徐美滟　石友志

摘 要：隨著差動輪系在汽車上的運用越來越多，它的優(yōu)點也越來越突出。然而，很多教材此部分內(nèi)容過于簡略，使教學(xué)過程和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)不同程度的迷惘和困惑。文章從差動輪系的分析入手，提供幾個教學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：差動輪系；運動分析；驅(qū)動橋

1 差動輪系概述

差動輪系作為周轉(zhuǎn)輪系的一種，指具有兩個或兩個以上自由度的輪系，原動件可以為齒輪也可以為系桿。在前置后驅(qū)車型中，后橋作為驅(qū)動橋，有更好的動力性能。主要由主減速器、差速器、半軸、橋殼構(gòu)成，其中起傳動作用的主要是主減速器和差速器。為了保證足夠的驅(qū)動力，差速器常采用對稱式錐齒輪差速器，由圓錐行星齒輪，行星齒輪軸，圓錐半軸齒輪和差速器殼等組成。差速器中的差速器殼、左半軸齒輪和右半軸齒輪，為差動輪系的三個基本構(gòu)件。

作為差動輪系，它的主要優(yōu)勢在于：可以實現(xiàn)動力的分路傳遞；采用空間嚙合齒輪傳動，充分利用此齒輪內(nèi)部空間，多個行星輪來分擔(dān)載荷；其輸入和輸出在同一軸線上，使結(jié)構(gòu)布置更加緊湊，在功率和傳動比相同情況下，行星減速器的體積和重量只是定軸輪系減速器的1/2～1/3。有效實現(xiàn)了汽車的輕量化，對前置前驅(qū)的車型更為有利。

2 驅(qū)動橋差動輪系分析

如圖1所示為汽車后橋上的差速器簡圖。發(fā)動機的動力經(jīng)傳動軸帶動主減速器主動錐齒輪5，通過外嚙合把動力傳遞給固定在差速器殼上的主減速器從動錐齒輪4，齒輪5和4為定軸齒輪副傳動。主減速器從動錐齒輪4和差速器殼H通過螺栓固接在一起，齒輪2為行星輪，齒輪1為左半軸齒輪，齒輪3為右半軸齒輪。其中齒輪1、2、3和行星架H（即差速器殼）組成一個差動行星輪系。

當(dāng)三個基本構(gòu)件中任意兩個的轉(zhuǎn)動確定的情況下，第三個基本構(gòu)件的運動才能確定。

驅(qū)動車輪在不同工況下，將主減速器傳遞來的動力，通過差速器分配給左右半軸，實現(xiàn)左右驅(qū)動車輪實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速作純滾動。當(dāng)左半軸齒輪1和右半軸齒輪3的轉(zhuǎn)速確定時，則左、右半軸轉(zhuǎn)速之和為差速器殼H轉(zhuǎn)速的2倍。

3 差速原理驗證

約束條件：主減速器從動齒輪為左，差速器殼為右，觀察方向從左到右。左半軸簡稱為左半，左半軸齒輪簡稱為左齒，主減速器從動錐齒輪簡稱為主從，差速器殼簡稱為差殼，行星齒輪軸簡稱為行軸，行星齒輪簡稱為行齒，右半軸齒輪簡稱為右齒，右半軸簡稱為右半。觀察對象為左半、左齒、主從、差殼、行軸、行齒、右齒、右半。觀察現(xiàn)象：行星齒輪轉(zhuǎn)動情況為自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，其他構(gòu)件轉(zhuǎn)動情況為順轉(zhuǎn)，逆轉(zhuǎn)和不轉(zhuǎn)，三種情況之一。觀察情況為左半轉(zhuǎn)、右半轉(zhuǎn)、左鎖右轉(zhuǎn)、右鎖左轉(zhuǎn)、左右同轉(zhuǎn)、左右反轉(zhuǎn)。九行七列表格。

當(dāng)nH=0時，即主減速器從動錐齒輪、差速器殼和行星齒輪軸靜止不動，觀察情況為左半轉(zhuǎn)、右半轉(zhuǎn)、左右反轉(zhuǎn)，此時方程為n1=-n3。左右車輪轉(zhuǎn)動方向相反，行星齒輪只有自轉(zhuǎn)。即當(dāng)汽車頂起兩側(cè)車輪保養(yǎng)時，發(fā)動機處于熄火狀態(tài)，變速器處于任何檔位，由于車輪轉(zhuǎn)動阻力和差速器殼轉(zhuǎn)動阻力不同，阻力較小的容易轉(zhuǎn)動，因此車輪比較容易轉(zhuǎn)動，此時，差速器殼不動，則左右側(cè)車輪轉(zhuǎn)速相反，快慢相等。

當(dāng)n1=0時，即左半軸和左半軸齒輪鎖定，觀察情況為左鎖右轉(zhuǎn)，此時方程為n3=2nH。行星齒輪既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)。即左側(cè)車輪原地不動，右側(cè)車輪陷入泥坑，此時，左側(cè)車輪轉(zhuǎn)速為0，右側(cè)車輪轉(zhuǎn)速為差速器殼H轉(zhuǎn)速的2倍。當(dāng)汽車頂起單側(cè)車輪保養(yǎng)時，發(fā)動機處于熄火狀態(tài)，若變速器處于空檔位置，只右側(cè)車輪頂起，則左側(cè)車輪原地不動，此時轉(zhuǎn)動右側(cè)車輪，右側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼H轉(zhuǎn)速的2倍。

當(dāng)n3=0時，即右半軸和右半軸齒輪鎖定，觀察情況為右鎖左轉(zhuǎn)，此時方程為n1=2nH。行星齒輪既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)。即右側(cè)車輪原地不動，左側(cè)車輪陷入泥坑，此時，右側(cè)車輪轉(zhuǎn)速為0，左側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼H轉(zhuǎn)速的2倍。當(dāng)汽車頂起單側(cè)車輪保養(yǎng)時，發(fā)動機處于熄火狀態(tài)，若變速器處于空檔位置，只左側(cè)車輪頂起，則右側(cè)車輪原地不動，此時轉(zhuǎn)動左側(cè)車輪，左側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼H轉(zhuǎn)速的2倍。

當(dāng)三者相同時，為理想狀態(tài)的直線行駛，左右兩車輪滾過的距離相等，所以兩后輪的轉(zhuǎn)速也相同。此時，行星齒輪2在差速器殼驅(qū)動下，作為等臂杠桿，圍繞半軸軸線作公轉(zhuǎn)運動，帶動半軸齒輪1和3等速轉(zhuǎn)動，行星齒輪只有公轉(zhuǎn)沒有自轉(zhuǎn)。

實際行駛中，兩側(cè)車輪行駛過程中行駛阻力不同時，根據(jù)具體受力情況，差速器會適時調(diào)節(jié)左右車輪轉(zhuǎn)速，左右轉(zhuǎn)速會有差別，此時行星齒輪既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)。當(dāng)汽車向左轉(zhuǎn)彎時，由于右車輪的轉(zhuǎn)彎半徑比左車輪大，為了使車輪與地面間不發(fā)生滑動，以減小輪胎磨損，就要求右輪比左輪轉(zhuǎn)得快。此時，左半軸齒輪1和右半軸齒輪3要發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。行星齒輪2除了圍繞半軸軸線作公轉(zhuǎn)，帶動半軸齒輪1和3外，還繞行星齒輪軸的軸線作自轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)左右半軸轉(zhuǎn)速。右轉(zhuǎn)彎也是同理。

當(dāng)汽車兩側(cè)車輪陷入泥坑時，則左右車輪轉(zhuǎn)速之和為差速器殼H轉(zhuǎn)速的2倍。

驗證小結(jié)：轉(zhuǎn)動情況一致分別為：左半軸和左半軸齒輪、右半軸和右半軸齒輪、主減速器從動錐齒輪、差速器殼和行星齒輪軸。行星齒輪自轉(zhuǎn)實現(xiàn)左右車輪差速轉(zhuǎn)動。

參考文獻(xiàn)

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]張建中.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2009.

作者簡介：徐美滟（1986-），湖北十堰人，2010年畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，武漢理工大學(xué)研究生在讀，任教于武漢交通職業(yè)學(xué)院，從事汽車運用工程教學(xué)。