摘要:現(xiàn)有的差速器在汽車中存在差速不差力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高，維修難等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)研究，運(yùn)用磁粉離合器恒力矩運(yùn)行的特性以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，運(yùn)行可靠，控制方便，差速也差力的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)小汽車差速器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到預(yù)期性能。 關(guān)鍵詞：磁粉離合器；差速器；恒力矩 [b][align=center]Application of magnetic particle clutch in the auto difference rotational speed system QU Wen—tao，WANG Hui[/align][/b]（ School of Machinery of Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China） （Dept．of Elect—Mechanical Engineering，Hunan Institute of Science and Technology，Yueyang 414000，China） Abstract: the problems-which were inconvenient preparation，high process，cost complex structure and uneven moment adjustment in the current auto differential speed mechanism were researched．Busing on invariable moment of magnetic particle clutch’S characteristic with its merits of simply structure，low manufacture cost，reliable running，convenient operation and good adjustment of speed and moment，the auto differential speed mechanism was designed which also obtained expectable result with the simulation experiment． Key words：Magnetic particle clutch；Differential mechanism ；Invariable moment 汽車在行駛中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾動(dòng)的路程往往是不相等的。如汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)側(cè)車輪行程短；左右兩車輪氣壓不等。胎面摩損不均勻，兩側(cè)車輪上的負(fù)荷不一致引起車輪的半徑不相等，左右兩輪接觸的路面條件不同，行駛阻力不等。這樣如果驅(qū)動(dòng)橋的左右剛性聯(lián)接，則不論轉(zhuǎn)彎行駛或直線行駛，均會(huì)造成車輪在路面上的滑移，滑轉(zhuǎn)，導(dǎo)致通過(guò)性差難以操作。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右輪間都裝有輪間差速器，以提高車輛的通過(guò)性和操作性。目前的差速器大都為機(jī)械式即齒輪式，摩擦片式，強(qiáng)制鎖止式等。新設(shè)計(jì)的差速器采用磁粉摩擦介質(zhì)。通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器，方向傳感器控制左，右輪的力矩達(dá)到了差速差力的目的。 [b]1 磁粉離合器的設(shè)計(jì) 1．1磁粉離合器工作原理[/b] 普通磁粉離合器如圖1所示，它由導(dǎo)電環(huán)1，勵(lì)磁線圈2，磁粉3，轉(zhuǎn)子4，定子5組成。當(dāng)勵(lì)磁線圈沒(méi)有勵(lì)磁電流時(shí)，散沙的磁粉象液體一樣不能阻礙轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，離合器呈分離狀態(tài)；勵(lì)磁線圈通電，所產(chǎn)生的主磁通沿設(shè)置的磁路形成閉合回路，磁粉離合器轉(zhuǎn)子與定子這間的磁粉迅速磁化，并沿磁路結(jié)成鏈狀固態(tài)，定子與轉(zhuǎn)產(chǎn)生嚙合力，實(shí)現(xiàn)力矩傳遞。這個(gè)嚙合力的大小與勵(lì)磁線圈上的電流是線性關(guān)系。[1]如圖2所示。只要改變勵(lì)磁線圈的電流就可以得到所需要的相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)矩。 1．2雙級(jí)的雙盤式磁粉離合器 一種雙級(jí)雙盤式磁粉離合器的設(shè)計(jì)，它解決了在一根貫通軸上的恒力，差力到差速的傳動(dòng)問(wèn)題，可在汽車橋的傳動(dòng)中得到廣泛的應(yīng)用。如圖3所示。它的工作原理是磁粉離合器的定子（外殼6）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)當(dāng)5，5’兩軸上有負(fù)載如果2，2’上沒(méi)有勵(lì)磁電流散沙似的磁粉不能阻礙4，4’轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)?，5’分別與4，4’剛性連結(jié)，離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)勵(lì)磁線圈通電時(shí)，產(chǎn)生的主磁通沿設(shè)置的磁路形成閉合回路，磁粉離合器主動(dòng)件6定子（外殼）與從動(dòng)件4，4’間的磁粉迅速磁化，沿磁路結(jié)成鏈狀固態(tài)，主動(dòng)件6定子（外殼）與從動(dòng)件4，4’產(chǎn)生齒合力，由于磁粉離合器的勵(lì)磁線圈電流與力矩成線性關(guān)系變化。勵(lì)磁電流的增大使主、從動(dòng)件上的齒合力增大，從動(dòng)件5，5’上的輸出扭矩增大，由圖4特性曲線可知， 輸出軸的轉(zhuǎn)矩只對(duì)應(yīng)某一電流值，而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，因此通過(guò)勵(lì)磁線圈改變勵(lì)磁電流值，達(dá)到改變輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的目的。[2] 由于雙級(jí)雙盤式磁粉離合器它是由兩個(gè)分別獨(dú)立的勵(lì)磁線圈2。2’和兩個(gè)分別獨(dú)立的轉(zhuǎn)子4，4’組成，那么只有當(dāng)勵(lì)磁線圈2，2’上的勵(lì)磁電流完全相等時(shí)，輸出5，5’上的扭矩相等，可見當(dāng)改變2，2’上的勵(lì)磁電流使它們不相等時(shí)，輸出軸上的扭矩和轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，這個(gè)變化在5，5’上有負(fù)載時(shí)就很易控制。 [b]2 差速器 2．1普通差速器[/b] 驅(qū)動(dòng)左，右車輪，必須可以獲得由同一動(dòng)力源傳遞的不同轉(zhuǎn)速的動(dòng)力。這就是差速器產(chǎn)生的原因。其作用在不中斷動(dòng)力傳遞的條件下，允許所連接的左，右驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以滿足汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。差速器的結(jié)構(gòu)型式很多，但最廣泛的是對(duì)稱式錐齒輪差速器。（圖5）普通錐齒輪差速器的工作過(guò)程如下： （1）當(dāng)左，右驅(qū)動(dòng)輪速相等時(shí)，（圖5）差速器不工作。差速器外殼1連同行星齒輪2，左，右半軸齒輪3，3’同步旋轉(zhuǎn)。行星齒輪如同等臂杠桿將差速器外殼傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩平均分配給左，右驅(qū)動(dòng)車輪，汽車直線行使。 （2）當(dāng)左，右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速不相等時(shí)，（圖5b），行星齒輪在作公轉(zhuǎn)的同時(shí)被迫自轉(zhuǎn)，以吸收左，右驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差。由于差速器內(nèi)磨擦力矩很小可以認(rèn)為不管左，右驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)速是否相等，而轉(zhuǎn)矩總是平均分配的。這樣的轉(zhuǎn)矩分配特性對(duì)于汽車在好路面上直線或轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，效果都很好，當(dāng)汽車在壞路面行駛時(shí)，卻嚴(yán)重的影響它的通過(guò)性能。一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪接觸到泥濘或冰雪路面，即使另一則驅(qū)動(dòng)車輪在不打滑的好路面上，這時(shí)由于扭矩完全分配到打滑的車輪上，使汽車在泥濘的路面上滑轉(zhuǎn)，而不能擺脫困境。這就是目前廣泛使用的普通錐齒輪差速器差速不差力的的致命缺陷[3]。 [b]3 磁粉離合器差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3．1 磁粉離合器差速器的結(jié)構(gòu)[/b] 磁粉離合器差速器，它是將左、右車輪上的兩根半軸分別裝雙級(jí)雙盤式磁粉離合器內(nèi)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子上，圖6所示。當(dāng)主動(dòng)錐齒輪n1驅(qū)動(dòng)主變速齒n2旋轉(zhuǎn)時(shí)，固結(jié)在主變速器齒輪砌上的磁粉離合器定子（外殼）6一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在勵(lì)磁電流的作用下磁粉結(jié)成鏈狀固態(tài)與轉(zhuǎn)子4．4’嚙合，轉(zhuǎn)子4．4’與半軸5．5’相連向車輪7．7’傳遞扭矩。汽車在直線行駛時(shí)為了獲得左右車輪相等的扭矩只要保持兩個(gè)勵(lì)磁線圈上的電流不變就可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)變時(shí)在方向傳感器的控制下，改變2或2’上的勵(lì)磁電流就可以得到車輛行駛時(shí)左右車輪上時(shí)刻變化的轉(zhuǎn)速和扭矩，保證車輛的行駛性能。 當(dāng)汽車的一側(cè)車輪完全打滑時(shí)，普通的錐齒輪差速器由于力矩完全分配到打滑的車輪上而不能行駛，磁粉離合器差速器采用方向傳感器控制，可以任意改變兩輪上的傳動(dòng)力矩，使一側(cè)車輪完全打滑的車輛脫離困境。 汽車在行駛中由于胎壓的不一致，車輪的磨損成度不一樣和兩驅(qū)動(dòng)輪上的負(fù)載不一樣都會(huì)出現(xiàn)兩輪的速度不同，為了解決這些問(wèn)題，采用了方向傳感器和車輪轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行雙回路控制，使得行駛更安全，操作更方便，通過(guò)性更佳。 3．2 工作原理 當(dāng)車輛起動(dòng)磁粉離合器差速器上的電流達(dá)至最大值，與左右車輪相連的轉(zhuǎn)子完全嚙合，當(dāng)汽車起步方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)與方向相連的平衡傳感器發(fā)出信號(hào)給勵(lì)磁電流分配器，勵(lì)磁電流分配器改變勵(lì)磁線圈上的電流，使轉(zhuǎn)速度低的車輪勵(lì)磁電流下降并出現(xiàn)滑差，轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生變化。汽車行駛時(shí)，由于路面，胎壓的變化兩驅(qū)動(dòng)輪上的傳感器將發(fā)出迅號(hào)從新分配勵(lì)磁電流保證兩輪的平衡驅(qū)動(dòng)。這種磁粉離合器差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了輪間速度傳感器和方向平衡傳感器對(duì)勵(lì)磁電流的雙回路控制，所以不管左右兩側(cè)車輪上的速度和扭矩發(fā)生怎樣的變化，車輛行駛性能都會(huì)大大提高。[5] 4 結(jié)束語(yǔ) 為了提高汽車的行駛性能和操作性能，解決普通差速器差速不差力的問(wèn)題，利用磁粉離合器恒力矩的特性和便于控制的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的雙級(jí)雙盤式磁粉離合器差速器在模擬試驗(yàn)中顯示了良好的工作性能。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用對(duì)于機(jī)電一體的差速器就更顯它的優(yōu)越性能，這種磁粉離合器差速器既能達(dá)到恒速恒力的目的又有制造成本低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單控制方便的優(yōu)點(diǎn)，在以后的差力差速的機(jī)械運(yùn)動(dòng)中都會(huì)得到應(yīng)用和推廣。 參考文獻(xiàn) 1 卜炎．機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998．343—346． 2 趙穩(wěn)．磁粉離合器在高精度傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的應(yīng)用．機(jī)械研究與應(yīng)用【I】．2004—6．87—88． 3 劉哲義。曹泗秋．汽車差速器的雙回路控制方法．汽車研究與開發(fā)【I】1999—6．14一l6． 4 郭平輝．汽車差速器的改進(jìn)與設(shè)計(jì)．機(jī)械設(shè)計(jì)【I】1998—9．36—37． 5 于振洲，汽車最新電器構(gòu)造原理【M】．北京：電子工業(yè)出版社，2000-6147 151．