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車輛打滑一直是車輛行駛過程中需要克服的問題，要解決車輛打滑，必須要解決車輪之間的差速及鎖死問題。汽車通常采用在前橋或后橋上加裝差速器的方式進(jìn)行傳動(dòng)，在泥濘的道路很容易打滑而無法正常行駛。多橋驅(qū)動(dòng)汽車也只能解決兩輪驅(qū)動(dòng)打滑問題，不能解決驅(qū)動(dòng)輪在附著條件不滿足時(shí)車輪打滑問題，如在出現(xiàn)前、后各有一邊或是對(duì)角輪附著不夠滑轉(zhuǎn)時(shí)，汽車無法行駛。為克服車輪打滑，人們?cè)O(shè)計(jì)了多種差速器，但都存在一個(gè)共同問題：若鎖死差速器，可以發(fā)揮應(yīng)有的牽引力，但該車就不能導(dǎo)向轉(zhuǎn)彎；若能導(dǎo)向轉(zhuǎn)彎，就不能在惡劣泥濘道路上發(fā)揮應(yīng)有的牽引力，無法行駛。
自適應(yīng)牽引力控制(Adaptive Traction Control Technology)差速器通過動(dòng)力分配分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)每個(gè)車輪，根據(jù)地面附著變化解決車輛前、后橋車輪的扭矩不等分配問題并能自動(dòng)調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)前、后橋間差速，輪間差速，對(duì)角輪差速和前、后橋間防滑，對(duì)角輪之間防滑，輪間防滑。ATC差速器能適應(yīng)多種復(fù)雜地形，如高速公路及冰、雪、泥水地面，直線或轉(zhuǎn)彎行走都能充分發(fā)揮各輪驅(qū)動(dòng)力并轉(zhuǎn)向自如，適用于各種輪式車輛。
ATCT差速器能向前、后、左、右4個(gè)車輪傳遞動(dòng)力，同時(shí)允許4個(gè)車輪以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，盡可能以純滾動(dòng)形式作不等距行駛。該差速器向各個(gè)車輪傳遞扭矩，具有復(fù)合差速器限制車輪打滑和扭矩合理分配的功能，因而差速器殼體承受彎矩和扭矩的作用，受力狀態(tài)復(fù)雜。因此在設(shè)計(jì)過程中對(duì)ATCT差速器殼體進(jìn)行有限元分析，以確定合適材料下殼體的厚度，設(shè)計(jì)出滿足強(qiáng)度要求的輕量化殼體。
ATCT差速器殼體由主要由殼體1、殼體2、殼體3、殼體4組成，殼體之間由螺栓聯(lián)接，工作動(dòng)力由齒輪1或齒輪2輸入，通過中間一系列齒輪傳動(dòng)，由十字軸1和十字軸2輸出。差速器有高速級(jí)、低速級(jí)2個(gè)檔位，齒輪1為高速級(jí)齒輪，齒輪2為低速級(jí)齒輪，齒輪1、齒輪2為斜齒圓柱齒輪，ATCT差速器殼體結(jié)構(gòu)和受力示意圖如圖1所示。輸入扭矩M為21078N∙m，輸出扭矩M1和M2為10539N∙m。
在工作中，當(dāng)變速箱位于1檔、分動(dòng)器位于低速級(jí)時(shí)，差速器傳遞扭矩最大，由于齒輪2為斜齒圓柱齒輪，在傳動(dòng)過程中差速器殼體既受扭又受彎，此時(shí)可認(rèn)為差速器殼體處于最危險(xiǎn)載荷工況，分析中按此工況進(jìn)行分析。
動(dòng)力輸入齒輪通過與齒輪1或齒輪2嚙合實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞，已知低速級(jí)齒輪2分度圓直徑d為412.5mm、壓力角α為20°、螺旋角β為21°，則齒輪2所受的圓周力Ft、徑向力Fr、軸向力Fa。
差速器殼體初始設(shè)計(jì)方案δ1、δ2、δ3及δ4厚度均為12mm,利用CAXA實(shí)體軟件建立差速器殼體的三維模型。為了便于分析，建立有限元模型前，對(duì)原模型進(jìn)行一些簡化處理，將各零件的銳角倒棱，并將十字軸拆除。為了添加輸入載荷方便，建模中保留了齒輪2，且將齒輪簡化為分度圓柱，通過螺栓與殼體2通過螺栓聯(lián)接。簡化后的差速器殼體模型由殼體1、殼體2、殼體3、殼體4、齒輪2組成，將簡化后的差速器殼體模型保存為IGES格式導(dǎo)入Patran中，然后選擇Tet10單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定單元尺寸為10mm。差速器殼體各部分之間用螺栓（螺釘）連接，在每個(gè)螺栓孔位置上分別建立多點(diǎn)約束MPC單元，然后再通過剛性單元RBE2模擬螺栓連接。其有限元網(wǎng)格如圖2所示。根據(jù)差速器殼體使用工況，在差速器殼體兩端面A、B施加位移約束以及在C、D、E位置施加載荷約束。載荷添加時(shí)考慮到減重孔對(duì)強(qiáng)度的影響，假定當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)到與減重孔相對(duì)位置時(shí)，殼體應(yīng)力最大位置添加載荷。
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