基于差动轮系的汽车驱动桥分析

基于差动轮系的汽车驱动桥分析

随着差动轮系在汽车上的运用越来越多，它的优点也越来越突出。然而，很多教材此部分内容过于简略，使教学过程和学生的学习过程中出现不同程度的迷惘和困惑。文章从差动轮系的分析入手，提供几个教学参考。

标签：差动轮系；运动分析；驱动桥

1 差动轮系概述

差动轮系作为周转轮系的一种，指具有两个或两个以上自由度的轮系，原动件可以为齿轮也可以为系杆。在前置后驱车型中，后桥作为驱动桥，有更好的动力性能。主要由主减速器、差速器、半轴、桥壳构成，其中起传动作用的主要是主减速器和差速器。为了保证足够的驱动力，差速器常采用对称式锥齿轮差速器，由圆锥行星齿轮，行星齿轮轴，圆锥半轴齿轮和差速器壳等组成。差速器中的差速器壳、左半轴齿轮和右半轴齿轮，为差动轮系的三个基本构件。

作为差动轮系，它的主要优势在于：可以实现动力的分路传递；采用空间啮合齿轮传动，充分利用此齿轮内部空间，多个行星轮来分担载荷；其输入和输出在同一轴线上，使结构布置更加紧凑，在功率和传动比相同情况下，行星减速器的体积和重量只是定轴轮系减速器的1/2～1/3。有效实现了汽车的轻量化，对前置前驱的车型更为有利。

2 驱动桥差动轮系分析

如图1所示为汽车后桥上的差速器简图。发动机的动力经传动轴带动主减速器主动锥齿轮5，通过外啮合把动力传递给固定在差速器壳上的主减速器从动锥齿轮4，齿轮5和4为定轴齿轮副传动。主减速器从动锥齿轮4和差速器壳H通过螺栓固接在一起，齿轮2为行星轮，齿轮1为左半轴齿轮，齿轮3为右半轴齿轮。其中齿轮1、2、3和行星架H（即差速器壳）组成一个差动行星轮系。

当三个基本构件中任意两个的转动确定的情况下，第三个基本构件的运动才能确定。

驱动车轮在不同工况下，将主减速器传递来的动力，通过差速器分配给左右半轴，实现左右驱动车轮实现不同转速作纯滚动。当左半轴齿轮1和右半轴齿轮3的转速确定时，则左、右半轴转速之和为差速器壳H转速的2倍。

3 差速原理验证

约束条件：主减速器从动齿轮为左，差速器壳为右，观察方向从左到右。左半轴简称为左半，左半轴齿轮简称为左齿，主减速器从动锥齿轮简称为主从，差速器壳简称为差壳，行星齿轮轴简称为行轴，行星齿轮简称为行齿，右半轴齿轮

简称为右齿，右半轴简称为右半。观察对象为左半、左齿、主从、差壳、行轴、行齿、右齿、右半。观察现象：行星齿轮转动情况为自转和公转，其他构件转动情况为顺转，逆转和不转，三种情况之一。观察情况为左半转、右半转、左锁右转、右锁左转、左右同转、左右反转。九行七列表格。

当nH=0时，即主减速器从动锥齿轮、差速器壳和行星齿轮轴静止不动，观察情况为左半转、右半转、左右反转，此时方程为n1=-n3。左右车轮转动方向相反，行星齿轮只有自转。即当汽车顶起两侧车轮保养时，发动机处于熄火状态，变速器处于任何档位，由于车轮转动阻力和差速器壳转动阻力不同，阻力较小的容易转动，因此车轮比较容易转动，此时，差速器壳不动，则左右侧车轮转速相反，快慢相等。

当n1=0时，即左半轴和左半轴齿轮锁定，观察情况为左锁右转，此时方程为n3=2nH。行星齿轮既自转又公转。即左侧车轮原地不动，右侧车轮陷入泥坑，此时，左侧车轮转速为0，右侧车轮转速为差速器壳H转速的2倍。当汽车顶起单侧车轮保养时，发动机处于熄火状态，若变速器处于空档位置，只右侧车轮顶起，则左侧车轮原地不动，此时转动右侧车轮，右侧车轮的转速为差速器壳H 转速的2倍。

当n3=0时，即右半轴和右半轴齿轮锁定，观察情况为右锁左转，此时方程为n1=2nH。行星齿轮既自转又公转。即右侧车轮原地不动，左侧车轮陷入泥坑，此时，右侧车轮转速为0，左侧车轮的转速为差速器壳H转速的2倍。当汽车顶起单侧车轮保养时，发动机处于熄火状态，若变速器处于空档位置，只左侧车轮顶起，则右侧车轮原地不动，此时转动左侧车轮，左侧车轮的转速为差速器壳H 转速的2倍。

当三者相同时，为理想状态的直线行驶，左右两车轮滚过的距离相等，所以两后轮的转速也相同。此时，行星齿轮2在差速器壳驱动下，作为等臂杠杆，围绕半轴轴线作公转运动，带动半轴齿轮1和3等速转动，行星齿轮只有公转没有自转。

实际行驶中，两侧车轮行驶过程中行驶阻力不同时，根据具体受力情况，差速器会适时调节左右车轮转速，左右转速会有差别，此时行星齿轮既有公转又有自转。当汽车向左转弯时，由于右车轮的转弯半径比左车轮大，为了使车轮与地面间不发生滑动，以减小轮胎磨损，就要求右轮比左轮转得快。此时，左半轴齿轮1和右半轴齿轮3要发生相对转动。行星齿轮2除了围绕半轴轴线作公转，带动半轴齿轮1和3外，还绕行星齿轮轴的轴线作自转，调节左右半轴转速。右转弯也是同理。

当汽车两侧车轮陷入泥坑时，则左右车轮转速之和为差速器壳H转速的2倍。

验证小结：转动情况一致分别为：左半轴和左半轴齿轮、右半轴和右半轴齿轮、主减速器从动锥齿轮、差速器壳和行星齿轮轴。行星齿轮自转实现左右车轮

差速转动。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]张建中.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2009.

作者简介：徐美滟（1986-），湖北十堰人，2010年毕业于湖北汽车工业学院，学士学位，武汉理工大学研究生在读，任教于武汉交通职业学院，从事汽车运用工程教学。