防滑差速器設計教程

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1、汽 車 設 計合 肥 工 業(yè) 大 學 汽 車 教 研 室 馬 恒 永防 滑 差 速 器 設 計 9.4.4 防 滑 差 速 器 設 計 、 防 滑 差 速 器 與 汽 車 防 滑 控 制 系 統(tǒng) 、 防 滑 差 速 器 結 構 形 式 與 應 用 、 防 滑 差 速 器 性 能 評 價 指 標 與 計 算 、 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析 1、 防 滑 差 速 器 與 汽 車 防 滑 控 制 系 統(tǒng) 普 通 差 速 器 差 速 器 是 汽 車 驅 動 橋 中 的 重 要 部 件 ， 其 主 要 功 能 是 使 驅 動 橋 的左 、 右 驅 動 輪 具 有 汽 車 行 駛 運 動 學

2、所 要 求 的 差 速 ， 并 將 動 力 分 配 給左 、 右 驅 動 輪 。 但 普 通 差 速 器 的 “ 差 速 不 差 扭 ” 即 等 轉 矩 分 配 性 能 ，卻 嚴 重 影 響 了 汽 車 的 通 過 性 、 牽 引 性 和 行 駛 安 全 性 。 為 了 克 服 普 通 差 速 器 的 缺 點 ， 改 善 汽 車 的 通 過 性 、 牽 引 性 和 行駛 安 全 性 一 般 采 用 強 制 鎖 止 式 差 速 器 和 防 滑 差 速 器 ； 為 了 更 好 地 提高 汽 車 動 力 性 和 行 駛 安 全 性 能 ， 發(fā) 展 了 汽 車 防 滑 控 制 系 統(tǒng) 。 強 制 鎖

3、止 式 差 速 器 普 通 差 速 器 差 速 鎖 防 滑 差 速 器 差 速 器 自 鎖 防 滑 結 構 汽 車 防 滑 控 制 系 統(tǒng) 制 動 防 抱 死 系 統(tǒng) (ABS)和 驅 動防 滑 系 統(tǒng) (ASR)的 統(tǒng) 稱 ， 有 簡 稱 ABS/ASR。 強 制 鎖 止 式 差 速 器 強 制 鎖 止 式 差 速 器 普 通 差 速 器 差 速 鎖 必 要 時 將 差 速 器 鎖 止 ， 令 其 不 起 差 速 器 作 用 。 結 構 簡 單 、 易 于 制 造 ； 但 往 往 要 停 車 掛 鎖 或 脫 鎖 ，操 作 不 便 ， 當 在 好 路 段 行 駛 時 如 未 及 時 脫 鎖 則

4、 將 產 生無 差 速 器 的 一 系 列 問 題 。 強 制 鎖 止 式 差 速 器 典 型 結 構 ： P365, 圖 9-82, 83 防 滑 差 速 器 防 滑 差 速 器 差 速 器 自 鎖 防 滑 結 構 防 滑 差 速 器 是 一 種 能 克 服 普 通 差 速 器 等 轉 矩 分 配 的 缺點 ， 并 同 時 具 有 普 通 差 速 功 能 的 差 速 器 。 當 汽 車 左 、 右 驅 動 輪 在 不 同 地 面 附 著 條 件 下 行 駛 時 ，防 滑 差 速 器 可 以 設 法 （ 自 動 或 通 過 控 制 ） 使 大 部 分 轉 矩 甚至 全 部 轉 矩 分 配 給

5、附 著 條 件 相 對 比 較 好 的 一 側 驅 動 輪 ， 從而 改 善 了 汽 車 的 通 過 性 、 牽 引 性 和 行 駛 安 全 性 。 有 稱 自 鎖差 速 器 、 限 滑 差 速 器 。 防 滑 差 速 器 工 作 原 理慢 速 側 快 速 側 汽 車 防 滑 控 制 系 統(tǒng) （ ABS/ASR） 汽 車 防 滑 控 制 系 統(tǒng) 驅 動 防 滑 系 統(tǒng) (ASR)和 制 動 防抱 死 系 統(tǒng) (ABS)的 統(tǒng) 稱 ， 有 簡 稱 ABS/ASR。 驅 動 防 滑 系 統(tǒng) 汽 車 驅 動 過 程 中 防 止 驅 動 車 輪 發(fā) 生 滑 轉 的 控 制 系 統(tǒng) 稱 為 驅 動 防滑

6、 轉 系 統(tǒng) (Acceleration Slip Regulation)， 簡 稱 ASR。 它 是 通 過 調 節(jié)驅 動 車 輪 的 牽 引 力 實 現 驅 動 車 輪 滑 轉 控 制 的 ， 所 以 也 被 稱 為 牽 引 力控 制 系 統(tǒng) (Traction Control System)， 簡 稱 TCS。 ASR可 以 利 用 已 有的 ABS和 發(fā) 動 機 電 子 控 制 系 統(tǒng) 來 實 現 ！ 防 滑 控 制 系 統(tǒng) 應 用 一 般 首 先 是 裝 備 ABS（ 國 外 轎 車 和 輕 型 貨 車 幾 乎 100%） ， 而 后裝 備 ABS/ASR； 在 大 型 客 車 和

7、貨 車 上 ， ABS也 在 迅 速 地 普 及 ， 有 些也 裝 備 了 ASR 。 目 前 國 外 有 形 式 多 樣 、 價 格 檔 次 不 同 的 多 種 防 滑 控 制 系 統(tǒng) ， 可 供 不 同 檔 次 的 汽 車 進 行 選 擇 裝 備 。 2、 防 滑 差 速 器 結 構 形 式 及 其 應 用 防 滑 差 速 器 結 構 形 式 及 其 應 用結 構 形 式 鎖 緊 系 數 評 價 與 應 用普 通 差 速 器 1.1 1.5 等 轉 矩 分 配 ？強 制 鎖 止 式 簡 單 ， 操 作 不 便 ？ 越 野 、 重 型 車 用高 摩 擦 式 5 結 構 簡 單 、 工 作 平

8、 穩(wěn) 、 工 藝 繼 承 性 好轎 車 、 輕 型 車 用3 6 結 構 復 雜 、 制 造 要 求 高 、 磨 損 大 ？蝸 輪 式 6 9 全 輪 驅 動 軸 間 與 非 轉 向 驅 動 橋 輪 間牙 嵌 式 傳 遞 轉 矩 有 脈 動 ？ 中 、 重 型 車 用滾 子 式 接 觸 應 力 大 ？ 越 野 車 、 輕 型 車 用1.31.5 P379摩 擦 片 式預 壓 彈 簧 式滑 塊 凸 輪 式蝸 輪 式自 由 輪 式 變 傳 動 比 式 摩 擦 片 （ 盤 ） 式 防 滑 差 速 器F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力F1利 用 主 從 摩 擦 片 （ 盤 ） 間

9、相 對 滑 轉 產 生 大 的 內 摩 擦 力 矩 摩 擦 片 （ 盤 ） 式 防 滑 差 速 器行 星 齒 輪 軸 差 速 器 殼 壓 力 盤 形 槽F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力F2 行 星 齒 輪 軸 差 速 器 殼 壓 力 盤 形 槽 壓 力 F1 F1F1 F2F2 F2 彈 簧 預 壓 摩 擦 片 （ 盤 ） 式 防 滑 差 速 器利 用 預 壓 緊 彈 簧 壓 緊 摩 擦 片 （ 盤 ） 產生 大 的 內 摩 擦 力 矩 圓 柱 螺 旋 彈 簧 增 載 式車 橋 廠 樣 品 F3 F3F3 F1 F1F1 F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸

10、 向 力F3 彈 簧 壓 緊 力 彈 簧 預 壓 摩 擦 片 （ 盤 ） 式 防 滑 差 速 器彈 簧 、 行 星 齒 輪 軸 壓 力 盤 形 槽F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力F2 行 星 齒 輪 軸 差 速 器 殼 壓 力 盤 形 槽 F3 彈 簧 壓 緊 力F3F1F2 圓 柱 螺 旋 彈 簧 增 載 式 彈 簧 預 壓 摩 擦 式 卸 載 式F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力F2 彈 簧 壓 緊 力F1 F2 碟 形 彈 簧 卸 載 式 彈 簧 預 壓 摩 擦 式 卸 載 式F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力F2 彈

11、簧 壓 緊 力 F2碟 形 彈 簧 卸 載 式獵 豹 彈 簧 預 壓 式 防 滑 差 速 器 圓 柱 螺 旋 彈 簧碟 形 彈 簧利 用 預 壓 緊 彈 簧 壓 緊 摩 擦 片或 錐 面 產 生 大 的 內 摩 擦 力 矩 江 蘇 -50拖 拉 機防 滑 差 速 器車 橋 廠防 滑 差 速 器 樣 品 彈 簧 預 壓 式 防 滑 差 速 器 圓 柱 螺 旋 彈 簧 增 載 式 碟 形 彈 簧 卸 載 式利 用 預 壓 緊 彈 簧 壓 緊 摩 擦 錐 面 產生 大 的 內 摩 擦 力 矩 彈 簧 預 壓 摩 擦 片 式 防 滑 差 速 器利 用 預 壓 緊 彈 簧 壓 緊 摩 擦 片產 生 大

12、的 內 摩 擦 力 矩 江 蘇 -50拖 拉 機車 橋 廠 樣 品 滑 塊 凸 輪 式 防 滑 差 速 器凸 輪 套滑 塊利 用 滑 塊 與 凸 輪 套 之 間產 生 大 的 內 摩 擦 力 矩 蝸 輪 式 防 滑 差 速 器蝸 輪 式 防 滑 差 速 器 托 森 式 防 滑 差 速 器奧 迪 80/90轎 車 軸 間 差 速 器豐 田 Celica Gt-Four輪 間 差 速 器利 用 蝸 輪 蝸 桿 副 的 螺 旋 角 與 摩 擦 角 產 生 大 的 內 摩 擦 力 矩 牙 嵌 式 自 由 輪 防 滑 差 速 器 控 制 閉 鎖 式 防 滑 差 速 器防 滑 差 速 器 與 方 向 盤

13、聯 動（ 液 壓 或 電 控 操 縱 ） 各 種 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 性 能T TLTH 摩 擦 片 式彈 簧 預 壓 式彈 簧 預 壓 摩 擦 片 式普 通 差 速 器 汽 車 的 傳 動 裝 置 預 壓 量 增 載 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 機 及 類 似 車 輛 傳 動 系 彈 簧 預 壓摩 擦 片 式(增 載 式 )轉 矩 增 值 量 r=1 T L Td 卸 載 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 機 及 類 似 車 輛 傳 動 系 彈 簧 預 壓 式（ 卸 載 式 ）轉 矩 增 值 量 r=1 T L Td 3、

14、 防 滑 差 速 器 性 能 評 價 指 標 與 計 算q 防 滑 差 速 器 鎖 緊 系 數 和 扭 矩 分 配 系 數q 差 速 器 效 率 和 差 速 器 傳 動 效 率q 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 性 能 q 防 滑 差 速 器 內 摩 擦 力 矩 Tr r=F f Rf Z F 作 用 與 摩 擦 表 面 的 壓 力 ， 以 產 生 內 摩 擦 力 矩 。 防 滑差 速 器 的 結 構 型 式 不 同 ， F力 的 構 成 不 同 ！q 防 滑 差 速 器 鎖 緊 系 數 與 轉 矩 分 配 系 數 定 義 按 汽 車 工 程 手 冊 （ 設 計 篇 ） 、 拖 拉 機 設 計

15、 手 冊 、 汽 車 構 造 等 定 義 ： =T2 T1 （ k =Tr T0 =（ T2 T1） T0， ） =T2 T0 （ kb= T2 T1 ， k=Tr T0， ）防 滑 差 速 器 鎖 緊 系 數 與 轉 矩 分 配 系 數王 望 予 汽 車 設 計 等 q 防 滑 差 速 器 效 率 0 0 =T1 T2=1 Kq 防 滑 差 速 器 傳 動 效 率 =（ T1n1 T2n2） （ T0n0）防 滑 差 速 器 效 率 與 傳 動 效 率0 =（ T1n1） /（ T2n2）（ 按 拖 拉 機 設 計 手 冊 定 義 ） 各 種 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 性 能T TLT

16、H 摩 擦 片 式彈 簧 預 壓 式彈 簧 預 壓 摩 擦 片 式普 通 差 速 器 汽 車 的 傳 動 裝 置 預 壓 量 增 載 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 機 及 類 似 車 輛 傳 動 系 彈 簧 預 壓摩 擦 片 式(增 載 式 )轉 矩 增 值 量 r=1 T L Td 卸 載 式 防 滑 差 速 器 性 能 普 通 差 速 器 拖 拉 機 及 類 似 車 輛 傳 動 系 彈 簧 預 壓 式（ 卸 載 式 ）轉 矩 增 值 量 r=1 T L Td 摩 擦 片 式 防 滑 差 速 器 性 能 計 算 方 法 F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙

17、合 軸 向 力F2 彈 簧 壓 緊 力 無 預 壓 機 構 摩 擦 式 （ F1） F2 F2F1 F1 F1 彈 簧 預 壓 摩 擦 式 （ F1, F2） F 作 用 與 摩 擦 表 面 的 壓 力 計 算 行 星 齒 輪 軸 差 速 器 殼 壓 力 盤 形 槽（ F1， F3）F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力 F3 行 星 齒 輪 軸 差 速 器 殼 壓 力 盤 形 槽 壓 力 F1 F1F1 F3F3 F3 彈 簧 預 壓 、 行 星 齒 輪 軸 壓 力 盤 形 槽 （ F1， F2， F3）F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力F2 彈 簧

18、壓 緊 力F3 行 星 齒 輪 軸 差 速 器 殼 壓 力 盤 形 槽 F2F1F3 彈 簧 預 壓 摩 擦 式 卸 載 式（ F1， F2） F1 行 星 齒 輪 半 軸 齒 輪 嚙 合 軸 向 力F2 彈 簧 壓 緊 力F1 F2 防 滑 差 速 器 鎖 緊 系 數 計 算主 動 片 的 摩 擦 系 數 u1=0.150000行 星 齒 輪 與 差 速 器 殼 及 行 星 齒 輪 軸 的 摩 擦 系 數 u2=0.080000摩 擦 片 的 平 均 摩 擦 半 徑 rm=32.400002摩 擦 片 的 襯 面 數 nm=7.000000行 星 齒 輪 的 節(jié) 錐 角 a2=0.58300

19、0半 軸 齒 輪 的 平 均 分 度 圓 半 徑 rh=36.000000行 星 齒 輪 軸 與 差 速 器 殼 接 觸 面 的 平 均 摩 擦 半 徑 rtc=15.600000行 星 齒 輪 與 半 軸 齒 輪 的 嚙 合 角 a1=0.419000行 星 齒 輪 軸 的 半 徑 r0=9.700000行 星 齒 輪 的 平 均 分 度 圓 半 徑 rc=24.000000彈 簧 的 預 壓 緊 力 Fs=240.000000能 夠 產 生 摩 擦 力 的 摩 擦 面 數 n=7.000000可 變 地 面 摩 擦 系 數 產 生 的 車 輪 轉 矩 Tl=720800.000000q計

20、算 結 果 ： 防 滑 差 速 器 的 鎖 緊 系 數 :2.317224 、 防 滑 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析q 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析 模 型q 計 算 模 型q 計 算 載 荷q 邊 界 約 束q 差 速 器 殼 體 有 限 元 初 步 分 析 結 果 Ansys 有 限 元 模 型防 滑 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析 模 型UG 3D模 型 UG 3D簡 化 模 型 防 滑 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析q 載 荷 工 況 三 種 工 況工 況 1： 防 滑 差 速 器 為 普 通 差 速 器 工 況 ， 不 考 慮 差 速 器 內 摩

21、擦 ；工 況 2： 汽 車 左 側 車 輪 嚴 重 打 滑 ， 右 側 附 著 條 件 好 ， 防 滑 差 速 器 工作 ， 考 慮 差 速 器 內 摩 擦 ， 右 殼 承 受 的 轉 矩 較 大 ； 工 況 3： 汽 車 右 側 車 輪 嚴 重 打 滑 ， 左 側 附 著 條 件 好 ， 防 滑 差 速 器工 作 ， 考 慮 差 速 器 內 摩 擦 ， 左 殼 承 受 的 轉 矩 較 大 。q 計 算 載 荷 （ 計 算 載 荷 ） 防 滑 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析 殼 體 左 、 右 半 軸 齒 輪 接 觸 端 面 的 均 布 載 荷 P1、 P2； 殼 內 行 星 齒 輪

22、止 推 端 面 的 均 布 載 荷 P3； 殼 體 法 蘭 盤 螺 孔 處 后 橋 大 齒 輪 的 等 效 圓 周 力 FT1； 殼 體 后 橋 大 齒 輪 安 裝 孔 處 大 齒 輪 等 效 徑 向 均 布 載 荷 P 0； 殼 體 后 橋 大 齒 輪 安 裝 孔 處 大 齒 輪 等 效 軸 向 力 Fa； 殼 體 內 左 、 右 半 軸 齒 輪 端 面 摩 擦 力 的 等 效 圓 周 力 FT2（ 計 算 載 荷 ） 防 滑 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析 差 速 器 殼 左 、 右 軸 承 軸 頸 表 面 均 施 加 了 X、 Y兩 方 向 的 約 束 ； 差 速 器 殼 左 半

23、 軸 軸 承 安 裝 端 面 施 加 一 個 Z向 約 束 ； 再 考 慮 到 差 速 器 殼 體 的 轉 矩 作 用 ， 在 行 星 齒 輪 軸 孔 處 加 了 Y向 的 約 束 。 （ 邊 界 約 束 ） 防 滑 差 速 器 殼 體 有 限 元 分 析（ 初 步 分 析 結 果 工 況 ）應 力 云 圖位 移 云 圖 防 滑 差 速 器 設 計 計 算 程 序總 體 設 計q 程 序 功 能q 防 滑 差 速 器 性 能 分 析q 防 滑 差 速 器 參 數 優(yōu) 化 設 計q 差 速 器 錐 齒 輪 、 花 鍵 、 軸 承 等 零 件 設 計 計 算q 程 序 總 體 結 構 防 滑 差

24、速 器 設 計 計 算 程 序差速器錐齒輪設計計算程序 防滑差速器性能分析程序 差 速 器 零 件 設 計 計 算 程 序防滑差速器優(yōu)化設計程序 行星齒輪軸計算程序 漸開線花鍵計算程序 差速器軸承計算程序程 序 總 體 結 構 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 一行 星 輪 軸 形 面 增 載 式 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 二彈 簧 預 壓 增 載 式 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 三彈 簧 預 壓 、 行 星 輪 軸 形 面 增 載 式 高 摩 擦 式 防 滑 差 速 器 方 案 四彈 簧 預 壓 卸 載 式 關 于 防 滑 差 速 器 設 計 方

25、面 的 文 獻 檢 索1、 總 裝 汽 車 試 驗 場 ， 幾 種 越 野 汽 車 鎖 止 式 差 速 器 性 能 比 較2、 天 大 、 軍 事 交 通 學 院 ， 輕 型 越 野 汽 車 限 滑 差 速 裝 置 選 型 分 析 （ 從 轉 矩 分 配 系 數 、 附 著 系 數 利 用 率 、 安 全 性 等 方 面 進 行 原 理 對 比 分 析 ）3、 華 中 理 工 大 ， 限 滑 差 速 器 楔 角 的 最 優(yōu) 化 設 計 （ 摩 擦 片 式 防 滑 差 速 器 楔 角 參 數 優(yōu) 化 ）4、 太 原 礦 機 廠 研 究 所 ， No-spin防 滑 差 速 器 技 術 分 析 （ 強 制 鎖 止 式 差 速 器 、 牙 嵌 式 防 滑 差 速 器 結 構 分 析 ）