Jak działają różnice

Mechanizm różnicowy to urządzenie, które rozdziela moment obrotowy silnika na dwa sposoby, pozwalając każdej mocy obracać się z inną prędkością.

Mechanizm różnicowy można znaleźć we wszystkich nowoczesnych samochodach osobowych i ciężarowych, a także w wielu pojazdach z napędem na wszystkie koła (w pełnym wymiarze czasu na cztery koła). Te pojazdy z napędem na wszystkie koła potrzebują mechanizmu różnicowego między każdym zestawem kół napędowych, a także między przednimi i tylnymi kołami, ponieważ przednie koła pokonują inną odległość w zakręcie niż tylne..

W niepełnoetatowych układach z napędem na cztery koła nie ma różnicy między przednimi i tylnymi kołami; zamiast tego są one zablokowane razem, tak że przednie i tylne koła muszą obracać się z tą samą średnią prędkością. Dlatego te pojazdy są trudne do zawrócenia na betonie, gdy włączony jest układ napędu na cztery koła.

Zaczniemy od najprostszego typu różnicowego, zwanego otwarty mechanizm różnicowy. Najpierw musimy zbadać trochę terminologii: Poniższy obraz przedstawia komponenty otwartego mechanizmu różnicowego.

Kiedy samochód jedzie prosto po jezdni, oba koła napędowe obracają się z tą samą prędkością. Plik koło zębate wejściowe obraca koło koronowe i klatkę, a żadne z kół zębatych w klatce się nie obraca - oba boczne koła zębate są skutecznie zablokowane w klatce.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Animacja dzięki uprzejmości Geebee's Vector Animations

Zwróć uwagę, że koło zębate wejściowe jest mniejszym kołem zębatym niż koło koronowe; to ostatnia redukcja biegów w samochodzie. Być może słyszałeś terminy takie jak przełożenie tylnej osi lub przełożenie końcowe. Odnoszą się one do przełożenia w mechanizmie różnicowym. Jeśli przełożenie końcowe wynosi 4,10, to koło koronowe ma 4,10 razy więcej zębów niż wejściowe koło zębate. Więcej informacji na temat przełożeń można znaleźć w artykule Działanie przekładni.

Kiedy samochód skręca, koła muszą obracać się z różnymi prędkościami.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Animacja dzięki uprzejmości Geebee's Vector Animations

Na powyższym rysunku widać, że zębatki w klatce zaczynają się obracać, gdy samochód zaczyna się obracać, pozwalając kołom poruszać się z różnymi prędkościami. Wewnętrzne koło obraca się wolniej niż klatka, podczas gdy zewnętrzne koło obraca się szybciej.

Otwarty mechanizm różnicowy - prosty (600 KB)

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Otwarty mechanizm różnicowy - toczenie (1,1 MB)

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Otwarty mechanizm różnicowy zawsze stosuje tę samą kwotę moment obrotowy do każdego koła. Istnieją dwa czynniki, które określają, ile momentu obrotowego można przyłożyć do kół: wyposażenie i przyczepność. W suchych warunkach, gdy przyczepność jest duża, wielkość momentu obrotowego przenoszonego na koła jest ograniczona przez silnik i przekładnię; w sytuacji słabej przyczepności, na przykład podczas jazdy po lodzie, wielkość momentu obrotowego jest ograniczona do największej wartości, która nie spowoduje poślizgu koła w tych warunkach. Tak więc, nawet jeśli samochód może być w stanie wytworzyć większy moment obrotowy, musi być wystarczająca przyczepność, aby przenieść ten moment obrotowy na podłoże. Jeśli dasz samochodowi więcej gazu po tym, jak koła zaczną się ślizgać, koła będą po prostu szybciej się obracać.

Na cienkim lodzie

Jeśli kiedykolwiek jeździłeś po lodzie, być może znasz sztuczkę, która ułatwia przyspieszanie: jeśli zaczniesz na drugim lub nawet trzecim biegu zamiast pierwszego, z powodu przełożenia przekładni, będziesz mieć mniejszy dostępny moment obrotowy. do kół. Ułatwi to przyspieszanie bez kręcenia kołami.

Co się teraz stanie, jeśli jedno z kół napędowych ma dobrą przyczepność, a drugie jest na lodzie? Tutaj pojawia się problem z otwartymi mechanizmami różnicowymi.

Pamiętaj, że otwarty mechanizm różnicowy zawsze przykłada ten sam moment obrotowy do obu kół, a maksymalny moment obrotowy jest ograniczony do największej wartości, która nie spowoduje poślizgu kół. Nie potrzeba dużo momentu, aby opona ślizgała się na lodzie. A kiedy koło o dobrej przyczepności uzyskuje bardzo mały moment obrotowy, który można przyłożyć do koła o mniejszej przyczepności, samochód nie będzie się poruszał zbytnio.

Poza drogą

Innym przypadkiem, gdy otwarte dyferencjały mogą wpędzić Cię w kłopoty, jest jazda w terenie. Jeśli masz ciężarówkę z napędem na cztery koła lub SUV-a z otwartym mechanizmem różnicowym z przodu iz tyłu, możesz utknąć. Teraz pamiętaj - jak wspomnieliśmy na poprzedniej stronie, otwarty mechanizm różnicowy zawsze przykłada ten sam moment obrotowy do obu kół. Jeśli jedna z przednich opon i jedna z tylnych oderwą się od ziemi, po prostu bezradnie zaczną się kręcić w powietrzu i nie będziesz w stanie się w ogóle ruszyć.

Rozwiązaniem tych problemów jest mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu (LSD), czasami nazywane pozycja. Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu wykorzystują różne mechanizmy, aby umożliwić normalne działanie mechanizmu różnicowego podczas pokonywania zakrętów. Kiedy koło się ślizga, pozwalają one na przeniesienie większego momentu obrotowego na antypoślizgowe koło.

W następnych kilku sekcjach szczegółowo omówimy niektóre z różnych typów mechanizmów różnicowych o ograniczonym poślizgu, w tym sprzęgło LSD, sprzęgło wiskotyczne, blokujący mechanizm różnicowy i mechanizm różnicowy typu Torsen..

Mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu typu sprzęgłowego dodaje pakiet sprężyn i zestaw sprzęgieł do otwartego mechanizmu różnicowego. Zdjęcie dzięki uprzejmości działu produktów kontroli momentu obrotowego Eaton Automotive Group

LSD ze sprzęgłem jest prawdopodobnie najpopularniejszą wersją mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu

Ten typ LSD ma wszystkie te same składniki, co otwarty mechanizm różnicowy, ale dodaje pakiet wiosenny i zestaw sprzęgła. Niektóre z nich mają sprzęgło stożkowe, które przypomina synchronizatory w ręcznej skrzyni biegów.

Pakiet sprężyn dociska boczne koła zębate do sprzęgieł, które są przymocowane do klatki. Oba biegi boczne obracają się wraz z klatką, gdy oba koła poruszają się z tą samą prędkością, a sprzęgła nie są naprawdę potrzebne - jedyny moment, w którym włączają się sprzęgła, to sytuacja, w której jedno koło obraca się szybciej niż drugie, jak w zakręt. Sprzęgła zwalczają to zachowanie, chcąc, aby oba koła poruszały się z tą samą prędkością. Jeśli jedno koło chce obracać się szybciej niż drugie, musi najpierw pokonać sprzęgło. Sztywność sprężyn w połączeniu z tarciem sprzęgła decyduje o tym, ile momentu obrotowego potrzeba, aby je pokonać.

Wracając do sytuacji, w której jedno koło napędowe jest na lodzie, a drugie ma dobrą przyczepność: z tym mechanizmem różnicowym o ograniczonym poślizgu, nawet jeśli koło na lodzie nie jest w stanie przenieść dużego momentu obrotowego na ziemię, drugie koło będzie nadal uzyskaj moment obrotowy, który musi poruszyć. Moment obrotowy dostarczany do koła, które nie znajduje się na lodzie, jest równy ilości momentu potrzebnego do pokonania sprzęgieł. W rezultacie możesz iść do przodu, chociaż nadal nie z pełną mocą swojego samochodu.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Th-e lepkie sprzęgło jest często spotykany w pojazdach z napędem na wszystkie koła. Jest powszechnie używany do łączenia tylnych kół z przednimi, tak że gdy jeden zestaw kół zacznie się ślizgać, moment obrotowy zostanie przeniesiony na drugi zestaw.

Sprzęgło wiskotyczne ma dwa zestawy płytek wewnątrz szczelnej obudowy, która jest wypełniona gęstym płynem, jak pokazano poniżej. Jeden zestaw płyt jest podłączony do każdego wału wyjściowego. W normalnych warunkach oba zestawy płytek i lepki płyn wirują z tą samą prędkością. Kiedy jeden zestaw kół próbuje obracać się szybciej, być może dlatego, że się ślizga, zestaw płytek odpowiadający tym kołom obraca się szybciej niż drugi. Lepki płyn, który utknął między płytami, próbuje dogonić szybsze dyski, ciągnąc wolniejsze dyski. To przenosi większy moment obrotowy na wolniej poruszające się koła - koła, które się nie ślizgają.

Kiedy samochód się skręca, różnica prędkości między kołami nie jest tak duża, jak w przypadku poślizgu jednego koła. Im szybciej płytki obracają się względem siebie, tym większy moment obrotowy przenosi sprzęgło lepkie. Sprzęgło nie koliduje z zakrętami, ponieważ wielkość przenoszonego momentu obrotowego podczas skrętu jest tak mała. Jednak podkreśla to również wadę sprzęgła wiskotycznego: nie nastąpi przeniesienie momentu obrotowego, dopóki koło faktycznie nie zacznie się ślizgać.

Prosty eksperyment z jajkiem pomoże wyjaśnić zachowanie lepkiego sprzęgła. Jeśli położysz jajko na stole w kuchni, skorupa i żółtko są nieruchome. Jeśli nagle obrócisz jajko, skorupa będzie się poruszać szybciej niż żółtko przez sekundę, ale żółtko szybko dogoni. Aby udowodnić, że żółtko się kręci, jak już zacznie się obracać jajko, szybko je zatrzymaj, a następnie puść - jajko zacznie się ponownie obracać (chyba że jest na twardo). W tym eksperymencie użyliśmy tarcia między skorupką a żółtkiem, aby przyłożyć siłę do żółtka, przyspieszając je. Kiedy zatrzymaliśmy muszlę, to tarcie - pomiędzy wciąż poruszającym się żółtkiem a skorupką - przyłożyło siłę do muszli, powodując jej przyspieszenie. W sprzężeniu wiskotycznym siła jest przykładana między płynem a zestawami płytek w taki sam sposób, jak między żółtkiem a skorupką.

Zdjęcie dzięki uprzejmości działu produktów kontroli momentu obrotowego Eaton Automotive Group

Plik blokada mechanizmu różnicowego przydaje się w przypadku poważnych pojazdów terenowych. Ten typ mechanizmu różnicowego ma te same części, co otwarty mechanizm różnicowy, ale dodaje mechanizm elektryczny, pneumatyczny lub hydrauliczny, aby zablokować razem dwa wyjściowe koła zębate.

Mechanizm ten jest zwykle uruchamiany ręcznie za pomocą przełącznika, a po aktywacji oba koła będą się obracać z tą samą prędkością. Jeśli jedno koło spadnie na ziemię, drugie nie będzie o tym wiedzieć lub się tym przejmować. Oba koła będą nadal obracać się z taką samą prędkością, jakby nic się nie zmieniło.

Plik Dyferencjał skręcony* jest urządzeniem czysto mechanicznym; nie ma elektroniki, sprzęgieł ani lepkich płynów.

-The Torsen (z Słupque Sensing) działa jak otwarty mechanizm różnicowy, gdy wielkość momentu obrotowego docierającego do każdego koła jest równa. Gdy tylko jedno koło zaczyna tracić przyczepność, różnica momentu obrotowego powoduje, że koła zębate mechanizmu różnicowego Torsen łączą się ze sobą. Konstrukcja kół zębatych w mechanizmie różnicowym określa współczynnik odchylenia momentu obrotowego. Na przykład, jeśli konkretny mechanizm różnicowy Torsen jest zaprojektowany ze współczynnikiem odchylenia 5: 1, jest w stanie przyłożyć do pięciu razy większy moment obrotowy do koła, które ma dobrą przyczepność..

Urządzenia te są często używane w wysokowydajnych pojazdach z napędem na wszystkie koła. Podobnie jak sprzęgło wiskotyczne, są one często używane do przenoszenia mocy między przednimi i tylnymi kołami. W tym zastosowaniu Torsen przewyższa sprzęgło wiskotyczne, ponieważ przenosi moment obrotowy na stabilne koła, zanim nastąpi faktyczny poślizg.

Jeśli jednak jeden zestaw kół całkowicie straci przyczepność, mechanizm różnicowy Torsen nie będzie w stanie dostarczyć żadnego momentu obrotowego do drugiego zestawu kół. Współczynnik odchylenia określa, ile momentu obrotowego można przenieść, a pięć razy zero to zero.

*TORSEN jest zarejestrowanym znakiem handlowym firmy Zexel Torsen, Inc..

Hummer!

HMMWV lub Hummer wykorzystuje mechanizmy różnicowe Torsen® na przedniej i tylnej osi. Instrukcja obsługi Hummera proponuje nowatorskie rozwiązanie problemu odrywającego się jednego koła z ziemi: zaciągnij hamulec. Po uruchomieniu hamulców moment obrotowy jest przykładany do koła znajdującego się w powietrzu, a następnie pięciokrotnie większy moment obrotowy może zostać przeniesiony na koło o dobrej przyczepności.

Powiązane artykuły

• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają manualne skrzynie biegów
• Jak działa Gears
• Jak działa napęd na cztery koła
• Jak działa siła, moc, moment obrotowy i energia

Więcej świetnych linków

• Pyle Bros: Terminologia różniczkowa
• Opracowanie mechanizmu różnicowego w celu poprawy kontroli trakcji
• Powertrax