书城科普读物探索机器人的世界(海洋与科技探索之旅)
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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。