汽車差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理

1、汽車差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理汽車差速器是一個差速傳動機構(gòu)，用來保證各驅(qū)動輪在各種運動條件下的動力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。當汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，外側(cè)車輪比內(nèi)側(cè)車輪所走過的路程長(圖1)；汽車在不平路面上直線行駛時，兩側(cè)車輪走過的曲線長短也不相等；即使路面非常平直，但由于輪胎制造尺寸誤差，磨損程度不同，承受的載荷不同或充氣壓力不等，各個輪胎的滾動半徑實際上不可能相等，若兩側(cè)車輪都固定在同一剛性轉(zhuǎn)軸上，兩輪角速度相等，則車輪必然出現(xiàn)邊滾動邊滑動的現(xiàn)象。圖1車輪對路面的滑動不僅會加速輪胎磨損，增加汽車的動力消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動性能的惡化。若主減速器從動齒輪通過一根整軸同時帶動兩側(cè)驅(qū)動輪，則兩側(cè)車

2、輪只能同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。為了保證兩側(cè)驅(qū)動輪處于純滾動狀態(tài)，就必須改用兩根半軸分別連接兩側(cè)車輪，而由主減速器從動齒輪通過差速器分別驅(qū)動兩側(cè)半軸和車輪，使它們可用不同角速度旋轉(zhuǎn)。這種裝在同一驅(qū)動橋兩側(cè)驅(qū)動輪之間的差速器稱為輪間差速器。在多軸驅(qū)動汽車的各驅(qū)動橋之間，也存在類似問題。為了適應(yīng)各驅(qū)動橋所處的不同路面情況，使各驅(qū)動橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅(qū)動橋之間裝設(shè)軸間差速器。差速器可分為普通差速器和防滑差速器兩大類。普通差速器的結(jié)構(gòu)及工作原理目前國產(chǎn)轎車及其它類汽車基本都采用了對稱式錐齒輪普通差速器。對稱式錐齒輪差速器由行星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸（十字軸或一根直銷軸）和差速器殼等組成（

3、見圖1）。（從前向后看）左半差速器殼2和右半差速器殼8用螺栓固緊在一起。主減速器的從動齒輪7用螺栓（或鉚釘）固定在差速器殼右半部8的凸緣上。十字形行星齒輪軸9安裝在差速器殼接合面處所對出的園孔內(nèi)，每個軸頸上套有一個帶有滑動軸承（襯套）的直齒圓錐行星齒輪6，四個行星齒輪的左右兩側(cè)各與一個直齒圓錐半軸齒輪4相嚙合。半軸齒輪的軸頸支承在差速器殼左右相應(yīng)的孔中，其內(nèi)花鍵與半軸相連。與差速器殼一起轉(zhuǎn)動（公轉(zhuǎn)）的行星齒輪撥動兩側(cè)的半軸齒輪轉(zhuǎn)動，當兩側(cè)車輪所受阻力不同時，行星齒輪還要繞自身軸線轉(zhuǎn)動-自轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對兩側(cè)車輪的差速驅(qū)動。行星齒輪的背面和差速器殼相應(yīng)位置的內(nèi)表面，均做成球面，這樣作能增加行星齒輪軸孔

4、長度，有利于和兩個半軸齒輪正確地嚙合。在傳力過程中，行星齒輪和半軸齒輪這兩個錐齒輪間作用著很大的軸向力，為減少齒輪和差速器殼之間的磨損，在半軸齒輪和行星齒輪背面分別裝有平墊片3和球面墊片5。墊片通常用軟鋼、銅或者聚甲醛塑料制成。1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪；7-從動齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓圖2 差速器構(gòu)造零件的分解差速器的潤滑是和主減速器一起進行的。為了使?jié)櫥瓦M入差速器內(nèi)，往往在差速器殼體上開有窗口。為保證潤滑油能順利到達行星齒輪和行星齒輪軸軸頸之間，在行星齒輪軸軸頸上銑出一平面，并在行星齒輪的齒間鉆出徑向油孔。在中級以下的汽車上，由于

5、驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩不大，差速器內(nèi)多用兩個行星齒輪。相應(yīng)的行星齒輪軸相為一根直銷軸，差速器殼可以制成開有大窗孔的整體式殼，通過大窗孔，可以進行拆裝行星齒輪和半軸齒輪的操作。普通齒輪式差速器的兩個特性對稱式錐齒輪差速器中的運動特性關(guān)系式如圖3 所示為普通對稱式錐齒輪差速器簡圖。差速器殼3作為差速器中的主動件，與主減速器的從動齒輪6和行星齒輪軸5連成一體。半軸齒輪1和2為差速器中的從動件。行星齒輪即可隨行星齒輪軸一起繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)，又可以繞行星齒輪軸軸線自轉(zhuǎn)。設(shè)在一段時間內(nèi)，差速器殼轉(zhuǎn)了N0圈，半軸齒輪1和2分別轉(zhuǎn)了N1圈和N2（N0、N1 和N2不一定是整數(shù)）圈，則當行星齒輪只繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公

6、轉(zhuǎn)而不自轉(zhuǎn)時，行星齒輪撥動半軸齒輪1和2同步轉(zhuǎn)動，則有：N1 N2 N0當行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時，又繞行星齒輪軸軸線自轉(zhuǎn)時，由于行星齒輪自轉(zhuǎn)所引起一側(cè)半軸齒輪1比差速器殼多轉(zhuǎn)的圈數(shù)（N4）必然等于另一側(cè)半軸齒輪2比差速器殼少轉(zhuǎn)的圈數(shù)。于是有：N1 N0 N4 和N2 N0 N4以上兩種情況，N1 、N2 與N0之間都有以下關(guān)系式：N1 N22N0若用角速度表示，應(yīng)有：1 220其中1 、2和0分別為左、右半軸和差速器殼的轉(zhuǎn)動角速度。上式表明，左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，這就是兩半軸齒輪直徑相等的對稱式錐齒輪差速器的運動特性關(guān)系式。B 對稱式錐齒輪差速器中的轉(zhuǎn)矩分配關(guān)系式在以

7、上差速器中，設(shè)輸入差速器殼的轉(zhuǎn)矩為M0 ，輸出給左、右兩半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩為M1和M2。當與差速器殼連在一起的行星齒輪軸帶動行星齒輪轉(zhuǎn)動時，行星齒輪相當于一根橫向桿，其中點被行星齒輪軸推動，左右兩端帶動半軸齒輪轉(zhuǎn)動，作用在行星齒輪上的推動力必然平均分配到兩個半軸齒輪之上。又因為兩個半軸齒輪半徑也是相等的。所以當行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)趨勢時，差速器總是將轉(zhuǎn)矩M0平均分配給左、右兩半軸齒輪，即M1M20.5 M0。當兩半軸齒輪以不同轉(zhuǎn)速朝相同方向轉(zhuǎn)動時，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速nl大于右半軸轉(zhuǎn)速n2，則行星齒輪將按圖4上實線箭頭n4的方向繞行星齒輪軸軸頸5自轉(zhuǎn)，此時行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及行星齒輪背部與差速器殼

8、之間都產(chǎn)生摩擦，半軸齒輪背部與差速器殼之間也產(chǎn)生摩擦。這幾項摩擦綜合作用的結(jié)果，使轉(zhuǎn)得快的左半軸齒輪得到的轉(zhuǎn)矩M1減小，設(shè)減小量為0.5Mf；而轉(zhuǎn)得慢的右半軸齒輪得到的轉(zhuǎn)矩M1增大，增大量也為0.5Mf。因此，當左右驅(qū)動車輪存在轉(zhuǎn)速差時，M1 = 0.5（M0-Mf）M2 = 0.5（M0+Mf）左、右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于折合到半軸齒輪上總的內(nèi)摩擦力矩Mf。1,2-半軸齒輪；3-差速器殼；4-行星齒輪；5-行星齒輪軸；6-主減速器從動齒輪圖3差速器運動原理示意圖1-半軸齒輪；2-半軸齒輪；3-行星齒輪軸；4-行星齒輪圖4差速器扭矩分配示意圖差速器中折合到半軸齒輪上總的的內(nèi)摩擦力矩Mf與輸入差速

9、器殼的轉(zhuǎn)矩M0之比叫作差速器的鎖緊系數(shù)K，即KMfM0輸出給轉(zhuǎn)得快慢不同的左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩可以寫成：M1=0.5 M0（1K）M2=0.5 M0（1+ K）輸出到低速半軸的轉(zhuǎn)矩與輸出到高速半軸的轉(zhuǎn)矩之比Kb可以表示為:Kb=M2/M1=(1+K)/(1-K)鎖緊系數(shù)K可以用來衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，目前廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器，其內(nèi)摩擦力矩很小，鎖緊系數(shù)K為0.050.15, 輸出到兩半軸的最大轉(zhuǎn)矩之比Kb 1.111.35。因此可以認為無論左右驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速是否相等，對稱式錐齒輪差速器總是將轉(zhuǎn)矩近似平均分配給左右驅(qū)動輪的。這樣的轉(zhuǎn)矩分配特性對于汽車在良好路面上行駛是完

10、全可以的，但當汽車在壞路面行駛時，卻會嚴重影響其通過能力。例如當汽車的一側(cè)驅(qū)動車輪駛?cè)肽酀袈访?，由于附著力很小而打滑時，即使另一車輪是在好路面上，汽車往往不能前進。這是因為對稱式錐齒輪差速器平均分配轉(zhuǎn)矩的特點，使在好路面上車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只能與傳到另一側(cè)打滑驅(qū)動輪上很小的轉(zhuǎn)矩相等，以致使汽車總的牽引力不足以克服行駛阻力而不能前進。為了提高汽車在壞路上的通過能力，可采用各種型式的抗滑差速器?？够钏倨鞯墓餐攸c是在一側(cè)驅(qū)動輪打滑時，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給不打滑的驅(qū)動輪，充分利用另一側(cè)不打滑驅(qū)動輪的附著力而產(chǎn)生足夠的牽引力，使汽車繼續(xù)行駛?？够钏倨鞣N類常用的抗滑差速器有：強制鎖止式差速器、高

11、摩擦自鎖式差速器（有摩擦片式、滑塊凸輪式等結(jié)構(gòu)型式）、牙嵌式自由輪差速器和托森差速器等。下面對強制鎖止式差速器和托森差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理作比較簡單的介紹。強制鎖止式差速器：在對稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖（見圖DC59）?？梢杂秒姶砰y控制的氣缸操縱一個離合機構(gòu)，使一側(cè)半軸與差速器殼相接合。由該種差速器中的運動特性關(guān)系式：122 0如1或20，則必有12，這就相當于把左右兩半軸鎖成一體一同旋轉(zhuǎn)。這樣，當一側(cè)驅(qū)動輪打滑而牽引力過小時，從主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩絕大部分部分配到另一側(cè)驅(qū)動輪上，使汽車得以通過這樣的路段。強制鎖止式差速器結(jié)構(gòu)簡單，但一般要在停車時進行操縱。而且接上差速鎖時，左右車輪剛性連接

12、，將產(chǎn)生前轉(zhuǎn)向困難，輪胎磨損嚴重等問題。1-活塞；2-活塞皮碗；3-氣路管接頭；4-工作缸；5-套管；6-半軸；7-壓力彈簧；8-鎖圈；9-外接合器；10-內(nèi)接合器；11-差速器殼(待改)圖DC59強制鎖止式差速器托森差速器托森差速器的結(jié)構(gòu)如圖DC510所示，該差速器由差速器殼，左、右半軸蝸桿、蝸輪軸和蝸輪等組成。差速器殼與主減速器的被動齒輪相連。三對蝸輪通過蝸輪軸固定在差速器殼上，分別與左、右半軸蝸桿相嚙合，每個蝸輪兩端固定有直齒圓柱直齒輪。成對的蝸輪通過兩端相互嚙合的直齒圓柱齒輪發(fā)生聯(lián)系。差速器外殼通過蝸輪軸帶動蝸輪繞差速器半軸軸線轉(zhuǎn)動，蝸輪再帶動半軸蝸桿轉(zhuǎn)動。當汽車轉(zhuǎn)向時，左、右半軸蝸桿出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，通過成對蝸輪兩端相互嚙合的直齒圓柱齒輪相對轉(zhuǎn)動，使一側(cè)半軸蝸桿轉(zhuǎn)速加快，另一側(cè)半軸蝸桿轉(zhuǎn)速下降，實現(xiàn)差速作用。轉(zhuǎn)速比差速器殼快的半軸蝸桿受到三個蝸輪給予的與轉(zhuǎn)動方向相反的附加轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速比差速器殼慢的半軸蝸桿受到另