这里再给大家介绍一种特殊的装置:差速器。你可能知道汽车都有一个差速器,但不
一定知道它的作用。让我们做一个实验:在乐高机器人挑战套装中拿两个最大的轮胎,用最
长的轴连接轮毂(如图 2.20)。现在将轮胎放到桌上,并轻轻推动它:轮胎平直前进。用
手指拿住轴的中间,设法让它们改变方向,是不是有些困难?
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原因是:当两个平行轮拐弯时,它们的运动路径的长度是不同的,外围的轮子运动的
路径长度比里面的要长(如图 2.21)。例子中的两个轮子是刚性连接的,转动时,它们的行
程一样,因此在一个轮子不打滑的情况下是没有办法让其转弯的。
接下来我们搭建如图 2.22 所示的装置。这个装置包含配有 3个 12齿斜轮的差速器,
两根长度为 6个乐高单位的轴,固定组件的两根梁和两块板。将轮子再放到桌上并推动它,
发现它可以平稳地朝各个方向转动。仔细观察差速器内的斜齿轮:当轮子前进时,差速器转
动了而斜齿轮没有转动。假如在原地转动,差速器停止转动而斜齿轮转动了。还有一种中间
状态,它们两个以同样的转速转动。差速器提供了一种在没有单一固定轴的限制下将动能输
出给两个轮子的方法。
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要在车辆上安装差速器,只需将动力传给差速器主轮(它的两边各一个 24 齿和 16齿
的轮缘)。
差速器还有其它重要的应用。可以将它当成机械加/减装置。将图 2.22的装置放到桌上,
转动其中一个轮子;如果想让另一个轮子保持不动,差速器的角速度是轮子的一半。如果在
原地转动这个装置,差速器不会转动,当两个轮子同时转动时,差速器转动的速度与轮子相
同。由此得出:
(lav1+lav2)/2=Oav
Oav 代表输出角速度(差速器),lav1 和 lav2 代表输入角速度(两个轮子)。使用这个公
式时,输入角速度的大小有正负之分,也就是说,两根输入轴的旋转方向相反,其中一个角
速度要使用负数。举个例子,右轴的转速是 100rpm(每分钟旋转的圈数),左轴旋转速度
是 50rpm,得出差速齿的角速度:
(100rpm+50rpm)/2=75
还有一种情况,使用一个惰轮,使其中一个轮子反转,让差速器产生一个速度差而不是两
者的和。反转输入轴就是让其中一根轴的角速度为负。当两轮的速度相同时,差速器的速度
会有什么变化:
(100 rpm – 100 rpm ) / 2 = 0 rpm
表示差速器没动,将两轮的速度变成不同,差速器的速度就边为两轮速度差的一半。
(100 rpm – 98 rpm ) / 2 = 1 rpm
当你想确认两个轮子运动的速度和距离是否一样时,这个技巧就很有用:观察差速器,并不
断减低左或右轮的速度来保持差速器静止。
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