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随着世界汽车行业的快速发展，汽车核心部件之一的差速器也在经历着巨大的变化，各式各样的差速器应运而生，相对国外差速器的发展与研究水平，国内相关设计与研究还处于追赶阶段。本次设计课题就主要来源于此，针对一款具体车型作托森差速器的设计与仿真。
本次设计的具体要求是设计出差速器的结构以及相应的尺寸，并进行三维建模以及运动仿真。针对此次设计，我做了以下工作，通过查阅大量的文献，分析了过内外差速器发展与研究现状，了解了差速器的结构，工作原理，以及种类。通过大量的对比分析出了每种差速器的优点与缺点，综合各方面的因素和实际情况选择了托森差速器作为此次设计的方案。设计了托森差速器的主要结构以及相关零件的尺寸，运用Solid Works软件进行三维建模以及运动仿真。
关键词：托森差速器; 三维建模; 运动仿真; Solid Works
1.1 课题的研究背景、及意义
汽车差速器是由雷诺发明的，是汽车的众多零件的核心之一，有小零件大公用的美誉[2]，雷诺是法国一家大型的汽车制造企业雷诺主要创始人之一。我们都知道，汽车在转弯时，他的左右两侧车轮在相同时间内移动的距离是不同的，内轮移动的距离比外轮要小[3]。差速器的功效就是让汽车在转弯时左右两侧车轮的转速不同。目前我国差速器的技术设计主要来自一些工业强国如美国日本等。虽然我国的差速器相比以往已经取得了很大的进步，但想要达到世界先进水品，还有一段很长的路要走，这影响了我过汽车产业的发展。
1.2 国内国外汽车差速器的研究发与展现状
当前汽车的发展方向为经济性与动力性，如何实现经济性与动力性的相协调，就需要汽车的每一个部件发生变化。差速器作为核心部件，也在被不断的研究改进中
1.2.1 国外汽车差速器的研究发展现状
国外的差速器研究水平遥遥领先国内，而且还在不断的进步中。伊顿集团是一家总部在美国、经营范围全球化的以汽车零部件的制造与供应为主营业务的大型跨国公司[4]。在这一领域居全球领先地位，他们用精密制造发来加工差速器的各个零部件。大众集团旗下的奥迪公司开发的托森差速器广泛的运用在旗下的高档四驱车里，广受市场欢迎。他们都很好的在越野性与安全性之间找到了一个完美的平衡点。
1.2.2国内汽车差速器的研究发展现状
从目前来看，我国差速器也经过了长足的发展，但是现在正处于汽车行业飞速发展的历史时刻，如果我们的差速器不能在这段时间内迅速提升，我们与世界的距离就会越拉越大。所以现在我们就要努力发展研究差速器。而我们现在最紧迫的任务就是提高其准确精度和安全性。中国汽车差速器市场在近几年发展迅速,随着国家政策鼓励，国有企业对其新的投资在不断增加，投资者对这一行业的关注度越来越高。差速器的类别也变得越丰富，作用也变得越来越完善。而目前国内由于制造业的整体水平与世界先进水品仍有差距，所以运用最为广泛，应用最多的是对整体工业水平要求不高的对称式锥齿轮差速器[5]。差速器在过国内正在经历一段飞跃式的发展。
1.3差速器的简介
汽车的差速器是汽车传动机构驱动桥中的一个核心部件。它的功效就是当汽车向两侧半轴传递发动机传递过来的动力的时候，能够让左右两侧的轴以不同的转速旋转，从而让左右两侧的车轮行驶的距离不同。让两侧车轮能够尽最大可能的做纯滚动的转动，这样两侧车轮行驶的路程也就不想同了。从而减少轮胎与地面之间的摩擦阻力[6]，，改善汽车的行驶状况。因此才能够使汽车能够正常的转弯。
1.3.1 汽车差速器的工作原理
1.3. 2汽车差速器在汽车中的功用
汽车差速器有很多的零部件，但主要由以下几个部件构成：1左右半轴齿轮，2 两个行星齿轮,3齿轮架。他是用来确保车子在转弯的时候或在路况恶劣的道路上驾驶时，能够确保汽车左右两边车轮的转动的速度是不同的，从而确保汽车的驱动轮不与地面打滑[7]。汽车安装差速器是为了能够调整左右两侧车轮的转速的，当汽车处于四轮驱动模式时，发动机驱动四个车轮，因此，汽车的四个车轮就必须作为整体连接在一起。如果装配在一起后，汽车在转弯的时候就百分之百不可能以相同的速度旋转，因此为了能够让汽车转弯时旋转速度大体不变，中央差速器就被添加了进来，他用来调整前后车轮转速的不等。
1.3.3 汽车差速器的分类
差速器一般大概分为开放式差速器，限滑式差速器，托森差速器，锁止式差速器。
a开放式差速器的介绍：
开放式差速器是一运用最为广泛的差速器，他向左右两侧驱动半轴分配的扭矩大小是相同的。
当汽车处于直线行驶的模式情况下，左边和右车轮受力并不存在不同，左右两半轴齿轮之间的转速是一样的。半轴齿轮通相当直接与车轮相连，因此，在经过这样的动力传递之后，车轮得到的转速和最初从动齿圈的转速并没有发生变化。当车辆处于转弯模式情况下，内侧车轮的转速必须要比外内侧的转速低，这个时候就需要行星齿轮发生作用，他能够让左右两半轴齿轮出现轻微的转速差，而且在这个过程中，扭矩的传递并没有被中断。
缺点：差速器分配的动力有时会全部输出到阻力最小的车轮，造成空转。
b 限滑差速器的介绍
因为开放式差速器有着很多的缺点，因此设计厂商又重新设计了新型的限滑差速器。与开放差速器相比较，他增加了两个零件，这两个零件分别是弹簧压盘和离合器组件。汽车在转弯的时候，配备有限滑差速器的车辆产生的力大到能够让半轴齿轮和离合器产生相对滑动。这样，左边和右边两驱动半轴的转速就不会相同。而分离离合器所在这个过程的扭矩分配是由弹簧组件的硬度和离合器材料的表面摩擦情况一起分配的。
优点：保证差速器在转动时不会发生空转。
c 锁止式差速器的介绍
锁止式差速器是开放式差速器发展过后的另一种系列，他的驱动桥实际上相当于一根实心轴，他的两半轴齿轮一般用电动气动或者是液压机构来锁止在一起的。一般配备锁止式差速器的车辆都是越野车或者越野赛车，因为此类车型经常会在路面状况极差的环境下行驶，很多时候一侧车轮都会离开地面。而锁止式差速器因为他相当于一根实心轴，因此就相当于把两侧车轮给直接连接在一体，这样他们之间的转速也就完全一样。
d托森差速器的介绍
Torsen差速器是限滑差速器（Limited Slip Differential）的一种，其名字来源于Torque-sensing Traction单词几个字母的组合。意为牵引力自感应式扭矩分配，通俗来讲就是扭矩输出是根据各个车轮的实际需求来分配的。他的两大关键结构是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统，正是双蜗轮蜗杆的相互啮合互锁和扭矩单向的从蜗轮传到蜗杆齿轮的构造，从而成功的保证了差速器的锁止功能，保证车辆在行驶的时候不打滑 [8]。在弯道行驶车轮没有打滑时，如果汽车车向右转时，内侧车轮快，外侧车轮慢。对于托森差速器而言，左侧半轴驱动左侧蜗杆，并且凭借同步啮合齿轮来驱动车辆右侧的车轮，而当蜗杆驱动蜗轮时，他们两侧蜗杆就会自动的锁止。正是这一特性保证了没有打滑的车轮它的牵引力是足够让汽车正常行驶的。
Torsen差速器的特点：由于他是全时4驱，4个车轮都有牵引力的分配，汽车无论在各种路面上的性能都很好。实现了随时随地的扭矩管理，并且在这一过程中不会中断也不会产生损失。与其他的差速器相对比，托森差速器在结构的设计中并没有配备多片式离合器，因此在转动过程中就根本不会产生摩擦，因而不会对零件有任何的磨损，从而避免了我们维护的麻烦，他的可靠性是非常高的，他能够几乎所有的变速器、分配器正常一起的使用，能够与车辆的其他控制系统如安全控制系统等完美的相兼容。Torsen LSD是经典纯机械结构，他所独特线性锁止功能，是货真价实的全时四驱。
缺点：由于结构比较复杂，一方面导致加工制造难度十分大，所以整体成本过高，因此很多时候都只能够装备在高端车型上，另一方面造成整个汽车的自重过高，汽车加速性能相比其他没有配备托森的汽车加速性能逊色不少。托森差速器是纯机械设计的典范，但是因此需要非常高的加工精度、高强度的材料、制造工艺，造成成本非常高。所以一般我们见到运用的车型都是奥迪旗下的高端车里面，在普通车型里面很少配备。
1.4方案选择
通过以上对比各种类型差速器的优缺点，针对此次设计，选用托森差速器作为总体方案，接下来对托森差速器的工作原理进行详细的介绍说明。
2.1托森差速器的结构
“托森”这个商标是最早是由格里森公司申请注册的，“意为转矩敏感式差速器”[9]。格里森公司是一家大型的汽车相关产业跨国公司，在汽车零部件的制造等方面处于也界领先地位。托森差速器主要由主动部分、从动部分以及连接两部分的差速传动机构构成。他的作用类型一般分为两种，如图A,B所示。
4.1外壳设计
用半径为115mm,宽度为160mm的圆柱体。差速器的外壳分成两部分，这两部分是用螺栓来联接的。在外壳中我们还需要添加一个套筒，此套筒是用来连接差速器的外壳和空心轴的。套筒的直径为80mm，长度为15mm。垫片是加在外壳与前、后蜗杆轴的联接处的，他的作用是降低他们的摩擦。在蜗杆与差速器壳处也用垫片。
4.2该车型托森差速器的主要零部件连接关系
4.2.1 各零部件在整个壳体中的布局
托森差速器安装在变速器的后端盖处,他主要用来平衡转速和传递功率 ,托森差速器的零部件连接关系，以及结构如图所示。两个蜗杆置于差速器壳体内，并分别与和齿轮轴驱动轴相连接。每个蜗杆与3个蜗轮相配合,构成了6对蜗轮。每个蜗轮轴上装有两个圆柱直尺齿轮，涡轮轴沿着差速器的断面平均距离安装,同一处的 2个蜗轮轴上的直齿圆柱齿轮彼此啮合。
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