重型越野汽车要经常在泥泞、松软路面甚至无路地区行驶，地面通过性是重要的性能指标之一。差速器锁止机构自动控制系统，可根据地面附着状况，在车辆行驶过程中适时自动锁止差速器，最大限度地利用全部车轮的地面附着力，从而提高汽车通过性，套合器为差速器锁止机构自动控制系统中机械执行机构的关键部件，与驱动桥差速器串联在一起，起到差速锁的作用。汽车行驶过程中，一旦某驱动轮因地面附着状况恶化而打滑，轮速差达到某个值时，控制系统会使相应的套合器接合，如图所示，其中左侧为滑动啮合套，右侧为固定啮合套。此时若车轮附着状况未改善，由于套合器两端传递力矩，其齿面间存在压力，套合器靠齿面间摩擦力保持接合状态。一旦汽车附着状况改善，套合器齿面间压力降低到其轴向分力小于回位弹簧恢复力时，滑动啮合套回到原来位置，即套合器处于分离位置，解除锁止，如图所示。因此套合器的强度是否满足要求是一个相当重要的问题。对于套合器的强度，文献仅从能量守恒定律出发，得到了冲击功与转速差的关系式，并未具体分析。因此本文对套合器的强度和刚度进一步研究，采用有限元软件ANSYS对其进行受力及有限元分析，找到最大应力发生的部位，确定套合器轮齿断裂的原因，从而为其设计提供依据。
      重型越野汽车差速锁的工作条件恶劣，套合器材料应满足弯曲和表面接触强度，而且芯部应有适当的韧性以避免在冲击载荷作用下齿根折断，所以套合器选用低合金渗碳钢20CrMnTi，该合金钢淬火低温回火，渗碳后具有良好的耐磨性和弯曲强度。差速器锁止机构套合器具有以下四个优点。套合器采用牙嵌式结构，如图所示。相互接合的啮合套齿顶面在同一个圆锥面上召角为齿顶面径向倾角，如图所示，采用该结构具有良好的自定心性，提高齿面的承载能力。该类型差速锁轴向视图为弧形齿面，如图所示。弧形齿面对两轴相对位移和制造误差不太敏感，可防止因边缘接触而引起的应力集中，因而能提高齿面的承载能力及抗冲击性能，并可在较高转速差下接合。图为齿顶面径向投影图，即图中的X向投影。从图中看出，压力角为负值，固定及滑动啮合套的采用相同的齿侧面压力角。采用这种结构是当齿侧面间在一定的压力作用下时，能保持差速锁始终处于可靠锁止状态，只有当压力小到一定程度时，该差速锁在复位弹簧的作用下才结束锁止。在满足强度要求的前提下，应使齿高较短，以减小齿根部的弯矩和剪应力。而且可以减少接合与脱离时间。压力角为负值，其大小主要与接合套工作面的摩擦系数，齿根强度和分离瞬间打滑驱动轮(桥)滑转率有关。根据以上套合器齿形参数的设计公式及原则。
      以前桥轮间套合器的滑动啮合套为例，研究建立有限元三维模型。由于套合器轮齿形状比较复杂，轮齿各个面都是圆锥曲面或圆环面，所以首先在建模功能强大的Pro/E软件建立准确的套合器三维模型，如图所示。因为套合器中的花键满足强度要求，不是重点考虑内容，且形状复杂将占用大量计算时间，故将花键剪切。然后无缝连接导入ANSYS有限元软件中，如图所示。考虑到套合器工作时，套合器的轮齿可能发生折断，属于重要考虑因素，为了真实的模拟套合器工作时的变形和应力，轮齿部分的小倒角、小圆角和凸台不能省略和简化，如图所示。根据套合器的特殊性，由于套合器存在多齿啮合现象，所以把轮齿区域划分的比较密集。这样，既可使轮齿的地方符合计算要求，又可在非轮齿的地方节省计算时间。套合器实体模型的网格划分如图所示，其单元数为58.5万，节点数10.8万。套合器的功能是实现两端轴的转速相同或接近，其工作时传递的转矩多数时间由轮齿部分接触面承担，所以为了准确地模拟套合器实际受力，加载力的位置在每个轮齿上部三分之一处。根据汽车发动机的功率，选取最低转速时扭矩最大，按照分动器转矩分配比，套合器受到的最大转矩约为500Nm。根据实际工作情况，仅对套合器最内一圈节点施加约束，限制套合器在转矩作用发生旋转。

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