盛陽(yáng)

摘 要：家用汽車與它的四個(gè)輪子作為一個(gè)整體，在沒有打滑的情況下，彼此之間是遵守“同動(dòng)”效應(yīng)的，四輪之間的差異只在于運(yùn)動(dòng)快慢，即變化的轉(zhuǎn)速比。差速器提供的不限制的轉(zhuǎn)速差遠(yuǎn)超正常行駛需要，帶來了汽車驅(qū)動(dòng)輪單側(cè)空轉(zhuǎn)的弊端并無解。為了解決此種弊端，差速鎖直接鎖死差速器幫助車子脫困。差速鎖不去解決差速器多余轉(zhuǎn)速差，而是關(guān)閉差速器消除全部轉(zhuǎn)速差，原理上就走錯(cuò)了方向，這使得它無論采取怎樣的工作方式，都很難達(dá)到一個(gè)理想的效果。而半開放式差速器，在差速器基礎(chǔ)上砍掉多余的轉(zhuǎn)速比，原理上這才是正確的方向。

關(guān)鍵詞：同動(dòng) 轉(zhuǎn)速比 轉(zhuǎn)速差 自轉(zhuǎn) 公轉(zhuǎn)

Discussion on the Principle and Structural Advantages of Semi-open Differential

Sheng Yang

Abstract：The family car and its four wheels as a whole， in the absence of skidding， follow the "simultaneous motion" effect. The difference between the four wheels is only in the speed of movement， that is， the changing speed ratio. The unrestricted speed difference provided by the differential far exceeds the requirements of normal driving， and the disadvantage of the single-sided idling of the driving wheel of the car is not solved. To solve this drawback， the differential lock directly locks the differential to help the car get out of trouble. The differential lock does not solve the extra speed difference of the differential， but closes the differential to eliminate all the speed differences. In principle， the car goes in the wrong direction. This makes it difficult to achieve an ideal effect no matter what working method adopted. The semi-open differential cuts off the excess speed ratio on the basis of the differential， which ， in principle， is right.

Key words：simultaneous motion， speed ratio， speed difference， rotation， revolution

差速器作為汽車傳動(dòng)的重要部件，其創(chuàng)新性在于驅(qū)動(dòng)軸并不直接嚙合車輪軸齒輪，而是先直驅(qū)一個(gè)行星輪盤，再由行星輪盤內(nèi)部同步公轉(zhuǎn)的行星輪嚙合左右車輪的半軸齒輪。行星輪公轉(zhuǎn)從動(dòng)于行星輪盤，而自轉(zhuǎn)卻從動(dòng)于兩側(cè)半軸齒輪，將力矩平均分配給兩個(gè)車輪的同時(shí)允許車輪有自由的轉(zhuǎn)速差。這種結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點(diǎn)是無論轉(zhuǎn)彎還是路面凹凸不平，兩個(gè)車輪都能精準(zhǔn)的匹配路面，同時(shí)又能提供提供均等的推力，是最優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。但是一旦某個(gè)車輪懸空或者打滑，均等推力的特性使得另一個(gè)車輪也無法提供推力，來自驅(qū)動(dòng)軸的全部功率都用在給空轉(zhuǎn)輪加速上。差速器自由的轉(zhuǎn)速差不受限制，必然自帶這種情況，多余的轉(zhuǎn)速比遠(yuǎn)超行駛需求。目前解決這種弊端的主流方法就是使用差速鎖，它的原理是將行星輪盤繞過行星齒輪直接與車輪軸同步連接，屏蔽差速器消除全部轉(zhuǎn)速差。但實(shí)際狀況是：車輪既不需要無限自由的轉(zhuǎn)速差，又不能沒有轉(zhuǎn)速差。車輪需要的，只是一個(gè)合理的轉(zhuǎn)速比，一個(gè)滿足各種路況的轉(zhuǎn)速比即可（參見上一期《半開放式差速器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及實(shí)踐應(yīng)用探討》中的內(nèi)容）。面對(duì)差速器多余的轉(zhuǎn)速比，差速鎖選擇了直接關(guān)閉差速器。這種一刀切的方式必然帶來一系列弊端，否則為什么發(fā)明差速器？差速鎖原理方向上就錯(cuò)了，無論采用什么樣的方式都很難達(dá)到理想的效果。下面我們就從結(jié)構(gòu)上分析差速鎖的原理及結(jié)構(gòu)上的缺陷。

根據(jù)差速器圖片結(jié)構(gòu)，我們可以得知正常行駛時(shí)車輪之間本身就有轉(zhuǎn)速差，車輪軸本身就很少與行星輪盤同步。當(dāng)打滑空轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)兩車輪轉(zhuǎn)速比超出正常范圍，車輪與行星輪盤轉(zhuǎn)速差特別大。以下為幾種主要差速鎖：

（1）電控與手控差速鎖的工作原理是將車輪軸與行星輪盤在轉(zhuǎn)速差異巨大的狀況下同步。倘若結(jié)構(gòu)上使用牙嵌剛性同步的方式，為避免剛性沖擊就必須切斷動(dòng)力機(jī)構(gòu)停轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行，整車停滯;如果采用摩擦片柔性黏合同步的方式，必然導(dǎo)需要一定時(shí)間，而且經(jīng)變速箱減速到達(dá)差速器的扭矩，已經(jīng)放大很多倍了，結(jié)構(gòu)位置也對(duì)直徑有苛刻要求，所以黏合同步過程難度及完成時(shí)間遠(yuǎn)超變速箱之前的離合器，并伴隨生熱嚴(yán)重，使用壽命很短，而且是近些年才勉強(qiáng)做到徹底黏合同步，是傳統(tǒng)限滑差速器的加強(qiáng)版。這兩種工作方式的差速鎖駛出打滑空轉(zhuǎn)路段后因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)速差，脫困過程中也會(huì)造成側(cè)滑，脫困后也會(huì)造成車輛行駛不穩(wěn)定。而從差速器結(jié)構(gòu)上看，驅(qū)動(dòng)軸與行星輪盤本身就有巨大的減速比，所驅(qū)動(dòng)軸上的扭矩就要小很多，將前后差速器通過驅(qū)動(dòng)軸同步就要容易很多。這也是為什么市面上很多四驅(qū)車輛使用適時(shí)四驅(qū)的中央限滑差速器。

（2）伊頓差速鎖工作原理是將行星輪盤與車輪軸轉(zhuǎn)速差大小轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的離心力，大到預(yù)定值時(shí)一個(gè)鉤子自動(dòng)開啟同時(shí)勾住兩個(gè)半軸齒輪，雖然可以做到自動(dòng)松鎖，但是開啟方式?jīng)Q定必須達(dá)到一定轉(zhuǎn)速差，所以避免不了劇烈的剛性沖擊，承受扭矩也有限。

（3）電子差速鎖是通過將打滑空轉(zhuǎn)的車輪制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)功率向其他車輪流動(dòng)，但是電子剎車盤提供的制動(dòng)力難以與摩擦力瞬息萬(wàn)變的路面相匹配，經(jīng)常因?yàn)橹苿?dòng)力過大造成單輪剎車的效果，同樣面臨生熱及壽命問題，脫困時(shí)側(cè)滑現(xiàn)象更嚴(yán)重。

（4）除了差速鎖之外，市場(chǎng)上還有蝸桿限滑差速器，也稱為扭力感應(yīng)差速器。它采用了不均等比例的扭矩分配方式，轉(zhuǎn)速高的車輪獲得的扭矩永遠(yuǎn)是固定的低比例的扭矩，只要有轉(zhuǎn)速差就開始扭力不均等分配無論是否達(dá)到打滑空轉(zhuǎn)的情況。優(yōu)點(diǎn)是在平整的路面上直行時(shí)防滑效果最好，校正速度最快。缺點(diǎn)就是這個(gè)過于提前的扭矩比例分配能力致使它只適合用作中央差速器，如果用作車輪之間的差速器，推力大小不均等分配不但影響車輛穩(wěn)定性，而且更容易造成打滑。況且分配比固定，所以達(dá)不到100：0，無法勝任苛刻的防滑要求。

以上為市場(chǎng)上防滑技術(shù)的匯總，種種方法，均沒有在差速器基礎(chǔ)上解決多余的轉(zhuǎn)速比。轉(zhuǎn)速比限定在1：1違背行駛需要，影響正常行駛所以必須在空轉(zhuǎn)打滑后開啟，有遲滯效應(yīng)，且做不到及時(shí)退出;扭矩大小比例分配的方式卻犧牲差速器推力均等功能，在需要時(shí)作用有限，不需要時(shí)卻適得其反。接下來從原理結(jié)構(gòu)上探討半開放式差速器原理及結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：

根據(jù)差速器結(jié)構(gòu)圖我們得知，行星輪盤的自轉(zhuǎn)等于行星輪的公轉(zhuǎn)。車輪的轉(zhuǎn)速取決于行星輪盤自轉(zhuǎn)與行星輪自轉(zhuǎn)的綜合，所以V車輪=V行星輪盤±（V行星輪*傳動(dòng)比），左右車輪轉(zhuǎn)速比計(jì)算公式為：

V行星輪方向性決定其對(duì)于不同的車輪轉(zhuǎn)速呈加減作用。也就是說，（V行星輪*傳動(dòng)比）如果等于V行星輪盤，就可以使某個(gè)車輪停滯，控制好與V行星輪與V行星輪盤的比例范圍，既行星輪的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)比范圍就可以使左右車輪的轉(zhuǎn)速比限制在一定范圍內(nèi)。

半開放差速器，正是采用控制行星輪自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)比的方法來實(shí)現(xiàn)限制轉(zhuǎn)速比的功能。以普通差速器為基礎(chǔ)，在行星輪外側(cè)同步一個(gè)傳動(dòng)比更大的外行星輪，并嚙合自己的外半軸齒輪。外半軸齒輪與一個(gè)雙向棘輪機(jī)構(gòu)同步連接，通過操控同向止逆棘爪阻止外半軸齒輪逆轉(zhuǎn)，迫使V外半軸齒輪≥0從而決定。

以圖示機(jī)構(gòu)為例，外側(cè)行星輪傳動(dòng)比為1，內(nèi)側(cè)行星輪傳動(dòng)比為0.5，同向止逆的棘爪介入迫使V外半軸齒輪≥0，因此≤1，既≤1，當(dāng)最極端的狀況=1時(shí)，=3/1，因此圖示結(jié)構(gòu)比例的半開放式差速器轉(zhuǎn)速比范圍在1：3與3：1之間。

從原理結(jié)構(gòu)上看，半開放式差速器在普通差速器的基礎(chǔ)上，通過限制行星輪自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)比，達(dá)到轉(zhuǎn)速比限制在特定范圍內(nèi)的作用，因此它繼承了差速器這個(gè)最優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)的一切優(yōu)點(diǎn)。在轉(zhuǎn)速比達(dá)到限定值時(shí)馬上被限制住，車輛只是降速后便勻速，打滑空轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速大于等于實(shí)際需要使得它依舊在幫助脫困，脫困后馬上恢復(fù)正常速度行駛。在整個(gè)脫困過程中，車輛狀態(tài)為：正常車速-降檔-恢復(fù)正常，正好符合惡劣路況的行駛需要，而差速鎖是：正常車速-停滯-恢復(fù)正常。半開放式差速器的功能因?yàn)椴挥绊懻Ｐ旭?，所以可以提前開啟或一直開啟，功能在需要的時(shí)候及時(shí)作用，不需要的時(shí)候及時(shí)退出。無論是轉(zhuǎn)速比、速度、還是路程曲線，半開放式差速器都有著更及時(shí)的工作過程與更柔和的運(yùn)動(dòng)曲線。

從圖示結(jié)構(gòu)參數(shù)角度分析受力，工作時(shí)外行星輪齒面承擔(dān)的扭矩為內(nèi)行星輪的一半，齒面厚度做到內(nèi)行星輪厚度一半即可滿足持續(xù)工作的需要。棘爪棘輪機(jī)構(gòu)作為半開放式差速器的另一核心機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于日常生活中，例如自行車鏈輪盤、棘輪扳手都從側(cè)面證明了棘輪機(jī)構(gòu)的使用壽命及可承受扭矩，也側(cè)面證明了半開放式差速器的反應(yīng)速度、承受扭矩、使用壽命三大指標(biāo)對(duì)比差速鎖的優(yōu)勢(shì)。