LSD限滑差速器的基本工作原理

    機(jī)械摩擦片式限滑差速器（LSD）是改裝車、賽車必備的改裝零件，LSD看起來(lái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其實(shí)工作原理很好理解。左右兩組摩擦片組在熱敏差速器油的粘度變化中改變差速比，使操控變得得心應(yīng)手，油門和方向的感覺(jué)更理想，更重要的是LSD是風(fēng)靡全球的漂移賽車最核心的部分之一。

    各類差速器的特性比較：

    一．開式差速器

    切諾基的開式差速器的結(jié)構(gòu)，是典型的行星齒輪組結(jié)構(gòu)，只不過(guò)太陽(yáng)輪和外齒圈的齒數(shù)是一樣的。在這套行星齒輪組里，主動(dòng)輪是行星架，被動(dòng)輪是兩個(gè)太陽(yáng)輪。通過(guò)行星齒輪組的傳動(dòng)特性我們知道，如果行星架作為主動(dòng)軸，兩個(gè)太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向是不確定的，甚至兩個(gè)太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相反的。

    車輛直行狀態(tài)下，這種差速器的特性就是，給兩個(gè)半軸傳遞的扭矩相同。在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪懸空情況下，如果傳動(dòng)軸是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，有附著力的驅(qū)動(dòng)輪是沒(méi)有驅(qū)動(dòng)力的，如果傳動(dòng)軸是加速轉(zhuǎn)動(dòng)，有附著力的驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力等于懸空車輪的角加速度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的乘積。

    車輛轉(zhuǎn)彎輪胎不打滑的狀態(tài)下，差速器連接的兩個(gè)半軸的扭矩方向是相反的，給車輛提供向前驅(qū)動(dòng)力的，只有內(nèi)側(cè)的車輪，行星架和內(nèi)側(cè)的太陽(yáng)輪之間由等速傳動(dòng)變成了減速傳動(dòng)，駕駛感覺(jué)就是彎道加速比直道加速更有力。

    開式差速器的優(yōu)點(diǎn)就是在鋪裝路面上轉(zhuǎn)行行駛的效果最好。缺點(diǎn)就是在一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪喪失附著力的情況下，另外一個(gè)也沒(méi)有驅(qū)動(dòng)力。

    開式差速器的適用范圍是所有鋪裝路面行駛的車輛，前橋驅(qū)動(dòng)和后橋驅(qū)動(dòng)都可以安裝。

    二．限滑差速器

    限滑差速器用于部分彌補(bǔ)開式差速器在越野路面的傳動(dòng)缺陷，它是在開式差速器的機(jī)構(gòu)上加以改進(jìn)，在差速器殼的邊齒輪之間增加摩擦片，對(duì)應(yīng)于行星齒輪組來(lái)講，就是在行星架和太陽(yáng)輪之間增加了摩擦片，增加太陽(yáng)輪與行星架自由轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力力矩。

    限滑差速器提供的附加扭矩，與摩擦片傳遞的動(dòng)力和兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。

    在開式差速器結(jié)構(gòu)上改進(jìn)產(chǎn)生的LSD，不能做到100％的限滑，因?yàn)橄藁�系�?shù)越高，車輛的轉(zhuǎn)向特性越差。

    LSD具備開式差速器的傳動(dòng)特性和機(jī)械結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)就是提供一定的限滑力矩，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向特性變差，摩擦片壽命有限。

    LSD的適用范圍是鋪裝路面和輕度越野路面。通常用于后驅(qū)車。前驅(qū)車一般不裝，因?yàn)長(zhǎng)SD會(huì)干涉轉(zhuǎn)向，限滑系數(shù)越大，轉(zhuǎn)向越困難。

    三．鎖止式差速器（機(jī)械鎖止、電動(dòng)鎖止、氣動(dòng)鎖止）

    為了保證車輛在復(fù)雜的越野路況下的行駛性能，通過(guò)一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)把差速器鎖死，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)半軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)行星齒輪組分析，就是把行星齒輪組的變速機(jī)構(gòu)鎖死，保證行星架和太陽(yáng)輪之間，以及兩個(gè)太陽(yáng)輪之間的傳動(dòng)比都是1：1�？梢园烟�陽(yáng)輪和行星架鎖止，可以把行星架和行星齒輪鎖死，還可以把兩個(gè)太陽(yáng)輪鎖死。

    鎖止式差速器，在沒(méi)有鎖止的時(shí)候，其傳動(dòng)特性與開式差速器完全相同，在鎖止的情況下，傳動(dòng)比被固定為1：1。

    這種差速器的優(yōu)點(diǎn)不言而喻，在越野路面提供了最大的驅(qū)動(dòng)力，缺點(diǎn)是在差速器鎖止的情況下，車輛轉(zhuǎn)向極其困難；存在單車輪承受發(fā)動(dòng)機(jī)100％的扭矩的可能，半軸會(huì)因?yàn)榕ぞ剡^(guò)大而變形或折斷；車輛在轉(zhuǎn)向的過(guò)程中，兩半軸承受相反的扭矩，如果兩側(cè)輪胎的附著力都很大，會(huì)扭斷半軸。另外這種差速器，在車輛行駛過(guò)程中執(zhí)行鎖止動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生比較大的噪音。

    鎖止式差速器具備開式差速器的所有結(jié)構(gòu)和特性，在未鎖止的情況下，應(yīng)用范圍與開式差速器相同；在鎖止的情況下，只適合于低速行駛在非鋪裝路面，不能在鋪裝路面上行駛，否則會(huì)導(dǎo)致車輛損壞和轉(zhuǎn)向失控。

    這類差速器以ARB的氣動(dòng)鎖止產(chǎn)品和Eaton的電動(dòng)鎖止產(chǎn)品為代表。

    四．電子差速器鎖

    電子差速器鎖與上述的幾種相比，沒(méi)有改變開式差速器的結(jié)構(gòu)和特性，而是利用ABS或EBD系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行單側(cè)制動(dòng)打滑的車輪的動(dòng)作，限制兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差，保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪都有動(dòng)力。

    優(yōu)點(diǎn)：安全性好，不會(huì)損壞車輛。缺點(diǎn)：需要ABS和EBD系統(tǒng)，造價(jià)昂貴；在嚴(yán)酷的越野環(huán)境下，電子產(chǎn)品的可靠性不如機(jī)械產(chǎn)品；單側(cè)車輪的驅(qū)動(dòng)力，不如鎖止式差速器的大。

    這類差速器鎖，由于成本原因，一般只應(yīng)用于高檔轎車和高檔的SUV。

    五．自動(dòng)機(jī)械鎖止差速器

    這類差速器的基本結(jié)構(gòu)和機(jī)械鎖止式差速器相同，不同的是，機(jī)械鎖止差速器的鎖止和解鎖，完全由駕駛員人工控制；自動(dòng)機(jī)械鎖止式差速器則是根據(jù)路況自行鎖止和解鎖。它的鎖止檢測(cè)機(jī)構(gòu)很精巧，檢測(cè)量有兩個(gè)，一個(gè)是差速器邊齒輪和差速器殼子之間的轉(zhuǎn)速差，另外一個(gè)就是差速器殼的轉(zhuǎn)速。

    鎖止條件：差速器殼體轉(zhuǎn)速不超過(guò)設(shè)定值（也就是車速低于設(shè)定值），變齒輪與差速器殼的轉(zhuǎn)速差超過(guò)設(shè)定值（左右車輪的轉(zhuǎn)速差太大），如果兩個(gè)條件都符合，就會(huì)觸發(fā)差速器的鎖止，正常行駛中的轉(zhuǎn)向不會(huì)引起它的鎖止。整個(gè)鎖止過(guò)程，車輪空轉(zhuǎn)的角度差不超過(guò)360度。

    解鎖條件：差速器殼轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定值（車速超過(guò)設(shè)定值），左右半軸的扭矩方向相反（車輛開式轉(zhuǎn)向），滿足兩者中的任何一個(gè)，就會(huì)立即解鎖。

    優(yōu)點(diǎn)：公路行駛特性與開式差速器完全相同。越野路面，與鎖止式差速器特性完全相同，不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)向而扭斷半軸，其鎖止和解鎖過(guò)程完全是自動(dòng)的，不需要人為干預(yù)。可靠性非常高。

    缺點(diǎn)：鎖止噪音比較大，結(jié)構(gòu)比機(jī)械鎖止差速器復(fù)雜，每一種差速器只能適用于一種車型，不具有通用性。

    適用性：可以直接替換開式差速器，前驅(qū)后驅(qū)都可以用，沒(méi)有適用性方面的限制。

    以Eaton公司的產(chǎn)品為代表的自動(dòng)機(jī)械鎖止差速器是最適合越野車適用的差速器，遺憾的是，沒(méi)有能直接給小切用的產(chǎn)品。

    六．PowerTraxNoSlip

    我不確定它到底屬于哪一類。叫的比較多的，是“無(wú)滑動(dòng)動(dòng)力牽引”。如果從功能上看，也可以叫“自動(dòng)解鎖差速器”。叫什么名字都無(wú)所謂，反正都是同一個(gè)產(chǎn)品。

    PowerTraxNoSlip的工作原理和鎖止差速器恰恰相反，這個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的非常巧妙。鎖止差速器工作的時(shí)候，是執(zhí)行鎖止操作；而PowerTraxNoSlip工作的時(shí)候，執(zhí)行的是單邊解鎖操作。

    PowerTraxNoSlip在車輛直行的時(shí)候，左右半軸通過(guò)齒輪與小齒輪軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，工作在鎖止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)兩驅(qū)動(dòng)輪存在轉(zhuǎn)動(dòng)角度差的時(shí)候（車輛轉(zhuǎn)向或者一個(gè)輪子打滑），PowerTraxNoSlip會(huì)通過(guò)它的機(jī)械機(jī)構(gòu)，將一個(gè)輪子的離合器分離，取消它的動(dòng)力輸出。兩個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)角度相同的時(shí)候，離合器再結(jié)合。完成一次分離并重新結(jié)合的操作，兩個(gè)車輪的角度差不小于18度。加油門的時(shí)候，分離的是轉(zhuǎn)的稍快的車輪，收油門發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的時(shí)候，分離的是轉(zhuǎn)的稍慢的車輪。如果用于前橋驅(qū)動(dòng)，車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)隨著加減油門有失控的傾向。在附著力高的路面（土路或柏油路），如果兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪因?yàn)轵?qū)動(dòng)力過(guò)大而同時(shí)打滑，則每一個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，與其相聯(lián)的PowerTraxNoSlip離合器都會(huì)分離結(jié)合2到10次，兩個(gè)車輪交替的獲得分動(dòng)箱輸出的100％扭矩，驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力輸出狀態(tài)不是連續(xù)的，而是脈動(dòng)的，地面的附著力越大，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)速越高，PowerTraxNoSlip離合器結(jié)合時(shí)的沖擊力就會(huì)越大。為了承受這種高頻的大扭矩沖擊，制造PowerTraxNoSlip的材料強(qiáng)度必須特別耐沖擊，所以使用的時(shí)鈦合金。但原車半軸設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮這種沖擊扭矩，往往承受不了。

    優(yōu)點(diǎn)：通用性好，安裝簡(jiǎn)便，沒(méi)有鎖止式差速器的鎖止噪音，在鋪裝路面上不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)向而扭斷半軸。

    缺點(diǎn)：不能用于全時(shí)四驅(qū)的前橋；在附著力比較高的平坦路面，提供的牽引力小于鎖止式差速器；在高附著力路面，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)打滑，對(duì)半軸的沖擊力非常大，容易扭斷半軸；安裝PowerTraxNoSlip會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)檔車換檔沖擊變大。

    適用性：適合后橋驅(qū)動(dòng)輕度越野和低附著力路面。不適合高附著力路面和大動(dòng)力輸出的場(chǎng)合的使用，不適合在前橋內(nèi)安裝（即使是4驅(qū)的切諾基，很容易斷前半軸）。

    如果你已經(jīng)閱讀了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，你就能懂得汽車動(dòng)力是如何產(chǎn)生的；如果你已經(jīng)閱讀了手動(dòng)變速器的工作原理，你就會(huì)懂得下一步動(dòng)力會(huì)傳到哪里。對(duì)大多數(shù)汽車來(lái)說(shuō)，差速器在其傳動(dòng)系中，位于驅(qū)動(dòng)輪之前的最后一級(jí)。本文將闡述差速器的工作原理。

    差速器有三大功用：

    把發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳輸?shù)杰囕喩希?/P>

    充當(dāng)汽車主減速齒輪，在動(dòng)力傳到車輪之前將傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速減下來(lái)

    將動(dòng)力傳到車輪上，同時(shí)，允許兩輪以不同的輪速轉(zhuǎn)動(dòng)

    在本文中，你將會(huì)了解到汽車為什么需要一個(gè)差速器，它工作的方式及其優(yōu)缺點(diǎn)。我們也將會(huì)了解到防滑差速器。

    為什么需要差速器

    當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)。在下面的動(dòng)畫中你可以看到，在轉(zhuǎn)彎時(shí)，每個(gè)車輪駛過(guò)的距離不相等，即內(nèi)側(cè)車輪比外側(cè)車輪駛過(guò)的距離要短。因?yàn)檐囁俚扔谄�車行駛的距離除以通過(guò)這段距離所花費(fèi)的時(shí)間，所以行駛距離短的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就慢。同時(shí)需要注意的是：前輪較之后輪，所走過(guò)的路程是不同的。

    對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)型汽車的從動(dòng)輪，或前輪驅(qū)動(dòng)型汽車的從動(dòng)輪來(lái)說(shuō)，不存在這樣的問(wèn)題。由于它們之間沒(méi)有相互聯(lián)結(jié)，它們彼此獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。但是兩主動(dòng)輪間相互是有聯(lián)系的。因此一個(gè)引擎或一個(gè)變速箱可以同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)車輪。如果你的車上沒(méi)有差速器，兩個(gè)車輪將不得不固定聯(lián)結(jié)在一起，以同一轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。這會(huì)導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)向困難。此時(shí)，為了使汽車能夠轉(zhuǎn)彎，一個(gè)輪胎將不得不打滑。對(duì)于現(xiàn)代輪胎和混凝土道路來(lái)說(shuō)，要使輪胎打滑則需要很大的外力，這個(gè)力通過(guò)車橋從一個(gè)輪胎傳到另一個(gè)輪胎，這樣就給車橋零部件產(chǎn)生很大的應(yīng)力。

    什么是差速器

    差速器就是一種將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩一分為二的裝置，允許轉(zhuǎn)向時(shí)輸出兩種不同的轉(zhuǎn)速。

    在現(xiàn)代轎車或貨車，包括許多四輪驅(qū)動(dòng)汽車上，都能找到差速器。這些四輪驅(qū)動(dòng)車的每組車輪之間都需要差速器。同樣，其兩前輪和兩后輪之間也需要一個(gè)差速器。這是因?yàn)槠�車轉(zhuǎn)彎時(shí)，前輪較之后輪，走過(guò)的距離是不相同的。

    部分四輪驅(qū)動(dòng)車前后輪之間沒(méi)有差速器。相反的，他們被固定聯(lián)結(jié)在一起，以至于前后輪轉(zhuǎn)向時(shí)能夠以同樣的平均轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是為什么當(dāng)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)忙碌時(shí)，這種車輛轉(zhuǎn)向困難的原因。

    不同車速下轉(zhuǎn)彎

    我們將從最簡(jiǎn)單的一類差速器——開式差速器，講起。首先，我們需要了解一些技術(shù)：下圖就是一個(gè)開式差速器部件。

    當(dāng)一輛轎車沿著一條路直線行駛時(shí)，兩側(cè)車輪以同一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入小齒輪帶動(dòng)螺旋錐齒輪和殼體。殼體內(nèi)的小齒輪都不轉(zhuǎn)動(dòng)，兩邊的齒都有效的將殼體鎖住。

    注意到輸入小齒輪的齒比螺旋錐齒輪的齒小。如果主減速比為4.10，螺旋錐齒輪的齒數(shù)就要比輸入小齒輪的齒多4.10倍。更多關(guān)于傳動(dòng)率的信息請(qǐng)參閱齒輪是如何工作的。

    當(dāng)一輛汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輪必須以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

    從上圖中，你可以看到殼體內(nèi)的小齒輪在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。以此實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。內(nèi)側(cè)車輪要比殼體轉(zhuǎn)得慢。但外側(cè)車輪就要轉(zhuǎn)得相對(duì)快點(diǎn)。

    在薄冰上行駛

    開式差速器一般都是將相同大小的扭矩分配到兩側(cè)車輪上。有兩個(gè)因素決定分配到車輪扭矩的多少：設(shè)備及牽引力。在干燥的環(huán)境、有充足的牽引力的情況下，分配到車輪的扭矩受到發(fā)動(dòng)機(jī)及齒輪的限制；在牽引力較小的情況下，諸如在冰面上行駛。在這種情況下，扭矩的大小受限于車輪不至于打滑。所以，即使一輛車可以產(chǎn)生更大的扭矩，同樣需要足夠的牽引力用以將這些扭轉(zhuǎn)力矩傳輸?shù)降孛嫔稀Ｈ绻��?dāng)車輪開始打滑時(shí)，你用力睬油門，只會(huì)使車輪轉(zhuǎn)得更快。

    如果你曾經(jīng)在冰面上開過(guò)車，你可能知道使加速變得容易的方法。那就是你不以一檔起步而是二檔起步，甚至是三檔。因?yàn)樽兯倨骼锏臋n位越高，傳到車輪上的扭矩會(huì)變的更少。這樣就會(huì)讓車輪在不轉(zhuǎn)的情況下加速更快。

    當(dāng)一個(gè)汽車主動(dòng)輪在附著系數(shù)較高的路面上，而另一個(gè)主動(dòng)輪卻在冰面上時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況呢？這就是開式差速器的問(wèn)題所在。

    記住，開式差速器總是運(yùn)用于兩輪轉(zhuǎn)矩相等的情況下，最大扭矩受限于最大防滑系數(shù)的限制。他并不會(huì)給在冰面上的車輪以更大的扭矩。而且牽引力好的那個(gè)車輪僅獲得很少量的扭矩。此時(shí)，你的車就不能正常運(yùn)行。

    越野行駛

    除此之外，開式差速器可能在你越野的時(shí)候給你帶來(lái)麻煩。如果你有一輛前后都有差速器的四輪驅(qū)動(dòng)車或越野車，你可能被卡住。

    現(xiàn)在，記得——就如我們之前已經(jīng)提到過(guò)的，開式差速器一般都是給兩輪傳遞相等的扭矩。如果一側(cè)前輪及一側(cè)后輪陷入地中，兩輪只能在空無(wú)助的旋轉(zhuǎn)，汽車根本無(wú)法移動(dòng)。

    這類問(wèn)題只能通過(guò)防滑式差速器（LSD）來(lái)解決，有時(shí)也叫做“positraction”。防滑差速器使用多種機(jī)械技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)常規(guī)差速器使車輛轉(zhuǎn)彎的行為。當(dāng)一側(cè)車輪打滑時(shí)，提供更多的扭矩給不打滑的輪子。

    接下去的幾章將詳細(xì)介紹不同類型的防滑差速器，包括離合器式防滑差速器，粘性鎖止式差速器，托森差速器等。