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差速器行星齿轮工作平衡状态研究【摘要】对称式圆锥齿轮差速器是重型卡车驱动桥常用零部件而行星齿轮是得以实现功能的关键部件本文对行星齿轮在工作中的平衡状态进行了分析研究总结归纳出三种工作状态和一种特殊情况解决了行星齿轮在各工况的受力分析问题加深了对差速器工作原理理解为相关零部件受力分析和强度计算提供了参考。【关键词】行星齿轮；对称式圆锥齿轮差速器；强制锁止差速器工作原理是车桥设计中一项重要内容在各类文献资料中普遍对其运动学原理分析较为透彻但对于差速器工作时主要零部件的受力分析却很少提及导致在理解差速器的工作原理的过程中只知道差速器运动的结果却不知道工作过程本文以啮合套式强制锁止式差速器为例以行星齿轮的平衡状态分析为主线阐述了差速器的动力学工作原理。1啮合套式强制锁止式差速器结构和工作原理。如图1是一种带有强制锁止装置的对称式圆锥齿轮差速器结构图。当一侧轮胎打滑时操纵机构3将控制啮合套1与差速器左壳4通过接合齿2联接从而使半轴、半轴齿轮与差速器壳固定联接差速器失去差速功能两半轴刚性联结同步运转。差速器结构原理在各类文献中均有详细说明本文不作赘述。2行星齿轮平衡状态研究：建立如图2所示力学模型行星齿轮实际上相当于可绕销轴自由转动的等臂杠杆在图中处于中心的销轴相当于十字轴等臂杠杆相当于行星齿轮F1和F2分别表示左、右半轴齿轮对行星轮的作用力行星齿轮A、B、C、D四种平衡状态分别对应不同工况：2.1直行工况行星齿轮的受力状态应如图A所示F0为通过十字轴作用在行星齿轮上的主动力F1和F2大小相等且F0=2F1=2F2方向相同但分别作用在行星齿轮的两侧对十字轴中心力矩平衡。因此直行工况时行星齿轮不发生自转。2.2转弯工况在转弯工况时两侧车轮阻力不相等半轴齿轮阻力F1≠F2即阻力矩F1L≠F2L力矩不等无法维持行星齿轮平衡状态此时阻力差促使行星齿轮向阻力较小的半轴齿轮侧自转（如图B）并导致如下结果：（1）自转导致两车轮的输出扭矩相等且数值等于较小者（忽略摩擦力影响）但输出力F1、F2是变量（见差动轮系动力学分析相关资料）；（2）车轮的运动形式则表现为阻力小的（外侧）转动速度提高阻力大的（内侧）转动速度降低。（3）当一侧车轮附着力为零时就出现极端现象：一侧车轮飞速转动另一侧车轮却纹丝不动导致车辆无法前进。2.3强制锁止当锁止机构工作时行星的自身保持平衡的功能失效但建立了如图C所示新的平衡态F2为阻力与输入力F0平衡；F1为约束反力与啮合套与差速器壳间的约束平衡（F1可视为内力）；对行星齿轮来说F1与F2对十字轴中心力矩平衡行星齿轮无法自转。此时功率流如图1所示实线表示实际功率流为两条：一条通过啮合套传递到左半轴另一条通过F2传递到右半轴；虚线表示内力功率流自F1通过啮合套传回到差速器壳。此时半轴扭矩示例如图3：L0和L1是左半轴L0代表半轴齿轮与啮合套间部分半轴L1代表啮合套到轮端部分半轴；R0是右半轴图3是假设左侧轮胎附着力不足时差速锁工作时两半轴的扭矩图：（1）此时L1和R0段输出扭矩分别为T1和T2表明附着力得到了充分利用。（2）L0段半轴扭矩必然与较大附着力侧相等以维持其输出扭矩（图3右侧半轴较大即L0段与R0段相等均为T2）。（3）T1和T2大小随附着力变化方向根据前进或后退改变（图3前进）。2.4特殊情况两轮悬空固定输入端转动一侧轮毂另一侧轮毂将反转。行星齿轮平衡状态如图D。这种情况不是实际使用的工况一侧半轴齿轮为输入端另一侧为输出端行星齿轮实际上是作为一个中间传动齿轮轮存在起到了换向作用。3小结本文以对称式圆锥齿轮差速器为例围绕行星齿轮的平衡状态进行分析总结出4种行星齿轮简单力学模型及对应的实际工况在分析过程中说明了各零部件的受力情况及差速器工作原理。参考文献：[1]刘惟信.《汽车车桥设计》.[2]裴应燮.张文浩.《差动轮系的动力学分析》.