基于差動輪系的汽車驅動橋分析

徐美滟　石友志

摘 要：隨著差動輪系在汽車上的運用越來越多，它的優點也越來越突出。然而，很多教材此部分內容過于簡略，使教學過程和學生的學習過程中出現不同程度的迷惘和困惑。文章從差動輪系的分析入手，提供幾個教學參考。

關鍵詞：差動輪系；運動分析；驅動橋

1 差動輪系概述

差動輪系作為周轉輪系的一種，指具有兩個或兩個以上自由度的輪系，原動件可以為齒輪也可以為系桿。在前置后驅車型中，后橋作為驅動橋，有更好的動力性能。主要由主減速器、差速器、半軸、橋殼構成，其中起傳動作用的主要是主減速器和差速器。為了保證足夠的驅動力，差速器常采用對稱式錐齒輪差速器，由圓錐行星齒輪，行星齒輪軸，圓錐半軸齒輪和差速器殼等組成。差速器中的差速器殼、左半軸齒輪和右半軸齒輪，為差動輪系的三個基本構件。

作為差動輪系，它的主要優勢在于：可以實現動力的分路傳遞；采用空間嚙合齒輪傳動，充分利用此齒輪內部空間，多個行星輪來分擔載荷；其輸入和輸出在同一軸線上，使結構布置更加緊湊，在功率和傳動比相同情況下，行星減速器的體積和重量只是定軸輪系減速器的1/2～1/3。有效實現了汽車的輕量化，對前置前驅的車型更為有利。

2 驅動橋差動輪系分析

如圖1所示為汽車后橋上的差速器簡圖。發動機的動力經傳動軸帶動主減速器主動錐齒輪5，通過外嚙合把動力傳遞給固定在差速器殼上的主減速器從動錐齒輪4，齒輪5和4為定軸齒輪副傳動。主減速器從動錐齒輪4和差速器殼H通過螺栓固接在一起，齒輪2為行星輪，齒輪1為左半軸齒輪，齒輪3為右半軸齒輪。其中齒輪1、2、3和行星架H（即差速器殼）組成一個差動行星輪系。

當三個基本構件中任意兩個的轉動確定的情況下，第三個基本構件的運動才能確定。

驅動車輪在不同工況下，將主減速器傳遞來的動力，通過差速器分配給左右半軸，實現左右驅動車輪實現不同轉速作純滾動。當左半軸齒輪1和右半軸齒輪3的轉速確定時，則左、右半軸轉速之和為差速器殼H轉速的2倍。

3 差速原理驗證

約束條件：主減速器從動齒輪為左，差速器殼為右，觀察方向從左到右。左半軸簡稱為左半，左半軸齒輪簡稱為左齒，主減速器從動錐齒輪簡稱為主從，差速器殼簡稱為差殼，行星齒輪軸簡稱為行軸，行星齒輪簡稱為行齒，右半軸齒輪簡稱為右齒，右半軸簡稱為右半。觀察對象為左半、左齒、主從、差殼、行軸、行齒、右齒、右半。觀察現象：行星齒輪轉動情況為自轉和公轉，其他構件轉動情況為順轉，逆轉和不轉，三種情況之一。觀察情況為左半轉、右半轉、左鎖右轉、右鎖左轉、左右同轉、左右反轉。九行七列表格。

當nH=0時，即主減速器從動錐齒輪、差速器殼和行星齒輪軸靜止不動，觀察情況為左半轉、右半轉、左右反轉，此時方程為n1=-n3。左右車輪轉動方向相反，行星齒輪只有自轉。即當汽車頂起兩側車輪保養時，發動機處于熄火狀態，變速器處于任何檔位，由于車輪轉動阻力和差速器殼轉動阻力不同，阻力較小的容易轉動，因此車輪比較容易轉動，此時，差速器殼不動，則左右側車輪轉速相反，快慢相等。

當n1=0時，即左半軸和左半軸齒輪鎖定，觀察情況為左鎖右轉，此時方程為n3=2nH。行星齒輪既自轉又公轉。即左側車輪原地不動，右側車輪陷入泥坑，此時，左側車輪轉速為0，右側車輪轉速為差速器殼H轉速的2倍。當汽車頂起單側車輪保養時，發動機處于熄火狀態，若變速器處于空檔位置，只右側車輪頂起，則左側車輪原地不動，此時轉動右側車輪，右側車輪的轉速為差速器殼H轉速的2倍。

當n3=0時，即右半軸和右半軸齒輪鎖定，觀察情況為右鎖左轉，此時方程為n1=2nH。行星齒輪既自轉又公轉。即右側車輪原地不動，左側車輪陷入泥坑，此時，右側車輪轉速為0，左側車輪的轉速為差速器殼H轉速的2倍。當汽車頂起單側車輪保養時，發動機處于熄火狀態，若變速器處于空檔位置，只左側車輪頂起，則右側車輪原地不動，此時轉動左側車輪，左側車輪的轉速為差速器殼H轉速的2倍。

當三者相同時，為理想狀態的直線行駛，左右兩車輪滾過的距離相等，所以兩后輪的轉速也相同。此時，行星齒輪2在差速器殼驅動下，作為等臂杠桿，圍繞半軸軸線作公轉運動，帶動半軸齒輪1和3等速轉動，行星齒輪只有公轉沒有自轉。

實際行駛中，兩側車輪行駛過程中行駛阻力不同時，根據具體受力情況，差速器會適時調節左右車輪轉速，左右轉速會有差別，此時行星齒輪既有公轉又有自轉。當汽車向左轉彎時，由于右車輪的轉彎半徑比左車輪大，為了使車輪與地面間不發生滑動，以減小輪胎磨損，就要求右輪比左輪轉得快。此時，左半軸齒輪1和右半軸齒輪3要發生相對轉動。行星齒輪2除了圍繞半軸軸線作公轉，帶動半軸齒輪1和3外，還繞行星齒輪軸的軸線作自轉，調節左右半軸轉速。右轉彎也是同理。

當汽車兩側車輪陷入泥坑時，則左右車輪轉速之和為差速器殼H轉速的2倍。

驗證小結：轉動情況一致分別為：左半軸和左半軸齒輪、右半軸和右半軸齒輪、主減速器從動錐齒輪、差速器殼和行星齒輪軸。行星齒輪自轉實現左右車輪差速轉動。

參考文獻

[1]陳家瑞.汽車構造[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2]張建中.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社，2009.

作者簡介：徐美滟（1986-），湖北十堰人，2010年畢業于湖北汽車工業學院，學士學位，武漢理工大學研究生在讀，任教于武漢交通職業學院，從事汽車運用工程教學。