限滑差速器分析

目錄前言21.工作原理22.與傳統(tǒng)差速器區(qū)別33.限滑差速器類別及應(yīng)用53.1 機(jī)械限滑式差速器63.2 電子限滑差速器104結(jié)論13參考文獻(xiàn)：13精選文檔限滑差速器分析摘要：本文簡要的介紹了限滑差速器的工作原理以及現(xiàn)代汽車中的運(yùn)用。關(guān)鍵詞：限滑差速器 工作原理 應(yīng)用前言限滑差速器，英文名為Limited Slip Differential，簡稱LSD。限滑差速器，顧名思義就是限制車輪滑動的一種改進(jìn)型差速器，指兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速差值被允許在一定范圍內(nèi)，以保證正常的轉(zhuǎn)彎等行駛性能的類差速器。事實(shí)上LSD依構(gòu)造的不同可以分為好幾種型式，而每一種LSD亦都有其特別之處 。1.工作原理在談?wù)揕SD這個(gè)機(jī)件之前，務(wù)必先知道差速器的功能與動作原理。而差速器本身的動作原理，亦屬于專業(yè)級的構(gòu)造，若要單純用文字來敘述，大部分的讀者可能很難理解，所以筆者先用日常最容易接觸的現(xiàn)象和狀況，來解釋原廠差速器的設(shè)計(jì)功能和必需性?，F(xiàn)行車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)是依據(jù)艾克曼第五輪原理來設(shè)定，也就是彎道內(nèi)輪的轉(zhuǎn)向角度大于外輪。再由三角函數(shù)計(jì)算內(nèi)側(cè)車輪所轉(zhuǎn)動的距離會比外側(cè)車輪距離短，一旦距離有差異時(shí)，等于內(nèi)外輪 (左、右輪) 的轉(zhuǎn)速不一致，如果從變速箱所輸出的傳動軸沒有藉由差速器來分隔左、右輸出，那么車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)便無法調(diào)整左、右輪的轉(zhuǎn)速。在慢速時(shí)藉由多余且不當(dāng)?shù)哪Σ羴韼н^，而高速轉(zhuǎn)彎則會發(fā)生彎道內(nèi)輪因多余的旋轉(zhuǎn)及摩擦，導(dǎo)致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚(yáng)，當(dāng)內(nèi)側(cè)車體上揚(yáng)加上離心力的驅(qū)動，很自然就會朝轉(zhuǎn)彎方向的另一側(cè)翻覆。所以說車輛的左、右車輪絕對不是同軸型式，尤其現(xiàn)代汽車又以前輪驅(qū)動設(shè)計(jì)居多，沒有差速器的構(gòu)造，駕駛者根本無法操控方向盤，因?yàn)橹灰{駛者轉(zhuǎn)動方向盤，輪胎藉由地面產(chǎn)生的回饋力，強(qiáng)力的將方向盤推回中心原點(diǎn)，如此一來操控根本無法存在，所以在傳動輪中央置入差速器是傳動系統(tǒng)必備的要件。由于差速器是藉由盆型齒輪及角齒輪驅(qū)動，內(nèi)部包含邊齒輪及差速小齒輪。當(dāng)車輛直行時(shí)，并無差速作用，差速小齒輪及邊齒輪整個(gè)會隨著盆齒輪公轉(zhuǎn)無差速作用，一旦車輛轉(zhuǎn)彎內(nèi)、外輪阻力不一樣時(shí)，差速齒輪組因阻力的作用迫使產(chǎn)生自轉(zhuǎn)功能進(jìn)而調(diào)整左、右輪速。既然左、右輪速的變化及調(diào)整是藉由輪胎及地面阻抗來自由產(chǎn)生，那么后續(xù)的使用狀況就將造成車輛無法行駛的狀態(tài)。精選文檔譬如說當(dāng)車輛一輪掉入坑洞中，此車輪就毫無任何摩擦力可言，著地車輪相對卻有著極大的阻力，此時(shí)差速器的作用會讓所有動力回饋到低摩擦的輪子。掉入坑洞的車輪會不停轉(zhuǎn)動，而著地輪反而完全無動作，如此車輪就無法行駛。還有一種屬于循跡現(xiàn)象的狀況，也就是所謂性能輸出的現(xiàn)象，即車輪在過彎時(shí)大腳油門，動力輸出特別明顯，輸出扭力加上離心力，迫使車輛內(nèi)輪揚(yáng)起離開地面或產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，一旦有一輪空轉(zhuǎn)，動力便一直往空轉(zhuǎn)輪傳輸 (因?yàn)樽枇ι? ，車輛依然無法加速前進(jìn)。另有一種屬于激烈操駕模式而產(chǎn)生的打滑現(xiàn)象，此現(xiàn)象車輛既不轉(zhuǎn)彎，也非左、右輪置于不同摩擦系數(shù)路面的狀況，那就是在進(jìn)行零四加速時(shí)，巨大的動力輸出，隨著左、右傳動軸的長短不一致及輪胎些許的差異，導(dǎo)致動力瞬間輸往摩擦力弱的一輪，此輪便開始不停的空轉(zhuǎn)，另一輪無從發(fā)揮作用，車輛當(dāng)然無法往前邁進(jìn)。為了解決以上這些現(xiàn)象，讓更多的動力平均傳遞到左、右兩個(gè)驅(qū)動輪上，限制差速器左、右滑動率的比例來完成此目標(biāo)，所以限滑差速器便是解決問題的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)件。差速器很好的解決了汽車在不平路面及轉(zhuǎn)向時(shí)左右驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)速不同的要求；但隨之而來的是差速器的存在使得汽車在一側(cè)驅(qū)動輪打滑時(shí)動力無法有效傳輸，也就是打滑的車輪不能產(chǎn)生驅(qū)動力，而不打滑的車輪又沒有得到足夠的扭矩。我們的汽車設(shè)計(jì)師一直在努力，于是差速鎖出現(xiàn)了。差速鎖很好的解決了汽車在一側(cè)車輪打滑時(shí)出現(xiàn)的動力傳輸?shù)膯栴}，也就是鎖止差速器，讓差速器不再起作用，左右兩側(cè)的驅(qū)動輪均可得到相同的扭矩?？墒谴笞匀豢偸窃俳o人類處理不完的難題。差速鎖再解決原有問題的同時(shí)又帶來了新的問題。這種差速鎖僅僅適用于越野車的使用，在野外非鋪裝路面上，路面附著力不大，即便差速器鎖止時(shí)車輪發(fā)生一些打滑也無所謂，至少沒有安全性問題。可是在鋪裝良好的公路上出現(xiàn)左右摩擦不平衡的時(shí)候，由于輪胎與干地面的摩擦是相當(dāng)大的，在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)差速器鎖止是非常危險(xiǎn)的，彎道內(nèi)輪因多余的旋轉(zhuǎn)及摩擦，導(dǎo)致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚(yáng)，當(dāng)內(nèi)側(cè)車體上揚(yáng)加上離心力的驅(qū)動，很自然就會朝轉(zhuǎn)彎方向的另一側(cè)翻覆。2.與傳統(tǒng)差速器區(qū)別顧名思義，“差速器”就是用來讓車輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差異的，在轉(zhuǎn)彎的情況下可以使左右車輪進(jìn)行合理的扭矩分配，來達(dá)到合理的轉(zhuǎn)彎效果。當(dāng)發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)離合器、變速器、傳動軸，經(jīng)過了驅(qū)動橋上減速器的減速增矩之后，就要面臨左右車輪的扭矩的分配，實(shí)現(xiàn)左右車輪的不同速度，使兩邊車輪盡可能以純滾動的形式不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦，這就是所謂的“差速”過程。精選文檔普通差速器有一種弊端，那就是由于車輪懸空而導(dǎo)致空轉(zhuǎn)，一旦發(fā)生類似的情況，差速器將動力源源不斷的傳給沒有阻力的空轉(zhuǎn)車輪，車輛不但不能向前運(yùn)動，大量的動力也會流失。限滑差速器的英文簡寫為 LSD，是 Limited Slip Differential 的縮寫，而 LSD 的主要功能就是在工作時(shí)使左右車輪一同運(yùn)轉(zhuǎn)，而且將左右車輪的轉(zhuǎn)速差控制在一定范圍之內(nèi)，以車輛保證正常的行進(jìn)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式以及機(jī)件結(jié)構(gòu)的不同，LSD 可細(xì)分為扭力感應(yīng)型、黏耦合型、螺旋齒輪式、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械式 LSD 等多種形式。雖然實(shí)現(xiàn)限滑差速的過程不同，最終目的是一致的。精選文檔拿一個(gè)實(shí)際路況作為例子，當(dāng)駕駛一輛裝有 LSD 的車，其中一只驅(qū)動輪發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，LSD會控制兩只車輪動力輸出，阻止空轉(zhuǎn)的車輪不會繼續(xù)空轉(zhuǎn)，使另一只車輪也有足夠大的動力從而幫助車輛前進(jìn)；在加速過彎時(shí)，輸出扭力和離心力迫使車輛內(nèi)輪揚(yáng)起離開地面或產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，而 LSD 裝置也會將動力盡量轉(zhuǎn)移到外側(cè)車輪，因此可以幫助駕駛者提高過彎的速度，以此加強(qiáng)了操控性能。裝有 LSD 的車輛，在過彎過程中的那種操控特性與普通車輛完全不同，駕駛員可以將油門踩深些，這時(shí)候除了提升了過彎的速度外，也不用擔(dān)心車輛因?yàn)檫M(jìn)彎速度太快而造成的危險(xiǎn)，因此裝載了 LSD 的車輛確實(shí)在彎道上比普通的差速器具備高速和可操控性的優(yōu)勢。3.限滑差速器類別及應(yīng)用功用：在需要車輪同步轉(zhuǎn)動時(shí)，限制滑動，盡可能讓轉(zhuǎn)速同步差速器在大多數(shù)情況下都是有用的，但是個(gè)別極端情況就來添亂了，比如左右兩個(gè)車輪在附著力不足尤其是有差別時(shí)，動力的輸出就會流失，這在激烈駕駛（比如大馬力車跑賽道）和越野環(huán)境下尤為突出，所以這個(gè)時(shí)候就需要控制差速器兩端的滑動，限滑差速器由此誕生，也主要用在運(yùn)動車型和偏重越野性能的車精選文檔型上。3.1 機(jī)械限滑式差速器機(jī)械式自鎖差速器是在電子技術(shù)尚不發(fā)達(dá)的時(shí)候，汽車技師們琢磨出來的玩意，所以完全靠機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)作，結(jié)構(gòu)可靠，但功能相對單一，而且有的結(jié)構(gòu)對駕駛技術(shù)也有更高要求。常見的有摩擦片式、凸輪滑塊和托森式幾種機(jī)械限滑差速器。I、摩擦片式限滑差速器結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛摩擦片式自鎖差速器通過差速器內(nèi)置的摩擦片，在發(fā)生差速旋轉(zhuǎn)時(shí)阻止滑動，它的結(jié)構(gòu)簡單，在轎車等車型上應(yīng)用廣泛。另外還有類似其工作原理的錐盤式限滑差速器，以及結(jié)合兩種特點(diǎn)的LSD，都屬于對扭矩比較敏感的類型。精選文檔精選文檔II、凸輪滑塊式限滑差速器利用慣性限滑，多用于SUV、皮卡等這一類限滑差速器利用慣性甩動滑塊，實(shí)現(xiàn)自鎖，所以需要兩個(gè)車輪具備較大轉(zhuǎn)速差，屬于轉(zhuǎn)速敏感型LSD（與之同類的還有粘性耦合LSD，現(xiàn)在使用已經(jīng)不多）。凸輪滑塊式LSD使用條件有限（此時(shí)可能已經(jīng)陷車），優(yōu)點(diǎn)是鎖止能力強(qiáng)，多用于硬派SUV、皮卡III、托森差速器利用蝸桿/渦輪單向運(yùn)動原理鎖止，反應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高托森差速器可能是大家最耳熟的自鎖式差速器，也是扭矩敏感的類型，托森（Torsen ）實(shí)際上就是“扭力感應(yīng)”(Torque Sensing）兩個(gè)詞組成。因?yàn)樗诤芏嗳珪r(shí)四驅(qū)車型上都有配備，尤其是奧迪的quattro四驅(qū)系統(tǒng)多以這種差速器為核心。托森差速器利用利用蝸桿/渦輪只能單向運(yùn)動鎖止差速器，反應(yīng)速度相當(dāng)快，但是對加工要求高，成本也水漲船高。精選文檔奧迪歷史上使用了多種不同結(jié)構(gòu)的托森差速器，請點(diǎn)擊閱讀奧迪的四驅(qū)技術(shù)：精選文檔壁虎塑造傳奇 奧迪quattro四驅(qū)技術(shù)詳解3.2 電子限滑差速器隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，電子限滑差速器也越來越多，它們在普通開放式差速器基礎(chǔ)上加裝了多片離合器作為扭矩的分配，也有逐步取代機(jī)械限滑差速器的趨勢。另外，ESP等電子系統(tǒng)也延伸出類似電子限滑差速器的作用，這就是很多配置表上所謂的“電子差速鎖”，但這與差速器本身并無太多干系。精選文檔 差速器鎖在一些更為極端的情況下，限制滑動已經(jīng)無法搞定，需要把相應(yīng)車輪全部鎖死在精選文檔一起，這樣只要有一個(gè)車輪有抓地力，就能驅(qū)動車輛。我們這兒說的差速器鎖與前面的電子限滑差速器和電子差速鎖不同，是可以完全鎖死除非機(jī)械損壞或者人工解除，否則無法解除。精選文檔差速器鎖主要用在突出越野能力的硬派SUV或者純越野車上，采用氣動/電動推動機(jī)械式差速器鎖（純機(jī)械驅(qū)動的差速器鎖在民用乘用車上已經(jīng)非常少見，主要用在軍用車型上），而在后期改裝中，差速器鎖也是越野迷們喜聞樂見的。差速器依靠自己的作用，確保了車輛在彎道平穩(wěn)行駛，同時(shí)為了滿足非常用途，誕生了限滑差速器，這也體現(xiàn)了汽車工程師們的智慧。隨后我們也會繼續(xù)傳動技術(shù)的選題，敬請關(guān)注。4結(jié)論限滑差速器在現(xiàn)代汽車中運(yùn)用越來越廣泛，發(fā)揮著重要作用。參考文獻(xiàn)：【1】張敦良.車用粘性式限滑差速器轉(zhuǎn)矩特性分析及試驗(yàn)研究D.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2003【2】劉惟信.汽車設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，2001【3】魏宸官，趙家象.液體粘性傳動技術(shù)M.北京：國防工業(yè)出版社，1996【4】劉亮，夏國棟，陳雪梅等.液體粘性聯(lián)軸器剪切轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法J.汽車工程，2003，1（25）：3033，45【5】王國業(yè)，劉昭度，王仁廣等.汽車ABS在對開路面上的彎道制動性能J.北京理工大精選文檔學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（4）：318321【6】李亮，宋健，于良耀.汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)仿真平臺研究J.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19（7）：1597160 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請指正，謝謝!） 精選文檔