【正文】 差速器設(shè)計(jì)與分析 9 車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力，不如鎖止式差速器的大。這類(lèi)差速器鎖，由于成本原因，一般只應(yīng)用于高檔轎車(chē)和高檔的 SUV。 自動(dòng)機(jī)械鎖止差速器 ： 這類(lèi)差速器的基本結(jié)構(gòu)和機(jī)械鎖止式差速器相同，不同的是，機(jī)械鎖止差速器的鎖止和解鎖，完全由駕駛員人工控制；自動(dòng)機(jī)械鎖止式差速器則是根據(jù)路況自行鎖止和解鎖。它的鎖止檢測(cè)機(jī)構(gòu)很精巧，檢測(cè)量有兩個(gè)，一個(gè)是差速器邊齒輪和差速器殼子之 間的轉(zhuǎn)速差，另外一個(gè)就是差速器殼的轉(zhuǎn)速。 此類(lèi)差速器的 鎖止條件 是 差速器殼體轉(zhuǎn)速不超過(guò)設(shè)定值（也就是車(chē)速低于設(shè)定值），變齒輪與差速器殼的轉(zhuǎn)速差超過(guò)設(shè)定值（左右車(chē)輪的轉(zhuǎn)速差太大），如果兩個(gè)條件都符合，就會(huì)觸發(fā)差速器的鎖止，正常行駛中的轉(zhuǎn)向不會(huì)引起它的鎖止。整個(gè)鎖止過(guò)程，車(chē)輪空轉(zhuǎn)的角度差不超過(guò) 360度。 解鎖條件 則是 差速器殼轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定值（車(chē)速超過(guò)設(shè)定值），左右半軸的扭矩方向相反（車(chē)輛開(kāi)式轉(zhuǎn)向），滿足兩者中的任何一個(gè)，就會(huì)立即解鎖。 它的 優(yōu)點(diǎn) 是 公路行駛特性與開(kāi)式差速器完全相同。越野路面，與鎖止式差速 器特性完全相同，不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)向而扭斷半軸，其鎖止和解鎖過(guò)程完全是自動(dòng)的，不需要人為干預(yù)?？煽啃苑浅８?。 缺點(diǎn) 就是 鎖止噪音比較大，結(jié)構(gòu)比機(jī)械鎖止差速器復(fù)雜，每一種差速器只能適用于一種車(chē)型，不具有通用性。 此類(lèi)差速器 可以直接替換開(kāi)式差速器，前驅(qū)后驅(qū)都可以用，沒(méi)有適用性方面的限制。 以 Eaton公司的產(chǎn)品為代表的自動(dòng)機(jī)械鎖止差速器是最適合越野車(chē)適用的差速器，遺憾的是，沒(méi)有能直接給小切用的產(chǎn)品。 自動(dòng)解鎖差速器 ： 自動(dòng)解鎖差速器 的工作原理和鎖止差速器恰恰相上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 10 反，這個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的非常巧妙。鎖止差速器工作的時(shí)候，是執(zhí)行 鎖止操作；而 自動(dòng)解鎖差速器 工作的時(shí)候，執(zhí)行的是單邊解鎖操作。 自動(dòng)解鎖差速器 在車(chē)輛直行的時(shí)候，左右半軸通過(guò)齒輪與小齒輪軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，工作在鎖止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)兩驅(qū)動(dòng)輪存在轉(zhuǎn)動(dòng)角度差的時(shí)候（車(chē)輛轉(zhuǎn)向或者一個(gè)輪子打滑）， 自動(dòng)解鎖差速器 會(huì)通過(guò)它的機(jī)械機(jī)構(gòu)，將一個(gè)輪子的離合器分離，取消它的動(dòng)力輸出。兩個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)角度相同的時(shí)候，離合器再結(jié)合。完成一次分離并重新結(jié)合的操作，兩個(gè)車(chē)輪的角度差不小于 18度。加油門(mén)的時(shí)候，分離的是轉(zhuǎn)的稍快的車(chē)輪，收油門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的時(shí)候，分離的是轉(zhuǎn)的稍慢的車(chē)輪。如果用于前橋驅(qū)動(dòng)，車(chē)輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 會(huì)隨著加減油門(mén)有失控的傾向。在附著力高的路面（土路或柏油路），如果兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪因?yàn)轵?qū)動(dòng)力過(guò)大而同時(shí)打滑，則每一個(gè)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，與其相聯(lián)的 自動(dòng)解鎖差速器 離合器都會(huì)分離結(jié)合 2到 10次，兩個(gè)車(chē)輪交替的獲得分動(dòng)箱輸出的100％扭矩，驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力輸出狀態(tài)不是連續(xù)的，而是脈動(dòng)的，地面的附著力越大，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)速越高， 自動(dòng)解鎖差速器 離合器結(jié)合時(shí)的沖擊力就會(huì)越大。為了承受這種高頻的大扭矩沖擊，制造 PowerTrax NoSlip的材料強(qiáng)度必須特別耐沖擊，所以使用的時(shí)鈦合金。但原車(chē)半軸設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮這種沖擊扭矩，往往承受不了 。 優(yōu)點(diǎn)：通用性好，安裝簡(jiǎn)便，沒(méi)有鎖止式差速器的鎖止噪音，在鋪裝路面上不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)向而扭斷半軸。 缺點(diǎn)：不能用于全時(shí)四驅(qū)的前橋；在附著力比較高的平坦路面，提供的牽引力小于鎖止式差速器；在高附著力路面，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)打滑，對(duì)半軸的沖擊力非常大，容易扭斷半軸；安裝 自動(dòng)解鎖差速器 會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)檔上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 11 車(chē)換檔沖擊變大。 適用性：適合后橋驅(qū)動(dòng)輕度越野和低附著力路面。不適合高附著力路面和大動(dòng)力輸出的場(chǎng)合的使用，不適合在前橋內(nèi)安裝（即使是 4驅(qū)的切諾基，很容易斷前半軸）。 SANTANA 差速器的 具體 構(gòu)造及工作 原理 SANTANA 差速器的具體結(jié)構(gòu) SANTANA 差速器為對(duì)稱(chēng)式錐齒輪式。 下面就 它 的 具體 結(jié)構(gòu) 的 詳細(xì)介紹。 見(jiàn)圖 圖 SANTANA 差速器結(jié)構(gòu) 5差速器殼； 2半軸齒輪推力墊片； 3半軸齒輪； 4行星齒輪； 6螺栓； 7行星齒輪球面墊片； 8行星齒輪軸（十字軸） 其轉(zhuǎn)矩的傳遞路線如下： 從動(dòng)錐齒輪 →差速器殼→十字軸→行星齒輪→半軸齒輪→半軸→驅(qū)動(dòng)輪 SANTANA 差速器的工作原理 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 12 圖 SANTANA 差速器工作原理 2半軸齒輪； 3差速器殼； 4行星齒輪； 5行星齒輪軸； 6主減速器從動(dòng)齒輪 差速原理。 見(jiàn) 圖 。 ? 當(dāng)車(chē)輛直線行駛時(shí) ： 行星輪無(wú)自轉(zhuǎn)，只隨行星十字軸架繞差速器軸線公轉(zhuǎn) ， 021 ??? ?? ； ? 當(dāng)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)： 設(shè)行星輪自轉(zhuǎn)角速度 4? ，則對(duì)于行星輪的 A 點(diǎn)和 B點(diǎn)（分別為行星輪與左右半軸齒輪的嚙合點(diǎn)）有如下運(yùn)動(dòng)方程： 4401 rrr ??? ?? 4402 rrr ??? ?? 其中 r1? （半軸齒輪轉(zhuǎn)速）是絕對(duì)速度， r0? （差速器殼即從動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)速）是牽連速度， 44r? 是相對(duì)速度；上述兩式相加，得 021 2??? ?? 結(jié) 論： ① . 左右兩側(cè)半軸齒輪轉(zhuǎn)速之和等于差速器轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 13 速無(wú)關(guān)； 021 2nnn ?? ② . 當(dāng)其中一個(gè) 0?n 時(shí)，另一個(gè) 02nn? ； ③ . 若 00?n ，則 21 nn ?? 。這相當(dāng)于將差速器殼鎖止（中央制動(dòng)器，鎖住傳動(dòng)軸），但汽車(chē)仍然能動(dòng)，所以現(xiàn)在逐漸取消中央制動(dòng)器。 轉(zhuǎn)矩分配 見(jiàn)圖 圖 SANTANA 差速器轉(zhuǎn)距分配 主減速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩為 0M ，當(dāng)行星齒輪沒(méi)有自轉(zhuǎn)時(shí)，021 21 MMM ??； 當(dāng)行星齒輪有自轉(zhuǎn)時(shí)， 21 nn? ，則由于行星輪自轉(zhuǎn)，行星輪輪孔與行星齒輪軸間，及齒輪背部與差速器殼之間產(chǎn)生摩擦，行星齒輪所受的摩擦力矩為 TM ，如上圖所示， )(21 01 TMMM ?? ， )(21 02 TMMM ?? 左右輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器內(nèi)部摩擦力矩 TM ； TM 使得轉(zhuǎn)的快的半軸減速，轉(zhuǎn)得慢的半軸加速，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的分配。 鎖緊系數(shù)：12MMk? ，衡量差速器內(nèi)部摩擦力矩大小及轉(zhuǎn)矩分配特性。由于轉(zhuǎn)矩分配特性，在通過(guò)壞路時(shí)（一邊車(chē)輪在好路上，一邊車(chē)輪在壞路上滑轉(zhuǎn)）靜止不動(dòng)車(chē)輪上分配轉(zhuǎn)矩與滑轉(zhuǎn)車(chē)輪上的很小的轉(zhuǎn)矩近似相等，總的牽引力不能克服行駛阻力，汽車(chē)不能前進(jìn)。 MT n4 n1 n2 F2 F2‘ F1‘ F1 M2 M1 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 14 Unigraphics 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 UG 是 UnigraphicsSolutions 公司的拳頭產(chǎn)品。該公司首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM 模式，為用戶(hù)提供一個(gè)全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在 UG 中，優(yōu)越的參 數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合 被實(shí)踐證明是強(qiáng)有力的，并 被大多數(shù) CAD/CAM 軟件廠商所采用。 UG 最早應(yīng)用于美國(guó)麥道 航空 公司。它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來(lái)的軟件。 90 年代初，美國(guó)通用汽車(chē)公司選中 UG作 為全公司的 CAD/CAE/CAM/CIM 主導(dǎo)系統(tǒng)，這進(jìn)一步推動(dòng)了 UG 的發(fā)展。1997 年 10 月 Unigraphics Solutions 公司與 Intergraph 公司簽約，合并了后者的機(jī)械 CAD 產(chǎn)品，將微機(jī)版的 SOLIDEDGE 軟件統(tǒng)一到 Parasolid 平臺(tái)上。由此形成了一個(gè)從低端到高端，兼有 Unix 工作站版和 WindowsNT 微機(jī)版的較完 善的企業(yè)級(jí) CAD/CAE/CAM/PDM 集成系統(tǒng)。 UG 軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能；而且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類(lèi)型數(shù)控機(jī)床。另外它所提供的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 UG/Open GRIP， UG/Open API 簡(jiǎn)單易學(xué)，實(shí)現(xiàn)功能多，便于用戶(hù)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用 CAD 系統(tǒng)。 具體來(lái)說(shuō)，該軟件具有以下特點(diǎn)： 1. 具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM/CAE 等各模塊之間的無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實(shí)施并行工程。 采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯 示 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 15 幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。 3. 用基于特征（如孔、凸臺(tái)、型腔、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類(lèi)似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并能用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。 4. 面設(shè)計(jì)采用非均勻有理 B 樣條基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜的曲面，特別適合于汽車(chē)外形設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)等復(fù)雜曲面造型。 5. 出圖功能強(qiáng)，可十分方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖。能按ISO 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)注尺 寸、形狀公差和漢字說(shuō)明等。并能直接對(duì)實(shí)體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸側(cè)圖挖切生成各種剖視圖，增強(qiáng)了繪制工程圖的實(shí)用性。 6. 以 PARASOLID 為實(shí)體建模核心，實(shí)體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名CAD/CAM/CAE軟件均以此作為實(shí)體造型基礎(chǔ)。 7. 提供了界面良好的二次開(kāi)發(fā)工具 GRIP ( GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING ) 和 UFUNC ( USER FUNCTION )，并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使UG 的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能緊密結(jié)合起來(lái)。 8. 具有良好的用戶(hù)界面，絕 大多數(shù)功能都可通過(guò)圖表實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推力功能；同時(shí)，在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶(hù)做出正確的選擇。 利用 Unigraphics 系統(tǒng)，汽車(chē)及其零部件現(xiàn)在可以以一種完全數(shù)字化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、制圖及制造。 Unigraphics 已成為擁護(hù)縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低成本的必不可少的強(qiáng)有力的工具。 2 汽車(chē)差速器的 設(shè)計(jì)計(jì)算 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 16 桑塔納轎車(chē)及 差速器的主要參數(shù) 桑塔納轎車(chē)的技術(shù)參數(shù) ? 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 maxT 根據(jù)《上海桑塔納轎車(chē)結(jié) 構(gòu)圖冊(cè)》，桑塔納轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩m a x rmNT ?? ? 變速器的傳動(dòng)比 因?yàn)閭鲃?dòng)比越大，傳動(dòng)系所傳遞的扭矩就越大。因此為了設(shè)計(jì)計(jì)算的可靠和有效，只需考慮一檔傳動(dòng)時(shí)的情況 一檔傳動(dòng)比 ?i 減速器傳動(dòng)比 ?oi ? 差速器所受到的扭矩 主減速器傳遞的最大扭矩： mNmNiiTM oo ????????? 0 1 81 1 5 4 21m a x ?????? ? （ ） 行星齒輪所受到的最大扭矩： mNmNMKM or ??????? ?????????? ? （ ） 半軸齒輪所受到的最大扭矩： ? ? ? ? ? ? mNMMMM ro ?????? ?????? （ ） 差速器的基本參數(shù) ? 行星齒輪數(shù)目 n 的選擇： 行 星 齒 輪 數(shù) n 需 根 據(jù) 承 載 情 況 來(lái) 選 擇 。 通 常 情 況 下 轎車(chē) n=2；貨車(chē)或越野車(chē) n=4。根據(jù)本設(shè)計(jì)的情況，取 n＝ 2 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車(chē)差速器設(shè)計(jì)與分析 17 ? 行星齒輪球面半徑 BR 確定 行星齒輪球面半徑 Rb 反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力 ，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定 ： mmMKR BB 33 0 ???? ???????????????（ ） 式中， Kb 為行星齒輪球面半徑系數(shù)， Kb =2． 5～ 3． 0，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的轎車(chē)和公路用貨車(chē)取小值，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的轎車(chē)及四個(gè)行星齒輪的越野車(chē)和礦用車(chē)取大值 。本設(shè)計(jì)中 BK 取 節(jié)錐距： 0 0 .9 9 0 .9 9 3 9 .9 1 3 7 .5 3BA R m m? ? ? ??????????????（ ） ? 行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇 為了使輪齒有較高的強(qiáng)度，希望 取較大的模數(shù)，但尺寸會(huì)增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù) Z1應(yīng)取少些，但 Z1一般不少于 10。半軸齒輪齒數(shù) Z2在 14～ 25選用。大多數(shù)汽車(chē)的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 Z2／ Z1在 1． 5～ 2． 0的范圍內(nèi)。 為使兩個(gè)或四個(gè)行星齒輪能同時(shí)與兩個(gè)半軸齒輪嚙合，兩半軸齒輪齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除，否則差速齒輪不能裝配。 因此： 行星齒輪輪齒數(shù) 1 10z? 半軸齒輪齒數(shù) 152?Z 滿足安裝條件為： 22LRzzIn? ? ? 速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 ? 行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 12,?? ：