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差速器_百度百科
作者:AG8    发布日期:2020-07-29 10:14


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  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。

  普通差速器由行星齿轮、行星轮架(差速器壳)、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器,直接驱动行星轮架,再由行星轮带动左、右两条半轴,分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足:(左半轴转速)+(右半轴转速)=2(行星轮架转速)。当汽车直行时,左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态,而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏,导致内侧轮转速减小,外侧轮转速增加。

  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。

  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。

  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。

  汽车转弯时,内侧车轮和外侧车轮的转弯半径不同,外侧车轮的转弯半径要大于内侧车轮的转弯半径,这就要求在转弯时外侧车轮的转速要高于内侧车轮的转速。差速器的作用就是满足汽车转弯时两侧车轮转速不同的要求!这个作用是差速器最基本的作用,至于后为发展的什么中央差速器、防滑差速器、LSD差速器、托森差速器等,他们是为了提高汽车的行驶性能、操控性能而设计的。

  汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧,如果汽车向左转弯,圆弧的中心点在左侧,在相同的时间里,右侧轮子走的弧线比左侧轮子长,为了平衡这个差异,就要左边轮子慢一点,右边轮子快一点,用不同的转速来弥补距离的差异。

  如果后轮轴做成一个整体,就无法做到两侧轮子的转速差异,也就是做不到自动调整。为了解决这个问题,早在一百年前,法国雷诺汽车公司的创始人路易斯·雷诺就设计出了差速器这个东西。

  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。

  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。

  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。

  说起AWD轿车驱动系统人们不能不想到奥迪Quattro,正是奥迪的大胆创新并义无反顾才使得越来越多的人

  们享受到AWD带来的驾驶乐趣,而奥迪Quattro AWD的核心正是Torsen LSD差速器系统,谁能想到电子部件横行的今天它还保持着机械的清纯。

  每辆汽车都要配备有差速器,我们知道普通差速器的作用:第一,它是一组减速齿轮,使从变速箱输出的高转速转化为正常车速;第二,可以使左右驱动轮速度不同,也就是在弯道时对里外车轮输出不同的转速以保持平衡。它的缺陷是在经过湿滑路面时就会因打滑失去牵引力。而如果给差速器增加限滑功能就能满足轿车在恶劣路面具有良好操控性的需求了,这就是限滑差速器(Limited Slip Differential,简称LSD)。全轮驱动轿车AWD系统的基本构成是具有3个差速器,它们分别控制着前轮、后轮、前后驱动轴扭矩分配。这3个差速器不只是人们常见的简单差速器,它们是LSD差速器,带有自锁功能以保证在湿滑路面轮胎发生打滑时驱动轮始终保持有充足的扭矩输出从而在恶劣路况获得良好的操控。世界上的LSD差速器有好几种形式,今天我们就来看看Torsen自锁差速器系统。

  Torsen这个名字的由来取自Torque-sensing Traction——感觉扭矩牵引,连品牌名称都是从牵引力控制中得来的,够专业吧!

  在弯道行驶没有车轮打滑时,前、后差速器的作用是传统差速器,蜗杆齿轮不影响半轴输出速度的不同。如车向左转时,右侧车轮比差速器快,而左侧速度低,左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。此时蜗轮蜗杆并没有锁止,因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮,这一方向动力传输畅通无阻。

  当左侧车轮出现打滑时,传统差速器将会把动力传输到左轮,使发动机动力再大也只能白白消耗。而托森差速器就不同了,此时快速旋转的左侧半轴将驱动左侧蜗杆,并通过同步啮合齿轮驱动右侧蜗杆。

  Torsen差速器用在全时四驱系统上,牵引力被分配到了每个车轮,于是就有了良好的弯道、干/湿路面驾驶性能。托森中央差速器确保了前后轮均一的动力分配。如轮胎遇到冰面等摩擦力缺失的路面时,系统会快速做出反应,大部分的扭矩会转向转速慢的车轮,也就是还有抓地力的车轮。

  托森差速器的锁止介入没有时间上的延迟,也不会消耗总扭矩数值的大小,它没有传统锁止差速器所配备的多片式离合器,磨损非常小,可以实现免维护。

  除了本身性能上的优势,托森差速器还具备其他方面的优势,比如它可以与很多常用变速器分动器实现匹配,与车辆上ABS、TCS、ESP等电子设备共容,相辅相成的为整车安全和操控服务。

  但是托森差速器还有两个难以解决的问题,一是造价高,所以一般托森差速器都用在高档车上;二是重量太大,装上它后对车辆的加速性是一份拖累。

  它作为一种主流的差速器用在汽车上时间也超过了20年。不过由于它的机械稳定性很出众,多年以来发展并不快,2011年只发展到第三代“托森C”。新的C代托森差速器普遍用在了奥迪B7代的RS4、S8和Q7的“Quattro”全时四驱系统上。新的托森中央差速器最大的变化是前后扭矩分配比一般控制在40:60,前轴扭矩比重可在15%到65%之间变动,后轴扭矩比重可在35%到85%之间变动。

  作为最主要的四驱轿车生产商,奥迪一直在坚持使用托森差速器,除了A3和TT之外,其他所有奥迪车的“quattro”使用的都是托森中央差速器。但是托森差速器并不是只用在奥迪车上,使用托森差速器的公司越来越多,有福特通用丰田马自达路虎大众以及雷克萨斯等公司。只是前、后、中央的使用位置不同,用的也不是同一代。

  总之,托森差速器是一个很精密很富创造力的发明,它一直保持着纯机械的特质。在各大汽车厂商迅速、不断推出各种电子设备装置的今天,它却能一直保持着在很多方面的领先,这不得不让我们对“托森差速器”以及它的设计师充满敬佩。

  TORSEN LSD 是根据蜗轮蜗竿原理实现限制滑动的,其限制程度随相对转动的增加而增加,因此被称为TORQUE SENSING(扭矩感应). 托森差速器主要由蜗杆行星齿轮,差速器壳体,前输出轴和后输出轴四套大部件组成。发动机输出的动力直接用来驱动托森差速器的壳体(图中的动力输入齿轮与壳体相连),壳体的转动会带动三组蜗杆行星齿轮转动,行星齿轮与壳体之间是由直齿连接的,与前后输出轴之间是由蜗杆连接的。这样动力可以顺利的通过行星齿轮分配给前后输出轴从而能够驱动前后车桥。正是因为行星齿轮的蜗杆设计,让它具备了一个自锁死功能。一旦某一车轮遇到较大阻力时,托森差速器会向这个车轮传输更大的动力。

  TORSEN LSD 是根据蜗轮蜗杆原理实现限制滑动的,其限制程度随相对转动的增加而增加,因此被称为TORQUE SENSING(扭距感应).

  从Torsen差速器的结构视图中我们可以看到双蜗轮、蜗杆结构,正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能,正是这一特性限制了滑动。

  当右侧车轮打滑时,蜗轮蜗杆组件发挥作用,如是传统差速器将不会传输动力到左轮。对于Torsen LSD差速器,此时快速旋转的右侧半轴将驱动右侧蜗杆,并通过同步啮合齿轮驱动左侧蜗杆,此时蜗轮蜗杆特性发挥作用。当蜗杆驱动蜗轮时,它们就会锁止,左侧蜗杆和右侧蜗杆实现互锁,保证了非打滑车轮具有足够的牵引力。

  Torsen差速器是恒时4驱,牵引力被分配到了每个车轮,于是就有了良好的弯道、直线(干/湿)驾驶性能。Torsen自锁中心差速器确保了前后轮均一的动力分配。任何速度的不同,如前轮遇到冰面时,系统会快速做出反应,75%的扭矩会转向转速慢的车轮,在这里也就是后轮。

  Torsen差速器实现了恒时、连续扭矩控制管理,它持续工作,没有时间上的延迟,但不介入总扭矩输出的调整,也就不存在着扭矩的损失,与牵引力控制和车身稳定控制系统相比具有更大的优越性。因为没有传统的自锁差速器所配备的多片式离合器,也就不存在着磨损,并实现了免维护。纯机械LSD具有良好的可靠性。

  Torsen差速器可以与任何变速器分动器实现匹配,与车辆其它安全控制系统ABS、TCS(Traction Control Systems,牵引力控制)、SCS(Stability Control Systems,车身稳定控制)相容。Torsen差速器是纯机械结构,在车轮刚一打滑的瞬间就会发生作用,它具有线性锁止特性,是真正的恒时四驱,在平时正常行驶时扭矩前后分配是50∶50。缺点是它的价格很贵。

  Torsen新一代也就是第3代T-3差速器是理想的中间差速器。T-3仍然在行星齿轮外圈使用了蜗轮式齿轮,但它的结构更加紧凑,外观尺寸也更小,正常情况下的扭矩分配是50∶50,T-3前后的扭矩分配从65∶35到35∶65线双差速器系统可以直接提供前左、前右、后轮3向扭矩输出,非常适合于以前驱为基础的AWD车型。

  作为最主要的四驱轿车生产商,奥迪一直在坚持使用Torsen差速器。使用Torsen差速器用于AWD车型的公司越来越多,有福特、通用、奥迪、丰田和大众等公司。在今天这个电子的时代,纯机械系统以它的牢固可靠性而保持着独有的位置。

  电子控制防滑差速器(electronic limitedslip differential) 简称ELSD。传统防滑差速器在提高汽车驱动性能,改善汽车行驶稳定性与安全性的同时,也表现出其自身的不足,如使汽车油耗增加、不能与电子稳定程序(ESP)及制动防抱死系统(ABS)协同工作等,因此出现了电子控制防滑差速器。电子控制防滑差速器在中高级轿车及SUV车上应用越来越广,是提高汽车主动安全性的重要总成。

  主动防滑差速器 包含湿式差速器(V-TCS)和主动防滑差速器(LSD)。湿式差速器是根据驱动轮的滑移量,通过电子控制装置来控制发动机转速和汽车制动力进行工作;或按照左、右车轮的转速差来控制转矩,并与制动器相结合最优分配驱动轮驱动力。主动防滑差速。

  1.差速器壳不能有任何性质的裂纹,壳体与行星齿轮垫片,差速器半轴齿轮之间的接触,应光滑无沟槽;若有轻微沟槽或磨损,可修磨后继续使用,否则应予更换或予以修理。

  2.差速器壳上行星齿轮轴孔与行星齿轮轮轴的配合间隙不得大于0.1-0.15mm,半轴齿轮轴颈与壳孔的配合为间隙配合,应无明显松旷感觉,否则应予更换或修理。

  的扭矩。车辆直线行驶时,左右车轮受力相等,两半轴齿轮不存在转速差,所以行星齿轮不发生自转,主减速器从动齿圈相当于直接驱动两半轴齿轮。半轴齿轮通过驱动半轴与车轮相连,因此实质上经过一系列动力传递过程后,车轮得到了和主减速器从动齿圈相同的转速。车辆转弯时,外侧车轮希望能够获得比内侧车轮更高的转速,此时行星齿轮介入,在维持扭矩传递的同时允许两半轴齿轮出现轻微的转速差。

  开放式差速器的缺点:如果一侧的半轴齿轮相对另一侧静止不动,那么输入差速器的所有动力都将被分配给阻力较小的车轮上。这就是为何当车子一侧车轮在冰面上,另一侧在附着力良好的路面上时大脚加油,冰面一侧的车轮拼命打滑,而附着力良好的路面上的车轮却纹丝不动的原因。此时车辆根本动弹不得,因为引擎所有的动力都被输送到了阻力最小的——即处在冰面上的那个车轮上。

  如果是一辆前后轴都使用开放式差速器的四轮驱动车辆,在越野时遇到单个前轮或后轮离地的状况,是没有脱困可能的。差速器会卖力的驱动悬空车轮空转,而留在路面上的车轮则不会得到任何驱动力

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