1.1目的及意义

2017年新能源电动汽车继续保持较高增长态势，销量高达77.7万辆，相比于去年增长53.3%。随着欧美等国率先宣布本世纪中叶将全面禁销燃油车，电动汽车即将迎来高速发展的浪潮。电动汽车可以有效的避免传统燃油车带来的环境污染和能量枯竭等问题，因此受到世界各国的广泛关注和大力发展。传动系统是电动汽车的重要组成部分，而驱动桥位于传动系统的末端，其中的部件差速器对汽车的可靠性和转向性能的好坏起决定性的作用，因此对汽车驱动桥差速器的动力学进行设计分析就显得尤为重要^[1]。

差速器作为驱动桥的核心部件，位于驱动桥的中部，主要是由两个行星齿轮和两个半轴齿轮组成。当汽车进行转弯时，外侧车轮比内侧车轮要多行进一段距离。此外，当汽车直线行驶时，也会由于车轮两侧路面状况和左右两侧轮胎的不同使用状态，导致两侧车轮的滚动半径的差异。此时，如果缺少差速器这一核心部件，而直接将两侧车轮刚性连接，汽车在弯道行驶时左右两侧车轮将会发生滑转或是滑移的不良运动状态。不仅影响汽车的操纵性和通过性，还会加剧轮胎磨损和燃油消耗。而差速器的使用，可以根据两侧车轮所处状态的不同，将发动机传来的转速和转矩以不同的大小分配到两侧车轮，从而可以有效的避免转弯行驶时车轮的滑转和滑移，提高通过性。因此对差速器的动力学进行设计分析可以对汽车在不同行驶路况的性能进行优化设计，对提高汽车整体性能具有重要意义^[2-3]。

1.2.国内外研究现状

由于西方发达国家汽车工业起步早实力雄厚，而差速器作为汽车的关键部件，其核心技术依然被西方发达国家所垄断。西方各个汽车生产厂商和学者也对差速器进行了大量的研究。差速器最早是由法国雷诺公司创始人路易斯·雷诺所发明。此后差速器相关技术得到了巨大的发展。Wang J等学者基于有限元分析软件对齿轮修行参数进行了研究并改进，对齿轮形状的设计提供了理论层面上的依据^[4-6]。美国学者Alfonso Fuentes-Aznar等双联锁圆弧刀直齿圆锥齿轮的计算机化生成，并展示了啮合和接触的仿真结果以及有限元分析^[7]。I. Dadon、N. Koren等学者的研究提出了一种新的通用齿轮动力学模型，该模型通过数值求解，并结合了最先进的齿轮建模方法，成功的模拟了真实环境中真实齿轮对的加速度信号，为我们提供了一种新的分析公式，用于模拟位于整个接触区域的完整齿面故障^[8]。Mikhail I. Kurushin等人通过研究表明，差动齿轮的主要激励源是中心内齿轮，激励强度取决于齿轮的制造精度，随着太阳齿轮齿顶上侧翼尺寸的增加超过特定值，齿轮中的振动水平增加。 结果表明在齿轮中引入齿距变化的最佳值可将振动减至最小^[9]。

目前，国内差速器技术的发展虽然相较于欧美汽车强国还有一定差距，但随着近些年来，我们世界第一汽车生产销售大国的地位日益凸显，国内众多高校学者对差速器的研究也日益成熟，对促进我国差速器相关技术的发展具有重要意义。2006年吉林大学的蒋法国基于ANSYA软件中的APDL语言开发出了一种用于直齿锥齿轮三维参数化建模及其应力分析的新途径。在参数化分析时，我们只需改动某些参数，便能实现反复分析各种单元类型，不同尺寸和载荷的目的。此方法极大地简便了分析过程，减少了成本^[10]。同年合肥工业大学的毛啸滇则是运用ANSYA软件对防滑差速器壳体在仅有普通差速器、有防滑差速器且汽车左轮打滑右轮附着良好、有防滑差速器且右轮打滑左轮附着良好的三种不同工况进行了分析，对防滑差速器的实用性进行了验证^[11]。2007年浙江大学的田磊对影响行星齿轮差速器转矩分配的重要影响因素内摩擦力矩进行了分析计算。其通过对差速器行星齿轮和半轴齿轮进行受力分析，得出了计算内摩擦力矩的公式^[12]。2010年武汉理工大学的刘薇利用三维建模软件Pro/E建立了行星齿轮差速器的实体模型，并运用有限元分析软件ANSYA对三维实体模型进行静力学分析，对差速器结构设计是否合理进行了验证^[13]。2013年安徽农业大学的鲁磊在利用UG对差速器进行三维模型的基础上，基于ADAMS软件对汽车在从直线行驶到转弯过程的差速器齿轮进行了刚体动力学分析，得到了差速器行星齿轮及半轴齿轮的相关动力学参数^[14]。2014年南京理工大学的端木萍萍对行星差速器的齿轮进行了动态啮合模拟，对齿根弯曲应力及分布状况进行了研究，并且对行星齿轮的疲劳轻度进行了验证^[15]。2015年辽宁工业大学的王晓怡基于轻量化，减少使用体积的目的，设计了一种新型的直齿圆柱齿轮差速器，为我们提供了一种新型差速器的设计思路^[16]。2017年济南大学的徐振利用有限元分析软件Workbench分别对半轴齿轮和行星齿轮啮合模型、差速器壳体和差速器总成分别进行了模态分析，对模型的前六阶固有频率进行了研究，为系统的动态设计做了理论铺垫^[17]。

由上述文献，我们了解到国内外众多学者都对差速器有比较深入的研究，由此也证实了其对汽车性能的重要影响。因此，对电动汽车驱动桥差速器动力学进行深入的设计分析对提高汽车的整体性能，促进我国汽车行业的发展具有重要意义。

2. 研究的基本内容与方案

本次课题主要研究电动汽车驱动桥差速器动力学设计分析，课题研究的基本内容如下：

1.学习电动驱动桥基础理论；

2.了解齿轮和轴承设计方法的理论及应用；