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限滑差速器在農機上的應用

發布時間:2015-12-25 | 來源:天津天海同步科技有限公司 | 作者:李國志 梅剛
【摘要】本文闡述了限滑差速器在農機上應用優點,介紹了普通差速器和限滑差速器的使用對比。

 

  什么是差速器:差速器相當于一個扭矩分配器,將輸入扭矩一分為二,傳遞給左右兩個驅動半軸,并允許兩個半軸以不同速率旋轉。

  差速器的作用:車輛轉彎時,內側車輪走的弧線會比外側短。為彌補差距,我們就希望內側輪子轉得慢些,外側轉得快些。

  差速器的作用:差速器能使同一驅動橋的兩個車輪,以不同的速率旋轉(即允許其產生轉速差)。

  下面我們對差速器的發展和結構進行簡單的剖析:

1、 開放式差速器


  圖1典型的差速器結構圖

  1-軸承;2和8-差速器殼;3和5-調整墊片;6-行星齒輪;

  7-從動錐齒輪;4-半軸齒輪;9-行星齒輪軸;

  開放式差速器最為常用,其能向左右兩驅動半軸分配同等大小的扭矩。車輛直線行駛時,左右車輪受力相等,兩半軸齒輪不存在轉速差,所以行星齒輪不發生自轉,主減速器從動齒圈相當于直接驅動兩半軸齒輪。半軸齒輪通過驅動半軸與車輪相連,因此實質上經過一系列動力傳遞過程后,車輪得到了和主減速器從動齒圈相同的轉速。車輛轉彎時,外側車輪希望能夠獲得比內側車輪更高的轉速,此時行星齒輪介入,在維持扭矩傳遞的同時允許兩半軸齒輪出現輕微的轉速差。

  如果一側的半軸齒輪相對另一側靜止不動,那么輸入差速器的所有動力都將被分配給阻力較小的車輪上。這就是為何當車子一側車輪在冰面上,另一側在附著力良好的路面上時大腳加油,冰面一側的車輪拼命打滑,而附著力良好的路面上的車輪卻紋絲不動的原因。此時車輛根本動彈不得,因為引擎所有的動力都被輸送到了阻力最小的——即處在冰面上的那個車輪上。車輛喪失了驅動能力。

  對于水田型輪式拖拉機的農用車來說,水田作業工作環境是非常惡劣的,在作業工程中,泥濘的地下有以前留下的深車轍,高低不平的高臺和深坑,這都是讓車輛拋錨的重大隱患。如何改變這一狀態?首先工作環境是無法改變的,我們只能從機械機構出發解決這一問題,那就是差速器。“差速不差扭”是普通差速器的弊端,是導致車輛無法獲得所需驅動力的元兇。在這里,我們要設計一款限滑差速器,讓車輛獲得所需的驅動力,驅動車輛正常前進。

2、 限滑差速器

  限滑差速器的設計原理也分為多種,比如托森扭力感應式,摩擦離合片式,螺旋齒輪嚙合式等,在很多書籍雜志上均有介紹,這里不再累述。

  作為用戶,最為關心的就是:一個是達到的脫困的效果,另一個就是價格便宜和保養方便。因此,我們設計了一款“圓柱螺旋齒式限滑差速器”。

  擁有固定扭矩分配比的圓柱螺旋齒輪機構決定扭矩的分配率,齒輪機構發生扭矩鎖緊時自動分配左右動力輸出.比如一個扭矩分配比為2.5:1的差速器能夠將扭矩放大2.5倍傳遞給驅動橋上抓地力更大的那個驅動輪。但其缺點在于,若某一驅動輪突然失去牽引力,另一個車輪也將徹底失去牽引力。

  

2  齒輪差動圖

        螺旋齒輪差速器限滑的原理:就是當某一側車輪發生打滑現象的時候,由于螺旋齒輪的嚙合方向,會讓這些在殼體內懸浮的齒輪向外發力,與殼體之間形成摩擦,每個零件處產生的滑動摩擦產生了差動限制力,從而起到限滑的作用。而當正常駕駛的時候他們仍然起到行星齒輪一樣的差速作用。

  圖3 齒輪端面處的摩擦


  圖4 孔摩擦

  產品結構:











                             圖5 圓柱螺旋齒式限滑差速器結構圖

      該圓柱螺旋齒式限滑差速器由三組齒輪同一公轉軸線平均布置。在左右兩側,每個行星齒輪分別和各自的輸出太陽輪嚙合,每對行星齒輪在中間部位相互嚙合,同時,兩個太陽輪之間是有間隙的,不和對面的行星齒輪嚙合。

3、 產品試驗

  3.1 整車試驗

  試驗現場,本產品安裝在70馬力輪式的前驅動橋中,前橋一側驅動輪置于一個泥坑中,進行整車脫困試驗;試驗車2臺,一臺安裝普通差速器,另一臺安裝圓柱螺旋齒式限滑差速器,試驗過程中,安裝普通差速器的試驗車置于泥坑中的車輪出現打滑,另一側車輪喪失驅動力,整車無法擺脫困境;而安裝圓柱螺旋齒式限滑差速器的試驗車在相同工況下,試驗車順利的擺脫困境,從泥坑中開出來。


  圖6 人工泥坑


  圖7 安裝限滑差速器試驗車脫困試驗

  3.2 臺架試驗

  3.2.1磨合試驗

  

  3.2.2性能試驗


  3.2.3可靠性試驗


  按照Q/12 TH 5140-2012試驗標準和試驗任務書要求,完成磨合試驗后,進入正式試驗流程,試驗共計完成12000次循環,在試驗過程中每完成2400次循環后要進行性能檢測。


  圖8 12000次可靠性試驗后性能曲線圖

  通過上述試驗表明,產品可靠性滿足要求,性能符合設計要求,整車具有一定的脫困能力。
4、 小結

  安裝限滑差速器的車輛,在輪胎與地面附著力較差的情況下能夠有效地提高整車的驅動力,提高農機車在水田里的工作效率,這對使用者來說是一個莫大的歡喜。

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