「差速器篇-2」托森差速器的前世今生

上接前篇,講講小P最喜歡的機械結構:託森差速器。

按照分類,託森差速器屬於差速器中的限滑差速器的一類。託森的英文名叫“Torsen”,取自“Torque Sensing”,意思就是“扭矩感應”。說明託森的特點是能夠依賴巧妙的機械設計,自動快速的實現扭矩分配。

託森是美國人Vernon Gleasman於1958年發明的。現在的託森歸屬於日本捷太格特北美公司。

託森差速器歷經多年的發展,目前主要有三款產品,分佈是A、B、C型。廣泛用於各種豪華車性能車,尤其是以奧迪為代表的Quattro四驅系統中的中央差速器。(後來奧迪為了不受限於外公司,自己開發了冠狀齒式中央差速器,可以看小P之前的文章 )。廢話少說,來看看這三款差速器的結構吧!

託森差速器A型

這是最經典的託森差速器,屢次出現在各種汽車構造的書籍當中。本文也將其作為重點來講解。

「差速器篇-2」託森差速器的前世今生

圖1 奧迪Quattro系統中的A型託森差速器

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圖2 託森A型爆炸圖

A型差速器應用了大量的蝸輪蝸桿的結構,一個託森A型差速器有2個蝸桿,分別連接前軸、後軸(如果是用在軸間差速,則連接左軸、右軸),6個蝸輪,每個蝸輪帶2個直齒輪,共12個直齒輪。

託森A型差速器的工作原理,關鍵在於以下兩點:

  • 蝸輪蝸桿逆傳遞效率極低,即蝸輪蝸桿能夠實現傳動自鎖
  • 蝸輪蝸桿齒面間由於高摩擦產生力矩,實現差速器的鎖死

A型託森差速器的工作過程

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圖3 官方結構圖

如圖3,假設車輛左輪由於某種原因陷入泥潭,而右輪附著條件很好。那麼左輪將有空轉的趨勢。此時,左軸蝸桿的轉速大於右軸蝸桿的轉速。左軸蝸桿將使左端蝸輪轉動,左端蝸輪上的直齒圓柱齒輪隨之轉動,帶動與其齧合的右端直齒圓柱齒輪轉動,右端直齒圓柱齒輪帶動與其同軸的右端蝸輪轉動,右端蝸輪將帶動右端蝸桿轉動。蝸輪帶動蝸桿的逆傳遞效率取決於蝸桿的螺旋角及齒面的摩擦係數,其效率是極其低的。對於一定的差速器結構,其螺旋角是一定的。當左右兩軸的差速過大時,蝸輪與蝸桿間的摩擦力會很大,蝸輪將無法帶動蝸桿,那麼就產生自鎖。那麼右軸會分配到較大的驅動力矩,而右輪的附著條件較好,車輛即可脫困。

如果不好理解,直接看下面的動畫,顯示了不同條件下託森差速器的工作狀態:

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圖4 左右等速

如圖4,現實的是車輛正常直線行駛的時候,左右車輪的轉速相等,此時差速器中的蝸輪蝸桿和其齧合的直齒圓柱齒輪都不工作。

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圖5 左右車輪不等速——轉速差小的情況

如圖5,顯示的是左右車輪不等速的時候,可以觀察蝸輪蝸桿及直齒輪的工作狀態。就完全理解了託森A型差速器的運動原理。

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圖6 極端狀態——右輪不動

圖6顯示了一種極端狀態,右輪不動,即轉速差很大的情況。這種情況下,運動規律跟圖5是一致的,不同的是,這種時候,扭矩絕大部分傳遞給右輪。(時刻銘記:託森差速器的扭矩分配與轉速差成正相關

官方給出的A型託森差速器的扭矩分配比可達2.5:1到5.0比1,根蝸輪蝸桿螺旋角等具體參數有關,可以根據車型實際情況選擇不同的產品。

總結

  • 託森差速器是一種利用純機械實現限滑和自鎖的差速器,具有響應快、可靠性高等特點
  • 託森差速器無法實現100:0的扭矩分配(一般依靠離合實現差速的差速器才能實現完全解耦,如多片離合器式差速器)
  • 託森A型差速器的理論基礎是蝸輪蝸桿逆傳遞效率極低
  • 託森A型差速器的扭矩分配與速度差成正相關,速度差越大,分配給低轉速端的力矩越大

託森B型差速器

講了這麼多,來看看託森B型差速器吧!

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圖7 託森B型差速器

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圖8 B型官方文檔

依然是很巧妙的各種齒輪結構。與A類不同的是,將A類垂直方向傳動的蝸輪蝸桿結構變為了平行方向的螺旋齒輪傳動。具體原理小P就不詳細講述了,說下B型的優勢吧!

  • 應用更廣,可作為前後軸的輪間差速器,也可作為中央差速器(A型一般用於後軸或中央差速器)
  • 更好的噪音、NVH性能

託森C型差速器

託森C型差速器結構如下:

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圖9 託森C型差速器

如圖,最明顯的變化是,C型差速器應用了行星輪機構。

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圖10 C型官方文檔

C型託森差速器的優勢有:

  • 專門針對中央差速器開發的產品
  • 利用行星輪機構,結構更加緊湊、輕量化
  • 更好的轉向穩定性(下圖11)
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圖11 C型託森差速器對轉向穩定性的幫助

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