汽车常差速常互锁高通过能力传动新技术.doc
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1、661 项目技术进展情况 由 研究发明的纯机械式的常差速常互锁传动装置,解决了百余年来轮式车辆差速器存在的差速性能好时通过能力差,通过性能好时差速性能差的世界难题。 高工五年来自筹资金,运用此项技术白行设计和制造出了独特的高通过能力越野车两台,并于2001年3月至7月进入了现场表演、路试,途经 八个省市,跨越了长江和黄河,踏过了平原、沙漠、山地、草原、雪地和河沟 等各种路面,行程万余公里,传动装置没有发生故障。 该技术的应用将中国的汽车工业在车辆底盘性能方面发生质的飞跃,为中 国入世后汽车工业的发展找到了一个支点,其应用领域极为广泛:越野车、高 级、中级或普通轿车、微型轿车、客车、货车、农用车
2、、拖拉机、工程车、矿 山车、牵引车、装甲车等各种轮式车辆,在国内外有着广泛的发展前景。l项目概要11项目名称及承办单位111项目名称 汽车常差速常互锁高通过能力传动新技术投资项目研究报告112项目委托单位113项目拟实施地址114项目建设规模 项目用地面积:500亩 总建筑面积:66018平方米 项目总投资:44940万元12可行性研究工作的主要依据121厂区总平面规划厂区规划总平面布置图见附图1122项目资金筹措123国家、部门(行业)颁布的项目可行性研究内容和深度的有关规定(略) 13项目概貌131项目规划本项目将汽车常差速常互锁传动新技术应用重点放在军用越野车领域,改造第一代军车和研制第
3、三代军川越野车,替陈旧落后的BJ2020 吉普车和并不十分先进的进口越野车。同时,按不同车型和规格,应用该技术设计系列差速传动装置,供各个汽车制造厂配套。1.3.3项目的准备和投产 本项目实施进度分为建设、试运营和正式运营三个阶段,建设期为1 年,试运营3年。第六年达到设计纲领,年产汽车底僦5万套,各类差速器1 5万套。 1.3.4项目概况 该项目地处 工业区内,距市中心5公里,距国道2公里,距机场公里,距火车站km。1.4结论 目总投资:44940万元,年净利润:55976万元,税后收蕊率:64.82, 投资利率:124.56,盈亏平衡点:lO.46,安全边际率:89.54。项目抗风险能力很
4、强,经济性较好。2 现代四轮驱动汽车按应用时态的分类及特点 按照美国汽车工程协会(SAE)对四轮驱动的定义,可以分成三类: 将“手动控制”的四轮驱动通称为“短时四轮驱动”或“分时四轮驱动” i Parlt王me 4 Wheel:Drive,简写为4WD)。其特点是手动控制分动器于柄或电 钮,挂上前加力, 以获得通过性能、牵引能力强的性 能;欲高速行驶时,再经手动控制手柄或电钮,换成两轮驱动,以回避那些“四 驱”必然带来的弊病,亦即仅仅在遇到越野、差路面时,才应急地短时使用四 轮驱动。为了降低成本和节油,这种“短时四轮驱动”的差速传动机构比较简 单,只有前、后各一个差速器,没有中间差速器。分动器
5、一般有高、低两梢速 度,以备越野时用低速四轮驱动。一般越野车和军用越野车多为“短时四轮驱 动”,像二战时闻名于世的美国MA型军用小吉普车、二战后的CJ型吉普车、 早年我国盛行的BJ212、现在的BJ2020系列越野车、北京切诺基(分动器为 CommandIrac)、丰田RAV4和4Run。ner、五十铃的Rodeo、日产的Pathfjnder, 富士重工Outback等都属于这种手动、直接式、“短时四轮驱动”汽车的典型 实例。而雪弗莱Blazer和Tahoe为通过按钮电动控制四轮驱动的“短时四轮” 驱动车。这些厂家在“短时四轮驱动”汽车使用说明书中往往会特别提醒和告 诫用户,挂前加力,用四轮驱
6、动时,汽车时速不得超过一定范围(例如,限定 在50或60公里小时),以免发生事故。因为这种简易、直接式四轮驱动的汽 车没有轴间差速器,高速行驶转弯时,不仅转向费力和会发生急转弯制动现象, 而且极容易造成翻车的重大安全事故,这是直接式、简易差速传动四轮驱动汽 车的运动机理所决定的,任何贸然尝试都必将付出血的代价!所以对于驾驶四 轮驱动汽车的人来说,这是必须掌握的驾驶技术和要决。 将“固定控制”的四轮驱动通称为“全时四轮驱动”(FulJtime 4 Wheel Drive),亦称“常时四轮驱动”或“全时四轮驱动”或“永久四轮驱动”或“全 轮驱动”(础l Wheel Dfive,简写为AWD)。其特
7、点是不需要手动控制,永远固 定为四轮传递扭矩的四轮驱动,在“铺装路面”或“非铺装路面”皆为四轮驱 动,不存在两轮驱动和四轮驱动之间的转换,具有抗滑转、强劲牵引的越野能 力,具有良好的通过性能。这种常时四轮驱动汽车除了在前后驱动桥上装有轮 司差速器以外,还在前扣驱动桥之间装有轴问差速器;而且轮间差速器分别装 有带机械差速锁或液粘式离合器或液力多片式离合器或液力耦合器或电磁式 离合器或其他液力控制系统,借助各种电子传感器(例如,油门踏板位置,方向盘转向角度、车轮转速、汽车车速、制动力大小等电子传感器),通过电脑 自动控制各个差速器的打开或锁死,使得及时适应前、后轮转速差的吸收,以 及适时锁死差速器
8、,以防止车轮的滑转;轴间差速器个有两种功能,一是将驱 动扭矩和转速传递到分动器和前、后差速器,二是吸收和平衡前后车轮的转速 差,避免急转弯时的诸如转向困难、自动制动等种种弊病,并消除“寄生功率”。 “常时四轮驱动”才是真正的全轮驱动(AWD),我们利用新发明的“中央分 动万能差速传动”技术研制的汽车就是属于“全H寸四轮驱动”车,但差速器的 控制却全然不同,具体情况,将在下节专门叙述。将“自动控制”转换两轮驱动或四轮驱动通称为“待命四轮驱动”。其 持点是有一套复杂的电控系统,通过各种电子传感器反映的信息自动控制分动 器的换接,实现“短时四轮驱动”或“长时间两轮驱动”,自动控制各差速器 的锁死和打
9、开,自动控制传递扭矩的大小和传递的路径。当今世界各种四轮驱动的运动多功能车(SUV)或轿车中,“待命四轮驱 动”居多数。诸如美国产“Cherockee一切诺基”的Selec Trac系统等都采用了 一套复杂的自动四轮驱动技术。通常情况下,为了节油和减少磨损,只两后轮 疆动,一旦出现打滑、车轮悬空或恶劣路面时,自动接通前驱动桥,实现全部 习轮驱动。由于受“全时四轮驱动技术的难度、复杂性、制造成本的限制,当今世界上真正常时四轮驱动的汽车并不是很多,大多为电控、自动实现两轮驱动和 习轮驱动转换的“待命式短时四轮驱动”。3 当代四轮驱动汽车世界性的通病和难题从以上介绍中,可以看出,当代这类四轮驱动汽车
10、的传动技术和装置一个根本的特点是差速时不能防滑(有一个车轮滑转时,其他车轮便无驱动力,车 萄不能行驶),而锁死差速器,虽能防滑,但车辆转弯仍然存在转弯困难、自 动制动和重现“寄生功率”问题。亦即存在差速不能锁死、锁死不能差速的相 互矛盾和相互制约的问题。鉴于四轮驱动汽车的特殊性,短时四轮驱动汽车,绝不能长时间使用四轮 疆动,即使常时四轮驱动汽车,也绝不可将中间差速器锁死长时间行驶。全时 习轮驱动汽车全靠电脑控制系统瞬问控制各种离合器的打开和锁死的转换,这 是当今世界已有的、传统四轮驱动技术的通病,盖莫能外,无法逾越。简言之,现今传统的四轮驱动汽车所有在用的差速传动技术只能遵循:差 适时不能锁死
11、,锁死时不能差速的唯一准则。而全时四轮驱动汽车全靠电脑控 黾系统瞬间控制各种离合器差速。若想实现常差速、常互锁几乎不可能,可以说,这是国际汽车技术界公认的世界性难题。而我国新发明的技术就很巧妙地 辞决了这个大难题!4汽车常差速互锁就通过能力传动新技术的特点及创新点4.1 四轮驱动汽车驱动系统的总布置形式扣概念有了创新的突破 全新的“x”型传动模式当今世界已有的、传统的四轮驱动汔车,其传动系统几乎都是千篇一律的 “工”字或“H”型结构模式,由前、后两个驱动桥的与前后驱动桥相垂直的 =间传动轴系统构成“工”字型的四驱传动系统,国内或同外皆盖莫能外;而 我国新发明的却是:由分动器、主减速器、多个差速
12、和控滑器等部件共同组合 为一体化的“中央分动万能差速传动装置”,该四驱动装置位于汔车底盘的中央部位,四个传动轴似“X”型地分别斜向传至四个车轮,驱动四个车轮转动:这种“X”型四轮驱动系统的传动模式完全是中国人独创,在世界汽车领域还未过见先例。四轮独立驱动汽车无驱动桥有史以来,凡是汽车都有驱动桥,四轮驱动汽车都有前、后驱动桥;若采用我们中国新发明的全新型四轮驱动汽车用的中央分动万能差速传动,技术和装置,四轮驱动汽车可以不用驱动桥。汽车无驱动桥。四轮驱动汽车无前、后驱动桥,这世界汽车吏上是绝无仅有的。差速器不再位于同轴线的两年车轮之间几乎所的汽车的差速器都没置在两个车轮同轴线之间,在驱动桥的中问有
13、一个装有差速器的“大鼓包”,这往往是直接影响汽车离地间隙尺寸的最主要的因素。新发明的差速技术和装置,打破了有史以来的旧框框,差速器可以不设在两个车轮之间,汽车前、后轮的差速器被巧妙地安置在前、后轮之间,汽车的中心部位,这在传统的汽车上是罕见的。全新的、同圆心、rtiJ,b套装差速器及其特殊的组合有史以来,汽车差速器几乎全部都是由两个小锥型齿轮和两个略大的边锥型齿轮(半轴齿轮)组成,呈单矩形传动。本发明的新型差速器,取“内、外两层差速齿轮相互套装、呈单矩形传动”结构,内、外小锥型齿轮共用一销轴,而内、外边锥型齿轮分别与同轴线并套装在一起的空心半轴和实心半轴构成一体,通过齿轮和齿轮轴分别与车轮相连
14、,其中空心半轴和空习半轴,实心半轴和实心半轴分别与对角线方向的车轮相连,两个差速器实习半轴各自一端通过中央内差速两个半轴齿轮连在起,两个中央内差速半轴齿轮与两差速器相邻的两个半齿轮作成一体或连成体,位于套装内外差速齿轮中心的的控滑器由两级相互啮合的齿轮的各一端分别与中央内差速半轴齿轮构成内啮合;中央外 量速行星具轮与两端串联的差速器壳体啮合。 只有选用这种特别的中央内、外套装差速器和特别结构的控滑器,才能得 到理想的轮问、轴间、对角问的差速;并且在常差速的同时又常互锁,任意速 夏不行驶可转向自如,无寄生功率,任意三个车轮打滑或对角轮子悬空时其他 车轮仍能强劲独立驱动等优点。 42新发明的“常差
15、速常互锁高通过能力传动装置”的结构、式样的独 特优点 传动装置的外型、式样、结构与世界上已有的任何差速传动装置完全不同新型的内、外套培育的差速器组与主减速器、分动器、控滑器等机构组成 一体化的“常差速常互锁高通过能力传动装置,完全跳出了传统的旧框框。 新型“常差速常互锁高通过能力传动装置”是全机构结构 该全新结构装置全部由传统的机械零件:圆柱齿轮、斜齿轮、空心和实习 半轴齿轮、普通行星齿轮、滚动轴承等巧妙组成,其中无液压离合器、液粘离 合器、电磁离合器,液压系统,电子传感器,计算机电控装置。四轮独立驱动 系统的复杂动作和功能完全靠差速器齿轮来实现,充分表现其高技术含量;是 壶用古典力学原理和传
16、统机械零件解决复杂自动化动作的杰作,是典型的“傻 瓜式”全机械四轮驱动装置。该装置机械传动效率较高,制造工艺简单,使用 可靠性强,便于维修保养,省却液压、电控技术和装置,而且软硬件完全可以 立足于困内,特别适合中国国情。 新型“常差速常互锁高通过能力传动装胃具有的主要优异功能a新型“常差速常互锁高通过能力传动装置除具备常规的轮间差速及轴 重差速的基本功能外,既可吸收两个前轮间的转速差或两个后轮问的转速差, i可以吸收前、后车轮之间的转速差,还可以吸收任意两个对角车轮的转速差, 卞即,可以实现所有车轮问的“常时差速”,不仅可以消除汽车急转弯时“白 奠制动”和不能转弯的问题,而且可以保证汽车在经铺
17、装的好路面高速行驶无 :晏,不受急转弯的速度限制。 b新发明的差速器核心部位的控滑机构与国外各种机械式差速锁毫不雷 司,在车轮出现打滑或架空时,可以实现所有差速器的自动互锁,当任何一个 车轮打滑或被架空时,其他凡附着在地的车轮都仍然具备驱动力和牵引力,这 为全机械、常差速、常互锁、每个车轮都可独立驱动的特别功能是本发明技术 最突出、最核心和最有价值的部分,是当今世界上已有的、传统的或先进的任 。可四轮驱动机械所做不到的;因为后者只能做到,在人为的控制下或计算机的 综合控制下,通过液粘离合器或电控液压离合器或电磁离合器或液压耦合器或 专门液压转换技术系统等,借助各种传感器或机构进行差速和锁死的相
18、互转 换,差速和锁死的两项动作和功能必定是快速转换的,互相排斥的,差速时不 奇巨锁死,不能防滑,一个车轮若打滑或悬空,其他车轮便无驱动力,要防滑时 必须锁死,而不能差速,一旦无差速,汽车就无法转弯,转弯就将被制动,而 且因车轮转速差而出现干涉现象和厌恶的“寄生功率”问题。 c这种全新的差速传动机构不仅可用于短时四轮驱动,也可用f常时四轮 驱动,而且在应用于短时四轮驱动时,通过手动操作换挡手柄,即可实现仪两 个前轮驱动,也可实现仅两个后轮驱动,还可实现四轮同时驱动,这些是任俐 已有四轮驱动汽车所做不到的。当代已有的短时四轮驱动汽车要么就是仅后两三之驱动,而不能前两轮也可驱动;要么就是仅前两轮驱动
19、,而不能后轮也驱动 三:亦即在须两轮驱动时,不能在前轮或后轮两者之间任意选择。 新型“常差速常互锁高通过能力传动装置”其他的特点 采用此发明技术后的四轮驱动汽车,因系全机械传动,常差速又常互锁, 而且四个车轮独立驱动,“抓地”能力强,所以通过性及牵引能力将有显著提 高,特别符合越野车特殊的需求。 采用新发明四驱技术后,四轮驱动汽车可以取消前后驱动桥,其带来的好 处是:a可以减轻四轮驱汽车的重量,降低燃油消耗和排放;b因已无驱动桥,发动机的安装高度尺寸将可下移100-150毫米,车身底 扳高底可相应降低,车身高度也随之降低,促成车辆的重心也降低,从而可以 改善车辆行驶和制动的稳定性;发动机盖高度
20、下降,可以改善加强视野;车身 迎风面积和风阻系数也得以适当减少,有利于油耗的降低。 c为四轮驱动汽车设置宽阔的室内空间、独立悬架安置空间,100升以E 大容量的油箱安置以及后备轮胎的存放腾出了宽余的空间。d全新的“中央万能分动差速传动装置”中的前后差速器的齿轮得以均等 的负荷机会,均匀磨损,不再出现当今短时四轮驱动汽车固有存在的亡驱动桥 差速齿轮负荷重、磨损快,而副驱动桥差速齿轮却很少使用的情况;前后差速 齿轮均衡工作,将会延长差速齿轮的使用寿命;e取消了前后驱动桥,可降低驱动桥的一定制造成本。须知,铸造和加人 尺寸桥壳的本三是十分可观,而新的“中央分动万能差速传动”装置的壳体尺寸不大,加工制
21、造难度较小,生产成本相对会降低;f汽车底板的下方,自前至后呈为一平整的大平面,无任何机件阻隔,使汽车上下的气流流速差减小,降低汽车高速行驶时的浮升力和诱导力,有利于操纵稳定性和降低油耗;g四个传动轴的长度尺寸缩短,重量减轻,刚性趋好,不易变型;特别是由于传动轴的转速比传统四轮驱动汽车的传动轴转速大大降低,因为变速器输出的高转速已经经过“中央分动万能差速传动装置”中的主减速器降速后才传到传动轴上;传动轴转速的减低,将降低对传动轴动平衡的技术要求和动平衡的成本,并有得于降低传动轴工作的震动噪音;特别是传动轴转速的减低,将大大延长使用寿命,减少用户使用中的维修成本;h采用此发明技术后的四轮驱动汽车,
22、因无驱动桥,直接影响通过性的离地间隙不再受驱动桥差速器鼓包的影响,离地间隙尺寸大于等于轮胎滚动半径左右,远远大于当今国、内外四轮驱的越野车、SUV、四驱轻型车、轿车等150250毫米的离地间隙,特别适合于军用越野车通过性几何尺寸的要求。i全机械式差速传动机构,工作可靠,使用寿命长,传动效率高,维修方便,加工容易,成本不高,节油和环保俱佳;j完全中国自主知识产权,也不需进口国外技术和零件,充分利用国内人力和物资资源,100国产化。k应用该发明技术可以按不同车型和规格,设计成系列的差速传动装置,并分别组成系列型号的底盘,供各个汽车制造厂配套和选装。1该技术应用范围广泛,可单轴、可两轴、可三轴、可四
23、轴,可民用、可军用,平占兼备,战备价值突出;除了特别适用于轻型越野车、运动多功能车(SUV)以外,轻型、中型、重型i车或客午,轿车、跑:车或微型汽车,各种农用车、拖拉机或工程车,各种多轴、轮式装甲车都可适用;若当今现有的所 芎的车辆(包括汽车、拖拉机、工程车、装甲车)的差速器都逐步移值或应用 这种属于差速领域的发明技术,其潜在的社会、经济、军事价值将变得更大。m市场容量潜力大,社会效益、经济效益、军事效益皆好,将会成为2l 三纪汽车经济的新增长点;将会为我国汽车工业的振兴,适应加入WTO后的 型!战和发展作出独特贡献;并为最终进入国际市场展开竞争,为真正在世界汽 车沙场上“与狼共舞”创造条件。
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