liksom de flesta saker på moderna bilar har den enkla växlingen känd som en differential sett konstant förfining och experiment – vilket leder till en rad olika typer med sina egna fördelar och nackdelar.
begreppet differential-det vill säga att låta hjul monterade på samma axel rotera oberoende av varandra-är en gammal design, med den första kända förekomsten av dess användning registreras i Kina under 1: a årtusendet f.Kr.,
Även om detta var långt innan uppfinningen av bilen, vagnar, vagnar och vagnar fortfarande drabbats av samma problem med ett hjul glider eller drar när kurvtagning, ökande slitage och skadliga vägar.
tillkomsten av motorer som driver fram – eller bakhjul för att driva ett fordon istället för att bara dra dem via häst lade till ett nytt problem att övervinna-hur man tillåter oberoende rotation samtidigt som man fortfarande kan driva båda hjulen.
de tidigaste bilarna brydde sig inte om att försöka, de drivs helt enkelt bara ett hjul på en oberoende axel., Men detta var långt ifrån idealiskt eftersom det innebar att de var underpowered och stött på frekventa problem med dragkraft på något annat än fast, jämn mark.
så småningom ledde detta till utvecklingen av den öppna differentialen innan andra mer komplicerade typer utvecklades för att övervinna mer komplexa körförhållanden.,
titta på den här videon som förklarar med 3D-bilder Hur följande typer av differentialarbete:
öppen Differential:
en differential i sin mest grundläggande form består av två halvor av en axel med ett redskap på varje ände, förbunden med ett tredje redskap som utgör tre sidor av en kvadrat. Detta kompletteras vanligtvis med ett fjärde redskap för ökad styrka och fyller torget.,
denna grundläggande enhet förstärks sedan ytterligare av ett ringväxel som läggs till differentialfodralet som håller de grundläggande kärnväxlarna – och detta ringväxel gör att hjulen kan drivas genom att ansluta till drivaxeln via en pinion.
i det här exemplet kan du se de tre sidorna av den interna växeln som utgör kärnmekanismen, med det större blå växeln som representerar ringväxeln som skulle ansluta till drivaxeln., Den vänstra bilden visar differentialen med båda hjulen vrids med samma hastighet, medan den högra bilden illustrerar hur de inre växlarna ingriper när ett hjul blir långsammare än det andra.
detta växlingsarrangemang utgör den öppna typskillnaden, och är den vanligaste typen av fordonsskillnad från vilken mer komplicerade system härleds.,
fördelen med denna typ är mestadels begränsad till den grundläggande funktionen hos någon differential som tidigare beskrivits, med fokus främst på att göra det möjligt för axeln att hörn mer effektivt genom att låta hjulet på utsidan av svängen att röra sig med en snabbare hastighet än det inre hjulet eftersom det täcker mer mark. Det drar också nytta av dess grundläggande design är relativt billigt att producera.,
nackdelen med denna typ är att eftersom vridmomentet är jämnt fördelat mellan båda hjulen begränsas den mängd kraft som kan överföras genom hjulen av hjulet med den lägsta greppet.
När draggränsen för båda hjulen har kombinerats börjar hjulet med den lägsta mängden dragkraft att snurra-vilket minskar den gränsen ännu längre eftersom det finns ännu mindre motstånd från det redan snurrande hjulet.,
läs vår blogg på Turbos, laddare och naturligt aspirerade motorer
låst Differential:
den låsta eller låsande differentialen är en variant som finns på vissa fordon, främst de som går av vägen. Det är i huvudsak en öppen differential med förmågan att låsas på plats för att skapa en fast axel istället för en oberoende. Detta kan ske manuellt eller elektroniskt beroende på teknik i fordonet.
fördelen med en låst differential är att den kan få en betydligt större mängd dragkraft än en öppen differential., Eftersom vridmomentet inte är lika delad 50/50 kan det kanalisera mer vridmoment till hjulet som har bättre dragkraft – och är inte begränsad av det andra hjulets nedre dragkraft vid varje givet tillfälle.
eftersom du sannolikt inte kommer att resa i hastighet och vanligtvis reser över ojämn mark, är frågan om däckdrag och slitage runt hörn på en fast axel mindre ett problem.,
en nackdel med låsta diffar kallas bindning, vilket uppstår när överskott av rotationsenergi (vridmoment) byggs upp inom drivtåget och behöver frigöras – vanligtvis uppnås genom att hjulen lämnar marken för att återställa positionen. Eller genom att helt enkelt släppa låsen när de inte längre behövs.
Föreställ dig ett långt kartongrör som hålls i varje ände och vrid sedan röret i motsatta riktningar till den punkt som röret inte kunde motstå kraften längre och vikar och tårar – det är bindande., Det händer eftersom hjulen rör sig i olika hastigheter som vrider axlarna och sätter ökat tryck på växlarna – men belastningen på hjulen och deras ökade dragkraft är tillräcklig för att förhindra att däcken glider för att släppa trycket.
svetsade / spole Differential:
svetsade differentialer är i huvudsak samma som en låst differential, endast det har permanent svetsats från en öppen differential till en fast axel (även känd som en spole diff.,) Detta görs vanligtvis endast under särskilda omständigheter där egenskaperna hos den låsta diff/fasta axeln, vilket gör det lättare att hålla båda hjulen snurrar samtidigt, är önskvärda-till exempel i bilar avsedda för drifting.
det är vanligtvis inte rekommenderat eftersom värmen från svetsning kan äventyra komponentstyrkan och öka risken för katastrofalt delfel – vilket potentiellt även resulterar i att de brutna differentialväxlarna exploderar genom diff-höljet och utgör en fara för andra trafikanter och fotgängare.,
begränsad Gliddifferential:
LSD: s arbete för att kombinera fördelarna med öppna och låsta skillnader genom ett mer komplicerat system. Det finns två kategorier som använder olika former av motstånd för att uppnå samma effekt:
mekanisk koppling LSD:
denna typ av LSD omger samma kärnväxel som ses i den öppna diff med ett par tryckringar, som utövar kraft på två uppsättningar kopplingsplattor placerade bredvid växlarna., Detta ger motstånd mot hjulets oberoende rotation som ändrar effekten av differentialen från öppen till låst – och ger den ökad dragkraft denna typ drar nytta av över en öppen differential.
i denna cutaway kan du se tryckringarna (även skära bort) som omger kärnväxlarna, som tvingas ifrån varandra av de centrala växelstiften som skjuter mot de vinklade ytorna under rotation., Denna rörelse trycker tryckringarna på kopplingspaketen (gul och blå) på vardera sidan, genererar motstånd och ändrar axelns beteende från en öppen till en fast typ av effekt.
mekanisk koppling LSD är också vidare uppdelad i undertyper som beter sig på något olika sätt och förändrar när trycket på kopplingsplattor och tryckringar utövas:
- på en enkelriktad LSD utövas trycket endast under acceleration., Detta innebär att vid kurvtagning och avstängning av kraften beter sig diffen som en öppen typ, så att de kan vända sig självständigt – men under acceleration skapar den forcerade rotationen av differentialen friktion i kopplingsplattorna och låser dem på plats för att få mer dragkraft.
- En tvåvägs LSD tar det ett steg längre och utövar tryck på kopplingsplattorna under retardation också, i ett försök att förbättra stabiliteten vid bromsning på rörliga vägytor.,
- halvvägs försöker återigen kombinera det bästa av båda subtyperna genom att utöva en större mängd tryck under acceleration och mindre mängd under retardation.
nackdelen med mekaniska LSDs är att de kräver regelbundet underhåll för att hålla igång och är benägna att slita ut helt, vilket gör för en dyr del ersättning.
viskös LSD:
den andra typen av begränsad gliddifferential, använder de istället en tjock vätska i stället för kopplingar för att skapa det motstånd som behövs för att ändra differentialbeteendet mellan öppet och låst., På grund av att ha mindre rörliga delar än en mekanisk LSD, är VLSD: s enklare men har också ett bredare utbud av fördelar och nackdelar i jämförelse.
i sin grundläggande drift är effekten jämnare i applikation än mekaniska LSDs, eftersom motståndet bygger i samklang med den hastighet som hjulen färdas med i jämförelse med differentialfallet – vilket ger en mycket gradvis ökning.
VLSDs kan också styra vridmomentet mer effektivt till hjulet som har mer dragkraft., Eftersom vätskan verkar vara resistent under hastighet, om ett hjul någonsin förlorar dragkraft och snurrar skillnaden i hastighet mellan de två hjulen inuti differentialen skapar mer motstånd på det långsammare rörliga hjulet – kanalisering mer vridmoment från drivaxeln till den.
VLSDs blir mindre effektiva vid långvarig användning, eftersom vätskan värmer det blir mindre viskos och ger mindre motstånd. Det kan inte heller låsa så fullständigt som en mekanisk LSD på grund av att en vätska inte kan ge absolut motstånd inom ett tillräckligt utrymme.,
en nackdel med både mekaniska och viskösa LSD är att systemet inte alltid kanalisera vridmoment effektivt under hög hastighet kurvtagning, eftersom det kan tolka det snabbare rörliga yttre hjulet som att förlora dragkraft. Det leder sedan vridmoment till inre hjul, genererar över / understyrning i motsatt ögonblick till när det behövs.
torsendifferential:
Torsen (Torque Sensing) differential använder sig av några smarta redskap för att producera samma effekt som en begränsad Gliddifferential utan behov av kopplingar eller vätskemotstånd.,
det uppnår detta genom att lägga till ett lager av snäckväxel till den traditionella växeln som inrättats av en öppen differential. Dessa uppsättningar maskväxlar som verkar på varje axel ger det motstånd som krävs för att möjliggöra vridmomentöverföring, vilket den sedan uppnår genom att ha maskväxlarna i konstant nät med varandra via anslutna kugghjul.
de första och andra bilderna visar de tre par maskväxlarna maskade med varje halva av axeln – med spurväxlarna i slutet av varje mask som förbinder paren., Det är den här anslutningen som överför vridmoment från ett hjul till det andra, när en axel börjar rotera snabbare än den andra. Medan de första och andra bilderna är av orginal torsen-designen, är den tredje bilden av den andra versionen av torsen-differentialen. Den nyare designen omplacerade worms-växlarna för att vara inline med axlar men utför fortfarande samma mekaniska verkan. Varje snäckväxel är fortfarande i kontakt med sitt Par, och endast en sida av axeln med utrymmen i växeln som tar bort nätet med den andra sidan.,
det konstanta nätet mellan de två sidorna av differentialen har den extra fördelen att överföra vridmomentet omedelbart, vilket gör det extremt lyhörd för förändrade väg-och körförhållanden.
medan en öppen differential alltid måste dela upp sin vridmomentfördelning 50/50 mellan varje hjul, kan torsendifferentialen styra en större andel vridmoment genom ett hjul beroende på växlarnas förhållanden., Detta tar bort den effektbegränsning som öppna skillnader lider eftersom mängden vridmoment som finns inte begränsas av mängden dragkraft i något hjul.
dessutom kan växlingen också bearbetas på ett sådant sätt att det ger ett annat förhållande av motstånd vid acceleration och decelerering på samma sätt som en halvvägs begränsad gliddifferential gör.,
allt detta uppnås mekaniskt utan användning av elektronik eller någon form av lättfördärvlig del offras för friktion, och totalt Torsen differentialen är den överlägsna mekaniska system som kombinerar de primära fördelarna med alla tidigare differentialtyper som anges.,
läs vår blogg om dubbla Kopplingsöverföringar och hur de fungerar
aktiv Differential:
mycket lik en begränsad gliddifferential, använder den aktiva differentialen fortfarande mekanismer för att ge det motstånd som behövs för att överföra vridmoment från en sida till en annan – men istället för att förlita sig på rent mekanisk kraft kan dessa kopplingar aktiveras elektroniskt.
den aktiva differentialen kan använda elektronik för att artificiellt förändra de mekaniska krafter som systemet upplever genom förändrade körförhållanden., Detta gör dem styrbara och därmed programmerbara, och genom att använda en rad sensorer över fordonet kan en dator automatiskt upptäcka vilka drivhjul som ska styra strömmen till och när.
detta förbättrar prestanda drastiskt, särskilt över ofullkomliga vägytor, och gynnas särskilt av rallyförare vars bilar uthärdar snabbt föränderliga körförhållanden och behöver ett system som kan hålla jämna steg med sina kontinuerliga justeringar av fordonet.,
Torque Vectoring Differential:
TVD tar detta elektroniskt förbättrade system ännu längre genom att använda det för att manipulera fordonets vinkel eller vektor in och ut ur varv genom att uppmuntra specifika hjul att få mer vridmoment vid viktiga ögonblick-förbättra kurvtagning prestanda.
genom att aktivera motsatt koppling till vad en rent mekaniskt driven LSD normalt skulle engagera, kan du använda effekten för att hjälpa till med styrning samtidigt som du lägger mer kraft ner, övervinna bristerna i LSD-systemet.,
vid inträde till hörnet utövar en flervägs LSD motstånd mot båda hjulen för att åtminstone delvis låsa axeln och stabilisera den under bromsning – som sedan släpps när hjulvarvtalet sjunker och fordonet slår in, vilket gör att hjulen kan rotera med olika hastigheter .
i stället för att släppa motståndet på båda hjulen fortsätter en TVD att aktivera kopplingen endast på ytterhjulet-vilket ökar motståndet som det hjulet upplever och gör systemkanalen mer vridmoment genom det., Denna obalans av makt till utsidan uppmuntrar fordonet att förvandlas till hörnet skarpare och minska understyrning.
genom att fortsätta att tillämpa detta motstånd genom hörnet, som fordonet passerar spetsen och börjar accelerera ut det kommer att fortsätta att åsidosätta en normal multiway-LSD – som återigen skulle tolka snabbare rörliga utanför hjulet som glider och avleda vridmoment under acceleration till insidan hjulet, som den uppfattar som att ha mer grepp.,
med TVD utövar mer motstånd på utsidan hjul koppling, det tricks systemet till avleda mer vridmoment genom det-öka mängden makt som kan appliceras och minska understyrning upplevt under acceleration ur ett hörn.
den gula pilen belyser momentöverföringen som sker genom hörnet, som genereras av det artificiella motståndet som utövas av TVD på ytterhjulet. Detta möjliggör större acceleration ut ur hörnet medan bilens vändningsförmåga ökar.,
en Vridmomentvektordifferential kan kanalisera 100% av det tillgängliga vridmomentet genom ett enda hjul när det behövs under de mest extrema omständigheterna.
nackdelen med systemet är att det är mycket komplicerat och mycket dyrt, och vanligtvis endast används för racing / spår applikationer för sin hög hastighet kurvtagning potential.
varje system har det äger fördelar och nackdelar, och även om de mer komplicerade systemen är i allmänhet överlägsen har de en bifogad kostnad som vida överstiger de enklare systemen.,
som med allt automotive, hur mycket nytta du kommer att få från varje system kommer till ner till vad exakt du kommer att göra med din bil och vad du behöver din differential för att kunna. Du kommer inte att ha mycket behov av en Momentvektordifferential när du besöker den lokala snabbköpet, om du inte vill ha dig själv i nästa WRC och har råd med böterna – men du kanske vill ha en Låsningsdifferential om du råkar bo på en landsbygd som är bättre nås av ett terrängfordon.