各种常见差速器转矩分配原理详解

各种常见差速器转矩分配原理详解

本文为本人原创技术帖，从受力分析角度详细说明现代小型汽车的各种常见差速器的技术原理。

一、差速器力矩关系通式

符号定义：

T0——发动机传给差速器的总动力矩，当汽车匀速运动时与总行驶阻力折算在驱动车轮上的转矩平衡。

Tr1，Tr2——差速器两侧半轴有相对运动或趋势时单侧半轴受到的差速器内实际限滑力矩，互为作用力矩与反作力矩，大小相等方向相反。可由差速器内各种摩擦力、粘性力产生（例如差速器轮系本身各转轴内摩擦力及各齿轮啮合摩擦力、各种限滑装置的粘性力、静摩擦力或滑动摩擦力、电控轮间制动摩擦力等），也可由刚性连接内应力产生（例如机械硬差速锁、凸块、轮齿式差速锁等）。

Tr1max，Tr2max——确保两侧半轴不发生相对运动的差速器内单侧最大限滑力矩值，Tr1，Tr2≤Tr1max，Tr2max。对于刚性连接内应力可认为其Tr1max，Tr2max=∞。

Tr——两侧半轴有相对运动或趋势时差速器内的实际总限滑力矩，为Tr1与Tr2之和，即其2倍。

Trmax——确保两侧半轴不发生相对运动的最大差速器内总限滑力矩值， Tr≤Trmax。

T01，T02——差速器内完全没有阻止两侧半轴相对运动限滑力矩（Tr=0）时发动机传给两侧半轴的动力矩，取决于差速器机械结构。

T1，T2——差速器内有阻止两侧半轴相对运动的限滑力矩时分配到的实际动力力矩（与两侧半轴车轮地面附着反力矩平衡）

K——差速器两侧半轴的实际转矩分配比，也称实际锁紧系数，即两侧半轴不发生或发生相对运动时的实际转矩比值。

Kmax——确保两侧半轴不发生相对运动两侧最大允许转矩差值对应的转矩分配比， K小于等于Kmax。

F1，F2——两侧半轴车轮地面附着反力矩（分别与T1,T2平衡）。

F1max，F2max——确保两侧半轴车轮不滑转的最大地面附着反力矩值，F1，F2≤F1max，F2max。

设1侧半轴动力转矩被Tr增强，2侧半轴动力转矩被Tr削弱（Tr反向

时实质完全一样），上述各字母表示的转矩皆取绝对值，则差速器力矩关系通式为：

T0=T1+T2=T01+T02

Tr1=Tr2=Tr/2

Tr=2Tr1=2Tr2

T1=T01+Tr1=T01+Tr/2 （1）

T2=T02-Tr2=T02-Tr/2 （2）

K=T1/T2

以上通式由一般差速器受力分析得出，表达了差速和限滑最基础的技术原理，适用于一切差速器的一切工况。

A、两侧半轴实际转矩差必需克服Trmax才能实现相对运动（即差速），当两侧半轴因转矩差值克服Trmax而发生相对运动（即被车轮地面附着反力矩差值差速）时，Tr等于差速器内的滑动限滑力，两侧半轴转矩按通式（1）、（2）分配，故此时调节各种限滑装置的粘性力或摩擦压紧力、电控轮间制动压紧力等即可改变Tr，实现K的调节，此即为介于理想完全开放和完全锁止之间的可调限滑差速器。

特别地，当Trmax=0时，Tr=0，两侧半轴的转矩在任何时候都按K=T01/T02的比例分配，即使单侧滑转时，也仍依滑转侧车轮地面滑动附着反力矩按此比例分配，可实现Tr=0的差速，完全不能限滑，此即理想完全开放差速器。

B、Trmax必须大于两侧半轴实际转矩差才能阻止其相对运动（即差矩或限滑）。当两侧半轴车轮地面附着反力矩差值未超过Trmax时，两侧半轴无相对运动（即被Tr差矩或限滑）时，两侧半轴转矩实际分配比仍满足通式（1）、（2），但Tr取决于T01，T02及两侧最大阻力距的情况（注1）。故此时调节各种限滑装置的粘性力或摩擦压紧力、电控轮间制动压紧力等只能改变Trmax，即改变限滑上限，并不能实现K的主动调节，K只取决于T01，T02及两侧最大阻力距的情况（注1）。

特别地，当Trmax=∞时，Kmax=∞，可实现Trmax=∞的限滑，完全不能差速，此即为理想完全锁止刚性连接。

注1

依据差速器转矩通式有：

T2=F2，T1=T0-F2，

Tr=(T1-T2)-(T01-T02)=(T0-F2-F2)-(T0-T02-T02)

=2(T02-F2)

根据车轮地面附着力（类同于静摩擦力）的特性，如T02≤F2max，则F2=T02，Tr=0，T2=T02，差速器内限滑力矩不起作用。如T02>F2max，则F2=F2max，因T2与F2平衡，故T2=F2max ，Tr=2(T02-F2max)，差速器内限滑力矩将T2刚好限制在F2max。此即限滑原理，其实质是动力，差速器内摩擦力（或内粘性力、或刚性内应力），车轮地面附着力这三种力相互作用达到平衡的结果。

也有文献将上述K仅称为转矩比Kb，而另将锁紧系数K定义为Tr/T0，此时：

K=Tr/T0 Kb=T2/T1（或T1/T2）

Kb=(1+K)/(1-K) K=(Kb-1)/(Kb+1)

完全开放差速器Kmax=0，完全锁止硬连接Kmax=∞

这只是数学表达式有不同，其实质是完全一样的。

二、常见差速器力矩关系式

1、行星轮系差速器

行星轮系用作差速器时，发动机传给差速器的总动力矩由行星架输入，两侧半轴分别接齿圈和太阳轮，将行星轮系转矩关系代入差速器力矩关系通式得：

T0=[(1+α)/α]T01 =(1+α)T02

T01=[α/(1+α)]T0

T02=[1/(1+α)]T0

Tr1=Tr2=Tr/2

Tr=2Tr1=2Tr2

T1=[α/(1+α)]T0+Tr/2 （3）

T2=[1/(1+α)]T0-Tr/2 （4）

K=[2αT0+(1+α)Tr]/[2T0-(1+α)Tr]

特别地，当Trmax=0，Tr=0时，K=T01/T02=α

（例如三菱二代超选当Tr=0时，K=α=67:33，在全时四驱时按前后