差速器

差速器（Differential）的发明，是因为在汽车于转弯时，外侧轮子走的路径要比内侧轮子走的路径要大，所以如果汽车想顺畅和精确的转弯，便需要一个装置能够转换和允许内外侧车轮以不同的速率进行旋转，从而以不同的转速来弥补距离的差异。

• 普通的差速器内部是一种行星齿轮机构，其中包括两个行星齿轮和两个与传动轴相连的半轴齿轮，这四个齿轮配置在差速器的一个内部壳体内，并且相互之间互相咬合在一起，每个齿轮都咬合著另外两个齿轮（每个半轴齿轮都咬合两个行星齿轮，而每个行星齿轮又咬合两个半轴齿轮），所以只要其中一个齿轮转动，势必会牵动其他三个齿轮一同转动，而其中一个半轴齿轮朝某个方向转动时，另外一侧的半轴齿轮势必会向反方向旋转，这个现象可以通过实验证明，当把车辆的两个驱动轮悬空，转动一侧的车轮向一个方向旋转势必会使另一侧的车轮往反方向旋转。
• 差速器在车上的第一项工作，就是负责“转换传动轴的力量”，传动轴（driveshaft）的尾部有小齿轮（pinion gear褐色），连结著齿圈（ring gear蓝色）带动左右轮同时同步旋转，让力量可以90度旋转，进而带动两边的轮子往前，这时就完成第一项工作，将两边的轮子同步滚动。
• 汽车差速器是由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成的一种装置。
• 汽车发动机的动力经离合器、变速器、传动轴，最后传送到驱动桥再左右分配给半轴驱动车轮，在这条动力传送途径上，驱动桥是最后一个总成，它的主要部件是减速器和差速器。
• 汽车差速器功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右车轮以不同转速滚动，即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。

差速器在汽车上扮演什么样的角色

• 差速器在车上的第一项工作，就是负责“转换传动轴的力量”，传动轴（driveshaft）的尾部有小齿轮（pinion gear褐色），连结著齿圈（ring gear蓝色）带动左右轮同时同步旋转，让力量可以90度旋转，进而带动两边的轮子往前，这时就完成第一项工作，将两边的轮子同步滚动。
• 让我们想像一下汽车在转弯时会遇到的状况，转弯时外侧的轮胎会比内侧轮胎行驶的路径更长，因此外轮比内轮更需要快速旋转，以不同的速度才能穿越弯道，如果两个轮胎都转的一样快，此时外轮会起主导作用，使内侧轮旋转速度过快，造成不必要的磨损，进而导致过弯速度降低，这时候就带来了差速器的第二项功能，让左右轮用不同的速度转动！
• 差速器的第二项工作：控制左右轮的轮速; 上述问题让差速器有了第二个任务，控制左右轮的速度。让车子在必要时，能让轮胎以不同速度旋转，这个做法就是在差速器里面，多装了一个星型齿轮（a spider gear紫色），使它与原本的齿轮进行交互转动。星型齿轮固定在齿圈（蓝色）上，会随著齿圈转动而在左右两个车轴上的齿轮（axle gears绿色、红色）之间旋转。
• 当汽车在直线行驶时，星型轮本身不会产生旋转；当汽车在转弯时，例如向右转时，星型齿轮自身便会转动，并以两种方式向齿轴（axle gears）施加旋转力，齿轴会先带动星型齿轮，如星型齿轮向左转，会加快左侧齿轴旋转速度，而同时减少右侧齿轴的旋转速度，最终使左轮转动得更快，如此一来，转弯速差问题就解决了！
• 开放式差速器的缺点--如果每个轮胎的抓地力不同时，就会产生问题。
  • 假设赛道右侧有很多的油污，造成右侧轮比左侧轮更滑，意味著当车轮传递动力时，左侧的牵引力会大很多，使得左轮比右轮承受更多更大的阻力，让没有抓地力的右侧轮疯狂空转，导致车轮打滑。
  • 如果赛道上有水，或是压到草地等等，也都会发生上述状况，导致失控的状况发生！
• 该如何解决--当汽车在急转弯时，我们会称外侧车轮为负载车轮（the loaded wheels），因为汽车重心会移至外部，导致外侧轮产生比内侧轮更多的阻力，代表内侧轮失去阻力，造成动力不断推往内侧轮，外侧有抓地力的轮子却没有动力，就像踩到油一样的状况。
  • 因此F1赛车和多数赛车性能赛车，都具有一种“限速差速器”（limited-slip differential，又称LSD）。
• 这是一种改良过的差速器，此种差速器可以按比例调整自身，在两个齿轮完全打开和锁定之间，当一个轮胎的牵引力下降时，限速差速器会开始锁定齿轮，让动力可以传输到有抓地力的那颗轮胎上。
  • F1赛车使用电子液压系统（Electronic Hydraulic System），意味著行车电脑已经预先编程过，能相应地锁定差速器，防止过多的功率流向一个轮胎。
  • 当差速器设定为零时，在直线行驶时会打开，过弯时则会锁定，确保都在驾驶想要的速差下！
• 哪些因素会影响限滑差速器？--除了不同磨耗系数的轮胎、差速器本身的磨损程度，甚至是赛道的不同条件，如高低温、潮湿、干燥等，都是影响限滑差速器作动的关键，因此F1的技师需要相应地去调节差速器的灵敏度，才能完整发挥差速器的效果！

差速器原理与功能作用

• 汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧，如果汽车向左转弯，圆弧的中心点在左侧，在同样的时间外侧的车轮走过的路径比内侧的路径要长，如果左右两个车轮之间是直接刚性连接，将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。
  • 即使是汽车直线行驶，也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等(轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等)而引起车轮的滑动。
  • 车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗，还会使汽车转向困难、制动性能变差等不利的驾驶因素发生。
  • 为了平衡车轮的转速差异，实现汽车的转弯时左右的轮速差，让内部的车轮慢一点，外部的车轮快一点，所以才发明了差速器，顾名思义，就是让两侧车轮产生转速差的器械。
  • 早在一百多年前，法国雷诺汽车公司的创始人路易斯.雷诺就设计出了差速器。
• 差速器的构成--普通差速器由行星齿轮、行星轮架(差速器壳)、半轴齿轮等零件组成。
  • 经过变速箱的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。
  • 差速器的设计要求满足：(左半轴转速)+(右半轴转速)=2(行星轮架转速)。
  • 当汽车直行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，行星架的而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，通过行星架的自转实现内侧的车轮转速速减小，外侧轮转速增加。
• 差速器的原理--差速器中的行星架通过自转动来实现车轮之间的平衡，这其中就涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。
  • 举个例子就是把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁，因为碗底是能量最低的位置(重力势能)，它自动选择静止(动能最小)而不会不断运动。
  • 同样的道理，车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态，自动的按照转弯半径调整左右轮的转速。
  • 当直线行驶的时行星架就会自动静止不转。

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