華東交通大學1目錄一托森差速器的簡介-1二托森差速器的工作原理-2三蝸輪、蝸桿設計-5四蝸桿前、后軸的設計-9五空心軸的設計-10六直齒圓柱齒輪設計-11七蝸輪軸設計-14八差速器外殼的設計-16九參考車型相關數(shù)據(jù)-17十設計心得-17十一.參考文獻-20華東交通大學2一托森差速器的簡介每輛汽車都要配備有差速器，我們知道普通差速器的作用：第一，它是一組減速齒輪，使從變速箱輸出的高轉速轉化為正常車速；第二，可以使左右驅動輪速度不同，也就是在彎道時對里外車輪輸出不同的轉速以保持平衡。它的缺陷是在經(jīng)過濕滑路面時就會因打滑失去牽引力。而如果給差速器增加限滑功能就能滿足轎車在惡劣路面具有良好操控性的需求了，這就是限滑差速器(LimitedSlipDifferential，簡稱LSD)。全輪驅動轎車AWD系統(tǒng)的基本構成是具有3個差速器，它們分別控制著前輪、后輪、前后驅動軸扭矩分配。這3個差速器不只是人們常見的簡單差速器，它們是LSD差速器，帶有自鎖功能以保證在濕滑路面輪胎發(fā)生打滑時驅動輪始終保持有充足的扭矩輸出從而在惡劣路況獲得良好的操控。世界上的LSD差速器有好幾種形式，今天我們就來看看Torsen自鎖差速器系統(tǒng)。Torsen的音譯，這個名字取自Torque-sensingTraction的單詞頭幾個字母的組合。其專業(yè)意思是：牽引力自感應式扭矩分配。從字面意思就可以理解：它可以根據(jù)各個車輪對牽引力的需求而分配扭矩輸出。最為難得可貴的是：這樣的分配完全靠機械裝置來完成，反應迅速而準確。Torsen的核心是蝸輪、蝸桿齒輪嚙合系統(tǒng)。從Torsen差速器的結構視圖中我們可以看到雙蝸輪、蝸桿結構，正是它們的相互嚙合互鎖以及扭矩單向地從蝸輪傳送到蝸桿齒輪的構造實現(xiàn)了差速器鎖止功能，正是這一特性限制了滑動。在彎道行駛沒有車輪打滑時，前、后差速器的作用是傳統(tǒng)差速器，蝸桿齒輪不影響半軸輸出速度的不同。如車向左轉時，右側車輪比差速器快，而左側速度低，左右速度不同的蝸輪能夠嚴密地匹配同步嚙合齒輪。此時蝸輪蝸桿并沒有鎖止，因為扭矩是從蝸輪到蝸桿齒輪。當右側車輪打滑時，蝸輪蝸桿組件發(fā)揮作用，如是傳統(tǒng)差速器將不會傳輸動力到左輪。對于TorsenLSD差速器，此時快速旋轉的右側半軸將驅動右側蝸桿，并通過同步嚙合齒輪驅動左側蝸桿，此時蝸輪蝸桿特性發(fā)揮作用。當蝸桿驅動蝸輪時，它們就會鎖止，左側蝸桿和右側蝸桿實現(xiàn)互鎖，保證了非打滑車輪具有足夠的牽引力。Torsen差速器的特點：Torsen差速器是恒時4驅，牽引力被分配到了每個車輪，于是就有了良好的彎道、直線(干/濕)駕駛性能。Torsen自鎖中心差速器確保了前后輪均一的動力分配。任何速度的不同，如前輪遇到冰面時，系統(tǒng)會快速做出反應，75%的扭矩會轉向轉速慢的車輪，在這里也就是后輪。Torsen差速器實現(xiàn)了恒時、連續(xù)扭矩控制管理，它持續(xù)工作，沒有時間上的延遲，但不介入總扭矩輸出的調整，也就不存在著扭矩的損失，與牽引力控制和車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)相比具有更大的優(yōu)越性。因為沒有傳統(tǒng)的自鎖差速器所配備的多片式離合器，也就不存在著磨損，并實現(xiàn)了免維護。純機械LSD具有良好的可靠性。Torsen差速器可以與任何變速器、分動器實現(xiàn)匹配，與車輛其它安全控制系統(tǒng)ABS、TCS(TractionControlSystems，牽引力控制)、SCS(StabilityControlSystems，車身穩(wěn)定控制)相容。Torsen差速器是純機械結構，在車輪剛一打滑的瞬間就會發(fā)生作用，它具有線性鎖止特性，是真正的恒時四驅，在平時正常行駛時扭矩前后分配是5050。缺點：一是造價高，所以一般托森差速器都用在高檔車上；二是重量太大，裝上它后對車輛的加速性是一份拖累。托森差速器幾乎可以成為20世紀繼轉子發(fā)動機以后精妙機械設計的典范。不過正是因為這套機構的精妙，導致其需要非常高的加工精度、制造工藝和高強度的材料才能保證其性能的發(fā)揮，所以成本非華東交通大學3常之高。奧迪Quattro之所以沒有在前后差速器上都采用托森差速器，估計也是出于成本的考慮。二托森差速器的工作原理托森差速器主要是由外殼，空心軸，蝸輪（6個），齒輪（12個），蝸桿前軸，蝸桿后軸?？招妮S通過花鍵與外殼聯(lián)接在一體，齒輪通過蝸輪軸安裝在差速器外殼上，其中三個蝸輪與前軸蝸桿嚙合，另外三個蝸輪與后軸蝸輪相嚙合。與前、后軸蝸桿相嚙合彼此通過直齒圓柱齒輪相嚙合，前桿和驅動橋的差速器前齒輪軸為一體，后軸蝸桿和驅動后橋的差速器后齒輪軸為一體。當汽車驅動時，來自發(fā)動機的動力通過空心軸傳至差速器外殼，差速器外殼通過蝸桿軸傳至蝸輪。前軸蝸桿通過差速器前齒輪軸將動力傳至前橋，后軸蝸桿通過差速器后齒輪軸傳至后橋，從而實現(xiàn)前、后驅動橋的驅動牽引作用，當汽車轉彎時，前后驅動軸出現(xiàn)轉速差，通過嚙合的直齒圓柱齒輪相對轉動，使一軸轉速加快，另一軸轉速下降，實現(xiàn)差速作用。圖一是托森差速器的結構，圖二，圖三是托森差速器在奧迪車中安裝的部位圖。1.托森差速器的工作過程。托森差速器的工作過程可以分為2種情況：設前、后軸蝸桿轉速分別為1n、2n差速器殼轉速為0n。圖一華東交通大學41）.當1n=2n時，為汽車直線行駛，當汽車驅動時，來自發(fā)動機的動力通過空心軸傳至差速器外殼，再通過蝸輪軸傳至蝸輪最后傳到蝸桿。前、后蝸桿軸將動力分別傳至前、后橋。由于兩蝸桿軸將動力分別傳至前、后橋。由于兩蝸桿軸轉速相等，故蝸輪與蝸桿之間無相對運動，兩相嚙合的直齒圓柱齒輪之間亦無相對傳動，差速器殼與兩蝸桿軸均繞蝸桿軸線同步轉動，即0n=1n=2n。其轉矩平均分配。設差速器殼接受轉矩為0M，前、后蝸桿軸上相對應驅動轉矩分別為1M、2M，則有1M+2M=0M。2）.當1n2n時，汽車轉彎或某側車輪陷于泥濘路面時，為便于分析，假設差速器外殼不懂動，即0n=0，又1n2n，在1n作用下，前軸蝸桿帶動與其嚙合的蝸輪轉動，蝸輪兩端的直齒圓柱亦隨之以轉速rn轉動，同時帶動與其嚙合的直齒圓柱齒輪以轉速rn反向轉動，因齒輪與后軸蝸桿一體，則后軸蝸桿朝相反方向轉動。顯然，這是不可能的，因蝸輪蝸桿傳動副的傳動逆效率極低。實際上，差速器殼一直在旋轉，0n0，前、后軸蝸桿亦隨之同向旋轉。此時兩軸之間的轉速差是通過一對相嚙合的圓柱齒輪的相對轉動而實現(xiàn)的。由上述分析知，前蝸桿軸使齒輪轉動，齒輪隨之被迫轉動，并迫使后軸蝸輪帶動后軸蝸桿轉動，因其齒面之間存在很大的摩擦力，限制了齒輪轉速的增加，減少了齒輪及前軸蝸桿轉速的增加。顯然，只有當兩軸轉速差不大時才能差速。圖二華東交通大學52.托森差速器的轉矩分配原理托森差速器是利用蝸輪蝸桿傳動副的高內摩擦力矩Mr進行轉矩分配的。其原理簡述如下:設前軸蝸桿1的轉速大于后軸蝸桿2的轉速,即n1n2,前軸蝸桿1將使前端渦輪轉動,渦輪軸上的直齒圓柱齒輪3也將轉動,帶動與之嚙合的后端直齒圓柱齒輪4同步轉動,而與后端直齒圓柱齒輪同軸的蝸輪也將轉動。則后端蝸輪帶動后軸蝸桿2轉動。蝸輪帶動蝸桿的逆?zhèn)鲃有嗜Q于蝸桿的螺旋角及傳動副的摩擦條件。對于一定的差速器結構其螺旋角是一定的。故此時傳動主要由摩擦狀況來決定。即取決于差速器的內摩擦力矩Mr,而Mr又取決于兩端輸出軸的相對轉速。當n1,n2轉速差比較小時,后端蝸輪帶動蝸桿摩擦力亦較小,通過差速器直齒圓柱齒輪吸收兩側輸出軸的轉速差。當前軸蝸桿n1較高時,蝸輪驅動蝸桿的摩擦力矩也較大,差速器將抑制該車輪的空轉,將輸入轉矩M0多分配到后端輸出軸上,轉矩分配為M1=1/2(M0-Mr)，M2=1/2(M0Mr)。當n2=0,前軸蝸桿空轉時,由于后端蝸輪與蝸桿之間的內摩擦力矩Mr過高,使M0全部分配到后軸蝸桿上,此時,相當于差速器鎖死不起差速作用。圖四為工作原理圖圖三華東交通大學6蝸輪式差速器轉矩比tantanb,其中為蝸桿螺旋角,為摩擦角.當=時,轉矩比b,差速器自鎖.一般b可達5.59,鎖緊系數(shù)K可達0.70.8.選取不同的螺旋升角可得到不同的鎖緊系數(shù),使驅動力既可來自蝸桿,也可以來自蝸輪.為減少磨損,提高使用壽命,b一般降低到33.5左右較好,這樣即使在一端車輪附著條件很差的情況下,仍可以利用附著力大的另一端車輪產生足以克服行駛阻力的驅動力.托森差速器由于其結構及性能上的諸多優(yōu)點,被廣泛用于全輪驅動轎車的中央軸間差速器及后驅動橋的輪間差速器.但由于在轉速轉矩差較大十的自動鎖止作用,通常不用做轉向驅動橋的輪間差速器。三蝸輪蝸桿設計1.選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T10085-1988的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI)。2.選擇材料蝸桿采用40CR,并經(jīng)淬火處理,硬度為48-55HRC,蝸輪采用ZCUSN10P1,金屬模鑄造,為節(jié)約材料.齒圈用青銅,輪芯用灰鑄鐵HT100鑄造。3.按齒面接觸疲勞強度進行設計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則,先按齒面接觸疲勞強度進行設計,再校核齒根彎曲疲勞強度,傳動中心矩：322（式1）；蝸桿傳動的中心距；蝸輪的許用接觸應力；圖四華東交通大學72蝸輪傳遞的轉矩；載荷系數(shù)；彈性影響系數(shù)；接觸系數(shù)；1).確定作用在蝸輪上的轉矩2按1=4,估取=0.90,則P=99.36KW,n=1400/3=466.7r/minT2=9.55106np=9.551067.46696.036.99=182986mm2).確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定,故取載荷分布不均勻系數(shù)=1,由7表11-5選取使用系數(shù)=1.15.由于轉速不高,沖擊不大,可取動載系數(shù)v=1.05,則K=v=1.151.0511.21(式2)；使用系數(shù)；動載