汽車差速器構造原理詳解

      汽車是我們在日常生活中經常會用到的交通工具，然而一輛車要開動起來其實並不簡單，其中凝聚著人類上百年的科技結晶。今天為大家講解車內一個很不起眼但很關鍵的設備——差速器。

　　要解釋差速器原理，我們首先引用百度百科中的解釋： 　　“……汽車在拐彎時車輪的軌線是圓弧，如果汽車向左轉彎，圓弧的中心點在左側，在相同的時間裡，右側輪子走的弧線比左側輪子長，為了平衡這個差異，就要左邊輪子慢一點，右邊輪子快一點，用不同的轉速來彌補距離的差異。” 　　“……普通差速器由行星齒輪、行星輪架（差速器殼）、半軸齒輪等零件組成。發動機的動力經傳動軸進入差速器，直接驅動行星輪架，再由行星輪帶動左、右兩條半軸，分別驅動左、右車輪。差速器的設計要求滿足：（左半軸轉速）+（右半軸轉速）=2（行星輪架轉速）。當汽車直行時，左、右車輪與行星輪架三者的轉速相等處於平衡狀態，而在汽車轉彎時三者平衡狀態被破壞，導致內側輪轉速減小，外側輪轉速增加。……” 　　“這種調整是自動的，這裡涉及到‘最小能耗原理’，也就是地球上所有物體都傾向於耗能最小的狀態。例如把一粒豆子放進一個碗內，豆子會自動停留在碗底而絕不會停留在碗壁，因為碗底是能量最低的位置（位能），它自動選擇靜止（動能最小）而不會不斷運動。同樣的道理，車輪在轉彎時也會自動趨向能耗最低的狀態，自動地按照轉彎半徑調整左右輪的轉速。當轉彎時，由於外側輪有滑拖的現象，內側輪有滑轉的現象，兩個驅動輪此時就會產生兩個方向相反的附加力，由於‘最小能耗原理’，必然導致兩邊車輪的轉速不同，從而破壞了三者的平衡關系，並通過半軸反映到半軸齒輪上，迫使行星齒輪產生自轉，使外側半軸轉速加快，內側半軸轉速減慢，從而實現兩邊車輪轉速的差異。” 　　如果對於專業人事來說，這篇文章到此可以結束了，但是作為普通汽車愛好者，我們需要的不是死板的書本知識，因此這裡有必要用通俗易懂的語言把差速器是怎樣工作的這一問題解釋清楚。 　　為什麼要裝差速器？ 　　首先要說的是差速器這個裝置裝在哪裡，它的位置應該處於傳動軸與左右半軸的交匯點，從變速箱輸出的動力在這裡被分配到左右兩個半軸。至於為什麼要裝差速器這個問題就不需多做解釋了，百度百科裡寫得非常清楚。我們都知道汽車在直線行駛時左右兩個驅動輪的轉速是相同的，但在轉彎過時兩邊車輪行駛的距離不是等長的，因此車輪的轉速肯定也會不同。差速器的作用就在於允許左右兩邊的驅動輪以不同的轉速運行。 　　差速器的構造： 　　其實說白了，整個差速器系統的核心是四個齒輪：兩個行星齒輪和兩個與傳動軸相連的半軸齒輪。這四個齒輪都在差速器殼內，這個殼體連接著傳動軸（圖中①），本身也要轉動，在行駛時它的轉動方向與車輪轉動方向相同。 　　我們可以用一個球體來解釋差速器問題！我們假設這個球體和地球一樣有兩個極點，並且以兩極的連線為軸進行自傳，這個球體可以理解為差速器殼體，這個殼體的兩極連接的就是汽車的左右半軸。這裡安裝著兩個半軸齒輪，兩齒輪中心的連線就是差速器殼體轉動的軸線（圖中②、④）。 　　除了兩個半軸齒輪外還有兩個行星齒輪（圖中③）。理解兩個行星齒輪的狀態是理解差速原理的關鍵。還拿剛才所說的球體來舉例，兩個齒輪是對向安裝並且與半軸齒輪垂直，相當於6點鐘和12點鐘位置。這兩個齒輪經常要朝相反方向轉動，從而實現差速作用。殼體在自傳過程中會帶著兩個齒輪做公轉。 　　這四個齒輪雖然安裝在殼體內部但都是可以獨立於差速器殼體轉動的，只不過它們相互咬合在一起，每個齒輪的兩邊都咬合著另外兩個齒輪（每個半軸齒輪都咬合著兩個行星齒輪，每個行星齒輪都咬合著兩個半軸齒輪），只要其中一個齒輪轉動都會牽扯到其他三個齒輪一起轉動，而且其中一個齒輪朝某個方向轉動，與它相對的另一邊齒輪必定朝反方向轉動！這個現象可以通過實驗來證實：如果把一輛車的兩個驅動輪都懸空，轉動一邊的車輪，另一側車輪會朝相反方向轉動。 　　車輛直行時差速器狀態 　　差速器的運作原理： 　　直線行駛時的特點是左右兩邊驅動輪的阻力大致相同。從發動機輸出的動力首先傳遞到差速器殼體上使差速器殼體開始轉動。接下來要把動力從殼體傳遞到左右半軸上，我們可以理解為兩邊的半軸齒輪互相在“較勁”，由於兩邊車輪阻力相同，因此二者誰也掰不過對方，因此差速器殼體內的行星齒輪跟著殼體公轉同時不會產生自轉，兩個行星齒輪咬合著兩個半軸齒輪以相同的速度轉動，這樣汽車就可以直線行駛了！ 　　假設車輛現在向左轉，左側驅動輪行駛的距離短，相對來說會產生更大的阻力。差速器殼體通過齒輪和輸出軸相連，在傳動軸轉速不變情況下差速器殼體的轉速也不變，因此左側半軸齒輪會比差速器殼體轉得慢，這就相當於行星齒輪帶動左側半軸會更費力，這時行星齒輪就會產生自傳，把更多的扭矩傳遞到右側半軸齒輪上，由於行星齒輪的公轉外加自身的自傳，導致右側半軸齒輪會在差速器殼體轉速的基礎上增速，這樣以來右車輪就比左車輪轉得快，從而使車輛實現順滑的轉彎。 　　為了更方便大家理解差速器的原理，我將結合上面這個視頻為大家講解。首先要說明的是視頻裡這個差速器和之前我們說的差速器有一點兒不同。視頻裡的差速器有四個行星齒輪，而我們所講的差速器有兩個行星齒輪，其實各位不用在意行星齒輪的多少，實質的原理都是一樣的。 　　在這段視頻裡，從屏幕最左邊伸過來的這根軸是傳動軸，發動機輸出的動力經過傳動軸傳遞到差速器殼體上，視頻裡那個最大的齒輪就固定在差速器殼體上，這個大齒輪旋轉就相當於差速器殼體的旋轉。 　　在視頻的前7秒鐘演示的是車輛轉彎時的狀態，我們可以明顯看出靠下的這一側半軸轉速要比另一側半軸和差速器殼體都慢，這時差速器殼體內的行星齒輪就會旋轉，把扭矩傳到另一側半軸上。第7秒之後到第14秒演示的是直線行駛狀態，兩側阻力相同，因此殼體內的行星齒輪不會轉動，兩側半軸轉速相同。第14秒之後演示的是上面那一側半軸遇到阻力的情況。 　　普通差速器的弊端： 　　現在有一個問題：如果一側驅動輪失去抓地力為什麼車輛就無法前行？那是因為當一側車輪失去抓地之後，相當於這一側車輪的阻力為0，而另一側車輪的阻力相對於失去抓地的這一側來說太大了，在跟著殼體做公轉的同時，差速器內的行星齒輪自身還會瘋狂的自轉，把動力源源不斷的傳遞到失去抓地的那一側車輪，因此車子只會呆在原地不動。 　　一側車輪遇到阻力 　　因此可以這樣說，我們日常生活中接觸的兩輪驅動家用車其實是很“脆弱”的，只要路面鋪裝得不好或者帶點泥濘的話就很有可能拋錨！這和車子的馬力大小是沒有關系的。這也是為什麼很多高性能車和越野車要裝備限滑差速器。 　　限滑差速器的作用是若左右半軸的轉速差過大，限滑差速器會鎖止普通差速器，讓動力能夠在左右兩側半軸合理分配。而一些專業的越野車裝備四驅裝置和差速鎖，在抓地力不足的情況下通過手動控制或者電子設備把差速器鎖止，此時差速器就不起作用了，動力被平均分配到四個車輪上幫助車輛擺脫困境。