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1、5.4.1 差速器设计（人物居中）同学们，大家好！本节课我们学习差速器的设计。P2 首先我们学习一下差速器的作用。简单的说，差速器的作用就是差速，这个差速是使各驱动轮以不同的角速度旋转，以保证各驱动轮均作纯滚动。我们来看动画演示，当车辆直线行驶时，差速器的行星轮绕半轴公转，作用是传递转矩，当车辆转弯行驶时，差速器的行星轮在绕半轴公转的同时还有自传，那么由于行星轮的自传，就使得差速器在传递转矩的同时，还能保证左右驱动车轮以不同的转速沿各自的路径做纯滚动。P3（根据讲解出动画）（动画1和2）差速器根据安装位置或者差速的对象，（动画3、4）可以分为轮间差速器和（动画5、6）轴间差速器，轮间差速器也就
2、是我们刚刚看到动画演示的左右两个驱动车轮之间的装置；轴间差速器用于前后驱动轴之间，后面我们详细讲解。 （动画7、8）按照工作特性，（动画9、10）差速器可以分为普通式差速器和抗滑式差速器。（动画11、12、13）普通差速器根据结构特点又分为对称锥齿轮和非对称式锥齿轮差速器。（动画14、15、16、17）抗滑式差速器分强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器和滑块自由轮式差速器，后面我们会详细讲解每种差速器的结构特点及应用。P4本节课我们重点学习普通锥齿轮式差速器的结构组成及设计。普通锥齿轮式差速器如图所示，具有结构简单、质量小等优点，应用广泛。包含左右差速器壳、行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴和半轴
3、齿轮轴，除此之外，还有轴承、螺栓等零件，一般差速器壳与主减速器的从动齿轮做成一体或相互连接，用来传递转矩。P5 接下来我们学习差速器的工作原理。图中左侧为简化的主减速器和差速器的传动齿轮。从差速器顶端行星齿轮的位置向下看，行星齿轮和左右两侧的半轴齿轮的相对位置如图中右侧所示。当车辆直线行驶时，行星齿轮与半轴齿轮之间的相对运动如动画所示。行星齿轮不自转，在如图所示位置是平移运动，同时带动左右半轴齿轮同速前进。P6当车辆转弯行驶时，如图所示行星齿轮平移的同时还有自传运动，结果使得一侧半轴齿轮的平移速度大于另外一侧半轴齿轮的平移速度，进而实现差速运动。P7 （根据讲解出动画）我们从两个方面来理解差速
4、器的工作原理。（动画1）首先是转速特性，如图所示，图中4为行星齿轮，1和2为半轴齿轮，5为行星齿轮轴，3为差速器壳，用来传递主减速器转矩。标记行星齿轮轴、两侧与半轴齿轮啮合处A、B、C三个位置。（动画2）当车辆直线行驶时，由于行星齿轮绕半轴旋转，A、B、C三点的线速度相等，（动画3）即 。（动画4）当车辆转弯行驶时，行星齿轮有自传，此时A、B两点的线速度为（动画5），则有（动画6）1-2=20， 12=2，可以看出，此时左右两侧车轮是不等速旋转的，即差速运动。P8 （根据讲解出动画）（动画1）接下来看转矩特性。图中T0位差速器壳接受的转矩，Tr为差速器的内摩擦力矩，T1、T2分别为左右半轴对差
5、速器分反转矩。进行受力分析可以看出，（动画2）当车辆直线行驶时，行星齿轮直接传递转矩，（动画3）则有T1=T2= T01/2；（动画4）当车辆转弯行驶时，行星齿轮自传产生摩擦转矩，此时左右两侧半轴传递的转矩分别为：（动画5）T1+T2=T0 T2-T1=Tr（人物居中）前面分析我们知道右侧半轴的转速小，右侧车轮获得的力矩却增加了，增加的数值为Tr。那么可以得出结论，由于差速器的存在，当左右两侧驱动轮转速不同时，假设一侧车轮附着系数下降导致转速增加，则差速器会将转矩从向另一侧车轮转移。P9（注意切换板式）那么转移的力矩特性如何呢？通常以锁紧系数k是来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的
6、转矩之比。另外，定义两半轴的转矩比kb=T2/T1。普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为005015，两半轴转矩比kb=111135，这说明左、右半轴的转矩差别不大，可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。P10那么在进行差速器设计时，设计的目标则是尽可能增加差速器内部摩擦力矩，所以在普通锥齿轮差速器的基础上，出现了摩擦片式差速器。图片上所示差速器为汽车上
7、常用的一种摩擦片式差速器，在这种差速器内部，半轴齿轮两侧为一组摩擦片，能够增加内部摩擦力矩，使得锁紧系数k可达0.6，kb可达4，能够明显提高汽车的通过性。P11还有另外一种差速器，称为强制锁止式差速器，当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合器(即差速锁)将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数，使牵引力达到可能的最大值。P12（根据讲解出动画）对于装有强制锁止式差速器的42型汽车，（动画1）假设一驱动轮行驶在低附着系数的路面上，另一驱动轮行驶在高附着系数的路面上，（动画2）这样装有普通锥齿轮差速器的汽车所能发挥的最大牵引力，（动
8、画3）如果差速器完全锁住，（动画4）则汽车所能发挥的最大牵引力。可见，采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，可使汽车的牵引力提高，从而提高了汽车通过性。（人物居中）我们已经了解差速器的组成及工作原理，接下来学习普通锥齿轮式差速器的设计。P13（根据讲解出动画）首先学习差速器齿轮的主要参数。（动画1）（1）行星齿轮数n 行星齿轮数n需根据承载情况来选择。通常情况下，对于轿车：n=2；对于货车或越野车：n=4。 （动画2、3）（2）行星齿轮球面半径 Rb 行星齿轮球面半径Rb反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力，可根据经验公式来确定式中，Kb为行星齿轮球面半径系数，Kb =2530，对于有四个行星
9、齿轮的轿车和公路用货车取小值，对于有两个行星齿轮的轿车及四个行星齿轮的越野车和矿用车取大值；Td为差速器计算转矩(Nm)。行星齿轮节锥距A0为P14（根据讲解出动画）（3）行星齿轮和半轴齿轮齿数Z1、Z2 （动画1）为了使轮齿有较高的强度，希望取较大的模数，但尺寸会增大，于是又要求行星齿轮的齿数Z1应取少些，但Z1一般不少于10。半轴齿轮齿数Z2在1425选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比Z2Z1在1520的范围内。 （动画2）为使两个或四个行星齿轮能同时与两个半轴齿轮啮合，两半轴齿轮齿数和必须能被行星齿轮数整除，否则差速齿轮不能装配。P15（根据讲解出动画）（4）行星齿轮和半轴齿轮
10、节锥角1、2及模数m（动画1）行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2分别按照经验公式计算。（动画2）锥齿轮大端端面模数m的经验公式为：（动画3）P16（根据讲解出动画）（动画1）（5）压力角汽车差速齿轮大都采用压力角为、齿高系数为0.8的齿形。某些重型货车和矿用车采用压力角，以提高齿轮强度。（动画2）（6）行星齿轮轴直径d及支承长度L行星齿轮轴直径d(mm)按照经验公式计算。行星齿轮在轴上的支承长度L为 （人物居中）前面我们学习的是普通锥齿轮式差速器，这种差速器一般用于轮间差速器。当车辆为多桥驱动时，一般采用粘性联轴器作为差速器。粘性联轴器是一种利用液体粘性传递动力的装置。P17（注意切换板式）（根据
11、讲解出动画）（动画1）左图为粘性联轴器的工作原理简图。内叶片2与A轴1以花键连接，叶片可在轴上滑动；外叶片6与壳体3也以花键连接，但叶片内有隔环7，防止外叶片轴向移动。隔环的厚度决定了内、外叶片的间隙。叶片上各自加工有孔或槽，壳体内充入作为粘性工作介质的硅油4，用油封密封。（动画2）粘性联轴器属于液体粘性传动装置，是依靠硅油的粘性阻力来传递动力，即通过内、外叶片间硅油的油膜剪切力来传递动力。一般在密封的壳体内填充了占其空间8090的硅油(其余是空气)，高粘度的硅油存在于内、外叶片的间隙内。当A轴与B轴之间有转速差时，内、外叶片间将产生剪切阻力，使转矩由高速轴传递到低速轴。它所能传递的转矩与联轴器的结构、硅油粘度及输入轴、输出轴的转速差有关。（动画3）根据全轮驱动形式的不同，粘性联轴器在汽车上有不同的布置形式。右图为粘性联轴器作为轴间差速器限动装置的简图，具体的工作过程和工作原理，请同学们课下自学。P18（根据讲解出动画）回顾一下本节课的学习内容，重点及难点包括差速器的结构及工作原理以及强制锁止式差速器的作用。请同学们们课后预习车轮传动装置的结构及分类。（人物居中）本节课讲到这里，谢谢大家。