差速器、差速鎖原理及其主要分類(lèi)
差速器是車(chē)輛行駛構(gòu)成中非常重要的部件,汽車(chē)差速器是使左、右(或前、后)驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。是當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí),使左右車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速滾動(dòng),即保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)時(shí),為了驅(qū)動(dòng)四個(gè)車(chē)輪,必須將所有的車(chē)輪連接起來(lái),如果將四個(gè)車(chē)輪機(jī)械連接在一起,汽車(chē)在曲線行駛的時(shí)候就不能以相同的速度旋轉(zhuǎn),為了能讓汽車(chē)曲線行駛旋轉(zhuǎn)速度基本一致性,這時(shí)需要加入中間差速器用以調(diào)整前后輪的轉(zhuǎn)速差。
汽車(chē)在拐彎時(shí)車(chē)輪的軌線是圓弧,如果汽車(chē)向左轉(zhuǎn)彎,圓弧的中心點(diǎn)在左側(cè),在相同的時(shí)間里,右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長(zhǎng),為了平衡這個(gè)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(lái)彌補(bǔ)距離的差異。
當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí),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(gè)驅(qū)動(dòng)輪此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的附加力,由于“最小能耗原理”,必然導(dǎo)致兩邊車(chē)輪的轉(zhuǎn)速不同,從而破壞了三者的平衡關(guān)系,并通過(guò)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(chē)輪轉(zhuǎn)速的差異。
驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)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(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí),由于外側(cè)車(chē)輪要比內(nèi)側(cè)車(chē)輪移過(guò)的距離大,將使外側(cè)車(chē)輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑拖,而內(nèi)側(cè)車(chē)輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。即使是汽車(chē)直線行駛,也會(huì)因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動(dòng)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(chē)輪的滑動(dòng)。
車(chē)輪滑動(dòng)時(shí)不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗,還會(huì)使汽車(chē)轉(zhuǎn)向困難、制動(dòng)性能變差。為使車(chē)輪盡可能不發(fā)生滑動(dòng),在結(jié)構(gòu)上必須保證各車(chē)輪能以不同的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。
軸間差速器:通常從動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)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(chēng)為軸間差速器。多軸驅(qū)動(dòng)的越野汽車(chē),為使各驅(qū)動(dòng)橋能以不同角速度旋轉(zhuǎn),以消除各橋上驅(qū)動(dòng)輪的滑動(dòng),有的在兩驅(qū)動(dòng)橋之間裝有軸間差速器。
但是,由于差速器允許車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),所以在泥濘等路面,當(dāng)一個(gè)車(chē)輪打滑時(shí),動(dòng)力全部消耗在飛快轉(zhuǎn)動(dòng)的打滑車(chē)輪上了,其他車(chē)輪會(huì)失去動(dòng)力。通俗的話說(shuō),差速器是讓車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)候內(nèi)外輪有輪速差用的,否則車(chē)輛轉(zhuǎn)彎就會(huì)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(chē)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(chē)輛轉(zhuǎn)速相同。
比如一側(cè)的車(chē)輪卡死另一側(cè)車(chē)輪打滑的情況下,差速器就會(huì)起作用了,因?yàn)椴钏倨鞯淖饔镁褪窃试S兩側(cè)車(chē)輪出現(xiàn)速度差,這樣,被卡死的一側(cè)車(chē)輪仍靜止不動(dòng),而另一側(cè)車(chē)輪則會(huì)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(chē)自然也就無(wú)法前行。為了讓動(dòng)力能夠正常的傳遞到那個(gè)“靜止”的車(chē)輪上,就必須有差速鎖,它可以將兩個(gè)半軸進(jìn)行鋼性連接,使其成為一個(gè)整體,這樣兩側(cè)的車(chē)輪都可以得到相同的動(dòng)力,使車(chē)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(jiàn)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(chē)。
強(qiáng)制鎖止式差速鎖就是在普通對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖,這種差速鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chē);另外,如果過(guò)早接上或者過(guò)晚摘下差速鎖,那么就會(huì)產(chǎn)生無(wú)差速器時(shí)的一系列問(wèn)題,轉(zhuǎn)矩分配不可變。在現(xiàn)在新款的車(chē)型上已經(jīng)不常見(jiàn)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(guò)摩擦片之間相對(duì)滑轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)使差速器鎖止,這種差速鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作平穩(wěn),在轎車(chē)和輕型汽車(chē)上最常見(jiàn);滑塊凸輪式利用滑塊和凸輪之間較大的摩擦力矩來(lái)使差速器鎖止,它可以在很大程度上提高汽車(chē)的通過(guò)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(chē)輪的輸出轉(zhuǎn)矩,并且接入脫離都是自動(dòng)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(dòng)轎車(chē)的中央差速器以及后驅(qū)動(dòng)橋輪間差速器。但是由于其在高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩差時(shí)的自動(dòng)鎖止作用,一般不能用于前驅(qū)動(dòng)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(chē)軸的轉(zhuǎn)速差過(guò)大時(shí),硅油溫度急劇上升,體積不斷膨脹,硅油推動(dòng)摩擦葉片緊密結(jié)合,這時(shí)粘性耦合器兩端驅(qū)動(dòng)軸直接聯(lián)成一體,即粘性耦合器鎖死。這種現(xiàn)象被稱(chēng)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(chē)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(huì)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(dòng)橋的軸間差速系統(tǒng),當(dāng)作軸間差速器,使全輪驅(qū)動(dòng)轎車(chē)的性能大幅度的提高。
目前差速鎖基本分為幾大類(lèi):
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(guò)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(dòng)系統(tǒng)通過(guò)電腦控制實(shí)現(xiàn)對(duì)空轉(zhuǎn)或打滑車(chē)輪的制動(dòng),使動(dòng)力傳向另一側(cè)車(chē)輪。目前高端城市SUV或硬派越野車(chē)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(guò)氣動(dòng)或電磁動(dòng)作手動(dòng)控制牙嵌式齒套接合來(lái)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(chē)奔馳G500、牧馬人羅賓漢、豐田陸巡上采用。
復(fù)雜的過(guò)彎利器——LSD
如今隨著中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)年輕化,更多的人更加注重駕駛樂(lè)趣了,而想要充分感受操控的樂(lè)趣,就一定要改裝LSD的裝置。當(dāng)中,也因?yàn)長(zhǎng)SD能充分彌補(bǔ)了傳統(tǒng)差速器的缺點(diǎn),并且提高車(chē)輛的彎道速度,因此,不少高性能的原廠車(chē)型都會(huì)配備LSD裝置。而LSD的類(lèi)別中,最具競(jìng)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(chē)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(dòng)作時(shí)間。僅在踩油門(mén)和左右輪產(chǎn)生滑差的情況下,起到限滑作用的是1Way;無(wú)論是否踩油門(mén),都產(chǎn)生滑差的左右驅(qū)動(dòng)輪,并持續(xù)鎖定的是2Way;如果松開(kāi)油門(mén)還能起到一半作用的是1.5Way(雙向LSD)。
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