三、差速器

三、差速器

（一）普通齿轮式差速器的结构与工作原理

普通齿轮式差速器有锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。锥齿轮式差速器由于其结构简单，工作平稳，因此应用最为广泛。

1.构造

图2.74所示为行星齿轮差速器零件分解图，其装配关系详见图2.68。行星齿轮差速器主要由四个行星齿轮4、两个半轴齿轮3和行星齿轮轴8、差速器売等组成。差速器壳由1、5两半组成，用螺栓紧固在一起。主减速器从动锥齿轮用铆钉或螺栓固定在差速器壳左半部1的凸缘上。装配时行星齿轮轴8的四个轴颈在两个差速器壳组成的十字架孔中，每个轴颈上松套一个行星齿轮4。两个半轴齿轮3与四个行星齿轮相啮合。半轴齿轮用其轴颈支承在差速器売相应的孔中，半轴齿轮内花键与半轴相连。行星齿轮的背面大都做成球面并与差速器売的凹球面配合，保证与半轴齿轮正确啮合。行星齿轮、半轴齿轮背面与売体相应的摩擦面间装有减磨垫片，它们是用软钢、青铜或尼龙制成，行星齿轮垫片7和半轴齿轮垫片2磨损后可以通过更换垫片调整齿轮的啮合间隙。

差速器売的十字形孔是在左右壳装合后加工的，为防止装错，西半壳体间有装配记号。

差速器是用主减速器内的齿轮油进行润滑的，差速器売体上有供润滑油进出的窗孔。行星齿轮的齿间有小孔，行星齿轮轴上镜有平面作为油道，以保证其与行星齿轮间的良好润滑。在行星齿轮垫片和半轴齿轮垫片上加工有许多小凹坑或螺旋槽，供存油以保证润滑齿轮的背面。

主减速器传递动力经从动锥齿轮传至差速器壳、行星齿轮轴、行星齿轮、半轴齿轮，再经左右半轴传递到驱动轮。根据左右两驱动轮遇到阻力的不同，差速器可使其等速运动，或不等速运动，即差速作用。

在中型以下轿车中，由于传递的转矩不大，行星齿轮多使用两个，行星齿轮轴制成一字轴，而差速器壳做成两边开孔的整体式。图2.75所示为上海桑塔纳轿车差速器分解图。差速器壳g为整体框架结构。行星齿轮轴5装入差速器壳后用止动销6定位。半轴齿轮2的背面也制成球面，其背面的推力垫片与行星齿轮背面的推力垫片制成一个整体垫片1，叫做复合式推力墊片。螺纹套3用来紧固半轴齿轮。

2.工作原理

（1）差速器的运动特性

图2.76所示为行星齿轮差速器的运动原理图。差速器売3与行星齿轮轴5制成一体并由主减速器从动锥齿轮6带动着一起转动，是差速器的主动件，设其转速为n0。半轴齿轮1和2为从动件，设其转速分别为n1和n2。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。C点为行星齿轮4的中心。A、B、C点到差速器旋转轴线的距离相等。

当两侧驱动轮没产生滑转和滑移趋势，即两侧车轮转速相等，汽车直线行驶时两侧车轮所受的行驶阻力相等，通过半轴及半轴齿轮反作用到行星齿轮两啮合点A、B的力也相等。这时行星齿轮数相当于一个等臂的杠杆，保持平衡即行星齿轮不自传，而只能随行星齿轮轴5及差速器売3一起公转。所以，两半轴不存在转速差，如图2.76（b）所示，差速器不起差速作用。

即

n1-n2= n0

且

n1+n2=2n0

当两侧侧车轮产生滑转和滑移趋势时，两侧车轮所受行驶阻力不再相等，通过半轴及半轴齿轮反作用到行星齿轮两啮合点的力也不相等。这样，行星齿轮的平衡将被破坏，即行星齿轮除了随差速器壳公转外，还要绕行星齿轮轴自转。设其自转速度为n4，方向如图2.76（C）所示。这时半轴齿轮1的转速加快，而半轴齿轮2的转速减慢。因为AC=CB的，所以半轴齿轮1的转速増加值等于半轴齿轮2的转速减小值。设半轴齿轮转速增减值为如，则两半轴的转速分别为：

n1=no+Δn

n2=no－Δn

这就是差速器的差速作用原理。当汽车在转弯或在其他情况下行驶，两侧车轮有滑转和滑移趋势时，行星齿轮即发生自转，借行星齿轮的自转，使两侧车轮以不同的转速在地面上滚动。这时仍有：

n1+n2=2n0

上述公式即为行星齿轮差速器的运动特性方程式。此公式指明，差速器无论差速与否，两半轴齿轮转速之和始终等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮自转速度无关。

由上式可知：

① 当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的西倍；

② 当差速器壳转速为零时，若一侧半轴齿轮受到其他外来力矩而转动，则另一半轴齿轮即以相同的转速反方向转动。

（2）差速器的转矩特性

图2.77所示为行星齿轮差速器的转矩分配示意图。设主减速器传至差速器売的转矩为M0（图中未标出），经行星齿轮轴、行星齿轮传递给两半轴齿轮，两半轴齿轮的转矩分别为M1和M2。

当行星齿轮不白转时，即n3=0，MT=0（MT为行星齿轮自转时，其内孔和背面所受的摩擦力矩），行星齿轮相当于一个等臂杠杆，两个半轴齿轮的半径相等，因此差速器将转矩M0平均分配给左右两半轴齿轮，即。

当两半轴齿轮以不同转速朝相同方向转动时，假设左半轴齿轮转速n1，大于右半轴齿轮转速n2，则行星齿轮将按图2.77所示上的实线箭头n3的方向绕行星齿轮轴4自转。行星齿轮所受的摩擦力矩MT方向与n3方向相反，如图2.77虚线箭头所示，该摩擦力矩使行星齿轮对左右半轴齿轮作用了两个大小相等方向相反的附加圆周力F1和F2。F1使快转的左半轴的转矩Ml减小，而F2使慢转的右半轴的转矩M2增加。因此，当左右驱动轮存在转速差时，

通常MT很小，可忽略不计，故可得：

可见，无论差速器差速与否，行星齿轮差速器都具有转矩等量分配的特性。

差速器转矩平均分配特性对于汽车在良好的路面上直线或转弯行驶时是满意的，而当汽车在坏路面上行驶时，会影响其通过能力。如汽车一侧的驱动轮在泥泞或冰雪路面，而另一侧驱动轮在良好路面上，由于在坏路面上的轮子与地面附着力小，所产生的驱动力矩也很小。这时，根据转矩的平均分配特性，另一侧在好路面上的驱动力矩也很小，无法产生足够大的驱动力使汽车前进。当一侧车轮的地面附着力很小时，该侧车轮会发生严重的滑转，而滑转车轮则以差速器売转速的两倍空转。

（二）防滑差速器

普通齿轮式差速器不仅使汽车通过坏路面的能力变差，而且高速转弯时，因内侧车轮附着力减小而产生滑转，会使汽车动力不足，使操纵性和稳定性均受到影响。为了提高汽车通过路面的能力，在某些越野车上装有防滑差速器。当汽车某一侧驱动轮发生滑转时，差速器的差速作用即被锁止，并将大部分或全部转矩分配给未滑转的驱动轮，充分利用未滑转车轮与地面的附着力，以产生足够的牵引力使汽车继续行驶。常用的防滑差速器分为强制锁止式和自锁式两大类。

1.强制锁止式差速器

它是在普通差速器上增加一差速锁，需要时，由驾驶员操纵差速锁，使差速器不起差速作用，相当于把两根半轴连成一体。

图2.78所示为奔驰2026A型汽车强制锁止式差速器。它主要由牙嵌式接合器、气压操纵机构组成。固定接合套13的花键与差速器売11连接，并用弹性挡圈14轴向定位。滑动接合套15的花键与半轴16连接，可沿轴向滑动。拨叉8装在拨叉轴7上，可沿导轴10轴向滑动。拨叉轴7右方的气缸内装有带密封圈的活塞2，缸盖5上装有差速锁指示灯开关3。

根据道路情况需要锁住差速器时，驾驶员操纵开关，压缩空气由气管接头1进入气缸推动活塞2右移，活塞通过调整螺钉4推动拨叉轴7、拨叉8，拨动滑动接合套15与固定接合套13接合，半轴与差速器売连成一体，差速器不再起差速作用，转矩全部分配给好路面上不打滑的车轮。差速器被锁止的同时，指示灯开关接通，驾驶室内的信号灯点亮，提醒驾驶员应注意，汽车驶入好路面后应及时解除差速锁。调整螺钉4用来调整拨叉的位置，即调整两接合套之间的间隙。

当解除锁止状态时，操纵开关放出气缸内的压缩空气，拨叉、拨叉轴、滑动接合套以及活塞在回位弹簧9的作用下向左回到原位，差速器被解除锁止，恢复差速作用。这时，指示灯开关断开，驾驶室内指示灯熄灭。

强制锁止式差速器结构简单，易于制造，应用在重型卡车和越野车上较多。但由于驾驶员对它操纵不方便，一般需要停车时使用。

2.自锁式差速器

自锁式差速器种类较多，它们共同的特点是在两驱动轮（轮间差速器）或两驱动桥（轴间差速器）转速不同时，不用人工操纵，根据道路情况会自动地向慢转一方多分配转矩，提高汽车的通过性和操纵稳定性。

自锁式差速器有摩擦片式、凸轮滑块式和托森式等。下面介绍摩擦片式和托森式自锁式差速器结构与工作原理。

摩擦片式自锁差速器是在对称式锥齿轮差速器中安装有摩擦片以增加内摩擦力矩，如图2.79所示。为增大差速器内摩擦力矩，在半轴齿轮与差速器壳1之间安装有摩擦片2。行星齿轮轴4由两根互相垂直的行星齿轮轴组成，其端部均加工出凸V形斜面，相应地在差速器売1上也加工有凹V形斜面6，两根行星齿轮轴的V形斜面是反向安装的。每个半轴齿轮的背面都有推力压盘3和主从动摩擦片2。推力压盘以内花键与半轴相连，而其轴颈处用外花键与从动摩擦片连接。主动摩擦片则用花键与差速器売1相连。推力压盘和主从动摩擦片均可做微小的轴向移动。

当汽车直线行驶时，差速器可通过斜面对行星齿轮轴压紧，斜面上产生的轴向力迫使两行星齿轮分别向左右方向（向外）移动。动力经两条路线传给半轴，一条路线由差速器壳经行星齿轮轴、行星齿轮和半轴齿轮将部分转矩传给半轴；另一路线则由差速器壳经主从动摩擦片、推力压盘传给半轴。由于两半轴与差速器売之间不存在转速差，转矩平均分配给两半轴。

当一侧车轮在路面上滑转或汽车转弯时，行星齿轮自传，起差速作用，左右半轴齿轮的转速不等，对于转得快的半轴，差速器壳通过主从动摩擦片滑转时传递的摩擦力矩，与半轴齿轮旋向相反，使半轴传出的转矩减小，其减小的数值与差速器传递的转矩和摩擦片数量成正比。对于慢转的半轴，差速器壳通过主从动摩擦片传递的摩擦力矩与半轴齿轮旋向相同，使半轴传出的转矩增大。较大数值的摩擦片摩擦力矩作用的结果，可以使慢转半轴传速的转矩明显增加。

摩擦片式自锁差速器结构简単，工作平稳，多用于轿车和中、轻型越野车上。

图2.79所示为奥迪80和奥迪90全轮驱动轿车前后驱动桥之间采用的托森式差速器。“托森”表示“转矩灵敏”，它是一种轴间自锁差速器，安装在变速器后端。转矩由变速器输出轴传递给托森式差速器，再由差速器直接分配给前后驱动桥。

托森式差速器由差速器売、六个蜗轮、六根蜗轮轴、十二个直齿圆柱齿轮及前后轴蜗杆组成。当前后驱动桥无转速差时，蜗轮没有自转，只有公转，各蜗轮、蜗杆与差速器売一起等速转动，差速器不起差速作用。当前后驱动桥需要有转速差时，例如汽车转弯时，因前轮转弯半径大，差速器起差速作用。这时，蜗轮除公转传递动力外，还自转。由于直齿圆柱齿轮的相互啮合，使前后蜗轮自转相反，从而使前轴蜗杆转速增加，后轴蜗杆转速减小，实现了差速作用。托森式差速器起差速作用时，由于蜗轮蜗杆啮合副问的摩擦作用，转速较低的后驱动桥比转速较高的前驱动桥所分配的转矩大。如果后桥分配到的转矩大到一定程度而出现滑转时，则后桥转速升高，转矩又立刻重新分配给前桥一些，所以驱动力的分配可根据转弯的要求自动调节，使汽车转弯时具有良好的驾驶性。有的时候，当前后驱动桥某一桥因附着力小而出现滑转时，差速器立即起作用，将转矩的大部分分配给转速低而附着力好的另一驱动桥（最大可达3.5倍），从而提高了汽车通过坏路面的行驶能力。