半轴和桥壳

时间：2022-11-06 百科知识版权反馈

【摘要】：车轮对路面的滑动不仅会加速轮胎磨损，增加汽车的动力消耗，而且可能导致转向和制动性能的恶化。所以，在正常行驶条件下，应使车轮尽可能不发生滑动，差速器的作用就在于此。行星齿轮轴装入差速器壳体后用止动销定位。差速器通过一对圆锥滚子轴承支承在变速器壳体中。当前、后驱动桥需要有转速差，例如汽车转弯时，因前轮转弯半径大，差速器起差速作用。

学习任务3　诊断与修复汽车差速器、半轴和桥壳

学习任务描述

一辆唐骏欧玲重卡汽车行驶32 000km，车辆行驶过程中车主听见车辆中后部出现“悾悾”的响声，特别是在通过坑洼路面时响声更明显。车主已将车开到特约维修站，请你解决本车的驱动桥故障，由我来检修差速器、半轴和桥壳。

相关知识学习

一、差速器的功能、类型

（一）功能

差速器的功能是将主减速器传来的动力传给左、右两半轴，并在必要时允许左、右半轴以不同转速旋转，使左、右驱动车轮相对地面纯滚动而不是滑动。汽车行驶过程中，车轮相对路面有两种运动状态：滚动和滑动。滑动又有滑转和滑移两种。设车轮中心相对路面的速度为v，车轮旋转角速度为ω，车轮滚动半径为r。如果v＝ωr，则车轮对路面的运动为滚动，这是最理想的运动状态；如果ω＞0，但v＝0，则车轮的运动为滑转；如果v＞0，但ω＝0，则车轮的运动为滑移。

当汽车转弯行驶时，内外两侧车轮中心在同一时间内移过的曲线距离显然不同，即外侧车轮移过的距离大于内侧车轮，如图6－20所示。若两侧车轮都固定在同一刚性转轴上，两轮角速度相等，则此时外轮必然是边滚动边滑移，内轮必然是边滚动边滑转。

图6－20　汽车转向时驱动车轮的运动示意图

同样，汽车在不平路面上直线行驶时，两侧车轮实际移过的曲线距离也不相等。因此在角速度相同的条件下，在波形较显著的路面上运动的一侧车轮是边滚动边滑移，另一侧车轮则是边滚动边滑转。即使路面非常平直，但由于轮胎制造尺寸误差，磨损程度不同，承受的载荷不同或充气压力不等，各个轮胎的滚动半径实际上不可能相等，因此，只要各轮角速度相等，车轮对路面的滑动就必然存在。

车轮对路面的滑动不仅会加速轮胎磨损，增加汽车的动力消耗，而且可能导致转向和制动性能的恶化。所以，在正常行驶条件下，应使车轮尽可能不发生滑动，差速器的作用就在于此。

（二）类型

差速器按其工作特性可分为普通齿轮式差速器和防滑差速器两大类。

二、普通齿轮差速器

应用最广泛的普通齿轮差速器为锥齿轮差速器。如图6－21所示为桑塔纳2000轿车差速器。

图6－21　桑塔纳2000轿车差速器

1－复合式推力垫片；2－半轴齿轮；3－螺纹套；4－行星齿轮；5－行星齿轮轴；6－止动销；7－圆锥滚子轴承；8－主减速器从动锥齿轮；9－差速器壳；10－螺栓；11－车速表齿轮；12－车速表齿轮锁紧套筒

（一）结构

差速器由差速器壳、行星齿轮轴、2个行星齿轮、2个半轴齿轮、复合式推力垫片等组成。行星齿轮轴装入差速器壳体后用止动销定位。行星齿轮和半轴齿轮的背面制成球面，与复合式的推力垫片相配合，以减摩、耐磨。螺纹套用于紧固半轴齿轮。差速器通过一对圆锥滚子轴承支承在变速器壳体中。

（二）工作原理

差速器的工作原理如图6－22、图6－23所示。主减速器传来的动力带动差速器壳（转速为n₀）转动，经过行星齿轮轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴（转速分别为n₁和n₂），最后传给两侧驱动车轮。

图6－22　差速器运动原理

1、2－半轴齿轮；3－差速器壳；4－行星齿轮；5－行星齿轮轴；6－主减速器从动齿轮

图6－23　差速器转矩分配原理

1、2－半轴齿轮；3－行星齿轮轴；4－行星齿轮

1．汽车直线行驶时

此时两侧驱动车轮所受到的地面阻力相同，并经半轴、半轴齿轮反作用于行星齿轮两啮合点A和B（如图6－22所示）。这时行星齿轮相当于等臂杠杆，即行星齿轮不自转，只随差速器壳和行星齿轮轴一起公转，两半轴无转速差，即

n₁＝n₂＝n₀，n₁＋n₂＝2n₀

同样，由于行星齿轮相当于等臂杠杆，主减速器传动差速器壳体上的转矩M₀等分给两半轴齿轮（半轴），即

M₁＝M₂＝M₀/2

2．汽车转向行驶时

此时两侧驱动车轮所受到的地面阻力不同。如果车辆右转，右侧（内侧）驱动车轮所受的阻力大，左侧（外侧）驱动车轮所受的阻力小。这两个阻力经半轴、半轴齿轮反作用于行星齿轮两啮合点A和B（如图6－22所示），使行星齿轮除了随差速器壳公转外还顺时针自转，设自转转速为n₄，则左半轴齿轮的转速增加，右半轴齿轮的转速降低，且左半轴齿轮增加的转速等于右半轴齿轮降低的转速。设半轴齿轮的转速变化为Δn，则

n₁＝n₀＋Δn，n₂＝n₀－Δn

即汽车右转时，左侧（外侧）车轮转得快，右侧（内侧）车轮转得慢，实现纯滚动。此时依然有

n₁＋n₂＝2n₀

由于行星齿轮的自转，行星齿轮孔与行星齿轮轴轴径间以及齿轮背部与差速器壳体之间都产生摩擦。如图6－23所示，行星齿轮所受的摩擦力矩M_T方向与其自转方向相反，并传到左、右半轴齿轮，使转的快的左半轴的转矩减小，转的慢的右半轴的转矩增加。所以当左、右驱动车轮存在转速差时，

M₁＝（M₀－M_T）/2，M₂＝（M₀＋M_T）/2

但由于有推力垫片的存在，实际中的M_T很小，可以忽略不计，则

M₁＝M₂＝M₀/2

总结：

（1）普通锥齿轮差速器的运动特性：n₁＋n₂＝2n₀。

（2）普通锥齿轮差速器的转矩分配特性：M₁＝M₂＝M₀/2，即转矩等量分配特性。

普通锥齿轮式差速器转矩等量分配的特性对于汽车在好路面上行驶是有利的。但汽车在坏路面上行驶时却会严重影响其通过能力。例如当汽车的一个驱动轮处于泥泞路面因附着力小而原地打滑时，即使另一驱动轮处于附着力大的路面上未滑转，汽车仍不能行驶。这是因为附着力小的路面只能对驱动车轮作用一个很小的反作用力矩，而驱动转矩也只能等于这一很小的反作用力矩。由于差速器等量分配转矩的特性，附着力好的驱动轮也只能分配到同样小的转矩，以致于总的牵引力不足以克服行驶阻力，汽车便不能前进。

为了提高汽车通过坏路面的能力，可采用防滑差速器。当汽车某一侧驱动轮发生滑转时，差速器的差速作用即被锁止，并将大部分或全部转矩分配给未滑转的驱动轮，充分利用未滑转车轮与地面之间的附着力，以产生足够的牵引力使汽车继续行驶。

三、防滑差速器

汽车上常用的防滑差速器有多种形式，下面仅介绍托森差速器的构造和工作原理。

如图6－24所示为奥迪A4全轮驱动轿车前、后驱动桥之间采用的新型托森差速器。“托森”表示“转矩－灵敏”，它是一种轴间自锁差速器，装在变速器后端。转矩由变速器输出轴传给托森差速器，再由差速器直接分配给前驱动桥和后驱动桥。

图6－24　托森差速器的结构

1－差速器齿轮轴；2－空心轴；3－差速器外壳；4－驱动轴凸缘盘；5－后轴蜗杆；6－直齿圆柱齿轮；7－蜗轮轴；8－蜗轮；9－前轴蜗杆

托森差速器由差速器壳、6个蜗轮、6根蜗轮轴、12个直齿圆柱齿轮及前、后轴蜗杆组成。当前、后驱动桥无转速差时，蜗轮绕自身轴自转。各蜗轮、蜗杆与差速器壳一起等速转动，差速器不起差速作用。当前、后驱动桥需要有转速差，例如汽车转弯时，因前轮转弯半径大，差速器起差速作用。此时，蜗轮除公转传递动力外，还要自转。由于直齿圆柱齿轮的相互啮合，使前后蜗轮自转方向相反，从而使前轴蜗杆转速增加，后轴蜗杆转速减小，实现了差速。托森差速器起差速作用时，由于蜗杆蜗轮啮合副之间的摩擦作用，转速较低的后驱动桥比转速较高的前驱动桥所分配到的转矩大。若后桥分配到的转矩大到一定程度而出现滑转时，则后桥转速升高一点，转矩又立刻重新分配给前桥一些，所以驱动力的分配可根据转弯的要求自动调节，使汽车转弯时具有良好的驾驶性。当前、后驱动桥中某一桥因附着力小而出现滑转时，差速器起作用，将转矩的大部分分配给附着力好的另一驱动桥（最大可达3．5倍），从而提高了汽车通过坏路面的能力。

总结：普通锥齿轮差速器为了减少行星齿轮、半轴齿轮背部的摩擦、磨损，在行星齿轮、半轴齿轮背部的差速器壳体之间采用了推力垫片，使内摩擦力矩M_T很小，可以忽略不计。而防滑差速器是特意增加内摩擦力矩M_T，使转得慢的驱动轮（驱动桥）获得的转矩大，转得快的驱动轮（驱动桥）获得的转矩小，提高了汽车通过坏路面的能力。

四、半轴

（一）半轴的功能和构造

1．功能

半轴的功能是将差速器传来的动力传给驱动轮。因其传递的转矩较大，常制成实心轴。

注意：因半轴传递的转矩较大，常制成实心轴。如果半轴断裂则汽车无法起步、行驶。

2．构造

半轴的结构因驱动桥结构形式的不同而异。整体式驱动桥中的半轴为一刚性整轴。而转向驱动桥和断开式驱动桥中的半轴则分段并用万向节连接。半轴内端一般制有外花键与半轴齿轮连接。半轴外端有的直接在轴端锻造出凸缘盘；也有的制成花键与单独制成的凸缘盘滑动配合；还有的制成锥形并通过键和螺母与轮毂固定连接。

（二）支承形式

现代汽车常采用全浮式和半浮式两种半轴支承形式。

1．全浮式半轴支承

全浮式半轴支承广泛应用于各型货车上。如图6－25所示为全浮式半轴支承的示意图。半轴外端锻造有半轴凸缘，用螺栓紧固在轮毂上，轮毂用一对圆锥滚子轴承支承在半轴套管上，半轴套管与空心梁压配成一体，组成驱动桥壳。这种支承形式，半轴与桥壳没有直接联系。半轴内端用花键与半轴齿轮套合，并通过差速器壳支承在主减速器壳的座孔中。

这种半轴支承形式的半轴只在两端承受转矩，不承受其他任何反力和弯矩，所以称为全浮式半轴支承。所谓“浮”是对卸除半轴的弯曲载荷而言。

全浮式半轴支承便于拆装，只须拧下半轴凸缘上的轮毂螺栓，即可将半轴抽出，而车轮和桥壳照样能支持住汽车。

2．半浮式半轴支承

半浮式半轴支承如图6－26所示。半轴外端制成锥形，锥面上铣有键槽，最外端制有螺纹。轮毂以其相应的锥孔与半轴上锥面配合，并用键连接，用锁紧螺母紧固。半轴用一个圆锥滚子轴承直接支承在桥壳凸缘的座孔内。车轮与桥壳之间无直接联系，而支承于悬伸出的半轴外端。因此，地面作用于车轮的各种反力都须经半轴外端的悬伸部分传给桥壳，使半轴外端不仅要承受转矩，而且还要承受各种反力及其形成的弯矩。半轴内端通过花键与半轴齿轮连接，不承受弯矩。故称这种支承形式为半浮式半轴支承。