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并非那么简单 当代汽车差速器全分析
17:59:00 作者：爱汽车用品网 来源：
这玩意儿现在已经是大多数家庭都拥有的东东，大家也乐于开着自己的爱车在节假日云游四海。不过现在这么受欢迎的玩意儿，在一百多年前刚发明的时候可不是个让人省心的家伙，总会出些稀奇古怪的问题来为难咱们。你还别不信，在现在看来及其简单的转弯问题在当时可是又费马达又费电的才被解决掉。差速器在火车和出现之前，马车一直都是人们出行十分重要的交通工具。人们喜欢乘坐马车从容地穿过乡村大道或古旧的城区街巷去拜访朋友。追溯以往，我们已经没有办法知道是谁第一个发明了轮子，谁又造出了第一辆带轮子的车辆。虽然技术在初期并不太理想，但是它的出现还是提高了人类搬运物品的速度。公元前2000年，黑海附近几个部落开始用马来拉有轮子的车，这种已经开始像，而不是早期那样以整个木头块做成的。公元前1世纪，罗马的制车匠发明了四轮马车并逐渐加以改进，使得四轮马车可以以前轮为导向前进。为了让四轮马车的性能更高，他们在上镶嵌金边以减少与车体的摩擦。此后这种用作长途运输的马成为各国主要的运输车辆。它的优点是运输量大和运行平稳，缺点是需要较为平坦的路面行驶。随着用于四轮马车行驶的道路年久失修，人们又改用回实用的两轮车，因为它可以在崎岖的地形条件能够行驶。后来经过再次改进，但人们对四轮马车的速度始终不能满意，希望发明一种比马更有耐力和更强壮的动力机器，以使能够转得更快。不久后，在英国和美国的一些地方，有少数想象力丰富的人开始试验用蒸汽做动力，以钢铁做道路。蒸汽火车便这样出现了，它的使用大大缩短了远程旅行的时间。不过由于铁轨铺设的限制，人们去大多数地方还只有依靠马车。为了解决这个问题，寻找一种能够完全替代马车的物品，伟大的发明家们又开始忙碌起来。后来经过不懈努力，卡尔&本茨研发出了一种能够代替马车的，就是由钢铁制成的三轮。本茨童鞋发明的三轮装载量只相当于两轮马车，并没有舒适的车箱可供乘客遮风挡雨，不能获得大家认可。随后也不知道是那位聪明的童鞋看到这点，对三轮进行了改造，将它变为了四个轮子，并且具有像马车一样的带窗箱子，还让它有了一个好听的名字&无马的马车&。在这种四轮出现后，它与四轮马车最大的不同之处在于转弯的时候。四轮马车在转弯的时候是控制马拖动改变前面两个轮子的，再由与两个前轮相连接的车箱拖动着后轮进行转向运动。由于马是动力的来源，前轮只是被马拖着完成转向，后轮通过车体带动完成，所以不存在转向困难的问题。而的结构则完全不同，它将安装在车身上，但是驱动前进的力却必须直接传送到轮子上。动力传递要经过、变速器、万向节、传动轴等装置。这样的前轮与后轮之间就多出来了一根杠杆，而杠杆只能以一种速度传向两个后轮，这样的直接后果就是后轮不能以不同速度转动，就会造成转弯困难。要想顺利转弯，两个后轮就要以不同的速度转动。为什么两个后轮的转动速度要求不一样呢?这还要从转弯时行驶的轨迹来说。在转弯的时候，的行驶轨迹是一个圆唬如果向左转弯，圆弧的中心点就在左侧，同一时间，右侧轮子走的弧线就比左侧轮子长。就像人在比赛跑步的时候，跑在内侧弯道的选手要跑的距离比跑在外侧弯道选手要短，要想这俩人实现一起跑，就需要内侧弯道的选手减慢速度，外侧弯道的选手侧加快速度。同样的道理，转弯时要平衡这个差异，右侧的轮子转快一点，左侧的轮子转慢一点，用转速的不同来弥补距离上的差异。
转弯时行驶的轨迹
这么豪华奢侈的居然无法实现转弯，这让人们再次选择回到马车上。那些靠吃饭的工程师当然不甘心这样失败，决定解决这个问题。他们先是试着让两个后轮不再使用一根杠杆进行连接而是断开，让两个后轮独自拥有一根杠杆，也就是两个独立的轴，术语管这样的轴叫做半轴。只要对两个半轴上的杠杆分别施以不同的力量，就可以使得左右两个具有不同的转速。断开后麻烦就来了，只有一根传动轴，怎么能分别给两个半轴传输动力呢?这就需要一个装置来做中间人。先用两根杠杆在垂直角度与两个连接后轮的杠杆相连，然后再通过一个杠杆在水平位置与垂直位置的两个杠杆相交，从而带动两个后轮的转动。这样的连接方式虽然可以使得两个后轮进行转动，但不能实现两个以不同的速度转动，因为它们实际意义上还是一个整体。经过不断的实验发现，在连接两个后轮的杠杆上各安装一个十字杠杆，并且与它们的垂直角度也安装一个相同的十字杠杆，并用这个十字杠杆来带动两个轮上的十字杠杆。随着垂直角度的十字杠杆转动，中间的这个十字杠杆并不会在同一时间带动连接两个后轮的十字杠杆，从而实现了两个处于有不同的转速。这样虽然解决了两后轮不同转速的问题，但是十字杠杆的空间过大，三个十字杠杆容易出现带动困难的情况。后又在十字杠杆的基础上增加更多杠杆，总共增加到了十二根，就形成了三个有十二根杠杆的风，这样三个风都能够很好的转动。解决方案的模型已经造出，总不可能在上直接安装吧。在机械上与风具有相同功能的就是齿轮，而且齿轮可以根据需要打造更多的齿来进行咬合，使用寿命还比较长，出现脱落的机率微乎其微，完全是实现这个模型的最佳选择。
当年就是从这样的模型中寻找解决方案当时这样的设计只是简单的完成了原始方案，并没有实际应用到上。就像任何一幅大作都需要画龙点睛的一笔，完成这一笔的人就是法国雷诺的创始人路易斯&雷诺。雷诺大叔在看到了这个原始的设计后，要想将它应用到上还需要改进才行。不光需要齿轮紧紧咬合，还需要使齿轮可以随着齿轮一起转动，但齿轮还不能太多，六个就足够。东西是有了，但总不能六齿轮、六齿轮的叫吧，太难听，还是应该给它取个好听的名字，&差速器&就不错，形象而且生动。
雷诺大叔的发明让转弯变得更容易就这样，解决转弯问题的差速器诞生了。在此后的一百多年，外观和部件换了一波又一波，但这个关键部件还是没有多大的改变，因为组成原理注定了它就是那个样子。什么样子呢?简单一点的说就是由六个齿轮所组成。复杂一点，就是由一组行星齿轮组成，核心是两个行星齿轮和两个与左右后轮传动轴相连接的半轴齿轮。什么是行星齿轮?要说这个问题，咱们就要先补补天文知识。在浩瀚的宇宙中，有这样一种，它不仅围绕着自己的轴线进行转动，而且还围绕着的进行转动。怎么这么像咱们的地球呢?没错，地球就是一个行星。不仅要自转(天)，还要围绕着太阳进行公转(年)。明白了什么是行星后，就容易理解行星齿轮了。行星齿轮是指那些不仅自身要转动，而且还要围绕着齿轮转动的齿轮。好像还漏了一点什么?对，差速器是由六个齿轮组成的，两个行星齿轮+两个半轴齿轮=四个齿轮，还有两个。剩下的这两个齿轮就是负责与传动杆连接的，将输出的动力，在经过了和传动轴顺利的交接给差速器，再由差速器根据实际的情况将动力分配到左右两个后轮。只有将差速器安装在传动杆与两个后轮半轴之间才可以实现合理的控制的转速，从而实现两个具有不同速度的目的。在将这六个齿轮安装到相应位置后，总不能让它们裸露在外吧，还需要安一个遮风挡雨的保护壳，以保护齿轮不受到路上乱七八遭东西的骚扰。为了节省空间，现代的差速器很少使用经典的平面齿轮了，更多的是使用曲齿圆锥齿轮、交错轴斜齿轮、准双齿轮甚至蜗杆，但基本的六个齿轮的结构一直延续了下来。
1. 传动轴，2.右半轴，3.行星齿轮，4.左半轴
差速锁人们发明就是为了取代马车，马车有一个最重要的作用，就是可以作为一种远程交通工具，只要不断的换马就可以实现。虽然这种&无马的马车&不再需要更换马匹，但是想要长距离行驶还是不行。这是因为继承了四轮马车的缺点，只能在铺装比较好的城市道路上行驶，而无法开到那种破破烂烂的乡村道路上。在面对没有经过任何铺装的乡村道路，差速器的弊端就显现出来，这个时候它会成前进的障碍。不会吧!雷诺大叔和工程师精心发明的东西会产生这样的后果，难道他们在研发的时候没有考虑到这个因素。他们当时研发的时候，确实没有考虑这样的情况。那时是一件比较奢侈的物品，购买它的人非富既贵，都是生活在大城市里的，极少有人将它开到乡村。只是万万没想到，在他们不屑一顾的乡村里隐藏着一群大富豪，也对这个新鲜玩意儿也很感兴趣，决定与城里人进行一番攀比，就买了几辆回去。买回去后才发现，这玩意儿不能在乡村道路上行驶，在那样的环境中行驶简直就是&怀具&。于是他们将这个消息散布到城里去。这下可不得了，只能在城里开，不能出城的消息让销量一落千丈。没有办法，总有人要靠混饭吃，只好再次站出来解决这个问题。不过这次他们将实验室设置在乡村中，只有贴近现实环境，才能获得最真实的结果。在实验中，工程师们发现了一个有趣的现象，配有差速器的在其中一侧被在泥泞的道路上打滑的时候，是无法前进的。这是因为差速器能够感受到两侧所收到的阻力，当转弯时，内侧受到的阻力大，所以动力传输少，轮子就转得慢;而外侧这轮收到的阻力小，动力传输多，轮子就转得快。由此我们可以知道，差速器总是倾向于将动力往阻力小的那一侧传递的。这种特性在铺装良好的路面上不会出现问题，但要是在泥泞的道路上一侧的驱动轮开始打滑，差速器就会将传过来的动力全都集中到因为打滑而失去抓地力这一侧，而另一侧就不能获得任何动力。这样的结果当然就是深陷其中无法行驶。大家开始寻思，有没有什么方法可以让动力都输出到正常转动一侧的轮子，让仍然有抓地力的另一侧能够带动向前行进，从而使得能够正常行驶。简单一点说，就是要让差速器在遇到这种情况的时候不要进行工作，让的两个后轮都可以获得相同的动力。没有想到差速器为解决转弯而拥有的差速功能，在这种破烂不堪的道路上会成致命死穴。要想解决这个问题，就只有让差速器不要发挥作用。停用差速器最简单的法子是切断动力，但这样一来差速器倒是罢工了，也跟着没法动弹。看来硬的行不通，只有用软招来试试。不是让差速器罢工，只是让它有选择性的发挥作用，而且需要通过一个装置来让它进行选择。当遇到这种复杂路面的时候，它可以让差速器发挥不了作用，正常路面又可以正常发挥。这时候不知道是那位聪明的童鞋提出&锁住&的概念，就是给差速器上一把锁，让它在某些条件下不能发挥作用。有了这样的思路，大家就知道应该怎样去操作了。没过多久，具有&锁&功能的差速器就被研发了出来，跟差速器一样，它也有一个形象的名字&&差速锁。差速锁就是与两个后轮的半轴进行刚性连接，使它们成为一个整体。如果有一侧的轮子狂转不止而另一侧轮子静止的情况，差速锁就立刻将两侧的轮子连接起来，使动力平均的输送到两侧上。这样原本静止那只子就能够转动起来，并用输出的50%的动力带动向前进行。只要车子能动，就能让打滑的离开泥泞的地方，恢复抓地。要想差速器具有&锁&功能主要可以通过两种方式实现，一种是安装摩擦片，另一种则是安装锥形齿轮。摩擦片式的&锁&主要就是在差速器的两侧半轴齿轮加装了摩擦片和，通过对齿轮和摩擦片做功产生力量来控制半轴，从而实现锁的功能。而锥形锁则是通过安装一个像锥那样的装置与差速器壳做功产生力量来控制半轴，并将它锁祝
差速锁发挥作用时随着被人们开到越来越复杂的环境，差速锁也在不断的改进以适应满足需要。现在上安装得比较多的差速锁有机械式(牙嵌式)和伊顿式差速锁两种，分别被Jeep的和两种车型采用。手动机械式差速的技术比较简单，生产成本低，但却是迄今为止最为可靠、最有效的提高车辆越野性能的装备。它可以实现两个半轴的动力完全机械式结合，很牢固。它使用的环境主要是在恶劣路况或极限状态下，在正常行驶时使用会对等部件造成严重的损坏。伊顿式差速锁也是机械差速锁的一种，当两侧的附着力出现差异时，的转速差达到了设定的数值，那么伊顿式差速锁将会自动锁止差速器，使得两侧拥有相同的动力，从而保证车辆的正常行驶。最大的缺点就是不可以手动控制，必须等到转速差出现的时候才起作用，反应速度有些慢。
2WD：后轮驱动；4WD：四轮驱动；4WD-L：低速四轮驱动
差速器的分类具有&锁&功能的普通差速器在面对铺装比较好的道路时能够发挥最大的作用，但是城市的道路不可能是无缺的。超载大货车总是把路面压得坑坑洼洼、高低不平的，使得咱们小车车在这样的路面上进行转弯时，内侧因多余的旋转及摩擦，导致车体向上跳，再加上离心力的驱动，就会朝转弯翻覆，造成车毁人亡的&餐具&。聪明的工程师又想出新的方法来解决这个问题：通过等，在一侧发生打滑时，电子收集两侧的转速差，当电脑发现转速差超过设定值时，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保时捷这类厂商所不能接受，所以保时捷的工程师必须要另外寻找解决方法，限滑差速器就是在这样的环境中诞生了。限滑差速器：顾名思义就是限制打滑的一种改进型差速器，使两侧转速差被允许在一定范围内，以保证正常的转弯等行驶性能。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。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&多片式&限滑差速器。机械式限滑差速器响应速度快，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，但造价高，耐久性差。
机械式限滑差速器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校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，加上硅油组合而成。利用硅油摩擦受热膨胀后，迫使片结合来锁定轮间速差，结构最简单且体积孝造价低，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。这种产品是未来差速器的一个发展趋势。
主动式限滑差速器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。限滑差速器的出现，不仅解决在城市道路中的问题，而且也为到野外行驶提供了便利。特别是那些针对复杂环境推出的全时四轮驱动(AWD)，其中最有名的就数奥迪Quattro系统，正是奥迪的大胆创新并义无反顾才使得越来越多的人享受到了AWD带来的驾驶乐趣。奥迪Quattro的核心正是托森限滑差速器系统，谁能想到在电子部件横行的今天它还保持着机械的清纯。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。两轮驱动的是安装有前后两个差速器，而四轮驱动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。当前后转速一样时，与差速器相连的六个涡轮，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里面，这样就为安装更大的空出了空间，是能够塞入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拥有了更高的性能，而且在不大幅降低车速的前提下，增加了车辆的安全性。
（QUATTRO全时四轮驱动系统是最大卖点之一）在四轮驱动中除了使用托森限滑差速器以外，还有一种品牌的差速器名头也做得比较响，就是机械锁式差速器。目前最有名的当属伊顿机械锁式差速器，公司的大多数轻型卡车、运动和货车上都可以选装。它的动作区别于普通差速器和限滑差速器，当遇到一侧打滑的情况下，普通差速器会将扭矩全部传递到打滑的上，使车辆无法不能获得足够牵引力摆脱障碍;而限滑差速器虽然能够通过部分限制左右的相对转动，将部分的扭矩传递到不打滑的上，但在大部分情况下由于传递扭矩有限，还是无法帮助车辆获得足够的牵引力摆脱障碍;机械锁式差速器则可以在一侧打滑的情况下(左右轮速差达到100转/分钟)，触发机械锁合将车桥完全锁死，将动力百分百传递到有抓地力的有效上，从而提供足够的牵引力帮助车辆驱出障。差速器的发展过程完全就是发展过程的一个缩影，跟随着一起出现，然后因为人们对于的要求越来越多，越来越复杂，差速器也在不断的升级改进，直到现在为满足人们驾车征服世界每一片土地的要求。可以说没有了差速器，就是一堆只能在公路上作直线运动的废铁而已。本文转自《微型计算机极客》
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