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汽车限滑差速器
 
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限滑差速器

简介:

汽车在弯道行驶,内外两侧车轮的转速有一定的差别,外侧车轮的行驶路程长,转速也要比内部车轮的转速高,这个时候就需要差速器来调节。

在介绍限滑差速器之前,还得得先说说差速器的作用。

功能原理:

顾名思义,“差速器”就是用来让车轮转速产生差异的,在转弯的情况下可以使左右车轮进行合理的扭矩分配,来达到合理的转弯效果。当发动机的动力经离合器、变速器、传动轴,经过了驱动桥上减速器的减速增矩之后,就要面临左右车轮的扭矩的分配,实现左右车轮的不同速度,使两边车轮尽可能以纯滚动的形式不等距行驶,减少轮胎与地面的摩擦,这就是所谓的“差速”过程。

那么这个过程是如何实现的呢?首先我们来看看普通差速器的构成。差速器主要由行星齿轮、齿轮架以及左右半轴齿轮构成。在传动轴和驱动桥的结合点上,我们能看到一个半径比较大的从动齿轮,由于输入轴主动齿轮半径比较小,因此动力从此齿轮传递到半径比较大的从动齿轮的过程中就能实现一个减速增矩的过程。

接下来减速器从动齿轮带动着行星齿轮架一起运转,由于左右输出轴和行星齿轮架是相连的,因此左右输出轴会跟着一起转动,而左右半轴齿轮就会跟着一起运转,而实现“差速”的关键就是两个和左右半轴齿轮相垂直的行星齿轮。这两个行星齿轮和左右车轮都咬合着,齿轮咬合方式能够让左右两个齿轮达到一个互相抵制的效果。

当汽车直线行驶的时候,左右半轴齿轮的扭矩和转速都是相同的,因此和行星齿轮结合的时候左侧和右侧能够互相抵消,这个时候行星齿轮是不运动的。遇到转弯情况,内侧车轮要比外侧车轮受到的阻力大,这个时候左右半轴齿轮的扭矩不同,就会导致行星齿轮的转动,行星齿轮能给内侧齿轮一个阻力扭矩实现减速,同时也能给外侧齿轮增速,这样外侧齿轮比内侧齿轮的转速快,实现了顺利的转弯。

分类:

扭力感应式LSD:

是采用螺旋齿轮组,一样利用左、右双组的摩擦力来限定滑差效应,由于螺旋齿轮采纵向和基座齿轮的横向交错,无离合器片的损耗,运用在后驱车辆,其故障率较低,维修保养亦趋于简单,虽然在动力输出方面未能有强大的表现,但实用原则为其最大之优点。 它是将普通差速器的齿轮从齿轮改成涡轮蜗杆,而安装位置和形式并不变,借由蜗轮蜗杆传动的自锁功能(蜗杆可以向蜗轮传递扭矩,而蜗轮向涡杆施以扭矩时齿间摩擦力大于所传递的扭矩,而无法旋转)来实现防滑功能。大名鼎鼎的奥迪quattro就是采用这种结构,还有许多原厂高性能车种都是采用此种型式,像RX-7 FD3S的原厂LSD就相当有名。在扭力感应式LSD的特性方面,虽然其较少使用在运动用途上,但摩擦部分与机械式比较起来效果更好,而且维修上非常简单,这是它的最大优点。

螺旋齿轮LSD:

其内部构造依然采用螺旋齿轮,有别于扭力感应式的LSD是此螺旋齿轮LSD所配置的齿轮全为「横向」,也就是和输出轴的运转同一方向,利用行星齿轮大小减速比的功能达到限速功能,其最大的弱点在于限定锁定扭力滑差的比例较小,但也因为维修及使用保养无需特别的注意,更不需要使用LSD专用油,因此原厂如Honda 1.8升Type-R、Silvia S15…等较新款的前轮带动车,也几乎都是使用此型式之LSD,此等LSD还有一个现象,就是车辆顶高后,转动驱动的左右两轮,并不会一起前进或后退,因此在当年TIS 1:9房车赛规格的验车过程中,它算是可以瞒混过关的偷改武器! 螺旋齿轮LSD内部的齿轮构造与扭力感应式LSD有些相似,同样是将普通差速器的齿轮从直齿改成螺旋齿,不过不是利用二者摩擦力的不同,而是改变了齿轮的安装位置和形式,通过只有螺旋齿轮才能实现的安装位置和形式,利用齿轮的减速比来限制左右驱动轮转速差的。这种LSD所能达到的最大转速差比较小。而且,扭力感应型的齿轮配置为纵向,而此种螺旋齿轮LSD的则为横向装置。和机械式LSD相比,它的最大弱点在于限制锁定的扭力范围较小,但维修、使用上没有什么特别麻烦之处。

滚珠锁定LSD:

这种设计的特殊之处,是当小圆球在弯曲的沟槽中移动时,被沟槽切断的滚筒开始作动而发挥限滑的效果,尤其是其作动原理与一般品有很大的差异,目前并不算是主流的制品。在滚珠锁定LSD的特性方面,因为它的构造相当特别,因此可以发挥十分圆滑的效果,反过来说此LSD并不适合喜欢在街上狂飙的人士,而最后可以死锁差速器、并发挥最高扭力,也是值得记上一笔之处,所以最适用于分秒必争的比赛场合中。

黏性耦合式LSD:

最早配置是用在VAG (Audi/VW) 车系,其间由多片的离合器组,加上硅油组合而成,它是利用硅油摩擦受热膨胀后,迫使离合器片接合来锁定轮差,其结构可说是最简单且体积小、造价低,是一款适用于大众型式的LSD。大约十年前LSD还是属于选用配备时,最受欢迎的就是这种黏性耦合型式样,就如大家所看到的,此LSD是由多个离合器片组合而成,透过硅油的喷入使左右轮胎产生回转差,然后再利用硅油的黏性做锁定。谈到这里大家应该不难想象,此类构造的效果并非很好,因为硅油的黏度会依温度产生性能上的差别,因此反应性算是最差,往好的方面想,这种LSD只是一款适合一般大众使用的类型罢了。

机械式LSD:

在改装车辆中最传统也最常用,因此算是能见度最高的LSD,因为使用左、右两个离合器片和压板组,故亦称为多板或多片离合器式LSD,此型式之LSD可藉由离合器片与压板的排列组合来达到限滑百分比功能,从25%~90%的能力皆可完成。但唯一的缺点就是较难照顾,其务必要使用LSD专用油来定期保养,长时间或剧烈操驾也可能需要更换修理包。而离合器片装配不佳或置入时Run in方式不正确,也容易导致转弯异音或离合器片损坏之现象。 机械式LSD响应速度快,灵敏度高,限滑比例可根据压板和离合片的不同组合来实现,可调范围广,但造价高,耐久性不好,当离合器片磨损时,常会出现“嘎!嘎!”的噪音,因此需要做定期的维修,这也是其缺点之一。

主动式LSD:

一般的LSD是由凸轮与齿轮组合而成,且利用使用球状沟槽的机械构造,被动的来接受作动,但装置在新型车种上的高科技差速器,由于配备有油压及电子控制系统,因此可以主动的使LSD作动。现在许多厂商都在研究它,有的还推出了控制左右车胎扭力的LSD(如本田的SH-AWD系统和三菱的S-AWC)。

实际意义:

普通差速器有一种弊端,那就是由于车轮悬空而导致空转,一旦发生类似的情况,差速器将动力源源不断的传给没有动力的空转车轮,车辆不但不能向前运动,大量的动力也会流失。这时候就需要一种差速器来解决这样的情况,也就是我们将要介绍的限滑差速器。

限滑差速器的英文简写为LSD,是Limited Slip Differential的缩写,而LSD的主要功能就是在工作时使左右车轮一同运转,而且将左右车轮的转速差控制在一定范围之内,以车辆保证正常的行进。根据实现方式以及机件结构的不同,LSD可细分为扭力感应型、黏耦合型、螺旋齿轮式、标准机械式LSD等多种形式。虽然实现限滑差速的过程不同,最终目的是一致的。

对于性能提升的意义:

拿一个实际路况作为例子,当驾驶一辆装有LSD的车,其中一只驱动轮发生空转时,LSD会控制两只车轮动力输出,阻止空转的车轮不会继续空转,使另一只车轮也有足够大的动力从而帮助车辆前进;在加速过弯时,输出扭力和离心力迫使车辆内轮扬起离开地面或产生打滑现象,而LSD装置也会将动力尽量转移到外侧车轮,因此可以帮助驾驶者提高过弯的速度,以此加强了操控性能。

装有LSD的车辆,在过弯过程中的那种操控特性与普通车辆完全不同,驾驶员可以将油门踩深些,这时候除了提升了过弯的速度外,也不用担心车辆因为进弯速度太快而造成的危险,因此装载了LSD的车辆确实在弯道上比普通的差速器具备高速和可操控性的优势。

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