一、汽車差速器研究現(xiàn)狀

　　提升經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性是目前汽車行業(yè)的發(fā)展方向。將汽車零部件進(jìn)行改良創(chuàng)新，才能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的相互協(xié)調(diào)，作為核心部件的差速器正在不斷的研發(fā)改進(jìn)。國(guó)外差異性研究水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，日本豐田、本田、德國(guó)港齒輪、美國(guó)伊頓和格里森等龍頭企業(yè)，掌控著最為重要的核心技能和技術(shù)。一直以來(lái)，對(duì)汽車差速器新技術(shù)不斷研究的目的在于加強(qiáng)車輛的安全性能和越野性能。

　　近年來(lái)，我國(guó)汽車差速器市場(chǎng)發(fā)展迅速，差速器的種類也變得豐富，性能也越來(lái)越完善。目前國(guó)內(nèi)制造業(yè)整體水平與世界先進(jìn)水平仍存在差距，因此應(yīng)用最廣泛、應(yīng)用最多的是對(duì)整體工業(yè)水平要求不高的對(duì)稱式錐齒輪差速機(jī)，差速器在國(guó)內(nèi)正在進(jìn)行跨越式的發(fā)展。目前，對(duì)稱式錐齒輪差速器是最為常見(jiàn)的汽車差速器，同時(shí)還有很多其他功能的差速器，包括強(qiáng)制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、輪間差速器、防滑差速器和托森差速器等。在各種差速器中，托森差速器可以將由于轉(zhuǎn)軸較大或者較小時(shí)差速器自動(dòng)鎖死和失效的問(wèn)題解決。

　　二、差速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分析

　　差速器概述

　　汽車差速器主要由左右半軸齒輪、兩個(gè)行星齒輪和齒輪架等部件構(gòu)成。汽車轉(zhuǎn)彎或在路況惡劣的道路上駕駛時(shí)，差速器能夠確保汽車左右兩邊車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是不同的，從而確保汽車的驅(qū)動(dòng)輪不與地面打滑。汽車安裝差速器是為了能夠調(diào)整左右兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速的，當(dāng)汽車處于四輪驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)車輪。因此，汽車的四個(gè)車輪就必須作為整體連接在一起，如果裝配在一起后，汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)就百分之百不可能以相同的速度旋轉(zhuǎn)，因此為了能夠讓汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)旋轉(zhuǎn)速度大體不變，差速器就被添加了進(jìn)來(lái)，用來(lái)調(diào)整前后車輪的轉(zhuǎn)速。

　　汽車差速器的分類

　　差速器可以概況分為開(kāi)放式差速器、鎖止式差速器和限滑式差速器三類。

　　①開(kāi)放式差速器。開(kāi)放式差速器是一種運(yùn)用最為廣泛的差速器，它向左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)半軸分配的扭矩大小是相同的。當(dāng)汽車處于直線行駛時(shí)，左、右車輪受力并不存在不同，左右兩半軸齒輪之間的轉(zhuǎn)速是一樣的。半軸齒輪相當(dāng)直接與車輪相連，在經(jīng)過(guò)動(dòng)力傳遞之后，車輪得到的轉(zhuǎn)速和最初從動(dòng)齒圈的轉(zhuǎn)速并沒(méi)有發(fā)生變化。當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速必須要比外內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)速低，此時(shí)就需要行星齒輪發(fā)生作用，讓左右兩半軸齒輪出現(xiàn)輕微的轉(zhuǎn)速差，而且在這個(gè)過(guò)程中，扭矩的傳遞并沒(méi)有被中斷。缺點(diǎn)是差速器分配的動(dòng)力有時(shí)會(huì)全部輸出到阻力最小的車輪，造成空轉(zhuǎn)。

　　②限滑差速器。基于開(kāi)放式差速器存在各種問(wèn)題，限滑差速器應(yīng)運(yùn)而生。在原來(lái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，限滑差速器增加了彈簧壓盤(pán)和離合器組件。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，由限滑差速器產(chǎn)生的力可以使離合器和半軸齒輪產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的狀態(tài)，兩邊的驅(qū)動(dòng)半軸就會(huì)具有完全不同的轉(zhuǎn)速，但在分離離合器時(shí)，離合器材料和彈簧組件表面摩擦同時(shí)進(jìn)行扭矩分配。限滑差速器可以保證差速器在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生空轉(zhuǎn)。

　　③鎖止式差速器。鎖止式差速器是開(kāi)放式差速器發(fā)展過(guò)后的另一種系列，驅(qū)動(dòng)橋?qū)嶋H上相當(dāng)于一根實(shí)心軸，兩半軸齒輪一般由電動(dòng)氣動(dòng)或者是液壓機(jī)構(gòu)鎖止在一起。配備鎖止式差速器的車輛一般都是越野車或越野賽車，因?yàn)榇祟愜囕v經(jīng)常會(huì)在路況極差的條件下行駛，很多時(shí)候一側(cè)車輪會(huì)離開(kāi)地面，而鎖止式差速器相當(dāng)于把兩側(cè)車輪直接連為一體，因此，轉(zhuǎn)速也就完全一樣。

　　三、托森差速器

　　托森差速器 (Torsen) 是限滑差速器的一個(gè)類別，主要為牽引力自感應(yīng)式扭矩分配，也就是說(shuō)扭矩的輸出是根據(jù)車輛實(shí)際的需求進(jìn)行分配。托森差速器最主要的兩個(gè)結(jié)構(gòu)是蝸輪齒輪嚙合系統(tǒng)和蝸桿齒輪嚙合系統(tǒng)，正是因?yàn)榕ぞ貜奈佪喌轿仐U齒輪的構(gòu)造，才能完成雙蝸輪蝸桿之間的相互咬合互鎖功能，保障車輛在行駛時(shí)不發(fā)生打滑的狀況，從而精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)差速器的鎖止功能。車輛在不打滑、彎道行駛時(shí)，當(dāng)汽車向右側(cè)行駛時(shí)，汽車的內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速較快，汽車的外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速相對(duì)較慢。托森差速器通過(guò)左側(cè)半軸驅(qū)動(dòng)左側(cè)蝸桿，同時(shí)通過(guò)借助同步咬合的齒輪驅(qū)動(dòng)右側(cè)車輪，但當(dāng)蝸桿驅(qū)動(dòng)蝸輪時(shí)，差速器會(huì)自動(dòng)鎖止兩側(cè)蝸桿。基于上述原理，汽車正常行駛(不打滑)，能保證足夠的牽引力。

　　Torsen 差速器保證汽車在各種路況行駛時(shí)保持良好的性能。相比于其它的差速器，托森差速器并沒(méi)有配備多片式離合器，這是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的主要差別。因此，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生摩擦，從而不會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生磨損。Torsen 差速器可以和分配器、變速器共同使用，具有較高的可靠性，能夠兼容車輛的其它控制系統(tǒng)，例如安全控制系統(tǒng)等。

　　不足之處在于，Torsen 差速器復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使得制造和加工的難度變大，成本過(guò)高，因此更多的應(yīng)用于高端車輛;另一方面，也會(huì)造成汽車自重過(guò)大，裝配托森加速器的汽車加速性能比其他加速器的車輛差一些。托森加速器是典型的純機(jī)械設(shè)計(jì)，所以需要高精度的加工和高強(qiáng)度的材料及制造工藝。

　　托森差速器的結(jié)構(gòu)

　　托森型差速器與其他類型的差速器一樣，由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分和連接主從動(dòng)部分的差速機(jī)構(gòu)等三部分組成。以輪間差速器為例，主動(dòng)部分指主減速器的從動(dòng)齒輪盤(pán)和差速器外殼，這兩部分是固連的。從動(dòng)部分指左右兩側(cè)的半軸齒輪和兩側(cè)的半軸，它們是通過(guò)花鍵連接。差速機(jī)構(gòu)指分布在半軸齒輪周圍的六個(gè)行星齒輪。

　　托森差速器避免其他差速器的不足之處，作為限滑差速器，僅通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的扭矩差，它通過(guò)各個(gè)輪子的牽引力需求合理分配扭矩，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的扭矩控制管理。汽車行駛過(guò)程中，根據(jù)機(jī)械的靈敏反應(yīng)來(lái)判斷，基本不存在扭矩?fù)p失和時(shí)間延遲，相比于車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)和牽引力控制更完善可行。

　　托森差速器的工作原理

　　托森差速器工作原理圖見(jiàn)圖 2。

　　設(shè)前蝸桿傳遞轉(zhuǎn)速為 n₁，后蝸桿傳遞轉(zhuǎn)速為 n₂，差速器殼的轉(zhuǎn)速為 n₀。前蝸桿軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 B₁，后蝸桿驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩為 B₂，差速器殼轉(zhuǎn)矩為 B₀。

　　當(dāng) n₁ = n₂ 時(shí)，汽車狀態(tài)為直線行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力先由空心軸傳遞給蝸輪軸，再傳遞給蝸輪，最后傳至蝸桿。前后蝸輪分別將發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的動(dòng)力傳遞至前后橋，由于兩者的轉(zhuǎn)速相同，所以蝸輪與蝸桿之間是相對(duì)靜止的，n₁ = n₂ = n₀，所以轉(zhuǎn)矩也平均分配，即有 B₀=B₁+B₂。

　　當(dāng) n₁ ≠ n₂ 時(shí)，汽車行駛狀態(tài)為彎道行駛，差速器殼體一直在旋轉(zhuǎn)，n₀ ≠ 0，前后蝸桿也隨著差速器殼體旋轉(zhuǎn)，兩軸之間的轉(zhuǎn)速差通過(guò)的圓柱齒輪的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。只有當(dāng)兩軸速度差相差較小的情況下，才能進(jìn)行差速。

　　托森差速器通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)副的內(nèi)摩擦力矩來(lái)進(jìn)行分配，蝸輪螺旋角和傳動(dòng)副摩擦系數(shù)決定了傳動(dòng)效率。傳動(dòng)副的摩擦情況主要決定傳動(dòng)效率，主要取決于兩側(cè)轉(zhuǎn)速，因?yàn)槁菪鞘且粋€(gè)恒定量。當(dāng) n₁、n₂ 相近時(shí)，兩側(cè)軸的轉(zhuǎn)速差被直齒圓柱齒輪降低。當(dāng) n₁ 較高時(shí)，對(duì)該車輪的空轉(zhuǎn)被差速器較大抵制，輸入轉(zhuǎn)矩會(huì)被輸出到后端輸出軸上一大部分。當(dāng) n₂=0 時(shí)，輸入轉(zhuǎn)矩就會(huì)全部輸出到后軸蝸桿上，這時(shí)差速器將會(huì)自動(dòng)的被鎖死。

　　四、小結(jié)

　　差速器是汽車的關(guān)鍵核心部件，差速器的性能直接關(guān)系到整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。本文主要分析了國(guó)內(nèi)外差速器的研究現(xiàn)狀，對(duì)差速器的分類進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了差速器的結(jié)構(gòu)和原理，希望能夠拋磚引玉，為差速器進(jìn)一步的研究和分析提供幫助。

　　參考文獻(xiàn)略.