新一代5t级越野汽车全时分动器开发

2024年3月12日发(作者：天津港雷克萨斯rx350)

新一代5t级越野汽车全时分动器开发

郭学军

【摘 要】The paper introduces the development trend of off-road vehicle

transfer case abroad, and takes ZF VG2700 transfer case and MAN G253

transfer case as example to analyze the superiorities of the latest transfer

case for off-road vehicle abroad. It also presents the innovations in the

design of new generation 5t off-road vehicle transfer case in the aspects of

overall structure, full-time driving differential, adaptation of transfer case

with vehicle ADM system,point-actuating shifting handling gear with single

gas circuit control, transfer case assembly multi-point lubrication structure

and structure for heat dissipation of transfer case. Rig test and on-board

test verify the effect of development of transfer case assembly for new

generation 5t off-road vehicle.%介绍了国外越野汽车分动器发展情况,并以ZF

公司的VG2700和MAN公司的G253分动器为例,对国外最新越野汽车分动器的

先进性进行了分析.从分动器整体结构、全时驱动差速器、分动器与整车ADM系

统应用匹配、单气路控制点动式换档操纵机构、分动器总成多点润滑结构和分动器

散热结构等方面,阐述了新一代5t级越野汽车分动器的设计创新点.通过台架、装车

试验,验证了新一代5t级越野汽车分动器总成的开发效果.

【期刊名称】《汽车技术》

【年(卷),期】2011(000)002

【总页数】5页(P18-21,25)

【关键词】越野汽车;分动器;开发

【作 者】郭学军

【作者单位】株洲齿轮有限责任公司

【正文语种】中 文

【中图分类】U463.215

1 国外最新分动器简介

目前国外分动器开发生产已逐步进入专业化细分市场时期，各个行业都有其稳定的

主流产品：如越野汽车分动器以ZF、MAN等公司为主，全路面汽车起重机分动

器以KESSLER和ZF公司等为主，汽车移动水泥泵车分动箱以STIEBEL公司等为

主。ZF公司分动器型号齐全，分动器最大输入扭矩为8～38 kN·m，产品包括越

野汽车用2挡分动器和工程起重机用降距分动箱（DROP－BOX）等。其中VG2

700型分动器（图1）为最新设计的技术含量最高的产品。MAN公司主要为

MAN越野汽车开发了最大输入扭矩为9～22 kN·m的3种两挡分动器总成，其中

最典型产品为G253型分动器（图2）。

图1 ZF公司VG2700型分动器

图2 G253型分动器

2 国外最新越野汽车分动器的先进性分析

根据对VG2700型分动器总成剖视图（图3）和G253型分动器总成剖视图（图4）

及相关资料分析，国外最新分动器总成先进性主要有以下特点：

a. 分动器输入突缘至后输出突缘距离短，可方便提高越野汽车机动性。如ZF公司

VG2700分动器输入突缘至后输出突缘距离为489 mm，MAN公司G253分动器

输入突缘至后输出突缘距离为294 mm。

b. 齿轮、壳体优化设计，总成轻量化。VG2700总成质量为450 kg，G252总成

质量为403 kg。

c. 分动器带轴间差速器，可实现越野汽车全轮全时驱动。

d. 自带润滑油泵强制润滑，轴承、齿轮润滑可靠，寿命长。

e. 紧凑的气动操纵机构使操纵方便，可靠性高。

f. 里程表传感器、挡位传感器等为高可靠性设计。

图3 VG2700型分动器总成剖视图

图4 G253型分动器总成剖视图

3 新一代5t级越野汽车分动器开发设计创新点

株洲齿轮有限责任公司已有近20年设计生产分动器总成的经验，在引进STEYR

公司VG1200分动器技术的基础上开发了 ZQC800、ZQC1200、ZQC1600、

ZQC2000等系列产品。根据客户对新5t级越野汽车开发项目要求，与之配套的

分动器总成由株齿公司全新设计开发，株齿公司根据产品中心距分别编代号为：

ZQC1300/348（图 5）、ZQC1300/240（图 6）。

图5 ZQC1300/348型分动器模型

图6 ZQC1300/240型分动器模型

3.1 S形整体结构设计

为了适应整车高机动性能要求，ZQC1300分动器设计如图7所示，其采用了S形

整体结构设计：分动器使用频率达95%的高挡两级传动分开，既提高了中间齿轮

的使用寿命，又减短前、后输出的距离；输出组件采用内容纳式差速器结构，使分

动器带差速器后不增加后输出长度；分动器总成输入突缘到后输出突缘距离达到只

有281 mm的极限尺寸。

3.2 全时驱动差速器设计

3.2.1 内容纳式输出差速器

为了适应整车高机动性要求，设计采用了内容纳式差速器（图8）。此差速器将从

动齿轮传递到行星架上的扭矩按一定比例输出到太阳轮和内齿圈上，并经与太阳轮

和内齿圈相连的输出轴输出。差速器完全容纳在从动齿轮内，使整体设计结构紧凑

可靠。

图7 ZQC1300分动器总成剖面图

图8 内容纳式差速器

3.2.2 扭矩敏感式限滑差速器

国外限滑差速器的种类很多，其中GLEASON公司的TORSEN差速器最为经典。

株齿公司2005年起开始限滑差速器研究，并获得专利技术：平行轴螺旋齿轮限滑

差速器（图9，专利号：2.5）和带平行轴螺旋齿轮限滑差速器的分

动器 （专利号：2.1）。非对称式平行轴螺旋齿轮限滑差速器的前、

后输出扭矩随前、后输出转速不同而变化：当后输出转速大于前输出转速约10

r/min时，分动器扭矩曲线（图10）显示，前输出扭矩约为后输出扭矩的1.6倍；

当前输出转速大于后输出转速约10r/min时，分动器扭矩曲线（图11）显示，后

输出扭矩约为前输出扭矩的4.6倍。

图9 平行轴螺旋齿轮限滑差速器

为了提高越野汽车整车的路面适应性，ZQC1300开发也设计了限滑差速器作为技

术储备。为ZQC1300分动器设计的限滑差速器（图12）前、后输出分扭比为1：

1.4，锁止系数为2.5。即汽车正常直线行驶时，分动器以41：59向前、后分配输

出扭矩；当汽车行驶遇到路面附着力发生改变等情况时，限滑差速器可瞬时自适应

地使分动器在22：78～64：36之间连续调整分配向前、后输出的扭矩。只有轮

胎附着力接近零的极限情况时，才需要操作差速锁，大大减少差速锁操纵次数，提

高汽车驾驶性能。

图10 分动器扭矩曲线（当后输出转速大于前输出转速约10r/min时）

图11 分动器扭矩曲线（当前输出转速大于后输出转速约10 r/min时）

图12 ZQC1300分动器的限滑差速器

3.3 可应用ADM系统的分动器设计

为了应用新型的ADM系统 （传动系自动管理系统），使分动器能百分之百地进

行扭矩的自动传递。ZQC1300分动器开发时为ADM系统的应用作了相应设计准

备工作。

3.3.1 分动器带同步器的设计

在同步器和电子控制单元辅助下，分动器能够轻松实现从高挡到低挡和从低挡到高

挡的转换，即使汽车全速行驶，通过电子系统辅助控制和气动系统驱动，换挡过程

也能够自动完成。应用于ZQC1300分动器的同步器（图13）与目前市场上重型

变速器的同步器相同。

图13 ZQC1300分动器带同步器结构

3.3.2 格里森弧齿离合器式差速锁的设计

ADM系统的牵引力控制需要综合弧齿离合器式差速锁的设计和电子自动化控制系

统的应用。为ZQC1300分动器设计的弧齿离合器式差速锁如图14所示，该系统

通过电子自动化控制系统进行激活和监控，系统发出锁止指令后，打开气动操纵电

磁阀，弧齿离合器在气动系统的活塞推动下进行啮合，锁上差速锁；当系统发出断

开差速锁指令后，关闭气动操纵电磁阀，此后，只要传递的扭矩接近零，弹簧就会

使差速锁自动脱开。

图14 ZQC1300分动器的弧齿离合器式差速锁

3.4 单气路控制点动式换挡操纵机构设计

分动器高、低挡换挡通常采用机械手动或气动操纵方式。机械式操纵力大，操纵困

难。而气动操纵又通常采用双气路常通气方式控制，此方式有两个缺点：控制气路

的电磁阀由于长时间通电，容易发热烧坏；操纵气缸长时间通高压空气，容易出现

漏气现象。

ZQC1300型分动器高低挡换挡操纵机构采用了单气路控制点动操纵换挡机构（图

15），此机构分别通过3个通气口短暂通气即可实现分别控制分动器挂高、空、

低3个挡位。该气动换挡操纵机构带有自锁装置，换挡动作完成后可断开气源。

该机构在前、后两端盖处都设有调整螺钉，通过螺钉调整可以使分动器换挡时既能

够保证接合齿全齿啮合，又可以有效地避免接合套与齿轮端面产生冲击。

图15 ZQC1300分动器换挡气动点动操纵机构

3.5 多点润滑结构设计和分动器散热设计

3.5.1 强制润滑

分动器总成由于结构限制，输入轴至输出轴距离较大，以至分动器总成输入轴的相

关齿轮、轴承等零件不能通过飞溅润滑。如果为了提高分动器总成润滑油面而在分

动器中加入较多的润滑油，分动器会因为搅油发热，使总成润滑油温过高。为了达

到理想的润滑效果，ZQC1300分动器设计采用了自带润滑泵结构，并且设置了多

路比例分油的润滑油路，分别传送到分动器高、低挡齿轮和输入轴前、后轴承等位

置，实现相关零件的强制润滑。

3.5.2 多油杯润滑结构

在ZQC1300分动器盖、壳（图16）的各轴承孔旁均设计有正、反两个润滑油杯，

油杯内钻有连通到轴承后端位置的油道，油杯接润滑油泵的喷油和齿轮飞溅的润滑

油对轴承进行润滑，与油泵强制润滑一起对分动器轴承形成双重保护。

图16 ZQC1300/348分动器盖和分动器壳

3.5.3 分动器散热设计

通过采用多点润滑和防搅油措施，最大程度降低了分动器的发热量，同时在分动器

壳体表面设计了大量筋板，使得分动器散热充分。在汽车行驶过程中，基本可保证

分动器的润滑油温在不高于120℃的允许范围内，此外，ZQC1300分动器还设计

了可选装外接润滑油冷却器的结构，当汽车使用环境温度过高时（大于50℃），

可外接润滑油冷却器，分动器通过比例分配阀，将自带润滑油泵排出的部分润滑油

接入外接冷却器冷却，然后再送回分动器内部，确保总成润滑油温不超标。

4 新一代5t级越野汽车分动器开发实施效果

4.1 轻量化效果

通过对分动器的齿轮和壳体优化设计，试制的ZQC1300/348分动器总成（图17）

质量只有248 kg（球铁壳体），完全满足整车设计要求，相比同类产品质量减轻

约15%。

图17 ZQC1300/348分动器总成

4.2 强度设计效果

对ZQC1300/240分动器进行了台架试验 （图18）。结果表明，所设计分动器总

成疲劳寿命达77万次，远高于我国行业标准QC/T 291—1999《汽车机械式分动

器性能要求》中的分动器总成齿轮疲劳寿命40万次的要求。

图18 ZQC1300/240分动器总成台架疲劳试验

4.3 装车效果

2009年1月起，在陕西重型汽车有限公司进行了两台SX2154（6X6）的样车装

配，并在定远试车场进行了一系列整车性能测试，试验结果表明，所设计分动器总

成操纵性能、运转噪声、温升等各项指标满足整车设计要求。

参考文献

【相关文献】

1 余志生.汽车理论（第3版）.北京：机械工业出版社，2000.2 刘惟信.汽车设计.北京：清华大学

出版社，2001.

3 饶振刚.行星齿轮传动设计.北京：化学工业出版社，2003.