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1、目 录第一章 绪 论111差速器与防滑差速器的作用原理112国内外防滑差速器发展现状2121防滑差速器国外研究现状21. 2. 2国内概况31.3研究目的及意义41. 4差速器的分类41.4.1几种常见的防滑差速器的工作原理及优缺点51.5本课题的研究的主要内容14第二章 防滑差速器的总体设计162.1对称式圆锥行星齿轮差速器原理1622防滑差速器的结构型式选择20221常见的防滑差速器的工作原理及优缺点202. 2. 2 选型结论29第三章 差速器的结构设计303.1差速器齿轮材料选择303.2 差速器齿轮的基本参数选择30全 文 结 论34参考文献35谢 辞36第一章 绪 论11差速器与防
2、滑差速器的作用原理汽车行驶过程中，车轮与路面存在着两种相对运动状态：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。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。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
3、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，防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。12国内外防滑差速器发展现状121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20世纪60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90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。 (1)转
4、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。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12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
5、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。典型产品有粘性联轴式、Gerodisc式等，如图13所示。(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
6、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，如图14所示。1. 2. 2国内概况与国外相比，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80和奥迪90轿车上的托森差速器、用于高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。1.3研究目的及意义防滑差速器使汽车左右驱动轮之间
7、驱动力得到了更好的匹配，消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
8、着我国汽车工业发展和技术进步的要求，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2001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。1. 4差速器的分类差
9、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1.5所示： 图1.5差速器结构型式框图大多数汽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
10、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。1.4.1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。1.4.1.1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
11、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1.6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9和10，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8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。图1.6斯堪尼亚LTll0型汽车的强制锁止式差速器图该车采用电控气动
12、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1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11成为刚性连接，差速器不起差速作用。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-N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
13、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无差速器情况下出现的一系列问题。1.4.1.2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1.6)。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。4-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，
14、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3和摩擦片组2。摩擦片组2由薄钢片7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
15、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0607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，它的结构如图1.7所示。它出差速器左右壳、弹性圆柱销、行星齿轮止推垫片、半轴齿轮、摩擦片导块、半轴齿轮止推垫片、预压弹簧、主从动摩擦片、弹簧挡板等组成。当汽车的两侧车轮的附着条件相同时，由主减速器传给的转矩，平均分配绘左右半轴。当两侧车轮的附着条件不相同时，由于差速器壳内的预压弹簧通过弹簧挡板对半轴齿轮加压，这迫使行星齿轮分别向左右方向移动，通过半轴齿轮压紧摩擦片。此时，左右壳内端面与摩擦片之间都产生摩擦，从而产生内摩擦转矩， 图1.6摩擦片式自锁差速器图 图1.7预压弹簧摩擦片式防滑
