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1、關(guān)于差速器和四輪驅(qū)動(dòng)的研究
摘要:差速器可以保證汽車左右兩個(gè)輪子有轉(zhuǎn)速差,其本質(zhì)是兩根輸出軸可以有轉(zhuǎn)速差,這保證了汽車在過(guò)彎時(shí)左右輪不發(fā)生干涉。但差速器扭力的輸出總是傾向于阻力小的那一側(cè),因此這不利于越野車擺脫困境。所以就有了限滑差速器和差速鎖。本文就差速器的種類和四驅(qū)的種類以及差速器和四驅(qū)的關(guān)系進(jìn)行介紹。
1.差速器和四驅(qū)系統(tǒng)的分類:
開(kāi)放式差速器
鎖式差速器:伊頓鎖式差速器(自動(dòng)) 手動(dòng)鎖止式差速器
電動(dòng)
差速器
多片離合式 液壓
氣動(dòng)
粘性偶合式
限滑差速器
托森差速器
螺旋齒輪差速器
分時(shí)四驅(qū)
2、四驅(qū)系統(tǒng) 全時(shí)四驅(qū)
適時(shí)四驅(qū)
2各種差速器的介紹
2.1伊頓鎖式差速器
伊頓鎖式差速器屬于自動(dòng)、低速鎖式差速器,當(dāng)車子的速度超過(guò)30km/h時(shí),便會(huì)自動(dòng)解鎖。這種純機(jī)械式的差速器利用離心原理工作,當(dāng)兩側(cè)車輪的速度差在100r/min以上時(shí),離心鎖銷就會(huì)自動(dòng)扣緊把兩個(gè)半軸鎖住,形成一根驅(qū)動(dòng)軸,動(dòng)力就會(huì)完全的、不打滑地輸送給低牽引力端的車輪上。效果和通過(guò)牙嵌手動(dòng)鎖死一樣。
2.2多片離合式限滑差速器
多片離合式限滑差速器應(yīng)用非常廣泛,因?yàn)槠湓靸r(jià)沒(méi)有托森差速器那樣昂貴,而且與電子系統(tǒng)的兼容性強(qiáng),靈敏度高,鎖住的扭矩可以隨離合壓板的壓力變化而變化,理論上可以實(shí)現(xiàn)0到1
3、00%的變化。但是易磨損,需要定期維護(hù)。其本質(zhì)是多組摩擦片和開(kāi)放式差速器的結(jié)合,摩擦片分別置于差速器殼和一根傳動(dòng)軸上面,且交錯(cuò)放置(如圖1)。當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)到兩輸出軸的轉(zhuǎn)速差超過(guò)限定值時(shí)(即一邊打滑時(shí)),便會(huì)施加力量給離合片壓板,迫使轉(zhuǎn)速小的那根軸一起運(yùn)動(dòng),減小轉(zhuǎn)速差。對(duì)動(dòng)力源的控制一般是電子控制的,但是也有少數(shù)是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)控制的。這種限滑差速器對(duì)于汽車的前中后三根軸都適用。
圖1
2.3粘性偶合式差速器
粘性偶合式差速器是粘性偶合器和開(kāi)放式差速器的結(jié)合,粘性偶合器置于兩輸出軸之間。先來(lái)介紹一下粘性偶合器,它是一個(gè)密封的多板片偶合器,它是由殼體、外板、內(nèi)板、內(nèi)軸等主要
4、零件構(gòu)成,其中殼體和外板為主動(dòng)部分,在動(dòng)力輸入一端;內(nèi)板和內(nèi)軸為從動(dòng)部分,在動(dòng)力輸出一端;內(nèi)、外板間隔排列在一起,它們之間的間隙很小,黏度很高的硅酮油液充入這些間隙中。當(dāng)輸入端與輸出端轉(zhuǎn)速差較少時(shí),硅酮油和內(nèi)、外板幾乎以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),這時(shí)油液內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生剪切粘性阻力,偶合器不傳遞動(dòng)力。當(dāng)輸入端與輸出端轉(zhuǎn)速差較大時(shí),接近內(nèi)板的油液與接近外板的油液之間有較大的轉(zhuǎn)速差,這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生剪切粘性阻力,迫使輸入端與輸出端之間減少轉(zhuǎn)速差,偶合器傳遞動(dòng)力。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),兩輸出軸的轉(zhuǎn)速差很小,粘性阻力很小,對(duì)汽車的過(guò)彎影響很小。這種限滑差速器造價(jià)低,適應(yīng)性好,但由于粘性偶合器的性能制約,轉(zhuǎn)速慢的一側(cè)(即未打滑一側(cè)
5、)至多得到百分之五十的扭矩,沒(méi)有良好的脫困性能,且由于流體的滯后特性,其反應(yīng)速度較慢。而且若兩輸出軸長(zhǎng)期存在轉(zhuǎn)速差,會(huì)導(dǎo)致硅油過(guò)熱,耐久性不好。
2.4托森差速器
托森差速器是一種扭力感應(yīng)式LSD,它是將普通差速器的齒輪從齒輪改成渦輪蝸桿,而安裝位置和形式并不變,借由蝸輪蝸桿傳動(dòng)的自鎖功能(蝸桿可以向蝸輪傳遞扭矩,而蝸輪向渦桿施以扭矩時(shí)齒間摩擦力大于所傳遞的扭矩,而無(wú)法旋轉(zhuǎn))來(lái)實(shí)現(xiàn)防滑功能。兩輸出軸之間的扭矩可以在75:25~25:75之間線性變化。托森差速器是純機(jī)械的自鎖差速器,駛員不能手動(dòng)設(shè)定,這意味著該裝置有很高的可靠性和靈敏度。但由于精密的計(jì)算及制造,托森差速器的成本
6、很高。奧迪的四驅(qū)版本往往裝備托森差速器。
2.5螺旋齒輪限滑差速器
螺旋齒輪限滑差速器內(nèi)部的齒輪構(gòu)造與扭力感應(yīng)式LSD有些相似,同樣是將普通差速器的齒輪從直齒改成螺旋齒,不過(guò)不是利用二者摩擦力的不同,而是改變了齒輪的安裝位置和形式,通過(guò)只有螺旋齒輪才能實(shí)現(xiàn)的安裝位置和形式,利用齒輪的減速比來(lái)限制左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的。這種LSD所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速差比較小。而且,扭力感應(yīng)型的齒輪配置為縱向,而此種螺旋齒輪LSD的則為橫向裝置。和機(jī)械式LSD相比,它的最大弱點(diǎn)在于限制鎖定的扭力范圍較小,但維修、使用上沒(méi)有什么特別麻煩之處。
隨著技術(shù)的發(fā)展和廠商為了規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題,往往在一種
7、限滑差速器上面衍生出多種大同小異的產(chǎn)品,其名稱也多種多樣?,F(xiàn)在先進(jìn)的“主動(dòng)式差速器”的本質(zhì)就是在在傳統(tǒng)限滑差速器(一般是一多片離合式為基礎(chǔ))的基礎(chǔ)上,增加許多傳感器和電子裝置,達(dá)到預(yù)防打滑的效果,這類產(chǎn)品主要針對(duì)高性能房車。
3四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹
3.1分時(shí)四驅(qū)
分時(shí)四驅(qū)是一種駕駛者可以在兩驅(qū)和四驅(qū)之間手動(dòng)選擇的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),由駕駛員根據(jù)路面情況,通過(guò)接通或斷開(kāi)分動(dòng)器來(lái)變化兩輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)模式,這也是越野車或四驅(qū)SUV最常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)模式。它靠操作分動(dòng)器實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)與四驅(qū)的切換。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性高,堅(jiān)固耐用,但缺點(diǎn)是必須車主手動(dòng)操作,有些甚至結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不止是一個(gè)步驟,同時(shí)還需要停車操作
8、,這樣不僅操作起來(lái)比較麻煩,而且遇到惡劣路況不能迅速反應(yīng),往往錯(cuò)過(guò)了脫困的最佳時(shí)機(jī);二是因?yàn)榉謺r(shí)四驅(qū)沒(méi)有中央差速器,所以不能在硬地面(鋪裝路面)上使用四驅(qū)系統(tǒng),特別是在彎道上不能順利轉(zhuǎn)彎。 一般情況下,車輛并不是長(zhǎng)時(shí)間處于四驅(qū)狀態(tài),正常行使?fàn)顩r下,采用的是兩輪驅(qū)動(dòng),當(dāng)需要通過(guò)惡劣路面時(shí),駕駛員可以通過(guò)分動(dòng)桿把兩輪驅(qū)動(dòng)切換成四輪驅(qū)動(dòng),讓四個(gè)車輪都提供驅(qū)動(dòng)力,從而提高車輛的通過(guò)性能。
操作方式:車內(nèi)會(huì)特別設(shè)計(jì)分動(dòng)裝置,有些是分動(dòng)箱的擋桿,有些是電子的按鈕或旋鈕。
下圖是越野能力最強(qiáng)的分時(shí)四驅(qū)系統(tǒng),前后差速器都可以手動(dòng)鎖死。如果前后均為開(kāi)放式差速器,則遇到前后各有一個(gè)輪子打滑的情況,車輛將無(wú)法脫
9、困。
3.2全時(shí)四驅(qū)
全時(shí)四驅(qū)是指動(dòng)力始終傳遞到四個(gè)輪子的動(dòng)力方案,具體步驟是:發(fā)動(dòng)機(jī)→變速箱→中央差速器→前軸和后軸。由于前后軸都有動(dòng)力輸出,全時(shí)四驅(qū)車輛的轉(zhuǎn)向風(fēng)格也很有特點(diǎn),最明顯的就是它會(huì)比兩驅(qū)車型轉(zhuǎn)向更加中性,通常它可以更好的避免前驅(qū)車的轉(zhuǎn)向不同和后驅(qū)車的轉(zhuǎn)向過(guò)度,這也是駕駛安全性以及穩(wěn)定性的特點(diǎn)之一。
下圖列出了幾種由不同種類的差速器或配合差速鎖而形成的風(fēng)格和性能各異的全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)。(D為開(kāi)放式差速器,TD為托森差速器,綠色符號(hào)為牙嵌式手動(dòng)差速鎖,藍(lán)色符號(hào)為多片離合器,紅色箭頭指打滑時(shí)會(huì)有電子系統(tǒng)介入,通過(guò)制動(dòng)來(lái)限滑)
特點(diǎn):無(wú)論何種路況均能發(fā)揮出高超的行駛性能
10、
特點(diǎn):城市路面游刃有余,越野能力不足,傾向于城市路面。
特點(diǎn):城市路面上的性能并無(wú)多大優(yōu)勢(shì),但低速檔和3個(gè)差速鎖保證了強(qiáng)悍的越野性能,傾向于越野
特點(diǎn):傾向于城市低速檔幾乎沒(méi)有作用,除非搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩很小。
特點(diǎn):擁有一定的越野性能,對(duì)付一般的情況足夠。
特點(diǎn):城市路面性能出色,越野性能更強(qiáng)悍
對(duì)全時(shí)四驅(qū)的總結(jié):越野車的全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)和高性能房車的全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)由于其功能的側(cè)重點(diǎn)不同,存在著較大的差異。越野車主要注重在極限情況下(如只有一個(gè)輪子和地面有較好的
11、附著力)的脫困性能,只要差速器的兩根輸出軸可以連成一個(gè)整體,即不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)是最好的,所以“鎖死”是最高效的方法;而高性能房車則注重過(guò)彎極限高,加速不打滑,所以對(duì)差速器的要求較高,不僅要可以百分之百得鎖死,還要兩輸出軸之間的扭矩可以線性變化,這就決定了它要有眾多傳感器和電子設(shè)備做輔助,在嚴(yán)酷的環(huán)境中容易出問(wèn)題,不如機(jī)械鎖死來(lái)得可靠。
3.3適時(shí)四驅(qū)
適時(shí)四驅(qū)單純從字面來(lái)理解,就是指只有在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候才會(huì)的四輪驅(qū)動(dòng),而在其它情況下仍然是兩輪驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。動(dòng)力方案是:發(fā)動(dòng)機(jī)→變速箱→前軸→中央偶合器→后軸。這種四驅(qū)系統(tǒng)沒(méi)有中央差速器,取而代之的是一個(gè)偶合器,常用的有多片離合式和粘性偶合器。由于適時(shí)四驅(qū)的特殊結(jié)構(gòu),它更適合于前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)前驅(qū)平臺(tái)的車型配備,這使得許多基于這種平臺(tái)打造的SUV或者四驅(qū)轎車有了裝配四驅(qū)系統(tǒng)的可能。
當(dāng)然,適時(shí)四驅(qū)的缺點(diǎn)仍然是存在的,目前絕大多數(shù)適時(shí)四驅(qū)在前后軸傳遞動(dòng)力時(shí),會(huì)受制于結(jié)構(gòu)本身的缺陷,無(wú)法將超過(guò)50%以上的動(dòng)力傳遞給后軸,這使它在主動(dòng)安全控制方面,沒(méi)有全時(shí)四驅(qū)的調(diào)整范圍那么大;同時(shí)相比分時(shí)四驅(qū),它在應(yīng)對(duì)惡劣路面時(shí),四驅(qū)的物理結(jié)構(gòu)極限偏低。
操作方式:大多數(shù)都在車內(nèi)設(shè)計(jì)了單獨(dú)的按鈕,印有“LOCK”字樣,而也有些為自動(dòng)感應(yīng)式的聯(lián)通四驅(qū)狀態(tài),車內(nèi)無(wú)按鈕
下圖為運(yùn)用多片離合器作為中央偶合器的適時(shí)四驅(qū)結(jié)構(gòu)圖。