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差速锁相关知识,越野车前后桥差速锁和中央差

文章作者:汽车配件信息 上传时间:2019-09-24

当一个驱动轮打滑时,用差速锁将差速器壳与半轴锁紧成一体,使差速器失去差速作用,可以把所有扭矩转移到另一侧驱动轮上。差速锁形式多样,常见的有摩擦片式和锥形式。摩擦片式差速器在两侧半轴齿轮背面加装了螺旋弹簧和摩擦片。摩擦片分主动片和从动片,是双面钢片,有内花键。主动片是没有摩擦衬面的钢片,它的外缘有凸耳插在差速器壳,因此锁定在壳体上;从动片有摩擦衬面,其内花键则与半轴齿轮花键相连,从动片以间隔形式插在主动片之间,构成一种具有离合器性质的摩擦片组件。弹簧对半轴齿轮和摩擦片组件保持一定压力,压紧摩擦片以便将扭矩通过摩擦片组件传递给半轴。当汽车直线行驶,两侧半轴无转速差,主动片与从动片保持结合,传给差速器的扭矩平分两侧半轴。当汽车拐弯或者一边车轮打滑致使左右半轴转速不等,一侧半轴高于差速器壳转速,另一侧半轴低于差速器壳转速,于是主动片与从动片之间发生滑转,产生摩擦力矩,其大小与差速器的驱动扭矩成正比。在快转的半轴一边,摩擦力矩与驱动扭矩方向相反,减少了扭矩的传递;在慢转的半轴一边,摩擦力矩与驱动扭矩方向相同,驱动扭矩得以增长。另一种形式是锥形式差速器,使用锥形摩擦元件将半轴齿轮锁定到差速器壳体上,两个锥体处于半轴齿轮和壳体之间,用花键与半轴齿轮毂相连。锥的表面摩擦系数大小足以抓住壳体,有弹簧对锥体保持压力,其工作原理与摩擦片式差速器是相同的。两侧半轴扭矩可能相差的最大倍数 K 称为差速器的锁紧系数据华夏汽配网了解,它对汽车运作性能有直接影响。差速锁的效果是由锁紧系数确定的,乘用车典型的锁紧系数为25%-40%。锁住作用随输入扭矩、扭矩差值的增大而增大。现代差速锁还使用电子控制形式来适应多变化的使用条件,比如在起步时锁紧系数较大,伴随车速增长或接近牵引力极限时减少锁紧系数。有些汽车则安装有防滑传感器连到差速嚣壳体上,在制动时供应额外的无滑动保护。

差速锁形式多样,常见的有摩擦片式和锥形式,其效果由锁紧系数确定。锁紧系数是指两侧半轴扭矩可能相差的最大倍数K,锁住作用随输入扭矩、扭矩差值的增大而增大。现代差速锁还使用电子控制形式来适应多变化的使用条件。差速锁的作用是当一个驱动轮打滑时,将差速器壳与半轴锁紧成一体,使差速器失去差速作用,可以把所有扭矩转移到另一侧驱动轮上。

在一些硬派越野车上,通常都装有差速锁。人们通常愿意用汽车差速锁的数量来判断汽车的越野能力。比如说一些城市SUV只有一个电子差速锁,一些越野车有前桥和后桥两个差速锁,而最高级的越野车有三把锁,除了前后桥的差速锁外,还有一个中央差速锁。那么这些差速锁到底有什么用?工作原理又是怎样的?接下来我们就来详细的分析。

普通差速器由行星齿轮、行星轮架、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器,直接驱动行星轮架,再由行星轮带动左、右两条半轴,分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足:+=2。当汽车直行时,左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态,而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏,导致内侧轮转速减小,外侧轮转速增加。

差速锁可以看作是具有自动锁止功能的差速器。对于有3个差速器、形式最轻松的全时驱动系统,由于差速器的等扭矩作用,车辆可能会由于任何一个车轮失去附着力而陷入困境,特别是对于那些经常通过泥泞等恶劣路况的车辆。处理的方法就是用差速锁把失去驱动力的那个轮子的半轴锁住,使该车轮对动力分配不再发生影响。可见差速锁最大的功用在于当车轮打滑时确保其他的驱动轮仍然能够得到足够的驱动力。对于全时驱动车辆,车上装备有3个差速器,其4个车轮可以以各自不同的转速转动,并依照各自不同的地面附着力自动得到不同的扭矩分配,确保车辆得到优秀的驱动力。对于大多数全时4驱车辆据华夏汽配网了解,由于装有中央差速器,当某个驱动轮打滑时,会使发动机动力所有消耗在打滑的车轮上,因此这时须手动操纵(有的只是车内的一个按键)差速锁将中央差速器壳与半轴锁紧成一体,使差速器失去差速作用,进而把扭矩转移到此外一个驱动桥上。差速锁形式多样,常见的有摩擦片式和锥形式,其效果由锁紧系数确定。锁紧系数是指两侧半轴扭矩可能相差的最大倍数K,锁住作用随输入扭矩、扭矩差值的增大而增大。现代差速锁还使用电子控制形式来适应多变化的使用条件。

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原理

差速器的作用是什么?

差速器的这种调整是自动的,这里涉及到“最小能耗原理”,也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。例如把一粒豆子放进一个碗内,豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁,因为碗底是能量最低的位置,它自动选择静止而不会不断运动。同样的道理,车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态,自动地按照转弯半径调整左右轮的转速。

汽车转弯时,内侧车轮和外侧车轮的转弯半径不同,外侧车轮的转弯半径要大于内侧车轮的转弯半径,这就要求在转弯时外侧车轮的转速要高于内侧车轮的转速;汽车在不平路面上直线行驶时,两侧车轮走过的曲线长短也不相等;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。差速器的作用就是即是满足汽车在行驶中所遇到的两侧车轮转速不同的要求!目前使用最广泛的就是对称式锥齿轮差速器。

三维效果

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当转弯时,由于外侧轮有滑拖的现象,内侧轮有滑转的现象,两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力,由于“最小能耗原理”,必然导致两边车轮的转速不同,从而破坏了三者的平衡关系,并通过半轴反映到半轴齿轮上,迫使行星齿轮产生自转,使内侧半轴转速减慢,外侧半轴转速加快,从而实现两边车轮转速的差异。

如果你的车上没有差速器,两个车轮将刚性的固定在一起,以同一转速旋转。汽车在转弯时,车轮必然出现边滚动边滑动的现象。这将会加速轮胎磨损,增加汽车的动力消耗,使车桥承受很大的应力。为了保证两侧驱动轮始终处于纯滚动状态,人们使用两根半轴分别连接两侧车轮,而由主减速器从动车轮通过差速器分别驱动两侧半轴和车轮,使它们可用不同角速度旋转。

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差速器种类及安装位置:

驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接,则两轮只能以相同的角度旋转。这样,当汽车转向行驶时,由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大,将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖,而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶,也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等(轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等)而引起车轮的滑动。

差速器按安装位置可以分为两种:装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器称为轮间差速器。安装在两个驱动桥之间的差速器称为桥间差速器或中央差速器。

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差速器原理图

一般的差速器主要是由两个半轴齿轮(通过半轴与车轮相连)、两个行星齿轮(行星架与环形齿轮连接)、一个环形齿轮及差速器壳体、行星齿轮轴等组成。

车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗,还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动,在结构上必须保证各车轮能以不同的角度转动。

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轴间:通常从动车轮用轴承支承在主轴上,使之能以任何角度旋转,而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接,在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轴间差速器。

工作原理

多轴驱动的越野汽车,为使各驱动桥能以不同角速度旋转,以消除各桥上驱动轮的滑动,有的在两驱动桥之间装有轴间差速器。

那差速器是怎样工作的呢?传动轴传过来的动力通过主动齿轮传递到环齿轮上,环齿轮带动行星齿轮轴一起旋转,同时带动半轴齿轮转动,从而推动驱动轮前进。

作用

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汽车转弯时,内侧车轮和外侧车轮的转弯半径不同,外侧车轮的转弯半径要大于内侧车轮的转弯半径,这就要求在转弯时外侧车轮的转速要高于内侧车轮的转速。差速器的作用就是满足汽车转弯时两侧车轮转速不同的要求!这个作用是差速器最基本的作用,至于后为发展的什么中央差速器、防滑差速器、LSD差速器、托森差速器等,他们是为了提高汽车的行驶性能、操控性能而设计的。

当车辆直线行驶时,左右两个轮受到的阻力一样,行星齿轮不自转,把动力传递到两个半轴上,这时左右车轮转速一样。

功能

当车辆转弯时,左右车轮受到的阻力不一样,行星齿轮绕着半轴转动并同时自转,从而吸收阻力差,使车轮能够与不同的速度旋转,保证汽车顺利过弯。

汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧,如果汽车向左转弯,圆弧的中心点在左侧,在相同的时间里,右侧轮子走的弧线比左侧轮子长,为了平衡这个差异,就要左边轮子慢一点,右边轮子快一点,用不同的转速来弥补距离的差异。

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如果后轮轴做成一个整体,就无法做到两侧轮子的转速差异,也就是做不到自动调整。为了解决这个问题,早在一百年前,法国雷诺汽车公司的创始人路易斯·雷诺就设计出了差速器这个东西。[3]

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分类

差速器的特性

现代汽车上的差速器通常按其工作特性分为齿轮式差速器和防滑差速器两大类。

汽车差速器具有两个重要的特性:运动特性和扭矩特性。

齿轮式差速器

金沙990.am ,运动特性

由于结构原因,这种差速器分配给左右轮的转矩相等。这种差速器转矩均分特性能满足汽车在良好路面上正常行驶。但当汽车在坏路上行驶时,却严重影响通过能力。例如当汽车的一个驱动轮陷入泥泞路面时,虽然另一驱动轮在良好路面上,汽车却往往不能前进。此时在泥泞路面上的驱动轮原地滑转,在良好路面上的车轮却静止不动。这是因为在泥泞路面上的车轮与路面之间的附着力较小,路面只能通过此轮对半轴作用较小的反作用力矩,因此差速器分配给此轮的转矩也较小,尽管另一驱动轮与良好路面间的附着力较大,但因平均分配转矩的特点,使这一驱动轮也只能分到与滑转驱动轮等量的转矩,以致驱动力不足以克服行驶阻力,汽车不能前进,而动力则消耗在滑转驱动轮上。此时加大油门不仅不能使汽车前进,反而浪费燃油,加速机件磨损,尤其使轮胎磨损加剧。有效的解决办法是:挖掉滑转驱动轮下的稀泥或在此轮下垫干土、碎石、树枝、干草等。

差速器不起作用时,两个半轴的转速均等于差速器壳体的转速;差速器起作用时,一个半轴增加的转速等于另一个半轴减少的转速;左右半轴转速之和永远等于差速器壳体转速的两倍。

防滑差速器

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为提高汽车在坏路上的通过能力,某些越野汽车及高级轿车上装置防滑差速器。防滑差速器的特点是,当一侧驱动轮在坏路上滑转时,能使大部分甚至全部转矩传给在良好路面上的驱动轮,以充分利用这一驱动轮的附着力来产生足够的驱动力,使汽车顺利起步或继续行驶。为实现上述要求,最简单的方法是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁,使之成为强制止锁式差速器。当一侧驱动轮滑转时,可利用差速锁使差速器锁死而不起差速作用。

转矩分配特性:

防滑差速器能够克服普通锥齿轮式差速器因转矩平均分配给左、右轮而带来的在坏路面上行驶时,因一侧驱动轮接触泥泞、冰雪路面而在原地打滑,另一侧在好路面上的驱动轮却处在不动状态使汽车通过能力降低的缺点。这是因为与泥泞、冰雪路面接触的驱动轮与路面的附着力减少,路面对半轴作用有很小的反作用转矩,结合对称式锥齿轮差速器具有转矩平均分配的特点,这使处在好路面上的驱动轮所得到的转矩只能与处于坏路面上的驱动轮转矩相等,于是两者的合力不足以克服行驶阻力,汽车便停止不动。

普通锥齿轮差速器无论在何种工况,都具有扭矩等量分配的特性。

根据结构特点不同,防滑差速器有强制锁止式、高摩擦式和自由轮式3种。其中,高摩擦式中又有摩擦片式自锁差速器、托森差速器、蜗轮式差速器、滑块凸轮式差速器和粘性联轴器式差速器5种。

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”托森“差速器是美国格里森公司生产的转矩感应式差速器,即差速器可以根据其内部差动转矩的大小而决定是否限制差速器的差速作用。在结构上巧妙地利用涡轮蜗杆传动的不可逆原理而设计。作为一种新型差速机构,托森差速器以其独特的优越性能在各种汽车上得到广泛应用。[4]

因为这种扭矩平均分配的特性,当左右车轮处在不同附着系数的路面上时(如一侧冰雪、一侧铺装路面),低附着力路面上的车轮能够产生的驱动力矩非常小(轮端摩擦力过小,所以没有办法获得需要的反作用力),而此时对侧附着力良好的车轮也只能得到几乎同样的驱动力矩,而这样的驱动力矩没有办法使良好附着力路面上的车轮滚动前进(这和发动机动力无关,只和此时两侧车轮附着系数的落差有关),因此,即便你猛踩油门,也只能使低附着力的一侧车轮失去附着力空转,而对侧的车轮则因为驱动力矩不足而无法前进。这就是汽车一侧车轮滑转另一侧车轮也不动的原理。

双蜗杆差速器

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所以为了应付差速器这一弱点,很多高性能车和越野车装备了差速锁,使用机械或电子锁死的方法,在汽车驱动轮失去附着力时让差速器减弱或失去差速作用,将动力平均分配到驱动车轮上,以帮助车辆摆脱困境,这就是我们常说的差速锁。

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常见的差速锁有牙嵌式和多片离合器式两种,控制方式有人工手动操作、扭矩感应控制及电子液压控制三种。托森差速器是一种例外,它自带差速锁止功能,不需要特殊的控制机构,一般作为中央差速器使用。

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共7张

前后桥差速锁锁止的是同一轴上的两个车轮,让这两个车轮同步旋转。这样即使打滑的车轮也能获得驱动力。中央差速锁是将前后桥刚性连接在一起,让前后桥的车轮都同步旋转,这样即使有一个车桥打滑,两一个车桥上的车轮仍然有驱动力,这样就可以把汽车开出来。

双蜗杆差速器

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双蜗杆差速器是2014年国内新发明的产品,特点是将两个相互啮合的蜗杆倾斜安装于转子中,两个蜗杆轴端分别与两侧的输出轴相连接,连接可用齿轮连接或万向节连接,齿圈安装于转子上,整体由轴承固定于壳体,动力源由齿圈输入,两侧输出轴输出动力。

两个蜗杆采用小的导程角,导程角的大小决定自锁的程度,蜗杆与涡轮传动中,都是蜗杆主动,涡轮从动,两个蜗杆相啮合,相当于都是彼此的涡轮一样,导程角小到一定程度时,两个蜗杆会产生互锁,只有两侧同时施加扭力时才能转动,所以这就是能自锁的原因,而又不影响差速行驶。

若用在中央差速器,两个蜗杆节圆直径调整,可使前后输出不同的扭矩,就像托森差速器那样前后动力40:60分配。

优点是体积小,加工简单,成本低,全面解决全时四驱。

LSD系统

说起AWD轿车驱动系统人们不能不想到奥迪Quattro,正是奥迪的大胆创新并义无反顾才使得越来越多的人们享受到AWD带来的驾驶乐趣,而奥迪Quattro AWD的核心正是Torsen LSD差速器系统,谁能想到电子部件横行的今天它还保持着机械的清纯。Torsen托森B型差速器

每辆汽车都要配备有差速器,我们知道普通差速器的作用:第一,它是一组减速齿轮,使从变速箱输出的高转速转化为正常车速;第二,可以使左右驱动轮速度不同,也就是在弯道时对里外车轮输出不同的转速以保持平衡。它的缺陷是在经过湿滑路面时就会因打滑失去牵引力。而如果给差速器增加限滑功能就能满足轿车在恶劣路面具有良好操控性的需求了,这就是限滑差速器(Limited Slip Differential,简称LSD)。全轮驱动轿车AWD系统的基本构成是具有3个差速器,它们分别控制着前轮、后轮、前后驱动轴扭矩分配。这3个差速器不只是人们常见的简单差速器,它们是LSD差速器,带有自锁功能以保证在湿滑路面轮胎发生打滑时驱动轮始终保持有充足的扭矩输出从而在恶劣路况获得良好的操控。世界上的LSD差速器有好几种形式,今天我们就来看看Torsen自锁差速器系统。

Torsen这个名字的由来取自Torque-sensing Traction——感觉扭矩牵引,连品牌名称都是从牵引力控制中得来的,够专业吧!

Torsen核心系统

在弯道行驶没有车轮打滑时,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,这一方向动力传输畅通无阻。

Haldex多片离合中央差速器

当左侧车轮出现打滑时,传统差速器将会把动力传输到左轮,使发动机动力再大也只能白白消耗。而托森差速器就不同了,此时快速旋转的左侧半轴将驱动左侧蜗杆,并通过同步啮合齿轮驱动右侧蜗杆。

Torsen差速器用在全时四驱系统上,牵引力被分配到了每个车轮,于是就有了良好的弯道、干/湿路面驾驶性能。托森中央差速器确保了前后轮均一的动力分配。如轮胎遇到冰面等摩擦力缺失的路面时,系统会快速做出反应,大部分的扭矩会转向转速慢的车轮,也就是还有抓地力的车轮。

托森差速器的锁止介入没有时间上的延迟,也不会消耗总扭矩数值的大小,它没有传统锁止差速器所配备的多片式离合器,磨损非常小,可以实现免维护。

除了本身性能上的优势,托森差速器还具备其他方面的优势,比如它可以与很多常用变速器、分动器实现匹配,与车辆上ABS、TCS、ESP等电子设备共容,相辅相成的为整车安全和操控服务。

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