純電動汽車差速器設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,電動汽車,差速器,設計,CAD,圖紙,說明書 純電動汽車差速器設計 摘 要 近年來純電動汽車成為了人們越來越關(guān)注的新動力汽，國內(nèi)外的生產(chǎn)廠家對純電動汽車的研究也投入了大量的人力和物力，差速器在汽車上有著極其重要的作用，因此它同樣是汽車設計時的重點。本文的設計是一種有壓力環(huán)的機械摩擦片式差速器，它是利用摩擦元件間的相互摩擦所產(chǎn)生的摩擦力矩來實現(xiàn)左右半軸轉(zhuǎn)矩的重新分配，從而實現(xiàn)防滑差速的目前。對于新能源純電動汽車，將其壓力環(huán)進行了改進設計，為的是將產(chǎn)生的摩擦片式摩擦力矩，會隨傳遞轉(zhuǎn)矩的增大而增大，并在壓力環(huán)上開設V型槽，與行星齒輪軸端部的菱形斜面相配合，用來實現(xiàn)對摩擦元件的壓緊，使差速器工作更加平滑穩(wěn)定，延長差速器使用壽命。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)制造以及后來的改進提供便捷。 關(guān)鍵詞 ：純電動汽車，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 設計的目的和意義 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 4 1.4.1 轉(zhuǎn)矩感應式防滑差速器 4 1.4.2 轉(zhuǎn)速感應式防滑差速器 4 1.4.3 主動控制式防滑式差速器 5 1.5 原始數(shù)據(jù) 5 2 差速器的設計要求和選型分析 6 2.1 差速器設計要求 6 2.1.1 差速器理論設計計算主要技術(shù)指標 6 2.1.2 差速器實際生產(chǎn)加工主要技術(shù)指標 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 差速器的設計計算 18 4.1 汽車變速器傳動比和主減速器傳動比 18 4.2 鎖緊系數(shù)及其計算 18 4.3 摩擦片當量摩擦半徑和預緊力矩的計算 20 4.3.1 摩擦片當量摩擦半徑的分析計算 20 4.3.2 預緊力矩 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及支承長度L 24 4.7.4 差速器齒輪的強度校核 25 4.7.5 差速器齒輪材料 26 5 結(jié)論 27 參 考 文 獻 28 致 謝 30 1 緒論 1．1 設計的目的和意義 新時期越來越多的人對汽車的使用越來越多，隨著環(huán)境的不斷惡化，動力能源不斷的減少，人們逐漸對其關(guān)注度大大提高。人們不斷的去探索新的事物來代替石油、化石能源來保護環(huán)境，因此電動汽車就此產(chǎn)生。人們不斷的對電動汽車探索和研究，以期望出現(xiàn)一款能夠適應人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟮碾妱悠?，解決目前汽車所引發(fā)的能源問題和環(huán)境問題。研究發(fā)展電動汽車有著絕對的必要性，而差速器作為汽車的一個重要部件，對其性能的改進和適用性的提升勢在必行。在汽車出現(xiàn)后不久，法國雷諾汽車公司創(chuàng)始人Louis Renault發(fā)明了汽車差速器，解決了汽車轉(zhuǎn)彎問題，自此差速器就成為了汽車的基本必需件之一。 差速器的工作原理讓其成為了汽車必要的零件，我們都知道汽車左、右兩側(cè)車輪是通過剛性軸連接的，因此任何時候轉(zhuǎn)速相同，當汽車作直線運動時，車輪速度是一樣的可以滿足要求，但當汽車轉(zhuǎn)彎是，位于外側(cè)的車輪在相同時間內(nèi)的位移要比位于內(nèi)側(cè)的車輪多，而由于是剛性軸連接，兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速一定相同，于是外側(cè)車輪要做邊滾動邊滑移的運動來追趕，內(nèi)側(cè)車輪要做邊滾動邊轉(zhuǎn)動的運動來減慢，這種運動狀態(tài)是非常危險的，極易出現(xiàn)側(cè)翻的事故。然而當我們的車安裝差速器后，當汽車做直線運動時，兩側(cè)車輪不存在轉(zhuǎn)速差，差速器是不起作用的，這與沒安裝差速器時相同，但是當汽車轉(zhuǎn)彎時，兩側(cè)車輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，由于轉(zhuǎn)矩的作用使得差速器的行星齒輪開始作自轉(zhuǎn)，于是位于內(nèi)側(cè)的車輪轉(zhuǎn)速降低，位于外側(cè)的車輪轉(zhuǎn)速提升，兩側(cè)車輪都能以純滾動的狀態(tài)過彎，提高了汽車過彎時輪胎的抓地力，使汽車轉(zhuǎn)彎是更加安全，對提高汽車行駛時的通過性、操作穩(wěn)定性和平順性有著極大地提升。也是因為這個原因，設計出更適合純電動汽車的差速器對汽車各項性能有很大的提升，是汽車設計過程中的重點。 1．2 差速器研究現(xiàn)狀 據(jù)調(diào)查，國外的汽車企業(yè)對差速器的研究已經(jīng)擁有了相當多的經(jīng)驗積累和技術(shù)突破，而且還在不斷的進行研究和改進。全球化的汽車零部件制造商伊頓集團，一直致力于對汽車性能的改進，在對發(fā)動機的進排氣控制，安全排放和牽引力控制等方面擁有相當多的進步和成果，對部分領(lǐng)域的研究水平居全球前列。而作為全球化的汽車產(chǎn)商，對差速器也有相當多的研究和技術(shù)積累，對其各個零件的加工制造更是擁有先進的工藝技術(shù)和精密的加工制造方法。 就差速器方面，伊頓集團開發(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：當一側(cè)輪子打滑時，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輪打滑出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時，利用鎖銷的慣性鎖定差速器，使差速器失去差速器功能，相當于兩個車輪通過一根剛性軸連接在一起，這樣不打滑的車輪就能接受全部的轉(zhuǎn)矩來轉(zhuǎn)動，使汽車可以擺脫打滑困境，克服各種困難路面給車輛帶來的限制（見附圖1.1）。 在牽引力測試、越野越障性能和凹凸不平路面上的行駛性能 等測試環(huán)境中，兩驅(qū)動輪車在裝有伊頓鎖式差速器后，越野性能及通過性能甚至超過了四驅(qū)動輪車輛，這足以說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，當時汽車賽事活動正在興起，而各大汽車廠家為了提升賽車在賽場上的性能表現(xiàn)，提高品牌影響，對差速器進行了大量的研究發(fā)明，主要是提升汽車的抓地能力和過彎能力。過去幾年美國國家專利局對汽車行業(yè)的專利數(shù)量進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，與差速器有關(guān)的專利數(shù)量呈逐年上升趨勢，其中防滑差速器的數(shù)量更是占大部分。 國外在汽車工業(yè)的技術(shù)起步早于國內(nèi)，因此對汽車零部件的研究比國內(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)矩變化來控制差速器工作的轉(zhuǎn)矩感應式防滑差速器，又根據(jù)轉(zhuǎn)速變化來控制差速器工作的轉(zhuǎn)速感應式防滑差速器，同時還有主動控制式防滑差速器等。除此以外，國外汽車廠家還廣泛的使用電控防滑差速器來提升汽車行駛時的動力性、操作穩(wěn)定性、通過性、安全性、平順性等。 再看我國自身的情況，近幾年來隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車差速器技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，成果產(chǎn)出持續(xù)增長。國家政策鼓勵汽車產(chǎn)業(yè)向高科技產(chǎn)業(yè)方向發(fā)展，企業(yè)新增項目逐漸增多，資金投入加大，對汽車差速器的關(guān)注也越來越密切，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大和發(fā)展，差速器的種類也越來越多，功能也越來越完善，各種新的思路創(chuàng)意如雨后春筍般層出不窮。 此前汽車上應用最廣泛的是對稱式錐齒輪差速器，包括大量的教科書上都是以該差速器為例進行的差速器結(jié)構(gòu)和工作原理講解，而實際上差速器已經(jīng)有了相當多的種類，如輪間差速器、托森差速器（見附圖1.2）、自鎖差速器等。 目前還有一種新型差速器為LMC?；ユi差速器，它能有效地提高車輛的通過性、越野型、可靠性和經(jīng)濟性，能夠使汽車在不同條件和不同情況下?lián)碛袃?yōu)良的駕駛性能。這款由中國人自主研發(fā)，完全國產(chǎn)的差速器已經(jīng)申報了美、英、俄羅斯等19個國家的專利保護。 LMC?；ユi差速器是一種純機械、非液壓、非電控的中央差速器，它是由各類型的齒輪系統(tǒng)、相配合的軸和殼體組成，同時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差速器與每個車輪都通過獨立的傳動軸和輪邊減速器相連接，這種傳動方式可以實現(xiàn)每個車輪的獨立運動。 當汽車在冰雪路面、泥濘路面和無路路面上行駛出現(xiàn)無法正常行駛的情況時，在安裝LMC差速器后，汽車仍然能夠正常行駛，而且操作穩(wěn)定，性能表現(xiàn)良好，可以彌補傳統(tǒng)汽車差速器在面臨惡劣環(huán)境時的不足，如不能高速行駛，車輪打滑，操作不穩(wěn)定，不能實現(xiàn)軸間差速，高油耗問題等缺陷。 2005年，四川大學的李建超等人在研究后橋的設計過程中對差速器的設計從理 論上作了比較完整的闡述。他們詳細敘述了差速器的類型，分析了差速器的結(jié)構(gòu)，受力以及運動情況。并且列出了差速器設計所需的計算公式，為差速器的設計提供了理論依據(jù)。 2005年，吉林大學的蔣法國等人對差速器的行星齒輪進行了彎曲強度分析，并且分析了齒根圓角變化對結(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，齒根應力逐漸變小。通過他們的分析為行星齒輪的設計提供了依據(jù)，并且他們對單齒齒根應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上改進而來的，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。汽車正常行駛時與普通差速器無異，當左、右半軸出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時，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，實現(xiàn)限滑。 摩擦片式差速器（圖1.3） 最初多用于特種車和一些機械機 器上，隨著工程師們對摩擦片式 差速器的研究，發(fā)現(xiàn)該差速器不 僅可以加強汽車在復雜路面上的 通過性，而且對汽車行駛過程的 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 器作為提高汽車性能的一項新技 術(shù)滿足了人們對汽車性能的不斷 增長的要求，因此，摩擦片式差 圖1.3 摩擦片式差速器 速器也得到了汽車廠家的認可和 重視，越來越多的越野車、高檔轎車以及大型貨車，開始把摩擦片式差速器作為選裝件，例如Porsche 911 GT3 型跑車、BMW M3跑車等均采用機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 目前，國內(nèi)外的差速器類型多樣，分動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)矩感應式、轉(zhuǎn)速感應式和主動控制式三種。 1.4.1 轉(zhuǎn)矩感應式防滑差速器 該差速器利用傳遞至差速器的轉(zhuǎn)矩變化來實現(xiàn)防滑差動的目的，根據(jù)差速器實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩變化感應的結(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)生差動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)差速分動的效果。它也分為轉(zhuǎn)矩比例式、預壓式和轉(zhuǎn)矩比例式與預壓式共同作用三種不同的形式。 1.4.2 轉(zhuǎn)速感應式防滑差速器 這種差速器是通過感應轉(zhuǎn)速差的變化來進行差速分動和防滑轉(zhuǎn)矩相應變化，轉(zhuǎn)速差的越大，產(chǎn)生的限滑轉(zhuǎn)矩越大。這類型的差速器中被各大汽車廠家廣泛應用的是配有粘性裝置的防滑差速器，在汽車行駛過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差產(chǎn)生的情況，就可以通過調(diào)整硅油的填充率、粘度和摩擦片的直徑、件數(shù)等多種設計參數(shù)，產(chǎn)生適應各類情況的防滑效果。這種防滑差速器工作平滑穩(wěn)定，能十分有效地提高汽車的動力性，操作穩(wěn)定性，平順性和通過性，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)動的汽車車上，也可以安裝在前輪驅(qū)動的汽車上，安裝快捷方便，適用性強。 1.4.3 主動控制式防滑式差速器 前面兩種都是純機械式的防滑差速器，而主動控制式差速器則是一種電控差速器，它是利用電子裝置來控制控制差動轉(zhuǎn)矩的大小，可以傳遞合適的轉(zhuǎn)矩到驅(qū)動輪，使車輪獲得最合適的驅(qū)動附著效果。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，同時相配合的在差速器外罩殼上設計了特有的油壓活塞。該差速器采用傳感器進行轉(zhuǎn)速監(jiān)控，同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)給ECU進行處理分析，進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而改變壓緊力，所以差速器能夠輸出合適的差動轉(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，這類差速器還是憑借其優(yōu)秀的性能表現(xiàn)，得到了國外的汽車廠家的青睞，被廣泛應用。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) 汽車總質(zhì)量 1880 kg 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩 72 N·m/3000 rpm 后橋滿載軸荷 1003 kg 發(fā)動機最大功率 33.5 kw/4000 rpm 輪胎 P195/50R15 最高車速 120 km/h 2 差速器的設計要求和選型分析 2.1 差速器設計要求 2.1.1 差速器理論設計計算主要技術(shù)指標 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（從主減速器從動錐齒輪傳遞到差速器殼上的轉(zhuǎn)矩）進行變化的，其中主要參數(shù)包括： 預緊力矩：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 差速器實際生產(chǎn)加工主要技術(shù)指標 除了在設計過程中需要考慮的要素外，實際生產(chǎn)過程中還要考慮到以下幾點： （1）使用強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度要求和使用壽命要求。首先是在差速器結(jié)構(gòu)設計上滿足使用性能要求和強度要求，其次是從材料的選擇、工藝流程的設計以及加工和熱處理上滿足強度要求和壽命要求。這一要點的解決方法有很多，例如在材料選擇前先計算出差速器使用過程中承受的各種應力，計算其彎曲應力強度和接觸應力強度等，根據(jù)材料的許用應力來進行材料初選，其次則是根據(jù)材料的特性分析工藝可行性，然后來進行使用壽命的校核，來得到符合要求的差速器。 在差速器生產(chǎn)出來后，還必須進行裝配測試和安裝測試。一個差速器內(nèi)部是由許多零件相互配合裝配起來的，因此在差速器各零件生產(chǎn)完畢后，需要進行裝配測試，來測試測試各零件能夠正確的配合起來，安裝在正確的位置，并且安裝過程簡便合理，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，畢竟差速器的銷售是一個差速器整體而非一堆零件。 安裝測試就是檢測該差速器是否能夠和驅(qū)動橋配合安裝，安裝過程是否簡單、方便、可靠。這在差速器造型設計時就要有所考慮，不可能設計出一款差速器，結(jié)果在安裝時需要花費大把的時間和精力，甚至于還需要單獨的安裝工具等，這是不科學，不合理的。一款差速器設計出來后必須是非常便于裝卸的，在裝卸緊固螺栓時也要留有操作空間，便于操作，其次是與其他部件的安裝配合，如半軸，主減速器從動齒輪等。 （2）生產(chǎn)成本和實現(xiàn)量產(chǎn) 在設計汽車差速器產(chǎn)品時，在進行結(jié)構(gòu)、功能可行性分析后，就要對能否量產(chǎn)進行試驗分析，結(jié)合生產(chǎn)中心的設備條件，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)計劃，通過對結(jié)構(gòu)的合理選型，來提高產(chǎn)品的成品效率，縮短生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。 同時，差速器的結(jié)構(gòu)設計應趨于標準化和通用化，力爭涵蓋各類型的純電動汽車。結(jié)合生產(chǎn)實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計要求和實際生產(chǎn)要求的差速器有很多，對于在不同情況下的用車環(huán)境，汽車所選裝的差速器也有所不同。對于城市用車，由于路面良好，汽車各個車輪與路面接觸良好，附著抓地情況良好，因此大多數(shù)汽車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)簡單，制造方便，是一種非常簡單實用的差速器。對于路面狀態(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)境下工作的汽車經(jīng)常會遇到一側(cè)車輪卡陷或者打滑的情況，因此對汽車的防滑性能有極高的要求，這些汽車往往都會選裝汽車專用的防滑差速器[10]。 防滑差速器根據(jù)其限滑鎖止的原理不同，可分為強制鎖止式和自鎖式，前面提到的伊頓集團的鎖式差速器就是自鎖式差速器。強制鎖止式差速器是在普通的圓錐行星齒輪差速器的基礎上增加差速鎖裝置，可將差速器完全鎖住，這是兩側(cè)車輪可以獲得由附著力決定的全部轉(zhuǎn)矩。但當汽車由不良路面駛?cè)肼窙r良好的路面時，此種差速器的鎖止機構(gòu)無法及時松開，這樣就造成如輪胎磨損加快、轉(zhuǎn)彎困難、零件過載等問題，相當于汽車此時沒有安裝差速器。正是因為這種弊端，使該種差速器并沒有得到廣泛的應用。為了彌補上述強制鎖止式差速器的不足，自鎖式差速器應運而生。 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，使必要時差速器鎖止差速。它的實現(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)車輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時各種力的變化來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程平滑、穩(wěn)定，對零件的損傷極小，可大大的延長零件的使用壽命，同時對汽車行駛過程中的操作穩(wěn)定性和通過性都有顯著的提升。 2.3 差速器的確定 根據(jù)前面的要和分析，本次差速器設計初步擬定采用機械摩擦片式差速器作為模型基礎。機械摩擦片式差速器是通過摩擦片之間相對滑轉(zhuǎn)時產(chǎn)生摩擦力矩來使差速器鎖止，從而實現(xiàn)防滑差動的目的。 這種差速器根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為無壓力環(huán)式和有壓力環(huán)式。其中無壓力環(huán)式的基本結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。 圖 2.1 機械摩擦片式差速器（無壓力環(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—預緊彈簧 9—行星齒輪軸 這種機械摩擦片式差速器（無壓力環(huán)式）是在普通行星齒輪差速器的基礎上改進而來的，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）；二是在主動摩擦元件外緣上設有外凸耳，與差速器殼上的槽相配合，使兩者可以同步轉(zhuǎn)動；三是在從動摩擦元件內(nèi)緣上設有內(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。 此外，還加裝了預緊彈簧，用于對組裝時差速器內(nèi)摩擦片間的預緊。在差速器工作過程中，由于預緊彈簧存在彈性變形，產(chǎn)生一個預緊力將主、從動摩擦元件壓緊，當車輪打滑時，左、右半軸間存在較大的轉(zhuǎn)速差，與其相配合的主、從動摩擦元件間也將出現(xiàn)相對滑動，同時由此產(chǎn)生摩擦力矩，這個摩擦力矩將限制轉(zhuǎn)速較高的車輪轉(zhuǎn)動，同時將輔助轉(zhuǎn)速較低的車輪加速轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)防滑的目的。 可以說該差速器的差速分動和限滑性能是完全由這個預緊彈簧控制的，但是這個預緊彈簧同時也是該差速器的一大缺點，因為預緊彈簧的彈性形變在差速器裝配時就已經(jīng)固定了，由此而產(chǎn)生的預緊力也是固定的，最終導致摩擦元件產(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。 為了彌補上述機械摩擦片式差速器（無壓力環(huán)式）所存在的不足，研發(fā)人員在它的基礎上進行了改進和優(yōu)化，創(chuàng)造了更靈活、適應性更好、性能更加穩(wěn)定的機械摩擦片式差速器（有壓力環(huán)式），該差速器是在原有基礎上增加了一對壓力環(huán)，同時相配合的在行星齒輪軸端部設計成菱形，其基本結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。 a b 圖 2.2 機械摩擦片式差速器（有壓力環(huán)式） 1—從動錐齒輪 2—主動錐齒輪 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) 在汽車選裝有壓力環(huán)的機械摩擦片式差速器后，當汽車在良好路面上直線行駛時，由主減速器傳遞到差速器殼的轉(zhuǎn)矩在兩個半軸上進行平均分配，兩側(cè)驅(qū)動力相等。該轉(zhuǎn)矩通過兩條途徑傳遞給左、右半軸，第一個途徑是通過行星齒輪軸帶動半軸齒輪旋轉(zhuǎn)，此時行星齒輪自身并沒有旋轉(zhuǎn)，只是和行星齒輪軸一同進行公轉(zhuǎn)，這和普通的行星齒輪差速器工作原理相同；第二個途徑則是利用了行星齒輪軸和差速器殼上一個巧妙的結(jié)構(gòu)，行星齒輪軸的端部設計為菱形的，而同時在差速器殼上設計有V型楔面，在裝配時這兩者是相互配合的，而此時在驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用下，行星齒輪軸端部棱面將沿斜面左右移動，迫使行星齒輪左右移動，從而通過臺肩壓向壓力環(huán)，對摩擦片施加一個壓力，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，進而作用到兩側(cè)車輪。 圖 2.3 機械摩擦片式差速器的轉(zhuǎn)矩傳遞 當汽車的在路面附著系數(shù)變化差距較大的路面（如雙附著系數(shù)路面）上行駛時，根據(jù)附著系數(shù)的變化，汽車的運動狀態(tài)也會隨之發(fā)生變化（圖2.3）。如果地面的附著系數(shù)較大，那么車輪獲得的驅(qū)動力就會大于附著力，那么汽車可以正常行駛；如果地面的附著系數(shù)較小，車輪不能獲得足夠抓地力，那么該車輪就會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，此時，可以很明顯的觀察到打滑車輪在原地高速旋轉(zhuǎn)，而不打滑車輪卻一動不動，，整體汽車也無法繼續(xù)行駛，此時如果觀察差速器內(nèi)部運動狀態(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。 假設汽車右輪出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，對差速器內(nèi)部轉(zhuǎn)矩和力矩的變化進行分析。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摩擦片和與壓力環(huán)相連的從動摩擦片之間，必定生成摩擦力矩。該摩擦力矩方向與快轉(zhuǎn)車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，而與慢轉(zhuǎn)車輪旋轉(zhuǎn)方向相同，傳遞至慢轉(zhuǎn)車輪的力矩將大于快轉(zhuǎn)車輪的力矩，快轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)速得到降低，慢轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)速得到提高，從而實現(xiàn)防滑的功能。 綜合考慮以上差速器的工作特點、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)的機械摩擦片式差速器作為安普純電動汽車差速器的結(jié)構(gòu)型式。這款差速器具有以下優(yōu)點： （1）利用摩擦元件相對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生摩擦力矩，控制轉(zhuǎn)矩的傳遞，實現(xiàn)左右半軸轉(zhuǎn)矩的可控，產(chǎn)生驅(qū)動防滑效果，作用過程平穩(wěn)，反應迅速； （2）差速器通過壓力環(huán)實現(xiàn)摩擦轉(zhuǎn)矩的變化，可根據(jù)轉(zhuǎn)矩的變化進行調(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，適合純電動汽車的布置； （4）組成部件數(shù)量較少，生產(chǎn)難度相對較小，可降低生產(chǎn)成本； （5）純機械結(jié)構(gòu)，工作過程不需要額外消耗電能，減小了蓄電池的能量損耗，延長了電動汽車的續(xù)駛里程。 3 差速器主要零部件分析 下圖為本次設計的機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)的機械摩擦片式差速器差速器改進而來的，它的外形結(jié)構(gòu)基本不變，但在細節(jié)方面則有所不同。接下將針對該差速器的主要零部件進行分析。 圖 3.1 機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)這一零件是對更早出現(xiàn)的無壓力環(huán)式的機械摩擦片式差速器的改進，解決了無壓力環(huán)時摩擦片式差速器的摩擦轉(zhuǎn)矩大小固定不變的問題，使得汽車能夠更加平穩(wěn)的實現(xiàn)在雙附著系數(shù)路面上的行駛，適應性和通過性大大增強。 在本次設計中，我針對壓力環(huán)這一零件進行了部分改進（圖3.2），其主要結(jié)構(gòu)改進為： （1） 將與行星齒輪軸相配合的圓形槽改進為V型槽。 在汽車直線行駛時，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，此時行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)運動，而當出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時，行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，而自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓周力將對行星齒輪軸作用一個轉(zhuǎn)矩，這導致與壓力環(huán)相配合的行星齒輪軸的菱形軸端將有一個轉(zhuǎn)動的趨勢，這個轉(zhuǎn)動趨勢作用在壓力環(huán)上就的效果就是對壓力環(huán)作用一個推力，推動壓力環(huán)壓緊摩擦片組，從而增大主、從動摩擦片間摩擦產(chǎn)生的摩擦力矩，，這個摩擦力矩作用在半軸上就使得轉(zhuǎn)速較快的車輪轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)速較慢的車輪轉(zhuǎn)速提高，實現(xiàn)防滑功能，提升防滑性能。 （壓力環(huán)見附圖3.2） （2）添加與差速器外殼內(nèi)鍵槽相互配合的凸耳。 這個改進主要有三個作用，一是能夠方便差速器裝配時壓力環(huán)的定位，簡化操作；二是能夠傳遞由主減速器傳遞至差速器殼的動力；三是限制壓力環(huán)的轉(zhuǎn)動，使壓力環(huán)只可以徑向運動，從而對摩擦片組提供一定的壓緊力。 （3）增設油孔。 在壓力環(huán)靠底部的周邊增設油孔，方便潤滑油的注入，使行星齒輪軸、行星齒輪和半軸齒輪能得到充分的潤滑，可以減小磨損，延長差速器的使用壽命。 3.2 摩擦元件 本差速器選用的摩擦元件為摩擦片組，由主動摩擦盤和從動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主動摩擦盤和兩個從動摩擦片（圖3.3），它具有以下的結(jié)構(gòu)特點： （1） 在主動摩擦盤上設有和差速器殼內(nèi)壁的鍵槽相配合的外凸耳，在從動摩擦片上設有和半軸齒輪軸端外圓上的鍵槽相配合的內(nèi)凸耳。主要有三個作用： ①能夠方便摩擦片組的定位，使摩擦片組只能進行徑向移動； ②能夠傳遞動力； ③在汽車作直線運動時，差速器殼與半軸轉(zhuǎn)速相同，因此隨差速器殼轉(zhuǎn)動的主動摩擦盤和隨半軸轉(zhuǎn)動的從動摩擦片也擁有相同轉(zhuǎn)速，此時兩者間并不會產(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)和時間，延長了差速器的工作壽命。 (a)主動摩擦盤 (b)從動摩擦片 圖 3.3 摩擦元件 （2）在主動摩擦盤上刻有呈偏心輻射狀的凹槽，在從動摩擦片上刻有呈偏心環(huán)狀的凹槽，這些凹槽主要有三個作用： ①能夠容納碎屑，減輕碎屑在摩擦片組相互摩擦時對摩擦片的磨損，延長摩擦片的使用壽命； 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)，同時還可以使兩種刻線凹槽不會互相嵌入，主動摩擦盤和從動摩擦片不會卡住，損壞摩擦片組； ③主動摩擦盤兩側(cè)的刻線凹槽的偏心方向是相反的，同樣從動摩擦片兩側(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薄，降低摩擦片強度和使用壽命。 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來的轉(zhuǎn)矩傳遞到行星齒輪，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的分配，實現(xiàn)差速器差速分動的功能，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（行星齒輪軸見附圖3.4）。 本次設計將行星齒輪軸的端部改進為菱形，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)汽車的承載情況來決定的，一般來說，乘用車的承載質(zhì)量較小，只需要兩個行星齒輪就可以滿足要求，而商用車的承載質(zhì)量較大，則需要四個行星齒輪才能滿足強度要求。本次差速器設計所適用的車型為安普純電動汽車，是一款乗用車，于是選擇兩個行星齒輪。 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計有和從動摩 擦片內(nèi)凸耳相配合的鍵槽（圖3.5），保證 半軸齒輪和從動摩擦片的同步轉(zhuǎn)動，同時方 便裝配時的定位。 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載的特殊彈簧，碟形彈簧在承受負載后會發(fā)生彈性形變，存儲彈性勢能（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，一是剛度大，緩沖吸震能力強，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，本次設計選擇蝶形彈簧作為差速器的預緊彈簧。相比較其他彈性元件，碟形彈簧行程短、負載重，安裝空間要求小，維修更換容易，更加的經(jīng)濟、安全，使用壽命更長。 在本次設計中，為方便碟形彈簧安裝和定位，同時限制其轉(zhuǎn)動，在碟形彈簧外圈增設與差速器殼相配合的外凸耳（圖3.6b）。 （a）結(jié)構(gòu)簡圖 (b）改進的碟形彈簧 圖3.6 蝴蝶彈簧 選用彈性元件，都需要對彈性元件的強度進行校核，以確定彈性元件是否滿足設計和實際使用要求。通常在碟形彈簧正常工作時，不需要校核碟形彈簧的強度。如認為有必要，僅需計算變形中性點上方的切向應力σOM，而碟性彈簧彈性變形力 F0的計算公式為： （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，當內(nèi)徑 d、外徑 D 和厚度δ一定時，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，分析得出高厚比對碟形彈簧性能的影響： ①時，性能曲線近似呈線性變化； ②時，性能曲線呈非線性變化，剛度隨變形量增加而減??； ③時，性能曲線有一極大值和一極小值； ④時，性能曲線出現(xiàn)更寬的負剛度區(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)錐高是碟形彈簧設計的重點。 3.6 差速器殼 本次設計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)壁上設有與碟形彈簧、主動摩擦盤、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，實現(xiàn)各零件和殼體同步轉(zhuǎn)動的目的。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行一定的偏轉(zhuǎn)，使其可以對壓力環(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了注油孔，方便潤滑油的注入，使內(nèi)部可以得到潤滑油的保護，減少零件的磨損，延長差速器的使用壽命（差速器殼體見附圖3.8）。 4 差速器的設計計算 4.1 汽車變速器傳動比和主減速器傳動比 本次設計的純電動汽車主減速器減速比I0=6.3，變速器最高檔傳動比可由下式確定： （4-1） 式中， r——車輪的滾動半徑，由輪胎的規(guī)格可知，r=0.3 m； n——發(fā)動機最大功率轉(zhuǎn)速，n=4000 rpm； v——汽車最高車速，v=120 km/h； 代入各參數(shù)可得，變速器最高檔傳動比: igh=0.6 本次安普純電動汽車變速器只有兩檔，可以確定變速器I檔傳動比iI=3.0 。 4.2 鎖緊系數(shù)及其計算 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)的計算。先取行星齒輪軸與壓力環(huán)相接觸的部分進行受力分析，見圖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)當量作用半徑，m； 產(chǎn)生的軸向力為： （4-3） 式中： ——行星齒輪軸對壓力環(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； 當左右半軸以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動（也即發(fā)生差速時），慢轉(zhuǎn)側(cè)和快轉(zhuǎn)側(cè)的驅(qū)動力矩分別為： （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)的機械摩擦片式差速器鎖緊系數(shù)的計算公式，同時此式也表明了機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)作用當量半徑成反比。需要注意一點的是關(guān)于摩擦系數(shù)的問題，在潤滑狀態(tài)下鋼對鋼的摩擦系數(shù)是與潤滑狀態(tài)有著密切的關(guān)系，波動幅度較大，設計時摩擦系數(shù)取上限0.15。 4.3 摩擦片當量摩擦半徑和預緊力矩的計算 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，因為如果差速器的鎖緊系數(shù)太大將使差速器效率太低，導致摩擦損失加大會出現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向困難。 4.3.1 摩擦片當量摩擦半徑的分析計算 1.差速器殼體計算轉(zhuǎn)矩的確定 為按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和傳動系一檔傳動比計算的差速器殼體最大作用轉(zhuǎn)矩 （4-11） ：發(fā)動機輸出最大轉(zhuǎn)矩 ：減速器一檔傳動比 2.單側(cè)摩擦力矩的確定 根據(jù)鎖緊系數(shù)公式：，得 又因為總內(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)查機械設計手冊和汽車設計手冊式以及經(jīng)驗判斷上式各參數(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 即摩擦組件平均當量摩擦半徑為78.3 mm。 4.3.2 預緊力矩 預緊力矩的作用是在汽車一側(cè)驅(qū)動輪失去驅(qū)動力后，而保證另一側(cè)在良好路面上的驅(qū)動輪能夠發(fā)出足夠的驅(qū)動力保證汽車最低限度的行駛，也是產(chǎn)生摩擦組件的預緊力即有： （4-13） 式中， ——摩擦片式差速器預緊力矩；N·m； ——汽車總重量，G=18800 N； ——道路滾動阻力系數(shù)，=0.01； ——輪胎滾動半徑，=0.3 m； 代入整車參數(shù)，有： 可見，摩擦片式差速器的預緊力矩取大于56.4 N.m 即可產(chǎn)生所需內(nèi)摩擦力矩的要求。所以預緊力矩取。 4.4 確定摩擦元件結(jié)構(gòu)參數(shù) 當量摩擦半徑的計算公式為： （4-14） 式中： D—摩擦元件外徑，即摩擦盤外徑， m； d—摩擦元件內(nèi)徑，即摩擦片內(nèi)徑， m； 因此當摩擦元件當量半徑 ，可采用式計算。 設計摩擦元件過程中所需遵循的原則為： 1.讓摩擦盤的外徑略小于摩擦片外徑，而摩擦盤的內(nèi)徑略大于摩擦片的內(nèi)徑，這樣做來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數(shù)，保證摩擦盤的外凸耳和摩擦片的內(nèi)凸耳有足夠的剪切強度和彎曲強度。 根據(jù)預定的鎖緊系數(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)作用當量半徑 1.由行星齒輪軸工作面擠壓應力和產(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確定的。而所需要的彈性變形力的大小取決于所需的預緊力矩 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度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)Z1應取少些，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)。 為使兩個或四個行星齒輪能同時與兩個半軸齒輪嚙合，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。某些重型貨車和礦用車采用壓力角，以提高齒輪強度。故本車所采用的壓力角為，齒高系數(shù)為0.8。 4.7.3 行星齒輪軸直徑d及支承長度L 行星齒輪軸直徑d(mm)可由下式得到： （4-16） 式中， 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩； 行星齒輪數(shù)n=2； 行星齒輪支承面中點到錐頂?shù)木嚯x； 支承面需用擠壓應力； 帶入上式得： 經(jīng)計算，解得 行星齒輪在軸上的支承長度L為： 所以，L大約為25 mm。 4.7.4 差速器齒輪的強度校核 差速器齒輪強度計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)常處于嚙合傳動狀態(tài)，只有當汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動。因此，對于差速器齒輪主要應進行彎曲強度計算。輪齒彎曲應力(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為半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩； 、、按主減速器齒輪強度計算的有關(guān)數(shù)值選取。查機械設計手冊分別為；；； 當時，。 經(jīng)代入以上數(shù)據(jù)： 所以設計符合要求 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用。本設計采用第一種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 在本次設計中，我針對“純電動汽車差速器設計”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計也是純電動汽車設計中的重要環(huán)節(jié)，是否具有研究價值這一結(jié)論。其次，我查閱文獻，分析相關(guān)資料，了解了差速器的研究現(xiàn)狀，同時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，針對“純電動汽車”這一車型，最終選定有壓力環(huán)的機械摩擦片式差速器差速器為本次差速器設計的基礎模型。接下來就是針對該差速器部分零部件進行的改進設計： 1） 將壓力環(huán)與行星齒輪軸相配合的楔口由圓形改進為V型，同時在壓力環(huán)底部端面設計有和差速器殼內(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計為菱形，與差速器殼內(nèi)壁鍵槽相配合的軸部設計為凸耳裝，方便配合裝配； 3） 在主動摩擦盤外圓周上設計有外凸耳，與差速器殼內(nèi)壁鍵槽相配合的，同時在摩擦盤表面設計有呈偏心狀的放射性刻線，兩面刻線不同偏向； 4） 在從動摩擦片內(nèi)圓周上設計有內(nèi)凸耳，與半軸齒輪軸端增設的鍵槽相配合，同時在摩擦片表面設計有呈偏心狀的環(huán)形