不同螺距轴向滑块凸轮式差速器的仿真分析

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1、不同螺距轴向滑块凸轮式差速器的仿真分析作者：潘虎孙传祝在新车型的研发中，驱动桥作为汽车传动系中的一个关键性部件，其性能直接影响着整车性能，而差速器则是其中的重中之重。差速器的作用是当汽车转弯行使或在不平路面上行使时，使左右驱动轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动轮与地面问作纯滚动运动。众所周知，差速器的种类繁多，如开式、防滑式、锁止式、电子差速锁式，其应用领域各异，优缺点明显。孙传祝等在总结了各类差速器的优缺点后，提出了一种新型差速器--轴向滑块凸轮式差速器。它是防滑差速器的一种，结构简单，体积更小．成本低廉，已实际应用于发动机排量在400mL以下(功率≤20kw)

2、的越野车，左右两轮差速效果比较理想，两半轴的转矩也比较大。本文针对用于发动机排量为500mL，即车辆功率增大后的该差速器做了进一步分析研究。1结构及工作原理1．1结构轴向滑块凸轮式差速器主要由差速器壳、差速器盖、差速轮、滑块以及碟形弹簧等组成，其结构如图1所示。差速轮的齿面为左右旋交替、螺距相间的螺旋面，从而沿圆周形成了多个形状相同的凸起，且螺旋面的母线呈内高外低的倾斜状态，如图2所示。左右差速轮的结构相同，通过花键与左右半轴连接。差速轮的背面加工有一条阿基米德螺旋线，用以将差速器壳外面的润滑油引入壳内，为差速轮和滑块创造润滑条件。滑块两端分别加工有与差速轮相应的、

3、左右旋交替的螺旋面，如图3所示。它有相互对称的两种形式，装配时沿差速器壳内孔表面的圆周方向相间地装人内孔表面的轴向槽内。差速器壳内表面加工有与滑块数量相同的轴向槽，滑块沿轴向槽移动，因为差速轮螺旋面的母线内高外低，而滑块内低外高．使得滑块背面受到差速轮径向力的作用，使其始终贴合在差速器壳的内壁上．如图4所示。图5是差速器盖的结构图，装配时差速器盖通过螺栓连接在差速器壳上，润滑油经进油槽流入差速器壳体内，保证滑块、差速轮以及差速器壳能够在润滑环境中正常工作。1．2工作原理车辆直线行驶时．动力由差速器壳通过滑块带动左右差速轮旋转，并且在摩擦力作用下滑块与羞速器壳之间也无

4、相对滑动，三者转速相等。转弯行驶时．由于两驱动轮遇到的阻力不同，使得左右差速轮也产生转速差。此时，滑块除带动两差速轮转动外，还在差速器壳内孔表面的轴向槽内轴向移动，但由于碟形弹簧的轴向压力作用，差速轮的螺旋面始终与滑块的螺旋面啮合．并且两者之间存在相对滑动。由于滑块与左右差速轮产生的摩擦转矩作用，使慢转差速轮可以得到比快转差速轮更大的转矩。轴向滑块凸轮式差速器的锁紧系数与凸轮表面的摩擦系数和倾角有关，正是利用了滑块与差速轮问产生的较大数值的内摩擦转矩，才使得该差速器的锁紧系数较大，成为一种高摩擦自锁式差速器。图6仿真分析步骤2仿真与分析2．1运动仿真概述现代科学研究

5、、生产开发、社会工程、经济运行中涉及的许多项目，都有一定的规模和复杂度。在进行项目设计和规划时，往往需要对项目的合理性、经济性等品质加以评价；在项目实际运行前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便选择正确、高效的运行策略或提前纠正该项目设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的运行水平。采用仿真技术町以省时、省力．省钱地达到下述目的。计算机仿真的显著特点是：它是一种在计算机上进行试验的方法，试验所依赖的是实际产品抽象出来的仿真模型。由于这一特点，计算机仿真给出的是由试验选出的较优解，而不像数学分析方法那样给出问题确定性的最优解。2．2仿真设置基于COSMOS/MOTIO

6、N软件的动态仿真，可以依据如图6所示的基本步骤进行。为了达到仿真与实际情况尽最大可能相符，在差速轮与滑块、滑块与差速器壳、差速轮与差速器壳之间分别添加了摩擦，并设置差速器各零部件间的工作条件为润滑，为各个零件设置密度和质量。车辆转弯时，由于地面施加给内外侧车轮的摩擦力不一样，所以两轮上的反转矩也不相等。在仿真中给两轮没定不同的反转矩值，根据车辆的正常行驶速度及差速器的额定载荷，配有该差速器的车辆最高行驶速度约为50km／h，车轮直径为800mm，最大驱动转矩为140N·m，因此，设定差速器壳(即滑块)的角速度为ω0=2000(°)／s，在30～140N·m范围内，给

7、两差速轮设置了多组合反转矩值进行仿真模拟。2．3仿真结果分析在仿真过程中，选取发动机排量为500mL，差速轮(滑块)螺旋面螺距分别为84mm和120mm两组不同规格的差速器进行动态仿真。为区分左右两侧差速轮，分别取名为轮l，轮2。仿真中发现．当合反转矩及反转矩差不同时，差速器既有正常差速，也有反转等非正常差速，还有差速不明显或相当于直线行驶状态的不差速。所谓反转，就是添加较大反转矩的差速轮旋转方向与差速器壳的旋转方向相反，即不正常结果。2．3．1发动机排量为500mL．螺距为84mm时的仿真与分析在30～140N·m范围内，各组合反转矩下的仿真统计结果看出，当合