四、限滑差速器
    （一）、限滑差速器的分类
    普通圆锥行星轮式差速器的结构特点，决定了其只能在驱动轮间平均分配驱动转矩，而无法实现按需分配，这在很大程度上影响了汽车的通过性，特别是在附着系数较低或者附着条件不均匀路面上行驶时，将严重影响汽车行驶安全性、稳定性和动力性。为解决这一问题，限滑差速器（英文名称Limited slip differential，简称LSD）被开发和应用，最早在赛车上使用，随后在轿车、越野汽车、货车上也逐渐开始得到广泛应用。
    根据其工作原理，目前主要使用的限滑差速器可以分为三大类：转矩敏感式、转速敏感式和主动控制式。
    1．转矩敏感式限滑差速器
    转矩敏感式限滑差速器，简称转矩式限滑差速器，是指差速器的限滑转矩主要与差速器壳的输入转矩密切相关联的限滑差速器。一般此类差速器的限滑转矩与差速器壳输人转矩成递增函数关系，即随着差速器壳输人转矩的增加，其限滑转矩也将增大。
    2．转速敏感式限滑差速器
    转速敏感式限滑差速器，简称转速式限滑差速器，是指差速器的限滑转矩主要与差速器左右半轴的转速差密切相关联的限滑差速器。一般此类差速器的限滑转矩与差速器左右半轴的转速差成递增函数关系，即随着差速器左右半轴的转速差的增加，其限滑转矩也将增大。
    3．主动控制式
    主动控制式是指通过电子装置或电液控制装置来实现限滑的限滑差速器，能使两侧驱动轮实时获得更好的驱动附着效果。
    转速式限滑差速器一般是借助于液体的黏摩擦特性（如黏性式、Gerodise式）或是特殊齿形（如NO-SPIN式）来实现对差动速度的感知。转矩式限滑差速器具有性能优越、价格适中等优点而获得市场的青睐，成为商用车限滑差速器的主导产品。但随着科技发展和电子技术的突破，主动控制式限滑差速器将有良好的发展空间。

    （二）、转矩式限滑差速器
    转矩式限滑差速器的种类有多种，按其结构主要可以分为锥盘式、轮齿式、摩擦片式三种，下面对目前几种主流转矩式限滑差速器的结构性能与工作原理进行介绍和分析。
      1．锥盘式
    .Auburn Gear公司生产的锥盘限滑差速器广泛应用于通用、福特、克莱斯勒等各大汽车公司的多款车型中，如图19所示。

      当左右半轴无转速差时，转矩是经过两条传递路线传给半轴的，一条路线是由差速器壳通过行星轮轴、行星轮、半轴齿轮等传给半轴及驱动车轮，这与普通锥齿轮差速器的转矩传动路径相同；另一条路线由差速器壳传给在驱动转矩作用下被弹簧压紧的锥盘与半轴齿轮总成，然后经左右半轴传给驱动车轮。由此可见，此时传递转矩能力要比普通差速器的要大。
    当左右半轴产生转速差时，差速器壳的转速与左右半轴齿轮的转速将不相等，由于此时锥盘和半轴齿轮总成被压向差速器壳，故在左右两侧的锥盘与差速器之间必将分别产生一个转动摩擦力矩，其大小与摩擦系数及压紧力有关，其方向则与差速器壳与左右两侧半轴的相对转速有关。容易知道，快转侧的摩擦力矩与旋转方向相反，而慢转侧的摩擦力矩与旋转方向相同，这就实现了对快转车轮的限滑作用。
    2．轮齿式
    利用不同轮齿的特性来实现限滑，也是转矩式限滑差速器广泛采用的一种结构，较常见的轮齿形式有蜗轮式、螺旋齿式、直齿式等。最为人们熟悉的是True Trac限滑差速器和托森式限滑差速器。
    目前，用得较多的轮齿式限滑差速器是TracTech公司生产的TrueTrac限滑差速器，其结构如图20所示。当左右半轴无转速差时，左、右半轴转速与差速器壳转速均相等，此时左右行星轮和相应的半轴齿轮之间无相对转动，差速器、左右半轴如同整体在一起转动，此时从差速器壳上分配到左右半轴上的转矩是等分的。

    当左右半轴产生转速差时，左右行星轮产生相对转动，且快转侧的旋转方向与相应侧半轴齿轮加快旋转相符合，而慢转侧的旋转方向与相应侧半轴齿轮减慢旋转相符合。即左右半轴齿轮的转速差是通过左右行星轮之间的相对转动来实现的。

    由上述分析可知，快转侧半轴齿轮使快转侧的行星轮转动，从而迫使慢转侧行星轮带动慢转侧半轴齿轮转动，由子螺旋齿传动的特点，此时会在齿面间产生很大的摩擦力．，限制了慢转侧行星轮转速的增加，也就阻止了快转侧行星轮及快转侧半轴齿轮转速的增加，这就实现了对快转侧驱动车轮的限滑作用。
    3.摩擦片式
    摩擦片式限滑差速器是转矩式限滑差速器中所占比例最高的一种，它不仅最早被开发为产品，而且也是应用最为广泛的。
    （1） SureTrac式TracTech公司生产的SureTrac式限滑差速器是最为典型的摩擦片式差
速器。SureTrac式限滑差速器按其内部结构的不同又分为GA型和GS型两种。
    （2）摩擦片自锁差速器摩擦片自锁限滑差速器是在对称式锥齿轮差速器的基础上发展而成的（见图6-21）。为增加差速器内摩擦力矩，在半轴齿轮与差速器壳1之间装有摩擦片组2。十字轴由两根互相垂直的行星轮轴组成，其端部均切出凸V形斜面6，相应地差速器壳孔上也有凹V形斜面，两根行星轮轴的V形面是反向安装的。每个半轴齿轮的背面有推力压盘3和主、从动摩擦片组2a主从动摩擦片组2由弹簧钢片7和若干间隔排列的主动摩擦片8及从动摩擦片9组成，见图21。主、从动摩擦片上均加工出许多油槽（两面均有），但主、从动摩擦片上油槽（线）形状是不一样的，以利于增大摩擦、减小噪声和有利润滑。推力压盘以内花键与半轴相连，而且轴颈处用外花键与从动摩擦片连接。主动摩擦片则用花键与差速器壳1内键槽相配。推力压盘和主、从动摩擦片均可做微小的轴向移动。

    当汽车直线行驶，两半轴无转速差时，转矩平均分配给两半轴，由于差速器壳通过斜面对行星轮轴两端压紧，斜面上产生的轴向力迫使两行星轮轴分别向左、右方向（向外）轻微移动，通过行星轮使推力压盘压紧摩擦片。此时转矩经两条路线传给半轴：一路由差速器壳经行星轮轴、行星轮和半轴齿轮将大部分转矩传给半轴；另一路则由差速器壳经主、从动摩擦片、推力压盘传给半轴。
    当汽车转弯或一侧车轮在路面上滑转时，行星轮自转，起差速作用，左、右半轴齿轮的转速不等。由于转速差的存在和轴向力的作用，主、从动摩擦片间在滑转的同时产生摩擦力矩。其数值大小与差速器传递的转矩和摩擦片数量成正比。而摩擦力矩的方向与快转半轴的旋转方向相反，与慢转半轴的旋转方向相同。较大数值内摩擦力矩作用的结果，使慢转半轴传递的转矩明显增加。
    摩擦片式差速器结构简单，工作平稳，锁紧系数K可达0.6～0.7或更高。常用于轿车和轻型汽车上。图22为凯迪拉克汽车3.6摩擦片式限滑差速式。

    （三）、转速敏感式限滑差速器
    转速敏感式限滑差速作用取决于两轮转速之差，往往利用液体的黏性摩擦特性，即硅油的黏性摩擦特性感知速度差，实现差速器的限滑作用。黏性式限滑差速器即为典型的转速敏感式限滑差速器。该限滑差速器在四轮驱动轿车上得到了广泛应用。
    目前，有些四轮驱动的轿车上还采用了黏性联轴器（简称vC）作为轴间差速器。高尔夫一辛克罗（Golf Syncro ）型轿车的前后驱动轴间，即采用了这种黏性联轴器。
    1. 黏性联轴器的结构及工作原理
    黏性联轴器的结构如图23所示。它是由壳体4、传动轴1、5和交替排列的内叶片（花键轴传力片）3、外叶片（壳体传力片）6及隔环构成。内叶片通过内花键与后传动轴5上的外花键连接，外叶片通过外花键与壳体4上的内花键连接，外叶片之间置有隔环，以限制外叶片的轴向移动。隔环厚度决定内、外叶片间的间隙。内、外叶片上还加工有孔和槽，以利硅油的流动。黏性联轴器的密封空间内，注满高薪度的硅油。前传动轴1通过螺栓与壳体4连接，并与外叶片一起组成主动部分。内叶片3与后传动轴5组成从动部分，主、从动部分靠硅油的黏性来传递转矩，从而实现前、后轴间差速作用和转矩重新分配。

    端盖压配合在外壳上，并用O形圈密封。内叶片的两端由滚子轴承支承，轴端用两个橡胶密封件密封。
    黏性联轴器传递转矩的工作介质硅油具有黏度稳定性好、抗剪切性强以及抗氧化、低挥发和闪点高的特性。当内外叶片有转速差并传递转矩时，硅油温度上升，产生热膨胀，黏性联轴器内部压力升高。其最高温度可达200℃，内压可达100kPa。为了解决由于热膨胀引起的内压力增高，在壳体内封人了10％～20％的空气。硅油本身还具有高爬行性能，即使黏性联轴器内无压力时，硅油也会从油封处极小间隙渗出壳体，造成漏损。为此，常将油封在轴上保持较大的压力。
    黏性联轴（差速）器，很像一个密封在壳体中的多片离合器，而外叶片间隙一定时，它是利用油膜剪切传递动力的传动装置。也有一种不具有隔环的黏性联轴器，依靠壳体内温度升高，内压增大迫使叶片轴向移动，以减小内外叶片之间的间隙，也就是用改变油膜的厚度来调节转矩。当主、从动轴（内外叶片）间转速差大时，即会出现上述现象，故它有自适应作用。
    黏性联轴器传递的转矩与硅油密度、黏度、主从动轴转速差、内外叶片数和半径等成正比，与内外叶片间的间隙成反比。当输人轴与输出轴的转速差越大，由输人轴传递到转速低的输，出轴的转矩就越大。

    2. 黏性联轴器的驼峰现象
    黏性联轴器在正常工作时，因黏性联轴器外叶片固定在壳体上，内叶片可沿内轴上的花键滑动，由于两叶片间置有隔环，使内叶片和两侧外叶片之间都保留一定间隙。当一侧车轮空转打滑时，黏性联轴器在限制车轮空转过程中，吸收了发动机一部分能量使温度升高。如果限制空转时间过长，会使温度上升很高。黏性联轴器里占总体积80%～90％的硅油会随着温度快速上升，其体积不断膨胀，迫使黏性联轴器内的空气所占体积趋于零，壳体内压力急剧上升，推动内叶片沿花键滑动，使内叶片紧紧地压在外叶片上，利用内外叶片之间的金属摩擦，把黏性联轴器两端驱动轮直接连接成一体，即黏性联轴器锁死。此即为驼峰现象。驼峰现象发生后，因黏性联轴器传递的转矩一下子骤增，可使车辆很容易脱离抛锚地。即驼峰现象在车轮打滑时刻，可使差速器自动锁死。
    此外，驼峰现象也是黏性联轴器的自我保护现象。在温度急剧上升的过程中，黏性联轴器继续工作下去是很危险的，而就在此刻，自动地把黏性联轴器两端驱动轮连接到一起，同黏性联轴器成一体转动，停止了搅动硅油输出转矩的工作过程。因而它不再吸收能量，温度逐渐下降，直到充分冷却之后，驼峰现象才会消失。重新恢复依靠黏性阻力传递转矩的工作状态。
    黏性联轴器实质就是黏性联轴差速器，过去主要应用于前后桥之间做轴间差速器。由于其转矩传递柔和平稳，差速响应特性好，目前日本一些轿车厂家还把它推广应用到驱动桥的轮间差速机构中，作为轮间的限（防）滑差速器（LSD），使全轮驱动的轿车的性能有大幅度地提高。黏性联轴差速器在4WD越野汽车上的布置情况，如图24所示。

    3．两种黏性限滑差速器
图25和图26分别为两种不同结构形式的黏性转速敏感式限滑差速器。
图25中VCU布置在轴与轴之间，实现左、右两侧车轮的限滑作用。

图26中VCU发生在轴和壳体之间黏性摩擦特性，实现左、右两侧车轮限滑作用。

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