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差速器、差速锁原理及其主要分类

导读: 差速器是车辆行驶构成中非常重要的部件,汽车差速器是使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时,使左右车轮以不同转速滚动,即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。

差速器是车辆行驶构成中非常重要的部件,汽车差速器是使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时,使左右车轮以不同转速滚动,即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而装置的。在四轮驱动时,为了驱动四个车轮,必须将所有的车轮连接起来,如果将四个车轮机械连接在一起,汽车在曲线行驶的时候就不能以相同的速度旋转,为了能让汽车曲线行驶旋转速度基本一致性,这时需要加入中间差速器用以调整前后轮的转速差。

汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧,如果汽车向左转弯,圆弧的中心点在左侧,在相同的时间里,右侧轮子走的弧线比左侧轮子长,为了平衡这个差异,就要左边轮子慢一点,右边轮子快一点,用不同的转速来弥补距离的差异。

当转弯时,由于外侧轮有滑拖的现象,内侧轮有滑转的现象,两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力,由于“最小能耗原理”,必然导致两边车轮的转速不同,从而破坏了三者的平衡关系,并通过半轴反映到半轴齿轮上,迫使行星齿轮产生自转,使内侧半轴转速减慢,外侧半轴转速加快,从而实现两边车轮转速的差异。

驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接,则两轮只能以相同的角度旋转。这样,当汽车转向行驶时,由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大,将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖,而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶,也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等(轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等)而引起车轮的滑动。

车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗,还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动,在结构上必须保证各车轮能以不同的角度转动。

轴间差速器:通常从动车轮用轴承支承在主轴上,使之能以任何角度旋转,而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接,在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轴间差速器。多轴驱动的越野汽车,为使各驱动桥能以不同角速度旋转,以消除各桥上驱动轮的滑动,有的在两驱动桥之间装有轴间差速器。

但是,由于差速器允许车轮以不同转速转动,所以在泥泞等路面,当一个车轮打滑时,动力全部消耗在飞快转动的打滑车轮上了,其他车轮会失去动力。通俗的话说,差速器是让车辆转弯时候内外轮有轮速差用的,否则车辆转弯就会困难,但是差速器在越野道路上就是帮倒忙的。

因此,在四驱车上,还需配有限制和防止打滑的装置,这就需要提到差速锁了。差速锁和差速器起到完全相反的作用。也就是不让差速器工作,让两侧的车辆转速相同。

比如一侧的车轮卡死另一侧车轮打滑的情况下,差速器就会起作用了,因为差速器的作用就是允许两侧车轮出现速度差,这样,被卡死的一侧车轮仍静止不动,而另一侧车轮则会因为差速器的作用而疯狂的旋转,一侧卡死,一侧狂转,汽车自然也就无法前行。为了让动力能够正常的传递到那个“静止”的车轮上,就必须有差速锁,它可以将两个半轴进行钢性连接,使其成为一个整体,这样两侧的车轮都可以得到相同的动力,使车辆可以摆脱困境,这就是差速锁的作用。

不同的差速器,所采用的锁止方式是不同的,现在常见的差速器锁,大致有以下几种锁止方式:强制锁止式、高摩擦自锁式、牙嵌式、托森式和粘性耦合式。其中牙嵌式常用于中重型货车。

强制锁止式差速锁就是在普通对称式锥齿轮差速器上设置差速锁,这种差速锁结构简单,易于制造,转矩分配比率较高。但是操纵相当不便,一般需要停车;另外,如果过早接上或者过晚摘下差速锁,那么就会产生无差速器时的一系列问题,转矩分配不可变。在现在新款的车型上已经不常见了。

高摩擦自锁式有摩擦片式和滑块凸轮式等结构。摩擦片式通过摩擦片之间相对滑转时产生的摩擦力矩来使差速器锁止,这种差速锁结构简单,工作平稳,在轿车和轻型汽车上最常见;滑块凸轮式利用滑块和凸轮之间较大的摩擦力矩来使差速器锁止,它可以在很大程度上提高汽车的通过性能,但是结构复杂,加工要求高,摩擦件磨损较大,成本较高。以上两种高摩擦自锁式差速器锁都可以在一定范围内分配左右两侧车轮的输出转矩,并且接入脱离都是自动进行,因此应用日益广泛。

托森式差速器结构紧凑,传递转矩可变范围较大且可调,故而广泛用于全轮驱动轿车的中央差速器以及后驱动桥轮间差速器。但是由于其在高转速转矩差时的自动锁止作用,一般不能用于前驱动桥轮间差速器。

粘性耦合式差速锁。这种新型的差速器使用的是硅油作为传递转矩的介质。硅油具有很高的热膨胀系数,当两车轴的转速差过大时,硅油温度急剧上升,体积不断膨胀,硅油推动摩擦叶片紧密结合,这时粘性耦合器两端驱动轴直接联成一体,即粘性耦合器锁死。这种现象被称为“驼峰现象”。这种现象的发生极其迅速,差速器骤然锁死,因此车辆很容易脱离抛锚地。一旦搅油停止之后,硅油的温度逐渐下降,直至充分冷却后,驼峰现象才会消失。鉴于粘性耦合器传递转矩柔和平稳,差速响应快,它被推广运用到了驱动桥的轴间差速系统,当作轴间差速器,使全轮驱动轿车的性能大幅度的提高。

目前差速锁基本分为几大类:

1、LSD限滑差速锁。包括粘性耦合式、多片离合器式、滚珠式等等,通过机械、传感器、电脑处理等方式在适当的工况下使差速器锁死或部分锁死。

2、EDS电子差速锁。利用制动系统通过电脑控制实现对空转或打滑车轮的制动,使动力传向另一侧车轮。目前高端城市SUV或硬派越野车普遍采用的方式,例如奔驰、陆巡、奥迪、途锐、三菱、翼虎等。

3、机械牙嵌式差速锁。通过气动或电磁动作手动控制牙嵌式齿套接合来完全锁死差速器。是最强大的纯机械差速锁。目前在纯正硬派越野车奔驰G500、牧马人罗宾汉、丰田陆巡上采用。

复杂的过弯利器——LSD

如今随着中国汽车市场年轻化,更多的人更加注重驾驶乐趣了,而想要充分感受操控的乐趣,就一定要改装LSD的装置。当中,也因为LSD能充分弥补了传统差速器的缺点,并且提高车辆的弯道速度,因此,不少高性能的原厂车型都会配备LSD装置。而LSD的类别中,最具竞技取向、最为复杂的是机械式LSD。

被广泛运用在改装圈和赛车界的机械式LSD1Way(单向LSD)与2Way(双向LSD)两种。所谓的“单向”和“双向”指的是LSD的动作时间。仅在踩油门和左右轮产生滑差的情况下,起到限滑作用的是1Way;无论是否踩油门,都产生滑差的左右驱动轮,并持续锁定的是2Way;如果松开油门还能起到一半作用的是1.5Way(双向LSD)。

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