Hvor er differentialet placeret? Hvordan forskellige typer differentialer virker.

Symmetriske vinkeldifferentialer er mest udbredt i biltransmissioner som tværakseldifferentialer på grund af deres enkle design, pålidelige drift, lille størrelse og vægt. De bruges både på last og personbiler.
Differentialer, der bruges i automobiltransmissioner, er treleddet planetariske mekanismer med to frihedsgrader ( ris. 1).
De differentielle led er: edderkop 3 , forbundet med kroppen 1 differentiale, semiaksiale gear 2, 5 og satellitter 4, 6 .

For en given vinkelhastighed for differentialhuset, vinkelhastighederne for de to udgående aksler 8 Og 9 forbundet med semiaksiale gear 2 Og 5 , kan acceptere forskellige betydninger afhængigt af køretøjets køreforhold. Først og fremmest afhænger vinkelhastighederne af udgangsakslerne af rotationsmodstanden fra hvert drivhjul, der er tilvejebragt til den tilsvarende drivaksel.

Der er et vist forhold mellem vinkelhastighederne af mekanismens tre led, som kaldes differentialkinematikligningen:

ω 1 + ω 2 = 2ω 0,

Hvor ω 1– vinkelhastighed på venstre akselhjul; ω 2– vinkelhastighed på højre akselhjul; ω 0 – Differentialhusets vinkelhastighed.

Af ovenstående ligning følger det, at ved en konstant hastighed af differentialhuset ( ω 0 = konst) et fald i omdrejningshastigheden for et hvilket som helst af gearene med en vis mængde forårsager en stigning i det andet gears rotationshastighed med samme mængde, dvs. summen af hjulenes vinkelhastigheder forbliver konstant ved en konstant rotationshastighed af differentialhuset.

På lige bevægelse bil på en flad overflade ( ris. 1, b) ramme 1 differentiale gennem tværstykket 3 og satellitter 4 Og 6 fører venstre væk 2 og rigtigt 5 halvaksiale gear, hvilket får dem til at rotere med samme vinkelhastighed. Satellitterne roterer ikke om deres akser.

Når du f.eks. drejer til højre ( ris. 1, i) højre semiaksial gear 5 vil rotere langsommere end differentialehuset og venstre gear 2 på grund af satellitternes rotation omkring deres akser, vil den accelerere og rotere hurtigere end differentialhuset 1 .

Hvis det ene gear er standset, vil det andet rotere dobbelt så hurtigt som differentialehuset.
Dette fænomen observeres, når et af de drivende hjul i en bil glider - hvis det ene hjul for eksempel sætter sig fast i en sump, vil det andet hjul, der står på en glat overflade, rotere hurtigt, mens det første står stille.

Stop af differentialehuset ved hjælp af transmissionens parkeringsbremse bremsesystem eller som følge af jamming sidste køretur når køretøjet er i bevægelse, kan det føre til, at drivhjulene, der er placeret på overflader med forskellige grebsforhold, begynder at rotere i forskellige sider, og bilen vil skride. Derfor anbefales det ikke at bruge transmissionens parkeringsbremsesystem til at standse køretøjet i en nødsituation.

Den vigtigste dynamiske egenskab ved en symmetrisk differentiale er, at i fravær af tab i indgreb og understøtninger, er momenterne på akselakslerne fordelt ligeligt:

M 1 = M 2 = 0,5 M 0,

Hvor M 1 Og M 2– momenter på semiaksiale gear; M 0– moment på differentialhuset.

Fordelingen af drejningsmoment ligeligt mellem hjulene på den ene aksel er gunstig, når køretøjet bevæger sig på en asfalteret vej, når grebet af alle hjul på vejen er ens.
Men hvis et af hjulene bevæger sig på glat underlag, kan bilen, som beskrevet ovenfor, glide. I dette tilfælde realiseres et lille drejningsmoment på det fastsiddende hjul.
Af denne grund forringer et symmetrisk differentiale køretøjets cross-country evne, hvilket er en af de største ulemper ved differentialer af denne type.

Udformningen af krydshjulets symmetriske vinkeldifferentiale er vist mere detaljeret i Figur 2.

Egenskaber ved design og drift af en symmetrisk affasningsdifferentiale

Den symmetriske skrådifferentialemekanisme, som er mest udbredt som krydsakseldifferentiale, omfatter et hus bestående af to kopper 1 Og 8 , spændt med bolte, hvortil hovedgearets drevne cylindriske tandhjul er fastgjort. Et kryds er klemt mellem kopperne 9 , på hvis spidser fire satellitter er frit installeret 5 . Bronzebøsninger presses ind i satellithullerne.

Halvaksiale gear 3 Og 6 placeret på de indvendige splinede ender af akselakslerne og er i konstant indgreb med satellitterne.
For at samle differentialet er der lavet vinduer i huset. For at reducere friktionen og øge differentialets levetid er der installeret bronzeskiver mellem satellitternes ender og halvaksiale gear 2, 4, 7 .

Satellitternes endeflader såvel som kroppens indre overflader er lavet sfæriske, hvilket letter deres bedre centrering på korsets spidser. Satellitterne og halvaksiale gear har lige tænder.

Eliminering af differentialets negative egenskab, som forværrer køretøjets cross-country evne, kan opnås ved at tvangslåse differentialet, hvilket fører til dannelsen af en stiv forbindelse mellem højre og venstre drivhjul. Tvungen blokering af differentialer bruges til at øge cross-country evnen for køretøjer med firehjulstræk. Differentiallåsning kan udføres på forskellige måder ved at forbinde en af akselakslerne ved hjælp af en gearkobling 1 med ringgear 2 , lavet på den aflange del af differentialskålen, mens alle elementer af differentialet roterer som en enhed ( ris. 3).

Tvungen differentialespærring udføres fra førersædet ved hjælp af et fjerndrev, som kan være mekanisk, pneumatisk, elektro-pneumatisk osv.
Efter at have passeret et vanskeligt stykke vej, skal låsen slås fra for at undgå intensivt slid på dækkene, tab af køretøjets stabilitet og øget brændstofforbrug.

Forkert brug af differentialespærren kan beskadige transmissionen. Derfor skal følgende forholdsregler tages, når du aktiverer aksellåsningen:

Hårde låse kan kun aktiveres, når bilen er helt standset;
du bør aktivere låsen forsigtigt, da motorkraften er ret nok til at forstyrre selve låsemekanismen eller knække akselakslen;
Vi bør ikke glemme, at den aktiverede blokering (især på førende foraksel) påvirker køretøjets håndtering negativt;
Det anbefales ikke at bruge en hård differentialespærre på hårde overflader.
Når låsen er slået til, skal du overholde hastighedsgrænserne anbefalet af producenten.

På grund af den beskrevne ulempe ved symmetriske vinkeldifferentialer, som forringer køretøjets cross-country evne og kræver brug af specielle låseanordninger, i design af biler, især dem, der er designet til at arbejde under vanskelige vejforhold, andre typer differentialer, der har selv -Låseegenskaber bruges nogle gange - de såkaldte selvlåsende differentialer.
Denne type differentiale omfatter f.eks. limited-slip cam differentialer.

Mange købere, når de vælger en SUV, er sandsynligvis stødt på udtrykket "elektronisk differentialespærre" i beskrivelsen af en bestemt model. Men ikke alle potentielle ejere af biler i denne klasse ved, hvad det er, og hvordan denne differentiale fungerer. I vores materiale i dag vil vi fortælle dig i detaljer, hvorfor en bil har brug for en differentiale, hvad dens typer er, og hvilke biler den er installeret på.

Tilblivelseshistorie og differentialets formål

På biler udstyret med en forbrændingsmotor dukkede differentialet op et par år efter deres opfindelse. Faktum er, at de første kopier af biler drevet af en motor havde meget dårlig håndtering. Ved drejning roterede begge hjul på samme akse med samme vinkelhastighed, hvilket førte til, at hjulet glider langs den ydre diameter, som var større end den indvendige. Løsningen på problemet blev fundet ganske enkelt: Designerne af de første biler med forbrændingsmotorer lånte en differentiale fra dampvogne - en mekanisme opfundet i 1828 af den franske ingeniør Olivier Pecquet-Rom. Det var en enhed bestående af aksler og gear, hvorigennem drejningsmomentet fra motoren overføres til drivhjulene. Men efter at have installeret differentialet på bilen, blev der opdaget et andet problem - glidning af hjulet, som havde mistet trækkraften.

Dette skete normalt, når køretøjet kørte på en vej, der var dækket af is. Så begyndte hjulet, der kom på isen, at rotere med en højere hastighed end det, der var på jorden eller beton, hvilket i sidste ende førte til, at bilen skridede. Så tænkte designerne på at forbedre differentialet, så begge hjul under sådanne forhold ville rotere med samme hastighed, og bilen ville ikke skride. Den første person, der eksperimenterede med at skabe et differentiale med begrænset slip, var Ferdinand Porsche.

Det tog ham tre år at udvikle, teste og markedsføre det såkaldte knastdifferentiale – den første skridbegrænsede mekanisme, som blev installeret på de første Volkswagen-modeller. Efterfølgende udviklede ingeniører forskellige typer forskelle, som vil blive diskuteret nedenfor.

I en bil udfører et differentiale tre funktioner: 1) overfører fra motoren til drivhjulene, 2) indstiller hjulene til forskellige vinkelhastigheder, 3) tjener i kombination med hovedgearet.

Differentialanordning

Forbedret af bildesignere er differentialet designet i form af et planetgear, hvor drejningsmomentet fra motoren overføres gennem en drivaksel og et vinkelgear til differentialehuset. Det leder til gengæld momentet til to gear, og de fordeler momentet mellem akselakslerne. Koblingen mellem satellitgearene og akselakslerne har to frihedsgrader, som giver dem mulighed for at rotere med forskellige vinkelhastigheder.

Differentialet giver således forskellige omdrejningshastigheder for hjul placeret på samme akse, hvilket også forhindrer udskridning ved vending. Efter at den blev opfundet, havde bilen to, og efterfølgende tre (med center) differentialer, som fordelte drejningsmomentet mellem drivakslerne.

Det er allerede klart, at ikke en eneste bil kan undvære et differentiale. I for- og baghjulstrukne køretøjer er den placeret på drivakslen. Hvis en bil har en dobbeltdrevet aksel, så bruges to differentialer i transmissionsdesignet - en for hver aksel. I køretøjer med firehjulstræk er der to differentialer (for modeller med plug-in firehjulstræk - en for hver aksel) eller tre (for modeller med permanent firehjulstræk - en for hver aksel, plus center differentiale, som fordeler moment mellem akslerne). Ud over antallet af mekanismer installeret på biler med forskellige typer drev, skelnes differentialer af typen af låsning.

Typer af differentialer

I henhold til typen af låsning er differentialer opdelt i to - manuel og elektronisk låsning. Manuel, som navnet antyder, udføres manuelt af føreren ved hjælp af en knap eller vippekontakt. I dette tilfælde er mekanismens satellitgear blokeret, drivhjulene bevæger sig med samme hastighed. Typisk leveres manuel differentialespærring på SUV'er.

Elektronisk eller automatisk differentialespærring udføres ved hjælp af en elektronisk styreenhed, som ved at analysere vejoverfladen (information fra sensorer og traktionskontrolsystemet anvendes) selv blokerer satellitgearene.

Bagdifferentiale med elektronisk styret Range Rover Sport

I henhold til graden af blokering er denne enhed opdelt i en differentiale med fuld blokering og en differentiale med delvis blokering af satellitgearene.

Fuld differentialespærring involverer et 100% stop af rotation af satellitgearene, hvor selve mekanismen begynder at udføre funktionen af en konventionel kobling, der overfører lige drejningsmoment til begge akselaksler. Som et resultat roterer begge hjul med samme vinkelhastighed. Hvis et af hjulene mister trækkraften, overføres alt drejningsmomentet til hjulet med bedre trækkraft, hvilket giver dig mulighed for at overvinde terrænforhold. Denne differentiale enhed bruges på SUV'er og andre.

Delvis differentialespærring involverer ufuldstændig stop af rotationen af satellitgearene, det vil sige med glidning. Denne effekt opnås gennem såkaldte selvspærrende differentialer. Afhængigt af hvordan denne mekanisme fungerer, er de opdelt i to typer: Hastighedsfølsomme (funktion, når akselakslernes rotationsvinkelhastigheder er forskellige) og Momentfølsom (funktion, når drejningsmomentet på en af akselakslerne falder). Denne differentiale enhed bruges på SUV'er Mitsubishi Pajero, Audi med, BMW med X-Drive system og så videre.

Differentialer, der tilhører den hastighedsfølsomme gruppe, har forskellige designs. Der er en mekanisme, hvor en viskøs kobling spiller rollen som en differential. Det er et reservoir, der er placeret mellem akselakslen og propelakslens rotor, fyldt med en speciel tyktflydende væske, hvori igen de skiver, der er leddelt med akselakslen og rotoren, er nedsænket. Når hjulenes vinkelhastighed adskiller sig (det ene hjul roterer hurtigere end det andet), begynder skiverne i tanken også at rotere med forskellige hastigheder, men den viskøse væske udligner gradvist deres hastighed og følgelig momentet. Så snart begge hjuls vinkelhastigheder er ens, afbrydes den viskøse kobling. Ifølge dens egenskaber er en viskøs kobling mindre pålidelig end en friktionsdifferentiale, så den er installeret på biler designet til at overvinde moderate terrænforhold eller sportsmodifikationer af biler.

En anden differentialmekanisme, der tilhører den hastighedsfølsomme gruppe, er gerotordifferentialet. Her spilles blokeringens rolle, i modsætning til den viskøse kobling, af oliepumpen og friktionspladerne, som er monteret mellem differentialhuset og akselakslernes satellitgear. Men funktionsprincippet ligner på mange måder det for en viskøs kobling: Når der opstår en forskel i drivhjulenes vinkelhastigheder, pumper pumpen olie på friktionspladerne, som under tryk blokerer differentialehuset og akselgearet. indtil hjulenes omdrejningshastigheder er ens. Så snart dette sker, holder pumpen op med at fungere, og låsen er deaktiveret.

Differentialer, der tilhører den momentfølsomme gruppe, har også forskellige designs. For eksempel er der en mekanisme, der bruger en friktionsdifferentiale. Dens ejendommelighed er forskellen i hjulenes vinkelhastigheder, når bilen bevæger sig på en lige linje og i et sving. Ved kørsel på lige vej er begge hjuls vinkelhastighed den samme, men i sving er dens værdi forskellig for hvert hjul. Dette opnås ved at installere en friktionskobling mellem differentialehuset og satellitgearet, som hjælper med at forbedre overførslen af drejningsmoment til det hjul, der har mistet trækkraft.

En anden type differential er med hypoid (orm eller skrue) og spiralformet gearing. De er traditionelt opdelt i tre grupper.

Den første er med hypoidgear, hvor hver akselaksel har sine egne satellitgear. De er forbundet med hinanden ved hjælp af cylindrisk gearing, og gearaksen er placeret vinkelret på akselaksen. Når der opstår en forskel i drivhjulenes vinkelhastigheder, kiles akseltandhjulene, og der dannes friktion mellem differentialhuset og gearene. Differentialet er delvist låst, og drejningsmomentet overføres til den akse, hvis vinkelomdrejningshastighed er lavere. Så snart hjulenes vinkelhastighed er udlignet, deaktiveres låsen.

Den anden er med spiralgear, hvor hver akselaksel også har sine egne satellitgear (de er spiralformede), men deres akser er placeret parallelt med akselakserne. Og disse enheder kombineres med hinanden ved hjælp af skrueformet gearing. Satellitterne i denne mekanisme er installeret i specielle nicher på differentialhuset. Når hjulenes vinkelhastighed afviger, kiler gearene, og de, der passer til gearene i differentialhusets nicher, blokerer det delvist. I dette tilfælde er drejningsmomentet rettet til akselakslen, hvis rotationshastighed er lavere.

Den tredje er med spiralformede tandhjul på akselakslerne og spiralformede gear af satellitterne, som er placeret parallelt med hinanden. Denne type bruges i udformningen af centerdifferentialet. Takket være differentialets planetariske udformning er det muligt, gennem delvis blokering, at flytte drejningsmomentet til den akse, hvis vinkelhastighed for hjulrotationen er lavere. Udvalget af dette skift er meget bredt - fra 65/35 til 35/65. Når der er etableret ens vinkelhastigheder for hjulene på for- og bagakslen, låses differentialet op.

Disse grupper af differentialer er meget udbredt i bilindustrien: de er installeret på både "civile" og sportsmodeller.

Som regel ligger hemmeligheden bag SUV'ers udholdenhed i deres specielle design, som er baseret på en øget stivhedsramme, en kraftig motor og tilstedeværelsen af et system firehjulstræk og en overførselskasse, som fordeler drejningsmomentet til køretøjets aksler og om nødvendigt øger det til den nødvendige værdi. Til gengæld består den nye generation af "transferkasse" af elementer som et centerdifferentiale, en transmission af kædetype, der tjener til at overføre motormoment til bilens foraksel og et reduktionsgear.

I dette tilfælde er det tilstedeværelsen af centerdifferentialet, der kan kaldes det vigtigste særpræg strukturen af transferkassen, som er en integreret del af firehjulstræksystemet. Dette element er nødvendigt for at sikre, at køretøjets drivaksler kan rotere med forskellige hastigheder. Og for fuldt ud at realisere systemets muligheder har det en sådan funktion som at låse centerdifferentialet, hvilket er det mest effektiv måde forbedring af køretøjets evne til at køre på tværs.

Denne funktion kan implementeres automatisk eller manuelt. I det andet tilfælde udføres blokeringen af føreren selv. Dette sker ved hjælp af en speciel enhed - et drev, som kan være mekanisk, hydraulisk, elektrisk eller pneumatisk. Denne type blokering kaldes tvungen.

Tvungen spærring af centerdifferentialet indebærer et faktisk fuldstændigt ophør af dets funktioner og transformation til en konventionel kobling, som stift kobler bilens akselaksler eller kardaner og overfører den samme mængde drejningsmoment til dem med samme vinkelhastighed. Det bruges til at køretøjet skal overvinde vanskelige områder, og når det passerer dem, skal det være slukket.

Automatisk låsning, også kendt som delvis slip differentialespærring, opnås ved hjælp af design som:

Viskøs kobling,
Torsen differentiale,
Friktionskobling.

Viskøs kobling, dens struktur og virkningsmekanisme

Den tyktflydende kobling er fastgjort med et drev til differentialeskålen, mens dens anden ende er fastgjort til bilens akselaksel. Når køretøjet er i normal køretilstand, roterer skålen og akselakslen med samme vinkelhastighed. Disse indikatorer kan kun afvige lidt fra hinanden, når du kører i sving. Det vil sige, at selve arbejdsplanerne for den viskøse kobling på dette tidspunkt har en minimal procentdel af divergens, og den er i sig selv i åben form. Hvis der overføres et større drejningsmoment til nogen af bilens aksler, hvorved dens omdrejningshastighed væsentligt overstiger de øvrige aksler, opstår der friktion i den viskøse kobling, som får den til at blokere.

Det viser sig, at jo mere bilakslernes vinkelhastigheder afviger fra hinanden, jo mere friktion opstår der i den viskøse kobling, og jo stærkere bliver graden af dens blokering. Til gengæld, efter at de er justeret, falder friktionen gradvist, hvilket fører til en jævn åbning af den viskose kobling og deaktiverer blokeringen.

Denne centerdifferentialespærre fungerer bedst, når køretøjet bruges på overflader af lav kvalitet, men under rigtige terrænforhold fungerer den ikke godt. den bedste måde. Faktum er, at en viskøs kobling simpelthen ikke er i stand til at klare hurtige og hyppige ændringer i vedhæftningstilstanden mellem bilens aksler og jorden, hvorfor den overophedes og svigter.

Funktioner af Torsen differentialenhed og dens typer

Til gengæld er Torsen selvlåsende differentiale en af de mest højteknologiske og effektive former blokering. Det har bedre reaktion og evne til kort tid"reagere" på ændringer i mængden af drejningsmoment, reagere på dette ved at ændre graden af blokering. Det er SUV'er med centerdifferentiale af denne type lås, der er de mest pålidelige. Dens handling er baseret på egenskaberne af et hypoidt eller spiralformet tandhjul, som om nødvendigt kan "kiles". Denne type design har tre varianter:

Type 1

Gear og satellitter på drivakselakslerne bruges her som hypoid-par. Satellitterne på de modsatte halvakser, der er placeret i en vinkelret position i forhold til dem, er forbundet med hinanden ved hjælp af tandhjul.

I normal køretilstand, når drejningsmomenterne er ligeligt fordelt på bilens aksler, er disse par i en stationær position eller bevæger sig med lav intensitet, hvilket giver en optimal forskel i akslernes vinkelhastigheder ved sving. I tilfælde, hvor der er "glidning" af en af akslerne, hvilket udtrykkes i et fald i drejningsmomentet på den, begynder "satellit-aksel-aksel"-parrene roterende bevægelser, hvilket fører til friktion og delvis blokering af differentialet. Til gengæld fordeles drejningsmomentet i samme øjeblik til fordel for den mindre intensivt arbejdende akselaksel.

Det er værd at bemærke, at Torsen type 1-differentialet har det kraftigste design i sin klasse, da det fungerer i det bredeste område af drejningsmomentforhold - fra 2,5/1 til 5,0/1.

Type 2

Designet af denne differentiale, skabt af den engelske designer Rod Quaife, bruger akselgear af spiraltype og spiralformede gear fra satellitter placeret parallelt med akselakslerne. Hvis vi sammenligner dem med den tidligere type, kan vi se, at centerdifferentialdesignet af denne type er karakteriseret ved en lavere blokeringskoefficient, kompenseret af en højere reaktionshastighed og større følsomhed over for ændringer i det transmitterede drejningsmoment. Lignende mekanismer bruges på indenlandsk producerede biler, herunder UAZ'er.

Type 3

Torsen-centerdifferentialanordningen af den tredje type fra Zexel Torsen-virksomheden ligner stort set den anden type i sine designtræk og funktionsprincip. Her anvendes også akselgear af spiralform og satellittandhjul, hvis akser er parallelt i forhold til akselakslerne.

Takket være den planetariske struktur i dette design ændres den nominelle drejningsmomentfordeling til fordel for en eller anden aksel på bilen. Den største fordel ved denne type låseanordning er dens funktionalitet og kompakthed, hvilket gør det muligt at forenkle designet af overførselskuffen og reducere dens størrelse.

Strukturelle forskelle mellem friktionskoblinger

Friktionskoblingens design omfatter en tromle, som har en direkte forbindelse med bilens nav, flere friktionsfriktionsskiver (to eller flere), et stempel, der komprimerer disse skiver, og en fjeder, der returnerer stemplet til sin oprindelige position.

Der er en stiv forbindelse mellem tromlen og navet. I dette tilfælde er der inde i sidstnævnte en ring, der fungerer som en prop, hvorpå der hviler en skivefjeder på stemplet. Til gengæld er navet udstyret med specielle kanaler, der flytter olie mellem stemplet og tromlen. I personbiler anvendes oftest skivefriktionskoblinger, der har to friktionsflader, bestående af en skive og to koblingshalvdele, og et multi-disc design kan oftere findes på specialiserede køretøjer, herunder traktorer.

Lad os se på, hvordan et centerdifferentiale med en friktionskobling fungerer: Når bilen er i normal, jævn køretilstand, sker fordelingen af vinkelhastigheder mellem bilens aksler jævnt. Men når nogen af akselakslerne begynder at rotere hurtigere, begynder friktionsskiverne at bevæge sig tættere på hinanden, hvilket bremser det ved hjælp af de friktionskræfter, der opstår.

Denne type låsesystem er yderst effektiv, men ses sjældent på produktionspersonbiler. Denne tendens forklares af kompleksiteten af designet og de særlige specifikationer ved servicering af friktionsdifferentialer samt den korte levetid forårsaget af det hurtige slid på deres komponenter.

Driftsprincippet for et centerdifferentiale af friktionstype anvendes i Haldex-koblingen, som er blevet produceret siden 1998 af en svensk virksomhed af samme navn. Producenter baserede driften af denne enhed på en elektrohydraulisk kombination af elementer. Men på trods af Haldex-koblingens progressivitet og innovative ånd, var der større sandsynlighed for, at dens første versioner mislykkedes end at blive succesfulde, hvilket krævede adskillige designforbedringer, og de seneste udviklinger viste sig at være meget succesrige og efterspurgte.

På i øjeblikket 5. generation af Haldex-koblingen er ved at blive frigivet, med forbedrede egenskaber, herunder:

evnen til at styre enheden uanset køretilstanden;
evne til hurtigt at øge drejningsmomentet ved hjælp af feedforward kontrol;
mulighed for konstant drift af det bageste hovedgear;
kompatibilitet med forskellige bilbremsekontrolsystemer, herunder ABS.

Konklusion

Efter at have analyseret disse oplysninger, kan du forstå, hvorfor en centerdifferentiale er nødvendig. Enkelt sagt kan det kaldes en distributør drejningsmoment på hjulene på en bil, der fungerer efter princippet om en apoteksskala: hvis begge arme af mekanismen er under samme belastning, så når de "løftes af halen" stiger de lige meget, men hvis en af dem er under en stor belastning , vil den anden arm hæve sig for at opretholde balancen.

Differentialet i en bil fungerer til at udføre følgende tre opgaver:

Differentialet overfører motorkraft til bilens hjul.
Det tager det sidste trin i at reducere antallet af omdrejninger til hjulene (vi husker, at det første sådant trin tages af gearkassen) og derfor øger det drejningsmoment, der overføres til de samme drivhjul.
Ved at overføre kraft til drivhjulene (altid tændt lige tal hjul på samme aksel: to eller alle fire), differentialet tillader hver af dem at rotere med forskellige hastigheder (det er, hvad differentialet har sit navn fra).

I denne artikel vil du lære, hvorfor din bil har brug for forskellige hjulhastigheder, hvordan dette opnås, hvad et differentiale er, hvordan et differentiale fungerer, og hvad dets største ulemper er. Vi vil også se på flere af dens typer.

Hvad er en differential til?

Bilhjul roterer med forskellige hastigheder, dette er især bemærkelsesværdigt, når man drejer. Du kan se i animationen herunder, at hvert hjul kører en meget forskellig afstand, når bilen drejer, og at de indvendige hjul kører en meget kortere afstand end de yderste hjul. Da hastigheden er lig med afstanden divideret med den tid, der kræves for at tilbagelægge den afstand, viser det sig, at de hjul, der kører en kortere strækning, roterer med en lavere hastighed: så når man drejer til venstre, vil de venstre hjul rotere langsommere end de højre dem, og omvendt. Det skal også bemærkes, at forhjulene kører en anden afstand end baghjulene.

Klik for at se animation

For biler med kun én hjulaksel drevet - enten baghjulene eller forhjulene - er forskellen i rotation af forhjulene til baghjulene ikke et problem. Der er ingen forbindelse mellem dem, så de roterer uafhængigt. Men drivhjulene er forbundet med hinanden, så en motor og transmission skal drive begge hjul på samme tid med forskellige hastigheder af deres rotation. Men hvad nu hvis vi kun har én motor?! Hvis din bil ikke er udstyret med et differentiale, skal hjulene låses sammen og tvinges til at rotere med samme hastighed. Dette ville gøre drejemanøvrer - selv i en lille vinkel - vanskelige: I sådanne biler skulle det ene dæk glide, eller det andet skulle snurre for at kunne dreje. Og med moderne dæk og asfaltveje vil dette kræve en del indsats. Denne kraft skal overføres gennem akslen fra det ene hjul til det andet, hvilket vil lægge en meget tung belastning på akselkomponenterne.

Differentialet håndterer dette problem fejlfrit.

Hvad er en differential?

Differential er en enhed, der opdeler en motors drejningsmoment i to udgangsbaner, så hver udgang kan rotere med forskellig hastighed.

Differentialet findes på alle moderne biler og lastbiler, samt på mange firehjulstrukne køretøjer. Desuden skal alle firehjulstrukne biler have et differentiale mellem hvert sæt drivhjul på samme aksel, og derudover skal de have en differentiale mellem par af for- og baghjul (husk begyndelsen af artiklen - fordi fronten hjul kører en anden afstand, i modsætning til baghjulene, når køretøjet bevæger sig i en anden retning end lige?).

Nogle firehjulstrukne køretøjer har dog ikke en forskel mellem for- og baghjul, og i stedet er disse hjulpar tæt koblet, så for- og baghjulene skal dreje med samme hastighed. Derfor anbefaler producenterne ikke at køre sådanne biler på hårde overflader i firehjulstræk-tilstand, men kun at bruge det off-road.

Lad os nu finde ud af, hvor differentialet normalt er placeret i bilen, afhængigt af bilens kørselstype:

Hvordan fungerer en differential?

Vi starter med den enkleste type differential, kaldet åben differentiale. Men først skal vi lære nogle udtryk - se på billedet nedenfor, der vil du finde hovedkomponenterne af, hvordan en differential fungerer:

Differentialet består således af følgende hoveddele:

Drivaksel - overfører drejningsmoment, der fører den fra gearkassen til begyndelsen af differentialet
Drivakselens drivgear er et spiralformet lille kegleformet tandhjul, der bruges til at aktivere differentialmekanismen
Ringgearet er et drevet tandhjul, også i form af en kegle, som drives (roteres) af drivhjulet. De drivende og drevne gear taget sammen kaldes sidste køretur og det er dem, der tjener som sidste trin i at reducere omdrejningshastigheden, som i sidste ende vil nå hjulene (ringgearet er altid mindre end drivhjulet, hvilket betyder, at drivhjulet skal gøre meget mere flere revolutioner indtil slaven kun laver én omdrejning omkring sig selv).
Akselgear er de sidste gear på vejen for transmission af rotation fra drivakslen til hjulene.
Satellitter er en planetarisk mekanisme, der præcist udfører nøglerolle i at sikre forskellen i hjulrotation ved drejning.
Akselaksler er aksler, der går fra differentialet direkte til hjulene.

Lad os nu komme til den vigtigste og vigtigste forståelse af, hvordan en differential fungerer, og se på animationerne nedenfor af, hvordan de ovennævnte åbne differentialkomponenter fungerer i to tilfælde:

Når bilen kører ligeud.
Når bilen drejer.

Se selv - det er ganske enkelt:

Klik på knappen "Turn" for at se, hvordan differentialet fungerer under et sving, og "Go Straight" for at se, hvordan dets komponenter bevæger sig under kørsel i lige linje.

Som vi kan se, når vi kører ligeud i vores bil, roterer praktisk talt hele differentialmekanismen med samme hastighed: rotationshastigheden af indgangsakslen er lig med rotationshastigheden af akselakslerne og følgelig rotationshastigheden af den indgående aksel. hjul. Men så snart vi drejer lidt på rattet, ændrer situationen sig, og hovedrolle nu kommer satellitterne ind, som låses op på grund af forskellen i belastning på hjulene (når det ene hjul forsøger at glide, snurrer hurtigere), og al kraften fra motoren går nu igennem dem. Og på grund af det faktum, at to satellitter er to uafhængige gear, viser det sig, at de overfører forskellige omdrejningshastigheder til akselakslerne, som om de deler den, men ikke deler al kraften ligeligt, men sender den største kraft til hjulet, der bevæger sig langs yderkanten i bilens drejetid og følgelig dreje den stærkere (øge dens antal omdrejninger). Og forskellen i transmitteret kraft er stærkere, jo stejlere bilen drejer (mere præcist, jo mere mindre radius drejning af denne bil).

Hvad er den største ulempe ved differentialet?

Et åbent differentiale overfører rotation til et eller andet hjul i næsten ethvert forhold, inklusive et forhold på 100%/0% - når et af drivhjulene modtager hele drejningsmomentet. Samtidig opstår fordelingen af en sådan rotation mellem hjulene, når belastningen på disse hjul (og sammen med dem på akselakslen) ændres - det vil sige, at hjulet med en lavere belastning i en omgang får mere rotation. Men her ligger en væsentlig ulempe, som opstår under visse forhold, nemlig når begge drivhjul er i mudder, sne eller is, og bilen begynder at glide - i dette tilfælde vil det hjul, der har mindre trækkraft med overfladen, modtage størstedelen af rotationen. Kort sagt, hvis du for eksempel sidder fast i sneen og sidder "på maven" - når det ene hjul er klæbet til overfladen af sneen, og det andet hænger helt i luften, så er det hjulet, der vil modtage kraft på grund af den passende fordeling langs differentialakselakslerne, som er ophængt, og det er denne, der vil snurre hjælpeløst i luften. Især varmt dette problem Velegnet til SUV'er og terrængående køretøjer.

Hvilke typer differentialer er der?

Løsningen på disse problemer er begrænset slip differentiale(LSD, kaldes det også begrænset slip differentiale). Differentialer med begrænset slip bruger forskellige mekanismer til at give normal differentialvirkning under forskellige kørselsforhold. Når et hjul glider, tillader et sådant differentiale, at mere drejningsmoment overføres til det skridsikre hjul.

SUV'er og terrængående køretøjer anvender også manuelt skiftende differentiale, som dog meget ofte ikke er beskyttet mod utilsigtet slukning eller slukning på det forkerte tidspunkt på grund af uvidenhed - faktum er, at muligheden for at slukke for differentialet under kørslen medfører dens mulige sammenbrud, og dette er et almindeligt problem.

Hvad er en viskøs kobling (viskos kobling)?

Viskøs kobling findes oftest i alle firehjulstrukne køretøjer. Og hvis du har læst en artikel om princippet om drift af en momentomformer, så ved, at en viskøs kobling har et lignende driftsmønster som det. Det er meget brugt til at forbinde baghjulene til forhjulene på en sådan måde, at når et sæt hjul begynder at glide, vil drejningsmomentet blive overført til det andet sæt, hvorved det beskrevne problem med hjulslip, der er beskrevet ovenfor, løses.

En viskøs kobling har to sæt plader inde i et forseglet hus, der er fyldt med en tyktflydende væske (noget tyktflydende end for eksempel gearolie). Et sæt plader er forbundet til hver udgangsaksel. Under normale forhold bevæger begge sæt plader og deres del af viskøs væske sig med samme hastighed. Men når den ene aksel forsøger at snurre hurtigere, måske fordi den glider, spinder de mange plader, der svarer til hjulene på den aksel, hurtigere end de andre. Den tyktflydende væske, der er placeret mellem pladerne, forsøger at indhente de hurtigere skiver og fører derved de langsomme skiver sammen med sig. Dette overfører mere drejningsmoment til de langsommere roterende hjul, som forhindrer dem i at glide.

Viskøs koblingsanordning

Når en bil drejer, er forskellen i hastighed mellem hjul på samme aksel ikke så stor, som når et af hjulene simpelthen glider. Jo hurtigere pladerne roterer i forhold til hinanden, jo mere drejningsmoment påføres koblingen. Koblingen forhindrer ikke svingene i at dreje, fordi mængden af drejningsmoment, der overføres under rotation, er lille.

Et simpelt eksperiment med et æg vil hjælpe med at forklare adfærden af en viskøs kobling. Lægger du et æg på køkkenbordet, flytter skallen, hviden og blommen sig ikke. Men når du begynder at snurre ægget, vil æggets skal bevæge sig med en hurtigere hastighed end hviden, og hviden vil bevæge sig lidt hurtigere, æder blommen, men blommen vil så hurtigt indhente. For at være sikker på disse ord skal du udføre et eksperiment, så snart du har et æg: drej det hurtigt nok, og stop det, så slip bare ægget, og det vil begynde at rotere igen (nå, eller kl. mindste ryk i retning af den forrige rotation). I dette eksperiment brugte vi friktion mellem skallen, hvid og æggeblomme, og påførte kun kraft på skallen. Først snoede vi rent faktisk skallen, og med en vis forsinkelse bag skallen, på grund af friktion, begyndte hviden og derefter blommen at afvikle. Og da vi stoppede skallen, påførte den samme friktion - mellem den stadig bevægende blomme, hvid og skal - en kraft på skallen, hvilket fik den til at accelerere. Så i tilfælde af en viskøs kobling overføres kraften mellem væsken og pladerne på samme måde som mellem blommen, hviden og skallen.

Hvad er en Torsen differential?

Torsen-differentialet er et rent mekanisk apparat: det er ikke bundet til nogen koblinger eller tyktflydende væsker og er i det væsentlige en ret simpel mekanisme, meget lig en åben differentiale.

Torsen arbejder på samme måde som åben differentiale, når mængden af drejningsmoment mellem de to drivhjul er ens. Men så snart det ene hjul begynder at miste trækkraften, får forskellen i drejningsmoment gearene i Torsen-differentialet til at låse sammen.

Denne type differentiale bruges ofte i kraftige og meget kraftige køretøjer med firehjulstræk. Som en viskøs kobling bruges den ofte til at overføre kraft mellem for- og baghjul. Og i denne applikation er Torsen-differentialet overlegent det viskøse differentiale, fordi det overfører drejningsmoment til hjulene konsekvent, før glidningen faktisk begynder. Men hvis det ene sæt hjul mister trækkraften fuldstændigt, så vil Torsen-differentialet ikke være i stand til at overføre drejningsmoment til det andet hjulsæt på grund af dets design og funktionsprincip.

Sådan ser et moderne Torsen differentiale ud

Næsten alle Hummere bruger i øvrigt et Torsen differentiale mellem for- og bagaksel. Når det er sagt, tilbyder Hummer-brugervejledningen en ny løsning på problemet, når det ene hjul helt mister trækkraften: Tryk på bremsepedalen. Ved at aktivere bremsen påføres momentet på de hjul, der er i luften, og går derefter til de hjul, der kan trække bilen ud af rodet.

Når bilen bevæger sig, overføres drejningsmomentet fra og derefter gennem hovedgearet og differentialet til drivhjulene.

giver dig mulighed for at øge eller mindske det overførte drejningsmoment og samtidig reducere og tilsvarende øge hjulenes rotationshastighed. Gearforholdet i slutdrevet er valgt på en sådan måde, at det maksimale drejningsmoment og omdrejningshastighed for drivhjulene er i de mest optimale værdier for et bestemt køretøj. Derudover er den sidste køretur meget ofte genstand for biltuning.

Slutdrevenhed

Faktisk er hovedgearet ikke andet end en gearreduktionsgearkasse, hvor drivgearet er forbundet med gearkassens sekundære aksel, og det drevne gear er forbundet med bilens hjul. I henhold til typen af gearforbindelse er hovedgearene opdelt i følgende typer:
cylindrisk - i de fleste tilfælde brugt på biler med en tværgående gearkasse og forhjulstræk;
konisk - bruges meget sjældent, da den har store dimensioner og et højt støjniveau;
Hypoid er den mest populære type slutdrev, som bruges på de fleste biler med klassisk baghjulstræk. Hypoid transmission er kendetegnet ved sin lille størrelse og lave støjniveau;

orm - praktisk talt ikke brugt på biler på grund af kompleksiteten af fremstillingen og høje omkostninger.

Det er også værd at bemærke, at forhjulstrækkere og baghjulstrukne køretøjer har forskellige slutdriftsplaceringer. I forhjulstrukne køretøjer med tværgående gearkasse og kraftenhed er det cylindriske hovedgear placeret direkte i gearkassehuset. I biler med klassisk baghjulstræk, sidste træk installeret i drivakselhuset

og er forbundet til gearkassen via . Funktionaliteten af hypoidtransmissionen i en baghjulsdrevet bil inkluderer også en 90-graders rotation på grund af koniske gear. På trods af de forskellige typer og placeringer forbliver formålet med det endelige drev det samme.

Bil differentiale oftest kombineret med hovedgearet og placeret henholdsvis i gearkassehuset eller i huset bagaksel. Der kan dog også installeres et differentiale mellem drivakslerne på et køretøj med firehjulstræk. Differentialet repræsenterer og er opdelt i følgende varianter:

konisk - i de fleste tilfælde er det installeret sammen med hovedgearet mellem hjulene på en drivaksel;
cylindrisk - bruges oftest til at afkoble drivakslerne på køretøjer med firehjulstræk;
snekke - er universal og monteres både mellem hjulene og mellem drivakslerne.

Hovedformålet med differentialet er at fordele drejningsmoment mellem hjulene på bilen og ændre deres rotationshastighed i forhold til hinanden. Så f.eks at dreje en bil uden differentiale ville simpelthen være umuligt, da det ydre hjul nødvendigvis skal rotere med en højere frekvens end det indre, når man drejer.

Der er symmetriske og asymmetriske forskelle. Et symmetrisk differentiale overfører lige drejningsmoment til begge hjul og monteres oftest sammen med slutdrevet. Et asymmetrisk differentiale giver dig mulighed for at overføre drejningsmoment i forskellige proportioner og er installeret mellem.

Differentialet består af et hus, tandhjul og sidegear. Huset er normalt kombineret med hoveddrevets drevne gear. Satellitgearene spiller rollen som en planetgearkasse og forbinder sidegearene til differentialehuset. De semiaksiale (sol)gear er forbundet til drivhjulene via akselaksler med notled.

Med alle fordelene ved den enkleste differentiale der er også en ulempe. Faktum er, at omdrejningshastigheden kan fordeles på hjulene ikke kun i forholdet, for eksempel 50/50, 40/60 eller 35/65, men også 0/100. Det vil sige, at absolut alt drejningsmomentet kan overføres til det ene hjul på bilen, mens det andet hjul vil være absolut statisk. Dette sker, når bilen sidder fast i mudder eller is.

Moderne differentialer er dog mere avancerede og praktisk talt fri for denne ulempe. Mange differentialer har hård automatisk eller manuel låsning. Derudover er moderne firehjulstrukne personbiler udstyret med et retningsstabilitetssystem, som er baseret på den optimale fordeling af drejningsmomentet mellem akslerne og de enkelte hjul afhængigt af banen.