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差速器原理和分类

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差速器原理和分类

发布日期:2016-10-05 作者:111 点击:

汽车差速器能够使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。主要由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成。功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时,使左右车轮以不同转速滚动,即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而装置的。在四轮驱动时,为了驱动四个车轮,必须将所有的车轮连接起来,如果将四个车轮机械连接在一起,汽车在曲线行驶的时候就不能以相同的速度旋转,为了能让汽车曲线行驶旋转速度基本一致性,这时需要加入中间差速器用以调整前后轮的转速差。

差速器的这种调整是自动的,这里涉及到“最小能耗原理”,也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。例如把一粒豆子放进一个碗内,豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁,因为碗底是能量最低的位置(位能),它自动选择静止(动能最小)而不会不断运动。同样的道理,
车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态,自动地按照转弯半径调整左右轮的转速。[2]
当转弯时,由于外侧轮有滑拖的现象,内侧轮有滑转的现象,两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力,由于“最小能耗原理”,必然导致两边车轮的转速不同,从而破坏了三者的平衡关系,并通过半轴反映到半轴齿轮上,迫使行星齿轮产生自转,使内侧半轴转速减慢,外侧半轴转速加快,从而实现两边车轮转速的差异。
驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接,则两轮只能以相同的角度旋转。这样,当汽车转向行驶时,由于外侧车轮要比内侧车轮移过
的距离大,将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖,而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶,也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等(轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等)而引起车轮的滑动。
车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗,还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动,在结构上必须保证各车轮能以不同的角度转动。
轴间:通常从动车轮用轴承支承在主轴上,使之能以任何角度旋转,而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接,在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轴间差速器。
多轴驱动的越野汽车,为使各驱动桥能以不同角速度旋转,以消除各桥上驱动轮的滑动,有的在两驱动桥之间装有轴间差速器。

现代汽车上的差速器通常按其工作特性分为齿轮式差速器和防滑差速器两大类。
齿轮式差速器
由于结构原因,这种差速器分配给左右轮的转矩相等。这
限滑差速器
限滑差速器
种差速器转矩均分特性能满足汽车在良好路面上正常行驶。但当汽车在坏路上行驶时,却严重影响通过能力。例如当汽车的一个驱动轮陷入泥泞路面时,虽然另一驱动轮在良好路面上,汽车却往往不能前进(俗称打滑)。此时在泥泞路面上的驱动轮原地滑转,在良好路面上的车轮却静止不动。这是因为在泥泞路面上的车轮与路面之间的附着力较小,路面只能通过此轮对半轴作用较小的反作用力矩,因此差速器分配给此轮的转矩也较小,尽管另一驱动轮与良好路面间的附着力较大,但因平均分配转矩的特点,使这一驱动轮也只能分到与滑转驱动轮等量的转矩,以致驱动力不足以克服行驶阻力,汽车不能前进,而动力则消耗在滑转驱动轮上。此时加大油门不仅不能使汽车前进,反而浪费燃油,加速机件磨损,尤其使轮胎磨损加剧。有效的解决办法是:挖掉滑转驱动轮下的稀泥或在此轮下垫干土、碎石、树枝、干草等。

防滑差速器
为提高汽车在坏路上的通过能力,某些越野汽车及高级轿车上装置防滑差速器。防滑差速器的特点是,当一侧驱动轮在坏路上滑转时,能使大部分甚至全部转矩传给在良好路面上的驱动轮,以充分利用这一驱动轮的附着力来产生足够的驱动力,使汽车顺利起步或继续行驶。为实现上述要求,最简单的方法是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁,使之成为强制止锁式差速器。当一侧驱动轮滑转时,可利用差速锁使差速器锁死而不起差速作用。
防滑差速器能够克服普通锥齿轮式差速器因转矩平均分配给左、右轮而带来的在坏路面(泥泞、冰雪路面等)上行驶时,因一侧驱动轮接触泥泞、冰雪路面而在原地打滑(滑转),另一侧在好路面上的驱动轮却处在不动状态使汽车通过能力降低的缺点。这是因为与泥泞、冰雪路面接触的驱动轮与路面的附着力减少,路面对半轴作用有很小的反作用转矩,结合对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特点,这使处在好路面上的驱动轮所得到的转矩只能与处于坏路面上的驱动轮转矩相等,于是两者的合力不足以克服行驶阻力,汽车便停止不动。
根据结构特点不同,防滑差速器有强制锁止式、高摩擦式和自由轮式3种。其中,高摩擦式中又有摩擦片式自锁差速器、托森差速器、蜗轮式差速器、滑块凸轮式差速器和粘性联轴器式差速器5种。
”托森“差速器是美国格里森公司生产的转矩感应式差速器,即差速器可以根据其内部差动转矩的大小而决定是否限制差速器的差速作用。在结构上巧妙地利用涡轮蜗杆传动的不可逆原理而设计。作为一种新型差速机构,托森差速器以其独特的优越性能在各种汽车上得到广泛应用。
双蜗杆差速器是2014年国内新发明的产品,特点是将两个相互啮合的蜗杆倾斜安装于转子中,两个蜗杆轴端分别与两侧的输出轴相连接,连接可用齿轮连接或万向节连接,齿圈安装于转子上,整体由轴承固定于壳体,动力源由齿圈输入,两侧输出轴输出动力。
两个蜗杆采用小的导程角,导程角的大小决定自锁的程度,蜗杆与涡轮传动中,都是蜗杆主动,涡轮从动,两个蜗杆相啮合,相当于都是彼此的涡轮一样,导程角小到一定程度时,两个蜗杆会产生互锁,只有两侧同时施加扭力时才能转动,所以这就是能自锁的原因,而又不影响差速行驶。
若用在中央差速器,两个蜗杆节圆直径调整,可使前后输出不同的扭矩,就像托森差速器那样前后动力40:60分配。
优点是体积小,加工简单,成本低,全面解决全时四驱。

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