一、汽車差速器研究現狀

　　提升經濟性和動力性是目前汽車行業的發展方向。將汽車零部件進行改良創新，才能夠實現動力性和經濟性的相互協調，作為核心部件的差速器正在不斷的研發改進。國外差異性研究水平遠遠領先于國內，日本豐田、本田、德國港齒輪、美國伊頓和格里森等龍頭企業，掌控著最為重要的核心技能和技術。一直以來，對汽車差速器新技術不斷研究的目的在于加強車輛的安全性能和越野性能。

　　近年來，我國汽車差速器市場發展迅速，差速器的種類也變得豐富，性能也越來越完善。目前國內制造業整體水平與世界先進水平仍存在差距，因此應用最廣泛、應用最多的是對整體工業水平要求不高的對稱式錐齒輪差速機，差速器在國內正在進行跨越式的發展。目前，對稱式錐齒輪差速器是最為常見的汽車差速器，同時還有很多其他功能的差速器，包括強制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、輪間差速器、防滑差速器和托森差速器等。在各種差速器中，托森差速器可以將由于轉軸較大或者較小時差速器自動鎖死和失效的問題解決。

　　二、差速器的結構特點及分析

　　差速器概述

　　汽車差速器主要由左右半軸齒輪、兩個行星齒輪和齒輪架等部件構成。汽車轉彎或在路況惡劣的道路上駕駛時，差速器能夠確保汽車左右兩邊車輪的轉動的速度是不同的，從而確保汽車的驅動輪不與地面打滑。汽車安裝差速器是為了能夠調整左右兩側車輪的轉速的，當汽車處于四輪驅動模式時，發動機驅動四個車輪。因此，汽車的四個車輪就必須作為整體連接在一起，如果裝配在一起后，汽車在轉彎時就百分之百不可能以相同的速度旋轉，因此為了能夠讓汽車轉彎時旋轉速度大體不變，差速器就被添加了進來，用來調整前后車輪的轉速。

　　汽車差速器的分類

　　差速器可以概況分為開放式差速器、鎖止式差速器和限滑式差速器三類。

　　①開放式差速器。開放式差速器是一種運用最為廣泛的差速器，它向左右兩側驅動半軸分配的扭矩大小是相同的。當汽車處于直線行駛時，左、右車輪受力并不存在不同，左右兩半軸齒輪之間的轉速是一樣的。半軸齒輪相當直接與車輪相連，在經過動力傳遞之后，車輪得到的轉速和最初從動齒圈的轉速并沒有發生變化。當車輛處于轉彎時，內側車輪的轉速必須要比外內側的轉速低，此時就需要行星齒輪發生作用，讓左右兩半軸齒輪出現輕微的轉速差，而且在這個過程中，扭矩的傳遞并沒有被中斷。缺點是差速器分配的動力有時會全部輸出到阻力最小的車輪，造成空轉。

　　②限滑差速器。基于開放式差速器存在各種問題，限滑差速器應運而生。在原來設計的基礎上，限滑差速器增加了彈簧壓盤和離合器組件。當汽車轉向時，由限滑差速器產生的力可以使離合器和半軸齒輪產生相對滑動的狀態，兩邊的驅動半軸就會具有完全不同的轉速，但在分離離合器時，離合器材料和彈簧組件表面摩擦同時進行扭矩分配。限滑差速器可以保證差速器在轉動時不會發生空轉。

　　③鎖止式差速器。鎖止式差速器是開放式差速器發展過后的另一種系列，驅動橋實際上相當于一根實心軸，兩半軸齒輪一般由電動氣動或者是液壓機構鎖止在一起。配備鎖止式差速器的車輛一般都是越野車或越野賽車，因為此類車輛經常會在路況極差的條件下行駛，很多時候一側車輪會離開地面，而鎖止式差速器相當于把兩側車輪直接連為一體，因此，轉速也就完全一樣。

　　三、托森差速器

　　托森差速器 (Torsen) 是限滑差速器的一個類別，主要為牽引力自感應式扭矩分配，也就是說扭矩的輸出是根據車輛實際的需求進行分配。托森差速器最主要的兩個結構是蝸輪齒輪嚙合系統和蝸桿齒輪嚙合系統，正是因為扭矩從蝸輪到蝸桿齒輪的構造，才能完成雙蝸輪蝸桿之間的相互咬合互鎖功能，保障車輛在行駛時不發生打滑的狀況，從而精準實現差速器的鎖止功能。車輛在不打滑、彎道行駛時，當汽車向右側行駛時，汽車的內側車輪轉速較快，汽車的外側車輪轉速相對較慢。托森差速器通過左側半軸驅動左側蝸桿，同時通過借助同步咬合的齒輪驅動右側車輪，但當蝸桿驅動蝸輪時，差速器會自動鎖止兩側蝸桿。基于上述原理，汽車正常行駛(不打滑)，能保證足夠的牽引力。

　　Torsen 差速器保證汽車在各種路況行駛時保持良好的性能。相比于其它的差速器，托森差速器并沒有配備多片式離合器，這是在結構設計上的主要差別。因此，在轉動過程中不會產生摩擦，從而不會對零件產生磨損。Torsen 差速器可以和分配器、變速器共同使用，具有較高的可靠性，能夠兼容車輛的其它控制系統，例如安全控制系統等。

　　不足之處在于，Torsen 差速器復雜的結構使得制造和加工的難度變大，成本過高，因此更多的應用于高端車輛;另一方面，也會造成汽車自重過大，裝配托森加速器的汽車加速性能比其他加速器的車輛差一些。托森加速器是典型的純機械設計，所以需要高精度的加工和高強度的材料及制造工藝。

　　托森差速器的結構

　　托森型差速器與其他類型的差速器一樣，由主動部分、從動部分和連接主從動部分的差速機構等三部分組成。以輪間差速器為例，主動部分指主減速器的從動齒輪盤和差速器外殼，這兩部分是固連的。從動部分指左右兩側的半軸齒輪和兩側的半軸，它們是通過花鍵連接。差速機構指分布在半軸齒輪周圍的六個行星齒輪。

　　托森差速器避免其他差速器的不足之處，作為限滑差速器，僅通過機械傳動來實現的扭矩差，它通過各個輪子的牽引力需求合理分配扭矩，實現隨時隨地的扭矩控制管理。汽車行駛過程中，根據機械的靈敏反應來判斷，基本不存在扭矩損失和時間延遲，相比于車身穩定控制系統和牽引力控制更完善可行。

　　托森差速器的工作原理

　　托森差速器工作原理圖見圖 2。

　　設前蝸桿傳遞轉速為 n₁，后蝸桿傳遞轉速為 n₂，差速器殼的轉速為 n₀。前蝸桿軸驅動轉矩為 B₁，后蝸桿驅動軸轉矩為 B₂，差速器殼轉矩為 B₀。

　　當 n₁ = n₂ 時，汽車狀態為直線行駛。發動機的動力先由空心軸傳遞給蝸輪軸，再傳遞給蝸輪，最后傳至蝸桿。前后蝸輪分別將發動機傳遞過來的動力傳遞至前后橋，由于兩者的轉速相同，所以蝸輪與蝸桿之間是相對靜止的，n₁ = n₂ = n₀，所以轉矩也平均分配，即有 B₀=B₁+B₂。

　　當 n₁ ≠ n₂ 時，汽車行駛狀態為彎道行駛，差速器殼體一直在旋轉，n₀ ≠ 0，前后蝸桿也隨著差速器殼體旋轉，兩軸之間的轉速差通過的圓柱齒輪的相對轉動來實現。只有當兩軸速度差相差較小的情況下，才能進行差速。

　　托森差速器通過蝸輪蝸桿傳動副的內摩擦力矩來進行分配，蝸輪螺旋角和傳動副摩擦系數決定了傳動效率。傳動副的摩擦情況主要決定傳動效率，主要取決于兩側轉速，因為螺旋角是一個恒定量。當 n₁、n₂ 相近時，兩側軸的轉速差被直齒圓柱齒輪降低。當 n₁ 較高時，對該車輪的空轉被差速器較大抵制，輸入轉矩會被輸出到后端輸出軸上一大部分。當 n₂=0 時，輸入轉矩就會全部輸出到后軸蝸桿上，這時差速器將會自動的被鎖死。

　　四、小結

　　差速器是汽車的關鍵核心部件，差速器的性能直接關系到整車的動力性、經濟性和安全性。本文主要分析了國內外差速器的研究現狀，對差速器的分類進行了介紹，重點分析了差速器的結構和原理，希望能夠拋磚引玉，為差速器進一步的研究和分析提供幫助。

　　參考文獻略.