在本文中了解更多关于差速器和差速锁的设计、功能和应用。我希望你会喜欢它。

1为什么汽车需要差速器？2差速器的设计2.1第一步通过销和可自由旋转的杆驱动分离的轴

2.2第二步通过多个销和可自由旋转的杆驱动轴

2.3第三步——用锥齿轮替换销和杆

2.4第4步通过其他锥齿轮驱动轴

2.5第五步——锥齿轮对称布置以避免弯曲应力

3差速器的运动学4差速器作为行星齿轮箱的特例

为什么汽车需要差速器？

在汽车中，车轮通常由使用锥齿轮的发动机驱动。这允许从发动机到车轮的旋转运动偏转90。但是，如果车轮通过一个公共轴刚性连接，那么在转弯时就会出现问题。在这种情况下，外侧车轮必须比内侧车轮行驶更长的距离。然而，由于两个轮子必须同时做圆周运动，因此外侧的轮子必须比内侧的轮子转得快。

图：车削时的轴扭转

如果两个车轮由一个公共轴连接，轴会因转速不同而扭曲。这种扭曲迟早会被其中一个车轮的打滑所补偿。这种侧滑不仅会降低行驶安全性，还会导致轮胎磨损严重，长此以往，还会导致车轴断裂。

动画：转动时传动轴的扭转

动画：传动轴在旋转过程中的扭转(特写)

过弯时，外轮必须比内轮转得快！

正因如此，在早期，只有一个轮子被驱动。另一个轮子自由地安装在轴上，这样它可以以不同的速度旋转。但是，这种单向行驶导致车辆试图行驶轻微的弯道。这不仅降低了驾驶乐趣，也降低了驾驶安全性。因此，需要找到一个解决方案，同时驱动两个轮子，同时允许不同的速度：差速齿轮诞生了。

动画：微分运算

下图是一辆卡车的差速器。您可以看到小齿轮(在上面的动画中显示为黄色)和伞齿轮(在上面的动画中显示为橙色)。其他锥齿轮在外壳内，从外面看不到。

图：卡车差速器

差速器的设计

差速器的设计和工作原理乍一看并不容易理解。主要问题是如何提出这样一个齿轮安排。为了简单起见，首先理解差速齿轮概念背后的步骤是有意义的。

动画：差速器的工作原理

第一步-通过销和可自由旋转的杆驱动分离的轴

最初的想法是先把共用的传动轴分开，让每个车轮都有自己的传动轴。这确保了如果两个轮子中的一个以不同的速度旋转，轴不会扭曲。现在将两个销连接到每个单独的轴上。在这些销之间，一个可自由旋转的杠杆驱动相应的轴。

图：第一步——是通过销轴和可自由转动的杆来驱动轴。

这样，轮子就可以在一定的限度内以不同的角度转动。如果其中一个轮子慢下来，对面的轮子可以通过可旋转的杠杆移动一点。但是，不同的旋转不能太大，否则杆会滑出销，不能传递更多的力。

第2步-通过多个销和可自由旋转的杆驱动轴

对于增加但非常有限的运动，仅使用几个销，而不是仅使用一个或多个可旋转的杆。销和杆现在可以一个接一个地相互滑动。车轮驱动不再受限。一个车轮现在可以以完全不同的速度旋转，甚至静止不动，而另一个车轮可以继续被驱动。原则上，这种布置已经代表了一种全功能差速器！

图：步骤2-通过多个销和可自由旋转的杆驱动轴。

仔细观察表明，在这种差异下，减速车轮的减速程度与另一个车轮的加速程度相同。车轮一侧的速度损失由另一侧相同幅度的速度增益补偿。这个原理是基于能量守恒定律。

车轮的这种运动学行为正是转弯时所需要的。转弯时，内轮必须转得更慢，外轮必须转得更快。

差速齿轮确保在转弯时内轮旋转得更慢，而外轮旋转得更快！

第三步-用锥齿轮替换销和杆

销和杆的动力传递不是很有效。所以它们被齿轮代替，或者更准确地说，被锥齿轮代替。蓝色显示的伞齿轮围绕轮轴旋转，也称为星形齿轮。原则上，这个恒星齿轮只是行星齿轮中的一个已知行星齿轮。实际上，差速器可以看作是行星变速箱的一种特殊形式(后面会详细介绍)。

图：步骤3-用锥齿轮替换销和杆

当然，

第4步通过其他锥齿轮驱动轴

星形齿轮不是用手驱动，而是用发动机驱动。星形齿轮依次由伞齿轮装置(通常为准双曲面齿轮)驱动，伞齿轮装置由一个小齿轮(显示为黄色)和一个伞齿轮(显示为橙色)组成。星形齿轮安装在这个橙色伞齿轮上。因为橙色的锥齿轮& quot携带& quot旋转的星形齿轮，也称为行星架。

图：步骤4通过另一个锥齿轮驱动轴。

第五步——锥齿轮对称布置以避免弯曲应力

为了避免车轮驱动轴中的弯曲应力，它们通常由两个星形齿轮驱动，而不是只有一个星形齿轮。第二个星形齿轮偏移180。

图：第五步

–对称布置锥齿轮以避免弯​曲应力

下图显示，当使用两个星形齿轮时，力在水平方向上相互补偿。车轮的驱动轴然后纯粹受到扭转，而不是弯曲！

图：通过对称布置两个锥齿轮来避免弯曲应力

虽然差速齿轮为车轮提供不同的速度和不同的动力，但两个车轮上的扭矩是相同的！

差速器作为行星齿轮箱的特例

如前所述，差速器是一种特殊类型的行星齿轮箱。轮轴上的一个锥齿轮可被视为太阳齿轮，而另一个锥齿轮则在比喻意义上对应于齿圈。

图：差速器与行星齿轮的比较

在差动齿轮的情况下，固定的行星架传动比对应于当行星架固定时获得的传动比。如果其中一个轮子（“齿圈”）在这种状态下旋转，那么另一个轮子（“太阳轮”）显然以相同的速度旋转，但方向相反。因此固定载波传输比为i0=-1。

动画：差动齿轮的固定传动比

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