汽車與鐘錶的關係,奇思妙想差速器,竟然出自一名鐘錶匠之手


汽車與鐘錶的關係,奇思妙想差速器,竟然出自一名鐘錶匠之手

如果有人問你是先有的雞還是先有的蛋,也許你不是很好回答。但如果有人問你是先有的差速器還是先有的四驅汽車,那麼你可以肯定地告訴他,先有差速器,後有四驅汽車。差速器的歷史比四驅汽車還悠久。四驅汽車的進步,完全依賴差速器及相關技術的進步。那麼你知道差速器的來歷麼?一起愛看看吧!

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早期四驅汽車致命弱點

四驅汽車就是指將四個車輪都與發動機動力系統相連並能獲得動力的車型。但是,如果將四個車輪與動力系統直接連接,那麼也意味著四個車輪被連接在了一起,它們的轉速都應該是一樣的。但這樣的話,直線行駛沒有什麼問題,但是轉彎時就麻煩了,因為汽車轉彎時四個車輪行駛的軌跡不一樣,外側前輪的轉彎半徑最大,其次是外側後輪,再其次是內側前輪,而內側後輪的轉彎半徑最小。如果將四個車輪硬連接在一起,那麼在汽車轉彎時一些車輪就會摩擦地面,也就是相當於制動。如果是在鋪裝路面,那麼這種汽車就很難轉彎了,尤其是在急彎時更困難。

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急轉彎四輪干涉現象

正是由於四個車輪在彎道上的行駛軌跡不一樣,也使得前輪和後輪之間“較勁”。從下圖可以看出,兩個前輪的平均轉彎半徑要大於兩個後輪的平均轉彎半徑,也就是說,前軸的轉速相對於後軸的轉速必須要快一些才能順利轉彎,但由於四個車輪“硬性”連接在一起,以同樣的轉速轉動,這樣就會出現前軸拉動後軸轉動而後軸阻礙前軸轉動的現象,也就是前後軸出現干涉現象。


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差速器的原理及分類

我們可以知道有實用價值的四驅汽車至少應該是這樣的:發動機動力能夠自如地傳遞到四個車輪,但四個車輪之間在行駛中又不相互干涉。想要做到這一步就需要差速器來實現。差速器在四驅汽車發明之前就出現了,大約在1825年就由法國人發明了差速器。它那巧妙的構造使它可以吸收兩個軸上的轉速差,可以使兩個軸以不同的轉速運作,但同時又能擁有相等的轉矩。

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如果按差速器構造形式劃分,現在汽車上最常用的是錐齒輪差速器(也叫行星錐齒輪差速器或傘齒輪差速器)和行星齒輪差速器。

如果按所處位置或者所起作用劃分,則有輪間差速器和軸間差速器(也稱中央差速器)。

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法國人發明的差速器

差速器的原型是機械錶差速調節擺,在1815年年輕的鐘表匠佩克庫爾發明了機械錶差速調節擺,它與車輛差速器有異曲同工之妙,在獲得法國鐘錶業的最高評價後,佩克庫爾在法國國立高等藝術學院任教,在這期間認識了許多的知識大家,尤其是車輛概念設計師。後來從設計師哪裡知道了尚未解決的自驅動車輛轉彎問題,一向熱愛機械齒輪的佩克庫爾便被迷住了。

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經過接近一年的反覆實驗,佩克庫爾製作出了第一個齒輪模型,巧妙地利用機械鐘錶中調節鐘擺,設計出世界上首個差速器理論模型。1828年4月25日,佩克庫爾的差速器成功獲得專利,在他專利申請中有這麼一句話:該專利能實現同一個軸上的兩個驅動輪,可以用不同的速度旋轉,既能驅動車輛又能安全轉彎。

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差速器的先天弱點

差速器的優點非常明顯,但它的缺點也很麻煩。差速器就像是一把雙刃劍,在為四驅汽車提供差速功能、幫助車輛順利轉彎的同時,也埋下了隱患。為了讓四驅汽車順利轉彎,在汽車的前軸、後軸和軸間都安裝了差速器,它們分別用來吸收兩個前輪間轉速差、兩個後輪間轉速差以及前軸和後軸間的轉速差,而且開放式的差速器可以無限吸收轉速差,即使一個車輪飛轉、另一個車輪靜止不動,差速器也能吸收它們之間的轉速差。

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這就是它的先天弱點,差速器的特點就是讓兩個轉速不同的車輪具有完全相等的驅動力。但是,大家考慮過沒有,如果一個車輪出現打滑,比如右後輪打滑,此時右後輪上產生的驅動力約為零。根據差速器的特點,左後輪上產生的驅動力也接近零,也就是說左後輪停止不轉,那麼兩個後輪上的驅動力都為零,進而會導致後軸上的驅動力為零。

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這樣一來會怎麼樣?因為控制後軸和前軸的軸間還有差速器,那麼當後軸上的驅動力為零時,前軸上的驅動力也跟著會變為零,從而導致兩個前輪也會停止轉動。

此時,右後輪打滑空轉,另三個車輪停止轉動,這樣汽車只能通過拋錨來抗議了。就是說,在裝有前、中、後三個開放式差速器的四輪驅動汽車上,如果有一個車輪打滑,汽車就無法前進了。

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寫在最後:

差速器的作用和緣由就說道這裡了,但是這樣的差速器很明顯還是有著很大的缺陷,而且這樣的車輛就算做出來了,也沒有太大的實用價值。那麼怎麼樣才能實現既能享受它的作用又能讓它聽話呢?請看下回分解。


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