几种越野汽车锁止式差速器性能比较

第10卷第5期呼伦贝尔学院学报No.5 Vol.10 2002年10月Jour nal of Hulunbeir College Published in M ay.2002

几种越野汽车锁止式差速器性能比较

汪　铸

总装备部汽车试验场　南京市　210016

摘　要:本文介绍了三种不同形式的越野汽车锁止式差速器的结构及工作机理,并对其性能的优缺点作了分析比较。

关键词:汽车　锁止式差速器　相对运动

一、普通差速器的特性概述

汽车在行驶过程中,车轮与地面有两种相对运动:滚动和滑动。滑动将加速车轮轮胎的磨损,增加汽车的转向阻力和行驶阻力,因此要尽量使车轮滚动,减少车轮和地面的滑磨现象发生。汽车在弯道上或在凹凸不平路面上行驶时,左右车轮有不同的移动距离,这就要求左右车轮有不同的转速。为了让左右车轮尽可能的接近于纯滚动,汽车设计时,同一驱动桥的左右两侧区动轮应由两根不直接连接的半轴分别驱动,两个半轴由主传动轴通过差速器传动。

差速器主要由圆锥行星齿轮、行星齿轮轴、圆锥半轴齿轮和差速器壳组成,发动机动力自主传动器从动齿轮依次经差速器壳、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴传递给车轮。行星齿轮在汽车两侧车轮相同时绕半轴轴线转动,称为公转;若两边车轮阻力不同时,行星齿轮在公转的同时还可绕自身的轴线转动,称为自转,行星齿轮自转时,两个半轴可以有不同的转速,此时即产生了差速作用。

根据差速器差速原理:

(1)、自转和公转时,半轴和传动轴转速应符合以下关系:

n1+n2=2n0

n0、n1、n2……分别为主传动轴、左右半轴转速。

(2)、差速器扭矩分配应符合以下关系:

M1-M2=M T

M1、M2、M T……分别为左右半轴和差速器齿轮内摩擦力矩。

目前广泛使用的普通差速器,其内摩擦力距都很小,M T≈0,此时

M1=M2

由以上可以看出:差速器实现了任何情况下驱动桥两侧车轮之滚动而不滑动,并且无论左右区动轮转速是否相等,扭矩总是平均分配的。正是由于差速器的如此特性,使得汽车通过坏路的行驶能力受到限制。

当汽车通过软滑路面时,软滑路面上的车轮与地面的附着力很小,路面对半轴产生的反作用力矩也减小,这时虽然另一车轮与好路面间有较大的附着力,根据差速器的扭矩分配特性,好路面上的车轮扭矩只得减小以与软滑路面上的车轮扭矩相等,以至总的牵引力不足以克服汽车的行驶阻力,汽车出现打滑现象。

二、锁止式差速器的特性比较

为了提高越野汽车在坏路上的通行能力,最好的办法是让普通差速器不起作用,在一个驱动轮滑转时,使大部分甚至全部扭

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矩传给另外一个不滑转的驱动轮,使这个轮子的附着力足够使汽车继续行驶。为此,必须在普通差速器上设置差速锁,将左右半轴结合在一起,使差速器失去差速作用。按照操作方式的不同,锁止式差速器可分为两大类:一是通过驾驶员的手动操纵暂时将差速器锁住,即将驱动桥的两半轴连为一体,使其不发动差速作用;另一种是通过采用特殊装置,当一边车轮滑转时,能自动增大不滑转车轮的扭矩。按结构形式分有机械式差和电动式锁止式差速器。目前,使用最广泛的是以下几种结构形式的锁止式差速器

1、制式差速锁差速器

强制锁止式差速器(如图一),主要由牙嵌式接合器及气压操纵机构组成,接合器由固定式接合套和滑动式接合套组成,固定式接合套1与差速器壳2用花键连接,滑动结合套3的滑键与半轴4上相应的花键连接,并可沿轴向滑动,拨叉5装在拨叉轴6上并可沿导轴7轴向滑动。正常状态时与普通差速器没有什么区别,需要锁住差速器时,驾驶员操纵开关,压缩空气便可推动拨叉,从而拨动滑动结合套与固定结合套结合,这样半轴与差速器壳就可连成一个整体,差速器不起差速作用,扭矩全部分配个好路面上的车轮。

这种差速器,只是在普通差速器上加装差速锁,结构简单,易于制造,维修方便,但是操作不方便,降低了汽车的机动性能,操作不当容易损坏差速器。

2、电控自动锁止式差速器

电控自动锁止式差速器的差速锁是一个自适应控制系统,系统由车轮转速传感器、电子控制单元、和气动锁止机构组成。该系统可根据地面附着状况,在车辆行驶过程中自动控制差速器的锁止和脱开,实现驱动轮驱动扭矩的自动分配,最大限度地利用车轮的地面附着力,以提高汽车在坏路上的通过能力。

系统以汽车驱动桥的轮速差作为控制系统的输入参数,电控单元对采集到的轮速差进行积分计算,以消除路面及轮胎气压等因素的影响,当积分达到动作限值时,电控单元发出控制信号,启动执行机构推动牙嵌式接合器工作使滑动结合套和固定结合套结合,这是差速器的工作状况同强制锁止式

差速器工作情况一样。

电控式差速锁与手动差速锁比较,最显著的优点在于牙嵌式结合其能够在车辆行驶过程中实施自动结合和脱离,不要操作人员的人为干预。但同时这种结构的差速器也存在着以下不足:

(1)、牙嵌式接合器的齿轮的弧形齿面要经过精确的特殊设计,以避免结合时齿轮边缘接触而引起的应力集中。

(2)对越野汽车来说,系统中的电控单元和转速传感器将会工作在恶劣的环境中,系统的寿命将受到影响,从而降低整个系统的可靠性。

(3)电控单元的维修必须由专业人员进行,系统的可维修性差。

3、自锁式牙嵌差速器

自锁式牙嵌差速器由十字轴组件、离合

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器组件、半轴齿轮等组成(如图二)。十字轴组件由中心凸环2和十字轴l组成。离合器组件是由离合器3和一个可在园槽内移动呈C型的外推环4组成。车辆直行时,无论是前进或后退,两面的的离合器组件和十字轴组件结合,外推环上的凸耳6正好藏在中心环的扁孔内,这时十字轴的长齿5必须置于外推环的C形缺口,外推环以外的受力齿和十字轴两边的受力齿接触传递扭矩。车辆在执行前进(后退)时,中心凸环斜面齿的前(后)缘齿端比十字轴受力齿的前(后)缘齿端略微向后(前)。此时车辆转弯则靠转弯半径外侧的离合器的外推齿将延中心凸环的斜面齿7向外移动,使离合器和十字轴分离,以高于十字轴的转速转动,这时外推环的凸耳6也由中心环的孔中脱出,离合器继续以较高的转速和十字轴分离,直到车辆直行,两边的离合器转速一样时,凸耳又落回到原来的孔内,

离合器和十字轴再度结合。1、十字轴2、中心凸环3、离合器4、外推环5、十字轴长齿6、凸耳7、斜面齿 图二　自锁式牙签差速器总成

当车辆直行,遇到道路的不平或轮胎的半径由于气压不同而不同时,离合器的外推齿即可延斜面齿的斜面延轴向移动,使离合器完全和十字轴组件分离。

当两边的车轮处于附着系数不同的路面时,普通的差速器只允许左右车轮的力矩只能达到低附着系数路面的摩擦力矩,这时轮胎打滑,车辆丧失推进能力。而自锁式牙嵌差速器正好弥补了不足,这时差速器的离合器和十字轴结合,两边的半轴结合在一起,一边轮子陷入较滑的路面甚至悬空时,另一边轮子可继续前进。

这种形式的差速器与普通的差速器相比,它没有行星齿轮部分,差速器锁止和脱开式自动进行的。但这种差速器在车辆直行时差速器是锁止的,因此在路面条件没有达到离合器和十字轴分离时,车轮会存在边滚边滑现象,加速汽车轮胎的磨损。此种差速器适合较多时间工作在恶劣道路条件下的车辆。

三、结束语

锁止式差速器在提高越野汽车的通过能力起着重要作用,随着机械技术、电子技术的发展,越来越多形式和结构的差速锁正在出现,本文介绍的三种结构形式的差速器将会是高通过性汽车设计者的首选方案。

参考文献:

徐志刚主编,《汽车构造》,北京,人民交通出版社,1991。

黄显声,《重型汽车构造与维修》,北京,人民交通出版社,1992。

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