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中央差速器
作者:滚球体育    发布日期:2021-01-30 21:55


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  多轴驱动的汽车,各驱动桥间由传动轴相连。为使各驱动桥有可能具有不同的输入角速度,以消除各桥驱动轮的滑动现象,可以在各驱动桥之间装设中央差速器,也称为轴间差速器。

  当汽车转弯行驶时,内外两侧车轮中心在同一时间内移过的曲线距离显然不同,即外侧车轮移过的距离大于内侧车轮。若两侧车轮都固定在同一刚性转轴上,两轮角速度相等,则此时外轮必然是边滚动边滑移,内轮必然是边滚动边滑转。同样,汽车在不平路面上直线行驶时,两侧车轮实际移过曲线距离也不相等。即使路面非常平直,但由于轮胎制造尺寸误差,磨损程度不同,承受的载荷不同或充气压力不等,各个轮胎的滚动半径实际上不可能相等。因此,只要各车轮角速度相等,车轮对路面的滑动就必然存在。车轮对路面的滑动不仅会加速轮胎磨损,增加汽车的动力消耗,而且可能导致转向和制动性能的恶化。所以,在正常行驶条件下,应使车轮尽可能不发生滑动。为此,在汽车结构上,必须保证各个车轮(尤其是驱动车轮)有可能以不同角速度旋转。

  若主减速器从动齿轮通过一根整体轴同时带动两侧驱动轮,则两轮角速度只能是相等的。为使两侧驱动轮必要时能以不同角速度转动,保证车轮纯滚动状态,必须将驱动两侧车轮的整体轴断开(即为半轴)。能使同一桥两侧车轮以不同角速度转动的装置,称为差速器。这种差速器又称为轮间差速器。

  多轴驱动的汽车,各驱动桥间由传动轴相连。若各桥的驱动轮均以相同的角速度旋转,同样也会发生上述轮间无差速器时的类似现象。为使各驱动桥有可能具有不同的输入角速度,以消除各桥驱动轮的滑动现象,可以在各驱动桥之间装设中央差速器(轴间差速器)。

  汽车差速器是驱动桥的主件。它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时,允许两边半轴以不同的转速旋转,满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶,减少轮胎与地面的摩擦。

  中央差速器的种类主要有普通式中央差速器、多片离合器式中央差速器、 托森式中央差速器、 粘性联轴节式中央差速器。

  普通式中央差速器就(open differential)就是采用普通对称圆锥齿轮结构、可以在汽车转弯时正常工作的差速器,在其行星齿轮组没有设置任何锁止装置。假如一辆四驱车配备了前中后三个开放式差速器,那么如果其中一个轮子打滑,那么这个车的全部动力都会浪费在这个车轮上,而其余三个车轮则无法到的动力。在越野车领域,开放式差速器会影响非铺装路面的脱困性。

  多片离合器式差速器依靠湿式多片离合器产生差动转矩。这种系统多用作适时四驱系统的中央差速器使用。其内部有两组摩擦盘,一组为主动盘,一组为从动盘。主动盘与前轴连接,从动盘与后轴连接。两组盘片被浸泡在专用油中,二者的结合和分离依靠电子系统控制,基本结构如图1所示。

  在直线行驶时,其前后轴的转速相同,主动盘与从动盘之间没有转速差,此时盘片分离,车辆基本处于前驱或后驱状态,可达到节省燃油的目的。在转弯过程中,前后轴出现转速差,主、从动盘片之间也产生转速差。但由于转速差没有达到电子系统预设的要求,因而两组盘片依然处于分离状态,此时车辆转向不受影响。

  当前后轴的转速差超过一定限度,例如前轮开始打滑,电控系统会控制液压机构将多片离合器压紧,此时主动盘与从动盘开始发生接触,类似离合器的结合,扭矩从主动盘传递到从动盘上从而实现四驱。多片摩擦式限滑差速器的接通条件和扭矩分配比例由电子系统控制,反应速度快,部分车型还具备手动控制的“LOCK”功能,即主、从动盘片可保持全时结合状态,功能接近专业越野车的四驱锁止状态。但摩擦片最多只能传递50%的扭矩给后轮,并且高强度的使用会使摩擦片过热而失效。

  托森中央差速器(Torsen differential)的核心是蜗轮、蜗杆传动系统,如图2所示。正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能,这一特性限制了滑动。在在弯道正常行驶时,前、后差速器的作用是传统差速器,蜗杆齿轮不影响半轴输出速度的不同,如车向左转时,右侧车轮比差速器快,而左侧速度低,左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。此时蜗轮蜗杆并没有锁止,因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。而当一侧车轮打滑时,蜗轮蜗杆组件发挥作用,通过托森差速器或液压式多盘离合器,极为迅速地自动调整动力分配。

  简单地说,托森差速器就是一个全自动纯机械差速器,即不需要人为控制+100%可靠的+传动直接的限滑差速器,从某个角度来说是一种很均衡的设计。

  优点:能够在瞬间对驱动轮之间出现的阻力差提供反馈,分配扭矩输出,而且锁止特性是线性的,能够在一个相对宽泛的扭矩输出范围内进行调节。

  缺点:没有两驱状态;差速器限滑能力有限,动力无法完全传递到有某一车轮。

  粘性联轴节的工作原理,有点类似于多片离合器。在输入轴上装有许多内板,插在输出轴壳体内的许多外板当中,并充入高粘度的硅油,如图3所示。输入轴与前置发动机上的变速分动装置相连,输出轴与后驱动桥相连。 在正常行驶时,前后车轮没有转速差,粘性联轴节不起作用,动力不分配给后轮,汽车仍然相当于一辆前轮驱动汽车。

  当汽车前后车轮出现较大的转速差。粘性联轴节的内、外板之间的硅油受到搅动开始受热膨胀,产生极大的粘性阻力,阻止内外板间的相对运动,产生了较大的扭矩。这样,就自动地把动力传送给后轮,汽车就转变成全轮驱动汽车。

  缺点:缺点是反应速度慢,扭矩分配比例小,结合和分离不可手动控制,高负荷工作时因为过热可能会失效。

  四轮驱动车在锁止中央差速器处于分时四驱状态时,在干燥路面行驶车辆会倾向于直行,因左右车轮此时均具有大的附着力,从而使转弯过程中左右车轮行驶路程不同产生转速差,通过前后桥上的差速器将这个转速差传入前后传动轴,此时前后传动轴因没有中央差速器将这个转速差化解掉,这个差力将限制车轮随地面转动,从而引起转向困难,如车速过快时易引起翻车。而在湿滑路面上,由于车轮可以在地面滑动将这个转速差力释放掉,便不会出现转向困难。所以分时四驱只适合在附着力小的沙地、雪地或泥地等路面上使用,如在干燥路面上使用,只能进行直线行驶。

  上面说到分时四驱在公路上的危险性,如果我们在分时四驱状态下进一步锁止了前后桥的差速器,那么车辆在公路上实现转向几乎不可能。在正常行驶过程中前后桥差速器的突然锁止,将极易引起车辆的颠覆。

  锁止中央差速器和前后桥差速器后,发动机的动力很可能会从打滑的车轮上集中到仍有附着力的车轮,但是,车辆传动系的设计是让引擎的扭矩平分给四个车轮,假如只有一、两车轮有附着力,它们获得的扭矩将可能超过传动系所能承受的范围。举例来讲,一辆挂入分时四驱并锁止前后桥差速器的越野车,三个轮子因为地面的泥泞而失去附着力,那么这时发动机100%的动力便加在有附着力车轮的那根半轴上,如果附着力和车辆行驶阻力都很大时,发动机的巨大扭力将足以扭断这个车轮相关的半轴。所以在使用差速器锁时,对车辆的控制将变得非常重要。

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