[差速器篇-2] 托森差速器的前世今生

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上接前篇，今天講講小P最喜歡的機械結構：托森差速器。

按照分類，托森差速器屬於差速器中的限滑差速器的一類。托森的英文名叫「Torsen」，取自「Torque Sensing」，意思就是「扭矩感應」。說明托森的特點是能夠依賴巧妙的機械設計，自動快速的實現扭矩分配。

托森是美國人Vernon Gleasman於1958年發明的。現在的托森歸屬於日本捷太格特北美公司。捷太格特托森差速器官網

托森差速器歷經多年的發展，目前主要有三款產品，分布是A、B、C型。廣泛用於各種豪華車性能車，尤其是以奧迪為代表的Quattro四驅系統中的中央差速器。（後來奧迪為了不受限於外公司，自己開發了冠狀齒式中央差速器，可以看小P之前的文章聊聊奧迪的靈魂-Quattro）。廢話少說，來看看這三款差速器的結構吧！

托森差速器A型

這是最經典的托森差速器，屢次出現在各種汽車構造的書籍當中。本文也將其作為重點來講解。

A型差速器應用了大量的蝸輪蝸桿的結構，一個托森A型差速器有2個蝸輪，分別連接前軸、後軸（如果是用在軸間差速，則連接左軸、右軸），6個蝸輪，每個蝸輪帶2個直齒輪，共12個直齒輪。

托森A型差速器的工作原理，關鍵在於以下兩點：

• 蝸輪蝸桿逆傳遞效率極低，即蝸輪蝸桿能夠實現傳動自鎖
• 蝸輪蝸桿齒面間由於高摩擦產生力矩，實現差速器的鎖死

A型托森差速器的工作過程

如圖3，假設車輛左輪由於某種原因陷入泥潭，而右輪附著條件很好。那麼左輪將有空轉的趨勢。此時，左軸蝸桿的轉速大於右軸蝸桿的轉速。左軸蝸桿將使左端蝸輪轉動，左端蝸輪上的直齒圓柱齒輪隨之轉動，帶動與其嚙合的右端直齒圓柱齒輪轉動，右端直齒圓柱齒輪帶動與其同軸的右端蝸輪轉動，右端蝸輪將帶動右端蝸桿轉動。蝸輪帶動蝸桿的逆傳遞效率取決於蝸桿的螺旋角及齒面的摩擦係數，其效率是極其低的。對於一定的差速器結構，其螺旋角是一定的。當左右兩軸的差速過大時，蝸輪與蝸桿間的摩擦力會很大，蝸輪將無法帶動蝸桿，那麼就產生自鎖。那麼右軸會分配到較大的驅動力矩，而右輪的附著條件較好，車輛即可脫困。

如果不好理解，直接看下面的動畫，顯示了不同條件下托森差速器的工作狀態：

如圖4，現實的是車輛正常直線行駛的時候，左右車輪的轉速相等，此時差速器中的蝸輪蝸桿和其嚙合的直齒圓柱齒輪都不工作。

如圖5，顯示的是左右車輪不等速的時候，可以觀察蝸輪蝸桿及直齒輪的工作狀態。就完全理解了托森A型差速器的運動原理。

圖6顯示了一種極端狀態，右輪不動，即轉速差很大的情況。這種情況下，運動規律跟圖5是一致的，不同的是，這種時候，扭矩絕大部分傳遞給右輪。（時刻銘記：托森差速器的扭矩分配與轉速差成正相關）

官方給出的A型托森差速器的扭矩分配比可達2.5:1到5.0比1，根蝸輪蝸桿螺旋角等具體參數有關，可以根據車型實際情況選擇不同的產品。

總結

• 托森差速器是一種利用純機械實現限滑和自鎖的差速器，具有響應快、可靠性高等特點
• 托森差速器無法實現100:0的扭矩分配（一般依靠離合實現差速的差速器才能實現完全解耦，如多片離合器式差速器）
• 托森A型差速器的理論基礎是蝸輪蝸桿逆傳遞效率極低
• 托森A型差速器的扭矩分配與速度差成正相關，速度差越大，分配給低轉速端的力矩越大

托森B型差速器

講了這麼多，來看看托森B型差速器吧！

結構

依然是很巧妙的各種齒輪結構。與A類不同的是，將A類垂直方向傳動的蝸輪蝸桿結構變為了平行方向的螺旋齒輪傳動。具體原理小P就不詳細講述了，說下B型的優勢吧！

• 應用更廣，可作為前後軸的輪間差速器，也可作為中央差速器（A型一般用於後軸或中央差速器）
• 更好的噪音、NVH性能

托森C型差速器

托森C型差速器結構如下：

如圖，最明顯的變化是，C型差速器應用了行星輪機構。

C型托森差速器的優勢有：

• 專門針對中央差速器開發的產品
• 利用行星輪機構，結構更加緊湊、輕量化
• 更好的轉向穩定性（下圖11）