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的結(jié)構(gòu)和工作原理汽車差速器是一個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來保證各驅(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（圖1）;汽車在不平路而上直線行駛時(shí)，兩側(cè)車輪走過的曲線長短也不相等：即使路而非常平直，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.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

2、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。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(duì)稱式錐齒輪普通差速器。對(duì)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

3、軸）和差速器殼等組成（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(dòng)齒輪7用螺栓（或鉀釘）固定在差速器殼右半部8的凸緣上。十字形行星齒輪釉9安裝在差速器殼接合而處所對(duì)出的園孔內(nèi)，每個(gè)軸頸上套有一個(gè)帶有滑動(dòng)軸承（襯套）的直齒圓錐行星齒輪6,四個(gè)行星齒輪的左右兩側(cè)各與一個(gè)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(dòng)（公轉(zhuǎn)）的行星齒輪撥動(dòng)兩側(cè)的半軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩側(cè)車輪所受阻力不同時(shí)，行星齒輪還要繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一自轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩側(cè)車輪的差速驅(qū)動(dòng)。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

4、樣作能增加行星齒輪軸孔長度，有利于和兩個(gè)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(gè)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而分別裝有平墊片3和球面墊片5。墊片通常用軟鋼、銅或者聚甲醛塑料制成。2 / 7汽車差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理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(dòng)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(jìn)行的。為了使?jié)櫥瓦M(jìn)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(dá)行星齒輪和行星齒輪軸軸頸之間，在行星齒輪軸軸頸上銃出一平面，

5、并在行星齒輪的齒間鉆出徑向油孔。在中級(jí)以下的汽車上，由于驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)矩不大，差速器內(nèi)多用兩個(gè)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(jìn)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(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3所示為普通對(duì)稱式錐齒輪差速器簡圖。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（NO、N1和N

6、2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：Nl=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f則半軸齒輪2比差速器殼少轉(zhuǎn)的圈數(shù)。于是有：N1=NOl-N4fllN2=N0-N4以上兩種情況，Nl、N2與N0之間都有以下關(guān)系式：Nl+N2=2N0若用角速度表示，應(yīng)有：31+32=23。其中。1、，）2和30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

7、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Ml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Ml=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4上實(shí)線箭頭n4的方向繞行星齒輪軸軸

8、頸52 / 7汽車差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理行星齒輪軸：6-主減速器從動(dòng)齒輪 圖3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Ml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Ml增大，增大量也為0.5Mfc因此，當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，Ml=0.5(MO-Mf)M2=0.5(MO+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:

9、4-行星齒輪:5-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與輸入差速器殼的轉(zhuǎn)矩M0之比叫作差速器的鎖緊系數(shù)K,即1<=卜析MO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：Ml=0.5MO(1K)M2=0.5MO(1+K)輸出到低速半釉的轉(zhuǎn)矩與輸出到高速半軸的轉(zhuǎn)矩之比Kb可以表示為：Kb=M2/Ml=(l+K)/(l-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(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0.050.15,輸出到兩半軸的最大轉(zhuǎn)矩之比Kb=l.ll1.353 /7。因此可以認(rèn)為無論左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速是否相

10、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)于汽車在良好路而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?，由于附著力很小而打滑時(shí)，即使另一車輪是在好路而上，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)，使在好路而上車輪分配到的轉(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前進(jìn)。為了提高汽車在環(huán)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

11、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-C59）?？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：31+32=2wO如31或32=30,則必有31=。2,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)，從主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩絕大部分部分配

12、到另一惻驅(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。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D-C5-9強(qiáng)制鎖止式差速器托森差速器托森差速器的結(jié)構(gòu)如圖D-C510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(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)。當(dāng)汽4 /7汽車差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理車轉(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。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5 / 7汽車差速器的