丰田皇冠差速器结构设计与运动学仿真分析

盐城工学院本科生毕业设计说明书2019丰田皇冠差速器结构设计与运动学仿真分析摘要：本次设计内容主要是针对汽车主减速器中的差速器进行研究，涉及到差速器非标准和标准零件的计算，学习并了解了差速器的分类，掌握了发动机的工作原理，在方案选择、设计步骤中，参考了许多国内外相关文献，对差速器的工作原理和结构有了初步的了解后，利用UG进行差速器的三维建模和运动仿真分析。此次设计，大大增强了学习与动手能力，拓宽了视野，对汽车的了解与兴趣也得到了提升。关键词：差速器，齿轮结构，UGToyotaCrowndifferentialstructuredesignandkinematicssimulationanalysisAbstrac:Thisdesignmainlyfocusesontheresearchofthedifferentialintheautomobilemainreducer,involvingthecalculationofnon-standardandstandardpartsofthedifferential,learningandunderstandingtheclassificationofthedifferential,masteringtheworkingprincipleoftheengine,referringtomanydomesticandforeignrelevantliteratureintheschemeselectionanddesignsteps,havingapreliminaryunderstandingoftheworkingprincipleandstructureofthedifferential,ThenuseUGsoftwaretocarryonthree-dimensionalmodelinganddynamicsimulationofdifferential.Thisdesigngreatlyenhancedthelearningandhands-onability,broadenedthevision,andalsoenhancedtheunderstandingandinterestofthecar.Keywords:differential,gearstructure,UG目录1绪论 11.1汽车差速器发展概况 11.2差速器工作原理 11.3差速器发展的意义 11.4毕业设计初始数据的来源与依据 21.5本章小结 22差速器设计方案 22.1差速器方案选择及结构分析 22.2差速器的原理分析 32.2.1差速原理分析 32.2.2扭矩特性分析 32.2.3力学特性分析 32.3差速器性能参数分析 32.4本章小结 43差速器的基本参数选择与计算 53.1对称式行星齿轮的设计计算 53.1.1对称式差速器齿轮参数的确定 53.1.2行星齿轮与半轴齿轮的设计和选择 53.1.3差速器齿轮的几何计算图表 63.1.4差速器齿轮强度计算 93.1.5差速器齿轮材料选择 93.1.6差速器齿轮的设计方案 93.2差速器齿轮轴的设计计算 103.2.1行星齿轮轴的选择 113.2.2行星齿轮轴材料的选择 113.3差速器垫圈 113.3.1平垫圈尺寸设计 123.3.2球面垫圈尺寸设计 213.4本章小结 214差速器标准零件选择 214.1螺栓型号和材料的选取 294.2轴承选用 294.3本章小结 295半轴设计计算 295.1半轴结构 295.2半轴设计 296差速器壳体 297三维模型建立 298差速器运动仿真 299结论 29参考文献 30致谢 311．绪论1.1汽车差速器发展概况汽车差速器大致分为两类，分别为对称式圆锥齿轮差速器和防滑差速器。其中，防滑差速器又分为两类，强制锁止式和自锁式。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几种形式。主要包括:对称式锥齿轮差速器、强制锁止式差速器、托森差速器等。（1）国外研究现状目前，由于国外早在上世纪中期便开始了对差速器的研究，在雷诺发明了差速器之后，国外对差速器的研究水平飞速提升，目前还在快速发展中，如美国伊顿汽车集团、德国腓特烈港齿轮公司、日本丰田汽车公司都是差速器生产企业巨头，他们掌握着差速器核心技术，并且为了实现汽车的更强性能，还在不断地研究与努力。目前国外对防滑差速器的研究愈发重视，据统计，每年有关防滑差速器的专利数量都处于稳步提升阶段。国外的相关技术也领先于国内，目前国外企业使用的电控防滑差速器，逐渐普及，这种电控防滑差速器对汽车各项基本性能的提升起很大的作用。（2）国内研究现状相比于国外，国内的汽车行业研究起步较晚，但近年来，我国的差速器研究也取得了较大的进展，各大企业都有不同方向的突破。我国差速器行业正处于由发展初期到发展中期的快速转变阶段，在这个关键阶段，提高车辆差速器的精度、可靠性是中国汽车行业的首要任务。如今，中国差速器市场发展迅速，产品研发持续增长，离不开国家政策的支持，国内的差速器产业正向高新技术产业方向发展，国企企业投资项目也逐渐增多。国内的投资者对该行业也投入了越来越多的精力，这使得该行业的需求越来越大。差速器的种类也变得多元化，功能性与愈发完整。目前汽车上使用最多的是对称式齿轮差速器，也有许多功能多样的差速器，如：托森差速器、防滑差速器、轮间差速器、强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器。不过我国的差速器研究仍有很大的发展空间，与国外发达的差速器生产企业还有很大的距离，特别是高精尖技术上的差距，尤其是防滑差速器，国内暂无产品出现。1.2差速器工作原理汽车差速器是驱动桥的主要部件，其作用是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。当汽车转弯时，外侧车轮所走过得路程大于内侧车轮；汽车形式于不平的路面上，两侧车轮行驶过的路程长短也不相等；即使路面平整，但由于车轮制造时的尺寸误差，磨损不等，承受的载荷不尽相同或充气压力不等，均会导致各个轮胎滚动半径不等，若两侧车轮均固定在同一刚性转轴上，两轮的速度相同，则车轮必然会出现边滚动边滑动的现象。车轮出现滑动现象不仅会加剧轮胎磨损，增加汽车动力的消耗，对汽车转向性能与制动性能都会产生一定的影响。若主减速器从动齿轮通过同一根轴带动两个驱动轮，则两侧驱动轮的转速相同。为使两侧驱动轮处于纯滚动状态，则必须改用两根半轴分别连接两侧驱动轮，而由主减速器从动齿轮通过差速器是两侧半轴与车轮分别运转，使他们可以各自独立转动。差速器可分为普通差速器和防滑差速器两类。目前国内大部分企业均采用对称式锥齿轮普通差速器。该种差速器由行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴和差速器壳等组成。主减速器的从动齿轮用螺栓固定在差速器壳有半部分。行星齿轮与半轴齿轮两两啮合，与差速器壳一起转动的行星齿轮转动时，带动半轴齿轮转动，此时从动齿轮随半轴齿轮一起转动，带动与半轴齿轮啮合的主动齿轮转动。1.3差速器发展的意义差速器发展至今，许多缺陷被逐渐完善，但仍有不少问题难以攻克。普通差速器存在一种缺陷，当汽车处于某种特殊情况下导致车轮发生悬空时，车轮空转，如车轮打滑。在这种情况下，差速器仍会继续运作，持续地将动力传递至处于空转的车轮，然而此时汽车处于无法前行的状态，动力也因此大量流失。为了解决这一问题，限滑差速器应运而生。限滑差速器可使两侧车轮一起转动，两侧车轮的转速差也被严格把控，如此即可保证车辆正常前进。根据结构及实现方式不同，限滑差速器可分为多种形式。总而言之，差速器持续发展主要是为了解决现有或以后可能会出现的技术难题，有必要得到更多的关注，相关的知识还需要不断地学习和探索。此次设计完毕，相信能对差速器有更加深刻的认知，为早日为此做出贡献奠定基础。1.4毕业设计初始数据的来源与依据本次设计选用的是一汽生产的丰田皇冠2018款作为设计原型。通过对该车型的了解，进行差速器结构设计以及三维建模。此次设计所采用的数据均以此车型作为参考。1.5本章小结本章主要介绍了汽车差速器的研究背景、发展现状，详细介绍了差速器的工作原理及分类，收集了此次设计所需的数据资料，为此次设计的圆满完成做了准备。在开始此次设计工作之前，首先查阅大量国内外有关差速器结构设计的文献，精读部分文献之后，对差速器结构有了初步认知，对此次设计工作有了完整的规划。2.差速器的设计方案2.1差速器方案选择及结构分析对称式锥齿轮差速器结构较为简单，是目前国内广泛应用的一种差速器，根据丰田皇冠2018款2.0T型汽车的类型，初步选定差速器的种类为对称式行星锥齿轮差速器，安装于驱动桥的两个半轴之间，通过半轴把动力传递给驱动轮。如下图：普通的圆锥齿轮差速器由2个半轴齿轮、行星齿轮轴(十字轴)、2-4个行星齿轮和差速器壳体组成。动力传输到输入轴带动主动齿轮旋转，与之啮合的主减速器从动齿轮随之，带动行星齿轮旋转，半轴齿轮与行星齿轮相互啮合，所以又将转矩传递给半轴齿轮，半轴齿轮与输出半轴相连，半轴又将动力传递至驱动轮，完成汽车转向动作。当汽车右转弯时，行星齿轮上附加阻力，所形成的力矩起到了差速的作用。行星齿轮自转使其左侧的圆周速度等于自转与周转速度之差，导致左侧半轴速度加快，右侧转速减缓，保证汽车可以顺利转向。差速器结构分析：行星齿轮的背面多制作为球面，与差速器壳体相连，以确保行星齿轮拥有良好的对中性，有利于与半轴齿轮的啮合，由于半轴齿轮和行星齿轮是锥齿轮传动，在转矩传递的过程中，沿半轴齿轮和行星齿轮轴线的轴向作用力很大，而齿轮与差速器壳之间又存在相对运动。为了减少齿轮与差速器壳体之间的磨损，在半轴齿轮与差速器壳体之间装有垫片，且垫片要求粗糙度低、硬度高。汽车行驶一定里程后，垫圈磨损应及时更换垫圈以调整齿轮啮合间隙，以增长差速器的寿命。2.2差速器的原理分析2.2.1差速原理分析圆锥行星齿轮差速器工作原理如图所示，减速器从动齿轮的转速为，因为行星齿轮架由差速器壳与主减速器从动齿轮组成，所以差速器壳的转速也为，左右两个半轴齿轮的转速分别为、。汽车直线行驶行星齿轮带动半轴齿轮绕半轴中心线公转，此时行星齿轮无自转，==，差速器不起差速作用。汽车转弯及其他行驶状况差速器起差速作用时，行星齿轮绕半轴中心线公转的同时，还绕行星齿轮轴中线线自转。此时行星齿轮两侧的圆周速度分别为自转与公转之和、自转与公转之差。设行星齿轮公转速度为，外侧车轮与半轴的转速将增大，转速为：（1）内侧车轮与半轴转速为：（2）半轴齿轮齿数为，行星齿轮齿数为。式与（2）式相加，得：（3）（3）即差速器的运动特性方程式。2.2.2扭矩特性分析扭矩传递路线即主减速器——差速器——驱动轮，在上图中，行星齿轮受到行星齿轮轴的作用力为F，F力的方向为上；行星齿轮受到的反作用力大小为F/2，方向为下。摩擦力大小为。汽车直线行驶此状态下，差速器个零件之间无相对运动，因此只受到上述两个作用力，受力平衡，半轴齿轮半径为r，因此扭矩相等。设输入扭矩，输出扭矩、满足等式：（4）汽车转弯及其他行驶状况此状态下，行星齿轮绕半轴公转的同时，开始自转，受到阻力，设行星齿轮半径为，则行星齿轮自转力矩为外侧半轴齿轮力矩（5）内侧半轴齿轮力矩（6）、、满足：（7）差速器内摩擦力可忽略，传递至左右半轴齿轮的力矩相同。以上为差速器转矩特性。2.2.3力学特性分析差速器中，有部分零件之间存在内摩擦力矩，行星齿轮与差速器壳体、齿轮轴间内摩擦力矩,行星齿轮与滑动轴承之间，用表示；半轴齿轮与壳体间用表示。行星齿轮受力分析半轴齿轮对行星齿轮的压力—，将之分解为、、。是等效圆周力，行星齿轮受到而自转，；是的径向分量，将半轴齿轮和行星齿轮压紧；是的轴向分量，是使行星齿轮沿齿轮轴移动的作用力。关系式如下：（8）—行星齿轮压力角，—锥顶角由（8）可得：（9）设半轴齿轮节圆半径为，行星齿轮的节圆半径为，与齿轮轴相配合的孔半径为，球面大端半径为，背球面半径为，差速器的输入扭矩为，则正压力为：（10）—行星齿轮与壳体之间的滑动摩擦力，—两者之间的滑动摩擦系数则（11）摩擦力矩：（12）得：（13）行星齿轮与滑动轴承间的摩擦力为：（14）摩擦力矩：（15）半轴齿轮受力分析：对半轴齿轮手里分析，如图表示行星齿轮对半轴齿轮的正压力，可分解为—径向力、—轴向力以及—合力，合力包括等效圆周力和、在半轴齿轮上的附加力。满足：（16）（16）式中，—行星齿轮的压力角，—半轴齿轮的锥顶角。由（16）式得：（17）设半轴齿轮与壳体间的动摩擦系数为，则为：（18）内外半轴齿轮不相同，其等效圆周力为。外侧半轴齿轮（19）内侧半轴齿轮（20）外侧摩擦力矩（21）内侧摩擦力矩（22）2.3差速器性能参数分析锁紧系数、转矩分配系数是差速器的主要性能参数。表示差速器的锁紧程度，主要有两种表达方式，其一为：（23）—快转半轴上的转矩：—慢转半轴上的转矩，此表达式下K>1。第二种为：（24）—差速器的内摩擦力矩：—差速器的输入转矩，此表达式下K<1。转矩分配系数（25）转矩分配系数小于1，一般差速器中，转矩分配系数较大，锁紧系数也大。理论上来说，锁紧系数K的数值越大，对差速器性能越有利，但同样会存在许多技术上难以攻克的困难，如难以转向，行驶困难等问题，所以锁紧系数有一个适应范围。（这个范围一般为1.1~1.5）转矩分配也同样，取值一般在0.55~0.6之间。对于其他车型，还需继续提高K的数值。《差速器总成结构与性能参数分析》2.4本章小结本章详细了解了差速器的工作原理，对差速器各部件受力状况进行了初步分析，最后对差速器性能参数对差速器性能的影响进行了分析，同时对本次的设计方案有了一定的规划。3.差速器的基本参数选择与计算因为差速器壳与从动齿轮装配在一起，所以差速器的相关零件受到该零件导向轴承座的限制。差速器的非标准零件主要有从动锥齿轮、行星齿轮轴等。3.1对称式行星齿轮的设计计算差速器尺寸主要受齿轮尺寸的影响，齿轮优化是设计中很重要的一部分。3.1.1对称式差速器齿轮参数的确定1.行星齿轮数量n根据丰田皇冠2018款2.0T款车型选择两个行星齿轮的差速器，即n=2。2.行星齿轮球面半径RbRb影响了圆锥齿轮节锥距A0的数值。（26）Kb—行星齿轮球面半径系数，Kb的取值范围2.5~2.97，由于本次设计采取两个行星齿轮的差速器，此处Kb取2.9Td—差速器计算转矩，Td=TGm=min（TGe，TGs），单位N·mRb是球面半径，单位mm计算转矩TGe（27）上式中，TGe—计算转矩，N·m，Kd—动载系数，取Kd=1Temax—发动机最大转矩，Temax=350N·mK—变矩系数，K=1，i1—变速器传动比，取i1=2If—分动器传动比，if=3.7，i0——主减速器传动比，i0=4.65—发动机与从动齿轮间的传动效率，=85%，n—驱动桥数，n=1代入公式得，TGe=10236.9N·m从动锥齿轮计算转矩TGs（28）G2—满载下驱动桥的静负荷，取G2=47645Nm2—后桥负荷转移系数（amax）取m2=1.2—附着系数（轮胎-地面），取=1.25，rr—轮胎滚动半径，取rr=0.456Im—从动齿轮-车轮传动比，im=1.0,m—从动齿轮-车轮传动效率，m=0.9代入公式，TGs=36210.2N·mTGs>TGe，Td=min（TGs，TGe）=TGe=10236.9N·mRb=56.96mm，取整数则Rb=57mm，节锥距A0一般略小于R0，则R0=56mm暂定节锥距A0=56mm3.1.2行星齿轮与半轴齿轮的设计和选择（1）行星齿轮和半轴齿轮齿数为了提高齿轮强度，选用较高的模数，则行星齿轮齿数Z1应小一些，但一般大于10。半轴齿轮与行星齿轮齿数之比一般有一个数值范围（1.5~2）。Z1、Z2分别取值21,40。在对称式锥齿轮差速器中，左右半轴齿数是相等的。（2）差速器齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的确定<1>确定行星齿轮节锥角1和半轴齿轮节锥角2<2>确定圆锥齿轮大端端面模数mmm<3>确定半轴齿轮的节圆直径<4>压力角选定行星齿轮压力角=25°。压力角决定了齿轮的传动效率，压力角越小则传动效率会提高，但随之会带来齿轮齿厚减小，齿轮的强度降低的问题。=25°可以有效地调节这一问题。<5>行星齿轮安装孔孔径d、孔长L一般情况下，L=1.1d，同时二者还需满足挤压强度要求：即综上得：（29）上式中：Td—差速器计算转矩，Td=10236.9N·mrd—行星齿轮轴孔中心与节锥顶点间的距离，rd≈d2’/2，d2’—半轴齿轮齿面直径，d2’=0.8d2=0.8×100=80mm，rd=0.5×80=40mmn—行星齿轮数量，n=2—许用挤压应力，=98N/mm2d≥34.45mm，取d=42mm，L=46mm3.1.3差速器齿轮的几何计算图表序号名称符号计算公式计算结果1行星齿轮齿数,取小值2半轴齿轮齿数；（整数）3模数mm=2.5mm4齿面宽bb=（0.25~0.3）A0；b≤10mb=15mm5工作齿高hghg=1.6mhg=4mm6全齿高hh=1.788m+0.051h=4.521mm7压力角=25°8轴交角=90°=90°9节圆直径dd1=mZ1；d2=mZ2d1=52.5mm，d2=100mm10节锥角=28°；=62°11节锥距A0A0=56mm12周节tt=3.1416mt=7.854mm13齿顶高;mm；mm14齿根高；mm；mm15径向间隙c16齿根角；齿顶角，，；17面锥角：；18根锥角；；19齿顶圆直径；；20齿根圆直径；；21分度圆齿厚3.1.4差速器齿轮强度计算差速器运行时，行星齿轮与半轴齿轮并非一直处于啮合状态，受结构限制，且有相对大的载荷，只有汽车转弯时或其他使用到差速器的特殊路况时，齿轮才会出现啮合传动。此时，为了保证差速器齿轮的强度，需要对其进行校核。轮齿弯曲强度为：（30）（30）式中，T—行星齿轮传递给半轴齿轮的转矩，,取T=3162N·m；n—差速器行星齿轮齿数；b2—半轴齿轮齿宽；d2—半轴齿轮大端分度圆直径；Ks—尺寸系数，当模数m≥1.6时，，此处，Ks=0.560；Km—载荷分配系数，Km=1.0~1.1，此处取最小值；Kv—质量系数，此处取1.0；J—综合系数，此处可取J=0.255。当T=min[Tce,Tcs]时，=980MPa；当T=Tcf时，=210MPa。根据式（30）得：=2136MPa，n=2，T=0.6T0,T0=min[Tce,Tcs],=3561MPa；则=2136MPa<=3561MPa，因此满足设计要求。3.1.5差速器齿轮材料选择差速器齿轮材料要求：（1）弯曲疲劳强度高；（2）具有足够的韧性，若韧性不达标，齿轮齿根会在冲击载荷下折断；（3）钢材锻造性能、切削性能良好；（4）钢材热处理变形小，且易于控制；（5）齿轮制作材料符合国情，选用猛、钛等元素的合金钢。差速器齿轮材料多采用渗碳合金钢，其具有表面硬度高，耐磨和抗压的优点，内部材质较软，韧性合适。因此满足了差速器工作的要求。此外，钢的含碳量较低，锻造性能和切削性能同样满足要求。结合实际情况，选择了20CrMnTi的渗碳合金钢，并且，若无特殊说明，此次设计的齿轮皆采用该种合金钢。3.1.6差速器齿轮的设计方案（a）行星齿轮（b）半轴齿轮3.2差速器齿轮轴的设计计算3.2.1行星齿轮轴的选择行星齿轮轴有很多种，做常见的两种分别为一字轴和十字轴，两者分别应用于小型汽车和载货汽车上，此次设计参考丰田皇冠2018款轿车，属于普通小型轿车，转矩较小，因此选用一字轴，双行星齿轮分配转矩。3.2.2行星齿轮轴材料的选择选用强度足够、承受载荷等条件的材料。制造轴一般选用碳素钢作为主要材料，碳素钢价格低廉，有较低的对应力集中的敏感性。最常使用到的便是45钢，此次设计行星齿轮轴的材料选用45钢。3.3差速器垫圈垫圈位于螺母与连接件之间，用于减少连接件与螺母的摩擦造成的损坏，同时增大受力面积，减轻连接件的压力。垫圈种类有：弹簧垫圈、平垫圈、密封垫圈等。铸造垫圈通常选软钢作为材料。差速器运转时，会有作用力作用于行星齿轮和半轴齿轮，此时，齿轮与壳体产生摩擦磨损，垫圈会起到降低磨损的作用。垫圈还可增大接触面积，防止压力过大将连接件压坏。差速器一般需要两种垫圈，一种为圆形平垫圈，用于连接较软质地的连接件，另一为种球面垫圈，用于固定行星齿轮与行星齿轮轴。3.3.1平垫圈尺寸设计平垫圈方案简图参考丰田皇冠2018款车型的半轴直径为30mm，如上图平垫圈孔径要大于半轴直径，取平垫圈安装孔直径为30.5mm，厚度选择h=8mm，制造材料选用65Mn。3.3.2球面垫圈尺寸设计行星齿轮一字轴的轴颈直径为19mm，则球面垫圈孔径D2也取19mm，厚度h选定为7mm，制造材料选定为碳素结构钢Q235A。3.4本章小结本章对此次设计所需零部件基本参数进行了设计计算，得到了差速器设计的基本参数，同时对齿轮、垫圈、半轴等部件的材料进行了方案选择，为接下来的建模提供了基本的参数支持。4.差速器标准零件选择4.1螺栓型号和材料的选取根据此次设计车型的参数选用8个GB-T5781-2000，M16×30的标准件螺栓，8个GB-T70.1-2000，M8×16，的标准件螺栓，这两种型号的螺栓在进行建模时，可在UG重用库中直接调用标准件。制造螺栓的材料一般为碳素钢或不锈钢，此次选用碳素Q235A钢。4.2轴承选用轴承是辅助轴旋转、支撑轴的零件。根据《机械设计手册》选取标准件轴承GB-T276，同样在UG重用库中调用标准件。根据相应零件参数，选取轴承外径52mm，内径为40mm。4.3本章小结本章对此次设计的差速器所需要的标准零件进行了选择，参考其他零件的基本参数，查阅了《机械设计手册》，最终确定了需要的标准零件。建模的准备工作基本完善，即将可以开展建模工作。5.半轴设计计算5.1半轴结构半轴半轴与半轴齿轮相连的部分称作花键，根据受力情况不同，半轴大致分为两类：（1）半浮式（2）全浮式。轿车一般采用半浮式半轴，此次设计也采用半浮式半轴。首先需要确认半轴的直径。5.2半轴设计半轴计算转矩及半轴直径根据《汽车工程手册》公式=3211.26N·m式中：X2—车轮驱动力；rr—轮胎滚动半径，—差速器转矩分配系数，可取=0.6；iL—传动比，—传动系效率，可取=96%式中，—半轴扭转切应力，=490-588MPa，d向上圆整，选取d=32mm，对半轴进行强度校核。参考《汽车工程手册》，半轴扭矩应力公式：=565.68MPa<=490-588MPa则设计合理。6.差速器壳体差速器壳是用来保护主减速器和差速器的外壳，保持主减速器和差速器的润滑，同时阻挡异物进入差速器内，导致不必要的磨损。差速器壳体的设计应满足：足够的刚度、强度成本合理，工艺好保护差速器免受异物进入拆卸方便，利于修理厚度在60与200mm之间7.三维模型建立（1）软件介绍UG是一款非常适合此次设计的软件，它具备建模、装配、制图、仿真等此次设计所涉及的各种功能，此次设计过程大概为，绘制草图—选用标准件—建立三维模型—对已建立的三维模型进行装配—对装配完毕的模型进行运动学仿真分析。（2）绘制草图除去标准零件，其他部件需手动绘制草图，借助上文计算得到的基本参数绘制出差速器的基本零件草图，绘制草图可谓是建模的核心步骤，在草图绘制完毕后，采用拉伸、倒角等步骤，将草图转变为三维零件，保存起来，以备后续装配使用。标准件调用在差速器的建模过程中，会用到许多有着固定标准的标准件，这些标准件可以通过从重用表中直接调取使用，免去了制图的过程，例如固定差速器壳体所需的螺栓以及对半轴起支撑作用的轴承均可使用标准件。同样，标准件尺寸也在上文中计算得到，直接调用即可。装配及调整当差速器的各部分零件均完成三维实体建模后，将各部分零件的源文件保存至同一目录之下，打开UG软件的装配模块，点击“添加组件”，将保存的各部分部件一一添加至装配文件。此时面临了一个难题，各个零件交织在一起，错综复杂，令人眼花缭乱，这是便需要用到添加装配时的定位方法，一般采取“绝对原点”的对位方法，此时所有部件均处于同一原点，然后将暂时无需用到的部件隐藏，再进行两两装配即可。事实上，装配即限制某个零件的自由度，确保位置关系正确。装配图8．差速器运动仿真（1）UG运动仿真技术UG的高级仿真模块内嵌了ADAMS的解算器，是一个不错的仿真分析的工具，可以利用计算机，通过对实体模型的运动状态进行分析，来预估实际操作的风险。可以通过这种方式来避免损失。简单来说就是通过模型模拟实际运动，仿真是一种相当有效的研究手段，相比直接用实物进行试验极大地降低了风险与成本。（2）UG仿真流程1.将建立完毕的模型导入UG，完成装配2.打开高级仿真模块，创建仿真文件3.创建连杆4.定义运动副、传动副5.定义连杆运动驱动6.添加解算方案，完成仿真（3）差速器运动仿真分两种工况进行仿真，直线行驶和差速行驶。汽车直线行驶时，差速器的左右半轴转速相同。设差速器壳体转速为n0，左右半轴转速分别为n1、n2。在直线行驶工况下，设n0=n1，n2设置为自由输出端，比对三者的转速关系。汽车转弯时，左右车轮经过的距离不同，差速器左右半轴转速不同。在差速行驶工况下，n0取恒定值，对比三者转速关系。仿真结束，齿轮啮合良好，其他部件装配正常，未出现干涉现象。（A）n1曲线（B）n2曲线<1>任何情况下，n1+n2=2n0，即左右半轴转速之和等于差速器壳体转速的一半<2>直线行驶工况，n1=n2=n0=180DPS，即三者转速相同<3>当n1=0时，n2=2n0，即右侧半轴转速为壳体转速的一半<4>当n1=0.5n0=90DPS时，由于n1+n2=2n0，得n2=2n0-n1=270DPS（4）本章小结本章介绍了运动仿真的意义并对此次设计的差速器三维模型进行了两种工况的仿真分析，通过分析得知了差速器的工作规律，当汽车在直线行驶工况下，n1=n2=n0，而其他路况时，假设n0不变，两个半轴会出现一个此消彼长的平衡状态，始终满足n1+n2=n0，简单来说，就是左半轴转速降低多少，右半轴转速便上升多少，二者的变化幅度是一样的。通过仿真分析，对差速器的工作特性有了更进一步的了解，对此次研究的课题有了更深刻的认识。9．结论本次设计主要任务是差速器的结构设计、三维建模和仿真分析，经过几个月对本课题的研究与分析，用UG与CAD做好了前期工作，设计过程中所遇到最大的难点是差速器零件的选用，还需要对选用的零件进行校核，若不符合要求还需重新选择，同样，从未接触过的运动仿真也要从头学起，这是一次巨大的挑战，我必须全力以赴。设计的最后，对差速器的两种工况进行仿真分析，加深了我对差速器工作原理的认知。此次设计终于结束，此为考核，也是实践，通过这次设计我获益良多，掌握了差速器的相关知识，熟练使用UG、CAD的能力，专业知识面也得到了拓展，为即将奔赴工作岗位的我提供了宝贵的实践机会。参考文献[1]H.Gao,W.Sun,P.Shi,Robustsampled-datacontrolforvehicleactivesuspensionsystems,IEEETrans.ControlSyst.Technol.18(2010)[2]W.Sun,Y.Zhao,J.Li,L.Zhang,H.Gao,Activesuspensioncontrolwithfrequencybandconstraintsandactuatorinputdelay,IEEETrans.Ind.Electron.59(1)(2012)[3]M.Lemoset,L.F.Pinto,L.M.Rato,M.Rijo,