差速器工作原理 自行车差速器工作原理
▌前言
我们都知道，发动机是汽车的动力来源，而依靠离合器、变速器、传动轴最后传送到驱动桥，再左右分配给半轴驱动车轮，来形成一个完整的动力输出体系。在这条动力传送途径上，驱动桥是最后一个总成，它的主要部件是减速器和差速器。减速器的作用就是减速增扭，这个功能完全是靠着大小齿轮比（传动比）来实现的，相对比较容易理解。而差速器相比之下较难理解，什么是差速器，为什么要差速?侃弟今天就给大家简单盘点一下关于差速器的知识。
▌差速器的功能
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，在同样的时间外侧的车轮走过的路径比内侧的路径要长，如果左右两个车轮之间是直接刚性连接，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。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、制动性能变差等不利的驾驶因素发生。为了平衡车轮的转速差异，实现汽车的转弯时左右的轮速差，让内部的车轮慢一点，外部的车轮快一点，所以才发明了差速器，顾名思义，就是让两侧车轮产生转速差的器械。早在一百多年前，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。
▌差速器的构成
普通差速器由行星齿轮、行星轮架(差速器壳)、半轴齿轮等零件组成。经过变速箱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：(左半轴转速)+(右半轴转速)=2(行星轮架转速)。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，行星架的而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，通过行星架的自转实现内侧的车轮转速速减小，外侧轮转速增加。
▌差速器的原理
差速器中的行星架通过自转动来实现车轮之间的平衡，这其中就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。举个例子就是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(重力势能)，它自动选择静止(动能最小)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，自动的按照转弯半径调整左右轮的转速。当直线行驶的时行星架就会自动静止不转。
▌差速器的分类
现代汽车上的差速器通常按其工作特性分为传统齿轮式差速器和限滑差速器两大类。
1、齿轮式差速器：传统的齿轮式差速器当左右驱动轮存在转速差时，差速器分配给慢转驱动轮的转矩大于快转驱动轮的转矩。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。但当汽车在复杂的路面上行驶时，会严重影响通过能力。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(俗称打滑)。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。
2、防滑差速器：限滑差速器简单的理解就是就是限制传统齿轮差速器在不良好路况限制打滑的一种改进型差速器，使两侧车轮转速在相对滑移控制在在一定范围内，以保证正常的转弯等行驶性能，的同时还能应对不良路况。针对不同的环境，工程师位也设计了不同结构的以求应对，每一种都有特别之处。聪明的工程师又想出新的方法来解决这个问题，通过传感器和电子设备，在一侧车轮发生打滑时，电子传感器收集两侧车轮的转速差，当电脑发现转速差超过设定值时，ABS让打滑的轮子进行刹车，强制降低打滑轮子转速。这个方法是以保证车辆的安全性为前提的，却是以牺牲速度为代价，而且频繁的制动容易产生失效，可靠性不高。特别是牺牲速度这一点是以速度为最高目标的跑车厂商所不能接受的，所以跑车之王的保时捷的工程师就发明了限滑差速器。
机械式限滑差速器：这是最传统、最常使用的一种，也被称作为多片离合器式限滑差速器。优点是响应速度快，灵敏度高，限滑比例可根据摩擦片和离合片的不同组合来实现，可调范围广，但是其但造价较高，差速器油之间的流动性差加上散热性能有限，所以耐久性也不是很好。
螺旋齿轮限滑差速器：它内部构造采用了螺旋齿轮，齿轮全为横向，也就是和输出动力的半轴运转方向一致，通过行星齿轮大小减速比的功能达到限速目的，最大的弱点在于限定锁定滑差的比例较小。但是在重量上会稍微轻上一些。
滚珠锁定限滑差速器：它的设计特殊之处在于，在差速器中设计了一个小圆球和弯曲的沟槽，当小圆球在弯曲的沟槽中移动时，被沟槽切断的滚筒开始全自动发挥限滑的功能。其工作原理与一般的产品有很大的差异，所以目前它并不是主流。
黏性耦合式限滑差速器：它是由多片离合器，加上硅油组合而成。利用硅油摩擦受热膨胀后，迫使离合器片结合来锁定轮间速差，结构最简单且体积小、造价低，是一款适用大众使用的产品。
主动式限滑差速器：一般的限滑式差速器都是由齿轮与齿轮组合而成，利用球状沟槽的机械构造被动的来接受发挥功能。因为这种差速器由于配备有油压及电子控制系统，所以可以主动的使限滑差速器进行工作。这种产品是未来汽车差速器的一个发展趋势。
扭力感应式限滑差速器：它是将普通差速器的齿轮改成涡轮蜗杆，而安装位置和形式并不变。借由涡轮蜗杆传动的自锁功能(蜗杆可以向涡轮传递扭矩，而涡轮向蜗杆施以扭矩时齿轮间摩擦力大于所传递的扭矩，而无法旋转)来实现限滑功能。
托森差速器：在四驱系统中最有名的就数奥迪Quattro系统，奥迪Quattro的核心正是托森限滑差速器系统。在正式开始讲解托森限滑差速器之前，咱们有必要来学习一个小知识。
两轮驱动的汽车是安装有一个差速器，而四轮驱动汽车则安装有三个差速器，除分别控制前、后轮的两个以外，还增加了一个对前后轮进行扭力分配的中央差速器。托森差速器就是作为中央差速器来使用的，它巧妙地利用了涡轮蜗杆传动的不可逆性，即蜗杆可以使涡轮自由转动，而涡轮不能使蜗杆自由转动。当前后车轮转速一样时，与差速器外壳相连的六个涡轮，它们一起驱动分别与前传动轴和后传动轴相连的两个蜗杆共同旋转。当前轮和后轮的转速不一样时，它们会导致一侧的三个涡轮旋转并带动另一侧的三个涡轮跟着旋转。如果涡轮的转速不是很大，由于涡轮蜗杆传动的不可逆性，它不会对中间的蜗杆施加驱动力，从而可以吸收前后轮的转速差。但是，前轮或后轮空转打滑，也就是说转速差特别大的时候，涡轮与蜗杆间的摩擦就会增大，就会对蜗杆施加动力，从而驱动不打滑的后轮或前轮前进。
这套系统最大的特点就是体积很小，可以将中央差速器与前轮差速器二合一的集成在变速箱里面，这样就为安装更大的发动机空出了空间，是奥迪汽车能够塞入V8甚至更加庞大的W12引擎的关键。这样做的最大好处就是不仅使汽车拥有了更高的性能，而且增加了车辆安全性。
伊顿机械锁式差速器：通用汽车公司的大多数轻型卡车、它的动作区别于普通差速器和限滑差速器，伊顿机械锁式差速器则可以在一侧车轮打滑的情况下(左右轮速差达到100转/分钟)，通过离心力触发机械锁合将车桥完全锁死，将发动机动力百分百传递到有抓地力的有效车轮上，从而提供足够的牵引力帮助车辆驱出。
▌侃弟总结
纵观差速器一百多年的发展历史，完全就是汽车发展的一个缩影。可以说没有了差速器，汽车就是一堆只能在公路上作直线运动的废铁而已。伴随着汽车发展，差速器也在不断的升级改进，从最初的满足两侧轮转差的实际需求，到现在为驾驶创造更多的乐趣。差速器发展到如今已近一百多年了，其中的技术越来越成熟，性能越可靠。但是伴随着电子控制技术的提升，再机上传感器技术介入，差速器的发展空间还会有很大的提升。
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标签：车轮 汽车 驱动