看见「差速器」仨字就蒙圈?零分物理基础 2 分钟看懂

董车会

05-31 17:47

(图:GMC Canyon 后轴差速锁)

想象一下有朝一日,当你升职加薪、出任 CEO、迎娶白富美、走上人生巅峰,走进超跑豪车 4S 店准备一掷千金,却被销售一通“LSD”…“限滑差速器”…“三把锁”之类专业术语搞到迷糊……谁不想做个有知识有内涵的土豪呢?

实在做不成,光有知识也行。

假如当初错过了下面这些,可能我这辈子也搞不懂「差速器」是个啥。

首先,差速器(Differential),准确的说,开放式差速器(Open Differential),是装在汽车驱动轴上(比如前驱车的前轴、后驱车的后轴等),用来调整轴两端转速差的部件。

(有些四驱车型也会在前后桥间的传动轴上配置中央差速器/差速锁。)

日子过得好好的,为什么要有差速器这么一个东西?很简单,因为车需要转弯,而转弯时两侧车轮走过的路径长度是不等的,外长内短,两侧车轮的转速也就自然不等。

内外侧车轮产生了转速差,差速器顾名思义,就是用来实现转速差的。(对于四驱车型,前后轴之间往往也会出现转速差。)

对于非驱动轴,两侧车轮中间可以不相连、独立转动、互不打架,转速差什么的也就无所谓。但对于驱动轴,发动机带动的是整个轮轴、两侧车轮,这时,如何让两边车轮既都拥有动力,又不在转弯时因转速差打架呢?

说到“驱动轴+传动轴”的结构原理,其实你并不陌生,比如说上面这玩意儿。但如果两侧车轮仅用一根轴直接相连,转弯时就必定会有一侧车轮打滑。

乘用车肯定不能像玩具四驱车那样,直接无视掉转弯无差速造成的打滑。所以首先,第一步肯定是要将传动轴两端分开,这样才能允许两侧车轮不等速转动。

那么动力就需要经由另一部件传递到两侧轮轴上,这里用了一根短横杆,它被套在了一侧轮轴上,可以独立于轮轴自由转动。

这时,如果把中间这根横杆改成可转动,就可以在左侧车轮不动/慢速转动时,让右侧车轮保持转速,形成一个小小的、短暂的差速效果。

一根横杆肯定是不够的,要想让这个差速效果继续下去,可以把这些单薄的短杆都换成十字杆,整个系统便能够持续不断地运行。

从正前方看,动力传递到左侧轮轴上连接中央十字杆的活动部件,整个系统既可以保持动力输入,又能够让两侧车轮以不同转速转动。

再进一步,将十字横杆加到更密集,减少部件之间的碰撞,也让动力传递更连贯……

再再进一步,短杆做得更加密集,你就能看出它慢慢演变成了一套齿轮系统……

这样下来,这样一个简易版的差速器齿轮系统就形成了。

动力通过左边轮轴上套着、活动的部件输入,中央的齿轮将动力分配给两侧齿轮,带动两边车轮,同时允许两边齿轮以不同速转动。

为了让整个系统更稳定、连贯一些,将中央齿轮增加到一对,这就是一个基本成形的差速器模型了。

再把传动轴加入到这个模型中,传动轴连接着最左侧的大齿轮,大齿轮和差速器中央那对齿轮刚性相连,它们被套在一侧(左侧)的轮轴上自由转动。

当传动轴转动,传动轴将动力传给左侧大齿轮,左侧大齿轮和差速器中央齿轮同步转动,差速器中央齿轮再带动差速器两侧齿轮,进而带动两边车轮。从传动轴到车轮,通过这样的路径传递动力,便可以做到驱动轮间(or 轴间)差速。

当然,真正装在车辆上的(开放式)差速器,会在这个原理模型的基础上做缩小化、实用化。不过你仍能看出各个零部件对应的原理结构。

在后驱车上,传动轴穿过车底中央连接到后轴差速器,再由差速器分配给两侧轮轴带动车轮转动驱动车辆。

如果你曾经低头弯腰看过大货车的车尾,应该会对后轴中央这样的大鼓包有印象……

而对于现代以来占据多数家用市场的前驱车,前轴差速器往往和变速器整合在一起,于是一般也就看不到「前差速器」的身影。

从画风也不难看出,这段黑白视频年岁不小,它其实是雪佛兰在 1937 年制作的科普视频。虽然距今已近八十高龄,却依旧是你能找到最简单、巧妙、易懂的差速器原理介绍。

至于开头所说的“漂移利器” LSD,即限滑差速器 Limited Slip Differential,以及差速锁 Differential Lock,则又是两种完全不同的东西。只是要理解这两者,有必要先明白普通差速器,即开放式差速器的原理。

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