三、普通锥齿轮差速器
    （一）、差速器的功用和类型
    1．差速器的功用
    差速器是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。
    2．差速器的类型
    起轮间差速作用的称为轮间差速器，起桥间差速作用的称为桥间（轴间）差速器。轮间差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的转速滚动，即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动（见图15）。

    3．汽车在行驶过程中，车轮相对路面的运动状态
 

    纯滚动和滑动是汽车在行驶过程中，车轮相对路面的两种运动状态。滑动又分为滑转和滑移。
    1）如果车轮中心相对路面的移动速度为υ，车轮旋转角速度为ω，车轮滚动半径为r。υ＝ωr时，车轮对路面的运动为纯滚动。
    2）如果ω≠0， υ=0，此时，车轮在旋转，汽车并未向前（或向后）移动，则车轮的运动称为滑转。
    3）如果υ≠0，但ω＝0，此时，车轮未转动，汽车在向前（或向后）移动，那么车轮的运动为滑移。

    4．汽车在行驶状态，车轮运动的实际情况
    当汽车转弯行驶时，内外两侧车轮中心在同一时间内移过的曲线距离显然不同，即外侧车轮移过的距离大于内侧车轮。若两侧车轮都固定在同一刚性转轴上，两轮角速度相等，则此时外轮必然是边滚动边滑移，内轮必然是边滚动边滑转。
    同样，汽车在不平路面上直线行驶时，两侧车轮实际移过曲线距离也不相等。即使路面非常平直，但由于轮胎制造尺寸误差，磨损程度不同，承受的载荷不同或充气压力不等，各个轮胎的滚动半径实际上不可能相等。因此，只要各车轮角速度相等，车轮对路面的滑动就必然存在。
    车轮对路面的滑动不仅会加速轮胎磨损，增加汽车的动力消耗，而且可能导致转向和制动性能的恶化。所以，在正常行驶条件下，应使车轮尽可能不发生滑动。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。若主减速器从动齿轮通过一根整轴同时带动两侧驱动轮，则两轮角速度只能是相等的。因此，为了使两侧驱动轮可用不同角速度旋转，以保证其纯滚动状态，就必须将两侧车轮的驱动轴断开（称为半轴），而由主减速器从动齿轮通过一个差速齿轮系统—差速器分别驱动两侧半轴和驱动轮。这种装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器即为前面定义的轮间差速器。
    多轴驱动的汽车，各驱动桥间由传动轴相连。若各桥的驱动轮均以相同的角速度旋转，同样也会发生上述轮间无差速器的类似现象。为使各驱动桥有可能具有不同的输人角速度，以消除各桥驱动轮的滑动现象，可以在各驱动桥之间装设轴间差速器。
    当遇到左、右或前、后驱动轮与路面之间的附着条件相差较大的情况时，简单的普通锥齿轮式差速器将不能保证汽车得到足够的驱动力。此时，只是附着较差的驱动轮高速滑转而汽车却不能前进。故经常遇到此种情况的汽车应当采用限（防）滑差速器。
    5．差速器的类型
    增设的差速器可使两侧驱动轮以不同的角速度旋转，由主减速器从动齿轮通过差速器分别驱动两侧半轴和驱动轮。这种装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器称为轮间差速器。多轴驱动的汽车驱动桥之间也装有差速器，称为轴间差速器。为保证汽车在遇到左、右或前、后驱动轮与路面之间的附着条件相差较大时，得到足够的牵引力，设计采用限滑差速器。它可以将输人转矩更多地、甚至全部分配到附着条件较好、滑转程度较小的驱动轮，使汽车得以正常行驶。
    差速器（无论是轮间差速器还是轴间差速器），按其工作特性可分为普通齿轮式差速器和限滑差速器。限滑差速器有强制锁止式齿轮差速器、高摩擦自锁差速器及自由轮式差速器等。

    （二）、齿轮式差速器
    齿轮式差速器有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（等转矩式）和不对称式（不等转矩式）。目前，汽车上广泛应用的是对称式锥齿轮差速器，其结构见图16。

    对称式锥齿轮轮间差速器由圆锥行星轮、行星轮轴（十字轴）、圆锥半轴齿轮和差速器壳等组成。在图16中，差速器壳由用螺栓固紧的左壳1和右壳5组成。主减速器的从动齿轮用铆钉或螺栓固定在差速器左壳1的凸缘上。装配时，十字形的行星轮轴8的四个轴颈嵌在差速器壳两半端面上相应的凹槽所形成的孔内，差速器壳的剖分面通过行星轮轴各轴颈的中心线。每个轴颈上浮套着一个直齿圆锥行星轮4，它们均与两个直齿圆锥半轴齿轮3啮合。而半轴齿轮的轴颈分别支承在差速器壳相应的左右座孔中，并借花键与半轴相连。动力自主减速器从动齿轮依次经差速器壳、十字轴、行星轮、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，行星轮绕半轴轴线转动—公转。若两侧车轮阻力不同，则行星轮在作上述公转运动的同时，还绕自身轴线转动—自转。这样，两半轴齿轮带动两侧车轮能够以不同转速转动。
    行星轮的背面和差速器壳相应位置的内表面，均做成球面，保证行星轮对正中心，以利于和两个半轴齿轮正确地啮合。
    由于行星轮和半轴齿轮是锥齿轮传动，在传递转矩时，沿行星轮和半轴齿轮的轴线作用着很大的轴向力，而齿轮和差速器壳间又有相对运动。为减少齿轮和壳的磨损，在半轴齿轮和差速器壳之间，装着软钢的平垫片2;而在行星轮与差速器壳之间，装着软钢的球面垫片7。当汽车行驶一定里程垫片磨损后可换上新垫片，以提高差速器寿命。垫片通常用铜或聚甲醛塑料制成。
    差速器靠主减速器壳体中的润滑油润滑。在差速器壳体上开有窗口，供润滑油进出。为保证行星轮和十字轴轴颈之间有良好的润滑，在十字轴轴颈上铣出一段平面存油，并有时在行星轮的齿间钻有油孔。
    大部分轿车和微型车及部分轻型货车的车桥，因主减速器输出的转矩不大，故可用两个行星轮。因而行星轮轴为一根直销轴，差速器壳也不必分成左右两半，而制成整体式的，其前后两侧都开有大窗孔，以便于拆装行星轮和半轴齿轮。桑塔纳型轿车差速器即为此种结构，见图7。差速器壳7为一整体式壳体，从动锥齿轮2通过螺栓9和差速器壳体7连接，在行星轮轴5上装有两个行星轮6，通过弹性锁销10固定齿轮轴于差速器壳体中。
    两个半轴齿轮3的背面也是球面，因此，两半轴齿轮和两个行星轮背面的垫片制成一整体球形耐磨垫片1，装配于差速器壳体中。左右轴承8通过调整垫片来调整轴承预紧力和齿轮的正确啮合。
    1．锥齿轮差速器的差速原理
    差速器中各元件的运动关系—差速原理，可用图17来说明。

    对称式锥齿轮差速器为行星轮传动机构。差速器壳3与行星轮轴5形成行星架，为一整体，它又与主减速器的从动齿轮6紧固在一起，一同为主动件。设角速度为ω0，半轴齿轮1和2为从动件，各相应的角速度为ω1和ω2。A、B两点分别为行星轮4与两半轴齿轮啮合点。行星轮的中心点为C（轴心），A、B、C点到差速器旋转轴线的距离均为r。

    若行星轮只随行星架绕差速器旋转轴线（即两半轴中心线）公转，则处在同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度相等（见图17b），其值等于ω0r。即ω1 =ω2 =ω3均相等，差速器不起差速作用，两半轴角速度等于差速器壳3（即从动锥齿轮）的角速度。

    当行星轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度ω4自转（见图17c）时，啮合点A的圆周速度为ω1r=ω0r+ω0r4，啮合点B的圆周速度为ω2r = ω0r-ω4 r4。其中r4为行星轮半径，于是
                        ω1 r＋ω2 r＝（ω0 r＋ω4 r4）＋（ω0r-ω4 r4）
    即                        ω1＋ω2＝2ω1
    如果角速度以每分钟转数n表示，则：
                                      n1＋n2＝2n0
    式6-1为两半轴齿轮直径相等的对称式锥齿轮差速器的运动特性方程式。它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星轮转速无关。因此在汽车转弯行驶或其他行驶情况下，都可以借行星轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。
    由式6-1还可得知：①当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速两倍；②当差速器壳转速为零（例如用中央制动器制动传动轴时），若一侧半轴齿轮受其他外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同转速反向转动。

    2．对称式锥齿轮差速器中的转矩分配
    由主减速器传来的转矩M0，经差速器壳、行星轮轴和行星轮传给半轴齿轮。行星轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮半径也是相等的。因此，当行星轮没有自转时，总是将转矩M。平均分配给左、右两半轴齿轮，即
            M1=‑M2＝M0/2

    当两半轴齿轮以不同转速朝相同方向转动时，设左半轴转速n1大于右半轴转速n2，则行星轮将按图6-18上实线箭头n；的方向绕行星轮轴5的轴线自转，此时行星轮孔与行星轮轴轴颈间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦。行星轮所受的摩擦力矩Mr方向与其转速n4方向相反，如图18上虚线箭头所示。此摩擦力矩使行星轮分别对左右半轴齿轮附加作用了大小相等而方向相反的两个圆周力F1和F2，使传到转得快的左半轴上的转矩M1减小，而F2却使传到转得慢的右半轴上的转矩M：增加。因此，当左右驱动车轮存在转速差时，M1 = （M0-Mr ）/2， M2＝（M0+Mr）/2。其差值等于差速器的内摩擦力矩。左右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩Mr。

    为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数K和转矩比S来表征。
     
    转矩比S：较高转矩侧半轴传递转矩Mb与较低转矩侧半轴传递转矩Ms之比称为转矩比S，即：
                                      S＝Mb/Ms
    转矩比S是表征限滑能力的参数，表明两侧驱动车轮的转矩可能相差的最大倍数，其数值选择跟应用车型有关，轿车和微型、轻型货车多取1.8～3.0。
    锁紧系数K：内摩擦转矩Mr与差速器传递转矩M0（等于左右半轴传递转矩之和）之比称为锁紧系数K，即
                        S＝Mr/M0＝（Mb-Ms）／（Mb＋Ms）
    锁紧系数是表征限滑差速器限滑能力的参数，表明内摩擦转矩占差速器传递转矩的比例，其数值一般在0～1之间，具体数值选择跟应用车型有关，轿车和微型、轻型货车多取0. ～0.5，大型货车和越野汽车多取0.4～0.6。
    目前广泛使用的对称式锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小，其锁紧系数K=0.05～0. 15，转矩比S=1. 1～1.4。可以认为无论左右驱动轮转速是否相等，而转矩基本上总是平均分配的。这样的分配比例对于汽车在好路面上直线或转弯行驶时，都是满意的。
    当汽车在环路面上行驶时，这种差速器却严重影响了通过能力。例如，当汽车的一个驱动车轮接触到泥泞或冰雪路面时，此时在泥泞路面上的车轮原地滑转，而在好路面上的车轮静止不动。这是因为在泥泞路面上车轮与路面之间附着力很小，路面只能对半轴作用很小的反作用转矩，虽然另一车轮与好路面间的附着力较大，但因对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特性，使这一个车轮分配到的转矩只能与传到滑转的驱动轮上的很小的转矩相等，致使总的驱动力不足以克服行驶阻力，汽车便不能前进。

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