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资料简介
本文深入探讨了汽车差速器的设计原理及其重要性，包括齿轮式、摩擦片式、强制锁止式和滑块凸轮式差速器的结构特点与工作原理。通过详细的分析，帮助读者理解不同类型的差速器如何适应各种驾驶条件，提升车辆性能。适合汽车工程师、维修技师及汽车爱好者阅读。
文件名称：4.差速器设计.pdf
文件类型：PDF文档
文件标签：汽车技术、差速器设计、汽车工程
内容预览
第四节 差速器设计
汽车在行驶过程中，
左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，
如转弯时内侧车轮行程比外侧车轮短；左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、
两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；
左右两轮接触的路面条件不
同，行驶阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶
或直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率
和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥
的左、右车轮间都装有轮间差速器。在多桥驱动的汽车上还常装有轴间差速器，以
提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零
件损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。
差速器用来在两输出轴间分配转矩，
并保证两输出轴有可能以不同角速度转
动。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形
式。
一、差速器结构形式选择
(一) 齿轮式差速器
汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，
具有结构简单、质量较小等
优点，应用广泛。他又可分为普通
锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器
和强制锁止式差速器等
1．
普通锥齿轮式差速器
由于普通锥齿轮式差速器结
构简单、工作平稳可靠，所以广泛
应用于一般使用条件的汽车驱动
桥中。图5—1 9 为其示意图，图中
ω 0 为差速器壳的角速度；ω 1、ω
2 分别为左、右两半轴的角速度；
To 为差速器壳接受的转矩；
Tr 为差速器的内摩擦力矩；T 1、T 2 分别为左、右两半轴
对差速器的反转矩。
根据运动分析可得
ω1 +ω 2 ＝2ω 0 (5—23)
显然，
当一侧半轴不转时，
另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；
当
差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。
根据力矩平衡可得
T0
T2
T1
T0
T1
-
T2
{
=
+
=
(5 - 24)
差速器性能常以锁紧系数k 是来表征，
定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳
接受的转矩之比，
由下式确定
结合式(5—24) 可得
k)
-
0.5T0(1
T1
k)
0.5T0(1
T2
{
=
+
=
(5 - 26)
定义快慢转半轴的转矩比kb=T2/T1, 则kb 与k 之间有
k
k
−
+
= 1
1
kb
kb
k
+
−
= 1
1
kb
(5 - 27)
普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为0．05～0．15，两半轴转矩比kb=1 ．11～
1．35，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相
等，
这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行
驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，
一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一
侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，
无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。
2. 摩擦片式差速器
为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮7 与差速器壳1 之间装上了摩擦片
2(图5—20) 。两根行星齿轮轴5 互相垂直，轴的两端制成V 形面4 与差速器壳孔上
的V 形面相配，
两个行星齿轮轴5 的V 形面是反向安装的。每个半轴齿轮背面有压
盘3 和主、从动摩擦片2，
主、从动摩擦片2 分别经花键与差速器壳1 和压盘3 相
连。
当传递转矩时，差速器壳通过斜面对行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线方向的轴
向力，该轴向力推动行星齿轮使压盘将摩擦片压紧。当左、右半轴转速不等时，主、
从动摩擦片间产生相对滑转，从而产
生摩擦力矩。此摩擦力矩Tr，
与差
速器所传递的转矩丁。成正比，可表
示为示为
β
tan
z
f
T0
Tr
d
f
r
r
=
(5 - 28)
式中，
f
r
为摩擦片平均摩擦半径；
dr 为差速器壳V 形面中点到半轴齿
轮中心线的距离；
f 为摩擦因数；
z
为摩擦面数；β 为V 形面的半角。
摩擦片式差速器的锁紧系数k
可达0．
6，
bk 可达4。这种差速器结构简单，
工作平稳，
可明显提高汽车通过性。
3．
强制锁止式差速器
当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合
器(即差速锁) 将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用
地面的附着系数，使牵对于装有强制锁止式差速器的4X2 型汽车，假设一驱动轮行
驶在低附着系数甲
min
ϕ
的路面上，另一驱动轮行驶在高附着系数ϕ 的路面上，这样
装有普通锥齿轮差速器的汽车所能发挥的最大牵引力
tF 为
min
2
min
2
min
2
2
2
ϕ
ϕ
ϕ
G
G
G
Ft
=
+
=
(5 - 29)
式中，
2
G 为驱动桥上的负荷。
如果差速器完全锁住，
则汽车所能发挥的最大牵引力
'
tF 为
)
(
2
2
2
`
min
2
min
2
2
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
+
=
+
=
G
G
G
t
F
(5 - 30)
可见，
采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，
可使汽车的牵引力提高
(
)
min
min
2
/ ϕ
ϕ
ϕ +
倍，从而提高了汽车通过性。
当然，
如果左、右车轮都处于低附着系数的路面，
虽锁住差速器，
但牵引力仍
超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。
强制锁止式差速器可充分利用原差速器结构，
其结构简单，
操作方便。目前，
许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。
(二) 滑块凸轮式差速器
图5—21为双排径向滑块凸轮式差速器。
差速器的主动件是与差速器壳1 连接在一起的套，
套上有两排径向孔，
滑块2装
于孔中并可作径向滑动。滑块两端分别与差速器的从动元件内凸轮4和外凸轮3接触。
内、外凸轮分别与左、右半轴用花键连接。当差速器传递动力时，
主动套带动滑块
并通过滑块带动内、外凸轮旋转，
同时允许内、外凸轮转速不等。理论上凸轮形线
应是阿基米德螺线，为加工简单起见，可用圆弧曲线代替。
图5—22为滑块受力图。滑块与内凸轮、外凸轮和主动套之间的作用力分别为
Fl 、F2和F，
由于接触面间的摩擦，
这些力与接触点法线方向均偏斜一摩擦角户。
由F1 、F2和F构成的力三角形可知
式中，
β
1β
2分别为内、外凸轮形线的升角。
左、右半轴受的转矩Tl 和T2分别为
中，r1、r2分别为滑块与内、外凸轮接触点的半径。
将式(5—31) 代人式(5—32) 可得
因此，凸块式差速器左、右半轴的转矩比kb 为
)
sin(β
)
2
cos(β
r
)
sin(β
)
2
-
cos(β
r
1
2
1
2
1
2
ρ
ρ
ρ
ρ
−
+
+
=
bk
(5 - 34)
滑块凸轮式差速器址一种高摩擦自锁差速器，其结构紧凑、质量小。但其结构较
复杂，礼零件材料、机械加工、热处耶、化学处理等方面均有较高的技术要求。
(三) 蜗轮式差速器
蜗轮式差速器(图5—23) 也是一种高摩擦自锁差速器。蜗杆2、4同时与行星蜗轮3与
半轴蜗轮1、5啮合，从而组成一行星齿...