目 录
摘 要.............................................................................I
Abstract..........................................................................II
第1章 绪论 1
1.1课题研究现状 1
1.2 课题目的和意义 2
1.3 背景技术 2
1.4主要设计内容..................................................... 3
第2章 轴向滑块凸轮式差速器的设计 4
2.1 差速器的分类和原理 .4
2.1.1 差速器的分类 4
2.1.2 轴向滑块凸轮式差速器的组成 5
2.1.3轴向滑块凸轮式差速器的结构特点 5
2.2差速器车型参数确定 7
2.3差速轮的基本参数.........................................................7
2.4滑块的基本参数 9
2.5强度计算 9
2.6蝶形弹簧的选择 11
2.7材料的选择 ..... 11
2.8本章小结 11
第3章 轴向滑块凸轮式差速器的建模与装配 12
3.1差速轮的建模 12
3.2滑块的建模 13
3.3差速器壳与差速器盖的建模 14
3.4其他元件的建模 15
3.5差速器的装配及分解 16
3.6检测装配干涉 16
3.7本章小结 18
第4章 轴向滑块凸轮式差速器壳体的有限元分析 19
4.1有限元概述 19
4.2有限元的基本思想及步骤 20
4.3壳体有限元法的分析过程 21
4.4壳体有限元的加载与求解 22
4.5转矩分配关系及锁紧系数的建立 26
4.6本章小结 27
第5章 运动仿真 28
5.1 软件概述 28
5.2 轴向滑块凸轮式差速器的运动仿真 29
5.3 本章小结 32
结论 33
参考文献 34
致谢 35
附录 36
第1章 绪 论
1.1课题研究现状
汽车行驶运动学的要求和实际的车轮、道路以及它们之间的相互关系表明：汽车在行驶过程中左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的。例如，转弯时外侧车轮的行程总要比内侧的长。另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮，则会由于左右驱动车轮的转速虽相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。这不仅会使轮胎过早磨损、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移，易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮间都装有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学要求。
近几年来，随着国民经济的迅速发展和西部大开发战略的实施，各种越野车及工程车辆的拥有量越来越大。普通锥齿轮差速器的转矩分配特性是车辆在较差路况道路上的动力性、通过性变差，同时还极易发生侧滑和激动现象。为了解决这一问题，国外越野汽车普遍采用可靠性能差速器，显著提高了车辆的越野通过性。国内车辆所配备的防滑自锁式差速器包括高摩擦式、自由轮式和变传动比式等。高摩擦式有带摩擦元件的圆锥齿轮式、滑块-凸轮式和涡轮式等。滑块-凸轮式差速器具有缩紧系数大，径向尺寸小，结构简单，性能稳定等优点。
2004年3月，我国首先将轴向滑块式差速器应用于ATV沙滩摩托车上。该差速器式是一种适应现代车辆发展潮流的新型差速器，尚处于实验研究阶段。传统差速器采用所目标目优化方法，建立目标函数、设计变量和约束条件。目前，轴向滑块凸轮式差速器通过Solidworks进行设计和仿真分析的较多，利用Pro/E进行三维建模，Ansys进行应力分析还很少。
1.2 课题目的和意义
差速器是当今各种动力车辆上普遍采用的一种传动装置，其主要功能是在车辆直线行驶时把主减速器传来的动力平均分配给两侧驱动轮，车辆转弯时使两侧驱动轮以不同的转速转动，依次来保证两侧驱动轮做纯滚动。若没有差速器，车辆在转弯时其运动相当于平移和自转合成运动，即外侧车轮边滚动边滑移，内侧车轮边滚动边滑转。这样一来，将造成车轮的严重磨损，如果车辆转弯过急甚至有可能造成车辆的侧翻或甩尾。为此，在车辆转弯时就必须要求两侧驱动轮以不同的转速转动，这就要求两侧车轮之间不能刚性连接，而且要装有差速装置。
目前，国内车辆所配备的防滑自锁式差速器包括高摩擦式、自由轮式和变传动比式等，高摩擦式有带摩擦元件的圆锥齿轮式、滑块凸轮式和涡轮式等。在普通锥齿轮差速器基础上改进的带摩擦元件的园锥齿轮差速器虽然结构简单，摩擦系数较高，但其体积大，影响车辆的越野性能。为了提高车辆通过性，又出现了滑块凸轮式差速器，这种差速器的转矩比可达到2.3~3.0，有较高的转向操纵灵活性，但其结构比较复杂，精度、技术要求高，制造困难、成本很高。自由轮式差速器可分为滚柱式和牙嵌式，滚柱式只用于传递载荷不大的场合。牙嵌式改进后有良好使用性，其锁紧系数可为无限大，使汽车的通过性有了很大提高，但其左右轮传递转矩式时断时续，导致传动装置内载荷不均匀。
因此，各种越野车辆迫切需要一种体积小、防滑能力强、性能稳定的新型差速器。轴向滑块凸轮式差速器具有锁紧系数大，径向尺寸小，结构简单，性能稳定等优点，在各种越野车中得到广泛应用。应用Pro/E软件建立了轴向滑块凸轮式差速器主要零件的实体模型，并完成虚拟装配。然后利用Ansys对该差速器进行了有限元分析，为差速器的设计与研究提供了一种方法，可缩短差速器的研发周期，降低产品的研发成本，并为以后进一步的结构优化设计、制造及运动分析奠定了基础。
1.3 背景技术
现有的滑块凸轮式差速器具有较高的摩擦力矩，适应于经常在坏路面行驶的各种越野车辆，主要由差速器壳（兼主传动套）、内外凸轮和滑块等组成，其中内外凸轮采用花键分别与左右半轴连接，而滑块可以在内外凸轮之间沿主传动套的槽孔径向滑动，因此又称之为径向滑块凸轮式差速器。
当汽车直线行驶时，主传动套通过滑块带动内外凸轮一起转动，此时两侧驱动轮转速相同；汽车转弯时，由于两侧驱动轮转速不同，滑块一方面随主传动套旋转，并带动内外凸轮转动，同时还在内外凸轮之间沿槽孔径向滑动，保证两侧车轮在不脱离传动的情况下实现差速。由于滑块与内外凸轮间的摩擦力矩较大，使慢转的驱动轮上得到比快转驱动轮更大的力矩。
滑块凸轮式差速器的锁紧系数K与凸轮表面的摩擦系数及倾角有关，一般为0.5~0.7，转矩比可达3~6。并且由于体积较小，因此可在很大程度上提高车辆的通过性。但是，该差速器的滑块需在主传动套的径向槽孔内滑动，因此其径向尺寸不可能小。另外，该差速器还存在结构复杂、主传动套工艺性差等问题。
近几年来，随着国民经济的迅猛发展和西部大开发战略的实施，各种越野车及工程车辆的拥有量越来越大。但是，通过上述分析得知，目前所采用的各种高摩擦抗滑差速器，均存在不同程度的体积大（指径向尺寸）、结构复杂等问题。而越野车辆往往都要求具有较高的通过性，这就要求尽最大可能减小差速器的径向尺寸。因此，各汽生产厂迫切需要一种锁紧系数大、径向尺寸小、结构简单、性能稳定的差速器。
1.4 主要设计内容
本课题的设计主要内容分以下几点：
1、确定差速器的整体结构，计算差速器各零部件尺寸及对参数进行选择，校核差速轮与滑块的挤压应力；
2、利用Pro/E软件对差速器建模并完成装配，在装配的每一步都要进行干涉检查，确保零件间配合正确；
3、由于差速器工作时产生较大的轴向力，要求差速器壳体的强度足够大，因此利用Ansys软件对差速器壳体进行有限元分析；
4、利用Adams软件对差速器进行等速仿真，通过Solidworks、Clipmate、Moviemaker软件共同进行差速器的差速仿真过程。
第2章 轴向滑块凸轮式差速器的设计
轴向滑块凸轮式差速器是一种新型的防滑差速器。本章首先对差速器的分类、结构特点和工作原理进行阐述，然后是计算和选择轴向滑块凸轮式差速器各零件的基本参数，并对其材料进行选择。
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