轻型越野车差速器优化设计

轻型越野车差速器优化设计

韩佳奇

中车集团沈阳汽车车桥制造有限公司辽宁省沈阳市110141

摘要：差速器对汽车驱动来说是至关重要的组成部分，它的直接影响汽车在各种路况下的行驶品质及性能体现。

关键词：汽车差速器、行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴

一、差速器的构造

一个差速器系统的核心是四个齿轮：两个行星齿轮和两个与传动轴相连的半轴齿轮。这四个齿轮都在差速器壳内，这个壳体连接着传动轴，本身也要转动，在行驶时它的转动方向与车轮转动方向相同。

二、差速器的运作原理

直线行驶时的特点是左右两边驱动轮的阻力大致相同。从发动机输出的动力首先传递到差速器壳体上使差速器壳体开始转动。接下来要把动力从壳体传递到左右半轴上，由于两边车轮阻力相同行星齿轮跟着壳体公转同时不会产生自转，两个行星齿轮咬合着两个半轴齿轮以相同的速度转动，这样汽车就可以直线行驶了！

“汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧，如果汽车向左转弯，圆弧的中心点在左侧，在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长，为了平衡这个差异，就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。”相当于行星齿轮带动左侧半轴会更费力，行星齿轮就会产生自传，把更多的扭矩传递到右侧半轴齿轮上，由于行星齿轮的公转外加自身的自传，导致右侧半轴齿轮会在差速器壳体转速的基础上增速，右车轮就比左车轮转得快，从而使车辆实现顺滑的转弯。行星齿轮的状态是理解差速原理的关键，齿轮经常要朝相反方向转动，从而实现差速作用。差速器的设计要求满足：（左半轴转速）+（右半轴转速）=2（行星轮架转速）。

三、差速器对越野性能的影响

由于差速器允许车轮以不同转速转动，所以在泥泞等路面，当一个车轮打滑时，动力全部消耗在飞快转动的打滑车轮上，其他车轮会失去动力。差速器是让车辆转弯时候内外轮有轮速差用的，否则车辆转弯就会困难，但是差速器在越野道路上就是帮倒忙的。因此，在四驱车上，还需配有限制和防止打滑的装置，如差速锁、限滑差速器、牵引力控制系统等。差速器行星齿轮轴的作用是将转矩传给行星齿轮，实现转矩分配，从而使车轮实现差速运转。

四、差速器内部受力计算

对差速器结构做了一项相应的试验，对同一状态下一字轴与采用十字轴两种差速器进行受力计算。过程如下：相较于SYCQ80差速器行星齿轮强度计算（一字轴、两个行星齿）因行星齿轮在差速器的工作中经常只起等臂推力杆的作用，并且仅在左、右驱动轮有转速差时行星齿轮和半轴齿轮之间才有相对的滚动，因此差速器齿轮主要进行弯曲强度计算。

按最大附着力计算打滑扭矩Tjφ

Tjφ=（G2+Gaft）*g*φ*r=(1484+2800*0.127)*9.8*0.8*0.389=5610.34N.m。T=，最大转矩（）==

1683.102N.m

其中--差速器行星齿轮数目

齿轮的弯曲应力σwσw=

最大应力（σwe）==1304.472Mpa

Ks—尺寸系数，当m≥1.6时，，在此计算

Ks=0.679，Km—载荷分配系数，选取1.0；因为[σw]=980Mpa>σwe

[σw]—半轴齿轮的弯曲强度；材料的最大允许的弯曲强度为980MPa

所以该行星半轴齿轮不满足设计要求。改用十字轴时行星齿轮数量变更为4个；最大转矩（）==841.551N.m

差速器齿轮的弯曲应力σw==652.236Mpa

因为[σw]=980Mpa>σwe

综上所述四个行星齿轮设计方案符合设计要求。

五、差速器优化设计总结

根据产品开发案例可以验证了差速结构的一种方案就是差速器安装结构选用“十字轴差速器方案”较“一字轴差速器方案”是对传入差速器大扭矩状态下更好的满足设计需要。因十字轴方案中运转的零部件可承受更高的弯曲强度冲击。此项改进差速器系列后桥至今有2年时间里未出现一例差速器断裂失效问题。满足客户对产品的指标要求，同时对企业经济上有较好的收益。

参考文献：

[1]刘惟信（汽车设计【M】（北京：清华大学出版社，2001.

[2]陈家瑞（汽车构造（4版【M】（北京：人民交通出版社，2003.

[3]刘惟信（驱动桥【M]（北京：人民交通出版社，1987.