转速敏感式限滑差速作用取决于两轮转速之差,往往利用液体的黏性摩擦特性,即硅油的黏性摩擦特性感知速度差,实现差速器的限滑作用。黏性式限滑差速器即为典型的转速敏感式限滑差速器。该限滑差速器在四轮驱动轿车上得到了广泛应用。
目前,有些四轮驱动的轿车上还采用了黏性联轴器(简称VC)作为轴间差速器。高尔夫-辛克罗(Golf Syncro)型轿车的前后驱动轴间,即采用了这种黏性联轴器。
1.黏性联轴器的结构及工作原理
黏性联轴器的结构如图6-23所示。它是由壳体4、传动轴1、5和交替排列的内叶片(花键轴传力片)3、外叶片(壳体传力片)6及隔环构成。内叶片通过内花键与后传动轴5上的外花键连接,外叶片通过外花键与壳体4上的内花键连接,外叶片之间置有隔环,以限制外叶片的轴向移动。隔环厚度决定内、外叶片间的间隙。内、外叶片上还加工有孔和槽,以利硅油的流动。黏性联轴器的密封空间内,注满高黏度的硅油。前传动轴1通过螺栓与壳体4连接,并与外叶片一起组成主动部分。内叶片3与后传动轴5组成从动部分,主、从动部分靠硅油的黏性来传递转矩,从而实现前、后轴间差速作用和转矩重新分配。
端盖压配合在外壳上,并用O形圈密封。内叶片的两端由滚子轴承支承,轴端用两个橡胶密封件密封。
黏性联轴器传递转矩的工作介质硅油具有黏度稳定性好、抗剪切性强以及抗氧化、低挥发和闪点高的特性。当内外叶片有转速差并传递转矩时,硅油温度上升,产生热膨胀,黏性联轴器内部压力升高。其最高温度可达200℃,内压可达100kPa。为了解决由于热膨胀引起的内压力增高,在壳体内封入了10%~20%的空气。硅油本身还具有高爬行性能,即使黏性联轴器内无压力时,硅油也会从油封处极小间隙渗出壳体,造成漏损。为此,常将油封在轴上保持较大的压力。
黏性联轴(差速)器,很像一个密封在壳体中的多片离合器,而外叶片间隙一定时,它是利用油膜剪切传递动力的传动装置。也有一种不具有隔环的黏性联轴器,依靠壳体内温度升高,内压增大迫使叶片轴向移动,以减小内外叶片之间的间隙,也就是用改变油膜的厚度来调节转矩。当主、从动轴(内外叶片)间转速差大时,即会出现上述现象,故它有自适应作用。
黏性联轴器传递的转矩与硅油密度、黏度、主从动轴转速差、内外叶片数和半径等成正比,与内外叶片间的间隙成反比。当输入轴与输出轴的转速差越大,由输入轴传递到转速低的输,出轴的转矩就越大。
图6-23 黏性联轴器结构
1—前传动轴 2—传力毂 3—内叶片(花键轴传力片) 4—壳体 5—后传动轴 6—外叶片(壳体传力片)
2.黏性联轴器的驼峰现象
黏性联轴器在正常工作时,因黏性联轴器外叶片固定在壳体上,内叶片可沿内轴上的花键滑动,由于两叶片间置有隔环,使内叶片和两侧外叶片之间都保留一定间隙。当一侧车轮空转打滑时,黏性联轴器在限制车轮空转过程中,吸收了发动机一部分能量使温度升高。如果限制空转时间过长,会使温度上升很高。黏性联轴器里占总体积80%~90%的硅油会随着温度快速上升,其体积不断膨胀,迫使黏性联轴器内的空气所占体积趋于零,壳体内压力急剧上升,推动内叶片沿花键滑动,使内叶片紧紧地压在外叶片上,利用内外叶片之间的金属摩擦,把黏性联轴器两端驱动轮直接连接成一体,即黏性联轴器锁死。此即为驼峰现象。驼峰现象发生后,因黏性联轴器传递的转矩一下子骤增,可使车辆很容易脱离抛锚地。即驼峰现象在车轮打滑时刻,可使差速器自动锁死。
此外,驼峰现象也是黏性联轴器的自我保护现象。在温度急剧上升的过程中,黏性联轴器继续工作下去是很危险的,而就在此刻,自动地把黏性联轴器两端驱动轮连接到一起,同黏性联轴器成一体转动,停止了搅动硅油输出转矩的工作过程。因而它不再吸收能量,温度逐渐下降,直到充分冷却之后,驼峰现象才会消失。重新恢复依靠黏性阻力传递转矩的工作状态。
黏性联轴器实质就是黏性联轴差速器,过去主要应用于前后桥之间做轴间差速器。由于其转矩传递柔和平稳,差速响应特性好,目前日本一些轿车厂家还把它推广应用到驱动桥的轮间差速机构中,作为轮间的限(防)滑差速器(LSD),使全轮驱动的轿车的性能有大幅度地提高。黏性联轴差速器在4WD越野汽车上的布置情况,如图6-24所示。(www.daowen.com)
图6-24 黏性联轴差速器在4WD越野汽车传动系中的布置
VC—黏性联轴器 LSD—限(防)滑差速器
3.两种黏性限滑差速器
图6-25和图6-26分别为两种不同结构形式的黏性转速敏感式限滑差速器。
图6-25中VCU布置在轴与轴之间,实现左、右两侧车轮的限滑作用。
图6-26中VCU发生在轴和壳体之间黏性摩擦特性,实现左、右两侧车轮限滑作用。
图6-25 转速敏感式限滑差速器(轴至轴传递)
VCU—黏性力控制单元(装置)
图6-26 转速敏感式限滑差速器(轴至壳传递)
VCU—黏性力控制单元(装置)
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