「差速器篇-2」托森差速器的前世今生

上接前篇，讲讲小P最喜欢的机械结构：托森差速器。

按照分类，托森差速器属于差速器中的限滑差速器的一类。托森的英文名叫“Torsen”，取自“Torque Sensing”，意思就是“扭矩感应”。说明托森的特点是能够依赖巧妙的机械设计，自动快速的实现扭矩分配。

托森是美国人Vernon Gleasman于1958年发明的。现在的托森归属于日本捷太格特北美公司。

托森差速器历经多年的发展，目前主要有三款产品，分布是A、B、C型。广泛用于各种豪华车性能车，尤其是以奥迪为代表的Quattro四驱系统中的中央差速器。（后来奥迪为了不受限于外公司，自己开发了冠状齿式中央差速器，可以看小P之前的文章奥迪的灵魂——详解奥迪Quattro四驱技术）。废话少说，来看看这三款差速器的结构吧！

托森差速器A型

这是最经典的托森差速器，屡次出现在各种汽车构造的书籍当中。本文也将其作为重点来讲解。

图1 奥迪Quattro系统中的A型托森差速器

图2 托森A型爆炸图

A型差速器应用了大量的蜗轮蜗杆的结构，一个托森A型差速器有2个蜗杆，分别连接前轴、后轴（如果是用在轴间差速，则连接左轴、右轴），6个蜗轮，每个蜗轮带2个直齿轮，共12个直齿轮。

托森A型差速器的工作原理，关键在于以下两点：

蜗轮蜗杆逆传递效率极低，即蜗轮蜗杆能够实现传动自锁蜗轮蜗杆齿面间由于高摩擦产生力矩，实现差速器的锁死

A型托森差速器的工作过程

图3 官方结构图

如图3，假设车辆左轮由于某种原因陷入泥潭，而右轮附着条件很好。那么左轮将有空转的趋势。此时，左轴蜗杆的转速大于右轴蜗杆的转速。左轴蜗杆将使左端蜗轮转动，左端蜗轮上的直齿圆柱齿轮随之转动，带动与其啮合的右端直齿圆柱齿轮转动，右端直齿圆柱齿轮带动与其同轴的右端蜗轮转动，右端蜗轮将带动右端蜗杆转动。蜗轮带动蜗杆的逆传递效率取决于蜗杆的螺旋角及齿面的摩擦系数，其效率是极其低的。对于一定的差速器结构，其螺旋角是一定的。当左右两轴的差速过大时，蜗轮与蜗杆间的摩擦力会很大，蜗轮将无法带动蜗杆，那么就产生自锁。那么右轴会分配到较大的驱动力矩，而右轮的附着条件较好，车辆即可脱困。

如果不好理解，直接看下面的动画，显示了不同条件下托森差速器的工作状态：

图4 左右等速

如图4，现实的是车辆正常直线行驶的时候，左右车轮的转速相等，此时差速器中的蜗轮蜗杆和其啮合的直齿圆柱齿轮都不工作。

图5 左右车轮不等速——转速差小的情况

如图5，显示的是左右车轮不等速的时候，可以观察蜗轮蜗杆及直齿轮的工作状态。就完全理解了托森A型差速器的运动原理。

图6 极端状态——右轮不动

图6显示了一种极端状态，右轮不动，即转速差很大的情况。这种情况下，运动规律跟图5是一致的，不同的是，这种时候，扭矩绝大部分传递给右轮。（时刻铭记：托森差速器的扭矩分配与转速差成正相关）

官方给出的A型托森差速器的扭矩分配比可达2.5:1到5.0比1，根蜗轮蜗杆螺旋角等具体参数有关，可以根据车型实际情况选择不同的产品。

总结

托森差速器是一种利用纯机械实现限滑和自锁的差速器，具有响应快、可靠性高等特点托森差速器无法实现100:0的扭矩分配（一般依靠离合实现差速的差速器才能实现完全解耦，如多片离合器式差速器）托森A型差速器的理论基础是蜗轮蜗杆逆传递效率极低托森A型差速器的扭矩分配与速度差成正相关，速度差越大，分配给低转速端的力矩越大

托森B型差速器

讲了这么多，来看看托森B型差速器吧！

图7 托森B型差速器

图8 B型官方文档

依然是很巧妙的各种齿轮结构。与A类不同的是，将A类垂直方向传动的蜗轮蜗杆结构变为了平行方向的螺旋齿轮传动。具体原理小P就不详细讲述了，说下B型的优势吧！

应用更广，可作为前后轴的轮间差速器，也可作为中央差速器（A型一般用于后轴或中央差速器）更好的噪音、NVH性能

托森C型差速器

托森C型差速器结构如下：

图9 托森C型差速器

如图，最明显的变化是，C型差速器应用了行星轮机构。

图10 C型官方文档

C型托森差速器的优势有：

专门针对中央差速器开发的产品利用行星轮机构，结构更加紧凑、轻量化更好的转向稳定性（下图11）

图11 C型托森差速器对转向稳定性的帮助