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中央差速器原理 更新時間: 2018-12-21

我們知道車輛在行駛過程中不光只有直線行駛,還有各種角度的彎道,當車輛行駛在彎道中時,四個車輪的軌跡是四條半徑不同的圓弧。這就造成四個車輪在彎中的轉速不同,如果車輪只能以同一轉速轉動,那車輛根本無法轉彎,就算強行轉向也會因為車輪轉速差而折斷中間的車軸。這時就需要安裝差速器來實現差速,將發動機 輸出軸上的一個固定轉速分解成不同的轉速傳遞到車輪。一般兩驅車只有一個差速器,安裝在前或者后軸中間。

汽車轉向時,前輪轉彎半徑比同側的后輪要大,因此前輪的轉速要比后輪快,以至四個車輪走的路線完全不一樣,所以四驅車則需要中央差速器來分配前后軸扭矩。

中央差速器的種類有:

開放式中央差速器

多片離合器式差速器

托森差速器

粘性聯軸節式差速器


開放式中央差速器

顧名思義,開放式差速器就是沒有任何限制,可以在汽車轉彎時正常工作的差速器 ,行星齒輪組沒有任何鎖止裝置,假如一輛四驅車配備了前中后三個開放式差速器,那么如果其中一個輪子打滑,那么這個車的全部動力都會浪費在這個車輪上,而其余三個車輪則無法到的動力。

優點:沒有特別的優點,因為差速是汽車正常行駛的必備條件;

缺點:在越野車領域,開放式差速器會影響非鋪裝路面的脫困性。


多片離合器式差速器

多片離合器式差速器依靠濕式多片離合器產生差動轉矩。這種系統多用作適時四驅系統的中央差速器使用。其內部有兩組摩擦盤,一組為主動盤,一組為從動盤。主動盤與前軸連接,從動盤與后軸連接。兩組盤片被浸泡在專用油中,二者的結合和分離依靠電子系統控制。

在直線行駛時,前后軸的轉速相同,主動盤與從動盤之間沒有轉速差,此時盤片分離,車輛基本處于前驅或后驅狀態,可達到節省燃油的目的。在轉彎過程中,前后軸出現轉速差,主、從動盤片之間也產生轉速差。但由于轉速差沒有達到電子系統預設的要求,因而兩組盤片依然處于分離狀態,此時車輛轉向不受影響。


『上圖為前、后軸之間的多片離合器式差速器-模型圖』

當前后軸的轉速差超過一定限度,例如前輪開始打滑,電控系統會控制液壓機構將多片離合器壓緊,此時主動盤與從動盤開始發生接觸,類似離合器的結合,扭矩從主動盤傳遞到從動盤上從而實現四驅。

多片摩擦式限滑差速器的接通條件和扭矩 分配比例由電子系統控制,反應速度快,部分車型還具備手動控制的“LOCK”功能,即主、從動盤片可保持全時結合狀態,功能接近專業越野車的四驅鎖止狀態。但摩擦片最多只能傳遞50%的扭矩給后輪,并且高強度的使用會時摩擦片過熱而失效。

優點: 反映速度很快,可瞬間結合;多數車型都是電控結合,無需手動控制;

缺點:最多只能將50%的動力傳遞給后輪,高負荷工作時容易過熱。

托森差速器

托森(Torsen)這個名字的由來取Torque-sensing Traction——感覺扭矩牽引,Torsen的核心是蝸輪、蝸桿齒輪嚙合系統,從Torsen差速器的結構視圖中可以看到雙蝸輪、蝸桿結構,正是它們的相互嚙合互鎖以及扭矩單向地從蝸輪傳送到蝸桿齒輪的構造實現了差速器 鎖止功能,這一特性限制了滑動。在在彎道正常行駛時,前、后差速器的作用是傳統差速器,蝸桿齒輪不影響半軸輸出速度的不同,如車向左轉時,右側車輪比差速器快,而左側速度低,左右速度不同的蝸輪能夠嚴密地匹配同步嚙合齒輪。此時蝸輪蝸桿并沒有鎖止,因為扭矩是從蝸輪到蝸桿齒輪。而當一側車輪打滑時,蝸輪蝸桿組件發揮作用,通過托森差速器 或液壓式多盤離合器,極為迅速地自動調整動力分配。


『托森差速器-結構圖』

當車輛正常行駛的時候,差速器殼P轉動,同時帶動蝸桿3和4轉動,此時3和4之間沒有相對轉動,于是紅色的1軸和綠色的2軸以同一個速度旋轉。而當一側車軸遇到較大的阻力而另一側車軸空轉的時候,例如紅色車軸遇到較大的阻力,則一開始它靜止不動,而差速器 殼還在旋轉,于是帶動蝸桿齒輪4沿著紅色軸滾動,4滾動的同時又帶動3旋轉,但是3與綠色的車軸2有自鎖的效果,所以3的轉動并不能帶動綠色車軸2轉動,于是3停止轉動,同時又使得4也停止轉動,于是4只能隨著差速器殼的轉動帶動紅色車軸旋轉,即將扭矩分配給了紅色車軸,車輛脫困。

『托森差速器原理視頻』

最核心的裝置就是中央扭矩感應自鎖式差速器,它可以根據行駛狀態使動力輸出在前后橋間以25:75~75:25連續變化,而且反應十分迅速,幾乎不存在滯后(扭矩感應自鎖式差速器 的特點在前面也詳細分析過),而且有電子穩定程序的支持,更進一步提高了動力分配的主動性。

簡單地說,托森差速器就是一個全自動純機械差速器,即不需要人為控制+100%可靠的+傳動直接的限滑差速器,從某個角度來說是一種很均衡的設計。

優點: 能夠在瞬間對驅動輪之間出現的阻力差提供反饋,分配扭矩輸出,而且鎖止特性是線性的,能夠在一個相對寬泛的扭矩輸出范圍內進行調節;

缺點:沒有兩驅狀態;差速器限滑能力有限,動力無法完全傳遞到有某一車輪。

粘性聯軸節式差速器

粘性聯軸節式差速器,這種結構的差速器是當今全輪驅動汽車上自動分配動力的靈巧的裝置。它通常安裝在以前輪驅動為基礎的全輪驅動汽車上。這種汽車平時按前輪驅動方式行駛。粘性聯軸節的最大特點就是不需駕駛員操縱,就可根據需要自動把動力分配給后驅動橋。


粘性聯軸節的工作原理,有點類似于多片離合器 。在輸入軸上裝有許多內板,插在輸出軸殼體內的許多外板當中,并充入高粘度的硅油。輸入軸與前置發動機上的變速分動裝置相連,輸出軸與后驅動橋相連。


『粘液藕合器式差速器-結構圖』

在正常行駛時,前后車輪沒有轉速差,粘性聯軸節不起作用,動力不分配給后輪,汽車仍然相當于一輛前輪驅動汽車。

汽車在冰雪路面上行駛時,前輪出現打滑空轉,前后車輪出現較大的轉速差。粘性聯軸節的內、外板之間的硅油受到攪動開始受熱膨脹,產生極大的粘性阻力,阻止內外板間的相對運動,產生了較大的扭矩。這樣,就自動地把動力傳送給后輪,汽車就轉變成全輪驅動汽車。

在汽車轉向時,粘性聯軸節還可吸收前后車輪由于內輪差而產生的轉速差,起到前后差速器的作用。在汽車制動時,它還可以防止后輪先抱死的現象。



『本田CR-V和哈弗M1都裝備粘性聯軸節』

優點: 尺寸緊湊、結構簡單、生產成本低;

缺點:缺點是反應速度慢,扭矩分配比例小,結合和分離不可手動控制,高負荷工作時因為過熱可能會失效。

Honda CR-V and Harvard M1 are equipped with viscous coupling

advantages: compact size, simple structure, low production cost;

disadvantages: drawback is the slow reaction speed, small proportion of torque distribution, combination and separation can not be manually controlled, high load because of overheating may fail.

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