Cum funcționează diferențele

Diferențialul este un dispozitiv care împarte cuplul motorului în două moduri, permițând fiecărei ieșiri să se rotească la o viteză diferită.

Diferențialul se găsește pe toate mașinile și camioanele moderne, precum și în multe vehicule cu tracțiune integrală (cu tracțiune integrală cu patru roți). Aceste vehicule cu tracțiune integrală au o diferență între fiecare set de roți motrice și, de asemenea, au nevoie de una între roțile din față și cele din spate, deoarece roțile din față parcurg o distanță diferită printr-un viraj decât roțile din spate..

Sistemele cu tracțiune integrată cu patru roți nu au diferență între roțile din față și cele din spate; în schimb, sunt blocate între ele, astfel încât roțile din față și cele din spate trebuie să se rotească la aceeași viteză medie. Acesta este motivul pentru care aceste vehicule sunt greu de pornit din beton atunci când sistemul cu patru roți este acționat.

Vom începe cu cel mai simplu tip de diferențial, numit an diferențial deschis. Mai întâi va trebui să explorăm câteva terminologii: imaginea de mai jos etichetează componentele unui diferențial deschis.

Când o mașină se deplasează direct pe drum, ambele roți de antrenare se învârt cu aceeași viteză. pinion de intrare face rotirea angrenajului și a cuștii și niciunul dintre pinioanele din cușcă nu se rotește - ambele angrenaje laterale sunt blocate efectiv în cușcă.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Animatie amabilitate Animatii Vector Geebee

Rețineți că pinionul de intrare este o viteză mai mică decât cea a inelului; aceasta este ultima reducere a vitezei din mașină. Este posibil să fi auzit termeni de genul raportul punții spate sau raportul final de acționare. Acestea se referă la raportul de viteze din diferențial. Dacă raportul de antrenare final este 4,10, atunci angrenajul de inel are de 4,10 ori mai mulți dinți decât angrenajul pinionului de intrare. Vedeți Cum funcționează angrenajele pentru mai multe informații despre raporturile de viteză.

Când o mașină face un viraj, roțile trebuie să se rotească cu viteze diferite.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Animatie amabilitate Animatii Vector Geebee

În figura de mai sus, puteți vedea că pinioanele din cușcă încep să se rotească pe măsură ce mașina începe să se întoarcă, permițând roților să se miște cu viteze diferite. Roata interioară se învârte mai lent decât cușca, în timp ce roata exterioară se învârte mai repede.

Diferențial deschis - drept (600KB)

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Diferențial deschis - viraj (1.1MB)

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Diferențialul deschis se aplică întotdeauna aceeași cantitate de Cuplu la fiecare roată. Există doi factori care determină cât de cuplu poate fi aplicat roților: echipament și tracțiune. În condiții uscate, atunci când există o tracțiune mare, cantitatea de cuplu aplicată roților este limitată de motor și angrenare; într-o situație de tracțiune scăzută, cum ar fi atunci când conduceți pe gheață, cuplul este limitat la cea mai mare cantitate care nu va determina alunecarea unei roți în aceste condiții. Așadar, chiar dacă o mașină ar putea să producă mai mult cuplu, trebuie să existe o tracțiune suficientă pentru a transmite cuplul respectiv la sol. Dacă dați mașinii mai mult gaz după ce roțile încep să alunece, roțile vor învârti mai repede.

Pe gheață subțire

Dacă ați condus vreodată pe gheață, este posibil să știți un truc care ușurează accelerația: dacă începeți cu o treaptă secundară sau chiar a treia treaptă, în loc de prima, din cauza angrenajului din transmisie, veți avea un cuplu mai puțin disponibil la roți. Acest lucru va facilita accelerarea fără a învârti roțile.

Ce se întâmplă dacă una dintre roțile motrice are tracțiune bună, iar cealaltă este pe gheață? Aici intervine problema cu diferențialele deschise.

Nu uitați că diferențialul deschis întotdeauna aplică același cuplu pentru ambele roți, iar cantitatea maximă de cuplu este limitată la cea mai mare cantitate care nu va face ca roțile să alunece. Nu este nevoie de mult cuplu pentru ca o anvelopă să alunece pe gheață. Iar când roata cu tracțiune bună primește doar cantitatea foarte mică de cuplu care poate fi aplicată pe roată cu mai puțin tracțiune, mașina dvs. nu se va mișca prea mult.

Teren accidentat

Altă dată, diferențele deschise ar putea să vă facă probleme atunci când sunteți la volan. Dacă aveți un camion cu tracțiune pe patru roți sau un SUV, cu diferențial deschis atât în ​​față cât și în spate, puteți rămâne blocat. Acum, amintiți-vă - așa cum am menționat în pagina precedentă, diferențialul deschis întotdeauna aplică același cuplu pentru ambele roți. Dacă una dintre anvelopele din față și una dintre anvelopele din spate iese din pământ, acestea vor învârti neajutorate în aer și nu veți putea muta deloc.

Soluția acestor probleme este diferențial de alunecare limitat (LSD), numit uneori tracțiune controlată. Diferențialele cu alunecare limitată utilizează diferite mecanisme pentru a permite o acțiune diferențială normală atunci când ocoliți virajele. Când o roată alunecă, acestea permit să fie transferate mai mult cuplu către roata care nu alunecă.

Următoarele secțiuni vor detalia câteva dintre diferitele tipuri de diferențiere cu alunecare limitată, inclusiv LSD de tip ambreiaj, cuplajul vâscos, diferențialul de blocare și diferențialul Torsen.

Diferențialul de alunecare limitat de tip ambreiaj adaugă un pachet cu arc și un set de ambreiaj la diferențialul deschis. Imagine amabilitate în cadrul Diviziei de produse de control al cuplului Eaton Automotive Group

LSD-ul de tip ambreiaj este probabil cea mai comună versiune a diferențialului de alunecare limitată

Acest tip de LSD are toate aceleași componente ca un diferențial deschis, dar adaugă un pachet de primăvară și un set de ambreiaje. Unele dintre acestea au un ambreiaj conic care este la fel ca sincronizatoarele dintr-o transmisie manuală.

Ambalajul împinge angrenajele laterale împotriva ambreiajelor, care sunt fixate în cușcă. Ambele angrenaje laterale se învârt cu cușca atunci când ambele roți se mișcă la aceeași viteză, iar ambreiajele nu sunt cu adevărat necesare - singurul moment în care ambreiajele intră este atunci când se întâmplă ceva pentru a face o roată să se rotească mai repede decât cealaltă, ca în o tura. Ambreiajele combat acest comportament, dorind ca ambele roți să meargă cu aceeași viteză. Dacă o roată vrea să se rotească mai repede decât cealaltă, trebuie mai întâi să încerce ambreiajul. Rigiditatea arcurilor combinate cu frecarea ambreiajului determină cuplul necesar pentru a-l supraîncărca.

Revenind la situația în care o roată de antrenare se află pe gheață, iar cealaltă are o tracțiune bună: cu acest diferențial de alunecare limitat, chiar dacă roata de pe gheață nu este capabilă să transmită mult cuplu către sol, cealaltă roată va obține totuși cuplul de care are nevoie pentru a se deplasa. Cuplul furnizat roții care nu este pe gheață este egal cu cantitatea de cuplu necesară pentru a supraîncărca ambreiajele. Rezultatul este că puteți merge mai departe, deși încă nu cu toată puterea mașinii.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Th-e cuplaj vâscos se găsește adesea la vehiculele cu tracțiune integrală. Se folosește în mod obișnuit pentru a conecta roțile din spate cu roțile din față, astfel încât atunci când un set de roți începe să alunece, cuplul va fi transferat la celălalt set.

Cuplarea vâscoasă are două seturi de plăci în interiorul unei carcase sigilate, care este umplută cu un fluid gros, așa cum se arată mai jos. Un set de plăci este conectat la fiecare arbore de ieșire. În condiții normale, ambele seturi de plăci și fluidul vâscos se rotesc la aceeași viteză. Când un set de roți încearcă să se rotească mai repede, poate pentru că alunecă, setul de plăci corespunzătoare acelor roți se învârte mai repede decât celălalt. Lichidul vâscos, blocat între plăci, încearcă să ajungă la capăt cu discurile mai rapide, trăgând discurile mai lente de-a lungul. Acest lucru transferă mai mult cuplu la roțile cu mișcare mai lentă - roțile care nu alunecă.

Când o mașină se întoarce, diferența de viteză între roți nu este la fel de mare ca atunci când o roată alunecă. Cu cât plăcile se învârtesc mai repede unele față de altele, cu atât cuplul vâscos se transferă. Cuplarea nu interferează cu virajele, deoarece cuplul transferat în timpul unei viraje este atât de mic. Totuși, acest lucru evidențiază, de asemenea, un dezavantaj al cuplajului vâscos: nu se va produce transfer de cuplu până când roata începe să alunece de fapt.

Un experiment simplu cu un ou va ajuta la explicarea comportamentului cuplajului vâscos. Dacă așezați un ou pe masa de bucătărie, coaja și gălbenușul sunt ambele în staționare. Dacă rotiți brusc oul, coaja se va mișca cu o viteză mai rapidă decât gălbenușul pentru o secundă, dar gălbenușul va prinde repede. Pentru a demonstra că gălbenușul se învârte, după ce ouăle se învârtesc, opriți-l repede și apoi dați drumul - oul va începe să se învârtă din nou (dacă nu este fiert tare). În acest experiment, am folosit frecarea dintre coajă și gălbenușul pentru a aplica forța pe gălbenuș, accelerându-l. Când am oprit învelișul, fricțiunea - între gălbenușul care se mișcă în continuare și coajă - a aplicat forța în coajă, determinând accelerarea acesteia. Într-o cuplare vâscoasă, forța se aplică între fluid și seturile de plăci în același mod ca între gălbenușul și cochilia.

Imagine amabilitate în cadrul Diviziei de produse de control al cuplului Eaton Automotive Group

diferențial de blocare este util pentru vehiculele off-road grave. Acest tip de diferențial are aceleași părți ca un diferențial deschis, dar adaugă un mecanism electric, pneumatic sau hidraulic pentru a bloca cele două pinioane de ieșire împreună.

Acest mecanism este de obicei activat manual prin comutator, iar când sunt activate, ambele roți se vor roti la aceeași viteză. Dacă o roată sfârșește de pe sol, cealaltă roată nu va ști sau nu-i pasă. Ambele roți vor continua să se rotească la aceeași viteză ca și cum nimic nu s-ar fi schimbat.

Diferențialul Torsen* este un dispozitiv pur mecanic; nu are electronice, ambreiaj sau lichide vâscoase.

-Torsenul (din piscQue Sensing) funcționează ca diferențial deschis atunci când cuplul care merge pe fiecare roată este egal. De îndată ce o roată începe să piardă tracțiunea, diferența de cuplu determină ca angrenajele diferențialului Torsen să se lege. Proiectarea angrenajelor în diferențial determină raportul de părtinire a momentului. De exemplu, dacă un anumit diferențial Torsen este proiectat cu un raport de polarizare 5: 1, este capabil să aplice de până la cinci ori mai mult cuplu pe roata care are o tracțiune bună..

Aceste dispozitive sunt adesea utilizate pentru vehicule cu tracțiune integrală de înaltă performanță. Ca și cuplajul vâscos, sunt adesea folosite pentru a transfera puterea între roțile din față și cele din spate. În această aplicație, Torsenul este superior cuplajului vâscos, deoarece transferă cuplul roților stabile înainte de alunecarea efectivă.

Cu toate acestea, dacă un set de roți pierde complet tracțiunea, diferențialul Torsen nu va putea furniza niciun cuplu către celălalt set de roți. Raportul de părtinire determină cuplul care poate fi transferat și de cinci ori zero este zero.

*TORSEN este marcă înregistrată a Zexel Torsen, Inc.

Ciocan!

HMMWV, sau Hummer, folosește diferențiale Torsen® pe punțile față și spate. Manualul proprietarului pentru Hummer propune o soluție inedită la problema unei roți care iese de pe sol: Aplicați frânele. Prin aplicarea frânelor, se aplică cuplul pe roata care este în aer, iar apoi de cinci ori acel cuplu poate merge la roată cu o tracțiune bună.

Articole similare

• Cum funcționează motoarele auto
• Cum funcționează transmisiile manuale
• Cum funcționează angrenajele
• Cum funcționează unitatea cu patru roți
• Cum funcționează forța, puterea, cuplul și energia

Mai multe legături grozave

• Pyle Bros: terminologie diferențială
• Dezvoltarea unui diferențial pentru îmbunătățirea controlului tracțiunii
• Powertrax