呂翔亙 侯陳瑤

【摘 要】作為汽車驅(qū)動橋主件的差速器其作用是在向兩半軸傳遞動力的同時，允許兩半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等速行駛，減少輪胎相對路面的滑擦，從而提高汽車的轉(zhuǎn)向性能。本設(shè)計是基于齒輪式差速器的基礎(chǔ)上，在從動錐齒輪和兩半軸之間各添加一個輔助離合器，且輔助離合器傳遞力矩大小根據(jù)其與前輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系進行分配，從而實現(xiàn)兩后驅(qū)動輪在汽車轉(zhuǎn)彎時合理差速轉(zhuǎn)動，提高汽車在任何路況下的防滑性能和轉(zhuǎn)向性能的新型差速器。

【關(guān)鍵詞】齒輪差速器 離合器輔助 函數(shù)關(guān)系分配 前輪轉(zhuǎn)角 防滑

1引言

目前常見的幾種差速器主要有普通齒輪式差速器、伊頓自鎖差速器、托森差速器等，這些都具有各自的優(yōu)點和不足。而普通齒輪式差速器容易使轉(zhuǎn)矩分配不合理而打滑?；诖耍驹O(shè)計擬在普通齒輪式差速器的基礎(chǔ)上，在從動錐齒輪和兩半軸之間各添加一個輔助離合器，兩個輔助離合器能傳遞力矩的和等于主軸的輸入力矩，其各自傳遞力矩的大小根據(jù)前輪轉(zhuǎn)角的大小進行智能分配，從而使汽車在任何情況下都不會出現(xiàn)一個驅(qū)動輪輪空轉(zhuǎn)另一個驅(qū)動輪被抱死的打滑現(xiàn)象，提高了汽車的轉(zhuǎn)向性能的同時使汽車行駛更平穩(wěn)。

2普通齒輪差速器差速原理

當汽車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)的輪子需要走的距離比內(nèi)側(cè)的輪子的距離大，兩個驅(qū)動輪此時就需要以不同的速度轉(zhuǎn)動，外側(cè)驅(qū)動輪需要的轉(zhuǎn)速大些而內(nèi)側(cè)的驅(qū)動輪需要的轉(zhuǎn)速小些，并通過半軸反映到半軸錐齒輪上，迫使行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快，內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢，從而實現(xiàn)兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速的不同，使汽車順利轉(zhuǎn)向。

3汽車后橋兩驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速與前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系

根據(jù)前輪轉(zhuǎn)向汽車阿克曼轉(zhuǎn)向幾何學(xué)原理，在汽車轉(zhuǎn)向時四個輪胎都近似圍繞著一個中心點進行旋轉(zhuǎn)來保證汽車的行駛的穩(wěn)定性，在忽略汽車質(zhì)心側(cè)偏、橫擺角以及路面情況變化和側(cè)風(fēng)等情況下，可以得出汽車的轉(zhuǎn)向幾何模型如圖1所示。

圖1汽車轉(zhuǎn)向幾何模型

圖1中α1、α2 分別為前輪左、右輪轉(zhuǎn)角，K 為左、右轉(zhuǎn)向節(jié)點距離，L 為前、后輪軸距。根據(jù)四輪轉(zhuǎn)向汽車模型轉(zhuǎn)向時的幾何關(guān)系圖1可以得出：

（1）

（2）

其中V0為通過加速踏板傳感器給定的目標速度。

由上述計算公式（1）（2）可以得出這樣一個結(jié)論：汽車在轉(zhuǎn)彎時后橋兩驅(qū)動輪的最優(yōu)轉(zhuǎn)速可以根據(jù)兩前輪的轉(zhuǎn)角推算得出。

4新型差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理

齒輪差速器的基本運動規(guī)律是：無論汽車轉(zhuǎn)彎或直行，兩側(cè)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速之和始終等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍。現(xiàn)有齒輪差速器在當汽車在普通路面上行駛時可以自動實現(xiàn)兩后輪的速度分配和差速轉(zhuǎn)動，然而當汽車后橋兩驅(qū)動輪一輪行進阻力大另一輪行進阻力小時，差速器就會自動把全部速度分配給行進阻力小的一個驅(qū)動輪，從而導(dǎo)致一輪被抱死或者蠕動另一輪在快速空轉(zhuǎn)的打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致汽車無法前進。針對此種現(xiàn)象，本設(shè)計擬在普通齒輪差速器主傳動從動錐齒輪和汽車兩半軸之間各添設(shè)了一個輔助離合器，兩離合器的壓盤是隨主傳動錐齒輪等速轉(zhuǎn)動的，壓盤在操縱臂的作用下可以沿軸線運動，從而實現(xiàn)其與從動盤的抱緊和松開，兩離合器的從動盤是通過滑動花鍵分別和相對應(yīng)的半軸聯(lián)接一塊的。其設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和原理如圖2所示。

圖2新型差速器結(jié)構(gòu)和原理圖

1 輸入軸；2主傳動器從動齒輪；3離合器操縱臂；4壓盤；5從動盤；6左右半軸；7行星錐齒輪；8中心錐齒輪；9左右驅(qū)動輪

當汽車后橋兩驅(qū)動輪出現(xiàn)一驅(qū)動輪被抱死或蠕動另一驅(qū)動輪快速轉(zhuǎn)動時，普通的是無法改善這種狀況的，此時就需要發(fā)揮輔助離合器的作用，通過調(diào)節(jié)兩組壓盤和從動盤的貼合松緊度強制差速器進行兩驅(qū)動輪的差速轉(zhuǎn)動。由于汽車前輪轉(zhuǎn)角決定兩驅(qū)動輪的最優(yōu)速度，為此本設(shè)計擬在兩前輪轉(zhuǎn)角α1、α2和兩組壓盤和從動盤的貼合松緊度之間建立傳遞函數(shù)。即前輪轉(zhuǎn)角改變時，兩組壓盤和從動盤的貼合松緊度會根據(jù)傳遞函數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。比如汽車在泥濘的道路上左轉(zhuǎn)彎時，原有的齒輪差速器由于兩后輪所受的行進阻力不一樣已經(jīng)無法實現(xiàn)合理的速度分配，這時兩輔助離合器的操縱臂就會產(chǎn)生動作，使內(nèi)側(cè)輔助離合器的壓盤和從動盤貼合松一些從而使內(nèi)側(cè)的輪子轉(zhuǎn)速小些，使外側(cè)輔助離合器的壓盤和從動盤的貼合緊一些從而使外側(cè)的輪子轉(zhuǎn)速大些，這樣汽車就不會因為兩驅(qū)動輪所處的路況不一而產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。

5結(jié)論

本文主要是針對使汽車在轉(zhuǎn)彎時后橋兩驅(qū)動輪所處路況不同但仍能合理分配速度的新型差速器的研究。在現(xiàn)有普通齒輪差速器的基礎(chǔ)上，進行了功能和結(jié)構(gòu)的改進，在主傳動器從動齒輪和兩半軸之間各增加一個輔助離合器，根據(jù)推理的函數(shù)關(guān)系式建立相對應(yīng)的傳遞函數(shù)，使汽車在任何路況行駛時，兩后驅(qū)動輪即使所處路況不同仍能夠合理的進行差速轉(zhuǎn)動，從而讓汽車的機動性能和轉(zhuǎn)向性能更為優(yōu)化。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，合理實用，可行性較強，其將具有廣闊的應(yīng)用前景。

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