Jak fungují diferenciály

  • Gyles Lewis
  • 0
  • 3305
  • 195

Diference je zařízení, které dělí točivý moment motoru dvěma způsoby, což umožňuje každému výstupu točit se při různých otáčkách.

Rozdíl je u všech moderních osobních a nákladních automobilů a také u mnoha vozidel s pohonem všech kol (na plný úvazek). Tato vozidla s pohonem všech kol potřebují rozdíl mezi každou sadou hnacích kol a potřebují také jedno mezi předními a zadními koly, protože přední kola se pohybují v jiné vzdálenosti v zatáčce než zadní kola..

Systémy pohonu všech kol na částečný úvazek nemají rozdíl mezi předními a zadními koly; místo toho jsou vzájemně uzamčeny, takže přední a zadní kola se musí otáčet stejnou průměrnou rychlostí. To je důvod, proč se tato vozidla při aktivaci systému pohonu všech kol obtížně zapnou.

Začneme nejjednodušším typem diferenciálu, který se nazývá an otevřený diferenciál. Nejprve si musíme prozkoumat nějakou terminologii: Obrázek níže označuje komponenty otevřené diferenciály.

Když auto jede přímo po silnici, obě hnací kola se točí stejnou rychlostí. vstupní pastorek otáčí ozubeným kolem a klecí a žádný z pastorků v kleci se neotáčí - obě boční ozubená kola jsou účinně zajištěna v kleci.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Animace se svolením Geebee's Vector Animations

Všimněte si, že vstupní pastorek je menší než kruhové kolo; toto je poslední převodový stupeň v autě. Možná jste slyšeli termíny jako poměr zadní nápravy nebo konečný převodový poměr. Jedná se o převodový poměr v diferenciálu. Pokud je konečný převodový poměr 4,10, pak má ozubené kolo 4.10krát tolik zubů než vstupní ozubené kolo. Další informace o převodových poměrech naleznete v části Jak pracuje Gears.

Když se vozidlo otočí, kola se musí točit různými rychlostmi.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Animace se svolením Geebee's Vector Animations

Na obrázku výše můžete vidět, že se pastorky v kleci začnou otáčet, jak se auto začíná otáčet, což umožňuje kolům pohybovat se různými rychlostmi. Vnitřní kolo se točí pomaleji než klec, zatímco vnější kolo se točí rychleji.

Otevřený diferenciál - přímý (600KB)

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Otevřený diferenciál - soustružení (1,1 MB)

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Otevřený diferenciál vždy platí stejné množství točivý moment na každé kolo. Kolik kroutícího momentu lze na kola ovlivnit dvěma faktory: vybavení a trakce. V suchých podmínkách, kdy je dostatek trakce, je velikost točivého momentu působícího na kola omezena motorem a převodovým stupněm; v situaci s nízkou trakcí, jako například při jízdě na ledě, je velikost točivého momentu omezena na největší množství, které za těchto podmínek nezpůsobí prokluzování kola. Takže i když auto může být schopno produkovat větší točivý moment, musí existovat dostatek trakce, aby se tento točivý moment přenesl na zem. Pokud dáte vozu více plynu poté, co kola začnou proklouznout, kola se točí rychleji.

Na tenkém ledě

Pokud jste někdy jezdili na ledě, možná víte o triku, který usnadňuje zrychlení: Pokud začnete na druhém rychlostním stupni nebo dokonce na třetím rychlostním stupni, místo prvního, z důvodu převodu v převodovce budete mít k dispozici menší točivý moment. na kola. Usnadníte tak zrychlení bez otáčení kol.

Co se stane, když má jedno z hnacích kol dobrou trakci a druhé je na ledu? Zde přichází problém s otevřenými diferenciály.

Pamatujte, že otevřený diferenciál vždy aplikuje stejný točivý moment na obě kola a maximální množství točivého momentu je omezeno na největší množství, které nezpůsobí prokluzování kol. Neznamená to příliš velký točivý moment, aby se pneumatika sklouzla na ledu. A když kolo s dobrou trakcí získává jen velmi malé množství točivého momentu, který lze aplikovat na kolo s menší trakcí, vaše auto se nebude moc pohybovat.

Terénní

Další časy, které vás mohou otevřít, se dostanou do problémů, když jedete v terénu. Pokud máte kamion s pohonem všech kol nebo SUV s otevřeným diferenciálem na přední i zadní straně, můžete uvíznout. Nyní si pamatujte - jak jsme se zmínili na předchozí stránce, otevřený diferenciál vždy aplikuje na obě kola stejný točivý moment. Pokud jedna z předních pneumatik a jedna ze zadních pneumatik vyjde ze země, bezmocně se točí ve vzduchu a nebudete se moci vůbec pohybovat.

Řešením těchto problémů je omezený skluzový rozdíl (LSD), někdy nazývané positraction. Omezené diferenciály skluzu používají různé mechanismy, které umožňují normální diferenciální akci při zatáčkách. Když kolo sklouzne, umožňuje přenos většího točivého momentu na neklouzavé kolo.

V následujících několika sekcích budou podrobně popsány některé z různých typů omezených diferenciálů prokluzu, včetně spojkového typu LSD, viskózní spojky, blokovací diferenciály a Torsenovy diferenciály.

Diferenciál s omezeným skluzem spojky přidává pružinový balíček a sadu spojek k otevřenému diferenciálu. Obrázek s laskavým svolením Divize produktů Torque Control Products společnosti Eaton Automotive Group

LSD spojkového typu je pravděpodobně nejběžnější verzí omezeného rozdílu skluzu

Tento typ LSD má všechny stejné komponenty jako otevřený diferenciál, ale přidává a jarní balíček a soubor spojky. Některé z nich mají kónickou spojku, která je stejná jako synchronizátory v manuální převodovce.

Pružinová sada tlačí boční kola proti spojkám, které jsou připojeny k kleci. Obě postranní kola se otáčí s klecí, když se obě kola pohybují stejnou rychlostí a spojky nejsou opravdu potřeba - jediným okamžikem spojek je, když se něco stane, aby se jedno kolo točilo rychleji než druhé, jako v obrat. Spojky bojují proti tomuto chování a chtějí, aby obě kola šla stejnou rychlostí. Pokud chce jedno kolo točit rychleji než druhé, musí nejprve spojku přepojit. Tuhost pružin v kombinaci se třením spojky určuje, jak velký točivý moment potřebuje k jejímu přemožení.

Návrat k situaci, kdy je jedno hnací kolo na ledě a druhé má dobrou trakci: S tímto omezeným rozdílem skluzu, i když kolo na ledě není schopno přenášet velký točivý moment na zem, druhé kolo bude stále získejte točivý moment, který potřebuje k pohybu. Točivý moment přiváděný na kolo, které není na ledu, se rovná množství točivého momentu, který je zapotřebí k přemožení spojek. Výsledkem je, že se můžete pohnout kupředu, i když stále ještě s plnou silou vašeho auta.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Th-e viskózní vazba se často vyskytuje ve vozidlech s pohonem všech kol. Obvykle se používá k propojení zadních kol s předními koly, takže když jedna sada kol začne proklouznout, bude točivý moment přenesen do druhé sady.

Viskózní vazba má dvě sady desek uvnitř utěsněného pouzdra, které je naplněno hustou tekutinou, jak je znázorněno níže. Ke každé výstupní hřídeli je připojena jedna sada desek. Za normálních podmínek se obě sady destiček a viskózní tekutina točí stejnou rychlostí. Když se jedna sada kol pokusí točit rychleji, snad proto, že se proklouzne, sada desek odpovídající těmto kolům se točí rychleji než druhá. Viskózní tekutina uvíznutá mezi deskami se pokouší dohnat rychlejší disky a táhne pomalejší disky. To přenáší větší točivý moment na pomaleji se pohybující kola - kola, která neklouže.

Když se vozidlo otáčí, rozdíl v rychlosti mezi koly není tak velký, jako když jedno kolo sklouzává. Čím rychleji se desky vzájemně otáčí, tím větší točivý moment se přenáší viskózní vazba. Spojka nezasahuje do zatáček, protože množství točivého momentu přenášeného během zatáčky je tak malé. To však také zdůrazňuje nevýhodu vazebné vazby: K přenosu točivého momentu nedojde, dokud kolo skutečně nezačne klouzat.

Jednoduchý experiment s vejcem pomůže vysvětlit chování viskózní vazby. Pokud na kuchyňský stůl položíte vejce, skořápka a žloutek jsou nehybné. Pokud vajíčko náhle roztočíte, skořápka se bude pohybovat rychleji než žloutek za sekundu, ale žloutek rychle dohání. Chcete-li prokázat, že žloutek se točí, jakmile se vajíčko točí, rychle ho zastavte a pak pusťte - vajíčko se začne znovu točit (pokud to není dobře vařené). V tomto experimentu jsme použili tření mezi skořápkou a žloutkem, abychom vyvinuli sílu na žloutek a zrychlili to. Když jsme skořápku zastavili, toto tření - mezi stále se pohybujícím žloutkem a skořepinou - působilo na skořepinu silou, což způsobilo zrychlení. Při viskózní vazbě je síla aplikována mezi tekutinu a sady desek stejným způsobem jako mezi žloutek a skořápku.

Obrázek s laskavým svolením Divize produktů Torque Control Products společnosti Eaton Automotive Group

uzávěrka diferenciálu je užitečná pro vážná terénní vozidla. Tento typ diferenciálu má stejné části jako otevřený diferenciál, ale přidává elektrický, pneumatický nebo hydraulický mechanismus k zajištění dvou výstupních pastorků pohromadě.

Tento mechanismus se obvykle aktivuje ručně pomocí spínače, a když je aktivován, obě kola se točí stejnou rychlostí. Pokud jedno kolo skončí ze země, druhé kolo to nebude vědět ani nezajímá. Obě kola se budou točit stejnou rychlostí, jako by se nic nezměnilo.

Torsenův rozdíl* je ryze mechanické zařízení; nemá elektroniku, spojky ani viskózní tekutiny.

-Torsen (z Torque Senzpívat) funguje jako otevřený diferenciál, když je velikost točivého momentu na každé kolo stejná. Jakmile jedno kolo začne ztrácet trakci, rozdíl v točivém momentu způsobí, že se ozubená kola v diferenciálu Torsen spojí. Konstrukce ozubených kol v diferenciálu určuje poměr předpětí točivého momentu. Například, pokud je konkrétní Torsenův diferenciál navržen s poměrem zkreslení 5: 1, je schopen aplikovat až pětkrát větší točivý moment na kolo, které má dobrou trakci.

Tato zařízení se často používají ve vysoce výkonných vozidlech s pohonem všech kol. Stejně jako viskózní spojka se často používají k přenosu energie mezi předními a zadními koly. V této aplikaci je Torsen lepší než viskózní vazba, protože přenáší točivý moment na stabilní kola před skutečným skluzem.

Pokud však jedna sada kol úplně ztratí trakci, Torsenův diferenciál nebude schopen dodávat žádný moment na druhou sadu kol. Bias ratio určuje, kolik točivého momentu může být přeneseno, a pětkrát nula je nula.

*TORSEN je registrovaná ochranná známka společnosti Zexel Torsen, Inc.

Hummer!

HMMWV neboli Hummer používá diferenciály Torsen® na přední a zadní nápravě. Manuál pro Hummera navrhuje nové řešení problému, kdy jedno kolo dopadne na zem: Zatáhněte brzdy. Při použití brzd je točivý moment aplikován na kolo, které je ve vzduchu, a pak pětkrát tento točivý moment může jít na kolo s dobrou trakcí.

Související články

  • Jak fungují automobilové motory
  • Jak fungují manuální převodovky
  • Jak Gears funguje
  • Jak funguje pohon všech kol
  • Jak síla, síla, točivý moment a energie fungují

Další skvělé odkazy

  • Pyle Bros: Diferenciální terminologie
  • Vývoj diferenciálu pro zlepšení řízení trakce
  • Powertrax



Zatím žádné komentáře

Nejzajímavější články o tajemstvích a objevech. Spousta užitečných informací o všem
Články o vědě, prostoru, technologii, zdraví, životním prostředí, kultuře a historii. Vysvětlete tisíce témat, abyste věděli, jak všechno funguje