差速器介紹
汽車差速器是驅(qū)動(dòng)橋的主件。它的作用就是在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí),允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛,減少輪胎與地面的摩擦。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)離合器、變速器、傳動(dòng)軸,最后傳送到驅(qū)動(dòng)橋再左右分配給半軸驅(qū)動(dòng)車輪,在這條動(dòng)力傳送途徑上,驅(qū)動(dòng)橋是最后一個(gè)總成,它的主要部件是減速器和差速器。
汽車在拐彎時(shí)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(shí)間里,右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長,為了平衡這個(gè)差異,就要左邊輪子慢一點(diǎn),右邊輪子防滑差速器快一點(diǎn),用不同的轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)距離的差異。
如果后輪軸做成一個(gè)整體,就無法做到兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速差異,也就是做不到自動(dòng)調(diào)整。為了解決這個(gè)問題,早在一百年前,法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯·雷諾就設(shè)計(jì)出了差速器這個(gè)東西。
構(gòu)成
普通差速器由行星齒輪、行星輪架(差速器殼)、半軸齒輪等零件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸進(jìn)入差速器,直接驅(qū)動(dòng)行星輪架,再由行星輪帶動(dòng)左、右兩條半軸,分別驅(qū)動(dòng)左、右車輪。差速器的設(shè)計(jì)要求滿足:(左半軸轉(zhuǎn)速)+(右半軸轉(zhuǎn)速)=2(行星輪架轉(zhuǎn)速)。當(dāng)汽車直行時(shí),左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處于平衡狀態(tài),而在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)三者平衡狀態(tài)被破壞,導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小,外側(cè)輪轉(zhuǎn)速增加。
原理
差速器的這種調(diào)整是自動(dòng)的,這里涉及到“最小能耗原理”,也就是地球上所有物體都傾向于耗能最小的狀態(tài)。例如把一粒豆子放進(jìn)一個(gè)碗內(nèi),豆子會(huì)自動(dòng)停留在碗底而絕不會(huì)停留在碗壁,因?yàn)橥氲资悄芰孔畹偷奈恢茫ㄎ荒埽詣?dòng)選擇靜止(動(dòng)能最?。┒粫?huì)不斷運(yùn)動(dòng)。同樣的道理,車輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)也會(huì)自動(dòng)趨向能耗最低的狀態(tài),自動(dòng)地按照轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速。
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),使外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快,內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢,從而實(shí)現(xiàn)兩邊車輪轉(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)汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí),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(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑拖,而內(nèi)側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。即使是汽車直線行駛,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)而引起車輪的滑動(dòng)。
車輪滑動(dòng)時(shí)不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗,還會(huì)使汽車轉(zhuǎn)向困難、制動(dòng)性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動(dòng),在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輪能以不同的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。
軸間差速器:通常從動(dòng)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(dòng)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(dòng)的越野汽車,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。
分類
現(xiàn)代汽車上的差速器通常按其工作特性分為齒輪式差速器和防滑差速器兩大類。
1、齒輪式差速器
當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí),差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩。這種差速器轉(zhuǎn)矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當(dāng)汽車在壞路上行駛時(shí),卻嚴(yán)重影響通過能力。例如當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪陷入泥濘路面時(shí),雖然另一驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上,汽車卻往往不能前進(jìn)(俗稱打滑)。此時(shí)在泥濘路面上的驅(qū)動(dòng)輪原地滑轉(zhuǎn),在良好路面上的車輪卻靜止不動(dòng)。這是因?yàn)樵谀酀袈访嫔系能囕喤c路面之間的附著力較小,路面只能通過此輪對(duì)半軸作用較小的反作用力矩,因此差速器分配給此輪的轉(zhuǎn)矩也較小,盡管另一驅(qū)動(dòng)輪與良好路面間的附著力較大,但因平均分配轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn),使這一驅(qū)動(dòng)輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪等量的轉(zhuǎn)矩,以致驅(qū)動(dòng)力不足以克服行駛阻力,汽車不能前進(jìn),而動(dòng)力則消耗在滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪上。此時(shí)加大油門不僅不能使汽車前進(jìn),反而浪費(fèi)燃油,加速機(jī)件磨損,尤其使輪胎磨損加劇。有效的解決辦法是:挖掉滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪下的稀泥或在此輪下墊干土、碎石、樹枝、干草等。
2、防滑差速器
為提高汽車在壞路上的通過能力,某些越野汽車及高級(jí)轎車上裝置防滑差速器。防滑差速器的特點(diǎn)是,當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪在壞路上滑轉(zhuǎn)時(shí),能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給在良好路面上的驅(qū)動(dòng)輪,以充分利用這一驅(qū)動(dòng)輪的附著力來產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力,使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。