差速器、差速鎖原理及其主要分類
差速器是車輛行駛構(gòu)成中非常重要的部件,汽車差速器是使左、右(或前、后)驅(qū)動輪實(shí)現(xiàn)以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)。是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時,使左右車輪以不同轉(zhuǎn)速滾動,即保證兩側(cè)驅(qū)動車輪作純滾動運(yùn)動。差速器是為了調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速差而裝置的。在四輪驅(qū)動時,為了驅(qū)動四個車輪,必須將所有的車輪連接起來,如果將四個車輪機(jī)械連接在一起,汽車在曲線行駛的時候就不能以相同的速度旋轉(zhuǎn),為了能讓汽車曲線行駛旋轉(zhuǎn)速度基本一致性,這時需要加入中間差速器用以調(diào)整前后輪的轉(zhuǎn)速差。
汽車在拐彎時車輪的軌線是圓弧,如果汽車向左轉(zhuǎn)彎,圓弧的中心點(diǎn)在左側(cè),在相同的時間里,右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長,為了平衡這個差異,就要左邊輪子慢一點(diǎn),右邊輪子快一點(diǎn),用不同的轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)距離的差異。
當(dāng)轉(zhuǎn)彎時,由于外側(cè)輪有滑拖的現(xiàn)象,內(nèi)側(cè)輪有滑轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,兩個驅(qū)動輪此時就會產(chǎn)生兩個方向相反的附加力,由于“最小能耗原理”,必然導(dǎo)致兩邊車輪的轉(zhuǎn)速不同,從而破壞了三者的平衡關(guān)系,并通過半軸反映到半軸齒輪上,迫使行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn),使內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢,外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快,從而實(shí)現(xiàn)兩邊車輪轉(zhuǎn)速的差異。
驅(qū)動橋兩側(cè)的驅(qū)動輪若用一根整軸剛性連接,則兩輪只能以相同的角度旋轉(zhuǎn)。這樣,當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向行駛時,由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移過的距離大,將使外側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑拖,而內(nèi)側(cè)車輪在滾動的同時產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。即使是汽車直線行駛,也會因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動半徑不等(輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等)而引起車輪的滑動。
車輪滑動時不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗,還會使汽車轉(zhuǎn)向困難、制動性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動,在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輪能以不同的角度轉(zhuǎn)動。
軸間差速器:通常從動車輪用軸承支承在主軸上,使之能以任何角度旋轉(zhuǎn),而驅(qū)動車輪分別與兩根半軸剛性連接,在兩根半軸之間裝有差速器。這種差速器又稱為軸間差速器。多軸驅(qū)動的越野汽車,為使各驅(qū)動橋能以不同角速度旋轉(zhuǎn),以消除各橋上驅(qū)動輪的滑動,有的在兩驅(qū)動橋之間裝有軸間差速器。
但是,由于差速器允許車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,所以在泥濘等路面,當(dāng)一個車輪打滑時,動力全部消耗在飛快轉(zhuǎn)動的打滑車輪上了,其他車輪會失去動力。通俗的話說,差速器是讓車輛轉(zhuǎn)彎時候內(nèi)外輪有輪速差用的,否則車輛轉(zhuǎn)彎就會困難,但是差速器在越野道路上就是幫倒忙的。
因此,在四驅(qū)車上,還需配有限制和防止打滑的裝置,這就需要提到差速鎖了。差速鎖和差速器起到完全相反的作用。也就是不讓差速器工作,讓兩側(cè)的車輛轉(zhuǎn)速相同。
比如一側(cè)的車輪卡死另一側(cè)車輪打滑的情況下,差速器就會起作用了,因?yàn)椴钏倨鞯淖饔镁褪窃试S兩側(cè)車輪出現(xiàn)速度差,這樣,被卡死的一側(cè)車輪仍靜止不動,而另一側(cè)車輪則會因?yàn)椴钏倨鞯淖饔枚偪竦男D(zhuǎn),一側(cè)卡死,一側(cè)狂轉(zhuǎn),汽車自然也就無法前行。為了讓動力能夠正常的傳遞到那個“靜止”的車輪上,就必須有差速鎖,它可以將兩個半軸進(jìn)行鋼性連接,使其成為一個整體,這樣兩側(cè)的車輪都可以得到相同的動力,使車輛可以擺脫困境,這就是差速鎖的作用。
不同的差速器,所采用的鎖止方式是不同的,現(xiàn)在常見的差速器鎖,大致有以下幾種鎖止方式:強(qiáng)制鎖止式、高摩擦自鎖式、牙嵌式、托森式和粘性耦合式。其中牙嵌式常用于中重型貨車。
強(qiáng)制鎖止式差速鎖就是在普通對稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖,這種差速鎖結(jié)構(gòu)簡單,易于制造,轉(zhuǎn)矩分配比率較高。但是操縱相當(dāng)不便,一般需要停車;另外,如果過早接上或者過晚摘下差速鎖,那么就會產(chǎn)生無差速器時的一系列問題,轉(zhuǎn)矩分配不可變。在現(xiàn)在新款的車型上已經(jīng)不常見了。
高摩擦自鎖式有摩擦片式和滑塊凸輪式等結(jié)構(gòu)。摩擦片式通過摩擦片之間相對滑轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的摩擦力矩來使差速器鎖止,這種差速鎖結(jié)構(gòu)簡單,工作平穩(wěn),在轎車和輕型汽車上最常見;滑塊凸輪式利用滑塊和凸輪之間較大的摩擦力矩來使差速器鎖止,它可以在很大程度上提高汽車的通過性能,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工要求高,摩擦件磨損較大,成本較高。以上兩種高摩擦自鎖式差速器鎖都可以在一定范圍內(nèi)分配左右兩側(cè)車輪的輸出轉(zhuǎn)矩,并且接入脫離都是自動進(jìn)行,因此應(yīng)用日益廣泛。
托森式差速器結(jié)構(gòu)緊湊,傳遞轉(zhuǎn)矩可變范圍較大且可調(diào),故而廣泛用于全輪驅(qū)動轎車的中央差速器以及后驅(qū)動橋輪間差速器。但是由于其在高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩差時的自動鎖止作用,一般不能用于前驅(qū)動橋輪間差速器。
粘性耦合式差速鎖。這種新型的差速器使用的是硅油作為傳遞轉(zhuǎn)矩的介質(zhì)。硅油具有很高的熱膨脹系數(shù),當(dāng)兩車軸的轉(zhuǎn)速差過大時,硅油溫度急劇上升,體積不斷膨脹,硅油推動摩擦葉片緊密結(jié)合,這時粘性耦合器兩端驅(qū)動軸直接聯(lián)成一體,即粘性耦合器鎖死。這種現(xiàn)象被稱為“駝峰現(xiàn)象”。這種現(xiàn)象的發(fā)生極其迅速,差速器驟然鎖死,因此車輛很容易脫離拋錨地。一旦攪油停止之后,硅油的溫度逐漸下降,直至充分冷卻后,駝峰現(xiàn)象才會消失。鑒于粘性耦合器傳遞轉(zhuǎn)矩柔和平穩(wěn),差速響應(yīng)快,它被推廣運(yùn)用到了驅(qū)動橋的軸間差速系統(tǒng),當(dāng)作軸間差速器,使全輪驅(qū)動轎車的性能大幅度的提高。
目前差速鎖基本分為幾大類:
1、LSD限滑差速鎖。包括粘性耦合式、多片離合器式、滾珠式等等,通過機(jī)械、傳感器、電腦處理等方式在適當(dāng)?shù)墓r下使差速器鎖死或部分鎖死。
2、EDS電子差速鎖。利用制動系統(tǒng)通過電腦控制實(shí)現(xiàn)對空轉(zhuǎn)或打滑車輪的制動,使動力傳向另一側(cè)車輪。目前高端城市SUV或硬派越野車普遍采用的方式,例如奔馳、陸巡、奧迪、途銳、三菱、翼虎等。
3、機(jī)械牙嵌式差速鎖。通過氣動或電磁動作手動控制牙嵌式齒套接合來完全鎖死差速器。是最強(qiáng)大的純機(jī)械差速鎖。目前在純正硬派越野車奔馳G500、牧馬人羅賓漢、豐田陸巡上采用。
復(fù)雜的過彎利器——LSD
如今隨著中國汽車市場年輕化,更多的人更加注重駕駛樂趣了,而想要充分感受操控的樂趣,就一定要改裝LSD的裝置。當(dāng)中,也因?yàn)長SD能充分彌補(bǔ)了傳統(tǒng)差速器的缺點(diǎn),并且提高車輛的彎道速度,因此,不少高性能的原廠車型都會配備LSD裝置。而LSD的類別中,最具競技取向、最為復(fù)雜的是機(jī)械式LSD。
被廣泛運(yùn)用在改裝圈和賽車界的機(jī)械式LSD1Way(單向LSD)與2Way(雙向LSD)兩種。所謂的“單向”和“雙向”指的是LSD的動作時間。僅在踩油門和左右輪產(chǎn)生滑差的情況下,起到限滑作用的是1Way;無論是否踩油門,都產(chǎn)生滑差的左右驅(qū)動輪,并持續(xù)鎖定的是2Way;如果松開油門還能起到一半作用的是1.5Way(雙向LSD)。
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