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汽车是我们日常生活中经常使用的交通工具。然而,汽车的起步并不容易,它体现了人类几百年来的技术结晶。今天,我将向您解释汽车差速器中一个非常不起眼但却至关重要的装置。汽车的动力来自哪里?傻子都知道是发动机!但是你有没有想过在普通的两轮驱动上,动力是如何从发动机传递到两个轮胎的?由于发动机输出的动力经过变速箱后只是一根传动轴,而且有两个驱动轮,这就需要一个把传动轴的动力分成两部分传递给车轮的装置。这个装置就是差速器!
为了解释微分原理,我们首先引用百度百科中的解释:
"...汽车转弯时,车轮的轨迹是一条弧线。如果汽车向左转弯,圆弧的中心在左边。同时,右轮的圆弧比左轮的长。为了平衡这种差异,左轮应该慢一些,右轮应该快一些,用不同的速度来弥补距离的差异。”
"...普通差速器由行星齿轮、行星架、半轴齿轮等部分组成。发动机的动力通过传动轴进入差速器,直接驱动行星架,再由行星轮驱动左右半轴分别驱动左右车轮。差速器的设计要求满足:+=2。当汽车直线行驶时,左右车轮和行星架的转速相等,处于平衡状态,但当汽车转弯时,三个车轮的平衡状态被破坏,导致内轮转速下降,外轮转速上升。……"
“这种调整是自动的,其中涉及到能量消耗最小的原则,即地球上所有物体往往消耗的能量最少。比如你把一颗豆子放入碗中,豆子会自动停留在碗底,但绝不会停留在碗壁,因为碗底是能量最低的位置,它会自动选择静止而不是连续运动。同理,转弯时车轮会自动趋向能耗最低的状态,并根据转弯半径自动调整左右车轮的速度。转弯时,由于外轮有滑动拖动现象,内轮有滑动转动现象,此时两个驱动轮会产生相反方向的附加力。由于‘能耗最小’的原理,必然会导致两侧车轮速度不同,破坏三者之间的平衡关系,通过半轴反映在半轴齿轮上,迫使行星齿轮转动,使外侧半轴速度加快,内侧半轴速度减慢,从而实现两侧车轮速度的差异。”
对于专业人士来说,这篇文章可以到此结束,但作为普通的爱车人士,我们需要的不是死板的书本知识,所以有必要用通俗易懂的语言解释清楚差速器是如何工作的。
●为什么要安装差速器?
首先要说的是差速装置安装的位置,它的位置应该在传动轴和左右半轴的相交处,变速箱输出的动力在这里分配给左右半轴。至于为什么要装差速器,就不用多解释了。百度百科很清楚。我们都知道,直线行驶时左右驱动轮的转速是一样的,但转弯时两侧车轮的距离不相等,所以车轮的转速肯定会不一样。差速器的功能是允许左右驱动轮以不同的速度行驶。
●差速器的结构:
其实说白了,整个差速器系统的核心就是四个齿轮:两个行星齿轮和两个与传动轴连接的半轴齿轮。这四个齿轮都在差速器箱内,差速器箱与传动轴连接,自行转动。行驶时,其旋转方向与车轮相同。
我们可以用一个球体来解释微分问题!我们假设这个球体和地球一样,有两极和以两极连线为轴的自传。这个球体可以理解为差速器箱,这个箱的两极与汽车的左右半轴连接。这里安装了两个半轴齿轮,两个齿轮中心的连线是差速器箱的旋转轴。
除了两个半轴齿轮,还有两个行星齿轮。了解两个行星齿轮的状态是理解差动原理的关键。以刚才提到的球体为例。两个齿轮相对安装,与半轴齿轮垂直,相当于6点和12点。这两个齿轮往往要反方向转动,才能实现差速动作。在自我旋转的过程中,外壳会随着两个齿轮旋转。
这四个齿轮虽然安装在壳体内部,但都可以独立于差速器壳体旋转,但它们相互啮合,每个齿轮的两侧都与另外两个齿轮啮合。只要其中一个齿轮转动,另外三个齿轮就会一起转动,其中一个齿轮向某个方向转动,与之相对的另一个齿轮也必须向相反的方向转动!这个现象可以通过实验来验证:如果一辆车的两个驱动轮都悬空空,一个车轮转动,另一个车轮就会反方向转动。
●差速器的工作原理:
“车辆直行时的差速状态”
直线行驶时,左右驱动轮的阻力大致相同。发动机输出的动力首先传递到差速器壳,使差速器壳开始转动。接下来,我们应该把动力从外壳传递到左右半轴。我们可以理解为两边的半轴齿轮是互相“竞争”的。因为两边车轮的阻力是一样的,所以都无法突破另一边。因此,差速器壳体中的行星齿轮随壳体一起旋转,不会同时旋转。两个行星齿轮咬合两个半轴齿轮,同速旋转,让汽车直线行驶!
“一个轮子遇到阻力”
假设车辆现在左转,左驱动轮会行驶一小段距离,会产生相对较大的阻力。差速器壳通过齿轮与输出轴连接,在传动轴转速不变的情况下,差速器壳的转速不会改变,所以左半轴齿轮会比差速器壳转动慢,相当于行星齿轮驱动左半轴更费力。此时,行星齿轮会产生自转,将更多的扭矩传递给右半轴齿轮。由于行星齿轮的公转加上自身的自转,右半轴齿轮会在差速器壳转速的基础上增加,使右轮比左轮转得快,从而使车辆平稳。
为了让大家更容易理解微分的原理,我就用上面的视频来解释一下。首先,视频中的差别和我们之前讲的差别有点不一样。视频中的差速器有四个行星齿轮,而我们所说的差速器有两个行星齿轮。其实你不用在意行星齿轮的数量,本质原理是一样的。
在这个视频中,从屏幕最左边延伸出来的轴就是传动轴,发动机输出的动力通过传动轴传递到差速器壳。视频中最大的齿轮固定在差速器壳上,这个大齿轮的转动相当于差速器壳的转动。
在视频的前7秒,演示了车辆转弯时的状态。我们可以清楚地看到,下半轴比另一个半轴和差速器壳慢。此时,差速器箱中的行星齿轮将旋转并将扭矩传递给另一半轴。从第7秒到第14秒,演示直线行驶,两侧阻力相同,所以壳体内的行星齿轮不会转动,两侧半轴转速相同。第14秒后,证明上半轴遇到阻力。
●普通差速器的缺点:
现在有一个问题:如果驱动轮的一侧失去抓地力,为什么车辆不能前进?那是因为当一个车轮失去对地面的抓地力时,这个侧轮的阻力等于零,而另一个侧轮的阻力对于失去对地面抓地力的一侧来说太大了。随着外壳旋转的同时,差速器中的行星齿轮会疯狂旋转,不断将动力传递给失去地面抓地力的侧轮,所以汽车只会停留在原地。
所以可以说,我们日常生活中接触到的两轮驱动家用车其实是非常脆弱的。只要路面铺得不好或泥泞,就有可能抛锚!这与这辆车的马力无关。这也是为什么很多高性能车和越野车都配备限滑差速器的原因。
限滑差速器的作用是,如果左右半轴之间的速度差过大,限滑差速器会锁住普通差速器,使动力在左右半轴之间合理分配。但有些专业越野车配备了四驱装置和差速锁,当抓地力不足时,通过手动控制或电子装置锁止差速器。此时差速器不工作,动力均匀分配到四个车轮,帮助车辆脱困。四轮驱动装置的原理将在下面的文章中详细解释。
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