【正文】 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 1 摘 要 自從法國工程師雷諾發(fā)明差速器，解決了汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的問題后，差速器便成為了現(xiàn)代汽車基本配置。隨著人們對(duì)安全性和舒適性要求的提高，差速器的作用顯的更為重要。 由此產(chǎn)生了各種結(jié)構(gòu)和功能的差速器。 本課題以桑塔納轎車差速器為研究目標(biāo)。 首先 通過比較各種差速器的優(yōu)缺點(diǎn)，再根據(jù)桑塔納的實(shí)際特點(diǎn)選擇合適的差速器結(jié)構(gòu)類型。 本課題為桑塔納選用 的 是對(duì)稱式錐齒輪差速器。此類差速器技術(shù)成熟，制造安裝簡單，可適用于一般路況，符合桑塔納轎車的產(chǎn)品定位和使用特點(diǎn)。 接著，查閱資料獲得桑塔納轎車的相關(guān)參數(shù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 、變速箱傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比。 利用 這些數(shù)據(jù)計(jì)算得出差速器殼體和各齒輪所傳遞的 轉(zhuǎn)矩。再根據(jù)轉(zhuǎn)距完成差速器主要部件 —— 差速齒輪和半軸齒輪的尺寸計(jì)算，再對(duì)齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行校 核 ，保證差速器工作的可靠性和安全性。 完成計(jì)算后， 運(yùn)用 Unigraphics 軟件 的建模模塊建立差速器各 部件 的實(shí)體模型。 其中運(yùn)用到了抽殼、陣列、 掃描等命令。 接著使 用 UG 的裝配模塊。首先了解 UG 的 三種 轉(zhuǎn)配方式：自上而下、自下而上和混合裝配 以及它們各自的特點(diǎn) 。 因?yàn)椴钏倨鹘Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以采用混合裝配方式 差速器總成的裝配工作。 然后生成爆炸 視圖方便查看差速器的結(jié)構(gòu)和各個(gè)零件組成。 最后使 用 UG 的運(yùn)動(dòng)分析模塊 分析設(shè)計(jì)結(jié)果。先是對(duì) UG 運(yùn)動(dòng)分析模塊中的運(yùn)動(dòng) 副 和驅(qū)動(dòng)方式的定義進(jìn)行了解。 明白它們的使用方法，然后 對(duì)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 2 車輛直線行駛狀態(tài)和轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)下差速器 部件 不同 的工作 原理進(jìn)行 定義 ， 并在運(yùn)動(dòng)仿真中設(shè)置合適的時(shí)間和步長 ， 最后開始模擬仿真。最后觀察到結(jié)果和設(shè)計(jì)要求相吻合。這樣 既保證設(shè)計(jì)的正確性，同時(shí)也 對(duì)差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理 有 了 更 直 觀、 形象的了解 。 關(guān)鍵詞 ： 差速器， UG， 實(shí)體建模， 裝配，運(yùn)動(dòng)分析 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 3 The Design and Analysis On SANTANA Differential ABSTRACT Ever since the French engineer Renault invented the differential, solving the problems when vehicles turn corners, the differentials have bee the basic equipments on modern vehicles. As people get more and more strict on safety and fort, the function of the differential is more important. Thus all kinds of configurations and functions of differentials are invented. This topic bases on the differential on SANTANA. Compared the advantages and disadvantages of all kinds of differentials, choose the appropriate type according to the actual characteristic of the SANTANA. This topic chooses the bevel type differential for the SANTANA. This type of differential has mature technology, it’s easy to manufacture and install, it can match the needs of general road conditions, so it suits the use characteristic and product orientation of the SANTANA. Next, look up the references and get the relative parameters about the SANTANA which conclude the engine’s max torque, the ratio of the transmission box, the radio of the final drive. Use these data to work out the torque that transferred by the differential carrier and the gears. After that finish the calculation of the main parts of the differential——plaary gear and side gear, then check the intension of the gears to ensure the 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 4 safety and reliability of the design. After the calculation, use the modeling module of Unigraphics software to create the solid models of the parts of the differential. Then use the assembly module to finish the assembly work of the differential. At last, use the animation module of UG to observe and analyze the work principle of the differential under both straight condition and cornering condition. It ensure the correctness of the design, and also have a more intuitionistic and visual prehension of the configuration and principle of the differential. Key words: differential， UG， modeling， assembly， animation analysis 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 5 SANTANA 轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 張 凱 061103105 0 引言 自從 1885年德國工程師卡爾本茨制成第一輛汽車以來，由于科技、技術(shù)的進(jìn)步以及人們認(rèn)識(shí)逐步認(rèn)識(shí)到汽車的不足，汽車在不斷地改變著。其中一個(gè)比較重要的設(shè)計(jì)就是 1928年法國人雷諾設(shè)計(jì)的差速器。這個(gè)巧妙的裝置改變了當(dāng)時(shí)汽車轉(zhuǎn)向不靈活的現(xiàn)象。現(xiàn)今的差速器無論在類型，結(jié)構(gòu)還是功能上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了雷諾當(dāng)時(shí)能夠想象的。 1 差速器的 技術(shù) 概述 基本概念 差速器的功能是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或者在不平路面上行駛時(shí)，使左右驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速滾動(dòng)，即保持兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，內(nèi)外兩側(cè)車輪中心在同一時(shí)間內(nèi)移動(dòng)過的曲線距離顯然不同，即外側(cè)車輪移動(dòng)過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪。若兩側(cè)車輪都固定在同一剛性轉(zhuǎn)軸上，兩輪角速度相等，則此時(shí)外輪必然是邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)，內(nèi)輪必然是邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)轉(zhuǎn)。 同樣，汽車在不平路面上直線行駛時(shí)，兩側(cè)車輪實(shí)際移過曲線的距離也不相等。即使路面非常平直，但由于輪胎制造尺寸誤差，磨損程度不同，承受的載荷不同或者充氣壓力不 等，各個(gè)輪胎的滾動(dòng)半徑實(shí)際上不可能相上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 6 等。因此，只要各車輪角速度相等，車輪對(duì)路面的滑動(dòng)就必然存在。 差速器的分類 按使用的場合分 車輪對(duì)路面的滑動(dòng)不僅會(huì)加速輪胎磨損，增加汽車的動(dòng)力消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動(dòng)性能的惡化。所以，在正常的行駛條件下，應(yīng)使車輪盡可能不發(fā)生滑動(dòng)。為此，在汽車結(jié)構(gòu)上，必須保證各個(gè)車輪有可能以不同的角速度旋轉(zhuǎn)，若主減速器從動(dòng)輪可用不同角速度旋轉(zhuǎn)，以保證純滾動(dòng)狀態(tài)，就必須將兩側(cè)車輪的驅(qū)動(dòng)軸斷開，而由主減速器從動(dòng)輪通過一個(gè)差速齒輪系統(tǒng) —— 差速器分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)半軸和驅(qū)動(dòng)輪。這 種裝在同一驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪之間的差速器稱為輪間差速器。 多軸驅(qū)動(dòng)汽車上，各驅(qū)動(dòng)橋間由傳動(dòng)軸相連。若各橋的驅(qū)動(dòng)輪均以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，同樣也會(huì)發(fā)生上述輪間差速器類似的現(xiàn)象。為使各驅(qū)動(dòng)橋有可能具有不同的輸入角速度，以消除各橋驅(qū)動(dòng)輪的滑動(dòng)現(xiàn)象，可以在驅(qū)動(dòng)橋之間裝設(shè)軸間差速器。 按結(jié)構(gòu)類型分 開式差速器 ： 切諾基的開式差速器的結(jié)構(gòu)，是典型的行星齒輪組結(jié)構(gòu)，只不過太陽輪和外齒圈的齒數(shù)是一樣的。在這套行星齒輪組里，主動(dòng)輪是行星架，被動(dòng)輪是兩個(gè)太陽輪。通過行星齒輪組的傳動(dòng)特性我們知道，如果行星架作為主動(dòng)軸， 兩個(gè)太陽輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向是不確定的，甚至兩個(gè)太陽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相反的。 車輛直行狀態(tài)下，這種差速器的特性就是，給兩個(gè)半軸傳遞的扭矩相同。在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪懸空情況下，如果傳動(dòng)軸是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，有附著力的驅(qū)動(dòng)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 7 輪是沒有驅(qū)動(dòng)力的，如果傳動(dòng)軸是加速轉(zhuǎn)動(dòng)，有附著力的驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力等于懸空車輪的角加速度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的乘積。 車輛轉(zhuǎn)彎輪胎不打滑的狀態(tài)下，差速器連接的兩個(gè)半軸的扭矩方向是相反的，給車輛提供向前驅(qū)動(dòng)力的，只有內(nèi)側(cè)的車輪，行星架和內(nèi)側(cè)的太陽輪之間由等速傳動(dòng)變成了減速傳動(dòng)，駕駛感覺就是彎道加速比直道加速更有力。 開式差速器的優(yōu)點(diǎn)就是在鋪裝路面上轉(zhuǎn)行行駛的效果最好。缺點(diǎn)就是在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪喪失附著力的情況下，另外一個(gè)也沒有驅(qū)動(dòng)力。 開式差速器的適用范圍是所有鋪裝路面行駛的車輛，前橋驅(qū)動(dòng)和后橋驅(qū)動(dòng)都可以安裝。 限滑差速器 ： 限滑差速器用于部分彌補(bǔ)開式差速器在越野路面的傳動(dòng)缺陷，它是在開式差速器的機(jī)構(gòu)上加以改進(jìn)，在差速器殼的邊齒輪之間增加摩擦片，對(duì)應(yīng)于行星齒輪組來講，就是在行星架和太陽輪之間增加了摩擦片，增加太陽輪與行星架自由轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力力矩。 限滑差速器提供的附加扭矩，與摩擦片傳遞的動(dòng)力和兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。 在開式差速器結(jié)構(gòu)上改進(jìn)產(chǎn)生的 LSD，不能做到 100％的限滑，因?yàn)橄藁禂?shù)越高，車輛的轉(zhuǎn)向特性越差。 LSD具備開式差速器的傳動(dòng)特性和機(jī)械結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)就是提供一定的限滑力矩，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向特性變差，摩擦片壽命有限。 LSD的適用范圍是鋪裝路面和輕度越野路面。通常用于后驅(qū)車。前驅(qū)車一般不裝，因?yàn)?LSD會(huì)干涉轉(zhuǎn)向，限滑系數(shù)越大，轉(zhuǎn)向越困難。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車差速器設(shè)計(jì)與分析 8 鎖止式差速器 ： 為了保證車輛在復(fù)雜的越野路況下的行駛性能，通過一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)把差速器鎖死，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)半軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。通過行星齒輪組分析，就是把行星齒輪組 的變速機(jī)構(gòu)鎖死，保證行星架和太陽輪之間，以及兩個(gè)太陽輪之間的傳動(dòng)比都是 1： 1?？梢园烟栞喓托行羌苕i止，可以把行星架和行星齒輪鎖死，還可以把兩個(gè)太陽輪鎖死。 鎖止式差速器，在沒有鎖止的時(shí)候，其傳動(dòng)特性與開式差速器完全相同，在鎖止的情況下，傳動(dòng)比被固定為 1： 1。 這種差速器的優(yōu)點(diǎn)不言而喻，在越野路面提供了最大的驅(qū)動(dòng)力，缺點(diǎn)是在差速器鎖止的情況下，車輛轉(zhuǎn)向極其困難；存在單車輪承受發(fā)動(dòng)機(jī)100％的扭矩的可能，半軸會(huì)因?yàn)榕ぞ剡^大而變形或折斷；車輛在轉(zhuǎn)向的過程中，兩半軸承受相反的扭矩，如果兩側(cè)輪胎的附著力 都很大，會(huì)扭斷半軸。另外這種差速器，在車輛行駛過程中執(zhí)行鎖止動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生比較大的噪音。 鎖止式差速器具備開式差速器的所有結(jié)構(gòu)和特性，在未鎖止的情況下，應(yīng)用范圍與開式差速器相同；在鎖止的情況下，只適合于低速行駛在非鋪裝路面，不能在鋪裝路面上行駛，否則會(huì)導(dǎo)致車輛損壞和轉(zhuǎn)向失控。 這類差速器以 ARB的氣動(dòng)鎖止產(chǎn)品和 Eaton的電動(dòng)鎖止產(chǎn)品為代表。 電子差速器鎖 ： 電子差速器鎖與上述的幾種相比，沒有改變開式差速器的結(jié)構(gòu)和特性，而是利用 ABS或 EBD系統(tǒng)來執(zhí)行單側(cè)制動(dòng)打滑的車輪的動(dòng)作，限制兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差 ，保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪都有動(dòng)力。 它的 優(yōu)點(diǎn) 是 安全性好，不會(huì)損壞車輛 。而 缺點(diǎn) 是 需要 ABS和 EBD系統(tǒng)，造價(jià)昂貴；在嚴(yán)酷的越野環(huán)境下，電子產(chǎn)品的可靠性不如機(jī)械產(chǎn)品；單側(cè)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車