差速器行星齿轮工作平衡状态研究

1、差速器行星齿轮工作平衡状态研究 【摘 要】对称式圆锥齿轮差速器是重型卡车驱动桥常用零部件，而行星齿轮是得以实现功能的关键部件，本文对行星齿轮在工作中的平衡状态进行了分析研究，总结归纳出三种工作状态和一种特殊情况，解决了行星齿轮在各工况的受力分析问题，加深了对差速器工作原理理解，为相关零部件受力分析和强度计算提供了参考。 【关键词】行星齿轮；对称式圆锥齿轮差速器；强制锁止 差速器工作原理是车桥设计中一项重要内容，在各类文献资料中，普遍对其运动学原理分析较为透彻，但对于差速器工作时主要零部件的受力分析却很少提及，导致在理解差速器的工作原理的过程中，只知道差速器运动的结果，却不知道工作过程，本文以啮

2、合套式强制锁止式差速器为例，以行星齿轮的平衡状态分析为主线，阐述了差速器的动力学工作原理。 1 啮合套式强制锁止式差速器结构和工作原理。 如图1是一种带有强制锁止装置的对称式圆锥齿轮差速器结构图。当一侧轮胎打滑时，操纵机构3将控制啮合套1与差速器左壳4通过接合齿2联接，从而使半轴、半轴齿轮与差速器壳固定联接，差速器失去差速功能，两半轴刚性联结同步运转。 差速器结构原理在各类文献中均有详细说明，本文不作赘述。 2 行星齿轮平衡状态研究： 建立如图2所示力学模型，行星齿轮实际上相当于可绕销轴自由转动的等臂杠杆，在图中处于中心的销轴相当于十字轴，等臂杠杆相当于行星齿轮，f1和f2分别表示左、右半轴齿

3、轮对行星轮的作用力，行星齿轮a、b、c、d四种平衡状态，分别对应不同工况： 2.1 直行工况 行星齿轮的受力状态应如图a所示，f0为通过十字轴作用在行星齿轮上的主动力，f1和f2大小相等，且f0 =2f1=2f2，方向相同，但分别作用在行星齿轮的两侧，对十字轴中心力矩平衡。因此，直行工况时行星齿轮不发生自转。 2.2 转弯工况 在转弯工况时，两侧车轮阻力不相等，半轴齿轮阻力f1f2，即阻力矩f1lf2l力矩不等，无法维持行星齿轮平衡状态，此时阻力差促使行星齿轮向阻力较小的半轴齿轮侧自转（如图b）并导致如下结果： （1）自转导致两车轮的输出扭矩相等且数值等于较小者（忽略摩擦力影响），但输出力f1

4、、f2是变量（见差动轮系动力学分析相关资料）； （2）车轮的运动形式则表现为阻力小的（外侧）转动速度提高，阻力大的（内侧）转动速度降低。 （3）当一侧车轮附着力为零时，就出现极端现象：一侧车轮飞速转动，另一侧车轮却纹丝不动，导致车辆无法前进。 2.3 强制锁止 当锁止机构工作时，行星的自身保持平衡的功能失效，但建立了如图c所示新的平衡态，f2为阻力与输入力f0平衡；f1为约束反力，与啮合套与差速器壳间的约束平衡（f1可视为内力）；对行星齿轮来说，f1与f2对十字轴中心力矩平衡，行星齿轮无法自转。 此时功率流如图1所示，实线表示实际功率流为两条：一条通过啮合套传递到左半轴，另一条通过f2传递到右

5、半轴； 虚线表示内力功率流自f1通过啮合套传回到差速器壳。 此时半轴扭矩示例如图3：l0和l1是左半轴， l0代表半轴齿轮与啮合套间部分半轴， l1代表啮合套到轮端部分半轴；r0是右半轴，图3是假设左侧轮胎附着力不足时，差速锁工作时两半轴的扭矩图： （1）此时l1和r0段输出扭矩分别为t1和t2，表明附着力得到了充分利用。 （2）l0段半轴扭矩必然与较大附着力侧相等以维持其输出扭矩（图3右侧半轴较大，即l0段与r0段相等均为t2）。 （3）t1和t2大小随附着力变化，方向根据前进或后退改变（图3前进）。 2.4 特殊情况 两轮悬空，固定输入端，转动一侧轮毂另一侧轮毂将反转。行星齿轮平衡状态如图d。这种情况不是实际使用的工况，一侧半轴齿轮为输入端，另一侧为输出端，行星齿轮实际上是作为一个中间传动齿轮轮存在，起到了换向作用。 3 小结 本文以对称式圆锥齿轮差速器为例，围绕行星齿轮的平衡状态进行分析，总结出4种行星齿轮简单力学模型及对