轴向滑块凸轮式差速器的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 摘 要 .第 1 章 绪论 . 1 题研究现状 . 1 题目的和意义 . 2 景技术 . 2 要设计内容 . 3 第 2 章 轴向滑块凸轮式差速器的设计 . 4 速器的分类和原理 . 差速器的分类 . 4 向滑块凸轮式差 速器的组成 . 5 向滑块凸轮式差速器的结构特点 . 5 速器车型参数确定 . 7 速轮的基本参数 .块的基本参数 . 9 度计算 . 9 形弹簧的选择 . 11 料的选择 . . 11 章小结 . 11 第 3 章 轴向滑块凸轮式差速器的建模与装配 . 12 速轮的建模 . 12 块的建模 . 13 速器壳与差速器盖的建模 . 14 他元件的建模 . 15 速器的装配及分解 . 错误 !未定义书签。 测装配干涉 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 章 轴向滑块凸轮式差速器壳体的有限元分析 . 错误 !未定义书签。 限元概述 . 错误 !未定义书签。 限元的基本思想及步骤 . 错误 !未定义书签。 体有限元法的分析过程 . 错误 !未定义书签。 体有限元的加载与求解 . 错误 !未定义书签。 矩分配关系及锁紧系数的建立 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 运动仿真 . 错误 !未定义书签。 件概述 . 错误 !未定义书签。 向滑块凸轮式差速器的运动仿真 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1章 绪 论 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 块 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 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 行设计和仿真分析的较多，利用 进行三维建模， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 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 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 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 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。 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，并买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 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，矩比 达 36。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。 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 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 件对差速器壳体进行有限元分析； 4、 利用 件对差速器进行等速仿真，通过 件共同进行差 速器的差速仿真过程。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 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。 速器的分类和原理 速器的分类 差速器的结构型式有多种。大多数汽车都属于公路运输车辆，对于在公路上和市区行驶的汽车来说，由于路面较好，各驱动车轮与路面的附着系数变化很小，因此几乎都采用了结构简单、工作平稳、制造方 便、用于公路汽车也很可靠的普通对称式圆锥行星齿轮差速器，作为安装在左、右驱动轮间的所谓轮间差速器使用；对于经常行驶在泥泞、松软土路或无路地区的越野汽车来说，为了防止因某一侧驱动车轮滑转而陷车，则可采用防滑差速器。后者又分为强制锁止式和自锁式两类。自锁式差速器又有多种结构型式的高摩擦式和自由轮式的以及变传动比式的 2。 1、 对称式圆锥行星齿轮差速器 普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳， 2 个半轴齿轮， 4 个行星齿轮 (少数汽车采用 3 个行星齿轮，小型、微型汽车多采用 2 个行星齿轮 )，行星齿 轮轴 (不少装 4 个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构 )，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置 差速锁等。 由于差速器壳是装在主减速器从动齿轮上，故在确定主减速器从动齿轮尺寸时，应考虑差速器的安装。差速器壳的轮廓尺寸也受到从动齿轮及主动齿轮导向轴承支座的 限制。 2、 强制锁止式防滑差速器 充分利用牵引力的最简单的一种方法是在普通的圆锥齿轮差速器上加装差速锁，必要时将差速器锁住。此时左、右驱动车轮可以传递由附着力决定的全部转矩。 当汽车驶入较好的路面时，差速器的锁止机构应即时松开，否则将产生与无差速买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 器时一样的问题，例如使转弯困难、轮胎加速磨损、使传动系零件过载和消耗过多的功率等。由于上述种种原因，强制锁住差速器的方法未得到广泛应用。 3、 自锁式差速器 为了充分利用汽车的牵引力，保证转矩在驱动车轮间的不等分配以提高抗滑能力，并避 免上述强制锁止式差速器的缺点，创造了各种类型的自锁式差速器。 用以评价自锁式差速器性能的主要参数，是它的锁紧系数。为了提高汽车的通过性，似乎是锁紧系数愈大愈好，但是过大的锁紧系数如前所述，不但对汽车转向操纵的轻便灵活性、行驶的稳定性、传动系的载荷、轮胎磨损和燃料消耗等，有不同程度的不良影响，而且无助于进一步提高驱动车轮抗滑能力。因此设计高通过性汽车差速器时，应正确选择锁紧系数值。 一般越野汽车的低压轮胎与地面的附着系数的最大值为 于燥的柏油或混凝工路面上 )，而最小值为 开始溶化的冰上 )。可见相差悬殊的附着系数的最大比值为 8。因此，为了充分利用汽车牵引力，差速器的锁紧系数 K 实际上选定为8 就已足够。而汽车在不好的道路和无路地区行驶的实践表明，各驱动车轮与地面附着系数不同数值之比，一般不超过 34。因此选取 K 34 是合适的，在这种情况下汽车的通过性可以得到显著的提高，而其转向操纵等使用性能实际上并不变坏。 自锁式差速器有滑块 轮式、自由轮式等多种形 式。 向滑块凸轮式差速器的组成 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，各国越野 车及工程车辆的拥有量越来越大。但是，通过分析可知，目前所有的各种高摩擦防滑差速器，均在不同程度的体积大、结构复杂等问题。而越野车辆往往都要求具有高的通过性，这就要求尽最大可能减小差速器的径向尺寸。因此，各汽车生产厂家迫切需求一种锁紧系数大、径向尺寸小、结构简单、性能稳定的差速器。 向滑块凸轮式差速器的结构特点 轴向滑块凸轮 式 差速器，包括壳体、差速轮、滑块，其特征在于呈圆简形的壳体内壁上均布有多个相同的轴向槽，中间加工有轴孔的两个相同的差速轮相向的安装在壳体 内，每个差速轮的前端面沿圆周方向均匀布置多个凸峰构成断面凸峰，凸峰均由螺距相等、旋向相反的两段旋面组成，且个螺旋面分两种，数量是凸峰的两倍 ，每种滑块的背面均设置有与轴向槽相配合的凸起，背面的非凸起部分分为外圆柱面的一部分，其直径与客体的内孔直径相等，滑块的左右端各设置一个与凸峰相吻合的小凸峰，左、右小凸峰均同步偏移滑块的纵向中心线，且偏移方向相反，并且两种滑块的小凸买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 峰偏移方向相反，构成小凸峰的各螺旋面均沿着滑块外圆柱面的径向呈内低外高的倾斜状态，小凸峰偏移方向相反的两种滑块相间的装入壳体中，背面的凸起可在 轴向槽内上下滑动，壳体的两端对应于差速轮的轴孔设置有阶梯孔，在一差速轮背面与壳体之间装有碟形弹簧和垫片。 1234567891011图 向滑块凸轮式差速器的结构示意图 轴向滑块凸轮式差速器在结构上与对称圆锥行星齿轮式差速器有相似之处，它主要有差速器壳、差速器盖、左右两个差速轮、滑块及碟形弹簧等组 成。其中差速器壳与主减速器的从动齿轮连接成一体并接受动力，起到主传动套作用，内部开有轴向槽。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 向滑块凸轮式差速器的工作原理 轴向滑块凸轮式差速器通过其加工在差速器壳和差速器盖周边的多个连接孔与驱动桥主减速器的从动齿轮连接在一起，并输入转矩；差速轮通过其加工中心的轴孔与左右两半轴连接，并输出转矩。 当车辆直线行驶时，差速器壳把力矩通过轴向槽传给滑块，滑块再依靠螺旋面把力矩平均分配给两侧差速轮，以实现两侧驱动轮等速旋转。当车辆转弯时，由于左右两侧驱动轮转速不相等，此时滑块一边由差速器壳带动旋转 ，一边沿差速器壳的轴向槽 做 轴向移动。由于差速轮采用内高外低的螺旋面，因此碟形弹簧的轴向压力所产生的径向分力，使得滑块在实现差速时始终与左右差速轮保持正确啮合。在滑块轴向移动时，必须克服碟形弹簧的轴向压力，使碟形弹簧产生变形而获得轴向运动的空间。这时，在滑块与差速轮之间就产生了极大的正压力，由此而产生驱动力矩传递给两侧驱动轮，并且使转速较慢的差速轮上得到比转速快的差速轮上更大的力矩，从而使差速器获得较强的抗滑能力。轴向滑块凸轮式差速器还有一个过载保护功能，也就是当两侧驱动轮遇到过大的阻力时，滑块通过差速轮将碟 形弹簧压平，获得充足的轴向移动空间，使滑块从两侧差速轮之间滑过，从而保护其它重要零件不被损坏 。 速器车型参数确定 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。 本设计所选越野车的基本参数： 最高车速 h；最大转矩 172Nm；最大功率 80 主减速比 轮胎规格 205距 2400； 最小离地间隙 215 油耗 （ L/100 整车总重 2737 速轮的基本参数 1、 凸轮数 轴向滑块凸轮式差速器在通常情况下，凸轮数为 n=6，故本设计选择 n=6。 2、 差速轮外形尺寸 从动锥齿轮计算转矩 .m a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 式中： 计算转矩； 发动机最大转矩 172Nm； 猛接离合器所产生的动载系数，液力自动变速器取 1； K 液力变矩器变矩系数，取 1； 1i 变速器一档传动比，本越野车一档传动比为 分动器传动比 0i 主减速器传动比 发动机到万向传动轴之间的传动效率 n 计算驱动桥数 2。 Nm （ 所选越野车是 44 车型， 2 个驱动桥。 初选差速轮直径： 取 r=65 （ 故选取差速轮直径 d=130速轮的基本 尺寸如图 图 速轮结构图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 块的基本参数 理论上凸轮形线应是阿基米德螺旋线，在这种形线上任何一点的径向位移与凸轮转角成比例关系。当凸轮转角展开成两个相配的凸轮表面形线时 2，得到折线 a和 b，如图 示： 图 块 凸轮式差速器凸轮轮廓线 在内外凸轮表面上每个凸轮和凸轮槽多占得角度应分别为1和2。 在安置长度为 l 的滑块的地方，两个相配凸轮表面见的轴向距离应该是不变的，且等于 l。在两个相配凸轮表面具有 凸轮或凸轮槽的差速器中，为了确定滑块数，可以规定一个滑块位于凸轮表面 a的凹处和 b的凸轮之间时的位置为转角的坐标原点。为了确定两个凸轮表面的轮廓线 a和 b放在一起，这两条轮廓线 a和 b的交点 S， K， T， 处就是可能安置滑块的地方。利用简单的几何作图确 定能安置在主动套上滑块的最多数目等于两个相配凸轮表面上凸轮数的和。 所以，滑块数为 6 个。 度计算 滑块与凸轮工作表面间的挤压应力 c 为 2111121 （ 式中： Q 滑块与凸轮之间的作用力； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 E 材料的弹性模量，对合金钢取 E=105 l 滑块长 26； 泊松比； 1、 2 分别为滑块与凸轮工作面在接触点处的曲率半径， 1=2 =0； 式中： P 滑块使半轴所受的力； =60 式中： T 滑块使半轴所受的转矩； r 差速轮外轮廓半径 65 m a x （ 式中： 差速器的转矩分配系数，通常取 1i 变速器一档传动比； 0i 主减速比； 分动器高档传动比，在这里去 1； 分动器低档传动比，在这里去 1； 由式（ ： T =172 =m （ 由式（ ： = 340 （ 由式（ ： Q =0 （ 由式（ ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 c= 0 2 2 0 =1754 （ 滑块与凸轮工作表面的挤压应力不应超过 2500计算挤压应力小于许用应力，满足要求。 形弹簧的选择 蝶形弹簧的优点是具有以小变形承受大负荷的特性，适用于轴向空间要求小的地方；具有变刚度的特性，根据设计选用的极限变形0 的比值，可 得到各种不同的弹簧特性曲线。 本设计所选蝶形弹簧参数如下： D=125 d= =7 0h= H= 5990料的选择 滑块采用滚 珠轴承钢 造，凸轮采用优质铬镍钨钢 18造。这些零件的表面均经渗碳、淬火及磷化处理。滑块的表面硬度为 6165轮工作表面的硬度为 6065块与凸轮工作表面的挤压应力不应超过 2500常取15002500。 章小结 本章首先对差速器的分类做了介绍，总体分为对称圆锥行星齿轮差速器、强制锁止式防滑差速器、自锁式差速器，并重点介绍了轴向滑块凸轮式差速器的结构组成及工作原理。从动锥齿轮传递转矩为 m；该差速器的差速轮的凸轮数是 6 个 ，其直径是 130块数为 6 个；蝶形弹簧的参数： D=125 ， d= =7，0h=5990块材料为滚珠轴承钢 轮材料优质铬镍钨钢 18面均经渗碳、淬火及磷化处理。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 第 3 章 轴向滑块凸轮式差速器的建模与装配 干涉现象利用 软件对轴向滑块凸轮式差速器进行三维建模，可以直观的看出其结构，并对 轴向滑块凸轮式差速器进行虚拟装配，最后检验装配是否存在。 速轮的建模 差速轮的凸轮面（工作面）为左右螺旋交替、螺距相同的螺旋面，且螺旋面的母线成内高外低的倾斜状态，通过与滑块的螺旋凹面相啮合而驱动车辆行驶。左右差速论结构相同，均采用花键与左右半轴连接。 由图（ 知差速轮的轮廓尺寸，最大直径为 130小直径 56 通过草绘尺寸旋转而得到外形体轮廓后，即可对差速轮的工作面内进行建模。首先插入螺旋，注意保证其直径和螺距，以便于装配。由于螺旋内（工作内）左右对称，选择扫描轮廓所在基准平面内 为镜像螺旋内，便得到一个凸峰，然后再经圆周阵列，即得到一完整的差速轮工作面。 本设计所选螺距为 120。 （ a） 旋转 （ b） 螺旋剪切 （ c） 镜像 图 速轮建模过程 阿基米德螺线（阿基米德曲线） ，亦称 “等速螺线 ”。当一点 P 沿动射线等速率运动的同时，这射线有以等角速度绕点 O 旋转，点 P 的轨迹称为 “阿基米德螺线 ”。 它的极坐标方程为 ： r = （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 图 基米德螺旋线 这种螺线的每条臂的距离永远相等