什么是差速器：差速器相當(dāng)于一個(gè)扭矩分配器,將輸入扭矩一分為二,傳遞給左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)半軸，并允許兩個(gè)半軸以不同速率旋轉(zhuǎn)。
差速器的作用：車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪走的弧線會(huì)比外側(cè)短。為彌補(bǔ)差距，我們就希望內(nèi)側(cè)輪子轉(zhuǎn)得慢些，外側(cè)轉(zhuǎn)得快些。
差速器的作用：差速器能使同一驅(qū)動(dòng)橋的兩個(gè)車輪，以不同的速率旋轉(zhuǎn)(即允許其產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差)。
下面我們對(duì)差速器的發(fā)展和結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的剖析：
◆1、 開放式差速器
圖1典型的差速器結(jié)構(gòu)圖
1-軸承;2和8-差速器殼;3和5-調(diào)整墊片;6-行星齒輪;
7-從動(dòng)錐齒輪;4-半軸齒輪;9-行星齒輪軸;
開放式差速器最為常用，其能向左右兩驅(qū)動(dòng)半軸分配同等大小的扭矩。車輛直線行駛時(shí)，左右車輪受力相等，兩半軸齒輪不存在轉(zhuǎn)速差，所以行星齒輪不發(fā)生自轉(zhuǎn)，主減速器從動(dòng)齒圈相當(dāng)于直接驅(qū)動(dòng)兩半軸齒輪。半軸齒輪通過驅(qū)動(dòng)半軸與車輪相連，因此實(shí)質(zhì)上經(jīng)過一系列動(dòng)力傳遞過程后，車輪得到了和主減速器從動(dòng)齒圈相同的轉(zhuǎn)速。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車輪希望能夠獲得比內(nèi)側(cè)車輪更高的轉(zhuǎn)速，此時(shí)行星齒輪介入，在維持扭矩傳遞的同時(shí)允許兩半軸齒輪出現(xiàn)輕微的轉(zhuǎn)速差。
如果一側(cè)的半軸齒輪相對(duì)另一側(cè)靜止不動(dòng)，那么輸入差速器的所有動(dòng)力都將被分配給阻力較小的車輪上。這就是為何當(dāng)車子一側(cè)車輪在冰面上，另一側(cè)在附著力良好的路面上時(shí)大腳加油，冰面一側(cè)的車輪拼命打滑，而附著力良好的路面上的車輪卻紋絲不動(dòng)的原因。此時(shí)車輛根本動(dòng)彈不得，因?yàn)橐嫠械膭?dòng)力都被輸送到了阻力最小的——即處在冰面上的那個(gè)車輪上。車輛喪失了驅(qū)動(dòng)能力。
對(duì)于水田型輪式拖拉機(jī)的農(nóng)用車來說，水田作業(yè)工作環(huán)境是非常惡劣的，在作業(yè)工程中，泥濘的地下有以前留下的深車轍，高低不平的高臺(tái)和深坑，這都是讓車輛拋錨的重大隱患。如何改變這一狀態(tài)?首先工作環(huán)境是無法改變的，我們只能從機(jī)械機(jī)構(gòu)出發(fā)解決這一問題，那就是差速器。“差速不差扭”是普通差速器的弊端，是導(dǎo)致車輛無法獲得所需驅(qū)動(dòng)力的元兇。在這里，我們要設(shè)計(jì)一款限滑差速器，讓車輛獲得所需的驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)車輛正常前進(jìn)。
◆2、 限滑差速器
限滑差速器的設(shè)計(jì)原理也分為多種，比如托森扭力感應(yīng)式，摩擦離合片式，螺旋齒輪嚙合式等，在很多書籍雜志上均有介紹，這里不再累述。
作為用戶,最為關(guān)心的就是：一個(gè)是達(dá)到的脫困的效果,另一個(gè)就是價(jià)格便宜和保養(yǎng)方便。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款“圓柱螺旋齒式限滑差速器”。
擁有固定扭矩分配比的圓柱螺旋齒輪機(jī)構(gòu)決定扭矩的分配率,齒輪機(jī)構(gòu)發(fā)生扭矩鎖緊時(shí)自動(dòng)分配左右動(dòng)力輸出.比如一個(gè)扭矩分配比為2.5:1的差速器能夠?qū)⑴ぞ胤糯?.5倍傳遞給驅(qū)動(dòng)橋上抓地力更大的那個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。但其缺點(diǎn)在于,若某一驅(qū)動(dòng)輪突然失去牽引力，另一個(gè)車輪也將徹底失去牽引力。
圖2 齒輪差動(dòng)圖
螺旋齒輪差速器限滑的原理：就是當(dāng)某一側(cè)車輪發(fā)生打滑現(xiàn)象的時(shí)候，由于螺旋齒輪的嚙合方向，會(huì)讓這些在殼體內(nèi)懸浮的齒輪向外發(fā)力，與殼體之間形成摩擦，每個(gè)零件處產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生了差動(dòng)限制力，從而起到限滑的作用。而當(dāng)正常駕駛的時(shí)候他們?nèi)匀黄鸬叫行驱X輪一樣的差速作用。
圖3 齒輪端面處的摩擦
圖4 孔摩擦
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：
圖5 圓柱螺旋齒式限滑差速器結(jié)構(gòu)圖
該圓柱螺旋齒式限滑差速器由三組齒輪同一公轉(zhuǎn)軸線平均布置。在左右兩側(cè)，每個(gè)行星齒輪分別和各自的輸出太陽(yáng)輪嚙合，每對(duì)行星齒輪在中間部位相互嚙合，同時(shí)，兩個(gè)太陽(yáng)輪之間是有間隙的，不和對(duì)面的行星齒輪嚙合。
◆3、 產(chǎn)品試驗(yàn)
3.1 整車試驗(yàn)
試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，本產(chǎn)品安裝在70馬力輪式的前驅(qū)動(dòng)橋中，前橋一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪置于一個(gè)泥坑中，進(jìn)行整車脫困試驗(yàn);試驗(yàn)車2臺(tái)，一臺(tái)安裝普通差速器，另一臺(tái)安裝圓柱螺旋齒式限滑差速器，試驗(yàn)過程中，安裝普通差速器的試驗(yàn)車置于泥坑中的車輪出現(xiàn)打滑，另一側(cè)車輪喪失驅(qū)動(dòng)力，整車無法擺脫困境;而安裝圓柱螺旋齒式限滑差速器的試驗(yàn)車在相同工況下，試驗(yàn)車順利的擺脫困境，從泥坑中開出來。
圖6 人工泥坑
圖7 安裝限滑差速器試驗(yàn)車脫困試驗(yàn)
3.2 臺(tái)架試驗(yàn)
3.2.1磨合試驗(yàn)
3.2.2性能試驗(yàn)
3.2.3可靠性試驗(yàn)
按照Q/12 TH 5140-2012試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)任務(wù)書要求，完成磨合試驗(yàn)后，進(jìn)入正式試驗(yàn)流程，試驗(yàn)共計(jì)完成12000次循環(huán)，在試驗(yàn)過程中每完成2400次循環(huán)后要進(jìn)行性能檢測(cè)。
圖8 12000次可靠性試驗(yàn)后性能曲線圖
通過上述試驗(yàn)表明，產(chǎn)品可靠性滿足要求，性能符合設(shè)計(jì)要求，整車具有一定的脫困能力。
◆4、 小結(jié)
安裝限滑差速器的車輛，在輪胎與地面附著力較差的情況下能夠有效地提高整車的驅(qū)動(dòng)力，提高農(nóng)機(jī)車在水田里的工作效率，這對(duì)使用者來說是一個(gè)莫大的歡喜。