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内容简介：

轻型越野车自动分时分动器的分析与设计 车辆工程指导教师 内容摘要 分动器是越野车上将扭矩分配给各驱动桥的部件 越来越多的全时分动器出现在各类越野车上 但是 全时分动器的扭矩分配由差速机构自动完成 扭矩的分配比例以及扭矩的分配时机存在着诸多问题 还有油耗高等劣势 分时分动器则能够很好的给出需要的扭矩分配 但需要驾驶者手动操作 自动分时分动器将能够解决这个问题 自动分时分动器将变速器输出的动力自动分配到各驱动桥 并进一步增大扭矩 自动分时分动器也是一个齿轮传动系统 它在电控单元的操作下会自动作出对车辆工况的反应 操作换档机构实现自动分时驱动 通过对分动器及传动系统知识的系统的学习和搜集资料 本文着重对分动器的机构设计做出分析及设计 统计以往的分动器的研发历史及其结构及功能特点 轻型越野车自动分时分动器需要采用行星齿轮减速机构和金属链传动装置 换档机构使用啮合套与同步器 本文尽可能多地搜集了有关分动器的知识系统体现在其结构设计中 对于分时分动器的进一步设计与研究提供一定的理论依据 目录 第1章绪论1 1本研究课题的学术背景及其理论与实际意义1 1 1分动器分析与设计的学术背景1 1 2分动器设计理论及实际意义1 2国内外文献综述1 3本研究课题主要研究内容 第2章自动分时分动器的组成及其工作原理2 1自动分时分动器的组成2 2自动分时分动器的工作原理2 3本章小结 第3章自动分时分动器的结构设计3 1自动分时分动器结构方案3 2自动分时分动器的轴及齿轮型式3 3换档机构3 4轴承形式3 5自动分时分动器的壳体3 6润滑及密封 3 7自动分时分动器的齿轮参数设计3 7 1行星轮系的类型选择 TypeSelectionofPlanetaryGearTrain 3 7 2行星轮系各轮齿数和行星轮数目的选择3 7 3行星轮系的均载 Uniformloadofplanetarygeartrain 3 7 4分动器的齿轮尺寸初选3 7 5行星齿轮尺寸参数计算3 7 6分动器齿轮的强度计算与材料选择 3 8分动器的轴与轴承3 8 1分动器的轴3 8 2变速器轴承3 9同步器的选用3 10本章小结 正文 调研 选题目的 本课题来源于分动器的引进及自主生产 威海市荣成的华泰特拉卡是引进韩国现代汽车公司Terracan 在这款车型系列中 基本配置中就使用了自动分时分动器 它采用了电子旋钮的方式来控制分动器的档位选择 图为特拉卡VS大切诺基 背景介绍至今轻型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 正文 相关概念介绍 四轮驱动 4WD 技术的诞生显然延伸了汽车运动的极限空间 而汽车分动器则是主宰四轮驱动的核心 其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 汽车分动器的型式大致有三种 分时 PARTTIME 分动器 同时具有两轮驱动和四轮驱动档位的分动器 其四轮驱动高档无轴问差速器机构 这种分动器需要驾驶者自己根据汽车行驶路况 手工切换4 2或4 4驱动方式 全时 分时分动器 同时具有两轮驱动和四轮驱动档位 其四轮驱动高档带轴间差速器机构 这种分动器在分时基础上增加了全时的功能 虽然可以自动切换驱动方式 但在扭力分配上是个定值 因而具有局限性 全时 FULLTIME 分动器 只具有四轮驱动档位的分动器 其四轮驱动高档带轴间差速器机构 此分动器依靠轴间差速器机构 自动切换为实际行驶时的两轮驱动或四轮驱动 并进行合理的扭力分配 又称为永久四轮驱动 永久四轮驱动概念全时 FULLTIME 分动器在4ALLTIME驱动模式时 是全自动地用于所有路面 例如冰雪路面 砂石路面 沙滩和干燥路面 吉普是四驱的王者 在吉普车的传动系分动器系列里 有以下经典 Selec Trac中央差速器吉普自由人采用的是Selec Trac中央差速器 厂方代号为NV242 基本上在1992年时已经问世 不过与大切诺基所使用的Quadra Trac有所不同 Selec Trac平时采用2WD驱动模式 前轮自由转动 转矩全部输送到后轮 待需要在雪地和泥地穿行时 2WD驱动模式变成4PT PartTime 模式 分动器将转矩前后50 50分配 但是需要注意的是4PT模式不能用在干燥路面 4PT模式切入4FT FullTime 模式后 越野车便可以适合干燥和泥泞两种路面 此时的前后转矩分配是48 52 中央差速器允许前后轴的转速不同 4PT变成4FT时 必须在时速88千米 时以下操作 与通常的越野车不同 Selec Trac提供N neutral 模式 它可以切断动力输出让四轮滑行 而不需要将驱动轴断开 4LO模式是低速高转矩模式 切入4LO模式必须先进入N模式 这种模式是真正的越野模式 这种降速增扭的做法可以将转矩提升2 72倍 要进入4LO模式 车速必须在3 2千米 时与4 8千米 时之间 否则的话会损毁变速箱 Quadra TracI中央差速器这是一个只能的牵引系统 当遇到积雪 高低不平的路面以及砂石 车子出现打滑时 Quadra TracI分动器会迅速且静谧地坐出反应 Command Trac中的转子耦合器可感受到速度的变化 并自动将扭矩分配到前后桥中最有牵引力的一个 这一切都不用司机进行操作 Quadra TracII中央差速器此四轮系统带有低速模式 4LO 专为恶劣的越野路面而设计 险恶的条件下 它可提供增强的转矩输出 而在一般的驾驶条件下则可使操纵更加平顺 在正常驾驶条件 4ALLTIME 下 Quadra TracII噪音更小 运转模式与Quadra TracI相同 此外 Quadra TracII带有N模式 Command Trac中央差速器Command Trac拥有2H 4H N和4L四种驱动模式 Command Trac的2H驱动模式与Selec Trac的2WD驱动模式相同 都是双后轮驱动 从2H切入4H模式 行车速度必须低于88千米 时 前后轮转矩分配是50 50 同Selec Trac的4PT模式相同 4H也只能在华的或者松软的土地上行驶 Command Trac与Selec Trac的N模式完全相同 Command Trac的4L模式等同于Selec Trac的4LO模式 切入要求也相同 Quadra TracI中央差速器这是一个只能的牵引系统 当遇到积雪 高低不平的路面以及砂石 车子出现打滑时 Quadra TracI分动器会迅速且静谧地坐出反应 Command Trac中的转子耦合器可感受到速度的变化 并自动将扭矩分配到前后桥中最有牵引力的一个 这一切都不用司机进行操作 Quadra TracII中央差速器此四轮系统带有低速模式 4LO 专为恶劣的越野路面而设计 险恶的条件下 它可提供增强的转矩输出 而在一般的驾驶条件下则可使操纵更加平顺 在正常驾驶条件 4ALLTIME 下 Quadra TracII噪音更小 运转模式与Quadra TracI相同 此外 Quadra TracII带有N模式 Rock Trac中央差速器Rock Trac与Command Trac基本相同 只是在4L模式下它的齿轮比达到4 1 它的转矩输出及其强大 适合攀爬陡峭悬崖 这种分动器只用在牧马人上 Quadra Drive系统 Quadra Drive系统位于业界的领导地位 这使大切诺基有过人的越野能力 它将第2代Quadra TracII分动器及Vari Lok前后轴差速器结合起来 展现了一个完美的4轮驱动系统 Quadra Drive系统有能力在只有一个前轮有牵引力时 仍能保证汽车前行 普通驾驶时 Quadra TracII分动器将更多的动力分配到后轮 在此期间如果有一个轮胎失去了牵引力 在前轴与后轴之间便形成了一个速度差异 致使内齿轮油泵在多片离合器包施以液压将动力传送到前轴 该系统将会始终保持车辆的牵引能力 Vari Lok差速器的主要作用便是在现有四驱系统中将车轮的牵引力做一个比较 再进行调整 比如当车子的两个前轮同时位于摩擦力完全不同的同一个地面时 Vari Lok将给于在更高摩擦力表面上的那个轮胎更多的转矩 以防止车子打滑 大切诺基装备的NV247分动器是目前世界上最先进的分动器之一 NV247分动器是总部设在底特律的美国NVG公司的产品 该公司为戴姆勒一克莱斯勒公司和通用汽车公司台资经营 也是世界最大的全时 分时四轮驱动分动器的设计和制造公司之一 在北美这一全球最大的SUV 越野车市场上 其系列产品的性能 质量和价格一直处于领先地位 正文 对自动分时分动器的设计 在学习了分动器的结构组成 工作原理之后 参照手动分时分动器的设计内容 对自动分时分动器的研究如下 图为博格华纳1371型分动器 NJ2045和NJ2046是依维柯 S 系列中的越野车车型 它们装用博格华纳137l型分动器 为实现该分时分动器的自动化 对分动器换档机构进行动作的操纵机构采用电子控制的方式 由真空开关和电机提供操纵动力 其布置如图所示 分动器高 低档的变换由单排内啮合式行星齿轮完成 该行星轮系齿圈固定 中心轮为主动轮 行星轮为被动轮 传动比由中心轮与齿圈的齿数比确定 分动器前桥驱动的挂和与摘离由分动器后桥输出轴上的分动齿轮旁的同步器来完成 这样在驱动方式转换时的扭矩冲击会少很多 各挡位接合套与同步器动作如下 4LO档 接合套与行星架接合 同步器与后桥输出轴上的花键接合 带动前桥同时输出动力 N档 接合套处于空位置 同步器脱离与后桥输出轴花键的接合 4H档 接合套与中心轮接合 同步器与后桥输出轴上的花键接合 带动前桥同时输出动力 2H档 接合套与中心轮接合 同步器脱离与后桥输出轴花键的接合 分时分动器的自动控制由中央控制单元 微机 完成 在收集到发动机 变速器 分动器 以及轮胎等部件的相关参数后 微机根据已经设定好的程序判定车辆所处的路面状况以及车辆的工作状况 并作出相应的动作 操纵分动器进行挡位的选择 自动分时分动器结构方案 自动分时分动器的轴及齿轮型式为简化结构 降低尺寸的限制 自动分时分动器输入轴采用齿轮轴的形式 其余的轴均与齿轮以花键配合 齿轮主要采用渐开线斜齿圆柱齿轮 它具有啮合性能好 重合系数恰当 强度高 噪音小等优点 自动分时分动器的齿轮参数设计1行星轮系的类型选择 TypeSelectionofPlanetaryGearTrain 2行星轮系各轮齿数和行星轮数目的选择3行星轮系的均载 Uniformloadofplanetarygeartrain 4分动器的齿轮尺寸初选5行星齿轮尺寸参数计算6分动器齿轮的强度计算与材料选择 附件 附图分动器装配图A0图纸一张 分动器零件图A1图纸四张 致谢 本文是在导师姜立标