podobnie jak większość rzeczy na nowoczesnych samochodach, prosty kawałek przekładni znany jako różnicowy widział ciągłe udoskonalanie i eksperymentowanie – prowadząc do szeregu typów, każdy z własnymi zaletami i wadami.
koncepcja mechanizmu różnicowego-to znaczy, aby koła zamontowane na tej samej osi mogły obracać się niezależnie od siebie – jest starożytną konstrukcją, z pierwszym znanym przykładem jego użycia zarejestrowanym w Chinach w I tysiącleciu p. n. e.,
chociaż było to na długo przed wynalezieniem samochodu, Wózki, wozy i rydwany nadal cierpiały na ten sam problem ze ślizganiem się lub przeciąganiem jednego koła podczas pokonywania zakrętów, zwiększając zużycie i uszkadzając drogi.
pojawienie się silników napędzających przednie lub tylne koła do napędzania pojazdu zamiast jedynie ciągnąć je za pomocą konia dodało nowy problem do przezwyciężenia – jak umożliwić niezależną rotację, jednocześnie będąc w stanie napędzać oba koła.
najwcześniejsze samochody nie trudziły się próbowaniem, po prostu napędzały tylko jedno koło na niezależnej osi., Ale to było dalekie od ideału, ponieważ oznaczało to, że byli zbyt słabi i napotykali częste problemy z trakcją na czymś innym niż twardy, równy Grunt.
ostatecznie doprowadziło to do rozwoju otwartego dyferencjału, zanim inne bardziej skomplikowane typy zostały opracowane w celu przezwyciężenia bardziej złożonych warunków jazdy.,
obejrzyj ten film, który wyjaśnia za pomocą obrazów 3D, jak działają następujące rodzaje mechanizmów różnicowych:
mechanizm różnicowy otwarty:
mechanizm różnicowy w swojej najbardziej podstawowej formie składa się z dwóch połówek osi z zębatką na każdym końcu, połączonych ze sobą trzecim zębatką tworzącym trzy boki kwadratu. Jest to zwykle uzupełniane przez czwarty bieg dla zwiększenia siły, kończąc kwadrat.,
ta podstawowa jednostka jest następnie dodatkowo rozszerzana przez przekładnię pierścieniową dodaną do obudowy mechanizmu różnicowego, która przechowuje podstawowe przekładnie rdzeniowe – a ta przekładnia pierścieniowa umożliwia zasilanie kół poprzez połączenie z wałem napędowym za pomocą koła zębatego.
w tym przykładzie można zobaczyć trzy boki przekładni wewnętrznej, które tworzą mechanizm rdzeniowy, z większym niebieskim przekładnią reprezentującym przekładnię pierścieniową, która łączyłaby się z wałem napędowym., Lewy obrazek pokazuje mechanizm różnicowy z obiema kołami obracającymi się z tą samą prędkością, podczas gdy prawy obrazek pokazuje, jak działają wewnętrzne koła zębate, gdy jedno koło obraca się wolniej niż drugie.
ten układ przekładni stanowi różnicę typu otwartego i jest najczęstszym typem różnicowania samochodowego, z którego wyprowadzane są bardziej skomplikowane układy.,
korzyści tego typu są głównie ograniczone do podstawowej funkcji dowolnego mechanizmu różnicowego, jak wcześniej opisano, koncentrując się przede wszystkim na umożliwieniu osi bardziej efektywnie zakrętu, umożliwiając kierownictwu Na Zewnątrz zakrętu poruszanie się z większą prędkością niż koło wewnętrzne, ponieważ obejmuje więcej ziemi. Korzysta również z tego, że jego podstawowa konstrukcja jest stosunkowo tania w produkcji.,
wadą tego typu jest to, że ponieważ moment obrotowy jest dzielony równomiernie między oba koła, ilość mocy przenoszonej przez koła jest ograniczona przez koło o najmniejszej przyczepności.
Po osiągnięciu limitu trakcji obu kół połączonych, koło o najniższej przyczepności zacznie się obracać – zmniejszając ten limit jeszcze bardziej, ponieważ opór już wirującego koła jest jeszcze mniejszy.,
przeczytaj nasz Blog o turbosprężarkach, Doładowaniach i silnikach wolnossących
zablokowany mechanizm różnicowy:
zablokowany lub blokujący mechanizm różnicowy jest wariantem spotykanym w niektórych pojazdach, głównie tych, które jeżdżą poza drogą. Jest to zasadniczo otwarty mechanizm różnicowy z możliwością zablokowania w miejscu, aby utworzyć stałą oś zamiast niezależnej. Może to nastąpić ręcznie lub elektronicznie w zależności od technologii w pojeździe.
zaletą zablokowanego mechanizmu różnicowego jest to, że jest w stanie uzyskać znacznie większą trakcję niż otwarty mechanizm różnicowy., Ponieważ moment obrotowy nie jest równomiernie podzielony 50/50, może on skierować większy moment obrotowy na koło, które ma lepszą trakcję – i nie jest ograniczony przez niższą trakcję drugiego koła w danym momencie.
ponieważ jest mało prawdopodobne, aby poruszał się z prędkością i zwykle poruszał się po nierównym podłożu, problem oporu Opony i zużycia wokół zakrętów na stałej osi jest mniejszy.,
jedną z wad zablokowanych dyferencjałów jest tzw. Wiązanie, które występuje, gdy nadmiar energii obrotowej (momentu obrotowego) jest gromadzony w układzie napędowym i wymaga zwolnienia-Zwykle osiągane przez koła opuszczające podłoże w celu resetowania położenia. Lub po prostu zwalniając zamki, gdy nie są już potrzebne.
wyobraź sobie długą tekturową tubę trzymaną na każdym końcu, a następnie skręcającą tubę w przeciwnych kierunkach do punktu, w którym rura nie wytrzymała już siły, a fałdy i łzy – to jest Wiązanie., Dzieje się tak, ponieważ koła poruszają się z różnymi prędkościami, co skręca osie i wywiera większy nacisk na przekładnie – ale obciążenie kół i ich zwiększona trakcja wystarczają, aby zapobiec ześlizgiwaniu się opon, aby zwolnić ciśnienie.
dyferencjał spawany/szpulowy:
dyferencjał spawany jest zasadniczo taki sam jak zablokowany dyferencjał, tylko że został trwale przyspawany z otwartego dyferencjału do stałej osi (znanej również jako dyferencjał szpulowy.,) Odbywa się to zwykle tylko w szczególnych okolicznościach, w których pożądane są właściwości zablokowanej dyferencjału/stałej osi, co ułatwia jednoczesne obracanie obu kół – na przykład w samochodach przeznaczonych do driftu.
zazwyczaj nie jest to zalecane, ponieważ ciepło spawania może obniżyć wytrzymałość komponentu i zwiększyć ryzyko katastrofalnej awarii części – potencjalnie nawet skutkując uszkodzeniem mechanizmu różnicowego eksplodującym przez obudowę dyferencjału i stwarzającym zagrożenie dla innych użytkowników drogi i pieszych.,
Limited Slip Differential:
praca LSD łączy zalety otwartych i zablokowanych różnic poprzez bardziej skomplikowany system. Istnieją dwie kategorie, które wykorzystują różne formy oporu, aby osiągnąć ten sam efekt:
Sprzęgło mechaniczne LSD:
ten typ LSD otacza tę samą przekładnię rdzeniową widoczną w otwartym dyferencjale za pomocą pary pierścieni dociskowych, które wywierają siłę na dwa zestawy tarcz sprzęgła ustawionych wzdłuż kół zębatych., Zapewnia to odporność na niezależne obroty kół zmieniając efekt dyferencjału z otwartego na zablokowany – i zapewniając mu zwiększoną trakcję tego typu korzyści z ponad otwartym dyferencjałem.
w tym wycięciu można zobaczyć pierścienie dociskowe (również odcięte) otaczające koła zębate rdzenia, które są odpychane przez centralne kołki zębate pchające się do kątowych powierzchni pod obrotem., Ruch ten popycha pierścienie dociskowe na zespoły sprzęgłowe (żółte i niebieskie) po obu stronach, generując opór i zmieniając zachowanie osi z otwartego na stały rodzaj efektu.
sprzęgła mechaniczne LSD są również dalej podzielone na podtypy, które zachowują się nieco inaczej i zmieniają się, gdy nacisk na płytki sprzęgła i pierścienie dociskowe jest wywierany:
- w jednokierunkowym LSD ciśnienie wywierane jest tylko pod wpływem przyspieszenia., Oznacza to, że podczas pokonywania zakrętów i wyłączania zasilania dyferencjał zachowuje się jak otwarty, pozwalając im obracać się niezależnie – ale przy przyspieszeniu wymuszony obrót dyferencjału powoduje tarcie w płytach sprzęgła, blokując je w celu uzyskania większej przyczepności.
- dwukierunkowy LSD posuwa się o krok dalej i wywiera nacisk na tarcze sprzęgła również podczas hamowania, w celu poprawy stabilności podczas hamowania na zmiennych nawierzchniach.,
- jeden i pół drogi ponownie próbuje połączyć najlepsze z obu podtypów, wywierając większą ilość ciśnienia pod przyspieszeniem i mniejszą ilość pod spowolnieniem.
minusem mechanicznych dysków LSD jest to, że wymagają one regularnej konserwacji, aby utrzymać ich działanie i są podatne na całkowite zużycie, co powoduje kosztowną wymianę części.
lepki LSD:
drugi rodzaj mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu, zamiast sprzęgieł używają gęstej cieczy, aby stworzyć opór potrzebny do zmiany zachowania różnic między otwartymi i zamkniętymi., Ze względu na mniej ruchomych części niż mechaniczne LSD, VLSD są prostsze, ale mają również szerszy zakres zalet i wad w porównaniu.
w ich podstawowej pracy efekt jest bardziej płynny w aplikacji niż mechaniczne LSD, ponieważ opór buduje się w zgodzie z prędkością, z jaką poruszają się koła w porównaniu do skrzyni różnicowej – zapewniając bardzo stopniowy wzrost.
Vlsd są również w stanie skuteczniej kierować moment obrotowy do koła, które ma większą przyczepność., Ponieważ płyn działa odpornie pod wpływem prędkości, jeśli koło kiedykolwiek straci przyczepność i obraca różnicę prędkości między dwoma kołami wewnątrz mechanizmu różnicowego tworzy większy opór na wolniej poruszającym się kole-kierując większy moment obrotowy z wału napędowego do niego.
Vlsd stają się mniej skuteczne przy długotrwałym stosowaniu, ponieważ płyn nagrzewa się, staje się mniej wiskozowy i zapewnia mniejszą odporność. Nie może również zablokować się tak dokładnie, jak mechaniczne LSD ze względu na to, że płyn nie jest w stanie zapewnić absolutnego oporu w odpowiedniej przestrzeni.,
wadą zarówno mechanicznych, jak i lepkich LSD jest to, że system nie zawsze skutecznie ukierunkowuje moment obrotowy podczas pokonywania zakrętów z dużą prędkością, ponieważ może interpretować szybciej poruszające się koło zewnętrzne jako utratę przyczepności. Następnie kieruje moment obrotowy do koła wewnętrznego, generując nadsterowność w momencie przeciwnym do tego, kiedy jest to potrzebne.
mechanizm różnicowy Torsena:
mechanizm różnicowy Torsena (wykrywający moment obrotowy) wykorzystuje sprytne przekładnie, aby uzyskać ten sam efekt, co mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu, bez konieczności stosowania sprzęgieł lub oporu płynu.,
osiąga to poprzez dodanie warstwy przekładni ślimakowej do tradycyjnego ustawienia przekładni otwartej. Te zestawy przekładni ślimakowych działających na każdą oś zapewniają opór wymagany do umożliwienia przenoszenia momentu obrotowego, który następnie osiąga poprzez posiadanie przekładni ślimakowych w stałej siatce ze sobą za pomocą połączonych przekładni zębatych.
pierwsze i drugie obrazy pokazują trzy pary przekładni ślimakowych połączonych z każdą połową osi – z przekładniami zębatymi na końcu każdego ślimaka łączącymi pary., To połączenie przenosi moment obrotowy z jednego koła na drugie, gdy jedna oś zaczyna obracać się szybciej niż druga. Podczas gdy pierwszy i drugi obraz jest oryginalną konstrukcją torsena, trzeci obraz jest drugą wersją mechanizmu różnicowego torsena. Nowsza konstrukcja zmieniła położenie kół zębatych robaków, aby były w linii z osiami, ale nadal wykonują te same działania mechaniczne. Każda przekładnia ślimakowa jest nadal w kontakcie ze swoją parą, a tylko jedna strona osi z miejscami w przekładni usuwa siatkę z drugiej strony.,
stała siatka między dwoma bokami dyferencjału ma dodatkową zaletę natychmiastowego przenoszenia momentu obrotowego, dzięki czemu jest wyjątkowo elastyczny w zmieniających się warunkach drogowych i jazdy.
podczas gdy otwarty mechanizm różnicowy zawsze musi podzielić moment obrotowy 50/50 między każde koło, mechanizm różnicowy Torsena jest w stanie skierować większy procent momentu obrotowego przez jedno koło w zależności od przełożeń przekładni., Usuwa to ograniczenie mocy, które cierpią otwarte dyferencjały, ponieważ ilość dostępnego momentu obrotowego nie jest ograniczona przez trakcję w żadnym kole.
ponadto przekładnia może być również obrabiana w taki sposób, aby nadać inny stosunek oporu podczas przyspieszania i zwalniania w taki sam sposób, w jaki robi to mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu.,
to wszystko osiągane mechanicznie bez użycia elektroniki lub jakiejkolwiek formy łatwo psujących się części poświęconej dla tarcia, a ogólnie rzecz biorąc różnicowy Torsen jest nadrzędnym systemem mechanicznym, który łączy główne zalety wszystkich poprzednich rodzajów różnicowych wymienionych.,
przeczytaj nasz Blog o przekładniach z podwójnym sprzęgłem i ich działaniu
aktywny mechanizm różnicowy:
bardzo podobny do mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu, aktywny mechanizm różnicowy nadal wykorzystuje mechanizmy zapewniające opór potrzebny do przeniesienia momentu obrotowego z jednej strony na drugą – ale zamiast polegać na czysto mechanicznej sile, sprzęgła te mogą być aktywowane elektronicznie.
aktywny mechanizm różnicowy może wykorzystywać elektronikę do sztucznej zmiany sił mechanicznych, których doświadcza system poprzez zmianę warunków jazdy., Dzięki temu są one sterowalne, a tym samym programowalne, a dzięki zastosowaniu szeregu czujników w pojeździe komputer może automatycznie wykryć, które koła napędowe kierują zasilanie i kiedy.
to drastycznie poprawia osiągi, zwłaszcza na niedoskonałych nawierzchniach drogowych, i jest szczególnie preferowane przez kierowców rajdowych, których samochody znoszą szybko zmieniające się warunki jazdy i potrzebują systemu, który nadąża za ich ciągłą regulacją pojazdu.,
dyferencjał wektorowy momentu obrotowego:
TVD wykorzystuje ten elektronicznie ulepszony system jeszcze bardziej, wykorzystując go do manipulowania kątem lub wektorem pojazdu w zakrętach i poza nimi, zachęcając określone koła do otrzymywania większego momentu obrotowego w kluczowych momentach – poprawiając wydajność na zakrętach.
uruchamiając sprzęgło przeciwne do tego, co normalnie włącza LSD napędzane wyłącznie mechanicznie, możesz użyć tego efektu, aby pomóc w kierowaniu, a także zmniejszyć moc, przezwyciężając braki w systemie LSD.,
przy wjeździe do zakrętu wielodrożny LSD wywiera opór na oba koła, aby przynajmniej częściowo zablokować oś i ustabilizować ją podczas hamowania-która jest następnie zwalniana, gdy prędkość koła spada, a pojazd obraca się, umożliwiając obracanie się kół przy różnych prędkościach .
jednak zamiast zwalniać opór na obu kołach, TVD nadal aktywuje sprzęgło tylko na kole zewnętrznym – zwiększając opór doświadczany przez to koło i zwiększając przez nie Moment obrotowy kanału systemu., Ta nierównowaga mocy na zewnątrz zachęca pojazd do skręcenia w zakręt ostrzejszy i zmniejszający podsterowność.
kontynuując stosowanie tego oporu przez zakręt, gdy pojazd przechodzi przez wierzchołek i zaczyna przyspieszać, będzie nadal nadpisywać normalny wielowierszowy-LSD – który ponownie interpretuje szybciej poruszające się koło zewnętrzne jako poślizg i przekierowuje moment obrotowy podczas przyspieszania na koło wewnętrzne, które postrzega jako posiadające większą przyczepność.,
gdy TVD wywiera większy opór na zewnętrzne sprzęgło kół, wprowadza system w celu przekierowania przez niego większego momentu obrotowego – zwiększając moc, którą można zastosować, i zmniejszając podsterowność odczuwaną podczas przyspieszania z zakrętu.
żółta strzałka podkreśla przenoszenie momentu obrotowego w narożniku, generowane przez sztuczny opór wywierany przez TVD na koło zewnętrzne. Pozwala to na większe przyspieszenie poza zakrętem, podczas gdy zdolność do skręcania samochodu jest zwiększona.,
dyferencjał wektorowy momentu obrotowego jest w stanie przekazać 100% dostępnego momentu obrotowego za pośrednictwem jednego koła, gdy jest to konieczne w najbardziej ekstremalnych okolicznościach.
wadą systemu jest to, że jest on bardzo skomplikowany i bardzo drogi, i zazwyczaj używany tylko do zastosowań wyścigowych/torowych ze względu na jego potencjał pokonywania zakrętów z dużą prędkością.
każdy system ma swoje zalety i wady, i chociaż bardziej skomplikowane systemy są ogólnie lepsze, mają dołączony koszt, który znacznie przewyższa prostsze systemy.,
podobnie jak w przypadku wszystkiego, co dotyczy motoryzacji, jak wiele korzyści uzyskasz z każdego systemu sprowadza się do tego, co dokładnie będziesz robił ze swoim pojazdem i czego potrzebujesz, aby twój dyferencjał był zdolny. Nie będziesz musiał zbytnio potrzebować dyferencjału wektorowego podczas wizyty w lokalnym supermarkecie, chyba że masz ochotę na następny WRC i możesz sobie pozwolić na grzywny – ale możesz chcieć blokującego dyferencjału, jeśli zdarzy ci się żyć w wiejskiej lokalizacji lepiej dostępnej dla Pojazdu Terenowego.