防滑差速器设计教程.ppt

汽汽 车车 设设 计计合肥工业大学汽车教研室　马恒永合肥工业大学汽车教研室　马恒永防滑差速器设计防滑差速器设计9.4.4 防滑差速器设计防滑差速器设计１、１、防滑差速器与汽车防滑控制系统防滑差速器与汽车防滑控制系统２、防滑差速器２、防滑差速器结构形式与应用结构形式与应用３、防滑差速器３、防滑差速器性能评价指标与计算性能评价指标与计算４、差速器４、差速器壳体有限元分析壳体有限元分析1 1、防滑差速器与汽车防滑控制系统、防滑差速器与汽车防滑控制系统 普通普通差速器差速器　　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　　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所要求的差速，并将动力分配给左、右驱动轮具有汽车行驶运动学所要求的差速，并将动力分配给左、右驱动轮但左、右驱动轮但普通差速器的普通差速器的““差速不差扭差速不差扭” ” 即等转矩分配性能，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驶安全性一般采用强制锁止式差速器强制锁止式差速器和和防滑差速器防滑差速器；为了更好地；为了更好地提提高汽车动力性和行驶安全性能，发展了高汽车动力性和行驶安全性能，发展了汽车汽车防滑控制系统防滑控制系统。

强制锁止式差速器强制锁止式差速器－－普通差速器＋差速锁普通差速器＋差速锁 防滑差速器防滑差速器－－差速器＋自锁防滑结构差速器＋自锁防滑结构 汽车汽车防滑控制系统防滑控制系统－－制动防抱死系统制动防抱死系统( (ABS) )和和驱驱动动防滑系统防滑系统( (ASR) )的统称，有简称的统称，有简称ABS/ASR√√强制锁止式差速器强制锁止式差速器 强制锁止式差速器强制锁止式差速器－普通差速器＋差速锁－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，　　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将产生操作不便，当在好路段行驶时如未及时脱锁则将产生无差速器的一系列问题无差速器的一系列问题 强制锁止式差速器强制锁止式差速器典型结构：典型结构：P365, 图图9-82, 83防滑差速器防滑差速器 防滑差速器防滑差速器－差速器＋自锁防滑结构－差速器＋自锁防滑结构　　　　防滑差速器防滑差速器是一种是一种能克服能克服普通差速器普通差速器等转矩分配等转矩分配的的缺点，缺点，并同时具有普通差并同时具有普通差速功能的差速器。

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，　　当汽车左、右驱动轮在不同地面附着条件下行驶时，防滑差速器防滑差速器可以设法可以设法（自动或通过控制）（自动或通过控制）使使大部分转矩甚大部分转矩甚至全部转矩分配给附着条件相对比较好的一侧驱动轮至全部转矩分配给附着条件相对比较好的一侧驱动轮，从，从而改善了汽车的通过性、牵引性和行驶安全性有称而改善了汽车的通过性、牵引性和行驶安全性有称自锁自锁差速器差速器、、限滑差速器限滑差速器防滑差速器工作原理防滑差速器工作原理慢速侧慢速侧快速侧快速侧汽车防滑控制系统（汽车防滑控制系统（ABS/ASR）） 汽车防滑控制系统汽车防滑控制系统－驱－驱动防滑系统动防滑系统( (ASR) )和和制动防制动防抱死系统抱死系统( (ABS) )的统称，有简称的统称，有简称ABS/ASR 驱动防滑系统驱动防滑系统　　　　汽汽车车驱驱动动过过程程中中防防止止驱驱动动车车轮轮发发生生滑滑转转的的控控制制系系统统称称为为驱驱动动防防滑滑转转系系统统(Acceleration Slip Regulation)，，简简称称ASR它它是是通通过过调调节节驱驱动动车车轮轮的的牵牵引引力力实实现现驱驱动动车车轮轮滑滑转转控控制制的的，，所所以以也也被被称称为为牵牵引引力力控控制制系系统统(Traction Control System)，，简简称称TCS。

ASR可可以以利利用已有的用已有的ABS和发动机电子控制系统和发动机电子控制系统来实现！来实现！ 防滑控制系统应用防滑控制系统应用　　　　一般首先是装备一般首先是装备ABS（（国外轿车和轻型货车几乎国外轿车和轻型货车几乎100%）），而，而后装备后装备ABS/ASR；；在大型客车和货车上，在大型客车和货车上，ABS也在迅速地普及，有也在迅速地普及，有些也装备了些也装备了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控制系统，可供不同档次的汽车进行选择装备2 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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结构形式锁紧系数锁紧系数评价与应用评价与应用普通差速器普通差速器1.1～～1.5等转矩分配等转矩分配？？强制锁止式强制锁止式简单，操作不便简单，操作不便？？越野、重型车用越野、重型车用高摩擦式高摩擦式＞＞5结构简单、工作平稳、工艺继承性好结构简单、工作平稳、工艺继承性好轿车、轻型车用轿车、轻型车用3～～6结构复杂、制造要求高、磨损大结构复杂、制造要求高、磨损大？？蜗轮式蜗轮式6～～9全轮驱动轴间与非转向驱动桥轮间全轮驱动轴间与非转向驱动桥轮间牙嵌式牙嵌式传递转矩有脉动传递转矩有脉动？？中、重型车用中、重型车用滚子式滚子式接触应力大接触应力大？？越野车、轻型车用越野车、轻型车用1.3~1.5P379摩擦片式摩擦片式预压弹簧式预压弹簧式滑块凸轮式滑块凸轮式蜗蜗 轮轮 式式自由轮式自由轮式变传动比式变传动比式摩擦片（盘）式防滑差速器摩擦片（盘）式防滑差速器F1－－行星齿轮－半轴行星齿轮－半轴齿轮啮合齿轮啮合轴向力轴向力F1利用主从摩擦片（盘）间利用主从摩擦片（盘）间相对滑转产生大的内摩擦力矩相对滑转产生大的内摩擦力矩摩擦片（盘）式防滑差速器摩擦片（盘）式防滑差速器行星齿轮轴－差速器壳／压力盘行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽Ｖ形槽F1－－行星齿轮－半轴行星齿轮－半轴齿轮啮合齿轮啮合轴向力轴向力F2－－行星齿轮轴－差速器壳／压力盘行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽Ｖ形槽压力压力 F1F1F1F2F2F2弹簧预压弹簧预压摩擦片（盘）式防滑差速器摩擦片（盘）式防滑差速器利用预压紧弹簧压紧摩擦片（盘）产利用预压紧弹簧压紧摩擦片（盘）产生大的内摩擦力矩生大的内摩擦力矩圆柱螺旋弹簧－增载式圆柱螺旋弹簧－增载式车桥厂样品车桥厂样品F3F3F3F1F1F1F1－－行星齿轮－半轴行星齿轮－半轴齿轮啮合齿轮啮合轴向力轴向力F3－－弹簧弹簧压紧力压紧力 弹簧预压弹簧预压摩擦片（盘）式防滑差速器摩擦片（盘）式防滑差速器弹簧弹簧、、行星齿轮轴－压力盘行星齿轮轴－压力盘Ｖ形槽Ｖ形槽F1－－行星齿轮－半轴行星齿轮－半轴齿轮啮合齿轮啮合轴向力轴向力F2－－行星齿轮轴－差速器壳／压力盘行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽Ｖ形槽 F3－－弹簧弹簧压紧力压紧力F3F1F2圆柱螺旋弹簧－增载式圆柱螺旋弹簧－增载式弹簧预压摩擦式－弹簧预压摩擦式－卸载式卸载式F1－－行星齿轮－半轴行星齿轮－半轴齿轮啮合齿轮啮合轴向力轴向力F2－－弹簧弹簧压紧力压紧力F1F2碟形弹簧－卸载式碟形弹簧－卸载式弹簧预压摩擦式－弹簧预压摩擦式－卸载式卸载式F1－－行星齿轮－半轴行星齿轮－半轴齿轮啮合齿轮啮合轴向力轴向力F2－－弹簧弹簧压紧力压紧力F2碟形弹簧－卸载式碟形弹簧－卸载式猎豹猎豹弹簧预压式防滑差速器弹簧预压式防滑差速器圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧碟形弹簧碟形弹簧利用预压紧弹簧压紧摩擦片利用预压紧弹簧压紧摩擦片或锥面产生大的内摩擦力矩或锥面产生大的内摩擦力矩江苏江苏-50-50拖拉机拖拉机防滑差速器防滑差速器车桥厂车桥厂防滑差速器样品防滑差速器样品弹簧预压式防滑差速器弹簧预压式防滑差速器圆柱螺旋弹簧－增载式圆柱螺旋弹簧－增载式碟形弹簧－卸载式碟形弹簧－卸载式利用预压紧弹簧压紧摩擦锥面产利用预压紧弹簧压紧摩擦锥面产生大的内摩擦力矩生大的内摩擦力矩弹簧预压摩擦片式防滑差速器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利用预压紧弹簧压紧摩擦片产生大的内摩擦力矩产生大的内摩擦力矩江苏江苏-50-50拖拉机拖拉机车桥厂样品车桥厂样品滑块凸轮式防滑差速器滑块凸轮式防滑差速器凸轮套凸轮套滑块滑块利用滑块与凸轮套之间利用滑块与凸轮套之间产生大的内摩擦力矩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蜗轮式防滑差速器蜗轮式防滑差速器托森式防滑差速器托森式防滑差速器奥迪奥迪80/90轿车轴间差速器轿车轴间差速器丰田丰田Celica Gt-Four轮间差速器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牙嵌式自由轮防滑差速器控制闭锁式防滑差速器控制闭锁式防滑差速器防滑差速器与方向盘联动防滑差速器与方向盘联动（液压或电控操纵）（液压或电控操纵）各种摩擦式防滑差速器性能各种摩擦式防滑差速器性能φTTLTH摩擦片式摩擦片式弹簧预压式弹簧预压式弹簧预压摩擦片式弹簧预压摩擦片式普通差速器普通差速器《汽车的传动装置》预压量预压量增载式防滑差速器性能增载式防滑差速器性能普通差速器普通差速器《拖拉机及类似车辆传动系》弹簧预压弹簧预压摩擦片式摩擦片式( (增载式增载式) )转矩增值量转矩增值量Φr=1TLTd卸载式防滑差速器性能卸载式防滑差速器性能普通差速器普通差速器《拖拉机及类似车辆传动系》弹簧预压式弹簧预压式（卸载式）（卸载式）转矩增值量转矩增值量Φr=1TLTd3、防滑差速器性能评价指标与计算、防滑差速器性能评价指标与计算q 防滑差速器防滑差速器锁紧系数和扭矩分配系数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差速器效率和差速器传动效率q 摩擦式摩擦式防滑差速器性能防滑差速器性能q 防滑差速器内摩擦力矩防滑差速器内摩擦力矩Tr　　　　ＴＴr=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，差速器的结构型式不同，F力力的构成不同！的构成不同！q 防滑差速器防滑差速器锁紧系数锁紧系数ＫＫ与转矩分配系数与转矩分配系数ξ定义定义 　　按《汽车工程手册（设计篇）》、《拖拉机设计手册》、按《汽车工程手册（设计篇）》、《拖拉机设计手册》、《汽车构造》等定义：《汽车构造》等定义：　　　　ＫＫ=T2／／T1　　（（k =Tr／／T0 =（（T2－－T1）／）／T0，，…）　　　）　　　ξ=T2／／T0　　（（kb= T2／／T1 ，，k’=Tr／／T0，，…））防滑差速器锁紧系数与转矩分配系数防滑差速器锁紧系数与转矩分配系数王望予《汽车设计》等王望予《汽车设计》等q 防滑差速器效率防滑差速器效率η0　　 　　 η0 =T1／／T2=1／／Kq 防滑差速器传动效率防滑差速器传动效率ηη =（（T1·n1＋＋T2·n2）／（）／（T0·n0））防滑差速器效率与传动效率防滑差速器效率与传动效率η0 =（（T1·n1））/（（T2·n2））（按《拖拉机设计手册》定义）（按《拖拉机设计手册》定义）各种摩擦式防滑差速器性能各种摩擦式防滑差速器性能φTTLTH摩擦片式摩擦片式弹簧预压式弹簧预压式弹簧预压摩擦片式弹簧预压摩擦片式普通差速器普通差速器《汽车的传动装置》预压量预压量增载式防滑差速器性能增载式防滑差速器性能普通差速器普通差速器《拖拉机及类似车辆传动系》弹簧预压弹簧预压摩擦片式摩擦片式( (增载式增载式) )转矩增值量转矩增值量Φr=1TLTd卸载式防滑差速器性能卸载式防滑差速器性能普通差速器普通差速器《拖拉机及类似车辆传动系》弹簧预压式弹簧预压式（卸载式）（卸载式）转矩增值量转矩增值量Φr=1TLTd摩擦片式防滑差速器摩擦片式防滑差速器性能计算方法性能计算方法F1－－行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力F2－－弹簧压紧力弹簧压紧力 ①① 无预压机构摩擦式无预压机构摩擦式（（F1）） F2F2F1F1F1②② 弹簧预压摩擦式（弹簧预压摩擦式（F1, F2）） F－－作用与摩擦表面的压力计算作用与摩擦表面的压力计算③ ③ 行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽（（F1，，F3））F1－－行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力F3－－行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽压力行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽压力 F1F1F1F3F3F3④ ④ 弹簧预压弹簧预压、、行星齿轮轴－压力盘Ｖ形槽行星齿轮轴－压力盘Ｖ形槽 （（F1，，F2，，F3））F1－－行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力F2－－弹簧压紧力弹簧压紧力F3－－行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽行星齿轮轴－差速器壳／压力盘Ｖ形槽 F2F1F3⑤⑤ 弹簧预压摩擦式－卸载式弹簧预压摩擦式－卸载式（（F1，，F2））F1－－行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力行星齿轮－半轴齿轮啮合轴向力F2－－弹簧压紧力弹簧压紧力F1F2防滑差速器锁紧系数计算防滑差速器锁紧系数计算主动片的摩擦系数 行星齿轮与差速器壳及行星齿轮轴的摩擦系数 摩擦片的平均摩擦半径 摩擦片的衬面数 行星齿轮的节锥角 半轴齿轮的平均分度圆半径 行星齿轮轴与差速器壳接触面的平均摩擦半径 行星齿轮与半轴齿轮的啮合角 行星齿轮轴的半径 行星齿轮的平均分度圆半径 弹簧的预压紧力 能够产生摩擦力的摩擦面数 可变地面摩擦系数产生的车轮转矩 q计算结果：４、防滑差速器壳体有限元分析４、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差速器壳体有限元分析模型q 计算模型计算模型q 计算载荷计算载荷q 边界约束边界约束q 差速器壳体有限元差速器壳体有限元初步分析结果初步分析结果Ansys－有限元－有限元模型模型防滑差速器壳体有限元分析模型防滑差速器壳体有限元分析模型UG－－3D3D模型模型UG－－3D3D简化模型简化模型防滑差速器壳体有限元分析防滑差速器壳体有限元分析q 载荷工况－载荷工况－三种工况三种工况工况工况1：防滑差速器为普通差速器工况，不考虑差速器内摩擦；：防滑差速器为普通差速器工况，不考虑差速器内摩擦；工工况况2：：汽汽车车左左侧侧车车轮轮严严重重打打滑滑，，右右侧侧附附着着条条件件好好，，防防滑滑差差速速器器工工作作，，考虑差速器内摩擦，右壳承受的转矩较大；考虑差速器内摩擦，右壳承受的转矩较大；　工况　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：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。

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（（计算载荷计算载荷））防滑差速器壳体有限元分析防滑差速器壳体有限元分析①①壳体－左、右半轴齿轮接触端壳体－左、右半轴齿轮接触端面的均布载荷面的均布载荷P1、、P2；；②②壳内－行星齿轮止推端面的均布载荷壳内－行星齿轮止推端面的均布载荷P3；；③③壳体法兰盘螺孔处后桥大齿轮的等效圆周力壳体法兰盘螺孔处后桥大齿轮的等效圆周力FT1；；④④壳体后桥大齿轮安装孔处大齿轮等效径向均布载荷壳体后桥大齿轮安装孔处大齿轮等效径向均布载荷P0；；⑤⑤壳体后桥大齿轮安装孔处大齿轮等效轴向力壳体后桥大齿轮安装孔处大齿轮等效轴向力Fa；；⑥⑥壳体内左、右半轴齿轮端面摩擦力的等效圆周力壳体内左、右半轴齿轮端面摩擦力的等效圆周力FT2（（计算载荷计算载荷））防滑差速器壳体有限元分析防滑差速器壳体有限元分析①①差速器壳左、右轴承轴颈表面均施加了差速器壳左、右轴承轴颈表面均施加了X、、Y两方向的约束；两方向的约束；②②差速器壳左半轴轴承安装端面施加一个差速器壳左半轴轴承安装端面施加一个Z向约束；向约束；③③再考虑到差再考虑到差速器壳体的转矩作用，在行星齿轮轴孔速器壳体的转矩作用，在行星齿轮轴孔处加了处加了Y向的约束。

向的约束边界约束边界约束））防滑差速器壳体有限元分析防滑差速器壳体有限元分析（（初步分析结果－初步分析结果－工况３工况３ ））应力云图应力云图位移云图位移云图防滑差速器设计计算程序防滑差速器设计计算程序总体设计总体设计q 程序功能程序功能q 防滑差速器性能分析防滑差速器性能分析q 防滑差速器参数优化设计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差速器锥齿轮、花键、轴承等零件设计计算q 程序总体结构程序总体结构防滑差速器设计计算程序防滑差速器设计计算程序差差速速器器锥锥齿齿轮轮设设计计计计算算程程序序防防滑滑差差速速器器性性能能分分析析程程序序差速器零件设计计算程序差速器零件设计计算程序防防滑滑差差速速器器优优化化设设计计程程序序行行星星齿齿轮轮轴轴计计算算程程序序渐渐开开线线花花键键计计算算程程序序差差速速器器轴轴承承计计算算程程序序程序总体结构程序总体结构高摩擦式防滑差速器方案一高摩擦式防滑差速器方案一行星轮轴－Ｖ形面行星轮轴－Ｖ形面增载式增载式高摩擦式防滑差速器方案二高摩擦式防滑差速器方案二弹簧预压弹簧预压增载式增载式高摩擦式防滑差速器方案三高摩擦式防滑差速器方案三弹簧预压、行星轮轴－Ｖ形面弹簧预压、行星轮轴－Ｖ形面增载式增载式高摩擦式防滑差速器方案四高摩擦式防滑差速器方案四弹簧预压－弹簧预压－卸载式卸载式关于防滑差速器设计方面的文献检索关于防滑差速器设计方面的文献检索1、、总装汽车试验场，总装汽车试验场，几种越野汽车锁止式差速器性能比较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，天大、军事交通学院，轻型越野汽车限滑差速装置选型分析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　（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原理对比分析））3、、华中理工大，华中理工大，限滑差速器楔角的最优化设计限滑差速器楔角的最优化设计　　（摩擦片式防滑差速器（摩擦片式防滑差速器楔角参数优化楔角参数优化））4、、太原矿机厂研究所，太原矿机厂研究所，No-spin防滑差速器技术分析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（强制锁止式差速器、牙嵌式防滑差速器结构分析结构分析））。