汽车差速器设计(1)

1 绪论1.1 课题国内外研究背景汽车行业发展初期，汽车差速器作为汽车必不可少的部件之一被汽车专家誉为“小零件大功用”。

当汽车转弯行驶时，内、外两侧车轮在同一时间内要移动不同的距离，外轮移动的距离比内轮大。

差速器的功用就是把主减速器传过来的动力再传给左、右两个半轴，并且在转弯过程中允许左、右两个半轴以不同转速来旋转。

在本世纪六七十年代，当世界经济进入一个高速增长期，但是2008年爆发的全球金融危机又让汽车产业在危机过程中有了发展的机遇。

当前我们国家的重型汽车的差速器产品技术基本上都是来自美国、德国、日本等几个传统的工业强国，目前我国现有技术几乎是在引进国外技术的基础上发展起来的，并且已经具备了一定的规模。

然而目前我国的差速器没有自己的核心技术产品，创新能力仍然很弱，影响了整个汽车行业的发展。

在差速器的发展上还有很长的路要走。

1.1.1 差速器目前发展态势当前汽车基本上是在朝着经济性和动力性的方向发展，但是怎样能够使尽可能提高自己产品燃油经济性以及动力性是每个汽车厂家一直在攻克的课题。

具体说来，汽车身上的每个零件都在不停地变化。

差速器也是一样的。

国外有些差速器生产企业的研究水平已经很高。

伊顿公司汽车集团是全球化的汽车零部件制造供应商之一，在牵引力控制、安全排放控制、发动机以及变速箱等领域居全球领先地位。

当前国内差速器起步算是较晚，所以目前发展最主要是靠引进国外产品来满足自身的需求。

当然了，我们还是要努力抓住市场机遇，在保证现有差速器生产和改进的基础上，还是要充分认识到发展与改革的关系，特别是要认识到创新对发展的巨大推动作用。

我们要紧随世界潮流，才能让我们的产品向高技术含量，智能化等方向发展，才能开发出适合我国自身国情，具有自主知识产权的新型的差速器。

当前国内外主要差速器典型结构类型1）导球式限滑差速器结构及工作原理导球式限滑差速器的原理其实就是利用滚球沿具有一定轨迹的导槽运动代替了齿轮传动来实现差速与限滑功能，它的具体的结构组成如图1-1所示图1-1 导球式限滑差速器结构图1—壳体2—端盖3—滚球保持架4—滚球5—传力盘6—止推垫片7—平垫片转矩的输入部件即滚球保持架3与壳体1连接在一起，滚球4是在保持架的导槽内运动且是可以将力传递给两侧的传力盘5，传力盘即将转矩传给半轴。

传力盘的表面上具有一定轨迹导槽，这个可以使滚球按照一定的轨迹来运动。

在导槽槽形设计过程中它跟滚球有一定接触角，可以用来传递对传力盘的压力。

止推垫片6是一个壳体、端盖及传力盘之间的摩擦元件。

平垫片7用于调整初始限滑转矩。

2）普通防滑差速器作用、结构与工作原理防滑差速器也可以称之为差速锁，即在差速器壳体与一侧半轴齿轮之间装有多片式离合器，在离合器一侧连接的是差速器壳体和半轴齿轮。

如果差速器是在正常工作，即在平整的路面直线行驶或者转向时，离合器则是处在分离状态。

如果这时有一侧车轮在附着力小的路面上打滑，这时两侧车轮转速差过大，控制离合器应该适当接合在一起，差速器壳则是通过离合器驱动一侧半轴齿轮。

当然如何控制好防滑差速器也有它的难点，而这正好是在于差速器内离合器的控制，很显然，在汽车正常转向时，离合器是万万不能够被接合的，如果当高速转向时离合器接合，后果会很严重，可能会翻车！3）无单边滑动摆块式差速器通过各种实验表明结，这种差速器跟常规差速器相比，具有加工成本低、结构简单在道路试验中还能够安全可靠地实现差速工作，在泥泞、湿滑，凹凸不平等不良路面上还能够有效避免车轮单侧打滑的现象，具有良好的防打滑性能！4）托森差速器托森差速器是由美国格里森公司设计的一种转矩敏感型车用差速器。

在本质上而言，托森差速器仍旧是利用行星轮系的差动原理设计的一种差速器，可是这种差速器充分利用蜗轮蜗杆传动副的高摩擦性和自锁性，使锁紧系数和转矩比比普通差速器都有所大幅提高。

托森差速器的锁止介入没有时间上的延迟，也不会消耗总扭矩数值的大小，它没有传统锁止差速器所配备的多片式离合器，磨损非常小，可以实现了免维护。

除了本身性能上的优势，托森差速器还具备其他方面的优势，比如它可以与很多常用变速器、分动器实现匹配，与车辆上ABS、TCS、ESP等电子设备共容，相辅相成的为整车安全和操控服务。

但是托森差速器还有两个难以解决的问题，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。

它作为一种主流的差速器用在汽车上时间也超过了20年。

不过由于它的机械稳定性很出众，多年以来发展并不快，2011年只发展到第三代“托森C”。

新的C代托森差速器普遍用在了奥迪B7代的RS4、S8和Q7的“Quattro”全时四驱系统上。

新的托森中央差速器最大的变化是前后扭矩分配比一般控制在40:60,前轴扭矩比重可在15%到65%之间变动，后轴扭矩比重可在35%到85%之间变动。

作为最主要的四驱轿车生产商，奥迪一直在坚持使用托森差速器，除了A3和TT之外，其他所有奥迪车的“quattro”使用的都是托森中央差速器。

但是托森差速器并不是只用在奥迪车上，使用托森差速器的公司越来越多，有福特、通用、丰田、马自达、路虎、大众以及雷克萨斯等公司。

只是前、后、中央的使用位置不同，用的也不是同一代。

总之，托森差速器是一个很精密并且很富创造力的发明，它始终都保持着纯机械的特性。

在当今，各大汽车厂商都在迅速、不断推出各种电子设备装置的，但是它却能一直保持着在很多方面的领先优势，这不得不让我们对“托森差速器”以及它的设计师充满敬佩。

托森差速器的结构组成:差速器外壳组成、主动部分由空心轴。

它们是借花链固连一体。

发动机输出转矩可以经空心轴传入差速器外壳。

但是它的从动部分是由前后轴蜗杆, 驱动轴凸缘盘和差速器齿轮轴组成。

而它的前轴蜗杆与差速器齿轮轴连为一体, 可以跟前驱动桥相连；驱动轴凸缘盘与后轴蜗杆连为一体，并与后驱动桥相连。

1.1.2 差速器未来发展近年来，我国的差速器行业已经顺利完成了有小到大的转变，在这个调整和转型的关键时刻，提高汽车车辆差速器的精度、可靠性是中国差速器行业的紧迫任务。

近几年中国汽车差速器市场发展迅速，产品出口持续夸张，国家产业政策鼓励汽车差速器产业向高科技产品方向发展，这就使得汽车差速器行业的发展需求增大。

差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化。

目前汽车上最常用的差速器是对称锥齿轮式差速器，当然还有功能多样的差速器，比如：轮间差速器、防滑差速器、托森差速器等。

目前中国汽车最常用的差速器是对称锥齿轮式差速器，具有质量较小、结构简单等优点。

众所周知，全球化汽车零部件制造供应商是伊顿公司汽车集团，在同类差速器产品中伊顿公司居领导地位。

最近伊顿开发了新型的锁式差速器，它的工作原理及与其他差速器的不同之处：当一侧轮子打滑时，普通开式差速器几乎是不可能提供任何有效扭矩给车辆，而伊顿的锁式差速器则可以在发现车轮打滑后，锁定动力传递百分之百的扭矩到不打滑车轮，从而可以克服各种困难路面给车辆带来的限制。

在连续弹坑、V型沟等试验中，两辆驱车在装有伊顿锁式差速器后，它的越野性能及通过性能甚至超过了四轮驱动的车辆。

因为只要驱动轮的任何一侧发生打滑空转以后，伊顿锁式差速器会马上锁止动力，并把全部动力转到另一有附着力的轮上，使车辆依然能正常向前或向后行驶。

1.2 课题研究意义当汽车在它的行驶过程中左，右两侧车轮在同一时间内所滚过的路程一般是不等的。

即外侧车轮滚过的距离大于内侧的车轮；汽车在不平路面上行驶时，澡成两侧车轮滚过的路程不等有的时候也会由于路面波形不同所致；即使在有的时候是在平直路面上行驶，这时当轮胎负荷、轮胎气压、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素发生变化时，也会导致左、右车轮因滚动半径的不同而使左、右车轮行程不等。

倘若驱动桥的左、右车轮是属于刚性连接，则在行驶的过程中将不可避免地产生驱动轮在路面上滑移或者滑转。

其导致的后果一方面轮胎磨损、消耗功率与燃料，另一方面也是不可能按照我们所要求的绕转向瞬时中心转向，这将会必然导致转向和操纵性能恶化。

为了防止这些现象的发生，在汽车传动系统的左、右驱动轮间都会装有差速器，这样也就保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，从而最终满足了汽车行驶运动学要求。

图1-1 差速器结构原理图本课题最终决定选择对称式圆锥行星齿轮差速器为设计类型，对称式圆锥行星齿轮差速器属于非常普通的类型，具有结构简单、工作平稳、制造方便、质量较小、用于公路汽车上也很可靠等优点，故对称式圆锥行星齿轮差速器被广泛用于各类车辆上。

所以，能够设计研究出非常好的对称式圆锥行星齿轮差速器，是一件非常有意义的事情。

然而目前国内的大部分差速器产品很大一部分都是通过引进而开发的类型，说实话，自主创新能力不够，并没有什么核心技术产品，还有的一些则是通过进口而来的产品。

现在虽然我国已经对差速器有了比较深入系统的研究，但是并没有形成较大规模的工业化生产设计以及生产制造，所以在这条路上我们还有很长的道路要走。

1.3 课题主要内容从王老师那儿接到任务书开始，便在图书馆或网上进行了大量的各种中外文献查阅，从而充分了解并认识到差速器目前在国内外的研究动态，以及未来它的发展趋势。

仅此而已是远远不够的，在有了初步的了解之上，又参见了《汽车设计上》的差速器结构介绍，以及本校南苑实验室差速器零件实物，以及在老师的建议下，最终选择普通对称式锥齿轮差速器结构类型为设计方案。

自己在确定了结构设计方案之后，对所设计类型差速器的各个主要零部件进行了详细的设计计算及校核。

在最后确定了各个参数之后，并利用Pro/E软件对差速器进行了各零部件的三维建模及装配分析。

然后利用CAD等软件绘出了各个零部件的二维零件图及装配总成图。

2 差速器结构方案的选择2.1 对称锥齿轮式差速器目前我国各类型汽车上大量采用的差速器是对称锥齿轮式差速器，它具有结构简单、质量较小等优点，故应用相当广泛。

其中它又可以分为普通锥齿轮式差速器、强制锁止式差速器和摩擦片式差速器等。

当然有时是为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮7与差速器壳1之间装上了摩擦片2。

从图中可知，两根行星齿轮轴5它们是互相垂直的，而在轴两端制成V 形面4与差速器壳孔上的V 形面相配，这两个行星齿轮轴5的V 形面都是反向安装的。

在它们每个半轴齿轮背面有主、从动摩擦片2和压盘3，而主、从动摩擦片2分别经花键与差速器壳1和压盘3相连。

图2-1 摩擦片式差速器1—差速器壳体 2—摩擦片 3—压盘 4—V 形面5—行星齿轮轴 6—行星齿轮 7—半轴齿轮在传差速器在递转矩的时候，差速器的壳是可以通过斜面对行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线方向的轴向力，而这个轴向力可以推动行星齿轮使压盘将摩擦片压紧。

当左、右半轴转速不等时，主、从动摩擦片间产生相对滑转，从而产生摩擦力矩。