轎車長安汽車主減速器和差速器設(shè)計含4張CAD圖,轎車,長安,汽車,減速器,差速器,設(shè)計,CAD 摘要 本文介紹了汽車主減速器與差速器的設(shè)計建模過程，論述了切換差速器與主角按俗氣的結(jié)構(gòu)和工作原理，通過對汽車主要參數(shù)的分析與計算對差速器和主減速器進(jìn)行設(shè)計，并使用solid works對主減速器和差速器進(jìn)行3D建模，生成2D工程圖。完成裝配后，對主減速器和差速器進(jìn)行運(yùn)動仿真，論證差速器原理，并用Ansys workbench對其進(jìn)行有限元分析，以論證設(shè)計的合理性。 關(guān)鍵詞：建模，主減速器，差速器，有限元分析 Abstract Automobile were introduced in this paper the design of the main reducer and differential modeling process, this paper discusses the differential switch and the leading role in the structure and working principle of tacky, through the analysis of automobile main parameters and calculation of differential and the main reducer design, and use the solid works 3 d modeling of the main reducer and differential generating 2 d engineering drawing. After the assembly, the main reducer and differential were simulated to demonstrate the principle of differential, and the finite element analysis was carried out with ANSYS Workbench to demonstrate the rationality of the design. Key words: modeling, main reducer, differential, finite element analysis 1.1課題研究的背景及意義 汽車自誕生以來到現(xiàn)在己有一個多世紀(jì)，隨著社會發(fā)展的日新月異，汽車的購買量和使用越來越多，已然成為人民生活的必需品。從中國汽車協(xié)會給出的數(shù)據(jù)來看，中國整個2018年乘用車銷量為2371萬輛，連續(xù)第十年蟬聯(lián)全球銷量第一，并且預(yù)計2019年汽車銷量為2800萬量。伴隨著汽車銷量的居高不下，汽車尾氣排放己成為當(dāng)前全球變暖爭論的一個關(guān)鍵因素，在過去的幾十年中，車輛越來越面臨由監(jiān)管和市場力量驅(qū)動的嚴(yán)格性能、排放和燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)(例如歐洲的ACEA標(biāo)準(zhǔn)、排放交易政策等)，汽車行業(yè)創(chuàng)新和改革刻不容緩。根據(jù)我國關(guān)于發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和加強(qiáng)節(jié)能減排工作的決策部署，為緩解能源和環(huán)境污染壓力，我國大力推動汽車行業(yè)向節(jié)能汽車、新能源汽車轉(zhuǎn)型，推動汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。這種戰(zhàn)略舉措不僅能加快我國汽車行業(yè)發(fā)展，還能培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，激發(fā)我國創(chuàng)造活力，提升我國汽車行業(yè)在國際的競爭優(yōu)勢。決策中所述的新能源汽車是采用新型動力系統(tǒng)和新能源驅(qū)動的新型汽車，可見汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型在我國勢在必行，新能源驅(qū)動汽車的創(chuàng)新和發(fā)展成為我國汽車行業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)。 車用主減速器與變速器是汽車的關(guān)鍵部件。主減速器用于在驅(qū)動橋內(nèi)能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速改變。差速器用于協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)的速度和車輪的實(shí)際速度，能夠用于發(fā)揮電動機(jī)最佳性能，傳動性能直接影響整車的動力性能。尤其是差速器技術(shù)創(chuàng)新是我國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一。目前我國各大汽車廠商和一些科研院校均積極開展了能夠形成自主知識產(chǎn)權(quán)的變速器基礎(chǔ)創(chuàng)新技術(shù)研究和開發(fā)工作，爭取領(lǐng)先各國掌握變速器創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)。 1.2主減速器概述 主減速器（final reduction drive） （如圖1.1）在驅(qū)動橋內(nèi)能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速改變的機(jī)構(gòu)?；竟τ檬菍碜宰兯倨骰蛘呷f向傳動裝置的轉(zhuǎn)矩增大，同時降低轉(zhuǎn)速并改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。主減速器由一對或幾對減速齒輪副構(gòu)成。動力由主動齒輪輸入經(jīng)從動齒輪輸出。汽車正常行駛時，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在2000至3000r/min左右，如果將這么高的轉(zhuǎn)速只靠變速箱來降低下來，那么變速箱內(nèi)齒輪副的傳動比則需很大，而齒輪副的傳動比越大，兩齒輪的半徑比也越大，換句話說，也就是變速箱的尺寸會越大。另外，轉(zhuǎn)速下降，而扭矩必然增加，也就加大了變速箱與變速箱后一級傳動機(jī)構(gòu)的傳動負(fù)荷。所以，在動力向左右驅(qū)動輪分流的差速器之前設(shè)置一個主減速器。 圖1.1 主減速器結(jié)構(gòu)圖 主減速器的存在有兩個作用，第一是改變動力傳輸?shù)姆较?，第二是作為變速器的延伸為各個檔位提供一個共同的傳動比。 變速器的輸出是一個繞縱軸轉(zhuǎn)動的力矩，而車輪必須繞車輛的橫軸轉(zhuǎn)動，這就需要有一個裝置來改變動力的傳輸方向。之所以叫主減速器，就是因?yàn)椴还茏兯倨髟谑裁礄n位上，這個裝置的傳動比都是總傳動比的一個因子。有了這個傳動比，可以有效的降低對變速器的減速 能力的要求，這樣設(shè)計的好處是可以有效減小變速器的尺寸，使車輛的總布置更加合理。汽車主減速器最主要的作用，就是減速增扭。我們知道發(fā)動機(jī)的輸出功率是一定的，根據(jù)功率的計算公式W=M*v（功率=扭矩*速度），當(dāng)通過主減速器將傳動速度降下來以后，能獲得比較高的輸出扭矩，從而得到較大的驅(qū)動力。此外，汽車主減速器還有改變動力輸出方向、實(shí)現(xiàn)左右車輪差速或中后橋的差速功能。 1.3差速器概述Error! Reference source not found. 1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪；7-從動齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓 汽車差速器（如圖1.2）能夠使左、右（或前、后）驅(qū)動輪實(shí)現(xiàn)以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)。主要由左右半軸齒輪、兩個行星齒輪及齒輪架組成。功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右車輪以不同轉(zhuǎn)速滾動，即保證兩側(cè)驅(qū)動車輪作純滾動運(yùn)動。差速器是為了調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速差而裝置的。在四輪驅(qū)動時，為了驅(qū)動四個車輪，必須將所有的車輪連接起來，如果將四個車輪機(jī)械連接在一起，汽車在曲線行駛的時候就不能以相同的速度旋轉(zhuǎn)，為了能讓汽車曲線行駛旋轉(zhuǎn)速度基本一致性，這時需要加入中間差速器用以調(diào)整前后輪的轉(zhuǎn)速差。普通差速器由行星齒輪、行星輪架（差速器殼）、半軸齒輪等零件組成。發(fā)動機(jī)的動力 圖1.2：差速器 經(jīng)傳動軸進(jìn)入差速器，直接驅(qū)動行星輪架，再由行星輪帶動左、右兩條半軸，分別驅(qū)動左、右車輪。 差速器的設(shè)計要求滿足：（左半軸轉(zhuǎn)速）+（右半軸轉(zhuǎn)速）=2（行星輪架轉(zhuǎn)速）。當(dāng)汽車直行時，左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處于平衡狀態(tài)，而在汽車轉(zhuǎn)彎時三者平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)輪轉(zhuǎn)速增加。 汽車轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)側(cè)車輪和外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑不同，外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑要大于內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑，這就要求在轉(zhuǎn)彎時外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速要高于內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速。差速器的作用就是滿足汽車轉(zhuǎn)彎時兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同的要求!這個作用是差速器最基本的作用，至于后為發(fā)展的什么中央差速器、防滑差速器、LSD差速器、托森差速器等，他們是為了提高汽車的行駛性能、操控性能而設(shè)計的。 汽車在拐彎時車輪的軌線是圓弧，如果汽車向左轉(zhuǎn)彎，圓弧的中心點(diǎn)在左側(cè)，在相同的時間里，右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長，為了平衡這個差異，就要左邊輪子慢一點(diǎn)，右邊輪子快一點(diǎn)，用不同的轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)距離的差異。 如果后輪軸做成一個整體，就無法做到兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速差異，也就是做不到自動調(diào)整。為了解決這個問題，早在一百年前，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯·雷諾就設(shè)計出了差速器這個東西。 1.4國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置，是一種相對精密的機(jī)械，使用它的目的是用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。 減速器主要由傳動零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體及其附件所組成。其基本結(jié)構(gòu)有三大部分： 1. 齒輪、軸及軸承組合。 2. 箱體：箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。單體生產(chǎn)的減速器，為了簡化工藝、降低成本，可采用鋼板焊接的箱體。 3. 減速器附件：為了保證減速器的正常工作，除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計給予足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計、制造和使用特點(diǎn)各不相同。其主要類型：齒輪減速器；蝸桿減速器；齒輪—蝸桿減速器；行星齒輪減速器。一般的減速器有斜齒輪減速器(包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等)、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機(jī)械無級變速機(jī)等等。 減速器特點(diǎn)：蝸輪蝸桿減速器的主要特點(diǎn)是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運(yùn)動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點(diǎn)是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉(zhuǎn)速不能太高。行星減速器其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。 簡言之，一般機(jī)器的功率在設(shè)計并制造出來后，其額定功率就不在改變，這時，速度越大，則扭矩（或扭力）越?。凰俣仍叫?，則扭力越大。 1.4.1國外減速器現(xiàn)狀 減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機(jī)械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結(jié)構(gòu)上與此類似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例，減速器與電動機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機(jī)已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機(jī)的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。 1.4.2國內(nèi)減速器現(xiàn)狀 國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進(jìn)口，花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動、擺線針輪傳動、諧波傳動等減速器具有傳動比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)。但受其傳動的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動齒輪傳動的減速器，它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的“內(nèi)平動齒輪減速器”不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點(diǎn)，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。國內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對平動齒輪傳動中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動減速器開展了一些工作。 1.5發(fā)展趨勢 當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長、高水平、高性能、積木式組合設(shè)計、型式多樣化，變型設(shè)計多等方向發(fā)展。 ?1、高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高4倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。 ?2、積木式組合設(shè)計?；緟?shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強(qiáng)，系列容易擴(kuò)充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。 ?3、型式多樣化，變型設(shè)計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機(jī)與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴(kuò)大使用范圍。 參考文獻(xiàn) 【1】 劉惟信．汽車車橋設(shè)計[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004． 【2】 孫恒，陳作模，葛文杰．機(jī)械原理[M]．北京：高等教育出版社，2006． 【3】 席偉光，楊光．機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，2003． 【4】 王望予．汽車設(shè)計[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．? 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