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汽车发动机的动力经离合器、变速器、传动轴,最后传送到驱动桥再左右分配给半轴驱动车轮,在这条中央差速器动力传送途径上,驱动桥是最后一个总成,它的主要部件是减速器和差速器。
中央差速器的种类主要有普通式中央差速器、多片离合器式中央差速器、 托森式中央差速器、 粘性联轴节式中央差速器。
普通式中央差速器就(open differential)就是采用普通对称圆锥齿轮结构、可以在汽车转弯时正常工作的差速器,在其行星齿轮组没有设置任何锁止装置。假如一辆四驱车配备了前中后三个开放式差速器,那么如果其中一个轮子打滑,那么这个车的全部动力都会浪费在这个车轮上,而其余三个车轮则无法到的动力。在越野车领域,开放式差速器会影响非铺装路面的脱困性。
优点:没有特别的优点,因为差速是汽车正常行驶的必备条件。
缺点:在越野车领域,开放式差速器会影响非铺装路面的脱困性。
多片离合器式差速器依靠湿式多片离合器产生差动转矩。这种系统多用作适时四驱系统的中央差速器使用。其内部有两组摩擦盘,一组为主动盘,一组为从动盘。主动盘与前轴连接,从动盘与后轴连接。两组盘片被浸泡在专用油中,二者的结合和分离依靠电子系统控制,基本结构如图1所示。
在直线行驶时,其前后轴的转速相同,主动盘与从动盘之间没有转速差,此时盘片分离,车辆基本处于前驱或后驱状态,可达到节省燃油的目的。在转弯过程中,前后轴出现转速差,主、从动盘片之间也产生转速差。但由于转速差没有达到电子系统预设的要求,因而两组盘片依然处于分离状态,此时车辆转向不受影响。
当前后轴的转速差超过一定限度,例如前轮开始打滑,电控系统会控制液压机构将多片离合器压紧,此时主动盘与从动盘开始发生接触,类似离合器的结合,扭矩从主动盘传递到从动盘上从而实现四驱。多片摩擦式限滑差速器的接通条件和扭矩分配比例由电子系统控制,反应速度快,部分车型还具备手动控制的"LOCK"功能,即主、从动盘片可保持全时结合状态,功能接近专业越野车的四驱锁止状态。但摩擦片最多只能传递50%的扭矩给后轮,并且高强度的使用会时摩擦片过热而失效。
优点:反映速度很快,可瞬间结合;多数车型都是电控结合,无需手动控制。
缺点:最多只能将50%的动力传递给后轮,高负荷工作时容易过热。
托森中央差速器(Torsen differential)的核心是蜗轮、蜗杆传动系统,如图2所示。正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能,这一特性限制了滑动。在在弯道正常行驶时,前、后差速器的作用是传统差速器,蜗杆齿轮不影响半轴输出速度的不同,如车向左转时,右侧车轮比差速器快,而左侧速度低,左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。此时蜗轮蜗杆并没有锁止,因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。而当一侧车轮打滑时,蜗轮蜗杆组件发挥作用,通过托森差速器或液压式多盘离合器,极为迅速地自动调整动力分配。
简单地说,托森差速器就是一个全自动纯机械差速器,即不需要人为控制+100%可靠的+传动直接的限滑差速器,从某个角度来说是一种很均衡的设计。
优点:能够在瞬间对驱动轮之间出现的阻力差提供反馈,分配扭矩输出,而且锁止特性是线性的,能够在一个相对宽泛的扭矩输出范围内进行调节。
缺点:没有两驱状态;差速器限滑能力有限,动力无法完全传递到有某一车轮。
粘性联轴节的工作原理,有点类似于多片离合器。在输入轴上装有许多内板,插在输出轴壳体内的许多外板当中,并充入高粘度的硅油,如图3所示。输入轴与前置发动机上的变速分动装置相连,输出轴与后驱动桥相连。 在正常行驶时,前后车轮没有转速差,粘性联轴节不起作用,动力不分配给后轮,汽车仍然相当于一辆前轮驱动汽车。
当汽车前后车轮出现较大的转速差。粘性联轴节的内、外板之间的硅油受到搅动开始受热膨胀,产生极大的粘性阻力,阻止内外板间的相对运动,产生了较大的扭矩。这样,就自动地把动力传送给后轮,汽车就转变成全轮驱动汽车。
优点:尺寸紧凑、结构简单、生产成本低。
缺点:缺点是反应速度慢,扭矩分配比例小,结合和分离不可手动控制,高负荷工作时因为过热可能会失效。
四轮驱动车在锁止中央差速器处于分时四驱状态时,在干燥路面行驶车辆会倾向于直行,因左右车轮此时均具有大的附着力,从而使转弯过程中左右车轮行驶路程不同产生转速差,通过前后桥上的差速器将这个转速差传入前后传动轴,此时前后传动轴因没有中央差速器将这个转速差化解掉,这个差力将限制车轮随地面转动,从而引起转向困难,如车速过快时易引起翻车。而在湿滑路面上,由于车轮可以在地面滑动将这个转速差力释放掉,便不会出现转向困难。所以分时四驱只适合在附着力小的沙地、雪地或泥地等路面上使用,如在干燥路面上使用,只能进行直线行驶。
上面说到分时四驱在公路上的危险性,如果我们在分时四驱状态下进一步锁止了前后桥的差速器,那么车辆在公路上实现转向几乎不可能。在正常行驶过程中前后桥差速器的突然锁止,将极易引起车辆的颠覆。
锁止中央差速器和前后桥差速器后,发动机的动力很可能会从打滑的车轮上集中到仍有附着力的车轮,但是,车辆传动系的设计是让引擎的扭矩平分给四个车轮,假如只有一、两车轮有附着力,它们获得的扭矩将可能超过传动系所能承受的范围。举例来讲,一辆挂入分时四驱并锁止前后桥差速器的越野车,三个轮子因为地面的泥泞而失去附着力,那么这时发动机100%的动力便加在有附着力车轮的那根半轴上,如果附着力和车辆行驶阻力都很大时,发动机的巨大扭力将足以扭断这个车轮相关的半轴。所以在使用差速器锁时,对车辆的控制将变得非常重要。
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(尤其是驱动车轮)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体轴同时带动两侧驱动轮,则两轮角速度只能是相等的。为使两侧驱动轮必要时能以不同角速度转动,保证车轮纯滚动状态,必须将驱动两侧车轮的整体轴断开(即为半轴)。能使同一桥两侧车轮以不同角速度转动的装置,称为差速器。这种差速器又称为轮间差速器。
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时的类似现象。为使各驱动桥有可能具有不同的输入角速度,以消除各桥驱动轮的滑动现象,可以在各驱动桥之间装设中央差速器(轴间差速器)。
汽车差速器是驱动桥的主件。它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时,允许两边半轴以不同的转速旋转,满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶,减少轮胎与地面的摩擦。
普通差速器,虽然可以允许左右车轮以不同速度转动,但当其中一个车轮空转时,另一个在良好路面上的车轮也得不到扭矩,汽车就失去了行驶的动力。在这种情况下,还不如没有差速器更好。这样两个车轮连在一起,动力至少...
重型车轴间差速器承推垫圈应力分析
针对重型车轴间差速器承推垫圈的应力分析问题,计算了行星轮系啮合传动所产生的轴向力。在此基础上,将其简化为一个轴对称接触问题,采用有限元分析软件Abaqus对其进行了有限元建模和计算,得到承推垫圈所受应力;将理论计算与有限元计算得到的应力结果进行对比,验证了有限元结果的正确性。
八钢中厚板粗轧机差速器的改造设计
针对八钢4200mm/3500mm中厚板粗轧机主压下同步差速器运行存在的问题进行了分析。采用板材轧机压下装置同步技术对厚板轧机主压下同步差速器进行改造,实现同步差速离合联轴器高效、平稳、安全运行。
不同的差速器,所采用的锁止方式是不同的,现在常见的差速器锁,大致有以下几种锁止方式:强制锁止式、高摩擦自锁式、牙嵌式、托森式和粘性耦合式。其中牙嵌式常用于中重型货车,在此就不作详述了。
托森差速器又称蜗轮-蜗杆式差速器,转矩敏感式差速器(torque-sensing differential),根据在汽车中应用部位的不同,可分为中央差速器和轮间差速器两种。
托森中央差速器(轴间差速器)的结构如图1所示,由差速器壳、蜗轮轴(6个)、前轴蜗杆、后轴蜗杆、和直齿圆柱齿轮(12个)、蜗轮(6个)等组成。
空心轴和差速器外壳通过花键相连而一同转动。每个蜗轮轴上的中间有一个蜗轮和两个尺寸相同的直齿圆柱齿轮。蜗轮和直齿圆柱齿轮通过蜗轮轴安装在差速器外壳上。其中三个蜗轮与前轴蜗杆啮合,另外三个蜗轮与后轴的蜗杆相啮合。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,前轴蜗杆和驱动前桥的差速器前齿轮轴为一体,后轴蜗杆和驱动后桥的差速器后齿轮轴为一体。
托森轮间差速器的结构如图2所示,托森轮间差速器与托森中央差速器的区别仅在于前者的输入转矩是经主减速器从动齿轮直接传给差速器壳体,而不需要托森轴间差速器所具有的空心驱动轴,除此以外,其它结构完全相同。
每个蜗轮-齿轮轴的中间有一个蜗轮,其两侧各有1个尺寸完全相同的直齿圆柱齿轮,而蜗轮-齿轮轴则安装在差速器壳体上。左半轴蜗杆与左边3个蜗轮相啮合,右边3个蜗轮与右半轴蜗杆相啮合,而与左、右半轴蜗杆相啮合的成对的蜗轮彼此之间则通过其两侧相互啮合的圆柱齿轮发生联系。左半轴蜗杆与左半轴为一体,右半轴蜗杆与右半轴为一体。差速器壳与主减速器从动齿轮盘相联,是差速器的动力输入元件。差速器壳又带动蜗轮-齿轮轴及蜗轮绕半轴蜗杆转动,实现动力从差速器壳体到蜗杆轴进而到车轮的传递。
【机械cax360第368期】精彩的机械动图,了解奇妙机械的工作原理。有些图是老图了,但它展示给我们却是经典的机械原理知识。
01 差速锁
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中央差速器锁是安装在中央差速器上的一种锁止机构,用于四轮驱动车。其作用是为了提高汽车在坏路面上的通过能力,即当汽车的一个驱动桥空转时,能迅速锁死差速器,使两驱动桥变为刚性联接。这样就可以把大部分的扭矩甚至全部扭矩传给不滑转的驱动桥,充分利用它的附着力而产生足够牵引力,使汽车能够继续行驶。
02 加特林机枪
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加特林机枪是一种手动型多管旋转机关枪。是由美国人理查·乔登·加特林在1860年设计而成的,是在世界范围内大规模第一支实用化的机枪。加特林机枪是机械式的,最初枪管转动需要由人力转动摇把,后来改进为由电动机来完成。其优点是射速高,威力大,而且枪管可加速冷却,主要缺点是体积、质量大,消耗能量多。
03 蜗轮蜗杆减速机
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蜗轮蜗杆减速机是一种动力传达机构,利用齿轮的速度转换器,将电机(马达)的回转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的机构。
作用:(1)降速同时提高输出扭矩,扭矩输出比例按电机输出乘减速比,但要注意不能超出减速机额定扭矩。(2)减速同时降低了负载的惯量,惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。
04 V型发动机
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V型发动机就是将所有汽缸分成两组,把相邻汽缸以一定夹角布置一起,使两组汽缸形成有一个夹角的平面,从侧面看汽缸呈V字形的发动机。V型发动机便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率并且适合于较高的汽缸数,目前国产的中高档车型中,不少采用V型6缸发动机,比如君威,帕萨特及奥迪A6等等。
05 双缸发动机
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双缸发动机,是指有两个气缸的发动机,它是由两个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器,比如汽油发动机,航空发动机。发动机总的主要部分就是气缸,这里就是整个汽车的动力源泉。双缸发动机多用于轿车的发动机、摩托车、油锯和其他小功率动力机械中。
06 圆柱凸轮机构
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圆柱凸轮机构是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件,它可以看做是将移动凸轮卷成圆柱体演化而成的。
07 槽型传动机构
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槽型传动机构由槽型零件和圆柱销组成的单向间歇运动机构,它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。
08 转子发动机
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转子发动机是依靠混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力,转子发动机的膨胀压力作用在转子的侧面, 从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心。转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。
09 曲线齿锥齿传动
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曲线齿锥齿轮传动又称螺旋锥齿轮传动,具有斜齿渐进接触的啮合特点,且重合度较大,故传动平稳,噪声小,承载能力强;最少齿数可到5,因而可获得较大的传动比(可达10)和较小的机构尺寸。
但是加工曲线齿圆锥齿轮的机床比较复杂。曲线齿圆锥齿轮传动通常用于vm>5米/秒的场合,用经过磨齿的齿轮,vm可大于40米/秒。这种传动应用广泛,尤其是高速重载的场合如汽车、机床的差速齿轮。
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