差速器的类型

差速器的类型
§1普通差速器
差速器采用行星齿轮结构时，动力输入件是行星架。

这种差速器的特性就是，向二个半轴传递的扭矩相同，或者是固定的比例（按行星齿轮机构的特点而定）。

常见的普通差速器有圆锥行星齿轮差速器与圆柱行星齿轮差速器。

普通差速器转矩均分特性能满足汽车在良好路面上正常行驶，普通差速器的适用于在好路面行驶的车辆，前桥驱动和后桥驱动都可以采用。

普通差速器的优点是在好路面上行驶效果最好，缺点就是在一个驱动轮丧失附着条件的情况下，另外一个也不能增大驱动力。

当左右驱动轮存在转速差时，差速器转矩均分特性使得分配给二侧驱动轮的转矩一样。

§2锁止式差速器
为了保证车辆在复杂的越野路况下的行驶性能，通过一定的机械结构把差速器锁死，取消差速功能，实现两个半轴的同步转动。

方案有三个，把一个半轴齿轮和行星架锁止、把行星架和行星齿轮锁死、把两个半轴齿轮锁死。

通常需要在停车后锁止差速器或取消锁止。

锁止式差速器，在没有锁止的时候，其传动特性与普通差速器完全相同，在锁止的情况下，差速器没有差速功能，运动由齿轮传递到二侧驱动轮。

这种差速器在越野路面提供了最大的驱动力，缺点是在差速器锁止的情况下，车辆转向极其困难；存在一侧驱动轮承受发动机100％的扭矩的可能，一侧传动轴会因为扭矩过大而损坏；车辆在转向的过程中，二侧传动轴承受相反的扭矩，如果二侧驱动轮的附着力都很大，会损坏传动轴。

如果在车辆行驶中进行锁止操作，会产生比较大的噪音。

锁止式差速器具备普通差速器的所有结构和特性，在未锁止的情况下，应用范围与普通差速器相同；在锁止的情况下，只适合于低速行驶在坏路面，不能在好路面上行驶，否则会导致车辆损坏和转向失控。

一、人工控制机械式锁止差速器
人工操纵差速器的锁止控制装置，使差速器锁止。

一般需要停车后进行操作，有液压式、气动式、电动式、人力式等方式。

可以布置于前、后、轴间三个差速器处。

二、自动控制机械式锁止差速器
1、自动机械式锁止差速器
基本结构和机械式锁止差速器相同，机械锁止差速器的锁止和不锁止，完全由驾驶员人工控制；自动机械锁止式差速器按路况条件，自动进行锁止或不锁止。

锁止检测机构很精巧，检测量有两个，一个是差速器输出齿轮和差速器壳之间的转速差，另外一个就是差速器壳的转速。

（1）、锁止条件
差速器壳体转速不超过设定值（也就是车速低于设定值），差速器输出齿轮与差速器壳的转速差超过设定值（左右车轮的转速差太大），如果两个条件都符合，就会触发差速器的锁止，正常行驶中的转向不会引起它的锁止。

整个锁止过程，车轮空转的角度差不超过360度。

（2）、解锁条件
差速器壳转速超过设定值（车速超过设定值），左右半轴的扭矩方向相反（车辆开式转向），满足两者中的任何一个，就会立即解锁。

优点是好路面的行驶特性与普通差速器完全相同。

坏路面与锁止式差速器特性完全相同，其锁止和解锁过程完全是自动的，不需要人为干预。

可靠性非常高。

缺点是锁止噪音比较大，结构比机械锁止差速器复杂，每一种差速器只能适用于一种车型，不具有通用性。

可以直接替换普通差速器，前驱后驱都可以用，没有适用性方面的限制。

2、伊顿机械式锁止差速器（M-Locker）
伊顿的锁止差速器属于自动、低速锁止差速器，当车子的速度超过30km/h时，便会自动解锁。

利用离心原理，当两侧车轮的速度差在100r/min以上时，离心锁销就会自动扣紧，差速器锁止。

正常行驶时，能够起到偏置限滑差速器的作用，打滑时能自动提供差速器锁止。

使用碳摩擦片。

工作原理：二车轮的转速差超过100rpm后，轮速差增大使飞轮机构打开，与闭锁托架啮合。

停动后的飞轮触发自激励离合器，导致凸轮盘斜靠在半轴齿轮上。

斜度增加，直到两个轴以同样的转速转动（差速器锁止）。

当车速超过20 mph，闭锁托架摆动离开飞轮机构，从那时开始，阻止差速器锁止。

打滑到差速器锁止在一秒的时间内完成，因此很平稳。

增加驱动力时，差速器锁止解除。

三、电控式锁止差速器
1、伊顿电控锁止差速器（E-Locker）－—销式
工作原理：在驾驶员的操作下，提供差速器锁止。

电磁线圈激励球斜坡，使壳体和齿轮啮合，使差速器锁止。

释放时，差速器返回到正常状态。

2、伊顿电控锁止差速器（E-Locker）－—领式
工作原理：在驾驶员的操作下，提供差速器锁止。

电磁线圈激励球斜坡机构将锁环啮合在半轴齿轮的外径上，使差速器锁止。

释放时，差速器返回到正常状态。

四、电控单侧制动锁止差速器
电控单侧制动锁止差速器不改变普通差速器的结构和特性，利用驱动力控制系统（ASR）的制动功能，制动打滑一侧的驱动轮，限制二侧驱动轮的转速差，保证两个驱动轮都有驱动力。

电控单侧制动锁止差速器只能用于具有驱动力控制系统（ASR）的汽车。

在严酷的越野环境下，电子产品的可靠性不如机械产品；不能连续使用，否则制动器发热，影响制动器的功能。

§3限滑差速器（LSD）
一侧驱动轮打滑时，限滑差速器能使大部分甚至全部转矩传给在另一侧驱动轮，以充分利用这一侧驱动轮的附着力产生驱动力。

差速器有限止驱动轮打滑的功能，就是限滑差速器（Limited Slip Differential，简称LSD）。

限滑差速器（LSD）的二侧驱动轮的转速差限止在一定范围之内。

全轮驱动轿车AWD系统（AWD是指全时四驱系统）具有3个差速器，分别控制着前轮、后轮、前后驱动间轴的扭矩分配，用于消除前后传动轴和前后桥左右驱动轮间的运动干涉。

这3个差速器是LSD差速器，并带有锁止功能。

世界上的LSD差速器有好几种形式。

一、普通差速器布置摩擦片限滑
限滑差速器用于部分弥补普通差速器在坏路面的传动缺陷，在普通差速器的结构上进行改进，在差速器行星齿轮机构的行星架和中心轮之间增加摩擦片，增加中心轮与行星架相对转动的阻力。

限滑差速器提供的附加扭矩，与摩擦片传递的动力和二驱动轮的转速差有关。

在普通差速器结构上改进产生的LSD，不能做到100％的限滑，因为限滑能力越强，车辆的转向性能越差。

LSD具备普通差速器的传动特性和机械结构。

优点是提供一定的限滑力矩，缺点是转向特性变差，摩擦片寿命有限。

LSD的适用于好路面和轻度坏路面。

通常用于后驱车。

前驱车一般不装，因为LSD会干涉转向，限滑能力越强，转向越困难。

1、普通差速器上布置摩擦片
这种差速器结构简单，通过摩擦片在相对滑转时产生的摩擦力矩，限制差速器的差速作用，工作平稳，在轿车和轻型汽车上最常见。

2、伊顿摩擦片式限滑差速器（Gerodisc）
伊顿公司于19世纪60年代发明了具有限制车轮打滑的差速器（LSD-Limited Slip Differential）。

能自动感应车轮的滑动，随后完全锁住车桥，从而将扭矩100%地转移到牵引力低的车轮。

工作原理：机械齿轮与螺旋弹簧、碳摩擦片协同作用，限制从动轮的滑移，同时将动力传递给驱动轮。

在滑动前进的情况下，扭矩偏向于阻力较大的驱动轮。

采用锻造齿轮（增加冲击齿轮强度），碳摩擦片，高强度螺旋弹簧。

二、具备限滑能力的齿轮差速器
1、Torsen LSD差速器（扭矩感应式）
Torsen这个名字的由来取自Torque-sensing Traction——感觉扭矩牵引（转矩灵敏差速器）。

Torsen的核心是蜗轮蜗杆齿轮啮合系统。

（1）Torsen差速器的结构
Torsen差速器采用了蜗轮上固结圆柱齿轮形成行星轮的独特构造。

行星蜗轮轴与差速器壳同转速，是动力输入件。

输出端蜗轮蜗杆啮合，二个输出端通过蜗轮上的圆柱齿轮的啮合联结起来。

扭矩在蜗轮蜗杆间传递时，由于蜗轮蜗杆传递运动有可逆与不可逆的状态，恰当的利用不可逆的状态，就可限制一侧驱动轮的打滑。

二输出端的阻力矩不同时，引起二输出端的转速差，此时托森差速器中的蜗轮蜗杆机构能自动限制转速差增大。

托森差速器利用蜗轮蜗杆传动的自锁功能（蜗杆可以向蜗轮传递扭矩，而蜗轮向涡杆施以扭矩时齿间摩擦力大于所传递的扭矩，而无法旋转）来实现防滑功能。

托森差速器的限滑性能好，维修简单。

托森差速器示意图
托森差速器结构图
托森差速器
（2）托森差速器的转矩分配原理
差速器的二个输出件都是蜗杆，蜗杆就是输出轴。

蜗杆分别由装在差速器壳上相应的行星蜗轮带动，每个行星蜗轮上固结着一对圆柱齿轮，二个行星蜗轮上固结的相对应的圆柱齿轮相啮合。

行星蜗轮轴是动力输入件。

螺旋升角是蜗轮蜗杆传动是否会自锁的关键参数，合理选择螺旋升角，可使传动处于自锁和非自锁之间，这样既能保持差速作用，又能阻止二输出轴间的过大的转速差。

托森差速器是利用蜗轮蜗杆传动副的高内摩擦力矩Mr进行转矩分配的。

而Mr又取决于二输出轴的相对转速。

当二输出轴转速差比较小时，蜗轮带动蜗杆遇到的摩擦力较小，蜗轮带动蜗杆转动，通过蜗轮上的圆柱齿轮的自转，二输出轴产生转速差。

二输出轴转速差较大时，蜗轮驱动蜗杆的摩擦力矩也较大，差速器将抑制转速快的输出轴的转速，将输入转矩
Mo多分配到另一输出轴上，转矩分配为M1=1/2(Mo-Mr)，M2=1/2(Mo+Mr)。

（3）托森差速器性能特点
轴间差速器采用托森差速器时，当直线行驶时，托森差速器平均分配输出动力；汽车加速时，由于重心后移，后轮附着力增大，托森差速器会向后轴分配多一些的动力，使驱动力增大；当汽车转弯时，前轴转速稍快于后轴，托森差速器会向后轴分配稍多一些的动力；当车轮打滑时，由于转速差很大，能把更多的动力分配给未打滑的车轴。

轴间差速器采用托森差速器时，相当于一种偏向后轮驱动的全时四驱。

托森差速器的性能很好，可以用于轮间和轴间差速器，但托森差速器成本非常高，所以多用于中间差速器。

奥迪车轴间差速器使用托森差速器
奥迪车轴间差速器使用托森差速器
2、螺旋齿轮差速器
螺旋齿轮的齿轮构造与扭力感应式（托森差速器）有些相似，将普通差速器的齿轮从直齿改成螺旋齿，不是利用二者摩擦力的不同，而是改变了齿轮的安装位置和形式，通过只有螺旋齿轮才能实现的安装位置和形式，利用齿轮的减速比来限制左右驱动轮转速差的。

这种
差速器所能达到的最大转速差比较小。

托森差速器的齿轮配置为纵向，螺旋齿轮差速器则为横向装置。

螺旋齿轮差速器
螺旋齿轮差速器
3、滚珠差速器
这种差速器是当小圆球在弯曲的沟槽中移动时，被沟槽切断的滚筒开始作动而发挥限滑的效果。

铃木维特拉采用了机械式的滚珠轴间差速器，实现全时4驱，并带有限滑功能，车轮打滑时能够自动分配扭矩。

超级维特拉的轴间差速器带有三种可选模式，高速4驱、低速4驱、低速锁止4驱。

滚珠差速器
4、带滑块凸轮的限滑差速器
利用滑块凸轮产生较大的摩擦力矩，使差速器的差速作用变弱或者锁止，很大程度上能提高汽车的通过性能，但是结构复杂，加工要求高，摩擦件磨损较大，成本较高。

（1）、电控液压式轴向滑块凸轮式差速器
电控液压驱动的滑块凸轮限滑差速器
（2）、机械式轴向滑块凸轮式差速器
1）、结构组成
轴向滑块凸轮式差速器主要由差速器壳、差速器盖、差速轮、滑块及碟形弹簧等组成。

2）、差速轮
差速轮的凸轮面（工作面）为左右旋交替、螺距相同的螺旋面，从而沿圆周形成了多个形状相同的凸起，且螺旋面的母线呈内高外低的倾斜状态，左右两差速轮结构相同，采用花键分别与左右半轴联接。

差速轮是该差速器的动力输出件，动力通过花键轴传递给驱动轮。

3）、滑块
滑块为棱形，其两端分别加有与差速轮相对应的、左右交替的螺旋面。

滑块有两种形式，为左右对称的实体。

滑块沿差速器壳内孔表面圆周方向，相间地装入轴向槽内。

滑块的主要作用是将差速器壳传递来的动力，分配给左右两差速轮。

4）、差速器壳
差速器壳内孔表面加工有多个轴向梯形槽，在带动滑块转动的同时，差速时还允许滑块沿轴向槽移动。

差速器壳连接主减速器从动齿轮，差速器壳把动力通过滑块传递给左右二差速轮。

5）、工作原理
二侧驱动轮阻力相同的时候，左右两轮受到地面的阻力矩相同，差速器分配给左右两差速轮的转矩也相同，左右两差速轮与滑块的转速相同，此时没有差速作用。

差速器壳是动力输入件，差速器壳驱动滑块转动，滑块两端的螺旋面与差速轮上的凸起的螺旋面相啮合，碟形弹簧将差速轮和滑块紧压在一起，从而滑块把动力传递到差速轮，差速轮是输出件。

滑块与差速器壳间只有相对滑动。

二侧驱动轮阻力不同的时候，一侧驱动轮有滑移趋势，而另一侧驱动轮有滑转趋势，二驱动轮此时会产生两个方向相反的附加力。

二驱动轮在阻力不同时，通过半轴反映到差速轮上，使得左右二差速轮受力也不相同。

二差速轮受到的阻力不相同，就会产生相对于滑块的转动，出现差速作用，形成二侧车轮转速不同。

二差速轮阻力不相同，差速轮相对于滑块转动，同时差速轮推动滑块克服碟形弹簧压力产生轴向滑移，滑块的螺旋面与差速轮不同凸起的螺旋面始终啮合着，由此出现了差速轮相对于滑块的转动阻力。

差速轮与滑块相对运动时的摩擦力较大，从而限制了差速作用，有限滑作用。

一侧驱动轮打滑越严重时，滑块造成的限制打滑作用越大。

差速器壳直接与主减速器的从动齿轮相连，是主动件，设差速器壳的角速度（即滑块的角速度）为ωo，二差速轮为从动件，设其角速度分别为ω1和ω2。

当车辆直线行驶时，差速器不起差速作用，滑块也不会产生轴向滑移，此时ω1=ω2=ω0；车辆转向时，ω1与ω2不相等，此时差速器起到差速作用，且满足ω1+ω2=2ω。

6）、性能与特点
转弯时，差速轮与滑块间出现相对转动，差速作用出现。

由于差速轮与滑块之间是曲面接触，要产生相对转动摩擦阻力不小，因而对差速作用有一定的限制，具备有一定的限滑能力。

这种差速器的滑块与差速轮有较大的磨损。

三、粘性联轴节轴间差速器
粘性连轴节利用液体的粘性传递动力。

根据牛顿内摩擦定律，在二块平板间充满粘性液体，当二块板相对平行运动时，则板间液体受到剪切，产生阻碍二板相对运动的剪切粘性阻力。

粘性连轴节由壳体、外叶片、内叶片、内轴等主要零件构成，硅酮油被密封在里面。

壳
体和外板为主动部分，输入动力；内叶片和内轴为从动部分，输出动力；内、外叶片间隔排列在一起，之间的间隙很小，粘度很高的硅酮油液充入这些间隙中。

当输入端与输出端转速差较小时，硅酮油和内、外板几乎以同一转速旋转，这时油液内部不会产生剪切粘性阻力，粘性连轴节不传递动力。

当输入端与输出端转速差较大时，接近内板的液体与接近外板的液体之间有较大的转速差，这时就会产生剪切粘性阻力，迫使输入端与输出端之间减少转速差，粘性连轴节传递动力。

粘性连轴节通常作为轴间差速器使用。

从输入输出转速差增大，到粘性连轴节开始传递动力，需要一定时间，这是一个不足。

粘性连轴节作为轴间差速器，在坏路面时有作用；在好路面车速高时，前轮打滑一段时间后粘性连轴节才投入工作，车辆可能已失控；只有打滑比较严重时，粘性连轴节才能有效工作，轻微的打滑后轮无法察觉。

粘性连轴节作为轴间差速器，最大只有30%的动力传递到后轴。

如果前轮打滑非常严重，而后轮转动的阻力太大，这个时候如果继续加油，前轮会继续疯转，后轮仍会保持不动，粘性连轴节温度急剧升高，有烧毁的危险。

粘性连轴节作为轴间差速器使用，优点是结构简单可靠，成本低，平时只有前轮驱动，使车辆具有不错的燃油经济性。

缺点是扭矩传递反应慢，且传递的扭矩有限，只在前轮有打滑时起作用，后轴得到的动力有限。

本田CRV的轴间差速器采用的是粘性联轴节，是一个装有粘稠硅油的密闭容器。

通常动力只传到前轮，后轮是自由轮，这时粘性联轴节里面的两组钢片转速相同，差速器不工作，后轴没有驱动力。

转弯时前后轴转速差很小，粘性联轴节中的硅油的温度不会升高，不会限制差速作用，可以实现转向。

前轮打滑后，二组钢片间的转速差变的非常大，钢片将快速搅动硅油同向流动，液体内摩擦力带动连接后轴的那组钢片旋转，使后轴获得一部分动力。

因此CRV大部分时间是一辆前驱车，只有当前轮打滑时，后轮才能获得30%～40%的动力。

§4电控限滑差速器
1、电控液压摩擦片齿轮差速器
（1）伊顿电控限滑差速器（E- Gerodisc）
工作原理：在差速器工作过程中，液压泵提供液压力。

压力调节阀控制液压缸的压力，产生摩擦片的压紧力，以控制需要传递的驱动力。

液压缸的压力按需要变化。

在正常行驶时，是一个普通差速器。

（2）科帕奇电控摩擦片式限滑差速器
科帕奇的前轴齿轮差速器带有摩擦片，用于限制二前驱动轮的转速差。

轴间差速器只是多片式离合器，多片式离合器连接后轴。

2、电控摩擦片式限滑差速器
电控液压系统可以使压片和摩擦片间有不同压力，实现不同的差速状态，称为主动式LSD。

控制左右驱动轮的主动式LSD（如本田的SH-AWD系统和三菱的S-AWC）。

摩擦片式轴间差速器
（1）科帕奇摩擦片式限滑差速器
科帕奇的轴间差速器只是多片式离合器，多片式离合器连接后轴。

前轴差速器带有摩擦片，用于限制二前驱动轮的转速差。

通常轴间差速器（多片式离合器）不工作，车辆处于前驱状态。

科帕奇大部分时间处于前驱状态，只有前轮打滑时才会将扭矩分配给后轮。

前轮打滑时，前轴差速器的摩擦片适当接合，限制二前轮转速差，同时电控系统控制液压缸，对多片式离合器（轴间差速器）施加适当的压力，使摩擦片有适当的压紧，从而后轴的动力接通，前后轴间也不会产生运动干涉现象，成为前后驱动状态。

科帕奇的轴间差速器（仅用一组摩擦片）
科帕奇车型实际上属于前桥驱动，后桥的动力从前轴引出，经电控摩擦片式轴间差速器，到后主减速器。

从图中可以看出，位于左侧的摩擦片分为二组，分别属于前差速器和通往后桥的传动轴，其中前传动轴为动力输入轴。

当前轮出现打滑的情况下，电控系统通过对摩擦片施加压紧力（轴间差速器），将动力传递到后桥主减速器，成为前后驱动形式。

这种摩擦片式轴间差速器最多能够实现60：40的前后动力分配。

车辆大多数情况下是前驱动，只有在前轮打滑时后轴才会产生驱动力。

科帕奇车设置了差速锁来提高四驱性能，通过车内按钮的控制，能够将前后动力分配锁定在50：50，通过坏路面时可以锁定轴间差速器，好路面上行驶时，不能锁定轴间差速器，否则会带来前后驱动轴的运动干涉。

科帕奇摩擦片式差速器带有差速锁，能使各各差速器锁止。

（2）斯巴鲁摩擦片式差速器
电子控制式配备于自动变速器车辆上。

这种轴间差速器都能够实现全时4轮驱动，能够实现范围相当宽泛的扭矩分配，后轴可以根据不同的情况获得更合适的扭矩。

轴间差速器的扭矩分配速度更快，响应十分灵敏。

机械式LSD与电控LSD结合，扩大了前后轴间的动力分配范围。

采用全时4驱系统，增加了一套驱动轴，使摩擦力和车重都会上升，日常行使时的油耗会比采用适时4驱的车辆高。

§5 PowerTrax NoSlip
多称为“无滑动动力牵引”。

从功能上看，也可以称为“自动解锁差速器”。

PowerTrax NoSlip的工作原理和锁止差速器恰恰相反，这个产品设计的非常巧妙。

锁止差速器工作的时候，是执行锁止操作；而PowerTrax NoSlip工作的时候，执行的是单边解锁操作。

PowerTrax NoSlip在车辆直行的时候，左右半轴通过齿轮与小齿轮轴同步转动，工作在锁止状态。

当两驱动轮存在转动角度差的时候（车辆转向或者一个轮子打滑），PowerTrax NoSlip会通过它的机械机构，将一个轮子的离合器分离，取消它的动力输出。

两个轮子转动角度相同的时候，离合器再结合。

完成一次分离并重新结合的操作，两个车轮的角度差不小于18度。

加速的时候，分离的是转的较快的车轮，发动机制动的时候，分离的是转的较慢的车轮。

如果用于前驱动，车辆的转向系统会随着加减油门有失控的倾向。

在附着力高的路面，如果两个驱动轮因为驱动力过大而同时打滑，则每一个车轮转动一周，与其相联的PowerTrax NoSlip离合器都会分离结合2到10次，两个车轮交替的获得分动箱输出的100％扭矩，驱动轮的动力输出状态不是连续的，而是脉动的，地面的附着力越大，两个驱动轮打滑转速越高，PowerTrax NoSlip离合器结合时的冲击力就会越大。

为了承受这种高频的大扭矩冲击，制造PowerTrax NoSlip的材料强度必须特别耐冲击，所以使用钛合金。

优点是通用性好，安装简便，没有锁止式差速器的锁止噪音，在好路面上不会因为转向而扭断半轴。

缺点是不能用于全时四驱的前桥；好路面上提供的牵引力小于锁止式差速器；好路面上二个驱动轮同时打滑对半轴的冲击力非常大，安装PowerTrax NoSlip会导致自动变速器换档冲击变大。

适合后桥驱动轻度越野和低附着力路面。

不适合高附着力路面和大动力输出的场合，不。