【文章內(nèi)容簡介】 面上行駛時，使左右驅(qū)動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側(cè)驅(qū)動車輪與地面間作純滾動運動。 在驅(qū)動橋的設(shè)計中選擇差速器的結(jié)構(gòu)型式時，應(yīng)當(dāng)首先從所設(shè)計的汽車類型及其使用條件出發(fā)，使所選 用結(jié)構(gòu)型式的差速器能夠滿足該型汽車在給定使用條件下的性能要求。 差速器的類型 現(xiàn)在差速器的種類趨于多元化，功用趨于完整化。目前汽車上最常用的是對稱式錐齒輪差速器， 具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，應(yīng) 用廣泛。它又可分為普通錐齒輪式差速器、強制鎖止式差速器和摩擦片式差速器等。 1） 普通對稱式圓錐行星齒輪差速器 圖 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器 圖 錐行星齒輪差速器結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 所示，普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼， 2 個半軸齒輪， 4 個行星齒輪，行星齒輪軸 ，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。 由于普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠，所以廣泛應(yīng)用于一般使用條畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 5 件的汽車驅(qū)動橋中。圖 為其示意圖，圖中 0w 為差速器殼的角速度， 1w 、 2w 分別為左、右兩半軸的角速度； 0T 為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩； rT 為差速器的內(nèi)摩擦力矩； 1T 、2T 分別為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩。根據(jù)運動分析可得 021 2 ?? （ ） 顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時，另一側(cè)半軸將 以兩倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)力矩平衡可得 ?rTTTTTT ?? ??12021 () 差速器性能常以鎖緊系數(shù) k 來表征，定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比，由下式確定 0TTk r? （ ) 結(jié)合式 （ ） 可得 ??? ?? ?? )1( )1(0201 kTT kTT （ ） 定義半軸轉(zhuǎn)矩比12TTkb ? ，則 bk 與 k 之間有 kkkb ???11 11??? bbkkk （ ） 普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)一般為． ～ ，兩半軸轉(zhuǎn)矩比足 b 為 ～， 這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。但當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動車輪與地面的附著系數(shù)很小時，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。 優(yōu)點；結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上很 可靠等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在轎車、客車和各種公路用的載貨汽車上。 缺點；容易因為某一側(cè)驅(qū)動車輪滑轉(zhuǎn)而陷車。 2） 強制鎖止式差速器 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 6 如圖 所示為強制鎖止差速器， 汽車強制鎖止式差速器的特點：外接合器與半軸通過花鍵相連，內(nèi)接合器與差速器殼體通過花鍵相連。當(dāng)內(nèi)外接合器相互接合時，將半軸齒輪與差速器殼體連為一體，差速器失去差速功能，傳給兩側(cè)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩可以不同 。 圖 斯堪尼亞 LT110 型汽車強制鎖止差速器 當(dāng)一個驅(qū)動輪處于附著系數(shù)較小的路面時，可通過液壓或氣動 操縱，嚙合接合器(即差速鎖 )將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)，在駛出難行駛路段剛進入較好路段時，應(yīng)及時將差速鎖松開，以避免出現(xiàn)因無差速作用帶來的不良后果。 對于裝有強制鎖止式差速器的 4 2 型汽車，假設(shè)一驅(qū)動輪行駛在低附著系數(shù)min? 的路面上，另一驅(qū)動輪行駛在高附著系數(shù) ? 的路面上，這樣裝有普通錐齒輪差速器的汽車所能發(fā)揮的最大牽引力 tF 為 ( 2G 為驅(qū)動橋上的負(fù)荷 ) m in2m in2m in2 22 ??? GGGF t ??? （ ） 如果差速器完全鎖住，則汽車所能發(fā)揮的最大牽引力 tF? 為 ??m in2m in22 222 ???? ????? GGGF t （ ） 可見，采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高??minmin 2???? 倍，從而提高了汽車通過性。當(dāng)然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與地面間的附著力，汽車也無法行駛。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 7 目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車上都裝有差速鎖。 優(yōu)點：提高汽車牽引力。 缺點：轉(zhuǎn)彎困難 、輪胎加速磨損、傳動系零件過載和消耗過多的功率。 3）摩擦片式差速器 圖 摩擦式差速器 如圖 所示為摩擦式自鎖差速器，該差速器是在普通行星錐齒輪差速器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成，它通過摩擦片之間的相對滑轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的摩擦力矩使差速器鎖止。在傳遞轉(zhuǎn)矩時，由 于差速器殼通過斜面分別使兩根行星齒輪軸的兩端壓緊，使后者連同行星齒輪一起分別向左、右微移，并通過行星齒輪背部的圓柱臺肩壓向推力盤及主、從動摩擦片或壓向錐形摩擦盤，并使他們壓緊，造成左、右驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時所必須克服摩擦力矩。 優(yōu)點：充分利用了汽車的牽引力，保證轉(zhuǎn)矩在驅(qū)動車輪間的不等分配來提高抗滑能力。 差速器的工作原理 普通對稱式錐齒輪結(jié)構(gòu)及其原理 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 8 圖 差速器差速原理圖 如圖 所示，差速器殼 3 與行星齒輪軸 5 連成一體，形成行星架。因為它又與主減速器從動齒輪 6 固連在一起，固為主動件，設(shè)其角速度為0?；半軸齒輪 1 和 2為從動件，其角速度分別為 21?? 。 A、 B兩點分別為行星齒輪 4 與半軸齒輪 1 和 2 的嚙合點。行星齒輪的中心點為 C， A、 B、 C 三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為 r。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處在同一半徑 r上的 A、 B、 C三點的圓周速度都相等，其值為 r0?。于是021 ??? ??，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼 3 的角速度。 當(dāng)行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5 以 角速度 4? 自轉(zhuǎn)時，嚙合點 A 的圓周速度為 rrr 401 ??? ??，嚙合點 B 的圓周速度為 rrr 402 ??? ??。 )()(404021 rrrrrr ?????? ????? 01 22 ??? ?? （ ） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n表示，則 021 2nnn ?? （ ） 式 ()為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。 由式 ()還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的 兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零 (例如中央制動器制動傳動軸時 )，若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 9 動。 對稱式錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配0M：由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)由差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當(dāng)于一個等臂杠桿，而兩個半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時，總是將轉(zhuǎn)矩0M平均分配 給左、右兩半軸齒輪，即 2/021 MMM ??。 當(dāng)兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速以相同的方向轉(zhuǎn)動時，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速 1n 大于右半軸轉(zhuǎn)速 2n ，則行星齒輪將按順時針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。此時行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩 rM方向與行星齒輪的轉(zhuǎn)向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對左、右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個圓周力，因此當(dāng)左、右驅(qū)動車輪存在轉(zhuǎn)速差時，2/)(,2/)( 0201 rr MMMMMM ???? ，左、右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩 rM 。 為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù) K 表示 012 //)( MMMMMK r??? （ ） 差速器內(nèi)摩擦力矩 rM 和其輸入轉(zhuǎn)矩0M（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數(shù) K?？炻胼S的轉(zhuǎn)矩之比 12 /MM 定義為轉(zhuǎn)矩比，以 )1/()1(/12 KKMMK b ???? （ ） 目前廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小，其鎖緊系數(shù) K=，轉(zhuǎn)矩比bK為 ，可以認(rèn)為，無論左、右驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)速是否相等，其轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對于汽車在好的路面上直線或轉(zhuǎn)彎行駛時，都是令人滿意的。但是當(dāng)汽車在壞的路面行駛時，卻嚴(yán)重影響了通過能力。例如，當(dāng)汽車的一個驅(qū)動車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時候，在泥濘路面上的車輪原地滑轉(zhuǎn)，而在好路面上的車輪靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪比在好路面上的車輪與路面之間附著力小，路面只能對半軸作用很小的反作用很小的反作用轉(zhuǎn)矩，雖然另一車輪與好路面間的附著力較大，但因?qū)ΨQ式錐齒輪差速器具有轉(zhuǎn)矩平均分配的特性，使這一個車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只能與傳到滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動車輪上的很小的轉(zhuǎn)矩相等 ，致畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 10 使總的驅(qū)動力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進。 當(dāng)汽車直線行駛時，此時行星齒輪軸將轉(zhuǎn)距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速恒等于差速器殼的轉(zhuǎn)速，傳遞給左右車輪的轉(zhuǎn)矩也是相等的。此時左右車輪的轉(zhuǎn)速是相等的。 而當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，其中一個半軸轉(zhuǎn)動一個角，兩半軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)速大，一個轉(zhuǎn)速小，此時汽車就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛。 第 3 章 差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件設(shè)計 對稱式行星齒輪設(shè)計計算 對于安裝在半軸之間的差速器它的尺寸受到軸承座的限制，而影響差速器尺寸的 主要就是齒輪的尺寸，所 以如何把齒輪設(shè)計得更加優(yōu)化就顯得更加重要。 對稱式行星齒輪參數(shù)設(shè)計 1）行星齒輪齒數(shù)目 n 的確定 行星齒輪數(shù)目需要根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下可以取兩個，反之就 取四個。而根據(jù)設(shè)計要求扭矩為 107Nm為小型轎車，取 n=2。 2） 行星齒輪球面半徑的確定 BR 以及節(jié)錐距 0A 的計算 行星