(四)、主动控制式限滑差速器
上述转矩式限滑差速器和转速式限滑差速器工作主要分别根据对转矩和转速差的感知实现限滑差速作用的,具有自动适应和自行调节作用。驾驶人无法进行主动控制。为此,有些车辆特别在轿车和全轮驱动轿车和越野车上,采用了主动控制式限滑差速器。它主要有两种结构形式,一是电磁主动控制式,二为电液主动控制式,分别见图27和图28。
电磁式LSD其限滑装置为常规多片摩擦式离合器,但压紧力是由电磁铁实现控制的。它可以依据工况需要,由驾驶人实现电路闭合,控制电磁力大小,改变限滑差速器内摩擦阻力矩,从而改变LSD的锁紧系数,实现实时主动控制。
电液式LSD结构也为常规的多片摩擦式离合器结构。当主、从动片分开时,限滑差速器不起作用。当行驶工况需要限滑时,驾驶人控制电磁阀,使其电控液压阀打开,油压力通过活塞,使主、从动摩擦片相互接合,实现产生内摩擦力矩,且该摩擦力矩随油压增大而增加。其限滑力矩的变化是由驾驶人主动控制油路实现的,从而实现实时主动控制,其锁紧系数也可以改变。
(五)、其他几种常用限滑差速器
汽车上也常采用一些高摩擦自锁式差速器,常用的有滑块凸轮式和涡轮涡杆式(又称托森式)限滑差速器及牙嵌自由轮式差速器。托森差速器和滑块凸轮式差速器属于转矩敏感式限滑差速器范围;而牙嵌自由轮式差速器属于转速敏感式限滑差速器之列。其中涡轮涡杆式托森差速器主要用于轿车,而滑块凸轮式和牙嵌自由轮式限滑差速器主要分别应用中、重型货车上。
(1)托森差速器的结构及工作原理托森(Torsen)差速器作为一种新型差速机构在四轮驱动轿车上得到日益广泛的使用。它利用蜗轮蜗杆传动的不可逆性原理和齿面高摩擦条件,使差速器根据其内部差动转矩(差速器的内摩擦力矩)大小而自动锁死或松开,即在差速器内差动转矩较小时起差速作用,而过大时自动将差速器锁死,有效地提高了汽车的通过性。
奥迪A4和奥迪A8(Audi Quattro)全轮驱动轿车的前、后轴间的差速器采用了这种新型的托森差速器。它在整车传动系统中的安装位置及转矩传递路线如图29所示。发动机输出的转矩经输入轴1输人变速器,经相应档位变速后,由输出轴(空心轴6)输人到托森差速器3的外壳,经托森差速器的差速作用,一部分转矩通过差速器齿轮轴8传至前桥,另一部分转矩通过驱动轴凸缘盘4传至后桥,实现前、后轴同时驱动和前、后轴转矩的自动调节。轴间托森差速器的结构如图30所示。
托森差速器由空心轴2、差速器外壳3、后轴蜗杆5、前轴蜗杆9、蜗轮轴7 (6个)和直齿圆柱齿轮6 (12个)、蜗轮8 (6个)等组成。空心轴2和差速器外壳3通过花键相连而一同转动。每个蜗轮轴7上的中间有一个蜗轮8和两端装有两个尺寸相同的直齿圆柱齿轮6。蜗轮8和直齿圆柱齿轮6通过蜗轮轴7安装在差速器外壳3上。其中三个蜗轮与前轴蜗杆9啮合,另外三个蜗轮与后轴蜗杆5相啮合。分别与前、后轴蜗杆相啮合的蜗轮8彼此通过直齿圆柱齿轮相啮合,前轴蜗杆9和驱动前桥的差速器前齿轮轴1为一体,后轴蜗杆5和驱动后桥的差速器后齿轮轴4为一体。当汽车直线行驶时,来自发动机的动力通过空心轴2传至差速器外壳3,差速器外壳3通过蜗轮轴7传到蜗轮8,再传到蜗杆。前轴蜗杆9通过差速器前齿轮轴1将动力传至前桥,后轴蜗杆5通过差速器后齿轮轴4传至后桥,从而实现前、后驱动桥的驱动牵引作用。当汽车转弯时,前、后驱动轴出现转速差,通过啮合的直齿圆柱齿轮相对转动,使一轴转速加快,另一轴转速下降,实现差速作用。托森差速器的工作过程可分为下述几种情况。如图31所示为托森差速器的差速作用。
1)当n1 = n2时,为汽车直线行驶状况(见图32a)。设差速器壳转速为n0前、后蜗杆转速分别为n1、n2。当汽车驱动时,来自发动机的动力通过空心轴2传至差速器外3,再通过蜗轮轴7传到蜗轮8(见图30)最后传到蜗杆。前、后蜗杆轴将动力分别传至前、后桥。由于两蜗杆轴转速相等,故蜗轮与蜗杆之间无相对运动,两相啮合的直齿圆柱齿轮之间亦无相对转动,差速器壳与两蜗杆轴均绕蜗杆轴线同步转动,即n1=n2-n0。其转矩平均分配。设差速器壳接受转矩为M0,前、后蜗杆轴上相应驱动转矩分别为M1, M2,则有M1 +M2=M0。
2)当n1 ≠n2时,汽车转弯或某侧车轮陷于泥泞路面时,如图32b所示。为便于分析,假设差速器壳不动,即n0 = 0,又n1>n2,在n1作用下,前轴蜗杆带动与其啮合的蜗轮转动,蜗轮两端的直齿圆柱齿轮3亦随之以转速nr转动,同时带动与其啮合的直齿圆柱齿轮4以转速nr反向转动,因齿轮4与后轴蜗杆为一体,则后轴蜗轮应带动后轴蜗杆朝相反方向转动。显然,这是不可能的,因蜗轮蜗杆传动副的传动逆效率极低。实际上,差速器壳一直在旋转,n0≠0,前、后轴蜗杆亦随之同向旋转。此时两轴之间的转速差是通过一对相啮合的圆柱齿轮的相对转动而实现的。由上述分析知,前蜗杆轴1使齿轮3转动,齿轮4随之被迫转动,并迫使后齿轮3及前轴蜗杆转速的增加。显然,只有当两轴转速差不大时才能差速。图33、图34所示为托森差速器的差速示意图。蜗轮带动轴后蜗杆转动,因其齿面之间存在很大的摩擦力,限制了齿轮4转速的增加,阻止了快转侧行星轮及快转侧半轴齿轮转速的增加。
(2)托森差速器的转矩分配原理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。其原理简述如下:设前轴蜗杆1的转速大于后轴蜗杆2(见图32b)的转速,即n1> n2,前轴蜗杆1将使前端蜗轮转动,蜗轮轴上的直齿圆柱齿轮3也将转动,带动与之啮合的后端直齿圆柱齿轮4同步转动,而与后端直齿圆柱齿轮同轴的蜗轮也将转动,则后端蜗轮带动后轴蜗杆2转动。蜗轮带动蜗杆的逆传动效率取决于蜗杆的导程角及传动副的摩擦条件。对于一定的差速器结构其导程角是一定的,故此时传动、主要由摩擦状况来决定。即取决于差速器的内摩擦力矩Mr,而Mr又取决于两端输出轴的相对转速。当n1、n2转速差比较小时,后端蜗轮带动蜗杆摩擦力亦较小,通过差速器直齿圆柱齿轮吸收两侧输出轴的转速差。当前轴蜗杆n1较高时,蜗轮驱动蜗杆的摩擦力矩也较大,差速器将抑制该车轮的空转,将输人转矩M0多分配到后端输出轴上,转矩分配为M1=(M0 -Mr)/2, M2 = (M0 +Mr)/2。当n2 = 0,前轴蜗杆空转时,由于后端蜗轮与蜗杆之间的内摩擦力矩Mr过高,使M0全部分配到后轴蜗杆上,此时,相当于差速器锁死不起差速作用。
蜗轮式差速器转矩比S=tan(β+P)/tan (β-P)其中β为蜗杆导程角,P为摩擦角。当β=P时,转矩比S→∞,差速器自锁。一般S可达5.5~9,锁紧系数K可达0.7~0.8。图35所示为托森差速器的导程角和摩擦角。选取不同的导程角可得到不同的锁紧系数,使驱动力既可来自蜗杆,也可以来自蜗轮。为减少磨损,提高使用寿命,S一般降低到3~3.5较好,这样即使在一端车轮附着条件很差的情况下,仍可以利用附着力大的另一端车轮产生足以克服行驶阻力的驱动力。
由于在转速转矩差较大时的自动锁止作用,如图36所示。通常不用作转向驱动桥的轮间差速器。托森差速器由于其结构及性能上的诸多优点,被广泛用于全轮驱动轿车的中央轴间差速器及后驱动桥的轮间差速器,如图37所示。
(六)、驱动桥锁止/防滑差速器的维修
(1)诊断信息和程序
1)诊断起点一锁止/防滑式后桥系统诊断首先从查阅“防滑差速器的说明与操作”开始。出现故障时,查阅说明与操作信息有助于确定正确的症状诊断程序。查阅说明与操作信息还有助于确定客户描述的情况是否属于正常操作。参见“症状一锁止/防滑式后桥”,以确定正确的系统诊断程序和该程序的位置。
2)症状一锁止/防滑式后桥
①查阅系统的工作原理,以熟悉系统功能。
②目视/外观检查。检查系统是否有以下情况:①紧固件松动或缺失。②可能导致故障症状的明显损坏或状况。
③检查系统操作是否正常。参见“防滑差速器的诊断”。
④症状列表。参见表7、表8中的症状诊断程序,以便对故障进行诊断:转向时防滑差速器颤振防滑。
(2)防滑差速器的诊断、操作步骤(见表7)
(3)转向时防滑差速器颤振的检查和操作(见表8)
(4)防滑差速器的维修指南
防滑差速器的拆解:所需工具(J22912-01分离式轴承拔出器;J42162 Getrag半轴齿轮压缩器)
1)用螺钉旋具和锤子通过螺栓孔从差速器壳上拆下10个齿圈螺栓和齿圈,报废齿圈螺栓,如图38所示。
2)用J22912-01和压力机拆卸左侧轴承,可能需要切开轴承保持架并拆下滚柱,才能使工具卡住轴承座圈,如图39所示。
3)用J22912-01和压力机拆卸右侧轴承。可能需要切开轴承保持架并拆下滚柱,才能使工具卡住轴承座圈。
4)利用撬点撬开两个半壳,如图40所示。重要注意事项:摩擦盘和隔片会形成特别的磨损模式。在摩擦盘和隔片的拆卸过程中,按拆卸时的顺序存放各部件。
5)从右半壳拆卸半轴齿轮和离合器盘片组,如图41所示。
6)从右半壳拆下离合器盘片组和半轴齿轮,注意离合器压盘有摩擦材料的一侧背对轮齿,如图42所示。
7)从半轴齿轮上拆下锥形垫圈。注意锥形垫圈的方向朝外,如图43所示。
8)在离合器盘片组上贴标签以标明部件的位置,如图44所示。
9)参照图45所示,用J42162和压力机稍微施加压力,以拆卸行星轮轴。
10)拆卸行星轮轴,释放压力机的压力,如图46所示。
11)拆下小齿轮和垫圈,如图47所示。
12)从左半壳拆下离合器盘片组和半轴齿轮。注意离合器压盘有摩擦材料的一侧背对轮齿。
13)从半轴齿轮上拆下锥形垫圈。注意锥形垫圈的方向朝外。
14)在离合器盘片组上贴标签以标明部件的位置。
(5)防滑差速器的清洁和检查
1) 采用经认可的溶剂清洗所有零件。
2)目视检查所有零件是否存在过度磨损或损坏,必要时更换这些零件,如图48所示。
3)检查小齿轮和半轴齿轮齿是否有如下情况:磨损、裂纹、擦伤、剥落。
4)检查止推垫圈是否磨损。
5)检查半轴齿轮和半轴的配合情况。
6)检查差速器壳是否有擦伤和裂纹。
7)检查半轴齿轮孔是否有擦伤,如果存在擦伤,更换整个差速器,并将装配好的半轴齿轮安装到左半壳内,如图49所示。
8)如果差速器壳有损坏,应更换差速器。
(6)专用工具和设备(见图50、图51、图52)