差速器设计
汽车在行驶过程中，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，如转弯时内侧车轮行程比外侧车轮短；左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左、右车轮间都装有轮间差速器。在多桥驱动的汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零件损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。
差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同角速度转动。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。
一、差速器结构形式选择
(一)齿轮式差速器
汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。他又可分为普通
锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器
和强制锁止式差速器等
1．普通锥齿轮式差速器
由于普通锥齿轮式差速器结
构简单、工作平稳可靠，所以广泛
应用于一般使用条件的汽车驱动
桥中。图5—19为其示意图，图中
ω0为差速器壳的角速度；ω1、ω
2分别为左、右两半轴的角速度；
To为差速器壳接受的转矩；T r为差速器的内摩擦力矩；T1、T2分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。
根据运动分析可得
ω1+ω2＝2ω0 (5—23)
显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。
根据力矩平衡可得
T0T2T1T0T1-T2{
=+= (5 - 24)
差速器性能常以锁紧系数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转矩之比，由下式确定
结合式(5—24)可得
k )
-0.5T0(1T1k )0.5T0(1T2{=+= (5 - 26)
定义快慢转半轴的转矩比k b =T2/T1,则kb 与k 之间有
k
k -+=11kb kb k +-=11kb (5 - 27) 普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为0．05～0．15，两半轴转矩比k b=1．11～
1．35，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故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。
2.摩擦片式差速器
为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮7与差速器壳1之间装上了摩擦片2(图5—20)。两根行星齿轮轴5互相垂直，轴的两端制成V 形面4与差速器壳孔上的V 形面相配，两个行星齿轮轴5的V 形面是反向安装的。每个半轴齿轮背面有压盘3和主、从动摩擦片2，主、从动摩擦片2分别经花键与差速器壳1和压盘3相连。
当传递转矩时，差速器壳通过斜面对行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线方向的轴向力，该轴向力推动行星齿轮使压盘将摩擦片压紧。当左、右半轴转速不等时，主、
从动摩擦片间产生相对滑转，从而产
生摩擦力矩。此摩擦力矩Tr ，与差
速器所传递的转矩丁。成正比，可表
示为示为
β tan z f T0Tr d f r r = (5 - 28)
式中，f r 为摩擦片平均摩擦半径；
d r 为差速器壳V 形面中点到半轴齿
轮中心线的距离；f 为摩擦因数；z
为摩擦面数；β为V 形面的半角。
摩擦片式差速器的锁紧系数k
可达0．6，b k 可达4。这种差速器结构简单，工作平稳，可明显提高汽车通过性。
3．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，使牵对于装有强制锁止式差速器的4X2型汽车，假设一驱动轮行驶在低附着系数甲min ϕ的路面上，另一驱动轮行驶在高附着系数ϕ的路面上，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t F 为
min 2min 2min 22
2ϕϕϕG G G Ft =+= (5 - 29) 式中，2G 为驱动桥上的负荷。
如果差速器完全锁住，则汽车所能发挥的最大牵引力't F 为
)(2
22`min 2min 22ϕϕϕϕ+=+=G G G t F (5 - 30)
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()min min 2/ϕϕϕ+倍，从而提高了汽车通过性。
当然，如果左、右车轮都处于低附着系数的路面，虽锁住差速器，但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。
强制锁止式差速器可充分利用原差速器结构，其结构简单，操作方便。目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。
(二)滑块凸轮式差速器
图5—21为双排径向滑块凸轮式差速器。
差速器的主动件是与差速器壳1连接在一起的套，套上有两排径向孔，滑块2装于孔中并可作径向滑动。滑块两端分别与差速器的从动元件内凸轮4和外凸轮3接触。内、外凸轮分别与左、右半轴用花键连接。当差速器传递动力时，主动套带动滑块并通过滑块带动内、外凸轮旋转，同时允许内、外凸轮转速不等。理论上凸轮形线应是阿基米德螺线，为加工简单起见，可用圆弧曲线代替。
