通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

2019-05-07 16:19:47 3点赞 18收藏 1评论

通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

大家可能都听说过限滑差速器,比如宝马的牵引力控制系统中,就包含了这种装置,但其中原理可能就不太了解了。这篇译文把它的运行过程讲得通俗易懂,值得一读。

简单来说,限滑差速器(LSD)是用来解决汽车两侧驱动轮之间牵引力差的装置。

脑补一下这个场景:当一辆配备开放式差速器的车辆直行时,一侧驱动轮行驶在牵引力良好的路面上,另一侧则在湿滑路面上。在开放式差速器中,左右车轴的旋转是完全独立的。当一侧车轮行驶到湿滑路面上,开放式差速器会使其极速旋转,而牵引力良好一侧的车轮则几乎静止不动。这样一来,绝大部分动力都给了打滑的车轮,有抓地力的车轮却几乎得不到动力,于是汽车就无法前进。

通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

解决办法之一,就是限制左右车轴之间的独立或者相对运动——限滑差速器就此派上用场,其中最常见的类型是离合式限滑差速器。

限滑差速器的结构特点

首先我们来看看限滑差速器的结构特点是什么。

开放式差速器的基础元件如下图所示,它由行星齿轮、齿圈、差速箱、差速轮和半轴齿轮构成。

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▲注解:行星齿轮和齿圈用于将引擎的动力传递到差速箱中;差速箱内的差速轮的作用,是允许左右车轴之间有转速差;左右各有一个半轴齿轮,用于驱动车轴。

除了这些基础元件,限滑差速器在半轴齿轮和差速箱壳体之间添加了一组摩擦片和压盘。摩擦片内侧有齿,与半轴齿轮的花键锁死,所以摩擦片和半轴齿轮总是同步转动。

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▲注解:花键分内外两种,圆柱体外表面有键齿,就是外花键,内表面有键齿,就是内花键,两者用于轴向固定

压盘外沿有突起,嵌入差速箱壳体的凹槽中,所以压盘与壳体同步转动。

由于压盘锁定在壳体上,摩擦片锁定在半轴齿轮上,整个离合器压紧之后,离合器总成行动会犹如一个固体组件。或者说,差速箱的转动直接传递到相应的车轴上。

半轴齿轮之间装有复位弹簧,而复位弹簧一直推动半轴齿轮,压紧离合器。

通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

锥型齿轮的分离作用:

你会注意到差速轮和半轴齿轮都是锥型齿的。而锥型齿有一个特点:当扭矩通过锥型齿进行传递,除了产生切向力,还会产生轴向力。后者会试图把两组齿轮分开。

通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

半轴齿轮和车轴是两个独立的元件。半轴齿轮可做轻微的轴向移动。

通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

所以,当扭矩通过差速轮-半轴齿轮组进行传递时,会有一个分力传递到离合器上——这个力会将离合器总成紧压在壳体内壁上。

限滑差速器的工作原理

回到最初的问题。当一侧车轮行驶在高牵引力路面,传递到该侧车轮的扭矩也会更高。所以该侧由锥型齿分离作用产生的轴向分力也会更大。于是,高牵引力侧的离合器会被压紧,直至锁止。差速箱传递的动力会直接通过离合器总成传递到高牵引力侧的车轴上。

通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

另一方面,低牵引力一侧的离合器并没有啮合,因此该侧动力输出受到限制。这样一来,牵引力差的难题就得到了解决。

通俗科普:限滑差速器是如何工作的?

而在转弯时,限滑差速器可以充当普通差速器。此时锥型齿分离作用产生的轴向分力不算太大,所以离合器中的摩擦片可以轻松地克服摩擦阻力,从而产生彼此间的滑动,于是左右车轮之间像开放式差速器那样可以保持一定的转速差。

除了离合器式限滑差速器,还有托森差速器、锥型齿差速器、液压锁差速器等等,同样能够解决轮间牵引力差问题。

编译|休不眠

编译自|Learning engineer

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