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限滑差速器

限滑差速器

限滑差速器,英文名为Limited Slip Differential,简称LSD。限滑差速器,顾名思义就是限制车轮滑动的一种改进型差速器,指两侧驱动轮转速差值被允许在一定范围内,以保证正常的转弯等行驶性能的类差速器。事实上LSD依构造的不同可以分为好几种型式,而每一种LSD亦都有其特别之处 。

限滑差速器,英文名为Limited Slip Diff,简称LSD。限滑差速器,顾名思义就是限制车轮滑动的一种改进型差速器,指两侧驱动轮转速差值被允许在一定范围内,以保证正常的转弯等行驶性能的类差速器。事实上LSD依构造的不同可以分为好几种型式,而每一种LSD亦都有其特别之处。接下来我们就分门别类归纳出常见的各种式样。

是防止或限制动力输出到打滑轮一侧的差速器。

普通的自由差速器,当一侧轮胎打滑后,打滑轮受到的地面的阻力就减小,动力就会更多的传递到阻力较小的这一侧轮胎,造成“空转”的现象。
限滑差速器则是利用作用力的原理,当两侧轮胎都正常受到地面阻力影响的时候,差速器有足够的扭矩用来“拧开”内部锁死的机构,正常产生差速。当一侧打滑时,作用力一侧大一侧小,差速器内部的扭矩不足以“拧开”锁死机构,那么就锁死了。这时动力会倾向于平均分配,从而限制打滑。

其实就是用双手开罐头一样的原理,两个手(轮胎)都要用力握住瓶子和瓶盖(差速器的两侧),随便哪一侧“打滑”都会打不开瓶盖,而造成瓶子的整体转动(差速器锁死,动力分配50:50)。

另限滑差速器(Limited slip differential)是一种车辆用的差速器。传统差速器在在一侧轮胎失去抓地力的情况下,会继续把所有的驱动传动到空转轮,而限滑差速器能避免该情况,它通过差速锁将差速器锁死,则两侧的驱动轮刚性连接,使得驱动力部分或全部输出到非空转的一侧驱动轮,使驱动力的分配更为合理。 而限滑差速器的限滑功能只限制在会发生滑动的情况下使用。如果正常情况下使用会造成汽车该驱动桥的严重损坏。

限滑差速器原理和限滑差速器功能

在谈论LSD这个机件之前,读者务必先知道差速器的功能与动作原理。而差速器本身的动作原理,亦属于专业级的构造,若要单纯用文字来叙述,大部分的读者可能很难理解,所以笔者先用日常最容易接触的现象和状况,来解释原厂差速器的设计功能和必需性。

现行车辆的转向设计是依据艾克曼第五轮原理来设定,也就是弯道内轮的转向角度大于外轮。再由三角函数计算内侧车轮所转动的距离会比外侧车轮距离短,一旦距离有差异时,等于内外轮 (左、右轮) 的转速不一致,如果从变速箱所输出的传动轴没有藉由差速器来分隔左、右输出,那么车辆在转弯时便无法调整左、右轮的转速。在慢速时藉由多余且不当的摩擦来带过,而高速转弯则会发生弯道内轮因多余的旋转及摩擦,导致轮胎跳离地面连带利用车轴及悬挂使车体上扬,当内侧车体上扬加上离心力的驱动,很自然就会朝转弯方向的另一侧翻覆。

所以说车辆的左、右车轮绝对不是同轴型式,尤其现代汽车又以前轮驱动设计居多,没有差速器的构造,驾驶者根本无法操控方向盘,因为只要驾驶者转动方向盘,轮胎藉由地面产生的回馈力,强力的将方向盘推回中心原点,如此一来操控根本无法存在,所以在传动轮中央置入差速器是传动系统必备的要件。

由于差速器是藉由盆型齿轮及角齿轮驱动,内部包含边齿轮及差速小齿轮。当车辆直行时,并无差速作用,差速小齿轮及边齿轮整个会随着盆齿轮公转无差速作用,一旦车辆转弯内、外轮阻力不一样时,差速齿轮组因阻力的作用迫使产生自转功能进而调整左、右轮速。既然左、右轮速的变化及调整是藉由轮胎及地面阻抗来自由产生,那么后续的使用状况就将造成车辆无法行驶的状态。

譬如说当车辆一轮掉入坑洞中,此车轮就毫无任何摩擦力可言,着地车轮相对却有着极大的阻力,此时差速器的作用会让所有动力回馈到低摩擦的轮子。掉入坑洞的车轮会不停转动,而着地轮反而完全无动作,如此车轮就无法行驶。

还有一种属于循迹现象的状况,也就是所谓性能输出的现象,即车轮在过弯时大脚油门,动力输出特别明显,输出扭力加上离心力,迫使车辆内轮扬起离开地面或产生打滑现象,一旦有一轮空转,动力便一直往空转轮传输 (因为阻力少) ,车辆依然无法加速前进。

另有一种属于激烈操驾模式而产生的打滑现象,此现象车辆既不转弯,也非左、右轮置于不同摩擦系数路面的状况,那就是在进行零四加速时,巨大的动力输出,随着左、右传动轴的长短不一致及轮胎些许的差异,导致动力瞬间输往摩擦力弱的一轮,此轮便开始不停的空转,另一轮无从发挥作用,车辆当然无法往前迈进。为了解决以上这些现象,让更多的动力平均传递到左、右两个驱动轮上,限制差速器左、右滑动率的比例来完成此目标,所以限滑差速器便是解决问题的标准机件。

差速器很好的解决了汽车在不平路面及转向时左右驱动车轮转速不同的要求;但随之而来的是差速器的存在使得汽车在一侧驱动轮打滑时动力无法有效传输,也就是打滑的车轮不能产生驱动力,而不打滑的车轮又没有得到足够的扭矩。我们的汽车设计师一直在努力,于是差速锁出现了。差速锁很好的解决了汽车在一侧车轮打滑时出现的动力传输的问题,也就是锁止差速器,让差速器不再起作用,左右两侧的驱动轮均可得到相同的扭矩。可是大自然总是再给人类处理不完的难题。差速锁再解决原有问题的同时又带来了新的问题。

这种差速锁仅仅适用于越野车的使用,在野外非铺装路面上,路面附着力不大,即便差速器锁止时车轮发生一些打滑也无所谓,至少没有安全性问题。可是在铺装良好的公路上出现左右摩擦不平衡的时候,由于轮胎与干地面的摩擦是相当大的,在高速转弯时差速器锁止是非常危险的,弯道内轮因多余的旋转及摩擦,导致轮胎跳离地面连带利用车轴及悬挂使车体上扬,当内侧车体上扬加上离心力的驱动,很自然就会朝转弯方向的另一侧翻覆。

本文链接:http://baike.cntronics.com/abc/1196
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