差速器工作原理

word

1/11

差速器的結構與工作原理〔圖解〕

汽車差速器是一個差速傳動機構，用來保證各驅動輪在各種運動條件下的動力傳遞，防止輪

胎與地面間打滑。

當汽車轉彎行駛時，外側車輪比內側車輪所走過的路程長(圖D－C5－5)；汽車在不平路面

上直線行駛時，兩側車輪走過的曲線長短也不相等；即使路面非常平直，但由于輪胎制造尺

寸誤差，磨損程度不同，承受的載荷不同或充氣壓力不等，各個輪胎的滾動半徑實際上不可

能相等，假如兩側車輪都固定在同一剛性轉軸上，兩輪角速度相等，如此車輪必然出現邊滾

動邊滑動的現象。差速器的作用車輪對路面的滑動不僅會加速輪胎磨損，增加汽車的動力

消耗，而且可能導致轉向和制動性能的惡化。

假如主減速器從動齒輪通過一根整軸同時帶動兩側驅動輪，如此兩側車輪只能同樣的轉速轉

動。為了保證兩側驅動輪處于純滾動狀態，就必須改用兩根半軸分別連接兩側車輪，而由主

減速器從動齒輪通過差速器分別驅動兩側半軸和車輪，使它們可用不同角速度旋轉。

這種裝在同一驅動橋兩側驅動輪之間的差速器稱為輪間差速器。

在多軸驅動汽車的各驅動橋之間，也存在類似問題。為了適應各驅動橋所處的不同路面情況，

使各驅動橋有可能具有不同的輸入角速度，可以在各驅動橋之間裝設軸間差速器。

word

2/11

布置在前驅動橋〔前驅汽車〕和后驅動橋〔后驅汽車〕的差速器，可分別稱為前差速器和后

差速器，如安裝在四驅汽車的中間傳動軸上，來調節前后輪的轉速，如此稱為中央差速器。

差速器可分為普通差速器和防滑差速器兩大類。普通差速器的結構與工作原理

目前國產轎車與其它類汽車根本都采用了對稱式錐齒輪普通差速器。

對稱式錐齒輪差速器由行星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸〔十字軸或一根直銷軸〕和差速器

殼等組成12-13〔見圖D－C5－6〕。〔從前向后看〕左半差速器殼2和右半差速器殼8用螺

栓固緊在一起。主減速器的從動齒輪7用螺栓〔或鉚釘〕固定在差速器殼右半部8的凸緣上。

十字形行星齒輪軸9安裝在差速器殼接合面處所對出的園孔內，每個軸頸上套有一個帶有滑

動軸承〔襯套〕的直齒圓錐行星齒輪6，四個行星齒輪的左右兩側各與一個直齒圓錐半軸齒

輪4相嚙合。半軸齒輪的軸頸支承在差速器殼左右相應的孔中，其內花鍵與半軸相連。與差

速器殼一起轉動〔公轉〕的行星齒輪撥動兩側的半軸齒輪轉動，當兩側車輪所受阻力不同時，

word

3/11

行星齒輪還要繞自身軸線轉動--自轉，實現對兩側車輪的差速驅動。

行星齒輪的背面和差速器殼相應位置的內外表，均做成球面，這樣作能增加行星齒輪軸孔長

度，有利于和兩個半軸齒輪正確地嚙合。

差速器的工作原理

在傳力過程中，行星齒輪和半軸齒輪這兩個錐齒輪間作用著很大的軸向力，為減少齒輪和差

速器殼之間的磨損，在半軸齒輪和行星齒輪背面分別裝有平墊片3和球面墊片5。墊片通常

用軟鋼、銅或者聚甲醛塑料制成。差速器的潤滑是和主減速器一起進展的。為了使潤滑油進

入差速器內，往往在差速器殼體上開有窗口。為保證潤滑油能順利到達行星齒輪和行星齒輪

軸軸頸之間，在行星齒輪軸軸頸上銑出一平面，并在行星齒輪的齒間鉆出徑向油孔。

在中級以下的汽車上，由于驅動車輪的轉矩不大，差速器內多用兩個行星齒輪。相應的行星

齒輪軸相為一根直銷軸，差速器殼可以制成開有大窗孔的整體式殼，通過大窗孔，可以進展

拆裝行星齒輪和半軸齒輪的操作。

差速器的工作原理圖解

一般的差速器主要是由兩個側齒輪〔通過半軸與車輪相連〕、兩個行星齒輪〔行星架與環形

齒輪連接〕、一個環形齒輪〔動力輸入軸相連〕。

word

4/11

傳動軸傳過來的動力通過主動齒輪傳遞到環齒輪上，環齒輪帶動行星齒輪軸一起旋轉，同時

帶動側齒輪轉動，從而推動驅動輪前進。

當車輛直線行駛時，左右兩個輪受到的阻力一樣，行星齒輪不自轉，把動力傳遞到兩個半軸

上，這時左右車輪轉速一樣〔相當于剛性連接〕。

word

5/11

當車輛轉彎時，左右車輪受到的阻力不一樣，行星齒輪繞著半軸轉動并同時自轉，從而吸收

阻力差，使車輪能夠與不同的速度旋轉，保證汽車順利過彎。

普通齒輪式差速器的兩個特性對稱式錐齒輪差速器中的運動特性關系式如圖D－C5－

7gif-20所示為普通對稱式錐齒輪差速器簡圖。差速器殼3作為差速器中的主動件，與主減

速器的從動齒輪6和行星齒輪軸5連成一體。半軸齒輪1和2為差速器中的從動件。行星齒

輪即可隨行星齒輪軸一起繞差速器旋轉軸線公轉，又可以繞行星齒輪軸軸線自轉。設在一段

時間內，差速器殼轉了N0圈，半軸齒輪1和2分別轉了N1圈和N2〔N0、N1和N2不一定

是整數〕圈，如此當行星齒輪只繞差速器旋轉軸線公轉而不自轉時，行星齒輪撥動半軸齒輪

1和2同步轉動，如此有：N1＝N2＝N0當行星齒輪在公轉的同時，又繞行星齒輪軸軸線自

轉時，由于行星齒輪自轉所引起一側半軸齒輪1比差速器殼多轉的圈數〔N4〕必然等于另一

側半軸齒輪2比差速器殼少轉的圈數。于是有：N1＝N0＋N4和N2＝N0－N4以上兩

種情況，N1、N2與N0之間都有以下關系式：N1＋N2＝2N0假如用角速度表示，應有：ω

1＋ω2＝2ω0其中ω1、ω2和ω0分別為左、右半軸和差速器殼的轉動角速度。上式

明確，左右兩側半軸齒輪的轉速之和等于差速器殼轉速的兩倍，這就是兩半軸齒輪直徑相等

的對稱式錐齒輪差速器的運動特性關系式。B對稱式錐齒輪差速器中的轉矩分配關系式在

以上差速器中，設輸入差速器殼的轉矩為M0，輸出給左、右兩半軸齒輪的轉矩為M1和M2。

當與差速器殼連在一起的行星齒輪軸帶動行星齒輪轉動時，行星齒輪相當于一根橫向桿，其

中點被行星齒輪軸推動，左右兩端帶動半軸齒輪轉動，作用在行星齒輪上的推動力必然平均

分配到兩個半軸齒輪之上。又因為兩個半軸齒輪半徑也是相等的。所以當行星齒輪沒有自轉

趨勢時，差速器總是將轉矩M0平均分配給左、右兩半軸齒輪，即M1＝M2＝0.5M0。當兩半

軸齒輪以不同轉速朝一樣方向轉動時，設左半軸轉速nl大于右半軸轉速n2，如此行星齒輪

將按圖D－C5－8gif-21上實線箭頭n4的方向繞行星齒輪軸軸頸5自轉，此時行星齒輪孔與

行星齒輪軸軸頸間以與行星齒輪背部與差速器殼之間都產生摩擦，半軸齒輪背部與差速器殼

word

6/11

之間也產生摩擦。這幾項摩擦綜合作用的結果，使轉得快的左半軸齒輪得到的轉矩M1減小，

設減小量為0.5Mf；而轉得慢的右半軸齒輪得到的轉矩M1增大，增大量也為0.5Mf。因此，

當左右驅動車輪存在轉速差時，M1=0.5〔M0-Mf〕M2=0.5〔M0+Mf〕

左、右車輪上的轉矩之差等于折合到半軸齒輪上總的內摩擦力矩Mf。

1,2-半軸齒輪；3-差速器殼；4-行星齒輪；5-行星齒輪軸；6-主減速器從動齒輪

圖D－C5－7差速器運動原理示意圖

1-半軸齒輪；2-半軸齒輪；3-行星齒輪軸；4-行星齒輪

圖D－C5－8差速器扭矩分配示意圖

word

7/11

差速器中折合到半軸齒輪上總的的內摩擦力矩Mf與輸入差速器殼的轉矩M0之比叫作差速器

的鎖緊系數K，即K＝Mf／M0輸出給轉得快慢不同的左右兩側半軸齒輪的轉矩可以寫成：

M1=0.5M0〔1－K〕M2=0.5M0〔1+K〕輸出到低速半軸的轉矩與輸出到高速半軸的轉矩之比

Kb可以表示為:Kb=M2/M1=(1+K)/(1-K)

鎖緊系數K可以用來衡量差速器內摩擦力矩的大小與轉矩分配特性，目前廣泛使用的對稱式

錐齒輪差速器，其內摩擦力矩很小，鎖緊系數K為0.05～0.15,輸出到兩半軸的最大轉矩

之比Kb＝1.11～1.35。因此可以認為無論左右驅動輪轉速是否相等，對稱式錐齒輪差速器

總是將轉矩近似平均分配給左右驅動輪的。這樣的轉矩分配特性對于汽車在良好路面上行駛

是完全可以的，但當汽車在壞路面行駛時，卻會嚴重影響其通過能力。

例如當汽車的一側驅動車輪駛入泥濘路面，由于附著力很小而打滑時，即使另一車輪是在好

路面上，汽車往往不能前進。這是因為對稱式錐齒輪差速器平均分配轉矩的特點，使在好路

面上車輪分配到的轉矩只能與傳到另一側打滑驅動輪上很小的轉矩相等，以致使汽車總的牽

引力不足以克制行駛阻力而不能前進。

為了提高汽車在壞路上的通過能力，可采用各種型式的抗滑差速器。抗滑差速器的共同特點

是在一側驅動輪打滑時，能使大局部甚至全部轉矩傳給不打滑的驅動輪，充分利用另一側不

打滑驅動輪的附著力而產生足夠的牽引力，使汽車繼續行駛。

抗滑差速器

為了防止車輪打滑而無法脫困的弱點，差速器鎖應用而生。

但是差速器的鎖死裝置在別離和接合時會影響汽車行駛的穩定性。而限滑差速器〔LSD〕啟

動柔和，有較好的駕駛穩定性和舒適性，不少城市SUV和四驅轎車都采用限滑〔抗滑〕差速

器。

限滑差速器主要通過摩擦片來實現動力的分配。其殼體內有多片離合器，一旦某組車輪打滑，

利用車輪差的作用，會自動把局部動力傳遞到沒有打滑的車輪，從而擺脫困境。不過在長時

間重負荷、高強度越野時，會影響它的可靠性。

word

8/11

抗滑差速器種類常用的抗滑差速器有：強制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器〔有摩擦片

式、滑塊凸輪式等結構型式〕、牙嵌式自由輪差速器和托森差速器等。下面對強制鎖止式差

速器和托森差速器的結構和工作原理作比擬簡單的介紹。

強制鎖止式差速器：

在對稱式錐齒輪差速器上設置差速鎖〔見圖D－C5－9〕。可以用電磁閥控制的氣缸操縱一

個離合機構，使一側半軸與差速器殼相接合。由該種差速器中的運動特性關系式：

ω1＋ω2＝2ω0如ω1或ω2＝ω0，如此必有ω1＝ω2，這就相當于把左右兩半軸鎖成一

體一同旋轉。這樣，當一側驅動輪打滑而牽引力過小時，從主減速器傳來的轉矩絕大局部局

部配到另一側驅動輪上，使汽車得以通過這樣的路段。

強制鎖止式差速器結構簡單，但一般要在停車時進展操縱。而且接上差速鎖時，左右車輪剛

性連接，將產生前轉向困難，輪胎磨損嚴重等問題。

word

9/11

托森差速器

托森差速器的結構如圖D－C5－10所示，該差速器由差速器殼，左、右半軸蝸桿、蝸輪軸和

蝸輪等組成。差速器殼與主減速器的被動齒輪相連。

三對蝸輪通過蝸輪軸固定在差速器殼上，分別與左、右半軸蝸桿相嚙合，每個蝸輪兩端固定

有直齒圓柱直齒輪。成對的蝸輪通過兩端相互嚙合的直齒圓柱齒輪發生聯系。差速器外殼通

過蝸輪軸帶動蝸輪繞差速器半軸軸線轉動，蝸輪再帶動半軸蝸桿轉動。

托森差速器工作原理

當汽車轉向時，左、右半軸蝸桿出現轉速差，通過成對蝸輪兩端相互嚙合的直齒圓柱齒輪相

對轉動，使一側半軸蝸桿轉速加快，另一側半軸蝸桿轉速下降，實現差速作用。轉速比差速

器殼快的半軸蝸桿受到三個蝸輪給予的與轉動方向相反的附加轉矩，轉速比差速器殼慢的半

軸蝸桿受到另外三個蝸輪給予的與轉動方向一樣的附加轉矩，從而使轉速低的半軸蝸桿比轉

速高的半軸蝸桿得到的驅動轉矩大，即當一側驅動輪打滑時，附著力大的驅動輪比附著力小

的驅動輪得到的驅動轉矩大。

托森差速器又稱蝸輪－蝸桿式差速器，其鎖緊系數K為0.56,輸出到兩半軸的最大轉矩之

比Kb＝3.5。

托森差速器內部為蝸輪蝸桿行星齒輪結構。托森差速器一般在四驅汽車上作為中央差速用。

word

10/11

它的工作是純機械的而無需任何電子系統介入，根本原理是利用蝸輪蝸桿的單向傳動〔運動

只能從蝸桿傳遞到蝸輪，反之發生自鎖〕特性，因此比電子液壓控制的中央差速系統能更與

時可靠地調節前后扭矩分配。

如圖奧迪A4Quattro四驅系統中，托森中央差速器〔Torn〕在不同路況時對前后輪的動

力分配圖

word

11/11