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差速器是車輛的重要組成部分，當(dāng)在車輛在直線行駛過程中，起著傳遞轉(zhuǎn)矩和調(diào)整轉(zhuǎn)速的作用，在車輛轉(zhuǎn)彎或在不平路面上行駛時，能夠保證左右驅(qū)動車輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，這樣就可以保證兩側(cè)的驅(qū)動車輪運(yùn)動狀態(tài)為純滾動。作為汽車零部件中一個較小的總成，把差速器單獨(dú)拿來進(jìn)行設(shè)計、分析的比較少，通常都把它作為驅(qū)動橋設(shè)計的一部分，因此對它的設(shè)計方法及分析的相關(guān)研究一般都不夠詳細(xì)具體，對直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度分析通常采用齒輪手冊中傳統(tǒng)的校核計算方法。但隨著現(xiàn)代新材料的不斷采用、齒輪加工工藝的迅速發(fā)展，尤其是齒輪精鍛技術(shù)的進(jìn)步，相比傳統(tǒng)工藝加工的齒輪，現(xiàn)在差速器所采用的精鍛齒輪的尺寸更小，而強(qiáng)度更高，所以傳統(tǒng)齒輪設(shè)計中采用的設(shè)計及校核方法顯得相對保守。
為了更準(zhǔn)確地對齒輪進(jìn)行幾何設(shè)計和強(qiáng)度分析，能夠適應(yīng)車輛輕量化、小型化的發(fā)展要求，使用先進(jìn)的工具對齒輪相關(guān)參數(shù)的設(shè)計和強(qiáng)度分析顯得愈加重要。我們旨在通過自編軟件精確建立差速器錐齒輪的有限元模型，利用大型有限元軟件Hypemesh和ABAQUS模擬差速器行星齒輪和半軸齒輪的接觸和嚙合情況和受力分析，為研究結(jié)構(gòu)緊湊體積較小的差速器提供一種方法。
差速器主要起著消除由于左、右驅(qū)動車輪在運(yùn)動學(xué)上的不協(xié)調(diào)的重要作用。差速器保證了汽車驅(qū)動橋兩側(cè)車輪在行程不等時能以相應(yīng)的不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，因此可以滿足車輛行駛過程中運(yùn)動學(xué)的要求。差速器的結(jié)構(gòu)形式有很多種，其中以普通對稱式圓錐行星齒輪差速器應(yīng)用最為廣泛。對稱式行星齒輪差速器由差速器左、右殼體、半軸齒輪、行星齒輪(小型、微型汽車一般都采用2個，少數(shù)的車輛則是采用3個)、行星齒輪軸以及齒輪墊片等組成，其中，作為主要傳動部分的半軸齒輪和行星齒輪多為直齒圓錐齒輪。圓錐齒輪能夠傳遞任意兩相交軸間的運(yùn)動和動力，其中，直齒圓錐齒輪作為圓錐齒輪中最簡單的一種，其節(jié)錐齒線為徑向直線形，輪齒走向沿圓錐母線方向，齒面節(jié)線通過節(jié)錐頂點(diǎn)，其齒長上各點(diǎn)的螺旋角都是零度，因此它的軸向力是各種齒線型錐齒輪中最小的。直齒圓錐齒輪的特點(diǎn)是便于制作，軸向力較小，支承系統(tǒng)簡單，甚至可以用滑動軸承，能夠減少較多的安裝空間。本研究中以裝載機(jī)干式驅(qū)動橋所采用的對稱式圓錐行星齒輪差速器為研究對象，對單個行星輪和半軸齒輪的嚙合及受力進(jìn)行分析計算，并與傳統(tǒng)計算方法進(jìn)行比較。
直線行駛占車輛行駛工況的絕大多數(shù)，在這種情況下，對于車輛差速器錐齒輪副來說，車輛左右輪是等速或接近等速的。此時，行星齒輪只是起個等臂推力桿的作用，即行星齒輪的輪齒推動兩邊的半軸齒輪的輪齒，使行星齒輪與半軸齒輪共同繞半軸齒輪的軸線一起轉(zhuǎn)動，而兩者很少有相對轉(zhuǎn)動，只有左右車輪產(chǎn)生差速時，行星齒輪與半軸齒輪間才有相對轉(zhuǎn)動。由于只有當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎或一邊打滑、滑轉(zhuǎn)時，差速齒輪才會有相對運(yùn)動。本研究中以主要以直線行駛時的工況為研究進(jìn)行展開分析。根據(jù)裝載機(jī)設(shè)計參數(shù)及要求，當(dāng)取最大轉(zhuǎn)矩時，由下面公式可求得一個行星齒輪給予一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)式中，M為主減速器從動齒輪的轉(zhuǎn)矩，分別按最大轉(zhuǎn)矩和平均計算轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計算;屯為差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，通常取0.55~0.6，在計算半軸齒輪的最大轉(zhuǎn)矩時是按地面最大附著力計算，因而此時取0.5，在計算平均轉(zhuǎn)矩時取0.6，h為差速器行星齒輪的數(shù)目，風(fēng)為某個行星齒輪給予一個半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，在模擬行星齒輪和半軸齒輪擬合時將半軸齒輪完全約束，在行星齒輪上施加最大轉(zhuǎn)矩，通過ABAQUS計算求得齒輪齒面的接觸應(yīng)力和齒根處的彎曲應(yīng)力。
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