1、防滑差速器設計防滑差速器設計、防滑差速器與汽車防滑控制系統防滑差速器與汽車防滑控制系統、防滑差速器、防滑差速器結構形式與應用結構形式與應用、防滑差速器、防滑差速器性能評價指標與計算性能評價指標與計算、差速器、差速器殼體有限元分析殼體有限元分析第1頁/共51頁1 1、防滑差速器與汽車防滑控制系、防滑差速器與汽車防滑控制系統統 普通普通差速器差速器差速器是汽車驅動橋中的重要部件，其主要功能是使驅動橋的差速器是汽車驅動橋中的重要部件，其主要功能是使驅動橋的左、右驅動輪具有汽車行駛運動學所要求的差速，并將動力分配給左、右驅動輪具有汽車行駛運動學所要求的差速，并將動力分配給左、右驅動輪。但左、右驅動輪。

2、但普通差速器的普通差速器的“差速不差扭差速不差扭” 即等轉矩分配性能，即等轉矩分配性能，卻嚴重影響了汽車的通過性、牽引性和行駛安全性。卻嚴重影響了汽車的通過性、牽引性和行駛安全性。為了克服普通差速器的缺點，改善汽車的通過性、牽引性和行為了克服普通差速器的缺點，改善汽車的通過性、牽引性和行駛安全性一般采用駛安全性一般采用強制鎖止式差速器強制鎖止式差速器和和防滑差速器防滑差速器；為了更好地；為了更好地提提高汽車動力性和行駛安全性能，發展了高汽車動力性和行駛安全性能，發展了汽車汽車防滑控制系統防滑控制系統。 強制鎖止式差速器強制鎖止式差速器普通差速器差速鎖普通差速器差速鎖 防滑差速器防滑差速器差速器

3、自鎖防滑結構差速器自鎖防滑結構 汽車汽車防滑控制系統防滑控制系統制動防抱死系統制動防抱死系統( (ABS) )和驅動和驅動防滑系統防滑系統( (ASR) )的統稱，有簡稱的統稱，有簡稱ABS/ASR。第2頁/共51頁強制鎖止式差速器強制鎖止式差速器 強制鎖止式差速器強制鎖止式差速器普通差速器差速鎖普通差速器差速鎖必要時將差速器鎖止，令其不起差速器作用必要時將差速器鎖止，令其不起差速器作用。結構簡單、易于制造；但往往要停車掛鎖或脫鎖，結構簡單、易于制造；但往往要停車掛鎖或脫鎖，操作不便，當在好路段行駛時如未及時脫鎖則將產生操作不便，當在好路段行駛時如未及時脫鎖則將產生無差速器的一系列問題。無差速

4、器的一系列問題。 強制鎖止式差速器強制鎖止式差速器典型結構：典型結構：P365, 圖圖9-82, 83第3頁/共51頁防滑差速器防滑差速器 防滑差速器防滑差速器差速器自鎖防滑結構差速器自鎖防滑結構防滑差速器防滑差速器是一種是一種能克服能克服普通差速器普通差速器等轉矩分配等轉矩分配的缺的缺點，并同時具有普通差速功能的差速器。點，并同時具有普通差速功能的差速器。當汽車左、右驅動輪在不同地面附著條件下行駛時，當汽車左、右驅動輪在不同地面附著條件下行駛時，防滑差速器防滑差速器可以設法可以設法（自動或通過控制）（自動或通過控制）使使大部分轉矩甚大部分轉矩甚至全部轉矩分配給附著條件相對比較好的一側驅動輪至

5、全部轉矩分配給附著條件相對比較好的一側驅動輪，從，從而改善了汽車的通過性、牽引性和行駛安全性。有稱而改善了汽車的通過性、牽引性和行駛安全性。有稱自鎖自鎖差速器差速器、限滑差速器。限滑差速器。第4頁/共51頁防滑差速器工作原理防滑差速器工作原理慢速側慢速側快速側快速側第5頁/共51頁汽車防滑控制系統（汽車防滑控制系統（ABS/ASR） 汽車防滑控制系統汽車防滑控制系統驅動防滑系統驅動防滑系統( (ASR) )和制動防和制動防抱死系統抱死系統( (ABS) )的統稱，有簡稱的統稱，有簡稱ABS/ASR。 驅動防滑系統驅動防滑系統汽車驅動過程中防止驅動車輪發生滑轉的控制系統稱為汽車驅動過程中防止驅動

6、車輪發生滑轉的控制系統稱為驅動防驅動防滑轉系統滑轉系統(Acceleration Slip Regulation)，簡稱簡稱ASR。它是通過調節。它是通過調節驅動車輪的牽引力實現驅動車輪滑轉控制的，所以也被稱為驅動車輪的牽引力實現驅動車輪滑轉控制的，所以也被稱為牽引力牽引力控制系統控制系統(Traction Control System)，簡稱，簡稱TCS。ASR可以利用已有可以利用已有的的ABS和發動機電子控制系統和發動機電子控制系統來實現！來實現！ 防滑控制系統應用防滑控制系統應用一般首先是裝備一般首先是裝備ABS（國外轎車和輕型貨車幾乎國外轎車和輕型貨車幾乎100%），而后，而后裝備裝備

7、ABS/ASR；在大型客車和貨車上，；在大型客車和貨車上，ABS也在迅速地普及，有些也在迅速地普及，有些也裝備了也裝備了ASR 。目前國外有形式多樣、價格檔次不同的多種防滑控。目前國外有形式多樣、價格檔次不同的多種防滑控制系統，可供不同檔次的汽車進行選擇裝備。制系統，可供不同檔次的汽車進行選擇裝備。第6頁/共51頁2 2、防滑差速器結構形式及其應用、防滑差速器結構形式及其應用第7頁/共51頁防滑差速器結構形式及其應用防滑差速器結構形式及其應用結構形式結構形式鎖緊系數鎖緊系數評價與應用評價與應用普通差速器普通差速器1.11.5等轉矩分配等轉矩分配？強制鎖止式強制鎖止式簡單，操作不便簡單，操作不便

8、？越野、重型車用越野、重型車用高摩擦式高摩擦式5結構簡單、工作平穩、工藝繼承性好結構簡單、工作平穩、工藝繼承性好轎車、輕型車用轎車、輕型車用36結構復雜、制造要求高、磨損大結構復雜、制造要求高、磨損大？蝸輪式蝸輪式69全輪驅動軸間與非轉向驅動橋輪間全輪驅動軸間與非轉向驅動橋輪間牙嵌式牙嵌式傳遞轉矩有脈動傳遞轉矩有脈動？中、重型車用中、重型車用滾子式滾子式接觸應力大接觸應力大？越野車、輕型車用越野車、輕型車用1.31.5P379摩擦片式摩擦片式預壓彈簧式預壓彈簧式滑塊凸輪式滑塊凸輪式蝸蝸 輪輪 式式自由輪式自由輪式變傳動比式變傳動比式第8頁/共51頁摩擦片（盤）式防滑差速器摩擦片（盤）式防滑差速

9、器F1行星齒輪半軸行星齒輪半軸齒輪嚙合齒輪嚙合軸向力軸向力F1利用主從摩擦片（盤）間利用主從摩擦片（盤）間相對滑轉產生大的內摩擦力矩相對滑轉產生大的內摩擦力矩第9頁/共51頁摩擦片（盤）式防滑差速器摩擦片（盤）式防滑差速器行星齒輪軸差速器殼壓力盤行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽形槽F1行星齒輪半軸行星齒輪半軸齒輪嚙合齒輪嚙合軸向力軸向力F2行星齒輪軸差速器殼壓力盤行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽形槽壓力壓力 F1F1F1F2F2F2第10頁/共51頁彈簧預壓彈簧預壓摩擦片（盤）式防滑差速摩擦片（盤）式防滑差速器器利用預壓緊彈簧壓緊摩擦片（盤）產利用預壓緊彈簧壓緊摩擦片（盤）產生大的內摩擦力矩生大的內摩

10、擦力矩圓柱螺旋彈簧增載式圓柱螺旋彈簧增載式車橋廠樣品車橋廠樣品F3F3F3F1F1F1F1行星齒輪半軸行星齒輪半軸齒輪嚙合齒輪嚙合軸向力軸向力F3彈簧彈簧壓緊力壓緊力 第11頁/共51頁彈簧預壓彈簧預壓摩擦片（盤）式防滑差速摩擦片（盤）式防滑差速器器彈簧彈簧、行星齒輪軸壓力盤行星齒輪軸壓力盤形槽形槽F1行星齒輪半軸行星齒輪半軸齒輪嚙合齒輪嚙合軸向力軸向力F2行星齒輪軸差速器殼壓力盤行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽形槽 F3彈簧彈簧壓緊力壓緊力F3F1F2圓柱螺旋彈簧增載式圓柱螺旋彈簧增載式第12頁/共51頁彈簧預壓摩擦式彈簧預壓摩擦式卸載式卸載式F1行星齒輪半軸行星齒輪半軸齒輪嚙合齒輪嚙合軸向力軸

11、向力F2彈簧彈簧壓緊力壓緊力F1F2碟形彈簧卸載式碟形彈簧卸載式第13頁/共51頁彈簧預壓摩擦式彈簧預壓摩擦式卸載式卸載式F1行星齒輪半軸行星齒輪半軸齒輪嚙合齒輪嚙合軸向力軸向力F2彈簧彈簧壓緊力壓緊力F2碟形彈簧卸載式碟形彈簧卸載式獵豹獵豹第14頁/共51頁彈簧預壓式防滑差速器彈簧預壓式防滑差速器圓柱螺旋彈簧圓柱螺旋彈簧碟形彈簧碟形彈簧利用預壓緊彈簧壓緊摩擦片利用預壓緊彈簧壓緊摩擦片或錐面產生大的內摩擦力矩或錐面產生大的內摩擦力矩江蘇江蘇-50-50拖拉機拖拉機防滑差速器防滑差速器車橋廠車橋廠防滑差速器樣品防滑差速器樣品第15頁/共51頁彈簧預壓式防滑差速器彈簧預壓式防滑差速器圓柱螺旋彈簧增

12、載式圓柱螺旋彈簧增載式碟形彈簧卸載式碟形彈簧卸載式利用預壓緊彈簧壓緊摩擦錐面產利用預壓緊彈簧壓緊摩擦錐面產生大的內摩擦力矩生大的內摩擦力矩第16頁/共51頁彈簧預壓摩擦片式防滑差速器彈簧預壓摩擦片式防滑差速器利用預壓緊彈簧壓緊摩擦片利用預壓緊彈簧壓緊摩擦片產生大的內摩擦力矩產生大的內摩擦力矩江蘇江蘇-50-50拖拉機拖拉機車橋廠樣品車橋廠樣品第17頁/共51頁滑塊凸輪式防滑差速器滑塊凸輪式防滑差速器凸輪套凸輪套滑塊滑塊利用滑塊與凸輪套之間利用滑塊與凸輪套之間產生大的內摩擦力矩產生大的內摩擦力矩第18頁/共51頁蝸輪式防滑差速器蝸輪式防滑差速器蝸輪式防滑差速器蝸輪式防滑差速器托森式防滑差速器托森

13、式防滑差速器奧迪奧迪80/90轎車軸間差速器轎車軸間差速器豐田豐田Celica Gt-Four輪間差速器輪間差速器利用蝸輪蝸桿副的螺旋角與摩擦角產生大的內摩擦力矩利用蝸輪蝸桿副的螺旋角與摩擦角產生大的內摩擦力矩第19頁/共51頁牙嵌式自由輪防滑差速器牙嵌式自由輪防滑差速器第20頁/共51頁控制閉鎖式防滑差速器控制閉鎖式防滑差速器防滑差速器與方向盤聯動防滑差速器與方向盤聯動（液壓或電控操縱）（液壓或電控操縱）第21頁/共51頁各種摩擦式防滑差速器性能各種摩擦式防滑差速器性能TTLTH摩擦片式摩擦片式彈簧預壓式彈簧預壓式彈簧預壓摩擦片式彈簧預壓摩擦片式普通差速器普通差速器汽車的傳動裝置預壓量預壓量

14、第22頁/共51頁增載式防滑差速器性能增載式防滑差速器性能普通差速器普通差速器拖拉機及類似車輛傳動系彈簧預壓彈簧預壓摩擦片式摩擦片式( (增載式增載式) )轉矩增值量轉矩增值量r=1TLTd第23頁/共51頁卸載式防滑差速器性能卸載式防滑差速器性能普通差速器普通差速器拖拉機及類似車輛傳動系彈簧預壓式彈簧預壓式（卸載式）（卸載式）轉矩增值量轉矩增值量r=1TLTd第24頁/共51頁3、防滑差速器性能評價指標與計、防滑差速器性能評價指標與計算算q 防滑差速器防滑差速器鎖緊系數和扭矩分配系數鎖緊系數和扭矩分配系數q 差速器效率和差速器傳動效率差速器效率和差速器傳動效率q 摩擦式摩擦式防滑差速器性能防

15、滑差速器性能第25頁/共51頁q 防滑差速器內摩擦力矩防滑差速器內摩擦力矩Trr=F f Rf ZF作用與摩擦表面的壓力，以產生內摩擦力矩。防滑作用與摩擦表面的壓力，以產生內摩擦力矩。防滑差速器的結構型式不同，差速器的結構型式不同，F力的構成不同！力的構成不同！q 防滑差速器鎖緊系數防滑差速器鎖緊系數與轉矩分配系數與轉矩分配系數定義定義 按按汽車工程手冊（設計篇）汽車工程手冊（設計篇）、拖拉機設計手冊拖拉機設計手冊、汽車構造汽車構造等定義：等定義：=T2T1（k =TrT0 =（T2T1）T0，）=T2T0（kb= T2T1 ，k=TrT0，）防滑差速器鎖緊系數與轉矩分配系防滑差速器鎖緊系數與

16、轉矩分配系數數王望予王望予汽車設計汽車設計等等第26頁/共51頁q 防滑差速器效率防滑差速器效率0 0 =T1T2=1Kq 防滑差速器傳動效率防滑差速器傳動效率 =（T1n1T2n2）（）（T0n0）防滑差速器效率與傳動效率防滑差速器效率與傳動效率0 =（T1n1）/（T2n2）（按（按拖拉機設計手冊拖拉機設計手冊定義）定義）第27頁/共51頁各種摩擦式防滑差速器性能各種摩擦式防滑差速器性能TTLTH摩擦片式摩擦片式彈簧預壓式彈簧預壓式彈簧預壓摩擦片式彈簧預壓摩擦片式普通差速器普通差速器汽車的傳動裝置預壓量預壓量第28頁/共51頁增載式防滑差速器性能增載式防滑差速器性能普通差速器普通差速器拖拉

17、機及類似車輛傳動系彈簧預壓彈簧預壓摩擦片式摩擦片式( (增載式增載式) )轉矩增值量轉矩增值量r=1TLTd第29頁/共51頁卸載式防滑差速器性能卸載式防滑差速器性能普通差速器普通差速器拖拉機及類似車輛傳動系彈簧預壓式彈簧預壓式（卸載式）（卸載式）轉矩增值量轉矩增值量r=1TLTd第30頁/共51頁摩擦片式防滑差速器摩擦片式防滑差速器性能計算方性能計算方法法F1行星齒輪半軸齒輪嚙合軸向力行星齒輪半軸齒輪嚙合軸向力F2彈簧壓緊力彈簧壓緊力 無預壓機構摩擦式（無預壓機構摩擦式（F1） F2F2F1F1F1 彈簧預壓摩擦式（彈簧預壓摩擦式（F1, F2） F作用與摩擦表面的壓力計算作用與摩擦表面的壓

18、力計算第31頁/共51頁 行星齒輪軸差速器殼壓力盤形行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽（槽（F1，F3）F1行星齒輪半軸齒輪嚙合軸向力行星齒輪半軸齒輪嚙合軸向力F3行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽壓力行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽壓力 F1F1F1F3F3F3第32頁/共51頁 彈簧預壓彈簧預壓、行星齒輪軸壓力盤形行星齒輪軸壓力盤形槽槽 （F1，F2，F3）F1行星齒輪半軸齒輪嚙合軸向力行星齒輪半軸齒輪嚙合軸向力F2彈簧壓緊力彈簧壓緊力F3行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽行星齒輪軸差速器殼壓力盤形槽 F2F1F3第33頁/共51頁 彈簧預壓摩擦式卸載式彈簧預壓摩擦式卸載式（F1，F2）F1行星齒輪半軸齒輪嚙合

19、軸向力行星齒輪半軸齒輪嚙合軸向力F2彈簧壓緊力彈簧壓緊力F1F2第34頁/共51頁防滑差速器鎖緊系數計算防滑差速器鎖緊系數計算主動片的摩擦系數 u1=0.150000行星齒輪與差速器殼及行星齒輪軸的摩擦系數 u2=0.080000摩擦片的平均摩擦半徑 rm=32.400002摩擦片的襯面數 nm=7.000000行星齒輪的節錐角 a2=0.583000半軸齒輪的平均分度圓半徑 rh=36.000000行星齒輪軸與差速器殼接觸面的平均摩擦半徑 rtc=15.600000行星齒輪與半軸齒輪的嚙合角 a1=0.419000行星齒輪軸的半徑 r0=9.700000行星齒輪的平均分度圓半徑 rc=24.

20、000000彈簧的預壓緊力 Fs=240.000000能夠產生摩擦力的摩擦面數 n=7.000000可變地面摩擦系數產生的車輪轉矩 Tl=720800.000000q計算結果：防滑差速器的鎖緊系數:2.317224第35頁/共51頁、防滑差速器殼體有限元分析、防滑差速器殼體有限元分析q 差速器殼體有限元分析模型差速器殼體有限元分析模型q 計算模型計算模型q 計算載荷計算載荷q 邊界約束邊界約束q 差速器殼體有限元差速器殼體有限元初步分析結果初步分析結果第36頁/共51頁Ansys有限元有限元模型模型防滑差速器殼體有限元分析模型防滑差速器殼體有限元分析模型UG3D3D模型模型UG3D3D簡化模型

21、簡化模型第37頁/共51頁防滑差速器殼體有限元分析防滑差速器殼體有限元分析q 載荷工況載荷工況三種工況三種工況工況工況1：防滑差速器為普通差速器工況，不考慮差速器內摩擦；：防滑差速器為普通差速器工況，不考慮差速器內摩擦；工況工況2：汽車左側車輪嚴重打滑，右側附著條件好，防滑差速器工：汽車左側車輪嚴重打滑，右側附著條件好，防滑差速器工作，考慮差速器內摩擦，右殼承受的轉矩較大；作，考慮差速器內摩擦，右殼承受的轉矩較大；工況工況3：汽車右側車輪嚴重打滑，左側附著條件好，防滑差速器：汽車右側車輪嚴重打滑，左側附著條件好，防滑差速器工作，考慮差速器內摩擦，左殼承受的轉矩較大。工作，考慮差速器內摩擦，左殼

22、承受的轉矩較大。q 計算載荷計算載荷（計算載荷計算載荷）第38頁/共51頁防滑差速器殼體有限元分析防滑差速器殼體有限元分析殼體左、右半軸齒輪接觸端殼體左、右半軸齒輪接觸端面的均布載荷面的均布載荷P1、P2；殼內行星齒輪止推端面的均布載荷殼內行星齒輪止推端面的均布載荷P3；殼體法蘭盤螺孔處后橋大齒輪的等效圓周力殼體法蘭盤螺孔處后橋大齒輪的等效圓周力FT1；殼體后橋大齒輪安裝孔處大齒輪等效徑向均布載荷殼體后橋大齒輪安裝孔處大齒輪等效徑向均布載荷P0；殼體后橋大齒輪安裝孔處大齒輪等效軸向力殼體后橋大齒輪安裝孔處大齒輪等效軸向力Fa；殼體內左、右半軸齒輪端面摩擦力的等效圓周力殼體內左、右半軸齒輪端面摩

23、擦力的等效圓周力FT2（計算載荷計算載荷）第39頁/共51頁防滑差速器殼體有限元分析防滑差速器殼體有限元分析差速器殼左、右軸承軸頸表面均施加了差速器殼左、右軸承軸頸表面均施加了X、Y兩方向的約束；兩方向的約束；差速器殼左半軸軸承安裝端面施加一個差速器殼左半軸軸承安裝端面施加一個Z向約束；向約束；再考慮到差再考慮到差速器殼體的轉矩作用，在行星齒輪軸孔速器殼體的轉矩作用，在行星齒輪軸孔處加了處加了Y向的約束。向的約束。（邊界約束邊界約束）第40頁/共51頁防滑差速器殼體有限元分析防滑差速器殼體有限元分析（初步分析結果初步分析結果工況工況 ）應力云圖應力云圖位移云圖位移云圖第41頁/共51頁防滑差速

24、器設計計算程序防滑差速器設計計算程序總體設計總體設計q 程序功能程序功能q 防滑差速器性能分析防滑差速器性能分析q 防滑差速器參數優化設計防滑差速器參數優化設計q 差速器錐齒輪、花鍵、軸承等零件設計計算差速器錐齒輪、花鍵、軸承等零件設計計算q 程序總體結構程序總體結構第42頁/共51頁防滑差速器設計計算程序防滑差速器設計計算程序差速器錐齒輪設計計算程序差速器錐齒輪設計計算程序防滑差速器性能分析程序防滑差速器性能分析程序差速器零件設計計算程序差速器零件設計計算程序防滑差速器優化設計程序防滑差速器優化設計程序行星齒輪軸計算程序行星齒輪軸計算程序漸開線花鍵計算程序漸開線花鍵計算程序差速器軸承計算程序差速器軸承計算