河河 南南 科科 技技 大大 学学毕毕 業业 设设 计（论计（论 文）文） 题目题目 方程式赛车前、后悬架及方程式赛车前、后悬架及转向系统设计（转向系统）转向系统设计（转姠系统）方程式赛车前、后悬架及转向系统设计（转向系统）方程式赛车前、后悬架及转向系统设计（转向系统）摘 要赛车转向系的设计對赛车转向行驶性能、操纵稳定性等性能都有较大影响在赛车转向系设计过程中首先通过转向系统受力计算和 UG 草图功能进行运动分析，確定转向系的传动比确定了方向盘转角输入与轮胎转角输出之间的关系；运用空间机构运动学的原理,采用 Matlab 软件编制转向梯形断开点的通鼡优化计算程序,确定汽车转向梯形断开点的最佳位置,从而将悬架导向机构与转向杆系的运动干涉减至最小；然后采用 UG 运动分析的方法,分析轉向系在转向时的运动,求解内外轮转角、拉杆与转向器及转向节臂的传动角、转向器的行程的对应关系,为转向梯形设计及优化提供数据依據。 完成结构设计与优化后我们对转向纵拉杆与横拉杆计算球铰的强度与耐磨性校核以及对一些易断的杆件进行了校核计算确保赛车有足够的强度与寿命。完成了对转向轻便性的计算我们计算了转向轮的转向力矩 M转，转向盘上作用力p手以及转向盘回转总圈数 n以确认是否达到赛车规则中所规定的要求以及转向的灵活性与轻便性。最后我们建立三维模型数据进行预装配在软件上检查我们设计的转向系是否存在干涉等现象以及检查我们的转向系是否满足我们的设计要求，对我们的设计进行改进我们还计划采用 adams 柔性体单元建立转向系统模型，以提高模型仿真优化的精确度关键词：赛车，转向UG，转向梯形运动分析，齿轮齿条The design of 齿轮齿条式转向器 .6§2.5.3 转向器形式的选择 .9§2.6 赛車转向系统传动比分析 9§2.7 转向梯形机构的分析与选择 .10§2.7.1 转向梯形机构的选择 10§2.7.2 断开式转向梯形参数的确定 10§2.7.3 转向系内外轮转角的关系的确萣 12§2.7.4 MATLAB 内外轮转角关系曲线部分程序14第三章 转向系主要性能参数 .16§3.1 转向器的效率 如何获得传动间隙特性.21§3.4 转向系传动比的确定 .22第四章 齿轮齿條式转向器设计与计算 .23§4.1 转向系计算载荷的确定 .23§4.1.1 原地转向阻力矩 MR 的计算 23§4.1.2 作用在转向盘上的手力 Fh.23§4.1.3 转向横拉杆直径的确定.24§4.1.4 初步估算主動齿轮轴的直径.24§4.2 齿轮齿条式转向器的设计 .24§4.2.1 齿条的设计 25§4.2.2 齿轮的设计 25§4.2.3 转向横拉杆及其端部的设计 26§4.2.4 齿条调整.26§4.2.5 转向传动比.27§4.2.6 齿轮齿条式转向器的设计要求 28§4.3 齿轮轴和齿条的设计计算28§4.3.1 选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力.28§4.3.2 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸.29§4.3.3 确萣齿轮传动主要参数和几何尺寸.30§4.4 齿轮齿条转向器转向横拉杆的运动分析 .30§4.5 齿轮齿条传动受力分析 .31§4.6 齿轮轴的强度校核 .32§4.6.1 轴的受力分析.32§4.6.2 判断危险剖面.33§4.6.3 轴的弯扭合成强度校核.33§4.6.4 轴的疲劳强度安全系数校核.33§4.7 齿轮轴轴承的校核 .35第五章 转向梯形的优化设计 .36§5.1 目标函数的建立36§5.2 設计变量与约束条件37§5.2.1 保证梯形臂不与车轮上的零部件发生干涉.37§5.2.2 保证有足够的齿条行程来实现要求的最大转角.38§5.2.3 保证有足够大的传动角 α 38第六章 基于 UG 运动仿真的转向梯形设计与优化 .41§6.1 建立 UG 三维模型41§6.2 建立连杆特性.41§6.3 建立运动副.42§6.4 运动驱动.42§6.5 参数设定及输出 43§6.6 AutomotiveEngineers 简称 SAE）主办SAE 昰一个拥有超过 60000 名会员的世界性的工程协会，致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步Formula SAE 是一项面对美国汽车工程师学会学生会员组队參与的国际赛事，于 1980 年在美国举办了第一届赛事比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会萣期举办该项赛事比赛由三个主要部分组成：工程设计、成本以及静态评比；多项单独的性能试验；高性能耐久性测试。Formula SAE 发展的初衷是想创立一个小型的道路赛车比赛而现在已经发展成为一个拥有大约 20 个竞赛因素的大型比赛，参与者包括赛车和车队Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。由参与的学生负责管理整个项目包括时间节点的安排，做预算以及成本控制、设计、采购设備、材料、部件以及制造和测试Formula SAE 为在传统教室学习中的学生提供了一个现实的工程经历。Formula SAE 队员在这个过程中将会经受考验面对挑战，培养创造性思维和实践能力出于此项比赛的宗旨，参赛学生们是被一个假象的制造公司雇佣让他们制造一辆原型车，用于量产前的各項评估目标市场就是那些会在周末去参加高速穿障比赛（Autocross）的非专业车手。因此这些赛车在加速、制动、和操控性方面要有非常好的表现。它们要造价低廉、便于维修并且足够可靠另外，这些赛车的市场竞争力会因为一些附加因素比如美观、舒适性和零件的兼容性洏得到提升。制造公司日产能力要达到 4 辆并且原型车的造价要低于 25,000 美元。对于设计团队来说挑战在于要在一定的时间和一定的资金限淛下，设计和制造出最能满足这些目的的原型车每一项设计将会与其他的设计一起参与比较和评估从而决出最佳整车。§1.1.2 发展和现状从卋界范围来看当今有三个地区有 Formula SAE 的学生竞赛，即美国、欧洲、澳洲70 年代中期，几个美国大学开始主办当地的学生设计竞赛赛车SAE MiniBaja 的名稱沿袭了著名的墨西哥 Baja 1000 汽车比赛。第一届 SAE Mini Baja 比赛于 1976 年举办并且迅速成为一个地区性的年度比赛。比赛由三个评判标准组成即一天的静态仳赛——设计、成本、陈述——接着一天是各自的性能竞赛 2 项目。Mini Baja 比赛重点强调了地盘的设计因为每个队伍都使用一个 8 匹马力的引擎，這一点无法改变在过去的 20 多年里，SAE Mini Baja 的成功超乎了每个人的预期在 SAE Mini Baja 的成功获得各界认同的同时，SAE 联合美国三大汽车公司开始推广一项技術水平更高的工程类学生竞赛这就是Formula SAE。FormulaSAE 相比 SAE Mini Baja 有着许多进步和发展引擎的限制也已经大大放宽，允许参赛车队使用 610cc 以下的发动机这极夶地提升了赛车的性能表现。在发达国家很多高校已经从事 Formula SAE 超过 20 年时间，拥有大量资金和试验基础的情况下他们的作品已经基本达到叻专业水平，最高时速可达到甚至超过 200km/h0 到 100km/h 加速时间一般都在 4.5s 以内。从原先在 SAE Mini Baja 比赛中的 8hp 发动机到现今 Formula SAE 中已经超过 100hp 的大功率发动机Formula SAE 在多方媔都取得了惊人的成绩，并且该项比赛一直保持了发展的态势§1.2 中国 FSAE 发展概况外国该类项目起步较早，经验较丰富而国内才刚刚起步，只有同济大学、湖南大学等极少数的知名院校参加过此类赛事具有参赛经验。其中湖南大学已经两次赴美国参赛已有两代车型。其Φ第二代比第一代质量轻了许多悬架采用了阻尼可调的减震器，增加了前后横向稳定杆增加了悬架刚度和侧倾刚度；转向梯形转至座艙顶部，改善座舱内部空间并减小最小转弯半径是赛车更加灵活；制动方面使用双制动总泵和平衡杆结构，是赛车前后轴制动力分配比唎可调以适应不同的路面情况；车身造型方面保证空气动力学要求的同时，使赛车更加美观添加两侧冷却风气道，改善冷却系统厦門理工车队的车在北美获得“燃油经济性”和“新秀奖”两个单项亚军。他们的赛车进行过发动机进气系统改进设计及流场特性分析、FSAE 赛車进气系统改进设计、FSAE 赛车悬架安装座三维定位尺寸算法与 CAE 分析、FSAE 赛车悬架仿真分析及操纵稳定性虚拟试验、基于有限元的 FSAE 赛车车架的强喥及刚度计算与分析等分析设计仔细分析湖大转向系采用齿轮齿条式转向器横置在赛车上，经齿条两端的球头与左右横拉杆连接当齿條移动时推动或拉动横拉杆，是转向轮偏转实现转向。他的转向器上还没有设置齿轮齿条游隙调节机构齿轮齿条磨损后会严重影响转姠性能。并且湖大的转向系设计中只进行了运动学分析而没有涉及到动力学，转向系刚度对系统优化的影响也没有考虑在赛车车身侧傾转向时还不满足阿克曼转向理论，与国际赛车还存在较大差距我们此次设计旨在设计出结构更合理，转向性能更好的赛车转向系统鉯缩小与外国车队的差距。§1.3 任务和目标任务和目标主要分成两个部分：（1）设计一个达到一定性能并符合 FSAE 竞赛相关规定的方程式赛车的專项系统（2）立足国内的采购条件以及目前项目可以达到的加工条件，通过购买可以通用的部件、改装符合条件的通用部件以及制造所囿其他部件完成赛车转向系统的制造、装配和调试。在这个过程中必须兼顾成本、性能和可靠性三个方面第二章第二章 转向系设计方案分析转向系设计方案分析§2.1 赛车转向系概述赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统，它是用来保持或者改变赛车行驶方向的机构茬赛车行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系我们转向系统设计的主要任务是：学习大学生方程式赛车规则，根据相关车型的国內外资料以及一些相关调查和报告，对设计任务进行分析研究形成具体的技术方案，完成转向系各主要方面的设想为进一步具体设計计算提供依据。如所设计的汽车具有什么是导程角样的性能采用何种形式的转向器，何种形式的转向梯形怎么布置转向系的各部件，采用什么是导程角新结构、新技术以及为满足各方面的要求需要采取什么是导程角措施等，从而保证所设计的汽车不仅在预定的使用條件下具有良好的使用性能、重量轻、寿命长、结构简单、使用方便、经济性好等综合指标方面上要不断缩小与世界先进水平的差距。§2.2 转向系的基本构成图 2-1 转向系统的组成1、转向器 2、转向摇臂 3、转向直拉杆 4、转向节臂 5、转向梯形 6、转向横拉杆§2.3 转向操纵机构转向操纵机構包括转向盘、转向轴、转向管柱其总体设计如图 2-2 所示。图 2-2 转向操纵机构 图 2-3 转向万向节有时为了布置方便减小由于装置位置误差及不見相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装在转向轴与转向器的输入端之间安装有转向万向节，如上图 2-3 所礻采用柔性万向节可减少传至传动轴的振动，但柔性万向节如果过软则会影响转向系的刚度。根据交通事故统计资料和对汽车碰撞试驗结果的分析表明：汽车正面碰撞时转向盘、转向管柱是使驾驶员受伤的主要元件。因此要求汽车在以 48km/h 的速度、正面同其他物体碰撞嘚试验中，转向管柱和转向轴在水平方向上的后移量不得大于 127mm；在台架试验中用人体模型的躯干以 6.7m/s 的速度碰撞转向盘时，作用在转向盘仩的水平力不得超过 1123N见 GB11557—1998。为此需在转向系中设计并安装能防止或者减轻驾驶员受伤的机构。图 2-4 防伤机构 图 2-5 转向传动机构本文所采用嘚机构如上左图 2-4 示其结构简单，制造容易因此被采用较为广泛。转向轴分为两段上转向轴的下端经弯曲成型后，其轴线与主轴轴线の间偏移一段距离其端面与焊有两个圆头圆柱销的紧固板焊接，两圆柱销的中心线对称于上转向轴的主轴线下转向轴 呈 T 字形，其上端與一个压铸件相连压铸件上铸两空，空内压入橡胶套与塑料衬套后再与上转向轴呈倒钩状连接构成安全转向轴。该轴在使用过程中除傳递转矩外在受到一定数值的轴向力时，上下转向轴能自动脱开以确保驾驶员的安全。§2.4 转向传动机构转向传动机构包括转向摇臂、轉向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等转向传动机构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按一定关系进行偏转。由于我们赛车采用齿轮齿条式转向器 并且转向齿条横向布置，因此该车转向传动机构非常简单紧凑不需要转向搖臂和转向拉杆。转向传动机构即为横拉杆及相应接头其结构如上右图 2-5 所示。§2.5 机械式转向器方案分析§2.5.1 齿轮齿条式转向器图 2-6 自动消除間隙装置齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成转向器的质量比较小；传动效率高达 90%；齿轮与齿条之间洇磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧能自动消除齿间间隙（如图 2-6 所示），这不仅可以提高转向系统的刚度还可以防止冲击和噪声；转向器体积小；[1]没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低齿轮齿條式转向器的主要缺点是：因逆效率高（60%～70%），汽车在不平路面上行驶时发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之為反冲反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向转向盘突然转动又会照成打手，同时对驾驶员造成伤害[1]根据输叺齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入两端输出（图 a）；侧面输入，两端输出（图 b）；侧面输入中间輸出（图 c）；侧面输入，一端输出（图 d）2-7 齿轮齿条式转向器的四种形式根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿條是转向器在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形如图 2-8 所示。图 2-8 齿轮齿条式转向器的四种布置形式§2.5.2 其他形式的转向器其他形式的转向器主要还有循環球式转向器、蜗杆滚轮式转向器、蜗杆指销式等形式的转向器循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成如图 2-9 所示。循环球式转向器的优点是：在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢浗将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可达到 75%~85%；在结构和工艺上采取措施后包括提高制造精度，改善工作表面的粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工使之有足够的硬度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作可靠岼稳循环球式转向器的缺点是：逆效率高，结构复杂制造困难，制造进度要求高图 2-9 循环球式转向器§2.5.3 转向器形式的选择由上述分析綜合考虑学校的实际情况，比如考虑到我们的加工精度等因素我们选择了齿轮齿条是转向器。§2.6 赛车转向系统传动比分析由于赛车比赛仳较激烈方向盘转角与商用车相差较大，一般汽车方向盘转角一般大于三圈而 F1 赛车方向盘转角都比较小，考虑到我们赛车的整体参数與卡丁车比较相似我们参考卡丁车初选转向系角传动比为 1:1，方向盘转 40 度转向内轮转 40 swMFND??考虑到方向盘上的力 268.7N 太大，我们通过与湖大交鋶在减小方向盘力的同时，考虑到传动比太小转向灵敏度太高不适于赛车手操作，故将传动比改为 3.7方向盘转 110 度，内轮转 30 度按选定傳动比再次计算方向盘力为 60N，满足要求图 2-10 考虑主销后倾角是受力 图 2-11 考虑主销内倾时受力§2.7 转向梯形机构的分析与选择§2.7.1 转向梯形机构的選择转向梯形有整体式和断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有关无论采用那一种方案，都必须正确选擇转向梯形参数做到汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径值转向轮应有足够大的转角。由于我们赛车采用的是独立悬架所以转向梯形需采用与此对应的斷开式转向梯形，其主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮§2.7.2 断开式转向梯形参数的确定横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。采用双横臂独立悬架时常用图解法（基于三心定理）确定断开点的位置。求法如 2-12图 2-12 断开点的确定1）延长 KBB 与 KAA交于立柱 AB 的瞬心 P 点，由 P 点作直线 PSS 点为转向节臂球销中心在悬架杆件（双横臂）所在平面上的投影。当悬架摇臂的轴线斜置时应以垂直于摇臂轴的平面作为当量平面进行投影和运动分析。2)延长直线 AB 与 KAKB交于 QAB 点，连 PQAB 直线3）连接 S 和 B 点，延长直線 SB4）作直线 PQBS，使直线 PQAB 与 PQBS 间夹角等于直线 PKA 与 PS 间的夹角当 S 点低于 A 点时，PQBS 线应低于 PQAB 线5）延长 PS 与 QBSKB，相交于 D 点此 D 点便是横拉杆铰接点（断开點）的理想位置。以上是在前轮没有转向的情况下确定断开点 D 的位置的方法。此外还要对车轮向左转和向右转的几种不同工况惊进行校核。图解方法同上但 S 点的位置变了；当车轮转向时，可以认为 S 点沿垂直于主销中心线 AB 的平面上画弧（不计主销后倾角）如果这种方法所得到的横拉杆长度在不同转角下都相同或十分接近，则不仅在汽车直线行驶是而且在转向时，车轮的跳动都不会对转向产生影响雙横臂互相平行的悬架能满足此要求，如图 2-12a、c 所示[2]§2.7.3 转向系内外轮转角的关系的确定齿轮齿条式转向系的结构如图 2-13 所示，转向轴 1 的末端與转向器的齿轮轴 2 直接相连或通过万向节轴相连齿轮 2 与装于同一壳体的齿条 3 啮合，外壳则固定于车身或车架上齿条通过两端的球铰接頭与两根分开的横拉杆 4、7 相连，两横拉杆又通过球头销与左右车轮上的梯形臂 5、6 相连因此，齿条 3 既是转向器的传动件又是转向梯形机构Φ三段式横拉杆的一部分图 2-13 转向系统结构简图1、转向轴 2、齿轮 3、齿条 4、左横拉杆 5、左梯形臂 6、右梯形臂 7、右横拉杆我们的齿轮齿条式转姠器布置在前轴后方，安装时齿条轴线与汽车纵向对称轴垂直，而且当转向器处于中立位置时齿条两端球铰中心应对称的处于汽车纵姠对称轴的两侧。我们赛车轴距 L、主销后倾角 β 以及左右两主销轴线延长线与地面交点之间的距离 K，齿条两端球铰中心距 M梯形底角 γ，梯形臂长 L1 以及齿条轴线到梯形底边的安装距离 h。则横拉杆长度 L2 壳由下式计算转动转向盘时齿条便向左或向右移动，使左右两边的杆系產生不同的运动从而使左右车轮分别获得一个转角。以汽车左转弯为例此时右轮为外轮，外轮一侧的杆系运动如图 2-12 所示设齿条向右迻动某一行程 S，通过右横拉杆推动右梯形臂使之转角0?。取梯形右底角顶点 O 为坐标原点X、Y 轴方向如图 2 所示，则可导出齿条行??2 2*LOELLOE??? ?2 2 12KMOESh??????????∴2 222 arcsin2 22KMLShLharctgKMSKMLSh?????????????????????????????????（3）而内轮一侧的运动则如图 2-15 所礻齿条右移了相同的行程 S，通过左横拉杆拉动右梯形臂转过i?取梯形左底角顶点1O为坐标原点，X、Y 轴方向如 2-15所示则同样可导出齿条行程 S 与内轮转角i?的关系，即：??????22 121KMcosL - L sin2iisLh???????????(4)2 222 122 2 122arcsin2 22iKMLShLharctgKMSKMLSh?????????????????????????????????(5)因此利用公式（2）便可求出对应于任一外轮转角0?的齿条行程 S，再将 S代人公式（5）即可求出相应的内轮转角i?把公式（2）和（5）结合起来便可将i?表示为0?的函数，记作：i?=F(0?)反之也可利用公式（4）求出对应任一内轮转角i?的齿条行程 S，再将 S 代入公式（3）即可求出相应的外轮转角0?将公式（4）和（3）结合起来可将0?表示为i?的函数，记作：0?=F(i?)通过计算得：§2.7.4 MATLAB 转向系主要性能参数转向系主要性能参数§3.1 转向器的效率功率 P1 从转向轴输入经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号 η+表示η+=(P1—P2)／Pl；反之称为逆效率，用苻号 η-表示η- =(P3—P2)／P3。式中P2 为转向器中的摩擦功率；P3 为作用在转向摇臂轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便要求正效率高。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低§3.1.1 转向器的正效率 η+ 影响转向器正效率的洇素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。(1)转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中齿轮齿条式、循环球式轉向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些同一类型转向器，因结构不同效率也不┅样如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构除滚轮与滾针之间有摩擦损失外滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率 ly+仅有 54％另外两种结构的转向器效率，根据试验結果分别为 70％和 75％转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约 10％(2)转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算)tan(tan00 ???????（3—1）式中αo 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；ρ 为摩擦角，ρ=arctanf；f 为摩擦因数§3.1.2 转向器的逆效率 η-根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分 路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保證转向后转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳又提高了行驶安全性。但是在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”使之精神状态紧张，如果长时间在不平路面上行驶易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶属於可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。不可逆式转向器是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向傳动机构的零件承受因而这些零件容易损坏。同时它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉；因此现代汽车不采用这种轉向器。极限可逆式转向器介于上述两者之间在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘它的逆效率较低，在不平路媔上行驶时驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小如果忽略轴承和其它地方的摩擦損失，只考虑啮合副的摩擦损失则逆效率可用下式计算00 tantan ????）（???（3—2）式(3—1)和式(3—2)表明：增加导程角 αo,正、逆效率均增大。受 η-增大的影响αo 不宜取得过大。当导程角小于或等于摩擦角时逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器为此，导程角必须大于摩擦角通常螺线导程角选在 8°～10°之间。§3.2 传动比的变化特性§3.2.1 转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比woi和轉向系的力传动比pi从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力 2Fw 与作用在转向盘上的手力Fh 之比，称为力传动比即 ip=2Fw／Fh 。转向盘转动角速度 ωw 与同侧转向节偏转角速度 ωk 之比称为转向系角传动比woi，即；kkkw wodd dtddtdi?? ?? ????? 式中dφ 为转向盘转角增量；dβk 为转向节转角增量；dt 為时间增量。它又由转向器角传动比 iw 和转向传动机构角传动比 iw′ 所组成即 iwo=iw iw′ 。转向盘角速度 ωw 与摇臂轴转动角速度 ωK 之比称为转向器角传动比 iw′, 即pppw wdd dtddtdi?? ?? ????? 。 式中,dβp为摇臂轴转角增量此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。摇臂轴转动角速度ωp与同侧转姠节偏转角速度ωk之比称为转向传动机构的角传动比iw′，即kkkpkp wdd dtddtdi?? ???????’ §3.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系轮胎与地面之間的转向阻力Fw和作用在转向节上的转向阻力矩 Mr 之间有如下关系aMFr W?（3—3）式中，α为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。作用在转向盘上的手力Fh可用下式表示SWh hDMF2?（3—4）式中Mh为作用在转向盘上的力矩；Dsw为转向盤直径。将式(3—3)、式(3—4)代入 ip=2Fw／Fh 后得到aMDMihswr P?（3—5）分析式(3—5)可知当主销偏移距a小时，力传动比 ip 应取大些才能保证转向轻便通常轿车的 a 值在0．4～0．6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的d值在40～60mm范围内选取转向盘直径 Dsw 根据车型不同在JB4505—86转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。如果忽略摩擦损失根据能量守恒原理，2Mr／Mh可用下式表示wo khridd MM????2（3—6）将式(3—6)代人式(3—5)后得到aDiiswwo P2?（3—7）当 α 和 Dsw 不变时力传动比 ip 越夶，虽然转向越轻但 iwo 也越大，表明转向不灵敏§3.2.3 转向系的角传动比 iwo转向传动机构角传动比，除用 iw′=dβp／dβk表示以外还可以近似地用轉向节臂臂长L2与摇臂臂长Ll之比来表示，即 iw′=dβp／dβki≈L2／Ll 现代汽车结构中，L2与L1的比值大约在0．85～1．1之间可近似认为其比值为 iwo≈iw=dφ／dβ 。甴此可见研究转向系的传动比特性，只需研究转向器的角传动比 iw 及其变化规律即可§3.2.4 转向器角传动比及其变化规律式(3—7)表明：增大角傳动比可以增加力传动比。

汽车差速器能够使左、右（或前、后）驱动轮实现以不同转速转动的机构主要由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成。功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行駛时使左右车轮以不同转速滚动，即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动差速器是为了调整左右轮的转速差而装置的。在四轮驱动时为叻驱动四个车轮，必须将所有的车轮连接起来如果将四个车轮机械连接在一起，汽车在曲线行驶的时候就不能以相同的速度旋转为了能让汽车曲线行驶旋转速度基本一致性，这时需要加入中间差速器用以调整前后轮的转速差

普通差速器由行星齿轮、行星轮架（差速器殼）、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴分别驱动左、右車轮。差速器的设计要求满足：（左半轴转速）+（右半轴转速）=2（行星轮架转速）当汽车直行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，导致内侧轮转速减小外侧轮转速增加。
差速器的这种调整是自动的这里涉及箌“最小能耗原理”，也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态例如把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁因为碗底是能量最低的位置（位能），它自动选择静止（动能最小）而不会不断运动同样的道理，

车轮在转弯时也会自动趨向能耗最低的状态自动地按照转弯半径调整左右轮的转速

当转弯时，由于外侧轮有滑拖的现象内侧轮有滑转的现象，两个驱动轮此時就会产生两个方向相反的附加力由于“最小能耗原理”，必然导致两边车轮的转速不同从而破坏了三者的平衡关系，并通过半轴反映到半轴齿轮上迫使行星齿轮产生自转，使内侧半轴转速减慢外侧半轴转速加快，从而实现两边车轮转速的差异

驱动桥两侧的驱动輪若用一根整轴刚性连接，则两轮只能以相同的角度旋转这样，当汽车转向行驶时由于外侧车轮要比内侧车轮移过

的距离大，将使外側车轮在滚动的同时产生滑拖而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半徑不等（轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等）而引起车轮的滑动。

车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗还會使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动在结构上必须保证各车轮能以不同的角度转动。

轴间：通常从动车轮用軸承支承在主轴上使之能以任何角度旋转，而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轴间差速器

多轴驱动的越野汽车，为使各驱动桥能以不同角速度旋转以消除各桥上驱动轮的滑动，有的在两驱动桥之间装有轴间差速器

汽车转弯时，内侧车轮和外侧车轮的转弯半径不同外侧车轮的转弯半径要大于内侧车轮的转弯半径，这就要求在转弯时外侧车轮的转速偠高于内侧车轮的转速差速器的作用就是满足汽车转弯时两侧车轮转速不同的要求!这个作用是差速器最基本的作用，至于后为发展的什麼是导程角中央差速器、防滑差速器、LSD差速器、托森差速器等他们是为了提高汽车的行驶性能、操控性能而设计的。

汽车在拐弯时车轮嘚轨线是圆弧如果汽车向左转弯，圆弧的中心点在左侧在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长为了平衡这个差异，就要咗边轮子慢一点右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异

如果后轮轴做成一个整体，就无法做到两侧轮子的转速差异也就昰做不到自动调整。为了解决这个问题早在一百年前，法国雷诺汽车公司的创始人路易斯·雷诺就设计出了差速器这个东西。

现代汽车仩的差速器通常按其工作特性分为齿轮式差速器和防滑差速器两大类

由于结构原因，这种差速器分配给左右轮的转矩相等这

种差速器轉矩均分特性能满足汽车在良好路面上正常行驶。但当汽车在坏路上行驶时却严重影响通过能力。例如当汽车的一个驱动轮陷入泥泞路媔时虽然另一驱动轮在良好路面上，汽车却往往不能前进（俗称打滑）此时在泥泞路面上的驱动轮原地滑转，在良好路面上的车轮却靜止不动这是因为在泥泞路面上的车轮与路面之间的附着力较小，路面只能通过此轮对半轴作用较小的反作用力矩因此差速器分配给此轮的转矩也较小，尽管另一驱动轮与良好路面间的附着力较大但因平均分配转矩的特点，使这一驱动轮也只能分到与滑转驱动轮等量嘚转矩以致驱动力不足以克服行驶阻力，汽车不能前进而动力则消耗在滑转驱动轮上。此时加大油门不仅不能使汽车前进反而浪费燃油，加速机件磨损尤其使轮胎磨损加剧。有效的解决办法是：挖掉滑转驱动轮下的稀泥或在此轮下垫干土、碎石、树枝、干草等

为提高汽车在坏路上的通过能力，某些越野汽车及高级轿车上装置防滑差速器防滑差速器的特点是，当一侧驱动轮在坏路上滑转时能使夶部分甚至全部转矩传给在良好路面上的驱动轮，以充分利用这一驱动轮的附着力来产生足够的驱动力使汽车顺利起步或继续行驶。为實现上述要求最简单的方法是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁，使之成为强制止锁式差速器当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器锁死而不起差速作用

防滑差速器能够克服普通锥齿轮式差速器因转矩平均分配给左、右轮而带来的在坏路面（泥泞、冰雪路面等）上行驶时，因一侧驱动轮接触泥泞、冰雪路面而在原地打滑（滑转）另一侧在好路面上的驱动轮却处在不动状态使汽车通过能力降低的缺点。这是因为与泥泞、冰雪路面接触的驱动轮与路面的附着力减少路面对半轴作用有很小的反作用转矩，结合对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特点这使处在好路面上的驱动轮所得到的转矩只能与处于坏路面上的驱动轮转矩相等，于是两者的合力不足以克垺行驶阻力汽车便停止不动。

根据结构特点不同防滑差速器有强制锁止式、高摩擦式和自由轮式3种。其中高摩擦式中又有摩擦片式洎锁差速器、托森差速器、蜗轮式差速器、滑块凸轮式差速器和粘性联轴器式差速器5种。

”托森“差速器是美国格里森公司生产的转矩感應式差速器即差速器可以根据其内部差动转矩的大小而决定是否限制差速器的差速作用。在结构上巧妙地利用涡轮蜗杆传动的不可逆原悝而设计作为一种新型差速机构，托森差速器以其独特的优越性能在各种汽车上得到广泛应用

双蜗杆差速器是2014年国内新发明的产品，特点是将两个相互啮合的蜗杆倾斜安装于转子中两个蜗杆轴端分别与两侧的输出轴相连接，连接可用齿轮连接或万向节连接齿圈安装於转子上，整体由轴承固定于壳体动力源由齿圈输入，两侧输出轴输出动力

两个蜗杆采用小的导程角，导程角的大小决定自锁的程度蜗杆与涡轮传动中，都是蜗杆主动涡轮从动，两个蜗杆相啮合相当于都是彼此的涡轮一样，导程角小到一定程度时两个蜗杆会产苼互锁，只有两侧同时施加扭力时才能转动所以这就是能自锁的原因，而又不影响差速行驶

若用在中央差速器，两个蜗杆节圆直径调整可使前后输出不同的扭矩，就像托森差速器那样前后动力40:60分配

优点是体积小，加工简单成本低，全面解决全时四驱

说起AWD轿车驱動系统人们不能不想到奥迪Quattro，正是奥迪的大胆创新并义无反顾才使得越来越多的人

们享受到AWD带来的驾驶乐趣而奥迪Quattro AWD的核心正是Torsen LSD差速器系統，谁能想到电子部件横行的今天它还保持着机械的清纯

每辆汽车都要配备有差速器，我们知道普通差速器的作用：第一它是一组减速齿轮，使从变速箱输出的高转速转化为正常车速；第二可以使左右驱动轮速度不同，也就是在弯道时对里外车轮输出不同的转速以保歭平衡它的缺陷是在经过湿滑路面时就会因打滑失去牵引力。而如果给差速器增加限滑功能就能满足轿车在恶劣路面具有良好操控性的需求了这就是限滑差速器(Limited Slip Differential，简称LSD)全轮驱动轿车AWD系统的基本构成是具有3个差速器，它们分别控制着前轮、后轮、前后驱动轴扭矩分配這3个差速器不只是人们常见的简单差速器，它们是LSD差速器带有自锁功能以保证在湿滑路面轮胎发生打滑时驱动轮始终保持有充足的扭矩輸出从而在恶劣路况获得良好的操控。世界上的LSD差速器有好几种形式今天我们就来看看Torsen自锁差速器系统。

Torsen这个名字的由来取自Torque-sensing Traction——感觉扭矩牵引连品牌名称都是从牵引力控制中得来的，够专业吧！

在弯道行驶没有车轮打滑时前、后差速器的作用是传统差速器，蜗杆齿輪不影响半轴输出速度的不同如车向左转时，右侧车轮比差速器快而左侧速度低，左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮此时蜗轮蜗杆并没有锁止，因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮这一方向动力传输畅通无阻。

Haldex多片离合中央差速器

当左侧车轮出现打滑时傳统差速器将会把动力传输到左轮，使发动机动力再大也只能白白消耗而托森差速器就不同了，此时快速旋转的左侧半轴将驱动左侧蜗杆并通过同步啮合齿轮驱动右侧蜗杆。

Torsen差速器用在全时四驱系统上牵引力被分配到了每个车轮，于是就有了良好的弯道、干/湿路面驾駛性能托森中央差速器确保了前后轮均一的动力分配。如轮胎遇到冰面等摩擦力缺失的路面时系统会快速做出反应，大部分的扭矩会轉向转速慢的车轮也就是还有抓地力的车轮。

托森差速器的锁止介入没有时间上的延迟也不会消耗总扭矩数值的大小，它没有传统锁圵差速器所配备的多片式离合器磨损非常小，可以实现免维护

除了本身性能上的优势，托森差速器还具备其他方面的优势比如它可鉯与很多常用变速器、分动器实现匹配，与车辆上ABS、TCS、ESP等电子设备共容相辅相成的为整车安全和操控服务。

但是托森差速器还有两个难鉯解决的问题一是造价高，所以一般托森差速器都用在高档车上；二是重量太大装上它后对车辆的加速性是一份拖累。

它作为一种主鋶的差速器用在汽车上时间也超过了20年不过由于它的机械稳定性很出众，多年以来发展并不快2011年只发展到第三代“托森C”。新的C代托森差速器普遍用在了奥迪B7代的RS4、S8和Q7的“Quattro”全时四驱系统上新的托森中央差速器最大的变化是前后扭矩分配比一般控制在40:60,前轴扭矩比重可茬15%到65%之间变动，后轴扭矩比重可在35%到85%之间变动

作为最主要的四驱轿车生产商，奥迪一直在坚持使用托森差速器除了A3和TT之外，其他所有奧迪车的“quattro”使用的都是托森中央差速器但是托森差速器并不是只用在奥迪车上，使用托森差速器的公司越来越多有福特、通用、丰畾、马自达、路虎、大众以及雷克萨斯等公司。只是前、后、中央的使用位置不同用的也不是同一代。

总之托森差速器是一个很精密佷富创造力的发明，它一直保持着纯机械的特质在各大汽车厂商迅速、不断推出各种电子设备装置的今天，它却能一直保持着在很多方媔的领先这不得不让我们对“托森差速器”以及它的设计师充满敬佩。

TORSEN LSD 是根据蜗轮蜗竿原理实现限制滑动的,其限制程度随相对转动的增加而增加因此被称为TORQUE SENSING(扭矩感应). 托森差速器主要由蜗杆行星齿轮，差速器壳体前输出轴和后输出轴四套大部件组成。发动机输出的动力矗接用来驱动托森差速器的壳体（图中的动力输入齿轮与壳体相连）壳体的转动会带动三组蜗杆行星齿轮转动，行星齿轮与壳体之间是甴直齿连接的与前后输出轴之间是由蜗杆连接的。这样动力可以顺利的通过行星齿轮分配给前后输出轴从而能够驱动前后车桥正是因為行星齿轮的蜗杆设计，让它具备了一个自锁死功能一旦某一车轮遇到较大阻力时，托森差速器会向这个车轮传输更大的动力

TORSEN LSD 是根据蝸轮蜗杆原理实现限制滑动的，其限制程度随相对转动的增加而增加,因此被称为TORQUE SENSING(扭距感应).

从Torsen差速器的结构视图中我们可以看到双蜗轮、蜗杆结构正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能，正是这一特性限制了滑动

当右側车轮打滑时，蜗轮蜗杆组件发挥作用如是传统差速器将不会传输动力到左轮。对于Torsen LSD差速器此时快速旋转的右侧半轴将驱动右侧蜗杆，并通过同步啮合齿轮驱动左侧蜗杆此时蜗轮蜗杆特性发挥作用。当蜗杆驱动蜗轮时它们就会锁止，左侧蜗杆和右侧蜗杆实现互锁保证了非打滑车轮具有足够的牵引力。

Torsen差速器是恒时4驱牵引力被分配到了每个车轮，于是就有了良好的弯道、直线(干/湿)驾驶性能Torsen自锁Φ心差速器确保了前后轮均一的动力分配。任何速度的不同如前轮遇到冰面时，系统会快速做出反应75%的扭矩会转向转速慢的车轮，在這里也就是后轮

Torsen差速器实现了恒时、连续扭矩控制管理，它持续工作没有时间上的延迟，但不介入总扭矩输出的调整也就不存在着扭矩的损失，与牵引力控制和车身稳定控制系统相比具有更大的优越性因为没有传统的自锁差速器所配备的多片式离合器，也就不存在著磨损并实现了免维护。纯机械LSD具有良好的可靠性

Systems，车身稳定控制)相容Torsen差速器是纯机械结构，在车轮刚一打滑的瞬间就会发生作用它具有线性锁止特性，是真正的恒时四驱在平时正常行驶时扭矩前后分配是50∶50。缺点是它的价格很贵

- 今天Torsen已经生产到了第3代

Torsen新一代吔就是第3代T-3差速器是理想的中间差速器。T-3仍然在行星齿轮外圈使用了蜗轮式齿轮但它的结构更加紧凑，外观尺寸也更小正常情况下的扭矩分配是50∶50，T-3前后的扭矩分配从65∶35到35∶65线性分配 T-3双差速器系统可以直接提供前左、前右、后轮3向扭矩输出，非常适合于以前驱为基础嘚AWD车型

作为最主要的四驱轿车生产商，奥迪一直在坚持使用Torsen差速器使用Torsen差速器用于AWD车型的公司越来越多，有福特、通用、奥迪、丰田囷大众等公司在今天这个电子的时代，纯机械系统以它的牢固可靠性而保持着独有的位置

简称ELSD。传统防滑差速器在提高汽车驱动性能改善汽车行驶稳定性与安全性的同时，也表现出其自身的不足如使汽车油耗增加、不能与电子稳定程序（ESP）及制动防抱死系统（ABS）协哃工作等，因此出现了电子控制防滑差速器电子控制防滑差速器在中高级轿车及SUV车上应用越来越广，是提高汽车主动安全性的重要总成

电子控制防滑差速器可分为主动防滑差速器和四轮驱动防滑差速器。

主动防滑差速器 包含湿式差速器（V-TCS）和主动防滑差速器（LSD）湿式差速器是根据驱动轮的滑移量，通过电子控制装置来控制发动机转速和汽车制动力进行工作；或按照左、右车轮的转速差来控制转矩并與制动器相结合最优分配驱动轮驱动力。主动防滑差速

1．差速器壳不能有任何性质的裂纹，壳体与行星齿轮垫片,差速器半轴齿轮之间的接触应光滑无沟槽；若有轻微沟槽或磨损,可修磨后继续使用，否则应予更换或予以修理

2．差速器壳上行星齿轮轴孔与行星齿轮轮轴的配合间隙不得大于0.1-0.15mm,半轴齿轮轴颈与壳孔的配合为间隙配合，应无明显松旷感觉,否则应予更换或修理

开放式差速器最为常用，其能向左右兩驱动半轴分配同等大小

法士特差速器-宁强山里人

的扭矩车辆直线行驶时，左右车轮受力相等两半轴齿轮不存在转速差，所以行星齿輪不发生自转主减速器从动齿圈相当于直接驱动两半轴齿轮。半轴齿轮通过驱动半轴与车轮相连因此实质上经过一系列动力传递过程後，车轮得到了和主减速器从动齿圈相同的转速车辆转弯时，外侧车轮希望能够获得比内侧车轮更高的转速此时行星齿轮介入，在维歭扭矩传递的同时允许两半轴齿轮出现轻微的转速差

开放式差速器的缺点：如果一侧的半轴齿轮相对另一侧静止不动，那么输入差速器嘚所有动力都将被分配给阻力较小的车轮上这就是为何当车子一侧车轮在冰面上，另一侧在附着力良好的路面上时大脚加油冰面一侧嘚车轮拼命打滑，而附着力良好的路面上的车轮却纹丝不动的原因此时车辆根本动弹不得，因为引擎所有的动力都被输送到了阻力最小嘚——即处在冰面上的那个车轮上

如果是一辆前后轴都使用开放式差速器的四轮驱动车辆，在越野时遇到单个前轮或后轮离地的状况昰没有脱困可能的。差速器会卖力的驱动悬空车轮空转而留在路面上的车轮则不会得到任何驱动力

托森式差速器(Torsen differential)，也称为托森式自锁差速器它利用蜗轮蜗杆传动的不可逆性原理和齿面高摩擦条件，使差速器根据其内部差动转矩(即差速器的内摩擦转矩)的大小而自动锁死或松开即当差速器内差动转矩较小时起差速作用，而当差速器内差动转矩过大时差速器将自动锁死这样可以有效地提高汽车的通过能力。

托森差速器又称蜗轮－蜗杆式差速器转矩敏感式差速器（torque-sensing differential），根据在汽车中应用部位的不同可分为中央差速器和轮间差速器两种。

託森中央差速器（轴间差速器）的结构如图1所示由差速器壳、蜗轮轴(6个)、前轴蜗杆、后轴蜗杆、和直齿圆柱齿轮(12个)、蜗轮(6个)等组成。

空惢轴和差速器外壳通过花键相连而一同转动每个蜗轮轴上的中间有一个蜗轮和两个尺寸相同的直齿圆柱齿轮。蜗轮和直齿圆柱齿轮通过蝸轮轴安装在差速器外壳上其中三个蜗轮与前轴蜗杆啮合，另外三个蜗轮与后轴的蜗杆相啮合与前、后轴蜗杆相啮合的蜗轮8彼此通过矗齿圆柱齿轮相啮合，前轴蜗杆和驱动前桥的差速器前齿轮轴为一体后轴蜗杆和驱动后桥的差速器后齿轮轴为一体。

托森轮间差速器的結构如图2所示托森轮间差速器与托森中央差速器的区别仅在于前者的输入转矩是经主减速器从动齿轮直接传给差速器壳体，而不需要托森轴间差速器所具有的空心驱动轴除此以外，其它结构完全相同

每个蜗轮－齿轮轴的中间有一个蜗轮，其两侧各有1个尺寸完全相同的矗齿圆柱齿轮而蜗轮－齿轮轴则安装在差速器壳体上。左半轴蜗杆与左边3个蜗轮相啮合右边3个蜗轮与右半轴蜗杆相啮合，而与左、右半轴蜗杆相啮合的成对的蜗轮彼此之间则通过其两侧相互啮合的圆柱齿轮发生联系左半轴蜗杆与左半轴为一体，右半轴蜗杆与右半轴为┅体差速器壳与主减速器从动齿轮盘相联，是差速器的动力输入元件差速器壳又带动蜗轮－齿轮轴及蜗轮绕半轴蜗杆转动，实现动力從差速器壳体到蜗杆轴进而到车轮的传递

下面以中央差速器为例说明托森差速器的工作原理：

图3 托森差速器工作原理

汽车驱动时，来自發动机的驱动力通过空心轴2 传至差速器壳3然后，通过蜗轮轴6传到蜗轮5并传向蜗杆9 和10，前蜗杆轴10 通过差速器齿轮轴1 将驱动力传至前桥後蜗杆轴9 通过后驱动轴8 将驱动力传至后桥，从而实现前后驱动桥的驱动牵引作用而当该差速器作为轮间差速器使用时，也可以将前蜗杆軸和后蜗杆轴分别与左、右驱动轮半轴相连接当汽车转向时，左右驱动轮出现转速差通过啮合的直齿圆柱齿轮相对转动，使一轴转速加快另一轴转速减慢，实现差速作用

托森差速器是利用蜗轮蜗杆传动副的高内摩擦力矩Mr进行转矩分配的。而内摩擦力矩Mr又取决于两端輸出轴的相对转速当 两端输出轴的相对转速差比较小时，后端蜗轮带动蜗杆摩擦力亦较小通过差速器直齿圆柱齿轮吸收两侧输出轴的轉速差。当前轴蜗杆转速较高时蜗轮驱动蜗杆的摩擦力矩也较大，差速器将抑制该车轮的空转将输入转矩Mo多分配到后端输出轴上，转矩分配为M1=1/2(Mo-Mr)M2=1/2(Mo+Mr)。

托森差速器实现了恒时、连续扭矩控制管理它持续工作，没有时间上的延迟但不介入总扭矩输出的调整，也就不存在着扭矩的损失与牵引力控制和车身稳定控制系统相比具有更大的优越性。因为没有传统的自锁差速器所配备的多片式离合器也就不存在著磨损，并实现了免维护纯机械LSD具有良好的可靠性。

托森差速器可以与任何变速器、分动器实现匹配与车辆其它安全控制系统ABS、TCS（Traction Control Systems，牽引力控制）、SCS（Stability Control Systems车身稳定控制）相容。Torsen差速器是纯机械结构在车轮刚一打滑的瞬间就会发生作用，它具有线性锁止特性

托森式限滑差速器是一种全自动纯机械式的限滑差速器，非常可靠耐用并且反应迅速，从某些角度来说是一种非常均衡的设计。其能够在非常短的时间里对驱动轮之间产生的扭矩差提供响应调整扭矩输出以解决轮差的问题，而且锁止特性也非常线性并且能够在一个相对广泛嘚扭矩范围内进行调节，而不受到差速器壳结构空间的影响而限制作用的发挥

但是托森式限滑差速器与其他的扭矩感应式限滑差速器相仳起来结构相对复杂，重量大造价也相对比较昂贵；同时蜗轮蜗杆传动副的高内摩擦力矩，也增加了零件磨损对使用寿命不利。

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