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限滑差速器

限滑差速器

返回目錄↑1、概述

 
限滑差速器,英文名為L(zhǎng)imited Slip Differential,簡(jiǎn)稱LSD。限滑差速器,顧名思義就是限制車輪滑動(dòng)的一種改進(jìn)型差速器,指兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差值被允許在一定范圍內(nèi),以保證正常的轉(zhuǎn)彎等行駛性能的類差速器。事實(shí)上LSD依構(gòu)造的不同可以分為好幾種型式,而每一種LSD亦都有其特別之處。 

返回目錄↑2、功能和原理

在談?wù)揕SD這個(gè)機(jī)件之前,讀者務(wù)必先知道差速器的功能與動(dòng)作原理。而差速器本身的動(dòng)作原理,亦屬于專業(yè)級(jí)的構(gòu)造,若要單純用文字來(lái)敘述,大部分的讀者可能很難理解,所以筆者先用日常最容易接觸的現(xiàn)象和狀況,來(lái)解釋原廠差速器的設(shè)計(jì)功能和必需性。 
現(xiàn)行車輛的轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)是依據(jù)艾克曼第五輪原理來(lái)設(shè)定,也就是彎道內(nèi)輪的轉(zhuǎn)向角度大于外輪。再由三角函數(shù)計(jì)算內(nèi)側(cè)車輪所轉(zhuǎn)動(dòng)的距離會(huì)比外側(cè)車輪距離短,一旦距離有差異時(shí),等于內(nèi)外輪 (左、右輪) 的轉(zhuǎn)速不一致,如果從變速箱所輸出的傳動(dòng)軸沒(méi)有藉由差速器來(lái)分隔左、右輸出,那么車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)便無(wú)法調(diào)整左、右輪的轉(zhuǎn)速。在慢速時(shí)藉由多余且不當(dāng)?shù)哪Σ羴?lái)帶過(guò),而高速轉(zhuǎn)彎則會(huì)發(fā)生彎道內(nèi)輪因多余的旋轉(zhuǎn)及摩擦,導(dǎo)致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚(yáng),當(dāng)內(nèi)側(cè)車體上揚(yáng)加上離心力的驅(qū)動(dòng),很自然就會(huì)朝轉(zhuǎn)彎方向的另一側(cè)翻覆。 
    所以說(shuō)車輛的左、右車輪絕對(duì)不是同軸型式,尤其現(xiàn)代汽車又以前輪驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)居多,沒(méi)有差速器的構(gòu)造,駕駛者根本無(wú)法操控方向盤,因?yàn)橹灰{駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤,輪胎藉由地面產(chǎn)生的回饋力,強(qiáng)力的將方向盤推回中心原點(diǎn),如此一來(lái)操控根本無(wú)法存在,所以在傳動(dòng)輪中央置入差速器是傳動(dòng)系統(tǒng)必備的要件。 
   由于差速器是藉由盆型齒輪及角齒輪驅(qū)動(dòng),內(nèi)部包含邊齒輪及差速小齒輪。當(dāng)車輛直行時(shí),并無(wú)差速作用,差速小齒輪及邊齒輪整個(gè)會(huì)隨著盆齒輪公轉(zhuǎn)無(wú)差速作用,一旦車輛轉(zhuǎn)彎內(nèi)、外輪阻力不一樣時(shí),差速齒輪組因阻力的作用迫使產(chǎn)生自轉(zhuǎn)功能進(jìn)而調(diào)整左、右輪速。既然左、右輪速的變化及調(diào)整是藉由輪胎及地面阻抗來(lái)自由產(chǎn)生,那么后續(xù)的使用狀況就將造成車輛無(wú)法行駛的狀態(tài)。 譬如說(shuō)當(dāng)車輛一輪掉入坑洞中,此車輪就毫無(wú)任何摩擦力可言,著地車輪相對(duì)卻有著極大的阻力,此時(shí)差速器的作用會(huì)讓所有動(dòng)力回饋到低摩擦的輪子。掉入坑洞的車輪會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng),而著地輪反而完全無(wú)動(dòng)作,如此車輪就無(wú)法行駛。 
      還有一種屬于循跡現(xiàn)象的狀況,也就是所謂性能輸出的現(xiàn)象,即車輪在過(guò)彎時(shí)大腳油門,動(dòng)力輸出特別明顯,輸出扭力加上離心力,迫使車輛內(nèi)輪揚(yáng)起離開地面或產(chǎn)生打滑現(xiàn)象,一旦有一輪空轉(zhuǎn),動(dòng)力便一直往空轉(zhuǎn)輪傳輸 (因?yàn)樽枇ι? ,車輛依然無(wú)法加速前進(jìn)。 
      另有一種屬于激烈操駕模式而產(chǎn)生的打滑現(xiàn)象,此現(xiàn)象車輛既不轉(zhuǎn)彎,也非左、右輪置于不同摩擦系數(shù)路面的狀況,那就是在進(jìn)行零四加速時(shí),巨大的動(dòng)力輸出,隨著左、右傳動(dòng)軸的長(zhǎng)短不一致及輪胎些許的差異,導(dǎo)致動(dòng)力瞬間輸往摩擦力弱的一輪,此輪便開始不停的空轉(zhuǎn),另一輪無(wú)從發(fā)揮作用,車輛當(dāng)然無(wú)法往前邁進(jìn)。為了解決以上這些現(xiàn)象,讓更多的動(dòng)力平均傳遞到左、右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上,限制差速器左、右滑動(dòng)率的比例來(lái)完成此目標(biāo),所以限滑差速器便是解決問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)件。 
     差速器很好的解決了汽車在不平路面及轉(zhuǎn)向時(shí)左右驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速不同的要求;但隨之而來(lái)的是差速器的存在使得汽車在一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)動(dòng)力無(wú)法有效傳輸,也就是打滑的車輪不能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力,而不打滑的車輪又沒(méi)有得到足夠的扭矩。我們的汽車設(shè)計(jì)師一直在努力,于是差速鎖出現(xiàn)了。差速鎖很好的解決了汽車在一側(cè)車輪打滑時(shí)出現(xiàn)的動(dòng)力傳輸?shù)膯?wèn)題,也就是鎖止差速器,讓差速器不再起作用,左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪均可得到相同的扭矩?墒谴笞匀豢偸窃俳o人類處理不完的難題。差速鎖再解決原有問(wèn)題的同時(shí)又帶來(lái)了新的問(wèn)題。 
     這種差速鎖僅僅適用于越野車的使用,在野外非鋪裝路面上,路面附著力不大,即便差速器鎖止時(shí)車輪發(fā)生一些打滑也無(wú)所謂,至少?zèng)]有安全性問(wèn)題?墒窃阡佈b良好的公路上出現(xiàn)左右摩擦不平衡的時(shí)候,由于輪胎與干地面的摩擦是相當(dāng)大的,在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)差速器鎖止是非常危險(xiǎn)的,彎道內(nèi)輪因多余的旋轉(zhuǎn)及摩擦,導(dǎo)致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚(yáng),當(dāng)內(nèi)側(cè)車體上揚(yáng)加上離心力的驅(qū)動(dòng),很自然就會(huì)朝轉(zhuǎn)彎方向的另一側(cè)翻覆。 

返回目錄↑3、解決方法

一.通過(guò)ABS等電子設(shè)備來(lái)解決       在一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生打滑時(shí),電子傳感器收集兩側(cè)車輪速 限滑差速器度差,當(dāng)電腦發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速差超過(guò)設(shè)定值時(shí),ABS驅(qū)動(dòng)打滑輪的剎車工作,強(qiáng)制降低打滑輪轉(zhuǎn)速,但這種工作方式是以保證安全性為首要目的,以犧牲速度為代價(jià)的,在頻繁的工作狀態(tài)下容易失效,可靠性不高。作為越來(lái)越重視車輛性能的今天,這種系統(tǒng)在高性能車上是決不能容忍的,于是就有了后者。 
二.限滑差速器(LSD)       限滑差速器,顧名思義就是限制車輪滑動(dòng)的一種改進(jìn)型差速器,指兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差值被允許在一定范圍內(nèi),以保證正常的轉(zhuǎn)彎等行駛性能的類差速器。事實(shí)上LSD依構(gòu)造的不同可以分為好幾種型式,而每一種LSD亦都有其特別之處。 

返回目錄↑4、依不同需求分類

      過(guò)彎性能的發(fā)揮,直線沖刺的快感,山道攻防的技巧,莫不需要依賴LSD的加持,很多原廠性能版的車輛也配置有LSD的裝備,而LSD的型式又依機(jī)件結(jié)構(gòu)的特性不同,可細(xì)分為扭力感應(yīng)型、黏耦合型、螺旋齒輪式、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械式LSD等。這么多的型式,其最終目的是一致的,但過(guò)程的變化是不同的,因應(yīng)駕駛者的需求及駕駛特性,才會(huì)有這么多式樣產(chǎn)生。 

扭力感應(yīng)式LSD       是采用螺旋齒輪組,一樣利用左、右雙組的摩擦力來(lái)限定滑差效應(yīng),由于螺旋齒輪采縱向和基座齒輪的橫向交錯(cuò),無(wú)離合器片的損耗,運(yùn)用在后驅(qū)車輛,其故障率較低,維修保養(yǎng)亦趨于簡(jiǎn)單,雖然在動(dòng)力輸出方面未能有強(qiáng)大的表現(xiàn),但實(shí)用原則為其最大之優(yōu)點(diǎn)。 
它是將普通差速器的齒輪從齒輪改成渦輪蝸桿,而安裝位置和形式并不變,借由蝸輪蝸桿傳動(dòng)的自鎖功能(蝸桿可以向蝸輪傳遞扭矩,而蝸輪向渦桿施以扭矩時(shí)齒間摩擦力大于所傳遞的扭矩,而無(wú)法旋轉(zhuǎn))來(lái)實(shí)現(xiàn)防滑功能。大名鼎鼎的奧迪quattro就是采用這種結(jié)構(gòu),還有許多原廠高性能車種都是采用此種型式,像RX-7 FD3S的原廠LSD就相當(dāng)有名。在扭力感應(yīng)式LSD的特性方面,雖然其較少使用在運(yùn)動(dòng)用途上,但摩擦部分與機(jī)械式比較起來(lái)效果更好,而且維修上非常簡(jiǎn)單,這是它的最大優(yōu)點(diǎn)。 

螺旋齒輪LSD       其內(nèi)部構(gòu)造依然采用螺旋齒輪,有別于扭力感應(yīng)式的LSD是此螺旋齒輪LSD所配置的齒輪全為“橫向”,也就是和輸出軸的運(yùn)轉(zhuǎn)同一方向,利用行星齒輪大小減速比的功能達(dá)到限速功能,其最大的弱點(diǎn)在于限定鎖定扭力滑差的比例較小,但也因?yàn)榫S修及使用保養(yǎng)無(wú)需特別的注意,更不需要使用LSD專用油,因此原廠如Honda 1.8升Type-R、Silvia S15…等較新款的前輪帶動(dòng)車,也幾乎都是使用此型式之LSD,此等LSD還有一個(gè)現(xiàn)象,就是車輛頂高后,轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的左右兩輪,并不會(huì)一起前進(jìn)或后退,因此在當(dāng)年TIS 1:9房車賽規(guī)格的驗(yàn)車過(guò)程中,它算是可以瞞混過(guò)關(guān)的偷改武器! 
      螺旋齒輪LSD內(nèi)部的齒輪構(gòu)造與扭力感應(yīng)式LSD有些相似,同樣是將普通差速器的齒輪從直齒改成螺旋齒,不過(guò)不是利用二者摩擦力的不同,而是改變了齒輪的安裝位置和形式,通過(guò)只有螺旋齒輪才能實(shí)現(xiàn)的安裝位置和形式,利用齒輪的減速比來(lái)限制左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的。這種LSD所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速差比較小。而且,扭力感應(yīng)型的齒輪配置為縱向,而此種螺旋齒輪LSD的則為橫向裝置。和機(jī)械式LSD相比,它的最大弱點(diǎn)在于限制鎖定的扭力范圍較小,但維修、使用上沒(méi)有什么特別麻煩之處。 
滾珠鎖定LSD       這種設(shè)計(jì)的特殊之處,是當(dāng)小圓球在彎曲的溝槽中移動(dòng)時(shí),被溝槽切斷的滾筒開始作動(dòng)而發(fā)揮限滑的效果,尤其是其作動(dòng)原理與一般品有很大的差異,目前并不算是主流的制品。在滾珠鎖定LSD的特性方面,因?yàn)樗臉?gòu)造相當(dāng)特別,因此可以發(fā)揮十分圓滑的效果,反過(guò)來(lái)說(shuō)此LSD并不適合喜歡在街上狂飆的人士,而最后可以死鎖差速器、并發(fā)揮最高扭力,也是值得記上一筆之處,所以最適用于分秒必爭(zhēng)的比賽場(chǎng)合中。 

黏性耦合式LSD       最早配置是用在VAG (Audi/VW) 車系,其間由多片的離合器組,加上硅油組合而成,它是利用硅油摩擦受熱膨脹后,迫使離合器片接合來(lái)鎖定輪差,其結(jié)構(gòu)可說(shuō)是最簡(jiǎn)單且體積小、造價(jià)低,是一款適用于大眾型式的LSD。大約十年前LSD還是屬于選用配備時(shí),最受歡迎的就是這種黏性耦合型式樣,就如大家所看到的,此LSD是由多個(gè)離合器片組合而成,透過(guò)硅油的噴入使左右輪胎產(chǎn)生回轉(zhuǎn)差,然后再利用硅油的黏性做鎖定。談到這里大家應(yīng)該不難想象,此類構(gòu)造的效果并非很好,因?yàn)楣栌偷酿ざ葧?huì)依溫度產(chǎn)生性能上的差別,因此反應(yīng)性算是最差,往好的方面想,這種LSD只是一款適合一般大眾使用的類型罷了。 

機(jī)械式LSD      在改裝車輛中最傳統(tǒng)也最常用,因此算是能見度最高的LSD,因?yàn)槭褂米、右兩個(gè)離合器片和壓板組,故亦稱為多板或多片離合器式LSD,此型式之LSD可藉由離合器片與壓板的排列組合來(lái)達(dá)到限滑百分比功能,從25%~90%的能力皆可完成。但唯一的缺點(diǎn)就是較難照顧,其務(wù)必要使用LSD專用油來(lái)定期保養(yǎng),長(zhǎng)時(shí)間或劇烈操駕也可能需要更換修理包。而離合器片裝配不佳或置入時(shí)Run in方式不正確,也容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎異音或離合器片損壞之現(xiàn)象。 機(jī)械式LSD響應(yīng)速度快,靈敏度高,限滑比例可根據(jù)壓板和離合片的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn),可調(diào)范圍廣,但造價(jià)高,耐久性不好,當(dāng)離合器片磨損時(shí),常會(huì)出現(xiàn)“嘎!嘎!”的噪音,因此需要做定期的維修,這也是其缺點(diǎn)之一。 
主動(dòng)式LSD      一般的LSD是由凸輪與齒輪組合而成,且利用使用球狀溝槽的機(jī)械構(gòu)造,被動(dòng)的來(lái)接受作動(dòng),但裝置在新型車種上的高科技差速器,由于配備有油壓及電子控制系統(tǒng),因此可以主動(dòng)的使LSD作動(dòng),F(xiàn)在許多廠商都在研究它,有的還推出了控制左右車胎扭力的LSD(如本田的SH-AWD系統(tǒng)和三菱的S-AWC)。 

返回目錄↑5、依作動(dòng)型式分類

LSD依作動(dòng)型式不同可分為1 Way、1.5 Way、2 Way等三種。 
1 Way是指在油門開啟時(shí)且左右輪產(chǎn)生滑差,才發(fā)揮作用的單向型。 
2 Way則是無(wú)論油門開啟或關(guān)閉,只要滑差出現(xiàn)便會(huì)作動(dòng)的雙向型。另外1.5 Way則是收油時(shí)只會(huì)發(fā)揮較小限滑效果的形式。 
針對(duì)甩尾最好是以2 Way較佳,這是由于在車身滑移時(shí),操作有時(shí)是要以連續(xù)收放油門來(lái)控制,若使用1 Way或1.5 Way的LSD,在收油時(shí)的輪胎鎖定率消失則大有失控的風(fēng)險(xiǎn)。另外較早期時(shí)有些作法是不加裝LSD反而將差速器焊死,雖然能得到側(cè)滑的效果,但正常行駛時(shí)就會(huì)持續(xù)推頭,操控其實(shí)也更加困難。  
單/雙作動(dòng)方向 加油收油限滑
       機(jī)械式LSD依照其動(dòng)力作用方向的不同,而可區(qū)分為One Way和Two Way,而所謂One Way即是單向的限滑動(dòng)作,亦指為加油時(shí)能夠產(chǎn)生限滑動(dòng)作。Two Way為雙向作用,即是加油或收油,都能對(duì)驅(qū)動(dòng)輪施以限滑功能。如果在加油時(shí)有作用而收油時(shí)能發(fā)生一半作用的構(gòu)造則稱之為1.5 Way LSD。 
      既然區(qū)分為One Way、Two Way、1.5 Way,那是否也因?yàn)槠涮匦,而因?yīng)在不同的使用狀況,一般而言O(shè)ne Way型式比較適用于前驅(qū)車及四驅(qū)車種,前驅(qū)車因前輪除了負(fù)責(zé)動(dòng)力輸出外,還要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的重責(zé),而轉(zhuǎn)向的回饋是直接施予駕駛者,為免除駕駛的控制困難,且因?yàn)閺澋朗沼蜁r(shí),限滑力的釋放,可使得操控者有較佳的手感,不會(huì)因?yàn)長(zhǎng)SD的作用使方向盤重手不易操控。 
     而Two Way則廣泛使用在后驅(qū)車甩尾式樣,因?yàn)榧佑图笆沼徒阅芟藁苡行Э刂蒲E方向,且常時(shí)的鎖定功能在油門瞬間開啟時(shí),也能使驅(qū)動(dòng)反應(yīng)明顯而有效的展現(xiàn),提供卓越的驅(qū)動(dòng)力。而Two Way LSD如果裝置在4WD車上,也依然能大幅的增加四驅(qū)之靈活性。 
      介于One Way及Two Way之間的1.5 Way LSD則是為了想要達(dá)到優(yōu)越的驅(qū)動(dòng)性能,卻又擔(dān)憂操駕不易的前提發(fā)展而來(lái),其特點(diǎn)為收油時(shí)不像Two Way有著轉(zhuǎn)向不足的情況發(fā)生,且在制動(dòng)點(diǎn)的認(rèn)定及控制比上較One Way容易,所以端看自己的駕駛能力及循跡效能大小,來(lái)認(rèn)定及選擇適當(dāng)?shù)腖SD才能有效運(yùn)用它的效用。 
而車輛從發(fā)明一開始,馬車的同軸帶動(dòng),會(huì)引發(fā)翻車危機(jī)到研發(fā)了差速器,為使行駛平穩(wěn)、輪胎損秏平衡到激烈操控,發(fā)生打滑現(xiàn)象又需要靠LSD來(lái)加持,這種種的一切,莫不遵循著天地間真理的現(xiàn)象,而運(yùn)用在所有機(jī)件的運(yùn)作上統(tǒng)稱為物理,如果違反物理原則也就是違反大自法則,其終究無(wú)法勝任于車輛的基本要求。  
像坊間有些人士為能使其達(dá)到限滑功能而將后軸差速齒輪焊死,雖然可達(dá)成不打滑的現(xiàn)象,可是在缺乏機(jī)械原理的概念下,其永遠(yuǎn)不知只要車輛行進(jìn),無(wú)論地有多平,左右輪永遠(yuǎn)都有滑差存在。無(wú)法釋放或供給此滑差比例者,車輛絕對(duì)難有好的循跡性,就連LSD也是屬于有百分比例的限制滑差,所以土法煉鋼非但不宜,一但使用在前輪驅(qū)動(dòng)車輛上,將會(huì)造成方向盤回饋瞬間擊斷雙手之慘劇。 
      最后切記在選擇LSD時(shí)要注意的是實(shí)用性,安裝時(shí)需要由專業(yè)的店家規(guī)規(guī)矩矩量測(cè)安裝,再根據(jù)使用手冊(cè)按部就班的Run in,才能確保LSD的動(dòng)作合乎標(biāo)準(zhǔn),更不會(huì)因?yàn)樾碌腖SD一裝入就造成嚴(yán)重?fù)p壞。  

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