托森差速器的设计说明书.docx

托森差速器的设计说明书（可编辑）本科毕业设计（论文）通过答辩目录一 .托森差速器的简介 1二 .托森差速器的工作原理 2三 .蜗轮、蜗杆设计 5四 .蜗杆前、后轴的设计 9五 .空心轴的设计 1 0六 .直齿圆柱齿轮设计 1 1七 .蜗轮轴设计 1 4八 .差速器外壳的设计 1 6九 .参考车型相关数据 1 7十 .设计心得 1 7十 一参 考 文 献本科毕业设计（论文）通过答辩一 .托森差速器的简介每辆汽车都要配备有差速器, 我们知道普通差速器的作用: 第一 , 它是一组 减速齿轮, 使从变速箱输出的高转速转化为正常车速; 第二, 可以使左右驱动 轮速度不同, 也就是在弯道时对里外车轮输出不同的转速以保持平衡 它的缺 陷是在经过湿滑路面时就会因打滑失去牵引力 而如果给差速器增加限滑功能就 能满足轿 车在恶 劣路 面具有 良好操 控性 的需求 了,这 就是 限滑差 速器 Limited SlipDifferential , 简 称 LSD 全 轮 驱 动 轿 车 AWD 系 统 的 基 本 构 成是具有 3个差速器, 它们分别控制着前轮、 后轮、 前后驱动轴扭矩分配。

这 3 个差速器不 只是人们常见的简单差速器, 它们是 LSD 差速器, 带有自锁功能以保证在湿滑路面 轮胎发生打滑时驱动轮始终保持有充足的扭矩输出从而在恶劣路况获得良好的 操控世界上的 LSD 差速器有好几种形式, 今天我们就来看看 Torsen 自锁差速器系统Torsen的音译，这个名 字取自Torque-sensing Trac tion的 单 词 头几个字母的组合其专业意思是:牵引力自感应式扭矩分配从字面意思就可以理解: 它可以根据各个车轮对牵引力的需求而分配扭矩输出最为难得可贵的是:、I、匚这样的分 配完 全靠 机械 装置 来完 成 ，反 应迅 速而 准 确Torsen的核心是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统从Torsen差速器的结构视图中我们可以看到双蜗轮、蜗 杆结构， 正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能， 正是这一特性限制了滑动在弯道行驶没有车轮打滑时，前、后差速器的作用是传统差速器， 蜗杆齿轮不影响半轴输出速度的不同 如车向左转时， 右侧车轮比差速器快 ，而左侧速度低 ， 左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮此时蜗轮蜗杆并没有锁止 ， 因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。

当右侧车轮打滑时， 蜗轮蜗杆组件发挥作用， 如是传统差速器将不会传输动力到 左轮对于Torsen LSD差速器，此时快速旋转的右侧半轴将驱动右侧蜗杆，并通过同步啮合齿轮驱动左侧蜗杆, 此时蜗轮蜗杆特性发挥作用 当蜗杆驱动蜗 轮时 ,它们就会锁止, 左侧蜗杆和右侧蜗杆实现互锁, 保证了非打滑车轮具有足够的 牵引力Torsen 差速 器的 特点: Torsen 差速 器是 恒时 4 驱, 牵引 力被分 配到 了每个车轮, 于是就有了良好的弯道 、 直线干/湿驾驶性能 Torsen 自锁中心差 速器确保了前后轮均一的动力分配 任何速度的不同, 如前轮遇到冰面时 , 系统 会快速 做 出 反 应 , 75% 的 扭 矩 会 转 向 转 速 慢 的 车 轮 , 在 这 里 也 就 是 后 轮 Torsen 差速器实现了恒时、 连续扭矩控制管理 , 它持续工作 , 没有时间上的延迟, 但不介入总扭矩输出的调整, 也就不存在着扭矩的损失, 与牵引力控制和车身稳定控 制系统相比具有更大的优越性因为没有传统的自锁差 速器所配备的多片式离合器, 也就不存在着磨损 , 并实现了免维护 纯机械 LSD 具有良好的可靠 性 。

Torsen差速器可以与任何变速器、分动器实现匹配 ,与车辆 其 它 安 全 控 制 系 统 ABS 、TCSTraction Control Systems, 牵引力控制、 SCSStability ControlSystems,车身稳定控制相容 Torsen 差速器是纯机械结构 , 在车轮刚一打滑的瞬间 就会发生作用, 它具有线性锁止特性, 是真正的恒时四驱, 在平时正常行驶时扭矩 前后分配是 50?50缺点:一是造价高,所以一般托森差速器都用在高档车上;二是重量太大,装上 它后对 车辆的 加速性 是一份 拖累 托森差 速器几 乎可以 成为 20 世纪 继转子发动机以后精妙机械设计的典范 不过正是因为这套机构的精妙, 导致其需 要非常高的加工精度、 制造工艺和高强度的材料才能保证其性能的发挥, 所以成 本非本科毕业设计（论文）通过答辩常之高 奥迪 Quattro 之所以没有在前后差速器上都采用托森差速器, 估计 也是出于成本的考虑二 .托森差速器的工作原理托森差速器主要是由外壳, 空心轴, 蜗轮 （6 个） , 齿轮 （12 个） , 蜗杆前 轴,蜗杆后轴 空心轴通过花键与外壳联接在一体, 齿轮通过蜗轮轴安装在差速 器外壳上,其中三个蜗轮与前轴蜗杆啮合,另外三个蜗轮与后轴蜗轮相啮合。

与前、 后轴蜗杆相啮合彼此通过直齿圆柱齿轮相啮合, 前杆和驱动桥的差速器前齿轮为一体, 后轴蜗杆和驱动后桥的差速器后齿轮轴为一体 当汽车驱动时 , 来 自发动机的动力通过空心轴传至差速器外壳, 差速器外壳通过蜗杆轴传至蜗轮 前轴蜗杆通过差速器前齿轮轴将动力传至前桥, 后轴蜗杆通过差速器后齿轮轴传至 后桥, 从而实现前、 后驱动桥的驱动牵引作用 , 当汽车转弯时, 前后驱动轴出 现转速差,通过啮合的直齿圆柱齿轮相对转动,使一轴转速加快,另一轴转速下降, 实现差速作用 图一是托森差速器的结构, 图二, 图三是托森差速器在奥迪 车中安装的部位图图一1托 森 差 速 器 的 工 作 过 程 托森差速器的工作过程可以分为 2 种情况: 设前、 后轴蜗杆转速分别为n、n差12速器壳转速为 n 0本科毕业设计（论文）通过答辩1）.当 n n 时,为汽车直线行 驶,当汽车驱动时,来自发动机 的动力通过空心 1 2轴传至差速器外壳, 再通过蜗轮轴传至蜗轮最后传到蜗杆 前、 后蜗杆轴将动力分别传至前、 后桥 由于两蜗杆轴将动力分别传至前 、 后桥 由于两蜗 杆轴转速相等, 故蜗轮与蜗杆之间无相对运动, 两相啮合的直齿圆柱齿轮之间亦无相对 传动 ,差速器壳与两蜗杆轴均绕蜗杆轴线同步转动 ,即 n n n。

其转矩平均分0 1 2配 设差速器壳接受转矩为 M , 前、 后蜗杆轴上相对应驱动转矩分别为M、 M ,0 1 2则有 M + M M 1 2 0图二2) .当 nn 时, 汽车转弯或某侧车轮陷于泥泞路面时 , 为便于分析, 假设差 速1 2器外壳不懂动, 即 n 0, 又 nn , 在 n 作用下, 前轴蜗杆带动与其啮合的蜗 轮0 1 2 1转动, 蜗轮两端的直齿圆柱亦随之以转速 n 转动, 同时带动与其啮合的直齿 圆柱r齿轮以转速 n 反向转动,因齿轮与后轴蜗杆一体,则后轴蜗杆朝相反方向转动显然, 这是不可能的, 因蜗轮蜗杆传动副的传动逆效率极低 实际上,差速 器壳一直在旋转，nO,前、后轴蜗杆亦随之同向旋转此时两轴之间的转 速差是O通过一对相啮合的圆柱齿轮的相对转动而实现的由上述分析知, 前蜗杆轴 使齿轮转动, 齿轮随之被迫转动 ,并迫使后轴蜗轮带动后轴蜗杆转动 , 因其齿面 之间存在很大的摩擦力, 限制了齿轮转速的增加, 减少了齿轮及前轴蜗杆转速的增 加显然,只有当两轴转速差不大时才能差速本科毕业设计（论文）通过答辩图三2托森 差速 器 的转 矩分 配原 理托森 差速器 是利 用蜗 轮蜗 杆传动 副的 高内 摩擦力 矩 M 进 行转 矩分配 的。

其r原理简述如下:设前轴蜗杆 1 的转速大于后轴蜗杆 2的转速,即 n ?n ,前轴 蜗杆1 21 将使前端涡轮转动 ,涡轮轴上的直齿圆柱齿轮 3 也将转动,带动与之啮合 的后端直齿 圆柱齿 轮 4 同步 转动 , 而与 后端直 齿圆柱 齿轮同 轴的蜗轮 也将 转 动则 后端蜗轮带动后轴蜗杆 2 转动 蜗轮带动蜗杆的逆传动效率取决于蜗杆的螺旋角 及传动副的摩擦条件 对于一定的差速器结构其螺旋角是一定的 故此时传动 主要由摩擦状况来决定即取决于差速器的内摩擦力矩 M , 而M又取决于两端输出轴r r的 相对 转速 当 n , n 转 速差 比较 小时 ,后 端蜗 轮带 动蜗 杆摩 擦 力 亦较 小 ,通 过1 2差速器直齿圆柱齿轮吸收两侧输出轴的转速差 当前轴蜗杆 n 较高时,蜗轮 驱动1蜗杆的摩擦 力矩也较大 ,差速器将抑 制该车轮的空转 ,将输入转矩 M 多分 配到后0端 输 出 轴 上 , 转 矩 分 配 为 M 1 / 2 M - M , M 1 / 2 M + M 当 n 0, 前 轴 蜗 杆 空1 0 r 2 0 r 2转时，由于后端蜗轮与蜗杆之间的内摩擦力矩M过高， 使M全部分配到后轴蜗杆上,此时,相当于差速器锁死不起差速作用。

图四为工作原理图本科毕业设计 （论文）通过答辩图四t a n?蜗轮式差速器转矩比？，其中为蜗杆螺旋角，为摩擦角bt a n?当时，转矩比，差速器自锁一般可达5.5~9,锁紧系数K可 达b b0.7~0.8.选 取不 同的 螺旋 升角 可得 到不 同的 锁紧 系 数 ， 使驱 动力 既可 来自 蜗杆 ，也可 以来 自蜗 轮为减 少磨 损 ，提 高使 用寿 命 ，一 般降 低 到 3~3.5左 右较 好 ，b这样即使在 一端车轮附着 条件很差的情况 下 ，仍可以利用 附着力 大 的另一端车轮产生足以克服行驶阻力的驱动力.托森 差速 器由 于其结 构及 性能 上的 诸多 优点 ， 被 广泛 用于 全轮驱 动轿 车的 中央轴间差速 器及后驱动桥 的轮间差速器 .但由 于在转速转矩 差较大 十的自动锁止作用，通常不用做转向驱动桥的轮间差速器三 .蜗 轮蜗 杆设 计1选择 蜗杆 传 动类 型根据 G B / T 10085- 1988 的推荐,采用渐开线蜗杆 Z I 2选 择 材 料 蜗杆采用 40C R , 并经淬火处理,硬度为 48- 55H R C , 蜗轮采用 Z C U S N 10P 1, 金属,, H T 100模铸造 为节约材料 齿圈用青铜 轮芯用灰铸铁 铸造。

3按 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 进 行 设 计根据 闭式蜗 杆传动 的设计 准则 , 先按 齿面接 触疲劳 强度进 行设 计 ,再校 核齿根弯曲疲劳强度,传动中心矩:23 （式 1） ;2 ??蜗杆传动的中心距; ??蜗轮的许用接触应力; ?本科毕业设计（论文）通过答辩??蜗轮传递的转矩; 2??载荷系数;??弹性影响系数;? ??接触系数;1确定 作用 在蜗轮 上的 转 矩2按 4, 估取 0.90, 则1P 99.36K W , n 1400/ 3 466.7r / m i n p99.360.966 6T 9.5510 9.5510 182986? m m2n 466.72确定 载荷 系数 K因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均 匀系数 1。