机械毕业设计（论文）开题报告-5T越野车分动器的设计.DOC

机械工程学院毕业设计（论文）开题报告 毕业设计（论文）题目：5T越野车分动器的设计学 生 姓 名： 指导教师姓名： 专 业： 车辆0902班 2013 年 04 月10 日1. 课题名称5T越野车全时分动器设计2. 课题研究背景随着社会的发展，人们对于车辆对于路面的适应能力的要求越来越高，于是越野车被越来越多的运用。日益加速的工业发展对大吨位越野车的需求量更是与日俱增。运输业对于利润的要求又促使大吨位越野车的生产越来越规模化。而对于越野车来说，为了适应路面就要合理的分配前后轴的转矩。使汽车可以以正常的状态行驶。而为了达到这一目的就需要设计出机构合理的分动器，使其可以根据路面情况的变化来实时改变分配状况。这样一来可以增加汽车的动力性能，二来可以减少对机械零件的磨损。对于5T这种重型的越野车而言，分动器的设计尤为重要，它不但要在大的载荷下也能正常工作，而且还要工作的稳定性也尤为重要。因此对于迅猛发展中的中国来说，发展重型越野车分动器尤为重要。3. 课题研究意义近几年随着我国汽车业的飞速发展，人们越来越要求驾驶的乐趣。越野车变成为市场的新宠儿。市场对越野车的要求也越来越高。分动器是越野车的重要部分，对分动器的研究可以根本上提升越野车的整体性能，从而拉动市场消费。另一方面，为了推动经济的快速发展，需要重型越野车来适应恶略的工作环境，从而来提高产值。分动器的研究可以从根本上降低运输的成本。而且重型越野车更多的运用于军事方面。研究重型越野车分动器，提升重型越野车的整体性能，可谓是利国利民的。因此对越野车分动器的研究越来越得到社会的重视。研究分动器意义重大。对于我们大学生来说，本次毕业设计可以让我们更好的整合大学四年所学的知识。是对知识的巩固和提升。另外在毕业设计的过程中可以培养我们大学生独立分析和解决工程设计的能力。而且由于大学所学的知识的局限性，我们必须要通过其他途径来获取知识。在这一过程中我们文献检索和调查研究的能力又进一步得到提高。更重要的是，通过小组同学的合作，提高技术创新及合作交流的能力。对于我们日后从事实际工作有较大的帮助，打下了一个坚实的基础！4. 文献查阅概况4.1分动器的定义及功用分动器是一个齿轮传动系，其输入轴直接或通过万向传动装置与变速器的第二轴相联，输出轴则有若干，分别经万向传动装置与各驱动桥连接，兼作副变速器使用的机构。汽车分动器是主宰四轮驱动的核心，其多装于多桥驱动汽车的变速器之后，它的功能是将变速器输出的动力，分配到两个驱动桥，最后将动力传输至四个车轮。分动器一般都设有两档，高速档和低速档，以进一步扩大在困难地区行驶时的传动比及排挡数目。具体分为两轮高速，四轮高速，四轮低速。典型的自动分动器包括四个基本系统：变矩器、行星齿轮机构、液压系统和执行机构。大多数分动器由于要起到降速增矩的作用而比变速箱的负荷大，所以分动器中的常啮齿轮均为斜齿轮，轴承也采用圆锥滚子轴承支承。越野车需要经常在坏路和无路情况下行驶，尤其是军用汽车的行驶条件更为恶劣，这就要求增加汽车驱动轮的数目，因此，越野车都采用多轴驱动。例如，如果一辆前轮驱动的汽车两前轮都陷入沟中，那汽车就无法将发动机的动力通过车轮与地面的摩擦产生驱动力而继续前进。而假如这辆车的四个轮子都能产生驱动力的话，那么，还有两个没陷入沟中的车轮能正常工作，使汽车继续行驶。未装有分动器的汽车，当全部车轮驱动行驶于不平路面或弯道上，或前后驱动轮由于轮胎磨损而半径不等的情况行驶时，将引起发动机功率消耗、轮胎或传动系零件磨损。为克服这一缺点，分动器将转矩大体根据轴荷比例分配给各驱动桥，有些分动器还装有带差速锁的非对称行星齿轮轴间差速器。为了增加传动系数的最大传动比及档数，目前多数越汽车都装有两档分动器，使之兼起副变速器的作用。4.2 分动器的发展过程至今，汽车所用分动器已经发展到了第五代产品。分动器的设计结构与传动系统基本决定了它的性能、档次。第一代的分动器基本上为分体结构，直齿轮传动，双换档轴操作，铸铁壳体。第二代分动器虽然也是分体结构，但已改为全斜齿齿轮传动，单换档轴操作和铝合金壳体。因而，在一定程度上提高了传动效率、简便了换档、降低了噪音与油耗。第三代分动器在上代的基础上增加了同步器，使四轮驱动系统具备汽车在行进中换档的功能。第四代分动器的重大变化在于采用了联体结构以及行星齿轮加链传动，从而优化了换档及大大提高了传动效率和性能。目前，国产上市的SUV和越野车所用的分动器大部分属于第三代或第四代产品。最初，对四轮驱动汽车仅仅注意其牵引性，也就是对于那些二轮驱动时难以通过的地方，使另外的二轮也参与驱动，或者是将强大的动力尽可能地分配给多个轮胎，从而提高汽车的通过性。最近的高性能轿车也开始采用四轮驱动了，这类汽车使用四轮驱动不仅仅是为了提高汽车的牵引性和通过性，更重视汽车的行驶性和制动性。为了提高汽车的这些性能采用了四轮驱动系，并利用一切结构和装置自动地或按司机驾驶意图综合地控制发动机功率，整车的横向加速度，以及制动力等，把驱动扭矩合理地分配给前后车轮，因此，我的选题是把握主宰四轮驱动的核心分动器来延伸四轮驱动汽车运动的极限空间4.3分动器的结构及原理结构：典型的自动分动器包括四个基本系统：变矩器、行星齿轮机构、液压系统和执行机构。原理：当分动器挂入低速档时，其输出转距较大。在越野行驶时，若需低速档动力，则为了防止后桥和中桥超载，应使低速档动力由所有驱动桥分担。为此，对分动器操纵机构有如下要求：非先接上前桥不得挂上抵速档，非先退出低速档，不得摘下前桥。可分五种分动器：1). 直接连接式分动器一种为短时四轮驱动的分动器，切换装置布置在分动器内，当图中的爪式离合器接通时即成为前后轮直接连接的四轮驱动；反之即为后轮驱动。 另一种为装有变速装置的分动器，设有两档，在普通路面上使用高速档，恶劣路面上使用低速档。通过爪式离合器进行二轮或四 轮驱动的切换。2). 液压多片离合器式分动器当液压拨片离合器分离时，汽车为后轮驱动；拨片离合器强烈结合在一起时，发动机的动力也能传递给前轮。3). 中间差速器锁死式分动器通过中间差速器，可以把发动机动力按一定比例分配给前后驱动轮系。此种形式分动器大多数采用爪时离合器，司机在座椅上遥控操作，或该装置自动动作使中间差速器锁死4).驱动力前后分配式分动器 这种分动器利用粘性联轴节或液压装置驱动后轮，其功能只是把驱动扭矩分配给前后轮。5).中间差速器差动限制式分动器 主要利用前后驱动轮系的转速差来限制中间差速器的差动，如粘性联轴器。它可以克服中间差速器锁死装置分离和结合时粗暴影响汽车行驶状态的缺点。4.4分动器的种类及优缺点分动器从结构类型和功能上来说可以分成一般齿轮式分动器和带轴间差速器的分动器两种。一般齿轮式分动器有两轴式和三轴式两种，三轴式齿轮式分动器运用比较广泛。一般齿轮式分动器都带有驱动前、后桥的两根输出轴在接合前驱动啮合套为刚性连接。这类分动器结构简单,过去在各类全轮驱动的汽车上广泛使用,其缺点是不能保证前、后轮的地面速度相等,在行驶过程中不可避免地要产生功率循环现象,这将使驱动轮载荷大幅度增加,轮胎及机件磨损加剧,燃油经济性下降。因此,需要在分动器中另设分离前桥驱动的装置,使汽车在通过滑溜路段时可以接合前桥。另外,一般齿轮式分动器分配给前、后桥的转矩比例是变化的(随此两桥所受附着力的比例而变)。这样虽然会增加附着条件较好的驱动桥的驱动力,但可能使该桥因超载而损坏。因此,目前采用这类分动器的汽车越来越少。带轴间差速器的分动器在前、后输出轴之间有一个行星齿轮式轴间差速器。它正好克服了上述一般齿轮式分动器的缺点,两根输出轴可以不同的转速旋转,并按一定的比例将转矩分配给前、后驱动桥,既可使前桥经常处于驱动状态,又可保证各车轮运动协调,所以不需另设接、离前桥驱动的装置。在选用带轴间差速器的分动器时,尽量使前、后桥转矩分配接近于轴的载荷分配,并使任一桥的最大输入转矩不超过该桥的允许输入转矩。为了避免在某一桥的车轮打滑时完全丧失驱动力，这类分动器需设轴间差速锁,以便在某一桥车轮出现打滑的情况下将分动器的前、后输出轴锁为一体,以便提高汽车的通过性。带轴间差速器的分动器中一般设置单排行星机构差速器,可进行运动分解(差速)和合成；并使分动器具有结构紧凑、承载能力大、工作平稳、噪声小、寿命长的特点。分动器中的轴间差速器实质上是一个二自由度的差动轮系,其中以行星架为主动件,而中心轮及齿圈为从动件,分别与前、后驱动桥的输出轴相连。两从动件受到一定的外界条件(如阻力转矩)的约束,从而使行星排可靠地传动。4.5分动器轴承选择：分动器必须保证主、从动齿轮有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、齿轮的装配调整及轴分动器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支撑刚度有关。主动锥齿轮（及动力输入端）采用跨置式支承:跨置式支承结构特点是在锥齿轮两端的轴上均有轴承，这样可大大增加支撑刚度，又使轴承负荷减少，齿轮啮合条件改善，因此齿轮的承载能力高于悬臂式。此外，由于齿轮大端一侧轴颈上的两个相对安装的圆锥滚子轴承之间的距离很小，可以缩短主动锥齿轮的长度，使布置更紧凑，并可减少传动轴夹角，有利于整车布置。从动锥齿轮（及动力输出端）采用悬臂式支承。悬臂式支承的结构特点是，在锥齿轮大端一侧有较长的轴，并在其上安装了圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度和增加两支承间的距离，以改善支撑刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。为了尽可能地增加支撑刚度，支承距离应大于2.5倍的悬臂长度，且应比齿轮节圆直径的70%还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于悬臂长度的尺寸。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承轴径比另一轴承的支承轴径大些。4.6 分动器常见故障：1)空挡发响曲轴与第一轴中心线不同心；第二轴前轴承磨损，油污、起毛；常啮齿轮有问题（磨损均匀声或个别牙碎裂有规律间隙撞击声）；常啮齿轮修理时未成对更换，啮合不良；第一轴承损坏，或旧齿轮换新齿轮。2)挂档后响齿轮更换不当；差速齿轮或半轴齿轮键槽磨损松旷；主、从动锥齿轮间隙过大；从动锥齿轮松动。3)发热轴承过紧/或齿轮间间隙过小；缺少齿轮油，或齿轮油粘度过小。4)乱档变速器控制弹簧压缩量达不到规定要求；换档滑杆互锁销磨损严重。5)跳档定位装置失效（变速叉凹槽或定位球磨损松旷，定位弹簧过软或折断）；齿轮磨损严重，沿齿方向磨成锥形；变速器轴、轴承磨损严重或轴向间隙过大，使轴转动时跳动或窜动。4.7国外最新越野汽车分动器的先进性分析：a. 分动器输入突缘至后输出突缘距离短，可方便提高越野汽车机动性。如 ZF 公司 VG2700 分动器输入突缘至后输出突缘距离为 489 mm，MAN 公司G253 分动器输入突缘至后输出突缘距离为 294 mm。b. 齿轮、壳体优化设计，总成轻量化。 VG2700总成质量为 450 kg，G252 总成质量为 403 kg。c. 分动器带轴间差速器， 可实现越野汽车全轮全时驱动。d. 自带润滑油泵强制润滑，轴承、齿轮润滑可靠，寿命长。e. 紧凑的气动操纵机构使操纵方便，可靠性高。f. 里程表传感器、 挡位传感器等为高可靠性设计。4.8分动器今后的发展趋势：1)将来自变速器的输入扭矩直接传递给后输出轴的中央直通构造,可提高运输时的安静性能。2)向前输出轴的传递采用了无噪声链条的设计,注意了整个装置运转时的静音,从而提高了4轮驱动的安静性能。3)通过粘滞联轴器,实现了持续驱动方式,根据车辆的行驶条件分配扭矩。实现了常时稳定行驶,在通常行驶时,不需要将2轮驱动转换为4轮驱动的切换操作。4.9参考文献：1 杨定富,吴坷.FTA在某水陆两栖汽车副分动器可靠性设计与分析中的应用J.轻型汽车技术2005(4/5)总1881892陈家瑞.汽车构造(下册) M.北京：机械工业出版社，2005:121-1263 邹得和.宝马X系列全驱车的xorive智能型分动器汽车与配件J .AUTOMOBILE&PARTS2004324 武荫兰.北京吉普分动器总成及其操纵系统R.北京吉普汽车有限公司17195 吴修义.从国际汽车展览会看分动器发展趋势Z.北京齿轮总厂.2001.9 32346 刘豫徽,吴社强.带轴间差速器的分动器特性分析J.专用汽车2000 02 7879 7 彭登岳.分动器的功用及其选装J.国外汽车l986.3 3135；8 窦德明.分动器异响故障一例J.中南汽车运输l995年第4期9119 史建鹏,孙庆合.分动器转矩分配比确定理论研究J.汽 车 工 程.2007年(第29卷)第10期 88989410 张思浦.节油分动奢导荣获科技奖 A.专用汽车.2000年第6期 464811王英娇, 韩 慧等.汽车分动器齿侧间隙调整优化技术J, 汽车技术2007 NO.4 69;12吉林工业大学汽车教研室. 汽车设计M (第四版). 北京: 机械工业出版社， 2004. 196-201.13 陈习江.浅析一种新型分动器换挡机构的设计M.合肥工业大学学报 第32卷增 刊2009年11月合肥工业大学学报194196;14 魏有志.轻型汽车分动器总成的降噪措施J.汽车技术 1999 第十期232615 杨立成,刘广森.全时四驱越野车新型传动系统J.汽车运用2011 年第 7 期243016 杨筑人.斯达斯太尔汽车VG1200型分动器重汽公司技术中心J.重型汽车1995(5)总30期101517 郭学军.新一代 5t 级越野汽车全时分动器开发J；设计计算研究（2011）19 020418 贾巨民,高波.越野汽车分动器非圆行星差速器概念模型A.军事交通学院,天津,30016119 杨兴，贾振元.分动器在机电工程中的应用研究现状J.中国机械工程.2001,12(6）724727.20 贾振元，王福吉.分动器的材料及其关键技术J. 机械工程学报2003，39（11）：6167.21YUFIN S A. Geoecology and computers: proceedings of the Third International Conference on Advances of Computer Methods in Geotechnical and Geoenvironmental EngineeringC.Moscow, Russia, February 14,2000.Rotterdam: A. A. Balkema,2000. 22 Faydor L. Litvin, Ignacio Gonzalez-Perez.Comput Design and investigation of gear drives with non-circular gearsapplied for speed variation and generation of functionsJ. Mech. Engrg. 197 (2008) 3783380223 Faydor L. Litvin, Daniele Vecchiato.Reduction of noise of loaded and unloaded misaligned gear drives. ComputJ. Methods Appl. Mech. Engrg 195 (2006) 5523553624 T. Pfeufer. Application of model-based fault detection and diagnosis to the quality assurance of an automotive actuatorM. Laboratory of Control Engineering and Process Automation PII:S0967-0661 (97)525725 Kyung-Seok Byun, Sung-Jae Kim. Design of a Four-wheeled Omnidirectional Mobile Robot with Variable Wheel Arrangement J .Mechanism Department of Mechanical Engineering, Anam-dong Sungbuk-gu, Seoul, 1367015