差速器的結(jié)構(gòu)及工作原理(圖解)

差速器的結(jié)構(gòu)及工作原理（圖解）汽車差速器是一個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞，避免輪胎與地面間打滑。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，外側(cè)車輪比內(nèi)側(cè)車輪所走過的路程長(zhǎng)(圖D－C5－5)；汽車在不平路面上直線行駛時(shí)，兩側(cè)車輪走過的曲線長(zhǎng)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(gè)輪胎的\o"查看標(biāo)簽為滾動(dòng)半徑的文章"滾動(dòng)半徑實(shí)際上不可能相等，若兩側(cè)車輪都固定在同一\o"查看標(biāo)簽為剛性的文章"剛性轉(zhuǎn)軸上，兩輪角速度相等，則車輪必然出現(xiàn)邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)的現(xiàn)象。

差速器的作用

車輪對(duì)路面的滑動(dòng)不僅會(huì)加速輪胎磨損，增加汽車的動(dòng)力消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動(dòng)性能的惡化。若主減速器從動(dòng)齒輪通過一根整軸同時(shí)帶動(dòng)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪，則兩側(cè)車輪只能同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪處于純滾動(dòng)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(dòng)齒輪通過差速器分別驅(qū)動(dòng)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(dòng)橋兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪之間的差速器稱為輪間差速器。在多軸驅(qū)動(dòng)汽車的各驅(qū)動(dòng)橋之間，也存在類似問題。為了適應(yīng)各\o"查看標(biāo)簽為驅(qū)動(dòng)橋的文章"驅(qū)動(dòng)橋所處的不同路面情況，使各驅(qū)動(dòng)橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅(qū)動(dòng)橋之間裝設(shè)軸間差速器。布置在前驅(qū)動(dòng)橋（前驅(qū)汽車）和后驅(qū)動(dòng)橋（后驅(qū)汽車）的差速器，可分別稱為前差速器和后差速器，如安裝在四驅(qū)汽車的中間傳動(dòng)軸上，來(lái)調(diào)節(jié)前后輪的轉(zhuǎn)速，則稱為中央差速器。傳動(dòng)軸傳過來(lái)的動(dòng)力通過主動(dòng)齒輪傳遞到環(huán)齒輪上，環(huán)齒輪帶動(dòng)行星齒輪軸一起旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)側(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)。當(dāng)車輛直線行駛時(shí)，左右兩個(gè)輪受到的阻力一樣，行星齒輪不自轉(zhuǎn)，把動(dòng)力傳遞到兩個(gè)半軸上，這時(shí)左右車輪轉(zhuǎn)速一樣（相當(dāng)于剛性連接）。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右車輪受到的阻力不一樣，行星齒輪繞著半軸轉(zhuǎn)動(dòng)并同時(shí)自轉(zhuǎn)，從而吸收阻力差，使車輪能夠與不同的速度旋轉(zhuǎn)，保證汽車順利過彎。

普通齒輪式差速器的兩個(gè)特性

對(duì)稱式錐齒輪差速器中的運(yùn)動(dòng)特性關(guān)系式

如圖D－C5－7gif-20所示為普通對(duì)稱式錐齒輪差速器簡(jiǎn)圖。差速器殼3作為差速器中的主動(dòng)件，與主減速器的從動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dāng)行星齒輪只繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)而不自轉(zhuǎn)時(shí)，行星齒輪撥動(dòng)半軸齒輪1和2同步轉(zhuǎn)動(dòng)，則有：

N1＝N2＝N0

當(dāng)行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)，又繞行星齒輪軸軸線自轉(zhuǎn)時(shí)，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＋N2＝2N0

若用角速度表示，應(yīng)有：

ω1＋ω2＝2ω0

其中ω1、ω2和ω0分別為左、右半軸和差速器殼的轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)稱式錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特性關(guān)系式。

B對(duì)稱式錐齒輪差速器中的轉(zhuǎn)矩分配關(guān)系式

在以上差速器中，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(dāng)與差速器殼連在一起的行星齒輪軸帶動(dòng)行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，行星齒輪相當(dāng)于一根橫向桿，其中點(diǎn)被行星齒輪軸推動(dòng)，左右兩端帶動(dòng)半軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，作用在行星齒輪上的推動(dòng)力必然平均分配到兩個(gè)半軸齒輪之上。又因?yàn)閮蓚€(gè)半軸齒輪半徑也是相等的。所以當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)趨勢(shì)時(shí)，差速器總是將轉(zhuǎn)矩M0平均分配給左、右兩半軸齒輪，即

M1＝M2＝0.5M0。

當(dāng)兩半軸齒輪以不同轉(zhuǎn)速朝相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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D－C5－8gif-21上實(shí)線箭頭n4的方向繞行星齒輪軸軸頸5自轉(zhuǎn)，此時(shí)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(xiàng)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(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，

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(dòng)齒輪圖D－C5－7差速器運(yùn)動(dòng)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D－C5－8差速器\o"查看標(biāo)簽為扭矩的文章"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與輸入差速器殼的轉(zhuǎn)矩M0之比叫作差速器的鎖緊系數(shù)K，即

K＝Mf／M0

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=0.5M0（1－K）

M2=0.5M0（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(lái)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(duì)稱式錐齒輪差速器，其內(nèi)摩擦力矩很小，鎖緊系數(shù)K為0.05～0.15,輸出到兩半軸的最大轉(zhuǎn)矩之比Kb＝1.11～1.35。因此可以認(rèn)為無(wú)論左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速是否相等，對(duì)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(dòng)輪的。這樣的轉(zhuǎn)矩分配特性對(duì)于汽車在良好路面上行駛是完全可以的，但當(dāng)汽車在壞路面行駛時(shí)，卻會(huì)嚴(yán)重影響其通過能力。例如當(dāng)汽車的一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪駛?cè)肽酀袈访妫捎诟街苄《蚧瑫r(shí)，即使另一車輪是在好路面上，汽車往往不能前進(jìn)。這是因?yàn)閷?duì)稱式錐齒輪差速器平均分配轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，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(dòng)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\o"查看標(biāo)簽為前進(jìn)的文章"前進(jìn)。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。抗滑差速器的共同特點(diǎn)是在一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)，能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給不打滑的驅(qū)動(dòng)輪，充分利用另一側(cè)不打滑驅(qū)動(dòng)輪的附著力而產(chǎn)生足夠的牽引力，使汽車?yán)^續(xù)行駛。抗滑差速器為了防止車輪打滑而無(wú)法脫困的弱點(diǎn)，差速器鎖應(yīng)用而生。但是差速器的鎖死裝置在分離和接合時(shí)會(huì)影響汽車行駛的穩(wěn)定性。而限滑差速器（LSD）啟動(dòng)柔和，有較好的駕駛穩(wěn)定性和舒適性，不少城市SUV和四驅(qū)轎車都采用限滑（抗滑）差速器。限滑差速器主要通過摩擦片來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的分配。其殼體內(nèi)有多片離合器，一旦某組車輪打滑，利用車輪差的作用，會(huì)自動(dòng)把部分動(dòng)力傳遞到?jīng)]有打滑的車輪，從而擺脫困境。不過在長(zhǎng)時(shí)間重負(fù)荷、高強(qiáng)度越野時(shí)，會(huì)影響它的可靠性。

抗滑差速器\o"查看標(biāo)簽為種類的文章"種類

常用的抗滑差速器有：強(qiáng)制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器（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(duì)強(qiáng)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(jiǎn)單的介紹。強(qiáng)制鎖止式差速器：在對(duì)稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖（見圖D－C5－9）?？梢杂秒姶砰y控制的氣缸操縱一個(gè)離合機(jī)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(yùn)動(dòng)特性關(guān)系式：ω1＋ω2＝2ω0

如ω1或ω2＝ω0，則必有ω1＝ω2，這就相當(dāng)于把左右兩半軸鎖成一體一同旋轉(zhuǎn)。這樣，當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪打滑而牽引力過小時(shí)，從主減速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩絕大部分部分配到另一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪上，使汽車得以通過這樣的路段。強(qiáng)制鎖止式差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但一般要在停車時(shí)進(jìn)行操縱。而且接上差速鎖時(shí)，左右車輪剛性連接，將產(chǎn)生前轉(zhuǎn)向困難，輪胎磨損嚴(yán)重等問題。

托森差速器托森差速器的結(jié)構(gòu)如圖D－C5－10所示，該差速器由差速器殼，左、右半軸蝸桿、蝸輪軸和蝸輪等\o"查看標(biāo)簽為組成的文章"組成。差速器殼與主減速器的被動(dòng)齒輪相連。三對(duì)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(gè)蝸輪兩端固定有直齒圓柱直齒輪。成對(duì)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(dòng)蝸輪繞差速器半軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪再帶動(dòng)半軸蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)。/托森\o"查看標(biāo)簽為差速器工作原理的文章"差速器工作原理當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，左、右半軸蝸桿出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，通過成對(duì)蝸輪兩端相互嚙合的直齒圓柱齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)差速作用。\o"查看標(biāo)簽為轉(zhuǎn)速的文章"轉(zhuǎn)速比差速器殼快的半軸蝸桿受到三個(gè)蝸輪給予的與轉(zhuǎn)動(dòng)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外三個(gè)蝸輪給予的與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的附加轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)速低的半軸蝸桿比轉(zhuǎn)速高的半軸蝸桿得到的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，即當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)，附著力大的驅(qū)動(dòng)輪比附著力小的驅(qū)動(dòng)輪得到的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。托森差速器又稱蝸輪－蝸桿式差速器，其鎖緊系數(shù)K為0.56,輸出到兩半軸的最大轉(zhuǎn)矩之比Kb＝3.5。托森差速器內(nèi)部