差速器工作原理

引言

         如果您读过汽车发动机工作原理一文，您就会了解汽车动力是如何产生的；如果您读过手动变速器工作原理一文，您就会了解产生的动力向何处传递。本文将介绍差速器，即车轮旋转之前，多数汽车上的动力最后传递到的地方。

         差速器具有三种功能：使发动机动力指向车轮相当于车辆上的最终传动减速器，在变速器撞击车轮之前最后一次降低其旋转速度在以不同的速度旋转期间向车轮传输动力（这是将它称为差速器的原因）本文将介绍汽车需要差速器的原因，以及差速器的作用和缺点。我们还将介绍几种防滑差速器，也称为限滑差速器。为什么需要差速器？

         车轮旋转的速度是不同的，尤其是转弯时。在以下动画中可以看到转弯时每个车轮行驶不同的距离，并且内侧车轮比外侧车轮行驶的距离短。由于速度等于行驶的路程除以通过这段路程所花费的时间，因此行进路程较短的车轮行驶的速度就较低。同时请注意，前轮与后轮的行驶距离也不同。

         对于汽车上的非驱动轮（后轮驱动汽车的前轮或前轮驱动汽车的后轮），这并不是问题。因为在前轮和后轮之间没有连接，所以它们独立旋转。但是驱动轮被连接到一起，以便单个发动机和变速器可以同时使两个车轮转动。如果汽车没有差速器，车轮必须锁止在一起，以便以相同的速度旋转。这样汽车将不便于转弯——为了使汽车能够转弯，一个轮胎必须滑动。

         对于现代轮胎和混凝土路面，轮胎需要很大的动力才会滑动。此动力必须由轴从一个车轮传输到另一个车轮，这会在轴组件上形成很大的压力。什么是差速器？差速器是将发动机扭矩按两个方向分开的设备，可允许每次输出的扭矩以不同的速度旋转。现在在所有汽车或卡车上都配备差速器，一些全轮驱动车辆上（全时四轮驱动）也配备差速器。

         这些全轮驱动车辆的每组驱动轮之间都需要一个差速器，并且在前轮和后轮之间也需要一个，因为在转弯时前轮行驶的距离与后轮不同。分时四轮驱动系统在前轮和后轮之间没有差速器，相反，他们被锁止在一起，以便前轮和后轮以相同的平均速度转弯。这就是当四轮驱动系统啮合时这些车辆在混凝土路面上很难转弯的原因。以不同的速度旋转我们将介绍最简单的差速器——开式差速器。首先，我们需要了解一些术语：下面的图像标示的是开式差速器的组件。

         当车辆笔直向前行驶时，两个驱动轮以相同的速度旋转。输入小齿轮转动齿圈和保护架，同时保护架内的小齿轮均不旋转，这样两侧齿轮均被有效锁定到保护架。输入小齿轮是小于齿圈的齿轮，它是汽车上的末级减速齿轮。您可能听说过一些术语，如后轴比或主减速器传动比。

         这些是差速器中的齿轮比。如果主减速器传动比是4.10，则齿圈的齿数是输入小齿轮齿数的4.10倍。-汽车转弯时，车轮必须以不同的速度旋转。在上，可以看到汽车开始转弯时保护架上的小齿轮开始旋转，车轮以不同的速度移动。内侧齿轮比保护架旋转得慢，而外侧车轮比保护架旋转得快。开式差速器—直线行驶时-开式差速器—转弯行驶时（1.1mb）差速器和摩擦力开式差速器对每个车轮一般使用相同量的扭矩。

确定车轮承受的扭矩大小的因素有两个：设备和摩擦力。在干燥的条件下，当摩擦力很大时，车轮承受的扭矩大小受发动机和挡位的限制，在摩擦力很小时（如在冰上行驶），限制为最大扭矩，从而使车轮不会打滑。所以，即使汽车可以产生较大扭矩，也需要足够的牵引力将扭矩传输到地面。

         如果在车轮打滑之后加大油门，只会使车轮更快地旋转。如果曾在冰上驾驶过，您可能知道加速的窍门：如果启动时挂在二挡或三挡而不是一挡，则由于变速器中的齿轮传动，车轮的扭矩会较小。这样更容易在不旋转车轮的情况下加速。如果其中一个驱动轮具有很好的摩擦力，而另一个却在冰上时，情况将会怎么样？

         这是开式差速器存在的问题。请记住开式差速器始终对两个车轮施加相同的扭矩，最大扭矩将被限制为使车轮不打滑。车轮在冰上打滑不需要多大的扭矩。如果摩擦力很好的车轮只获得很小的扭矩（只足够用于摩擦力较小的车轮），则汽车将不会向前移动多远。越野越野时开式差速器也可能给您带来麻烦。如果拥有四轮驱动卡车或休闲车，并在前轮和后轮都配备开式差速器，您将陷入困境。请记住——就像我们在前一页中提到的，开式差速器在两个车轮上始终施加相同的扭矩。

         如果前轮和后轮当中的一个离开地面，则其只会在空中无助的旋转，而根本无法使车移动。这类问题的解决方案是使用防滑差速器（lsd）。防滑差速器使用不同的机械装置，以允许在转弯时发挥正常的差动作用。当车轮打滑时，这些防滑差速器将向不打滑的车轮传输较大的扭矩。

         下面几部分将详细介绍一些不同类型的防滑差速器，包括离合器类型的防滑差速器、粘性耦合器、锁止差速器和torsen差速器。离合片式防滑差速器可能是防滑差速器的最常用的类型。 eaton汽车集团扭力控制产品部供图这类防滑差速器包含与所有开式差速器相同的组件，但是它添加了弹簧套装和一组离合器，一些具有类似于手动变速器中同步器的椎形离合器。弹簧组件推动侧齿轮，使其顶住连接到保护架的离合器。

当两侧车轮以相同的速度移动且实际上不需要离合器时，两侧轴齿轮将随保护架一同旋转。仅当一个齿轮旋转速度比另一个快时（例如转弯时），离合器才会发挥作用。离合器会阻止这种情况，使两个车轮以相同的速度行驶。如果要求一个车轮比另一个车轮旋转快，首先必须使这个车轮的驱动力压制住离合器。

         根据弹簧的硬度与离合器的摩擦力可以确定为压制住离合器所需的扭矩。回头再说说这样一种情况：一个驱动轮在冰上且另一车轮具有良好牵引。使用此防滑差速器，即使在冰上的车轮不能向地面传输较大的扭矩，另一车轮也将获取移动所需要的扭矩。不在冰上的车轮获得的扭矩正好可以压制住离合器。结果是汽车可以向前移动，即使不是以全功率行驶。粘性耦合器在四轮驱动车辆中经常可以找到粘性耦合器。通常用它连接后轮和前轮，以便当一组车轮开始打滑时向另一组车轮传输扭矩。

         粘性耦合器在密闭壳体内有两组金属板，由粘稠液体填充，如下所示。每组金属板被连接到每个输出轴上。在通常情况下，两组金属板和粘稠液体以相同的速度旋转。当一组车轮尝试以更快速度旋转时，可能因为打滑而使这些车轮相对应的一组金属板比另一组旋转得快。粘贴在金属板之间的粘稠液体在拖曳转速较慢的圆盘时，还要尝试跟上以更快的速度旋转的圆盘。这将向转动较慢的车轮—未打滑的车轮—传输较大的扭矩。当汽车转弯时，车轮之间速度的差异没有一个车轮打滑时那样大。金属板之间相对旋转的速度越快，粘性耦合器传输的扭矩就越大。

         耦合器不干扰转弯，因为转弯期间传输的扭矩很小。然而，这样也显示了粘性耦合器的一个缺点：直到车轮实际开始打滑时才可以传输扭矩。一个简单的关于鸡蛋的实验可帮助解释黏性耦合器的性能。如果在厨房的桌子上放一个鸡蛋，则蛋壳和蛋黄都是静止的。如果突然旋转鸡蛋，则一秒中内蛋壳移动的速度将比蛋黄快，但是蛋黄将很快赶上蛋壳旋转的速度。要证明蛋黄正在旋转，则可以使旋转的鸡蛋瞬间停止然后松手—鸡蛋将会再次旋转（除非鸡蛋是煮熟的）。

         在这个实验中，蛋壳和蛋黄之间的摩擦力作用到蛋黄，使其加速旋转。当停止旋转蛋壳时，旋转当中的蛋黄和蛋壳之间产生的摩擦力会将力量作用于蛋壳，使其继续旋转。黏性耦合器中，作用于液体和金属组之间的力与蛋壳和蛋黄之间的力发挥作用的方式相同。锁止和torsen锁止差速器应用于真正的越野车辆。这类差速器和开式差速器的组件相同，但是其中添加了电子、气动或液压机械装置，从而将两个输出小齿轮锁在一起。

         eaton汽车集团扭力控制产品部供图此机械装置通常通过开关手动激活，并且在激活时，两个车轮将以相同的速度旋转。当一个车轮离开地面时，其他车轮将不受影响。两个车轮将继续以相同的速度旋转，仿佛没有发生过任何改变。悍马悍马在前轴和后轴上使用torsen差速器。悍马用户手册针对一个车轮离开地面时的情况推荐了一个新奇的解决方案：制动。通过制动，扭矩将作用到悬在空中的那个车轮上，与此同时，具有很好牵引的那个车轮会获得5倍的扭矩。torsen差速器是一种纯粹的机械设备，它没有电子装置、离合器或粘性液体。当每个车轮承受的扭矩相等时，torsen（torque sensing的缩写）差速器与开式差速器的原理相同。

         当一个车轮开始失去摩擦力时，扭矩的差异导致torsen差速器中的齿轮捆绑到一起。差速器中的齿轮的设计了决定扭矩斜交比。例如，如果设计了一个斜交比为5:1的torsen差速器，则具有良好牵引的那个车轮将要承受多于5倍的扭矩。这些设备通常应用于高性能全轮驱动的车辆上。类似于黏性耦合器，它们常被用于在前轮和后轮之间传输动力。

         在此应用中，torsen优于粘性耦合器，因为它在实际打滑发生之前已向稳定的车轮传输扭矩。然而，如果一组车轮完全失去牵引，torsen差速器将不能对其他组车轮施加扭矩。斜交比确定可以传输的扭矩的大小，而0的五倍仍是0。

         了解更多信息：
         1、汽车发动机工作原理 
         2、手动变速器工作原理 
         3、齿轮工作原理 
         4、四轮驱动工作原理 
         5、力、功率、力矩和能量的含义及其相互关系 [中国专用汽车第一网 编辑：changadidas]

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