純電動(dòng)汽車(chē)差速器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

純電動(dòng)汽車(chē)差速器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū),電動(dòng)汽車(chē),差速器,設(shè)計(jì),CAD,圖紙,說(shuō)明書(shū) 純電動(dòng)汽車(chē)差速器設(shè)計(jì) 摘 要 近年來(lái)純電動(dòng)汽車(chē)成為了人們?cè)絹?lái)越關(guān)注的新動(dòng)力汽，國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)廠家對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的研究也投入了大量的人力和物力，差速器在汽車(chē)上有著極其重要的作用，因此它同樣是汽車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)。本文的設(shè)計(jì)是一種有壓力環(huán)的機(jī)械摩擦片式差速器，它是利用摩擦元件間的相互摩擦所產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)左右半軸轉(zhuǎn)矩的重新分配，從而實(shí)現(xiàn)防滑差速的目前。對(duì)于新能源純電動(dòng)汽車(chē)，將其壓力環(huán)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，為的是將產(chǎn)生的摩擦片式摩擦力矩，會(huì)隨傳遞轉(zhuǎn)矩的增大而增大，并在壓力環(huán)上開(kāi)設(shè)V型槽，與行星齒輪軸端部的菱形斜面相配合，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦元件的壓緊，使差速器工作更加平滑穩(wěn)定，延長(zhǎng)差速器使用壽命。在摩擦元件和差速器殼之間采用碟形彈簧作為常作用彈性元件，這是由于其軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的彈性變性的特性，在滿足鎖緊系數(shù)的情況下具有結(jié)構(gòu)尺寸較小，零件數(shù)量少，成本低，為生產(chǎn)制造以及后來(lái)的改進(jìn)提供便捷。 關(guān)鍵詞 ：純電動(dòng)汽車(chē)，差速器，壓力環(huán)，摩擦片式 AMP PURE ELECTRIC AUTOMOBILE DIFFERENTIAL DESIGN ABSTRACT As a new energy vehicle, pure electric vehicles have attracted more and more attention, car manufacturers of pure electric vehicles have invested a lot of manpower and material resources, and a key differential as a "small parts function" is also a car design. The design of a mechanical friction type differential pressure ring, it is the re distribution of friction torque produced by the friction between the friction between components to achieve about half shaft torque, so as to realize the anti slip differential current. The amp electric vehicle, design new pressure ring for its improvement, the friction friction torque generated by the torque increases with increasing, and the V groove opened in the pressure ring, diamond with inclined surface and planetary gear shaft end, used for pressing on the friction element, the differential work more smoothly and steadily, prolong the service life of the differential. Between the friction element and the differential case with disk spring as elastic elements are often, this is because of its simple structure, small axial size, has the characteristics of good elastic deformation, to meet with small size locking coefficient under the condition of a small number of parts, low cost, convenient for manufacturing and manufacturers follow up development. KEY WORDS: pure electric vehicle, differential, pressure ring, friction plate II 目 錄 1 緒論 1 1．1 設(shè)計(jì)的目的和意義 1 1．2 差速器研究現(xiàn)狀 1 1.3 摩擦片式差速器的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.4 防滑差速器的分類(lèi) 4 1.4.1 轉(zhuǎn)矩感應(yīng)式防滑差速器 4 1.4.2 轉(zhuǎn)速感應(yīng)式防滑差速器 4 1.4.3 主動(dòng)控制式防滑式差速器 5 1.5 原始數(shù)據(jù) 5 2 差速器的設(shè)計(jì)要求和選型分析 6 2.1 差速器設(shè)計(jì)要求 6 2.1.1 差速器理論設(shè)計(jì)計(jì)算主要技術(shù)指標(biāo) 6 2.1.2 差速器實(shí)際生產(chǎn)加工主要技術(shù)指標(biāo) 6 2.2 差速器選型分析 7 2.3 差速器的確定 8 3 差速器主要零部件分析 12 3.1 壓力環(huán) 12 3.2 摩擦元件 13 3.3 行星齒輪軸 14 3.4 行星齒輪和半軸齒輪 15 3.5 碟形彈簧 15 3.6 差速器殼 17 4 差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 4.1 汽車(chē)變速器傳動(dòng)比和主減速器傳動(dòng)比 18 4.2 鎖緊系數(shù)及其計(jì)算 18 4.3 摩擦片當(dāng)量摩擦半徑和預(yù)緊力矩的計(jì)算 20 4.3.1 摩擦片當(dāng)量摩擦半徑的分析計(jì)算 20 4.3.2 預(yù)緊力矩 21 4.4 確定摩擦元件結(jié)構(gòu)參數(shù) 22 4.5 確定壓力環(huán) v 型槽楔角和壓力環(huán)作用當(dāng)量半徑 23 4.6 確定碟型彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù) 23 4.6.1 碟型彈簧的內(nèi)外徑 23 4.6.2 碟型彈簧的厚度 23 4.6.3 碟型彈簧的內(nèi)錐高 23 4.7 差速器行星齒輪主要參數(shù)選擇 23 4.7.1 行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù) 23 4.7.2 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、模數(shù)m和壓力角 24 4.7.3 行星齒輪軸直徑d及支承長(zhǎng)度L 24 4.7.4 差速器齒輪的強(qiáng)度校核 25 4.7.5 差速器齒輪材料 26 5 結(jié)論 27 參 考 文 獻(xiàn) 28 致 謝 30 1 緒論 1．1 設(shè)計(jì)的目的和意義 新時(shí)期越來(lái)越多的人對(duì)汽車(chē)的使用越來(lái)越多，隨著環(huán)境的不斷惡化，動(dòng)力能源不斷的減少，人們逐漸對(duì)其關(guān)注度大大提高。人們不斷的去探索新的事物來(lái)代替石油、化石能源來(lái)保護(hù)環(huán)境，因此電動(dòng)汽車(chē)就此產(chǎn)生。人們不斷的對(duì)電動(dòng)汽車(chē)探索和研究，以期望出現(xiàn)一款能夠適應(yīng)人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟮碾妱?dòng)汽車(chē)，解決目前汽車(chē)所引發(fā)的能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。研究發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)有著絕對(duì)的必要性，而差速器作為汽車(chē)的一個(gè)重要部件，對(duì)其性能的改進(jìn)和適用性的提升勢(shì)在必行。在汽車(chē)出現(xiàn)后不久，法國(guó)雷諾汽車(chē)公司創(chuàng)始人Louis Renault發(fā)明了汽車(chē)差速器，解決了汽車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題，自此差速器就成為了汽車(chē)的基本必需件之一。 差速器的工作原理讓其成為了汽車(chē)必要的零件，我們都知道汽車(chē)左、右兩側(cè)車(chē)輪是通過(guò)剛性軸連接的，因此任何時(shí)候轉(zhuǎn)速相同，當(dāng)汽車(chē)作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，車(chē)輪速度是一樣的可以滿足要求，但當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎是，位于外側(cè)的車(chē)輪在相同時(shí)間內(nèi)的位移要比位于內(nèi)側(cè)的車(chē)輪多，而由于是剛性軸連接，兩側(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速一定相同，于是外側(cè)車(chē)輪要做邊滾動(dòng)邊滑移的運(yùn)動(dòng)來(lái)追趕，內(nèi)側(cè)車(chē)輪要做邊滾動(dòng)邊轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)減慢，這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是非常危險(xiǎn)的，極易出現(xiàn)側(cè)翻的事故。然而當(dāng)我們的車(chē)安裝差速器后，當(dāng)汽車(chē)做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)車(chē)輪不存在轉(zhuǎn)速差，差速器是不起作用的，這與沒(méi)安裝差速器時(shí)相同，但是當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩側(cè)車(chē)輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，由于轉(zhuǎn)矩的作用使得差速器的行星齒輪開(kāi)始作自轉(zhuǎn)，于是位于內(nèi)側(cè)的車(chē)輪轉(zhuǎn)速降低，位于外側(cè)的車(chē)輪轉(zhuǎn)速提升，兩側(cè)車(chē)輪都能以純滾動(dòng)的狀態(tài)過(guò)彎，提高了汽車(chē)過(guò)彎時(shí)輪胎的抓地力，使汽車(chē)轉(zhuǎn)彎是更加安全，對(duì)提高汽車(chē)行駛時(shí)的通過(guò)性、操作穩(wěn)定性和平順性有著極大地提升。也是因?yàn)檫@個(gè)原因，設(shè)計(jì)出更適合純電動(dòng)汽車(chē)的差速器對(duì)汽車(chē)各項(xiàng)性能有很大的提升，是汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)。 1．2 差速器研究現(xiàn)狀 據(jù)調(diào)查，國(guó)外的汽車(chē)企業(yè)對(duì)差速器的研究已經(jīng)擁有了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)突破，而且還在不斷的進(jìn)行研究和改進(jìn)。全球化的汽車(chē)零部件制造商伊頓集團(tuán)，一直致力于對(duì)汽車(chē)性能的改進(jìn)，在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣控制，安全排放和牽引力控制等方面擁有相當(dāng)多的進(jìn)步和成果，對(duì)部分領(lǐng)域的研究水平居全球前列。而作為全球化的汽車(chē)產(chǎn)商，對(duì)差速器也有相當(dāng)多的研究和技術(shù)積累，對(duì)其各個(gè)零件的加工制造更是擁有先進(jìn)的工藝技術(shù)和精密的加工制造方法。 就差速器方面，伊頓集團(tuán)開(kāi)發(fā)了一款新型的鎖式差速器，它的工作原理與目前市面上已知的差速器截然不同：當(dāng)一側(cè)輪子打滑時(shí)，普通的行星齒輪差速器由于行星齒輪的自轉(zhuǎn)，使得扭矩不能有效的傳遞給發(fā)生打滑的輪胎，而鎖式差速器則可以在車(chē)輪打滑出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時(shí)，利用鎖銷(xiāo)的慣性鎖定差速器，使差速器失去差速器功能，相當(dāng)于兩個(gè)車(chē)輪通過(guò)一根剛性軸連接在一起，這樣不打滑的車(chē)輪就能接受全部的轉(zhuǎn)矩來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車(chē)可以擺脫打滑困境，克服各種困難路面給車(chē)輛帶來(lái)的限制（見(jiàn)附圖1.1）。 在牽引力測(cè)試、越野越障性能和凹凸不平路面上的行駛性能 等測(cè)試環(huán)境中，兩驅(qū)動(dòng)輪車(chē)在裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能及通過(guò)性能甚至超過(guò)了四驅(qū)動(dòng)輪車(chē)輛，這足以說(shuō)明該差速器性能的優(yōu)越性。防滑差速器大約出現(xiàn)在1960年左右，當(dāng)時(shí)汽車(chē)賽事活動(dòng)正在興起，而各大汽車(chē)廠家為了提升賽車(chē)在賽場(chǎng)上的性能表現(xiàn)，提高品牌影響，對(duì)差速器進(jìn)行了大量的研究發(fā)明，主要是提升汽車(chē)的抓地能力和過(guò)彎能力。過(guò)去幾年美國(guó)國(guó)家專(zhuān)利局對(duì)汽車(chē)行業(yè)的專(zhuān)利數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，與差速器有關(guān)的專(zhuān)利數(shù)量呈逐年上升趨勢(shì)，其中防滑差速器的數(shù)量更是占大部分。 國(guó)外在汽車(chē)工業(yè)的技術(shù)起步早于國(guó)內(nèi)，因此對(duì)汽車(chē)零部件的研究比國(guó)內(nèi)有著更多的技術(shù)積累，例如在防滑差速器的最新研究上有托森差速器，有根據(jù)轉(zhuǎn)矩變化來(lái)控制差速器工作的轉(zhuǎn)矩感應(yīng)式防滑差速器，又根據(jù)轉(zhuǎn)速變化來(lái)控制差速器工作的轉(zhuǎn)速感應(yīng)式防滑差速器，同時(shí)還有主動(dòng)控制式防滑差速器等。除此以外，國(guó)外汽車(chē)廠家還廣泛的使用電控防滑差速器來(lái)提升汽車(chē)行駛時(shí)的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、通過(guò)性、安全性、平順性等。 再看我國(guó)自身的情況，近幾年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車(chē)差速器技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，成果產(chǎn)出持續(xù)增長(zhǎng)。國(guó)家政策鼓勵(lì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)向高科技產(chǎn)業(yè)方向發(fā)展，企業(yè)新增項(xiàng)目逐漸增多，資金投入加大，對(duì)汽車(chē)差速器的關(guān)注也越來(lái)越密切，種種的措施都使得差速器相關(guān)技術(shù)成果得到了前所未有擴(kuò)大和發(fā)展，差速器的種類(lèi)也越來(lái)越多，功能也越來(lái)越完善，各種新的思路創(chuàng)意如雨后春筍般層出不窮。 此前汽車(chē)上應(yīng)用最廣泛的是對(duì)稱式錐齒輪差速器，包括大量的教科書(shū)上都是以該差速器為例進(jìn)行的差速器結(jié)構(gòu)和工作原理講解，而實(shí)際上差速器已經(jīng)有了相當(dāng)多的種類(lèi)，如輪間差速器、托森差速器（見(jiàn)附圖1.2）、自鎖差速器等。 目前還有一種新型差速器為L(zhǎng)MC常互鎖差速器，它能有效地提高車(chē)輛的通過(guò)性、越野型、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，能夠使汽車(chē)在不同條件和不同情況下?lián)碛袃?yōu)良的駕駛性能。這款由中國(guó)人自主研發(fā)，完全國(guó)產(chǎn)的差速器已經(jīng)申報(bào)了美、英、俄羅斯等19個(gè)國(guó)家的專(zhuān)利保護(hù)。 LMC?；ユi差速器是一種純機(jī)械、非液壓、非電控的中央差速器，它是由各類(lèi)型的齒輪系統(tǒng)、相配合的軸和殼體組成，同時(shí)還裝備有前輪輪間差速器、后輪輪間差速器、前橋軸間差速器和后橋軸間差速器，LMC?；ユi差速器與每個(gè)車(chē)輪都通過(guò)獨(dú)立的傳動(dòng)軸和輪邊減速器相連接，這種傳動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)車(chē)輪的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)汽車(chē)在冰雪路面、泥濘路面和無(wú)路路面上行駛出現(xiàn)無(wú)法正常行駛的情況時(shí)，在安裝LMC差速器后，汽車(chē)仍然能夠正常行駛，而且操作穩(wěn)定，性能表現(xiàn)良好，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)汽車(chē)差速器在面臨惡劣環(huán)境時(shí)的不足，如不能高速行駛，車(chē)輪打滑，操作不穩(wěn)定，不能實(shí)現(xiàn)軸間差速，高油耗問(wèn)題等缺陷。 2005年，四川大學(xué)的李建超等人在研究后橋的設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)差速器的設(shè)計(jì)從理 論上作了比較完整的闡述。他們?cè)敿?xì)敘述了差速器的類(lèi)型，分析了差速器的結(jié)構(gòu)，受力以及運(yùn)動(dòng)情況。并且列出了差速器設(shè)計(jì)所需的計(jì)算公式，為差速器的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 2005年，吉林大學(xué)的蔣法國(guó)等人對(duì)差速器的行星齒輪進(jìn)行了彎曲強(qiáng)度分析，并且分析了齒根圓角變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明差速器行星齒輪的齒根彎曲應(yīng)力在規(guī)定的范圍內(nèi)，另外隨著齒根圓角半徑的增大，齒根應(yīng)力逐漸變小。通過(guò)他們的分析為行星齒輪的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，并且他們對(duì)單齒齒根應(yīng)力的加載求解方法也為其他齒輪分析找到了一種新方法。 1.3 摩擦片式差速器的發(fā)展現(xiàn)狀 摩擦片式差速器是在普通行星式差速器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，它是由行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪和摩擦片等主要零件組成。汽車(chē)正常行駛時(shí)與普通差速器無(wú)異，當(dāng)左、右半軸出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時(shí)，如打滑，行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，將壓緊摩擦片，產(chǎn)生摩擦轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)限滑。 摩擦片式差速器（圖1.3） 最初多用于特種車(chē)和一些機(jī)械機(jī) 器上，隨著工程師們對(duì)摩擦片式 差速器的研究，發(fā)現(xiàn)該差速器不 僅可以加強(qiáng)汽車(chē)在復(fù)雜路面上的 通過(guò)性，而且對(duì)汽車(chē)行駛過(guò)程的 安全性，操縱穩(wěn)定性及平順性都 有著很大的提升。摩擦片式差速 器作為提高汽車(chē)性能的一項(xiàng)新技 術(shù)滿足了人們對(duì)汽車(chē)性能的不斷 增長(zhǎng)的要求，因此，摩擦片式差 圖1.3 摩擦片式差速器 速器也得到了汽車(chē)廠家的認(rèn)可和 重視，越來(lái)越多的越野車(chē)、高檔轎車(chē)以及大型貨車(chē)，開(kāi)始把摩擦片式差速器作為選裝件，例如Porsche 911 GT3 型跑車(chē)、BMW M3跑車(chē)等均采用機(jī)械式或電子控制式摩擦片式差速器。 1.4 防滑差速器的分類(lèi) 目前，國(guó)內(nèi)外的差速器類(lèi)型多樣，分動(dòng)和防滑的原理也不盡相同，在性能表現(xiàn)上良莠不齊。目前已知的防滑差速器根據(jù)其限制轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理可分為轉(zhuǎn)矩感應(yīng)式、轉(zhuǎn)速感應(yīng)式和主動(dòng)控制式三種。 1.4.1 轉(zhuǎn)矩感應(yīng)式防滑差速器 該差速器利用傳遞至差速器的轉(zhuǎn)矩變化來(lái)實(shí)現(xiàn)防滑差動(dòng)的目的，根據(jù)差速器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩變化感應(yīng)的結(jié)構(gòu)的不同，可分為外螺旋式防滑差速器和多片防滑摩擦片式差速器。多片防滑摩擦片式差速器應(yīng)用范圍更大，這種差速器是利用濕式多片離合器產(chǎn)生差動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)差速分動(dòng)的效果。它也分為轉(zhuǎn)矩比例式、預(yù)壓式和轉(zhuǎn)矩比例式與預(yù)壓式共同作用三種不同的形式。 1.4.2 轉(zhuǎn)速感應(yīng)式防滑差速器 這種差速器是通過(guò)感應(yīng)轉(zhuǎn)速差的變化來(lái)進(jìn)行差速分動(dòng)和防滑轉(zhuǎn)矩相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速差的越大，產(chǎn)生的限滑轉(zhuǎn)矩越大。這類(lèi)型的差速器中被各大汽車(chē)廠家廣泛應(yīng)用的是配有粘性裝置的防滑差速器，在汽車(chē)行駛過(guò)程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差產(chǎn)生的情況，就可以通過(guò)調(diào)整硅油的填充率、粘度和摩擦片的直徑、件數(shù)等多種設(shè)計(jì)參數(shù)，產(chǎn)生適應(yīng)各類(lèi)情況的防滑效果。這種防滑差速器工作平滑穩(wěn)定，能十分有效地提高汽車(chē)的動(dòng)力性，操作穩(wěn)定性，平順性和通過(guò)性，轉(zhuǎn)彎和不良路面上能夠有安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)。該差速器不僅可以安裝于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)車(chē)上，也可以安裝在前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上，安裝快捷方便，適用性強(qiáng)。 1.4.3 主動(dòng)控制式防滑式差速器 前面兩種都是純機(jī)械式的防滑差速器，而主動(dòng)控制式差速器則是一種電控差速器，它是利用電子裝置來(lái)控制控制差動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，可以傳遞合適的轉(zhuǎn)矩到驅(qū)動(dòng)輪，使車(chē)輪獲得最合適的驅(qū)動(dòng)附著效果。這種差速器在結(jié)構(gòu)與前面所介紹的多片摩擦式防滑差速器相似，不同的是，該差速器可由安裝在差速器外部的控制裝置控制濕式多片離合器的壓緊力，同時(shí)相配合的在差速器外罩殼上設(shè)計(jì)了特有的油壓活塞。該差速器采用傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速監(jiān)控，同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)給ECU進(jìn)行處理分析，進(jìn)而控制位于差速器外部的電子控制閥，控制閥控制活塞上的油壓進(jìn)而改變壓緊力，所以差速器能夠輸出合適的差動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 這種差速器由于涉及到電控方面，因此其技術(shù)要求高，生產(chǎn)難度大，成本比較高。盡管如此，這類(lèi)差速器還是憑借其優(yōu)秀的性能表現(xiàn)，得到了國(guó)外的汽車(chē)廠家的青睞，被廣泛應(yīng)用。根據(jù)其電控方式的不同有電磁控制式、電子控制式兩種。 1.5 原始數(shù)據(jù) 主要參數(shù) 數(shù)據(jù) 主要參數(shù) 數(shù)據(jù) 汽車(chē)總質(zhì)量 1880 kg 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 72 N·m/3000 rpm 后橋滿載軸荷 1003 kg 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 33.5 kw/4000 rpm 輪胎 P195/50R15 最高車(chē)速 120 km/h 2 差速器的設(shè)計(jì)要求和選型分析 2.1 差速器設(shè)計(jì)要求 2.1.1 差速器理論設(shè)計(jì)計(jì)算主要技術(shù)指標(biāo) 差速器輸出到兩半軸的內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)矩是根據(jù)輸入轉(zhuǎn)矩（從主減速器從動(dòng)錐齒輪傳遞到差速器殼上的轉(zhuǎn)矩）進(jìn)行變化的，其中主要參數(shù)包括： 預(yù)緊力矩：由摩擦片式差速器的摩擦元件相互摩擦產(chǎn)生的摩擦力矩，由彈性元件的形變引起。 鎖緊系數(shù)：摩擦片式差速器內(nèi)摩擦力矩與輸入轉(zhuǎn)矩的比值。 轉(zhuǎn)矩比：傳遞至左右兩端半軸的輸出轉(zhuǎn)矩的比值，由轉(zhuǎn)矩大的比上轉(zhuǎn)矩較小的。 2.1.2 差速器實(shí)際生產(chǎn)加工主要技術(shù)指標(biāo) 除了在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的要素外，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還要考慮到以下幾點(diǎn)： （1）使用強(qiáng)度和使用壽命符合要求，安裝方便 所生產(chǎn)的摩擦片式差速器需要滿足強(qiáng)度要求和使用壽命要求。首先是在差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上滿足使用性能要求和強(qiáng)度要求，其次是從材料的選擇、工藝流程的設(shè)計(jì)以及加工和熱處理上滿足強(qiáng)度要求和壽命要求。這一要點(diǎn)的解決方法有很多，例如在材料選擇前先計(jì)算出差速器使用過(guò)程中承受的各種應(yīng)力，計(jì)算其彎曲應(yīng)力強(qiáng)度和接觸應(yīng)力強(qiáng)度等，根據(jù)材料的許用應(yīng)力來(lái)進(jìn)行材料初選，其次則是根據(jù)材料的特性分析工藝可行性，然后來(lái)進(jìn)行使用壽命的校核，來(lái)得到符合要求的差速器。 在差速器生產(chǎn)出來(lái)后，還必須進(jìn)行裝配測(cè)試和安裝測(cè)試。一個(gè)差速器內(nèi)部是由許多零件相互配合裝配起來(lái)的，因此在差速器各零件生產(chǎn)完畢后，需要進(jìn)行裝配測(cè)試，來(lái)測(cè)試測(cè)試各零件能夠正確的配合起來(lái)，安裝在正確的位置，并且安裝過(guò)程簡(jiǎn)便合理，這在差速器生產(chǎn)后是極為重要的一環(huán)，也是差速器能否量產(chǎn)的關(guān)鍵，畢竟差速器的銷(xiāo)售是一個(gè)差速器整體而非一堆零件。 安裝測(cè)試就是檢測(cè)該差速器是否能夠和驅(qū)動(dòng)橋配合安裝，安裝過(guò)程是否簡(jiǎn)單、方便、可靠。這在差速器造型設(shè)計(jì)時(shí)就要有所考慮，不可能設(shè)計(jì)出一款差速器，結(jié)果在安裝時(shí)需要花費(fèi)大把的時(shí)間和精力，甚至于還需要單獨(dú)的安裝工具等，這是不科學(xué)，不合理的。一款差速器設(shè)計(jì)出來(lái)后必須是非常便于裝卸的，在裝卸緊固螺栓時(shí)也要留有操作空間，便于操作，其次是與其他部件的安裝配合，如半軸，主減速器從動(dòng)齒輪等。 （2）生產(chǎn)成本和實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) 在設(shè)計(jì)汽車(chē)差速器產(chǎn)品時(shí)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)、功能可行性分析后，就要對(duì)能否量產(chǎn)進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)合生產(chǎn)中心的設(shè)備條件，工藝水平和工作效率，以最低的生產(chǎn)成本和合理高效的生產(chǎn)計(jì)劃，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的合理選型，來(lái)提高產(chǎn)品的成品效率，縮短生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。 同時(shí)，差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，力爭(zhēng)涵蓋各類(lèi)型的純電動(dòng)汽車(chē)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際把制造成本控制的盡量低，方便廠家組織生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。 2.2 差速器選型分析 目前已經(jīng)出現(xiàn)的滿足以上的理論設(shè)計(jì)要求和實(shí)際生產(chǎn)要求的差速器有很多，對(duì)于在不同情況下的用車(chē)環(huán)境，汽車(chē)所選裝的差速器也有所不同。對(duì)于城市用車(chē)，由于路面良好，汽車(chē)各個(gè)車(chē)輪與路面接觸良好，附著抓地情況良好，因此大多數(shù)汽車(chē)都選擇安裝普通的行星齒輪差速器，這種差速器工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，是一種非常簡(jiǎn)單實(shí)用的差速器。對(duì)于路面狀態(tài)較差，如泥濘路面，冰凍路面或松軟易陷路面等，在這些環(huán)境下工作的汽車(chē)經(jīng)常會(huì)遇到一側(cè)車(chē)輪卡陷或者打滑的情況，因此對(duì)汽車(chē)的防滑性能有極高的要求，這些汽車(chē)往往都會(huì)選裝汽車(chē)專(zhuān)用的防滑差速器[10]。 防滑差速器根據(jù)其限滑鎖止的原理不同，可分為強(qiáng)制鎖止式和自鎖式，前面提到的伊頓集團(tuán)的鎖式差速器就是自鎖式差速器。強(qiáng)制鎖止式差速器是在普通的圓錐行星齒輪差速器的基礎(chǔ)上增加差速鎖裝置，可將差速器完全鎖住，這是兩側(cè)車(chē)輪可以獲得由附著力決定的全部轉(zhuǎn)矩。但當(dāng)汽車(chē)由不良路面駛?cè)肼窙r良好的路面時(shí)，此種差速器的鎖止機(jī)構(gòu)無(wú)法及時(shí)松開(kāi)，這樣就造成如輪胎磨損加快、轉(zhuǎn)彎困難、零件過(guò)載等問(wèn)題，相當(dāng)于汽車(chē)此時(shí)沒(méi)有安裝差速器。正是因?yàn)檫@種弊端，使該種差速器并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。為了彌補(bǔ)上述強(qiáng)制鎖止式差速器的不足，自鎖式差速器應(yīng)運(yùn)而生。 自鎖式差速器是在普通的差速器結(jié)構(gòu)上增加自鎖裝置，使必要時(shí)差速器鎖止差速。它的實(shí)現(xiàn)原理均是巧妙地利用差速器內(nèi)部存在的各種力，如軸向力、重力和慣性等。鎖止與解鎖根據(jù)車(chē)輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時(shí)各種力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程平滑、穩(wěn)定，對(duì)零件的損傷極小，可大大的延長(zhǎng)零件的使用壽命，同時(shí)對(duì)汽車(chē)行駛過(guò)程中的操作穩(wěn)定性和通過(guò)性都有顯著的提升。 2.3 差速器的確定 根據(jù)前面的要和分析，本次差速器設(shè)計(jì)初步擬定采用機(jī)械摩擦片式差速器作為模型基礎(chǔ)。機(jī)械摩擦片式差速器是通過(guò)摩擦片之間相對(duì)滑轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生摩擦力矩來(lái)使差速器鎖止，從而實(shí)現(xiàn)防滑差動(dòng)的目的。 這種差速器根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為無(wú)壓力環(huán)式和有壓力環(huán)式。其中無(wú)壓力環(huán)式的基本結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。 圖 2.1 機(jī)械摩擦片式差速器（無(wú)壓力環(huán)式） 1—差速器殼 2、5—摩擦組件 3、4—半軸齒輪 6、11—.球面墊圈 7、10—行星齒輪 8—預(yù)緊彈簧 9—行星齒輪軸 這種機(jī)械摩擦片式差速器（無(wú)壓力環(huán)式）是在普通行星齒輪差速器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，一是在左右兩側(cè)半軸齒輪的大端面后分別添加了一組摩擦組件（圖中2和5）；二是在主動(dòng)摩擦元件外緣上設(shè)有外凸耳，與差速器殼上的槽相配合，使兩者可以同步轉(zhuǎn)動(dòng)；三是在從動(dòng)摩擦元件內(nèi)緣上設(shè)有內(nèi)凸耳，與半軸齒輪軸端部上的槽相配合，使兩者可以同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 此外，還加裝了預(yù)緊彈簧，用于對(duì)組裝時(shí)差速器內(nèi)摩擦片間的預(yù)緊。在差速器工作過(guò)程中，由于預(yù)緊彈簧存在彈性變形，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊力將主、從動(dòng)摩擦元件壓緊，當(dāng)車(chē)輪打滑時(shí)，左、右半軸間存在較大的轉(zhuǎn)速差，與其相配合的主、從動(dòng)摩擦元件間也將出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)由此產(chǎn)生摩擦力矩，這個(gè)摩擦力矩將限制轉(zhuǎn)速較高的車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將輔助轉(zhuǎn)速較低的車(chē)輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)防滑的目的。 可以說(shuō)該差速器的差速分動(dòng)和限滑性能是完全由這個(gè)預(yù)緊彈簧控制的，但是這個(gè)預(yù)緊彈簧同時(shí)也是該差速器的一大缺點(diǎn)，因?yàn)轭A(yù)緊彈簧的彈性形變?cè)诓钏倨餮b配時(shí)就已經(jīng)固定了，由此而產(chǎn)生的預(yù)緊力也是固定的，最終導(dǎo)致摩擦元件產(chǎn)生的摩擦力矩大小為固定值，致使該差速器的防滑性能受到了極大的限制。 為了彌補(bǔ)上述機(jī)械摩擦片式差速器（無(wú)壓力環(huán)式）所存在的不足，研發(fā)人員在它的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，創(chuàng)造了更靈活、適應(yīng)性更好、性能更加穩(wěn)定的機(jī)械摩擦片式差速器（有壓力環(huán)式），該差速器是在原有基礎(chǔ)上增加了一對(duì)壓力環(huán)，同時(shí)相配合的在行星齒輪軸端部設(shè)計(jì)成菱形，其基本結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。 a b 圖 2.2 機(jī)械摩擦片式差速器（有壓力環(huán)式） 1—從動(dòng)錐齒輪 2—主動(dòng)錐齒輪 3—摩擦組件 4、9—半軸 5—行星齒輪軸 6—行星齒輪 7—半軸齒輪 8—差速器殼 10—壓力環(huán) 在汽車(chē)選裝有壓力環(huán)的機(jī)械摩擦片式差速器后，當(dāng)汽車(chē)在良好路面上直線行駛時(shí)，由主減速器傳遞到差速器殼的轉(zhuǎn)矩在兩個(gè)半軸上進(jìn)行平均分配，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)力相等。該轉(zhuǎn)矩通過(guò)兩條途徑傳遞給左、右半軸，第一個(gè)途徑是通過(guò)行星齒輪軸帶動(dòng)半軸齒輪旋轉(zhuǎn)，此時(shí)行星齒輪自身并沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，只是和行星齒輪軸一同進(jìn)行公轉(zhuǎn)，這和普通的行星齒輪差速器工作原理相同；第二個(gè)途徑則是利用了行星齒輪軸和差速器殼上一個(gè)巧妙的結(jié)構(gòu)，行星齒輪軸的端部設(shè)計(jì)為菱形的，而同時(shí)在差速器殼上設(shè)計(jì)有V型楔面，在裝配時(shí)這兩者是相互配合的，而此時(shí)在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，行星齒輪軸端部棱面將沿斜面左右移動(dòng)，迫使行星齒輪左右移動(dòng)，從而通過(guò)臺(tái)肩壓向壓力環(huán)，對(duì)摩擦片施加一個(gè)壓力，使摩擦片壓緊，從而產(chǎn)生額外的摩擦力矩，該摩擦力矩傳到左右半軸上，進(jìn)而作用到兩側(cè)車(chē)輪。 圖 2.3 機(jī)械摩擦片式差速器的轉(zhuǎn)矩傳遞 當(dāng)汽車(chē)的在路面附著系數(shù)變化差距較大的路面（如雙附著系數(shù)路面）上行駛時(shí)，根據(jù)附著系數(shù)的變化，汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化（圖2.3）。如果地面的附著系數(shù)較大，那么車(chē)輪獲得的驅(qū)動(dòng)力就會(huì)大于附著力，那么汽車(chē)可以正常行駛；如果地面的附著系數(shù)較小，車(chē)輪不能獲得足夠抓地力，那么該車(chē)輪就會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，此時(shí)，可以很明顯的觀察到打滑車(chē)輪在原地高速旋轉(zhuǎn)，而不打滑車(chē)輪卻一動(dòng)不動(dòng)，，整體汽車(chē)也無(wú)法繼續(xù)行駛，此時(shí)如果觀察差速器內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以很清楚的看到差速器殼的轉(zhuǎn)速和左、右半軸的轉(zhuǎn)速完全不同。 假設(shè)汽車(chē)右輪出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，對(duì)差速器內(nèi)部轉(zhuǎn)矩和力矩的變化進(jìn)行分析。由于轉(zhuǎn)速差的產(chǎn)生和軸向力的作用，與差速器殼相連的主動(dòng)摩擦片和與壓力環(huán)相連的從動(dòng)摩擦片之間，必定生成摩擦力矩。該摩擦力矩方向與快轉(zhuǎn)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相反，而與慢轉(zhuǎn)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相同，傳遞至慢轉(zhuǎn)車(chē)輪的力矩將大于快轉(zhuǎn)車(chē)輪的力矩，快轉(zhuǎn)車(chē)輪轉(zhuǎn)速得到降低，慢轉(zhuǎn)車(chē)輪轉(zhuǎn)速得到提高，從而實(shí)現(xiàn)防滑的功能。 綜合考慮以上差速器的工作特點(diǎn)、工作原理、適用范圍，還有加工難度和生產(chǎn)成本等方面的因素，決定選擇帶壓力環(huán)的機(jī)械摩擦片式差速器作為安普純電動(dòng)汽車(chē)差速器的結(jié)構(gòu)型式。這款差速器具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）利用摩擦元件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦力矩，控制轉(zhuǎn)矩的傳遞，實(shí)現(xiàn)左右半軸轉(zhuǎn)矩的可控，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)防滑效果，作用過(guò)程平穩(wěn)，反應(yīng)迅速； （2）差速器通過(guò)壓力環(huán)實(shí)現(xiàn)摩擦轉(zhuǎn)矩的變化，可根據(jù)轉(zhuǎn)矩的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用范圍更廣，性能更優(yōu)越； （3）結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸較小，適合純電動(dòng)汽車(chē)的布置； （4）組成部件數(shù)量較少，生產(chǎn)難度相對(duì)較小，可降低生產(chǎn)成本； （5）純機(jī)械結(jié)構(gòu)，工作過(guò)程不需要額外消耗電能，減小了蓄電池的能量損耗，延長(zhǎng)了電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。 3 差速器主要零部件分析 下圖為本次設(shè)計(jì)的機(jī)械摩擦式差速器的結(jié)構(gòu)示意圖（圖3.1），它是根據(jù)目前出現(xiàn)的機(jī)械摩擦片式差速器差速器改進(jìn)而來(lái)的，它的外形結(jié)構(gòu)基本不變，但在細(xì)節(jié)方面則有所不同。接下將針對(duì)該差速器的主要零部件進(jìn)行分析。 圖 3.1 機(jī)械摩擦片式差速器結(jié)構(gòu)示意圖 3.1 壓力環(huán) 前文有提到壓力環(huán)這一零件是對(duì)更早出現(xiàn)的無(wú)壓力環(huán)式的機(jī)械摩擦片式差速器的改進(jìn)，解決了無(wú)壓力環(huán)時(shí)摩擦片式差速器的摩擦轉(zhuǎn)矩大小固定不變的問(wèn)題，使得汽車(chē)能夠更加平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)在雙附著系數(shù)路面上的行駛，適應(yīng)性和通過(guò)性大大增強(qiáng)。 在本次設(shè)計(jì)中，我針對(duì)壓力環(huán)這一零件進(jìn)行了部分改進(jìn)（圖3.2），其主要結(jié)構(gòu)改進(jìn)為： （1） 將與行星齒輪軸相配合的圓形槽改進(jìn)為V型槽。 在汽車(chē)直線行駛時(shí)，兩壓力環(huán)相互包裹住行星齒輪、行星齒輪軸和半軸齒輪，和差速器殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)行星齒輪沒(méi)有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時(shí)，行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，而自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓周力將對(duì)行星齒輪軸作用一個(gè)轉(zhuǎn)矩，這導(dǎo)致與壓力環(huán)相配合的行星齒輪軸的菱形軸端將有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)作用在壓力環(huán)上就的效果就是對(duì)壓力環(huán)作用一個(gè)推力，推動(dòng)壓力環(huán)壓緊摩擦片組，從而增大主、從動(dòng)摩擦片間摩擦產(chǎn)生的摩擦力矩，，這個(gè)摩擦力矩作用在半軸上就使得轉(zhuǎn)速較快的車(chē)輪轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)速較慢的車(chē)輪轉(zhuǎn)速提高，實(shí)現(xiàn)防滑功能，提升防滑性能。 （壓力環(huán)見(jiàn)附圖3.2） （2）添加與差速器外殼內(nèi)鍵槽相互配合的凸耳。 這個(gè)改進(jìn)主要有三個(gè)作用，一是能夠方便差速器裝配時(shí)壓力環(huán)的定位，簡(jiǎn)化操作；二是能夠傳遞由主減速器傳遞至差速器殼的動(dòng)力；三是限制壓力環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓力環(huán)只可以徑向運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)摩擦片組提供一定的壓緊力。 （3）增設(shè)油孔。 在壓力環(huán)靠底部的周邊增設(shè)油孔，方便潤(rùn)滑油的注入，使行星齒輪軸、行星齒輪和半軸齒輪能得到充分的潤(rùn)滑，可以減小磨損，延長(zhǎng)差速器的使用壽命。 3.2 摩擦元件 本差速器選用的摩擦元件為摩擦片組，由主動(dòng)摩擦盤(pán)和從動(dòng)摩擦片相互交替組合而成，其中每側(cè)摩擦片組都含有兩個(gè)主動(dòng)摩擦盤(pán)和兩個(gè)從動(dòng)摩擦片（圖3.3），它具有以下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1） 在主動(dòng)摩擦盤(pán)上設(shè)有和差速器殼內(nèi)壁的鍵槽相配合的外凸耳，在從動(dòng)摩擦片上設(shè)有和半軸齒輪軸端外圓上的鍵槽相配合的內(nèi)凸耳。主要有三個(gè)作用： ①能夠方便摩擦片組的定位，使摩擦片組只能進(jìn)行徑向移動(dòng)； ②能夠傳遞動(dòng)力； ③在汽車(chē)作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，差速器殼與半軸轉(zhuǎn)速相同，因此隨差速器殼轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)摩擦盤(pán)和隨半軸轉(zhuǎn)動(dòng)的從動(dòng)摩擦片也擁有相同轉(zhuǎn)速，此時(shí)兩者間并不會(huì)產(chǎn)生相互摩擦，減少了能量損耗，減少了摩擦片組間的摩擦次數(shù)和時(shí)間，延長(zhǎng)了差速器的工作壽命。 (a)主動(dòng)摩擦盤(pán) (b)從動(dòng)摩擦片 圖 3.3 摩擦元件 （2）在主動(dòng)摩擦盤(pán)上刻有呈偏心輻射狀的凹槽，在從動(dòng)摩擦片上刻有呈偏心環(huán)狀的凹槽，這些凹槽主要有三個(gè)作用： ①能夠容納碎屑，減輕碎屑在摩擦片組相互摩擦?xí)r對(duì)摩擦片的磨損，延長(zhǎng)摩擦片的使用壽命； ②這兩種刻線凹槽是處于垂直接觸的狀態(tài)，可以增大摩擦片組間的摩擦系數(shù)，同時(shí)還可以使兩種刻線凹槽不會(huì)互相嵌入，主動(dòng)摩擦盤(pán)和從動(dòng)摩擦片不會(huì)卡住，損壞摩擦片組； ③主動(dòng)摩擦盤(pán)兩側(cè)的刻線凹槽的偏心方向是相反的，同樣從動(dòng)摩擦片兩側(cè)的刻線凹槽的偏心方向也是相反的，這樣可以使兩面的刻線凹槽不處于同一條線上，防止同一刻線凹槽出摩擦片過(guò)薄，降低摩擦片強(qiáng)度和使用壽命。 3.3 行星齒輪軸 行星齒輪軸是用于安裝行星齒輪的剛性軸，其主要的作用是將從主減速器傳遞過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩傳遞到行星齒輪，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的分配，實(shí)現(xiàn)差速器差速分動(dòng)的功能，是差速器的關(guān)鍵零件之一。 行星齒輪軸有整體式和搭接式兩種，本差速器選用整體式行星齒輪軸（行星齒輪軸見(jiàn)附圖3.4）。 本次設(shè)計(jì)將行星齒輪軸的端部改進(jìn)為菱形，與壓力環(huán)相配合。 3.4 行星齒輪和半軸齒輪 行星齒輪的數(shù)量是根據(jù)汽車(chē)的承載情況來(lái)決定的，一般來(lái)說(shuō)，乘用車(chē)的承載質(zhì)量較小，只需要兩個(gè)行星齒輪就可以滿足要求，而商用車(chē)的承載質(zhì)量較大，則需要四個(gè)行星齒輪才能滿足強(qiáng)度要求。本次差速器設(shè)計(jì)所適用的車(chē)型為安普純電動(dòng)汽車(chē)，是一款乗用車(chē)，于是選擇兩個(gè)行星齒輪。 在結(jié)構(gòu)上，行星齒輪與普通差速器的行 星齒輪相同，而半軸齒輪則有較大的變化。 主要是在半軸齒輪的軸端部設(shè)計(jì)有和從動(dòng)摩 擦片內(nèi)凸耳相配合的鍵槽（圖3.5），保證 半軸齒輪和從動(dòng)摩擦片的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)方 便裝配時(shí)的定位。 圖3.5 半軸齒輪 3.5 碟形彈簧 碟形彈簧是在軸向上呈錐型并能夠承受負(fù)載的特殊彈簧，碟形彈簧在承受負(fù)載后會(huì)發(fā)生彈性形變，存儲(chǔ)彈性勢(shì)能（圖3.6a）。 碟形彈簧由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，擁有很多的優(yōu)勢(shì)，一是剛度大，緩沖吸震能力強(qiáng)，能夠以極小的彈性形變承受較大的載荷，適合差速器這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，軸向空間較小的場(chǎng)合；二是具有變剛度特性，能夠具有很廣范圍的非線性特性；三是同樣的碟形彈簧能采用不同的組合方式，使彈簧特性能在很大范圍內(nèi)變化。 正是由于碟形彈簧的這些優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)選擇蝶形彈簧作為差速器的預(yù)緊彈簧。相比較其他彈性元件，碟形彈簧行程短、負(fù)載重，安裝空間要求小，維修更換容易，更加的經(jīng)濟(jì)、安全，使用壽命更長(zhǎng)。 在本次設(shè)計(jì)中，為方便碟形彈簧安裝和定位，同時(shí)限制其轉(zhuǎn)動(dòng)，在碟形彈簧外圈增設(shè)與差速器殼相配合的外凸耳（圖3.6b）。 （a）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (b）改進(jìn)的碟形彈簧 圖3.6 蝴蝶彈簧 選用彈性元件，都需要對(duì)彈性元件的強(qiáng)度進(jìn)行校核，以確定彈性元件是否滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際使用要求。通常在碟形彈簧正常工作時(shí)，不需要校核碟形彈簧的強(qiáng)度。如認(rèn)為有必要，僅需計(jì)算變形中性點(diǎn)上方的切向應(yīng)力σOM，而碟性彈簧彈性變形力 F0的計(jì)算公式為： （3-1） 式中： F0——彈性變形力，N； λ——變形量，mm； E——彈性模量，Mpa； μ——泊松比； ——計(jì)算系數(shù)； R——大端自由半徑，mm； h——內(nèi)錐高，mm； 分析上式可以得出，當(dāng)內(nèi)徑 d、外徑 D 和厚度δ一定時(shí)，彈性特性只與高厚比有關(guān)。 圖 3.7 碟形彈簧的性能曲線 圖3.7為碟形彈簧的性能曲線，分析得出高厚比對(duì)碟形彈簧性能的影響： ①時(shí)，性能曲線近似呈線性變化； ②時(shí)，性能曲線呈非線性變化，剛度隨變形量增加而減小； ③時(shí)，性能曲線有一極大值和一極小值； ④時(shí)，性能曲線出現(xiàn)更寬的負(fù)剛度區(qū)域； 為保證差速器中碟形彈簧產(chǎn)生的彈性變形力變化不大和工作輕便，其高厚比一般取在 間，而碟形彈簧的內(nèi)徑 d、外徑 D 和厚度δ是由結(jié)構(gòu)尺寸所決定的，故合理選擇內(nèi)錐高是碟形彈簧設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 3.6 差速器殼 本次設(shè)計(jì)所采用的差速器殼在外觀上與普通差速器殼，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上卻有較大的差異。 首先是在差速器內(nèi)壁上設(shè)有與碟形彈簧、主動(dòng)摩擦盤(pán)、壓力環(huán)相配合的鍵槽，方便各零件的安裝定位，限制轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各零件和殼體同步轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。其次是行星齒輪軸安裝位置留有較大的空間，方便行星齒輪軸能進(jìn)行一定的偏轉(zhuǎn)，使其可以對(duì)壓力環(huán)施加壓力，壓緊摩擦片組。然后便是在差速器殼圓周上增設(shè)了注油孔，方便潤(rùn)滑油的注入，使內(nèi)部可以得到潤(rùn)滑油的保護(hù)，減少零件的磨損，延長(zhǎng)差速器的使用壽命（差速器殼體見(jiàn)附圖3.8）。 4 差速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 汽車(chē)變速器傳動(dòng)比和主減速器傳動(dòng)比 本次設(shè)計(jì)的純電動(dòng)汽車(chē)主減速器減速比I0=6.3，變速器最高檔傳動(dòng)比可由下式確定： （4-1） 式中， r——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，由輪胎的規(guī)格可知，r=0.3 m； n——發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速，n=4000 rpm； v——汽車(chē)最高車(chē)速，v=120 km/h； 代入各參數(shù)可得，變速器最高檔傳動(dòng)比: igh=0.6 本次安普純電動(dòng)汽車(chē)變速器只有兩檔，可以確定變速器I檔傳動(dòng)比iI=3.0 。 4.2 鎖緊系數(shù)及其計(jì)算 鎖緊系數(shù)是內(nèi)摩擦力矩（左右半軸傳遞轉(zhuǎn)矩之差）與差速器殼傳遞轉(zhuǎn)矩 M0（左右半軸傳遞轉(zhuǎn)矩矩之和，即輸入轉(zhuǎn)矩）的比值，即[13]。 下面探討差速器鎖緊系數(shù)的計(jì)算。先取行星齒輪軸與壓力環(huán)相接觸的部分進(jìn)行受力分析，見(jiàn)圖4.1。 圖4.1 行星齒輪軸與壓力環(huán)受力分析 從圖中可知，差速器殼所傳遞的轉(zhuǎn)矩通過(guò)行星齒輪軸作用在壓力環(huán)上，其圓周力為： （4-2） 式中： ——行星齒輪軸對(duì)壓力環(huán)圓周作用力，N； ——差速器殼傳遞轉(zhuǎn)矩，N·m； ——壓力環(huán)當(dāng)量作用半徑，m； 產(chǎn)生的軸向力為： （4-3） 式中： ——行星齒輪軸對(duì)壓力環(huán)軸向壓力，N； ——壓力環(huán)作用角度； 將式（4.2）代入式（4.3）中，有 （4-4） 軸向壓力 即為摩擦元件所受到的壓力，故摩擦元件所產(chǎn)生的摩擦力矩為 （4-5） 式中： ——單側(cè)摩擦力矩，N·m； ——摩擦元件作用面數(shù)； ——摩擦元件摩擦系數(shù)； ——摩擦元件平均摩擦半徑，m； 當(dāng)左右半軸以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)（也即發(fā)生差速時(shí)），慢轉(zhuǎn)側(cè)和快轉(zhuǎn)側(cè)的驅(qū)動(dòng)力矩分別為： （4-6） （4-7） 而內(nèi)摩擦力矩為左右兩側(cè)轉(zhuǎn)矩之差，即 （4-8） 將式（4-5）、（4-7）代入（4-8）式，有 （4-9） 故鎖緊系數(shù)為： （4-10） 公式（4-10）即為帶壓力環(huán)的機(jī)械摩擦片式差速器鎖緊系數(shù)的計(jì)算公式，同時(shí)此式也表明了機(jī)械摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)與摩擦元件作用面數(shù)、摩擦系數(shù)、摩擦元件平均工作半徑、壓力環(huán)楔角的正切成正比，與壓力環(huán)作用當(dāng)量半徑成反比。需要注意一點(diǎn)的是關(guān)于摩擦系數(shù)的問(wèn)題，在潤(rùn)滑狀態(tài)下鋼對(duì)鋼的摩擦系數(shù)是與潤(rùn)滑狀態(tài)有著密切的關(guān)系，波動(dòng)幅度較大，設(shè)計(jì)時(shí)摩擦系數(shù)取上限0.15。 4.3 摩擦片當(dāng)量摩擦半徑和預(yù)緊力矩的計(jì)算 理論鎖緊系數(shù)：依據(jù)鎖緊系數(shù)的選擇原則， 摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)選在，因?yàn)槿绻钏倨鞯逆i緊系數(shù)太大將使差速器效率太低，導(dǎo)致摩擦損失加大會(huì)出現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向困難。 4.3.1 摩擦片當(dāng)量摩擦半徑的分析計(jì)算 1.差速器殼體計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定 為按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)系一檔傳動(dòng)比計(jì)算的差速器殼體最大作用轉(zhuǎn)矩 （4-11） ：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩 ：減速器一檔傳動(dòng)比 2.單側(cè)摩擦力矩的確定 根據(jù)鎖緊系數(shù)公式：，得 又因?yàn)榭們?nèi)摩擦力矩的一半與單側(cè)摩擦力矩相等并結(jié)合式（4.9）帶壓力環(huán)摩擦片差速器鎖緊系數(shù)公式，所以： （4-12） 經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和汽車(chē)設(shè)計(jì)手冊(cè)式以及經(jīng)驗(yàn)判斷上式各參數(shù)確定如下： —單側(cè)摩擦元件的摩擦面數(shù)初定為 3個(gè)摩擦面， —單側(cè)摩擦元件的摩擦面的摩擦系數(shù)初定為0.15, —壓力環(huán)當(dāng)量半徑初定為80mm, —壓力環(huán)作用角度初定為45°, —差速器殼驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,216N.m 將以上數(shù)據(jù)帶入式（4-2）， 解上式得 即摩擦組件平均當(dāng)量摩擦半徑為78.3 mm。 4.3.2 預(yù)緊力矩 預(yù)緊力矩的作用是在汽車(chē)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪失去驅(qū)動(dòng)力后，而保證另一側(cè)在良好路面上的驅(qū)動(dòng)輪能夠發(fā)出足夠的驅(qū)動(dòng)力保證汽車(chē)最低限度的行駛，也是產(chǎn)生摩擦組件的預(yù)緊力即有： （4-13） 式中， ——摩擦片式差速器預(yù)緊力矩；N·m； ——汽車(chē)總重量，G=18800 N； ——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，=0.01； ——輪胎滾動(dòng)半徑，=0.3 m； 代入整車(chē)參數(shù)，有： 可見(jiàn)，摩擦片式差速器的預(yù)緊力矩取大于56.4 N.m 即可產(chǎn)生所需內(nèi)摩擦力矩的要求。所以預(yù)緊力矩取。 4.4 確定摩擦元件結(jié)構(gòu)參數(shù) 當(dāng)量摩擦半徑的計(jì)算公式為： （4-14） 式中： D—摩擦元件外徑，即摩擦盤(pán)外徑， m； d—摩擦元件內(nèi)徑，即摩擦片內(nèi)徑， m； 因此當(dāng)摩擦元件當(dāng)量半徑 ，可采用式計(jì)算。 設(shè)計(jì)摩擦元件過(guò)程中所需遵循的原則為： 1.讓摩擦盤(pán)的外徑略小于摩擦片外徑，而摩擦盤(pán)的內(nèi)徑略大于摩擦片的內(nèi)徑，這樣做來(lái)保證摩擦接觸面積的穩(wěn)定性和可靠性。 2.合理選擇凸耳的尺寸和個(gè)數(shù)，保證摩擦盤(pán)的外凸耳和摩擦片的內(nèi)凸耳有足夠的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。 根據(jù)預(yù)定的鎖緊系數(shù)和差速器殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸，可以確定： 1.摩擦元件內(nèi)外徑 摩擦元件外徑初定為 160mm，內(nèi)徑初定為 76mm； 2.單側(cè)摩擦元件的摩擦面數(shù) 單側(cè)摩擦元件的摩擦面數(shù)初定為 3 個(gè)摩擦面； 3.摩擦元件厚度 每片厚度初定 3.5 mm； 4.摩擦元件材料 摩擦元件的材料確定為45鋼材料。 4.5 確定壓力環(huán) v 型槽楔角和壓力環(huán)作用當(dāng)量半徑 1.由行星齒輪軸工作面擠壓應(yīng)力和產(chǎn)生軸向壓緊力之間優(yōu)化分析，選取 V型槽角 45°/45°。 2.根據(jù)減速器殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸和傳遞的力矩，壓力環(huán)作用當(dāng)量半徑取80mm。 4.6 確定碟型彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù) 4.6.1 碟型彈簧的內(nèi)外徑 考慮到差速器殼體尺寸碟型彈簧內(nèi)外徑采用與摩擦元件相同的內(nèi)外徑，即外徑為 160mm，內(nèi)徑為 76mm； 4.6.2 碟型彈簧的厚度 厚度與摩擦元件相同，即為 3.5mm； 4.6.3 碟型彈簧的內(nèi)錐高 內(nèi)錐高是由所需要的彈性變形力來(lái)確定的。而所需要的彈性變形力的大小取決于所需的預(yù)緊力矩 Ms0。 即有： （4-15） 從上式可得出 而可由下式確定 據(jù)此，可以確定內(nèi)錐高為 mm。 4.7 差速器行星齒輪主要參數(shù)選擇 4.7.1 行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù) 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。 所以，取、 4.7.2 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、模數(shù)m和壓力角 1.行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、分別為： 所以， 32° 所以， 57° 2.錐齒輪大端端面模數(shù)m為 解得， 3.汽車(chē)差速齒輪大都采用壓力角為、齒高系數(shù)為0.8的齒形。某些重型貨車(chē)和礦用車(chē)采用壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。故本車(chē)所采用的壓力角為，齒高系數(shù)為0.8。 4.7.3 行星齒輪軸直徑d及支承長(zhǎng)度L 行星齒輪軸直徑d(mm)可由下式得到： （4-16） 式中， 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 行星齒輪數(shù)n=2； 行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x； 支承面需用擠壓應(yīng)力； 帶入上式得： 經(jīng)計(jì)算，解得 行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度L為： 所以，L大約為25 mm。 4.7.4 差速器齒輪的強(qiáng)度校核 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合傳動(dòng)狀態(tài)，只有當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎或左、右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車(chē)輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。輪齒彎曲應(yīng)力(MPa)為 （4-17） 式中， n為行星齒輪數(shù)； J為綜合系數(shù)； 為半軸齒輪齒寬 （mm）； 為大端分度圓直徑（mm）； T為半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩； 、、按主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)數(shù)值選取。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)分別為；；； 當(dāng)時(shí)，。 經(jīng)代入以上數(shù)據(jù)： 所以設(shè)計(jì)符合要求 4.7.5 差速器齒輪材料 差速器齒輪與主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造， 目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用第一種20CrMnTi作為差速器的齒輪材料。 表 4.1半軸齒輪和行星齒輪參數(shù) 參數(shù) 半軸齒輪 行星齒輪 齒數(shù) 模數(shù) (mm) 16 8 10 8 齒面寬 (mm) 齒工作高 (mm) 20 6 20 6 齒全高 (mm) 15 15 壓力角 22°30′ 22°30′ 軸線間夾角 90° 90° 分度圓直徑 (mm) 160 80 節(jié)錐角 57° 32° 節(jié)錐距 (mm) 周節(jié) (mm) 72 12 72 12 齒頂高 (mm) 齒根高 (mm) 8 7 8 7 徑向間隙 (mm) 齒根角 0.768 7° 0.768 4° 面錐角 根錐角 62° 50° 39° 27° 外圓直徑 (mm) 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外圓距離 (mm) 168 17 90 28 齒側(cè)間隙 (mm) 0.12 0.12 5 結(jié)論 在本次設(shè)計(jì)中，我針對(duì)“純電動(dòng)汽車(chē)差速器設(shè)計(jì)”這一課題，首先在該課題的研究背景下分析其研究意義，得出差速器的研究設(shè)計(jì)也是純電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，是否具有研究?jī)r(jià)值這一結(jié)論。其次，我查閱文獻(xiàn)，分析相關(guān)資料，了解了差速器的研究現(xiàn)狀，同時(shí)了解了一些主流的防滑差速器的工作原理、適用環(huán)境和優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)“純電動(dòng)汽車(chē)”這一車(chē)型，最終選定有壓力環(huán)的機(jī)械摩擦片式差速器差速器為本次差速器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)模型。接下來(lái)就是針對(duì)該差速器部分零部件進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)： 1） 將壓力環(huán)與行星齒輪軸相配合的楔口由圓形改進(jìn)為V型，同時(shí)在壓力環(huán)底部端面設(shè)計(jì)有和差速器殼內(nèi)壁鍵槽相配合的外凸耳，在壓力環(huán)球形外壁的末尾處增設(shè)注油孔； 2） 將行星齒輪軸與壓力環(huán)V型楔口相配合的軸部設(shè)計(jì)為菱形，與差速器殼內(nèi)壁鍵槽相配合的軸部設(shè)計(jì)為凸耳裝，方便配合裝配； 3） 在主動(dòng)摩擦盤(pán)外圓周上設(shè)計(jì)有外凸耳，與差速器殼內(nèi)壁鍵槽相配合的，同時(shí)在摩擦盤(pán)表面設(shè)計(jì)有呈偏心狀的放射性刻線，兩面刻線不同偏向； 4） 在從動(dòng)摩擦片內(nèi)圓周上設(shè)計(jì)有內(nèi)凸耳，與半軸齒輪軸端增設(shè)的鍵槽相配合，同時(shí)在摩擦片表面設(shè)計(jì)有呈偏心狀的環(huán)形