汽车差速器

   摘要：差速器是指发动机的动力经过传动器，最后传送到驱动桥再左右分配给半轴驱动车轮，在这条动力传送的过程中，驱动桥是最后一个总成，它的主要
部件是减速器和差速器。差速器之所以发明出来，是因为汽车在转弯时，外侧轮子走的路径比内侧轮子走的路径大，所以汽车如果想顺畅和精确的转弯，这便需要差速器这个装置能够转换和允许内外侧车轮以不同的速率进行旋转，因而以不同的转速来弥补距离上的差异。本文主要讲述汽车发动机的发展历史、结构类型和工作原理等。                   
   关键词：汽车差速器/结构/工作原理
      
1引言
     差速器——能使同一驱动桥的左右车轮或两驱动桥之间以不同角速度旋转，并传递转矩的机构。汽车行驶的过程中，车轮对路面的相对运动有两种状态——滚动和滑动。当汽车转弯行驶时候，内外两侧车轮中心在同一时间内划过的距离是不同的，即外侧车轮划过的距离大于内测车轮划过的距离。车轮对地面的滑动不仅会加速车轮轮胎的磨损程度，而且增加汽车的动力消耗，还可能会导致转向和制动性能的恶化[1]。汽车差速器是驱动桥的主件。它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦[2]。
2汽车差速器的发展历程
    汽车是最重要的现代化交通工具包。汽车也是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的交通工具。在现代社会中，没有哪种交通工具可与汽车的作用相媲美。汽车在“面”上发挥作用，并且可以实现“门对门”的便利。社会对汽车的不断增长的需求，促使着汽车工业日益繁荣起来。人类使用汽车已有4000多年的历史，在漫长的历史岁月中，车辆一直由人力或畜力驱动,直至 18世纪发明了动力机械后才出现了机动车[3]。汽车工业也早就许多巨人，比如创建了本田、福特这样在各国都比较知名的汽车品牌，我国长春第一生产汽车长的建成才结束了我国不能生产汽车的状况[4]。汽车行业不断的发展进步着，在这不断前进的过程中，法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器，差速器的功用很大是汽车部件不可缺少的其中之一，曾被广泛誉为“小部件大功用” ，以此可以看出差速器的重要性。
     差速器就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦的元件。当汽车转弯行驶时，内外两侧车轮中心在同一时间内行程显然是不同的，外侧车轮移过的距离是大于内侧车轮的，然而即使路面非常的平直，但由于轮胎制造尺寸误差，承受的载荷不同，磨损程度不同，充气压力不同，轮胎的滚动半径也是不可能相等的。因此，只要个车轮的角速度相等，车轮对路面的滑动就必然是存在的。为此，在汽车结构上，必须保证各个车轮有可能以不同角速度旋转。为了使两侧驱动轮可用不一样的角速度旋转保证两侧驱动轮处于纯滚动的状态，这就必须要两侧车轮的驱动轴 断开，让主减速器从动齿轮通过一个差速齿轮系统——差速器。这个位置的差速器就是轮间差速器[5]。
3差速器的结构分析
3.1差速器的构成
     普通差速器是由行星轮架、行星齿轮、半轴齿轮、行星轮轴等部件组成的。发动机的动力经过传动轴进入差速器，然后驱动行星轮架，接着由行星轮带动左右两个半轴，再分别驱动左右两个半轮，当汽车直行时，左、右半轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，而这种平衡状态将会被破坏在汽车转弯的时候，造成内侧车轮转速减而外侧车轮转速增加[6]。这时差速器可以自动调节左右车轮的转速，让左右车轮能够以不同的转速转动。汽车直行时的左右驱动轮转速几乎相同，转弯或不平路面时左右轮转速相同[7]。
3.2差速器的类型
差速器分为齿轮式差速器、强制锁止式差速器和限滑差速器。而齿轮式差速器有圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。按两侧的输出转矩是否相等，齿轮差速器有对称式和不对称式，目前，汽车上广泛运用的是对称式锥齿轮差速器[8]。由于它结构简单、制造方便、工作平稳,在轿车、客车、越野车上也比较广泛的运用[9]。对称式锥齿轮轮间差速器由圆锥行星齿轮、行星齿轮轴（十字架）、圆锥半轴齿轮和差速器壳等组成。动力自主减速器从动齿轮依次经过差速器壳、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮及半轴输出给驱动车轮。当两侧车轮以相同的转速转动时，行星齿轮绕半轴轴线转动——公转[10]。为了提高汽车在环路上的通行能力，可采用各种形式的防滑差速器。其中主要的共同点就是在一个驱动轮滑转时，设法使大部分的转矩甚至是全部转矩传给不滑转的驱动轮，以此充分的利用这一侧驱动轮的附着力而产生足够的驱动力，来让汽车可以继续行驶。在对称式锥齿轮差速器上
设置差速锁，这便成了强制锁止式差速器[11]。

    普通圆锥行星齿轮式差速器的特点，在很大程度上影响了汽车的通过能力，因为它只能在驱动轮间平均分配驱动转矩，因而导致无法按需分配。当汽车行驶在附着系数较低或附着条件不均匀的路面时，将会严重影响汽车行驶的稳定性、安全性和动力性。因此，限滑差速器变为了解决这一问题而被设计出来。防滑差速器能够克服普通齿轮式差速器因为转矩平均分配给左、右轮所带来的在不好的地面上行驶时，因为其中一侧驱动轮接触不好的路面而在原地打滑或者滑转时，另外一侧在好的地面上的驱动轮却处在原地不动状态使汽车通过能力降低的缺点[12]。
3.3差速器的作用
    汽车在行驶过程中左、右车轮在同一时间内滚过的路程不一样，为了防止由于车轮对地面的滑动存在所导致的不好的现象发生，在汽车左右驱动轮间都安装轮间差速器，可以让驱动桥两侧的车轮在行程不一样时具有不同的角速度。汽车差速器能够使左、右（前、后）实现以不同转速转动的机构。作用就是当汽车在弯道行驶或不平路面行驶时候，使左右车轮以不同转速滚动，保证其纯滚动状态[13]。
3.4差速器的工作原理
     差速器这种调整转速是自动的，这是因为地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态，这便是“最小能耗原理”。当转弯时，由于外侧轮有滑拖的现象，内侧轮有滑转的现象，两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然导致两边车轮的转速不同，从而破坏了三者的平衡关系，并通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使内侧半轴转速减慢，外侧半轴转速加快，从而实现两边车轮转速的差异。      
    驱动桥两侧的驱动轮如果用一根整轴刚性连接，那么两轮就只可以相同的角度旋转。这样的话，当汽车转向行驶时，这将使外侧车轮在滚动的同时也产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。造成这些现象的原因是因为外侧车轮要比内侧车轮滑移过的距离大。即使汽车是直线行驶，也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等（轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等）而引起车轮的滑动。
4国内外差速器行业的发展与成果
4.1国内差速器行业的发展成果
    汽车差速器行业的发展与汽车行业的发展息息相关，目前来看，我国的差速器行业已经顺利的完成了由小到大的转变，正处于由大到强的发展阶段，提高车辆差速器的精度、可靠性是我国目前差速器行业的紧迫任务，尤其是在这个转型的关键时刻更为重要。目前，汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，还有很多功能的差速器，比如强制锁止式差速器、防滑差速器、轮间差速器。这几年差速器行业发展及其迅速，国家也鼓励汽车差速器行业向更高科技的方向发展，投资者对它的发展越来越关注，国企也在逐步增加发展的项目，这边使得汽车差速器发展行业需求增大[14]。现在的差速器种类趋于多样化，功用也更加的完整化。随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始去享受汽车所带来的便利，我国汽车行业发展迅猛，随着国家综合国力的增强，科技发展的迅速，国家投入大量的资金在公路、铁路的建设中，也随着这些基础设施的建造完工，国民收入水平稳健的提高，商务车、乘用车、越野车等各种各样类型和不同用途的汽车开始进入我们的生活、工作中。汽车如今随处可见，也正是因为如此，差速器也处在至关重要的位置上[15]。我国中科院电工研究所通过对电动汽车的电气驱动技术的研究，加上东风集团的合作，研制出了电动汽车概念车和环保型电动中巴车。浙江大学通过对两轮驱动轮毂电机的电动汽车的深入研究，提出了新型电子差速控制方案[16]。
4.2国外差速器行业的发展成果
     日本YOKO技术研究所利用差速系统和电子转向进行差速控制的汽车，开发了属于自己的差速系统，比传统转向系统在路线跟踪上有很大的提高[17]。
5总结
     差速器除了传递动力外，还有在转弯或行驶在不平的道路上时候能自动的使左右两边驱动轮以不同的转速旋转，尽可能的接近纯滚动这个重要的作用，所以，差速器起到了无比重要的作用，目前，我国的差速器自主开发的能力还是很弱，需要进一步的加强和提高，只有这样，才能把高新科技掌握在自己的手中，而不是依靠于美国、日本等那些国家，也只有这样，我们才能在汽车行业有更好的突破，打造属于我们自己国家的知名汽车品牌，因此，鉴于对差速器的发展历程、结构原理以及差速器行业的发展分析，我们才要设计更好的差速器。

参考文献

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