托森差速器(牵引力自感应式扭矩分配的设备)

托森差速器

牵引力自感应式扭矩分配的设备

托森式差速器（Torsen differential），全称为扭矩感知式差速器（Torgue-Sensing Differential Gear），也称为托森式自锁差速器、托森式限滑差速器，是由美国人弗农·格里森（Vernon Gleasman）发明、格里森公司（Gleason）制造生产的一种车用限滑差速器。托森（Torsen）是其注册的商品名。

托森差速器既可用于轴间差速，又可用于轮间差速。它和其他差速器一样，都是由主动部分、从动部分和连接主、从动部分的差速传动机构组成。托森差速器巧妙地利用了正逆蜗轮蜗杆传动高摩擦、低效率的特性、提高了左右半轴的转矩比，它具有根据转速差的变化，自动调整左右驱动轮的转矩分配能力，成功克服了普通差速器的先天不足。托森差速器作为一种新型的限滑差速器，具有对转速比反应灵敏、自动调节锁紧系数、传动平稳、冲击小等优点，可以大幅度提高车辆（特别是越野车辆）的通过性，但是由于转速比较大时有自锁作用，对车辆的转向灵活性有一定影响，因此不适合作为转向驱动桥的差速器。

结构

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。

托森中央差速器

托森中央差速器（轴间差速器）的结构由差速器壳、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。

空心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蜗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彼此通过直齿圆柱齿轮相啮合，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。

轮间差速器

托森轮间差速器的结构如图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半轴，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个尺寸完全相同的直齿圆柱齿轮，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一体。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，实现动力从差速器壳体到蜗杆轴进而到车轮的传递。

工作原理

下面以中央差速器为例说明托森差速器的工作原理：汽车驱动时，来自发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，后蜗杆轴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，也可以将前蜗杆轴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又取决于两端输出轴的相对转速。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转速差。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)。

特点

优点

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，也就不存在着磨损，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，牵引力控制）、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的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。

缺点

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比起来结构相对复杂，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。

实际应用

中央差速器

阿尔法·罗密欧Q4四驱系统: 156, 159, Brera

奥迪quattro四驱系统:

奥迪Quattro (from 1987)

奥迪80, 奥迪S2, 奥迪RS2 Avant

奥迪100 / 奥迪 200 / 奥迪 5000

奥迪轿跑车 quattro

奥迪A4 quattro, 奥迪S4, 奥迪RS4

奥迪A5, 奥迪S5