第6章 有差速器的小车模型

随着我国社会的发展，越来越多的普通家庭拥有了属于自家的轿车。一般人对于汽车知识，尤其是汽车结构的知识的了解是非常粗浅的，只是简单地知道汽车是由发动机驱动四个轮子向前行走的。那么，发动机的动力是如何传输到汽车的四个轮子上的呢？传输系统又是怎样工作的？现在，我们通过一个简单的模型，来学习汽车传动系统中十分重要的部分——差速器，并且试着组建差速器。

差速器是一种将发动机输出扭矩一分为二的装置，允许转向时输出两种不同的转速。现代轿车或货车，甚至许多四轮驱动汽车上都安装了差速器。汽车差速器是驱动桥的主件，它的作用是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，使两边车轮尽可能以纯滚动的形式行驶不相等的距离，以减少轮胎与地面的摩擦。

四轮驱动车的每组车轮之间都需要差速器，同样，两前轮和两后轮之间也需要一个差速器。这是因为汽车转弯时，左轮相对于右轮所走过的距离是不相等的。四轮驱动车前后轮之间没有差速器，但它们被固定连接在一起，以至于前后轮转向时能够以同样的平均转速转动。这就是当四轮驱动系统忙碌时，车辆转向困难的原因。

归结起来，差速器有三大功用：

.把发动机发出的动力传输到车轮上。

.充当汽车主减速齿轮，在动力传到车轮之前降低传动系的转速。

.将动力传到车轮上，同时，允许两轮以不同的轮速转动。

乐高齿轮中用于速度分流的一种特殊部件就是差速器，它由两个中心轮和一个行星轮组成一个周转轮系，三个齿轮均为锥齿轮。

思考：在图23所示的模型中，采用齿轮传动直接带动后轮轴的运动输出，此时后轮轴两轮的速度始终是相等的。想一想，汽车在转弯时会出现什么现象？

搭建有差速器的小车模型活动任务图23所示的小车模型是采用齿轮传动直接带动后轮轴的运动输出。因为后轮轴安装成了一个整体，无法使两侧轮子的转速产生差异，致使后轮轴两轮速度始终相等，所以，汽车在转弯时容易打滑，甚至翻转。为解决这一问题，我们需要在小车上安装差速器装置。

活动步骤动力机构设计在结构上确保乐高电动机安装稳定，可用1×2的滑板安装或在电动机上下用2×6板固定。固定好电动机的结构。

（1）冠状齿轮为24齿，主要应用于将运动轴转换90°。

（2）汽车差速齿轮具有3个输入与输出轴。1号齿轮由电动机驱动，2号轴、3号轴连接到车轮上。当小车走到转角处，差动齿轮可以使两个轮子以不同的速度向前行走（外侧轮速度快，其所走的路程比里侧轮多）。

运动输出控制使用差速齿轮和2个锥齿，它确保了2个轮轴不同时进行旋转。当电动机向前旋转时仅有1个输出轴旋转，电动机向后旋转时则另一个输出轴旋转，也就是说，1个电动机可以控制2个输出轴。

单独旋转每个车轮，看看其他车轮有什么反应？如果将与冠状齿轮相啮合的直齿轮（如8齿齿轮）换成锥齿轮，其传动方式是否不变测试与观察搭建配有差速器的小车模型后，测试并观察：

（1）冠状齿轮的运动方向与相啮合的直齿轮（或锥齿轮）的运动方向是否一致？这个直齿轮（或锥齿轮）是否提供变速传动（2）汽车在转弯行驶的过程中两轮速度是否相等？为什么（3）采用差速齿轮，拐弯时会出现打滑、容易翻转的情况吗？为什么？

实践课堂检测你设计的小车前进或转弯时，后轴的两个车轮是否都在转动知识链接资料刘全良。基于LEGO的工程创新设计［M］。北京：机械工业出版社，答案提示阅读与思考思考：图23中的车如果要转弯，就可能会打滑或翻车。因为汽车在拐弯时车轮的轨迹是圆弧，如果汽车向左转弯，圆弧的中心点在左侧，在相同的时间里，右侧轮走的弧线比左侧轮长，所以为了平衡这个差异，左侧轮的转速需要慢一点，右侧轮的转速需要快一点，用不同的转速来弥补距离的差异，即左右轮速度应该不相等。

检测与评估检测：

后轴的两个从动轮不能正常旋转。因为它们被安装在同一个传动轴上，造成两侧的车轮具有相同的力矩和变速比。而差速器的作用正是“减速增距”和“差速”，当车辆转向时通过差速器齿轮之间的作用降低速度增加扭矩，同时使旋转半径内侧的车轮转速降低，而使旋转半径外侧的车轮转速升高，从而实现不等距旋转。