ， 其 主 要 功 能 是 使 驱 动 桥 的左 、 右 驱 动 轮 具 有 汽 车 行 驶 运 动 学

2、所 要 求 的 差 速 ， 并 将 动 力 分 配 给左 、 右 驱 动 轮 。 但 普 通 差 速 器 的 “ 差 速 不 差 扭 ” 即 等 转 矩 分 配 性 能 ，却 严 重 影 响 了 汽 车 的 通 过 性 、 牵 引 性 和 行 驶 安 全 性 。 为 了 克 服 普 通 差 速 器 的 缺 点 ， 改 善 汽 车 的 通 过 性 、 牵 引 性 和 行驶 安 全 性 一 般 采 用 强 制 锁 止 式 差 速 器 和 防 滑 差 速 器 ； 为 了 更 好 地 提高 汽 车 动 力 性 和 行 驶 安 全 性 能 ， 发 展 了 汽 车 防 滑 控 制 系 统 。 强 制 锁

3、止 式 差 速 器 普 通 差 速 器 差 速 锁 防 滑 差 速 器 差 速 器 自 锁 防 滑 结 构 汽 车 防 滑 控 制 系 统 制 动 防 抱 死 系 统 (ABS)和 驱 动防 滑 系 统 (ASR)的 统 称 ， 有 简 称 ABS/ASR。 强 制 锁 止 式 差 速 器 强 制 锁 止 式 差 速 器 普 通 差 速 器 差 速 锁 必 要 时 将 差 速 器 锁 止 ， 令 其 不 起 差 速 器 作 用 。 结 构 简 单 、 易 于 制 造 ； 但 往 往 要 停 车 挂 锁 或 脱 锁 ，操 作 不 便 ， 当 在 好 路 段 行 驶 时 如 未 及 时 脱 锁 则

4、 将 产 生无 差 速 器 的 一 系 列 问 题 。 强 制 锁 止 式 差 速 器 典 型 结 构 ： P365, 图 9-82, 83 防 滑 差 速 器 防 滑 差 速 器 差 速 器 自 锁 防 滑 结 构 防 滑 差 速 器 是 一 种 能 克 服 普 通 差 速 器 等 转 矩 分 配 的 缺点 ， 并 同 时 具 有 普 通 差 速 功 能 的 差 速 器 。 当 汽 车 左 、 右 驱 动 轮 在 不 同 地 面 附 着 条 件 下 行 驶 时 ，防 滑 差 速 器 可 以 设 法 （ 自 动 或 通 过 控 制 ） 使 大 部 分 转 矩 甚至 全 部 转 矩 分 配 给

5、附 着 条 件 相 对 比 较 好 的 一 侧 驱 动 轮 ， 从而 改 善 了 汽 车 的 通 过 性 、 牵 引 性 和 行 驶 安 全 性 。 有 称 自 锁差 速 器 、 限 滑 差 速 器 。 防 滑 差 速 器 工 作 原 理慢 速 侧 快 速 侧 汽 车 防 滑 控 制 系 统 （ ABS/ASR） 汽 车 防 滑 控 制 系 统 驱 动 防 滑 系 统 (ASR)和 制 动 防抱 死 系 统 (ABS)的 统 称 ， 有 简 称 ABS/ASR。 驱 动 防 滑 系 统 汽 车 驱 动 过 程 中 防 止 驱 动 车 轮 发 生 滑 转 的 控 制 系 统 称 为 驱 动 防滑

6、 转 系 统 (Acceleration Slip Regulation)， 简 称 ASR。 它 是 通 过 调 节驱 动 车 轮 的 牵 引 力 实 现 驱 动 车 轮 滑 转 控 制 的 ， 所 以 也 被 称 为 牵 引 力控 制 系 统 (Traction Control System)， 简 称 TCS。 ASR可 以 利 用 已 有的 ABS和 发 动 机 电 子 控 制 系 统 来 实 现 ！ 防 滑 控 制 系 统 应 用 一 般 首 先 是 装 备 ABS（ 国 外 轿 车 和 轻 型 货 车 几 乎 100%） ， 而 后装 备 ABS/ASR； 在 大 型 客 车 和

7、货 车 上 ， ABS也 在 迅 速 地 普 及 ， 有 些也 装 备 了 ASR 。 目 前 国 外 有 形 式 多 样 、 价 格 档 次 不 同 的 多 种 防 滑 控 制 系 统 ， 可 供 不 同 档 次 的 汽 车 进 行 选 择 装 备 。 2、 防 滑 差 速 器 结 构 形 式 及 其 应 用 防 滑 差 速 器 结 构 形 式 及 其 应 用结 构 形 式 锁 紧 系 数 评 价 与 应 用普 通 差 速 器 1.1 1.5 等 转 矩 分 配 ？强 制 锁 止 式 简 单 ， 操 作 不 便 ？ 越 野 、 重 型 车 用高 摩 擦 式 5 结 构 简 单 、 工 作 平

8、 稳 、 工 艺 继 承 性 好轿 车 、 轻 型 车 用3 6 结 构 复 杂 、 制 造 要 求 高 、 磨 损 大 ？蜗 轮 式 6 9 全 轮 驱 动 轴 间 与 非 转 向 驱 动 桥 轮 间牙 嵌 式 传 递 转 矩 有 脉 动 ？ 中 、 重 型 车 用滚 子 式 接 触 应 力 大 ？ 越 野 车 、 轻 型 车 用1.31.5 P379摩 擦 片 式预 压 弹 簧 式滑 块 凸 轮 式蜗 轮 式自 由 轮 式 变 传 动 比 式 摩 擦 片 （ 盘 ） 式 防 滑 差 速 器F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力F1利 用 主 从 摩 擦 片 （ 盘 ） 间

9、相 对 滑 转 产 生 大 的 内 摩 擦 力 矩 摩 擦 片 （ 盘 ） 式 防 滑 差 速 器行 星 齿 轮 轴 差 速 器 壳 压 力 盘 形 槽F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力F2 行 星 齿 轮 轴 差 速 器 壳 压 力 盘 形 槽 压 力 F1 F1F1 F2F2 F2 弹 簧 预 压 摩 擦 片 （ 盘 ） 式 防 滑 差 速 器利 用 预 压 紧 弹 簧 压 紧 摩 擦 片 （ 盘 ） 产生 大 的 内 摩 擦 力 矩 圆 柱 螺 旋 弹 簧 增 载 式车 桥 厂 样 品 F3 F3F3 F1 F1F1 F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴

10、 向 力F3 弹 簧 压 紧 力 弹 簧 预 压 摩 擦 片 （ 盘 ） 式 防 滑 差 速 器弹 簧 、 行 星 齿 轮 轴 压 力 盘 形 槽F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力F2 行 星 齿 轮 轴 差 速 器 壳 压 力 盘 形 槽 F3 弹 簧 压 紧 力F3F1F2 圆 柱 螺 旋 弹 簧 增 载 式 弹 簧 预 压 摩 擦 式 卸 载 式F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力F2 弹 簧 压 紧 力F1 F2 碟 形 弹 簧 卸 载 式 弹 簧 预 压 摩 擦 式 卸 载 式F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力F2 弹

11、簧 压 紧 力 F2碟 形 弹 簧 卸 载 式猎 豹 弹 簧 预 压 式 防 滑 差 速 器 圆 柱 螺 旋 弹 簧碟 形 弹 簧利 用 预 压 紧 弹 簧 压 紧 摩 擦 片或 锥 面 产 生 大 的 内 摩 擦 力 矩 江 苏 -50拖 拉 机防 滑 差 速 器车 桥 厂防 滑 差 速 器 样 品 弹 簧 预 压 式 防 滑 差 速 器 圆 柱 螺 旋 弹 簧 增 载 式 碟 形 弹 簧 卸 载 式利 用 预 压 紧 弹 簧 压 紧 摩 擦 锥 面 产生 大 的 内 摩 擦 力 矩 弹 簧 预 压 摩 擦 片 式 防 滑 差 速 器利 用 预 压 紧 弹 簧 压 紧 摩 擦 片产 生 大

12、的 内 摩 擦 力 矩 江 苏 -50拖 拉 机车 桥 厂 样 品 滑 块 凸 轮 式 防 滑 差 速 器凸 轮 套滑 块利 用 滑 块 与 凸 轮 套 之 间产 生 大 的 内 摩 擦 力 矩 蜗 轮 式 防 滑 差 速 器蜗 轮 式 防 滑 差 速 器 托 森 式 防 滑 差 速 器奥 迪 80/90轿 车 轴 间 差 速 器丰 田 Celica Gt-Four轮 间 差 速 器利 用 蜗 轮 蜗 杆 副 的 螺 旋 角 与 摩 擦 角 产 生 大 的 内 摩 擦 力 矩 牙 嵌 式 自 由 轮 防 滑 差 速 器 控 制 闭 锁 式 防 滑 差 速 器防 滑 差 速 器 与 方 向 盘

13、联 动（ 液 压 或 电 控 操 纵 ） 各 种 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 性 能T TLTH 摩 擦 片 式弹 簧 预 压 式弹 簧 预 压 摩 擦 片 式普 通 差 速 器 汽 车 的 传 动 装 置 预 压 量 增 载 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 机 及 类 似 车 辆 传 动 系 弹 簧 预 压摩 擦 片 式(增 载 式 )转 矩 增 值 量 r=1 T L Td 卸 载 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 机 及 类 似 车 辆 传 动 系 弹 簧 预 压 式（ 卸 载 式 ）转 矩 增 值 量 r=1 T L Td 3、

14、 防 滑 差 速 器 性 能 评 价 指 标 与 计 算q 防 滑 差 速 器 锁 紧 系 数 和 扭 矩 分 配 系 数q 差 速 器 效 率 和 差 速 器 传 动 效 率q 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 性 能 q 防 滑 差 速 器 内 摩 擦 力 矩 Tr r=F f Rf Z F 作 用 与 摩 擦 表 面 的 压 力 ， 以 产 生 内 摩 擦 力 矩 。 防 滑差 速 器 的 结 构 型 式 不 同 ， F力 的 构 成 不 同 ！q 防 滑 差 速 器 锁 紧 系 数 与 转 矩 分 配 系 数 定 义 按 汽 车 工 程 手 册 （ 设 计 篇 ） 、 拖 拉 机 设 计

15、 手 册 、 汽 车 构 造 等 定 义 ： =T2 T1 （ k =Tr T0 =（ T2 T1） T0， ） =T2 T0 （ kb= T2 T1 ， k=Tr T0， ）防 滑 差 速 器 锁 紧 系 数 与 转 矩 分 配 系 数王 望 予 汽 车 设 计 等 q 防 滑 差 速 器 效 率 0 0 =T1 T2=1 Kq 防 滑 差 速 器 传 动 效 率 =（ T1n1 T2n2） （ T0n0）防 滑 差 速 器 效 率 与 传 动 效 率0 =（ T1n1） /（ T2n2）（ 按 拖 拉 机 设 计 手 册 定 义 ） 各 种 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 性 能T TLT

16、H 摩 擦 片 式弹 簧 预 压 式弹 簧 预 压 摩 擦 片 式普 通 差 速 器 汽 车 的 传 动 装 置 预 压 量 增 载 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 机 及 类 似 车 辆 传 动 系 弹 簧 预 压摩 擦 片 式(增 载 式 )转 矩 增 值 量 r=1 T L Td 卸 载 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 机 及 类 似 车 辆 传 动 系 弹 簧 预 压 式（ 卸 载 式 ）转 矩 增 值 量 r=1 T L Td 摩 擦 片 式 防 滑 差 速 器 性 能 计 算 方 法 F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮

17、合 轴 向 力F2 弹 簧 压 紧 力 无 预 压 机 构 摩 擦 式 （ F1） F2 F2F1 F1 F1 弹 簧 预 压 摩 擦 式 （ F1, F2） F 作 用 与 摩 擦 表 面 的 压 力 计 算 行 星 齿 轮 轴 差 速 器 壳 压 力 盘 形 槽（ F1， F3）F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力 F3 行 星 齿 轮 轴 差 速 器 壳 压 力 盘 形 槽 压 力 F1 F1F1 F3F3 F3 弹 簧 预 压 、 行 星 齿 轮 轴 压 力 盘 形 槽 （ F1， F2， F3）F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力F2 弹 簧

18、压 紧 力F3 行 星 齿 轮 轴 差 速 器 壳 压 力 盘 形 槽 F2F1F3 弹 簧 预 压 摩 擦 式 卸 载 式（ F1， F2） F1 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 啮 合 轴 向 力F2 弹 簧 压 紧 力F1 F2 防 滑 差 速 器 锁 紧 系 数 计 算主 动 片 的 摩 擦 系 数 u1=0.150000行 星 齿 轮 与 差 速 器 壳 及 行 星 齿 轮 轴 的 摩 擦 系 数 u2=0.080000摩 擦 片 的 平 均 摩 擦 半 径 rm=32.400002摩 擦 片 的 衬 面 数 nm=7.000000行 星 齿 轮 的 节 锥 角 a2=0.58300

19、0半 轴 齿 轮 的 平 均 分 度 圆 半 径 rh=36.000000行 星 齿 轮 轴 与 差 速 器 壳 接 触 面 的 平 均 摩 擦 半 径 rtc=15.600000行 星 齿 轮 与 半 轴 齿 轮 的 啮 合 角 a1=0.419000行 星 齿 轮 轴 的 半 径 r0=9.700000行 星 齿 轮 的 平 均 分 度 圆 半 径 rc=24.000000弹 簧 的 预 压 紧 力 Fs=240.000000能 够 产 生 摩 擦 力 的 摩 擦 面 数 n=7.000000可 变 地 面 摩 擦 系 数 产 生 的 车 轮 转 矩 Tl=720800.000000q计

20、算 结 果 ： 防 滑 差 速 器 的 锁 紧 系 数 :2.317224 、 防 滑 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析q 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析 模 型q 计 算 模 型q 计 算 载 荷q 边 界 约 束q 差 速 器 壳 体 有 限 元 初 步 分 析 结 果 Ansys 有 限 元 模 型防 滑 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析 模 型UG 3D模 型 UG 3D简 化 模 型 防 滑 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析q 载 荷 工 况 三 种 工 况工 况 1： 防 滑 差 速 器 为 普 通 差 速 器 工 况 ， 不 考 虑 差 速 器 内 摩

21、擦 ；工 况 2： 汽 车 左 侧 车 轮 严 重 打 滑 ， 右 侧 附 着 条 件 好 ， 防 滑 差 速 器 工作 ， 考 虑 差 速 器 内 摩 擦 ， 右 壳 承 受 的 转 矩 较 大 ； 工 况 3： 汽 车 右 侧 车 轮 严 重 打 滑 ， 左 侧 附 着 条 件 好 ， 防 滑 差 速 器工 作 ， 考 虑 差 速 器 内 摩 擦 ， 左 壳 承 受 的 转 矩 较 大 。q 计 算 载 荷 （ 计 算 载 荷 ） 防 滑 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析 壳 体 左 、 右 半 轴 齿 轮 接 触 端 面 的 均 布 载 荷 P1、 P2； 壳 内 行 星 齿 轮

22、止 推 端 面 的 均 布 载 荷 P3； 壳 体 法 兰 盘 螺 孔 处 后 桥 大 齿 轮 的 等 效 圆 周 力 FT1； 壳 体 后 桥 大 齿 轮 安 装 孔 处 大 齿 轮 等 效 径 向 均 布 载 荷 P 0； 壳 体 后 桥 大 齿 轮 安 装 孔 处 大 齿 轮 等 效 轴 向 力 Fa； 壳 体 内 左 、 右 半 轴 齿 轮 端 面 摩 擦 力 的 等 效 圆 周 力 FT2（ 计 算 载 荷 ） 防 滑 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析 差 速 器 壳 左 、 右 轴 承 轴 颈 表 面 均 施 加 了 X、 Y两 方 向 的 约 束 ； 差 速 器 壳 左 半

23、 轴 轴 承 安 装 端 面 施 加 一 个 Z向 约 束 ； 再 考 虑 到 差 速 器 壳 体 的 转 矩 作 用 ， 在 行 星 齿 轮 轴 孔 处 加 了 Y向 的 约 束 。 （ 边 界 约 束 ） 防 滑 差 速 器 壳 体 有 限 元 分 析（ 初 步 分 析 结 果 工 况 ）应 力 云 图位 移 云 图 防 滑 差 速 器 设 计 计 算 程 序总 体 设 计q 程 序 功 能q 防 滑 差 速 器 性 能 分 析q 防 滑 差 速 器 参 数 优 化 设 计q 差 速 器 锥 齿 轮 、 花 键 、 轴 承 等 零 件 设 计 计 算q 程 序 总 体 结 构 防 滑 差

24、速 器 设 计 计 算 程 序差速器锥齿轮设计计算程序 防滑差速器性能分析程序 差 速 器 零 件 设 计 计 算 程 序防滑差速器优化设计程序 行星齿轮轴计算程序 渐开线花键计算程序 差速器轴承计算程序程 序 总 体 结 构 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 一行 星 轮 轴 形 面 增 载 式 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 二弹 簧 预 压 增 载 式 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 三弹 簧 预 压 、 行 星 轮 轴 形 面 增 载 式 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 四弹 簧 预 压 卸 载 式 关 于 防 滑 差 速 器 设 计 方

25、面 的 文 献 检 索1、 总 装 汽 车 试 验 场 ， 几 种 越 野 汽 车 锁 止 式 差 速 器 性 能 比 较2、 天 大 、 军 事 交 通 学 院 ， 轻 型 越 野 汽 车 限 滑 差 速 装 置 选 型 分 析 （ 从 转 矩 分 配 系 数 、 附 着 系 数 利 用 率 、 安 全 性 等 方 面 进 行 原 理 对 比 分 析 ）3、 华 中 理 工 大 ， 限 滑 差 速 器 楔 角 的 最 优 化 设 计 （ 摩 擦 片 式 防 滑 差 速 器 楔 角 参 数 优 化 ）4、 太 原 矿 机 厂 研 究 所 ， No-spin防 滑 差 速 器 技 术 分 析 （ 强 制 锁 止 式 差 速 器 、 牙 嵌 式 防 滑 差 速 器 结 构 分 析 ）