Dimana letak differentialnya? Cara kerja berbagai jenis diferensial.

Diferensial bevel simetris paling banyak digunakan pada transmisi mobil sebagai diferensial lintas gandar karena kesederhanaan desain, pengoperasian yang andal, ukuran dan berat yang kecil. Mereka digunakan pada kargo dan mobil penumpang.
Diferensial yang digunakan dalam transmisi mobil adalah mekanisme planetary tiga link dengan dua derajat kebebasan ( beras. 1).
Tautan diferensialnya adalah: laba-laba 3 , terkait dengan tubuh 1 diferensial, roda gigi semi-aksial 2, 5 dan satelit 4, 6 .

Untuk kecepatan sudut rotasi rumah diferensial tertentu, kecepatan sudut kedua poros keluaran 8 Dan 9 dihubungkan dengan roda gigi semi-aksial 2 Dan 5 , bisa menerima arti yang berbeda tergantung pada kondisi berkendara kendaraan. Pertama-tama, kecepatan sudut poros keluaran bergantung pada hambatan rotasi dari setiap roda penggerak yang diberikan ke poros penggerak yang sesuai.

Ada hubungan tertentu antara kecepatan sudut ketiga mata rantai mekanisme, yang disebut persamaan kinematika diferensial:

ω 1 + ω 2 = 2ω 0,

Di mana ω 1– kecepatan sudut roda poros kiri; ω 2– kecepatan sudut roda poros kanan; ω 0 – kecepatan sudut rumah diferensial.

Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa pada kecepatan konstan rumah diferensial ( ω 0 = konstanta) penurunan kecepatan putaran salah satu roda gigi dengan jumlah tertentu menyebabkan bertambahnya kecepatan putaran roda gigi yang lain dengan jumlah yang sama, yaitu jumlah kecepatan sudut roda tetap konstan pada kecepatan putaran konstan dari rumah diferensial.

Pada gerak lurus mobil di permukaan datar ( beras. 1,b) bingkai 1 diferensial melalui potongan melintang 3 dan satelit 4 Dan 6 membawa pergi yang kiri 2 dan benar 5 roda gigi semi-aksial, menyebabkan roda gigi tersebut berputar dengan kecepatan sudut yang sama. Satelit tidak berputar pada porosnya.

Saat berbelok, misalnya ke kanan ( beras. 1, masuk) gigi semi-aksial kanan 5 akan berputar lebih lambat dari rumah diferensial, dan gigi kiri 2 karena perputaran satelit pada porosnya, ia akan berakselerasi dan berputar lebih cepat daripada rumah diferensial 1 .

Jika salah satu gigi dihentikan, gigi lainnya akan berputar dua kali lebih cepat dari rumah diferensial.
Fenomena ini terjadi ketika salah satu roda penggerak mobil tergelincir - jika salah satu roda tersangkut, misalnya di rawa, roda kedua yang berdiri di permukaan licin akan berputar dengan cepat sedangkan roda pertama tidak bergerak.

Menghentikan rumah diferensial menggunakan rem parkir transmisi sistem rem atau akibat kemacetan perjalanan terakhir ketika kendaraan bergerak, hal ini dapat menyebabkan roda penggerak, yang terletak pada permukaan dengan kondisi cengkeraman yang berbeda, mulai berputar masuk sisi yang berbeda, dan mobil akan tergelincir. Oleh karena itu, tidak disarankan menggunakan sistem rem parkir transmisi untuk menghentikan kendaraan dalam keadaan darurat.

Sifat dinamis utama dari diferensial simetris adalah, jika tidak ada rugi-rugi pada pengikatan dan tumpuan, momen pada poros gandar didistribusikan secara merata:

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

Di mana M 1 Dan M 2– momen pada roda gigi semi-aksial; M 0– momen pada rumah diferensial.

Distribusi torsi yang merata antara roda-roda pada satu poros menguntungkan ketika kendaraan bergerak di jalan beraspal, ketika cengkeraman semua roda di jalan sama.
Namun jika salah satu roda bergerak di tanah licin, maka seperti dijelaskan di atas, mobil bisa saja tergelincir. Dalam hal ini, sedikit torsi terjadi pada roda yang macet.
Oleh karena itu, diferensial simetris mengganggu kemampuan kendaraan lintas alam, yang merupakan salah satu kelemahan utama diferensial jenis ini.

Desain diferensial bevel simetris lintas roda ditunjukkan lebih detail di Gambar 2.

Fitur desain dan pengoperasian diferensial bevel simetris

Mekanisme diferensial bevel simetris, yang paling banyak digunakan sebagai diferensial poros silang, mencakup rumahan yang terdiri dari dua cangkir 1 Dan 8 , dikencangkan dengan baut yang memasang roda gigi penggerak dari roda gigi utama. Sebuah potongan melintang terjepit di antara cangkir 9 , di puncaknya terdapat empat satelit yang dipasang secara bebas 5 . Busing perunggu ditekan ke dalam lubang satelit.

Roda gigi semi-aksial 3 Dan 6 terletak di ujung splined internal poros gandar dan selalu terhubung dengan satelit.
Untuk merakit diferensial, jendela dibuat di rumahan. Untuk mengurangi gesekan dan meningkatkan masa pakai diferensial, ring perunggu dipasang di antara ujung satelit dan roda gigi semi-aksial. 2, 4, 7 .

Permukaan ujung satelit, serta permukaan bagian dalam tubuh, dibuat berbentuk bola, yang berkontribusi pada pemusatan yang lebih baik pada paku salib. Satelit dan roda gigi semi-aksial memiliki gigi lurus.

Penghapusan sifat negatif diferensial, yang memperburuk kemampuan kendaraan lintas alam, dapat dicapai dengan mengunci diferensial secara paksa, yang mengarah pada pembentukan sambungan kaku antara roda penggerak kanan dan kiri. Pemblokiran diferensial secara paksa digunakan untuk meningkatkan kemampuan lintas alam kendaraan all-wheel drive. Penguncian diferensial dapat dilakukan dalam berbagai cara, misalnya dengan menyambungkan salah satu poros poros menggunakan kopling roda gigi 1 dengan roda gigi cincin 2 , dibuat pada bagian mangkuk diferensial yang memanjang, sedangkan semua elemen diferensial berputar sebagai satu kesatuan ( beras. 3).

Penguncian diferensial paksa dilakukan dari kursi pengemudi menggunakan penggerak jarak jauh, yang dapat berupa mekanis, pneumatik, elektro-pneumatik, dll.
Setelah melewati bagian jalan yang sulit, kunci harus dimatikan untuk menghindari keausan ban yang intensif, hilangnya stabilitas kendaraan dan peningkatan konsumsi bahan bakar.

Penggunaan kunci diferensial yang salah dapat merusak transmisi. Oleh karena itu, pada saat menyalakan kunci poros gandar, perlu dilakukan tindakan sebagai berikut:

Kunci keras hanya dapat diaktifkan ketika mobil benar-benar berhenti;
Anda harus melakukan penguncian dengan hati-hati, karena tenaga mesin cukup untuk mengganggu mekanisme penguncian itu sendiri atau mematahkan poros gandar;
Kita tidak boleh lupa bahwa pemblokiran diaktifkan (terutama pada yang terdepan poros depan) berdampak negatif terhadap penanganan kendaraan;
Tidak disarankan menggunakan kunci diferensial keras pada permukaan keras.
Saat kunci dihidupkan, Anda harus mematuhi batas kecepatan yang direkomendasikan oleh pabrikan.

Karena kelemahan diferensial bevel simetris yang dijelaskan, yang memperburuk kemampuan kendaraan lintas alam dan memerlukan penggunaan perangkat pengunci khusus, jenis diferensial lain yang memiliki sifat mengunci sendiri terkadang digunakan dalam desain mobil, terutama yang dirancang untuk beroperasi dalam kondisi jalan yang sulit - yang disebut diferensial yang mengunci sendiri.
Jenis diferensial ini mencakup, misalnya, diferensial bubungan selip terbatas.

Banyak pembeli, ketika memilih SUV, mungkin pernah menemukan istilah “kunci diferensial elektronik” dalam deskripsi model tertentu. Namun tidak semua calon pemilik mobil sekelas ini mengetahui apa itu dan bagaimana cara kerja differential ini. Dalam materi kami hari ini kami akan memberi tahu Anda secara detail mengapa sebuah mobil membutuhkan diferensial, apa jenisnya dan pada mobil apa dipasangnya.

Sejarah penciptaan dan tujuan diferensial

Pada mobil yang dilengkapi dengan mesin pembakaran internal, perbedaannya muncul beberapa tahun setelah penemuannya. Faktanya adalah salinan pertama mobil yang digerakkan oleh mesin memiliki penanganan yang sangat buruk. Saat berputar, kedua roda pada sumbu yang sama berputar dengan kecepatan sudut yang sama, yang menyebabkan tergelincirnya roda sepanjang diameter luar, yang lebih besar dari diameter dalam. Solusi untuk masalah ini ditemukan secara sederhana: para perancang mobil pertama dengan mesin pembakaran internal meminjam diferensial dari kereta uap - sebuah mekanisme yang ditemukan pada tahun 1828 oleh insinyur Perancis Oliver Pecquet-Rom. Itu adalah perangkat yang terdiri dari poros dan roda gigi yang melaluinya torsi dari mesin disalurkan ke roda penggerak. Namun setelah memasang diferensial pada mobil, masalah lain ditemukan - roda tergelincir sehingga kehilangan traksi.

Hal ini biasanya terjadi saat kendaraan melaju di jalan yang tertutup es. Kemudian roda yang berada di atas es mulai berputar dengan kecepatan lebih tinggi dibandingkan dengan roda yang berada di tanah atau beton, yang akhirnya menyebabkan mobil tersebut tergelincir. Kemudian para desainer berpikir untuk memperbaiki differential agar dalam kondisi seperti itu kedua roda dapat berputar dengan kecepatan yang sama dan mobil tidak selip. Orang pertama yang bereksperimen dengan pembuatan limited slip differential adalah Ferdinand Porsche.

Butuh waktu tiga tahun baginya untuk mengembangkan, menguji, dan memasarkan apa yang disebut cam differential - mekanisme slip terbatas pertama, yang dipasang pada model Volkswagen pertama. Selanjutnya, para insinyur berkembang berbagai jenis perbedaannya, yang akan dibahas di bawah ini.

Di dalam mobil, diferensial melakukan tiga fungsi: 1) mentransmisikan dari mesin ke roda penggerak, 2) mengatur roda pada kecepatan sudut yang berbeda, 3) berfungsi dalam kombinasi dengan gigi utama.

Perangkat diferensial

Disempurnakan oleh perancang otomotif, diferensial dirancang dalam bentuk roda gigi planetary, di mana torsi dari mesin disalurkan melalui poros penggerak dan roda gigi bevel ke rumah diferensial. Hal ini, pada gilirannya, mengarahkan torsi ke dua roda gigi, dan keduanya mendistribusikan torsi di antara poros gandar. Kopling antara roda gigi satelit dan poros gandar memiliki dua derajat kebebasan, yang memungkinkannya berputar pada kecepatan sudut yang berbeda.

Dengan demikian, diferensial memberikan kecepatan putaran yang berbeda untuk roda yang terletak pada sumbu yang sama, yang juga mencegah selip saat berbelok. Setelah ditemukan, mobil ini memiliki dua, dan kemudian tiga (dengan pusat) diferensial, yang mendistribusikan torsi antara gandar penggerak.

Sudah jelas bahwa tidak ada satu mobil pun yang dapat melakukannya tanpa diferensial. Pada kendaraan berpenggerak roda depan dan belakang terletak pada poros penggerak. Jika mobil memiliki poros penggerak ganda, maka dua perbedaan digunakan dalam desain transmisi - satu untuk setiap poros. Pada kendaraan berpenggerak semua roda terdapat dua perbedaan (untuk model dengan penggerak semua roda plug-in - satu untuk setiap gandar) atau tiga (untuk model dengan penggerak semua roda permanen - satu untuk setiap gandar, ditambah diferensial tengah, yang mendistribusikan torsi antar gandar). Selain jumlah mekanisme yang dipasang pada mobil dengan jenis penggerak berbeda, perbedaan juga dibedakan berdasarkan jenis penguncian.

Jenis perbedaan

Menurut jenis pengunciannya, diferensial dibagi menjadi dua - penguncian manual dan elektronik. Manual, sesuai dengan namanya, dilakukan secara manual oleh pengemudi dengan menggunakan tombol atau saklar sakelar. Dalam hal ini, roda gigi satelit dari mekanisme diblokir, roda penggerak bergerak dengan kecepatan yang sama. Biasanya, penguncian diferensial manual disediakan pada SUV.

Penguncian diferensial elektronik atau otomatis dilakukan dengan menggunakan unit kontrol elektronik, yang menganalisis kondisi permukaan jalan (informasi dari sensor dan sistem kontrol traksi digunakan), dengan sendirinya memblokir roda gigi satelit.

Diferensial belakang dengan dikontrol secara elektronik Range Rover Olahraga

Menurut tingkat pemblokirannya, perangkat ini dibagi menjadi diferensial dengan pemblokiran penuh dan diferensial dengan pemblokiran sebagian pada roda gigi satelit.

Penguncian diferensial penuh melibatkan penghentian 100% putaran roda gigi satelit, di mana mekanisme itu sendiri mulai menjalankan fungsi kopling konvensional, mentransmisikan torsi yang sama ke kedua poros gandar. Akibatnya kedua roda berputar dengan kecepatan sudut yang sama. Jika salah satu roda kehilangan traksi, seluruh torsi ditransfer ke roda dengan traksi yang lebih baik, sehingga memungkinkan Anda mengatasi kondisi off-road. Perangkat diferensial ini digunakan pada SUV dan lainnya.

Penguncian diferensial parsial melibatkan penghentian putaran roda gigi satelit secara tidak lengkap, yaitu dengan selip. Efek ini dicapai melalui apa yang disebut diferensial yang mengunci sendiri. Tergantung pada cara kerja mekanisme ini, mereka dibagi menjadi dua jenis: Peka kecepatan (berfungsi ketika kecepatan sudut putaran poros gandar berbeda) dan Peka torsi (berfungsi ketika torsi pada salah satu poros poros berkurang). Perangkat diferensial ini digunakan pada SUV Mitsubishi Pajero, Audi dengan, BMW dengan sistem X-Drive dan lain sebagainya.

Diferensial yang termasuk dalam kelompok peka kecepatan memiliki desain yang berbeda-beda. Ada mekanisme di mana kopling kental berperan sebagai diferensial. Ini adalah reservoir yang terletak di antara poros gandar dan rotor poros baling-baling, diisi dengan cairan kental khusus, di mana, pada gilirannya, cakram yang diartikulasikan dengan poros gandar dan rotor dibenamkan. Ketika kecepatan sudut putaran roda berbeda (satu roda berputar lebih cepat dari yang lain), cakram di dalam tangki juga mulai berputar dengan kecepatan yang berbeda, tetapi cairan kental secara bertahap menyamakan kecepatannya, dan, karenanya, torsi. Segera setelah kecepatan sudut kedua roda sama, kopling kental dimatikan. Berdasarkan karakteristiknya, kopling kental kurang dapat diandalkan dibandingkan diferensial gesekan, sehingga dipasang pada mobil yang dirancang untuk mengatasi kondisi off-road sedang atau modifikasi mobil sport.

Mekanisme diferensial lain yang termasuk dalam kelompok peka kecepatan adalah diferensial gerotor. Di sini, peran pemblokiran, berbeda dengan kopling kental, dimainkan oleh pompa oli dan pelat gesekan, yang dipasang di antara rumah diferensial dan roda gigi satelit dari poros gandar. Tetapi prinsip operasinya dalam banyak hal mirip dengan kopling kental: ketika terjadi perbedaan pada kecepatan sudut roda penggerak, pompa memompa oli ke pelat gesekan, yang di bawah tekanan menghalangi rumah diferensial dan roda gigi gandar. sampai kecepatan putaran roda sama. Segera setelah ini terjadi, pompa berhenti bekerja dan kuncinya dinonaktifkan.

Diferensial yang termasuk dalam kelompok sensitif Torsi juga memiliki desain yang berbeda. Misalnya ada mekanisme yang menggunakan diferensial gesekan. Keunikannya adalah perbedaan kecepatan sudut putaran roda pada saat mobil bergerak lurus dan berbelok. Pada saat melaju di jalan lurus kecepatan sudut kedua roda sama, namun pada saat menikung nilainya berbeda untuk setiap roda. Hal ini dicapai dengan memasang kopling gesekan antara rumah diferensial dan gigi satelit, yang membantu meningkatkan transmisi torsi ke roda yang kehilangan traksi.

Jenis diferensial lainnya adalah dengan roda gigi hipoid (cacing atau sekrup) dan heliks. Mereka secara konvensional dibagi menjadi tiga kelompok.

Yang pertama adalah dengan roda gigi hipoid, yang mana setiap poros poros mempunyai roda gigi satelitnya masing-masing. Mereka dihubungkan satu sama lain menggunakan roda gigi pacu, dan sumbu roda gigi terletak tegak lurus terhadap sumbu poros. Ketika terjadi perbedaan kecepatan sudut roda penggerak, roda gigi gandar menjadi terjepit, dan terjadi gesekan antara rumah diferensial dan roda gigi. Diferensial terkunci sebagian dan torsi disalurkan ke sumbu yang kecepatan putaran sudutnya lebih rendah. Segera setelah kecepatan sudut roda disamakan, kunci dinonaktifkan.

Yang kedua adalah dengan roda gigi heliks, di mana setiap poros juga memiliki roda gigi satelitnya sendiri (berbentuk heliks), tetapi sumbunya terletak sejajar dengan sumbu poros. Dan unit-unit ini digabungkan satu sama lain menggunakan roda gigi heliks. Satelit dalam mekanisme ini dipasang di ceruk khusus pada rumah diferensial. Ketika kecepatan sudut putaran roda berbeda, roda gigi terjepit, dan roda gigi tersebut, berpasangan dengan roda gigi di relung rumah diferensial, memblokir sebagiannya. Dalam hal ini torsi diarahkan ke poros poros yang kecepatan putarannya lebih rendah.

Yang ketiga adalah dengan roda gigi heliks pada poros gandar dan roda gigi heliks satelit yang letaknya sejajar satu sama lain. Tipe ini digunakan dalam desain diferensial tengah. Berkat desain diferensial planet, dimungkinkan, melalui pemblokiran parsial, untuk menggeser torsi ke sumbu yang kecepatan sudut putaran rodanya lebih rendah. Kisaran pergeseran ini sangat luas - dari 65/35 hingga 35/65. Ketika kecepatan sudut rotasi roda gandar depan dan belakang yang sama tercapai, diferensial akan terbuka.

Kelompok diferensial ini banyak digunakan dalam industri otomotif: mereka dipasang pada model “sipil” dan sport.

Biasanya, rahasia ketahanan SUV terletak pada desain khusus mereka, yang didasarkan pada peningkatan kekakuan rangka, mesin bertenaga, dan kehadiran sistem. penggerak semua roda dan kotak transfer yang mendistribusikan torsi ke gandar kendaraan dan, jika perlu, meningkatkannya ke nilai yang diperlukan. Pada gilirannya, “transfer case” generasi baru terdiri dari elemen-elemen seperti diferensial tengah, transmisi tipe rantai yang berfungsi untuk menyalurkan torsi mesin ke gandar depan mobil, dan gigi reduksi.

Dalam hal ini, keberadaan diferensial tengahlah yang bisa disebut yang utama ciri khas struktur transfer case, yang merupakan bagian integral dari sistem penggerak semua roda. Elemen ini diperlukan agar as roda penggerak kendaraan dapat berputar dengan kecepatan yang berbeda-beda. Dan, untuk sepenuhnya mewujudkan kemampuan sistem, ia memiliki fungsi mengunci diferensial tengah, yang paling banyak cara yang efektif meningkatkan kemampuan kendaraan lintas alam.

Fungsi ini dapat diterapkan secara otomatis atau manual. Dalam kasus kedua, pemblokiran dilakukan oleh pengemudi sendiri. Ini terjadi dengan menggunakan perangkat khusus - penggerak, yang dapat berupa mekanis, hidrolik, listrik, atau pneumatik. Pemblokiran jenis ini disebut paksa.

Penguncian paksa pada diferensial tengah menyiratkan penghentian total fungsinya dan transformasi menjadi kopling konvensional, yang secara kaku memasangkan poros gandar atau cardan mobil dan mentransmisikan jumlah torsi yang sama ke poros tersebut pada kecepatan sudut yang sama. Digunakan untuk mengatasi area yang sulit dilewati dengan mesin, dan ketika melewatinya harus dimatikan.

Penguncian otomatis, atau dikenal sebagai penguncian diferensial selip parsial, dicapai dengan menggunakan desain seperti:

Kopling kental,
Diferensial Torsen,
Kopling gesekan.

Kopling kental, struktur dan mekanisme kerjanya

Kopling kental dipasang dengan salah satu penggeraknya ke mangkuk diferensial, sedangkan ujung lainnya dipasang ke poros gandar mobil. Saat kendaraan dalam mode berkendara normal, cangkir dan poros poros berputar dengan kecepatan sudut yang sama. Indikator-indikator ini mungkin hanya sedikit berbeda satu sama lain saat menikung. Artinya, bidang kerja dari kopling kental itu sendiri pada saat ini memiliki persentase divergensi yang minimal, dan itu sendiri dalam bentuk terbuka. Jika nilai torsi yang lebih besar disalurkan ke salah satu gandar mobil, akibatnya kecepatan putarannya jauh melebihi kecepatan putaran gandar lainnya, gesekan timbul pada kopling kental, yang menyebabkannya tersumbat.

Ternyata semakin besar perbedaan kecepatan sudut putaran gandar mobil, maka semakin besar pula gesekan yang terjadi pada kopling kental dan semakin kuat derajat pemblokirannya. Pada gilirannya, setelah disejajarkan, gesekan secara bertahap berkurang, yang menyebabkan pembukaan kopling kental dengan mulus dan pemblokiran dinonaktifkan.

Kunci diferensial tengah ini bekerja paling baik saat kendaraan digunakan pada permukaan berkualitas rendah, tetapi dalam kondisi off-road sebenarnya, kinerjanya tidak baik. cara terbaik. Faktanya adalah bahwa kopling kental tidak mampu mengatasi perubahan yang cepat dan sering terjadi pada kondisi adhesi gandar mobil ke tanah, itulah sebabnya ia menjadi terlalu panas dan rusak.

Fitur perangkat diferensial Torsen dan jenisnya

Pada gilirannya, diferensial penguncian otomatis Torsen adalah salah satu yang paling berteknologi tinggi dan bentuk yang efektif pemblokiran. Ia memiliki reaksi dan kemampuan yang lebih baik waktu singkat“merespon” terhadap perubahan besaran torsi, meresponnya dengan mengubah derajat pemblokiran. SUV dengan diferensial tengah jenis kunci inilah yang paling andal. Tindakannya didasarkan pada sifat-sifat sepasang roda gigi hipoid atau heliks, yang, jika perlu, dapat “terjepit”. Jenis desain ini memiliki tiga jenis:

Tipe 1

Roda gigi dan satelit dari poros poros penggerak digunakan di sini sebagai pasangan hipoid. Satelit-satelit dari semi-sumbu yang berlawanan, terletak pada posisi tegak lurus terhadapnya, dihubungkan satu sama lain melalui roda gigi tipe pacu.

Dalam mode berkendara normal, ketika torsi didistribusikan secara merata pada gandar mobil, pasangan ini berada dalam posisi diam atau bergerak dengan intensitas rendah, sehingga memberikan perbedaan kecepatan sudut gandar yang optimal saat menikung. Dalam kasus di mana “selip” salah satu gandar dicatat, yang dinyatakan dalam penurunan torsi di atasnya, pasangan “poros poros satelit” dimulai gerakan rotasi, yang menyebabkan gesekan dan pemblokiran sebagian pada diferensial. Pada gilirannya, pada saat yang sama, torsi didistribusikan ke poros gandar yang bekerja kurang intensif.

Perlu dicatat bahwa diferensial Torsen tipe 1 memiliki desain paling bertenaga di kelasnya, karena beroperasi pada kisaran rasio torsi terluas - dari 2,5/1 hingga 5,0/1.

Tipe 2

Desain diferensial ini, yang dibuat oleh desainer Inggris Rod Quaife, menggunakan roda gigi gandar tipe heliks dan roda gigi heliks satelit yang terletak sejajar dengan poros gandar. Jika kita membandingkannya dengan tipe sebelumnya, kita dapat melihat bahwa desain diferensial tengah tipe ini dicirikan oleh koefisien pemblokiran yang lebih rendah, dikompensasi oleh kecepatan respons yang lebih tinggi dan sensitivitas yang lebih besar terhadap perubahan torsi yang ditransmisikan. Mekanisme serupa digunakan pada mobil produksi dalam negeri, termasuk UAZ.

Tipe 3

Perangkat diferensial tengah Torsen tipe ketiga dari perusahaan Zexel Torsen sebagian besar serupa dalam fitur desain dan prinsip pengoperasiannya dengan tipe kedua. Roda gigi gandar tipe heliks dan roda gigi satelit heliks juga digunakan di sini, yang sumbunya berada pada posisi paralel terhadap poros gandar.

Berkat struktur planet desain ini, distribusi torsi nominal dialihkan ke satu atau beberapa poros mobil. Keuntungan utama dari perangkat pengunci jenis ini adalah fungsionalitas dan kekompakannya, yang memungkinkan untuk menyederhanakan desain kotak transfer dan mengurangi ukurannya.

Perbedaan struktural antara kopling gesekan

Desain kopling gesekan meliputi drum yang berhubungan langsung dengan hub mobil, beberapa cakram gesekan gesekan (dua atau lebih), piston yang menekan cakram tersebut dan pegas yang mengembalikan piston ke posisi semula.

Ada sambungan kaku antara drum dan hub. Dalam hal ini, di dalam yang terakhir terdapat cincin yang berfungsi sebagai penghenti, di mana terdapat pegas cakram yang bertumpu pada piston. Pada gilirannya, hub dilengkapi dengan saluran khusus yang memindahkan oli antara piston dan drum. Pada mobil penumpang, kopling gesekan cakram paling sering digunakan, memiliki dua permukaan gesekan, terdiri dari satu cakram dan dua bagian kopling, dan desain multi-cakram lebih sering ditemukan pada kendaraan khusus, termasuk traktor.

Mari kita lihat cara kerja diferensial tengah dengan kopling gesekan: saat mobil dalam mode berkendara normal dan mulus, distribusi kecepatan sudut antar gandar mobil terjadi secara merata. Namun, ketika salah satu poros gandar mulai berputar lebih cepat, cakram gesekan mulai bergerak mendekat satu sama lain, memperlambatnya menggunakan gaya gesekan yang timbul.

Sistem penguncian jenis ini sangat efektif, namun jarang terlihat pada mobil penumpang produksi. Tren ini dijelaskan oleh kompleksitas desain dan kekhususan servis perbedaan gesekan, serta umur pemakaian yang pendek yang disebabkan oleh cepatnya keausan komponen-komponennya.

Prinsip pengoperasian diferensial tengah tipe gesekan digunakan pada kopling Haldex, yang telah diproduksi sejak tahun 1998 oleh perusahaan Swedia dengan nama yang sama. Pabrikan mendasarkan pengoperasian perangkat ini pada kombinasi elemen elektro-hidraulik. Namun, terlepas dari progresifitas dan semangat inovatif dari kopling Haldex, versi pertamanya lebih cenderung gagal daripada sukses, sehingga memerlukan banyak perbaikan desain, dan perkembangan terbaru ternyata sangat sukses dan diminati.

Pada saat ini Kopling Haldex generasi ke-5 sedang dirilis, menampilkan karakteristik yang ditingkatkan, termasuk:

kemampuan untuk mengontrol perangkat terlepas dari mode mengemudi;
kemampuan untuk meningkatkan torsi dengan cepat menggunakan kontrol feedforward;
kemungkinan pengoperasian gigi utama belakang secara konstan;
kompatibilitas dengan berbagai sistem kontrol rem mobil, termasuk ABS.

Kesimpulan

Setelah dianalisis informasi ini, Anda dapat memahami mengapa diferensial tengah diperlukan. Secara sederhana bisa disebut distributor torsi di atas roda mobil, beroperasi berdasarkan prinsip timbangan farmasi: jika kedua lengan mekanisme berada di bawah beban yang sama, maka ketika “diangkat oleh ekor” keduanya akan naik secara merata, tetapi jika salah satunya berada di bawah beban yang besar. , lengan kedua akan terangkat untuk menjaga keseimbangan.

Diferensial pada mobil berfungsi untuk menyelesaikan tiga tugas berikut:

Diferensial mentransmisikan tenaga mesin ke roda mobil.
Ini mengambil langkah terakhir dalam mengurangi jumlah putaran roda (kita ingat bahwa langkah pertama diambil oleh gearbox) dan, oleh karena itu, meningkatkan torsi yang ditransmisikan ke roda penggerak yang sama.
Dengan menyalurkan tenaga ke roda penggerak (selalu hidup bilangan genap roda pada poros yang sama: dua atau keempatnya), diferensial memungkinkan masing-masing roda berputar pada kecepatan yang berbeda (dari sinilah diferensial mendapatkan namanya).

Dalam artikel ini Anda akan mempelajari mengapa mobil Anda memerlukan kecepatan roda yang berbeda, bagaimana hal ini dicapai, apa itu diferensial, cara kerja diferensial, dan apa kelemahan utamanya. Kami juga akan melihat beberapa tipenya.

Untuk apa perbedaan itu?

Roda mobil berputar dengan kecepatan yang berbeda-beda, hal ini terutama terlihat saat berbelok. Anda dapat melihat pada animasi di bawah bahwa setiap roda menempuh jarak yang sangat berbeda ketika mobil berbelok, dan roda dalam menempuh jarak yang jauh lebih pendek daripada roda luar. Karena kecepatan sama dengan jarak dibagi waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut, ternyata roda yang menempuh jarak lebih pendek berputar dengan kecepatan lebih rendah: jadi, ketika berbelok ke kiri, roda kiri akan berputar lebih lambat daripada roda kanan. yang satu, dan sebaliknya. Perlu diperhatikan juga bahwa jarak tempuh roda depan berbeda dengan roda belakang.

Klik untuk melihat animasi

Untuk mobil yang hanya digerakkan oleh satu poros roda – baik roda belakang maupun roda depan – perbedaan putaran roda depan dengan roda belakang tidak menjadi masalah. Tidak ada hubungan di antara keduanya, sehingga berputar secara independen. Namun roda-roda penggeraknya saling berhubungan sehingga satu mesin dan transmisi harus menggerakkan kedua roda tersebut, secara bersamaan, dengan kecepatan putaran yang berbeda. Tapi bagaimana jika kita hanya punya satu mesin?! Jika mobil Anda tidak dilengkapi differential, roda harus dikunci bersama, dipaksa berputar dengan kecepatan yang sama. Hal ini akan membuat manuver berbelok - bahkan pada sudut yang kecil - menjadi sulit: pada mobil seperti itu, untuk dapat berbelok, salah satu ban harus tergelincir, atau ban lainnya harus berputar. Dan dengan ban modern dan jalan aspal, hal ini membutuhkan tenaga yang cukup besar. Gaya ini harus disalurkan melalui poros dari satu roda ke roda lainnya, sehingga memberikan beban yang sangat berat pada komponen poros.

Diferensial mengatasi masalah ini dengan sempurna.

Apa itu diferensial?

Diferensial adalah perangkat yang membagi torsi motor menjadi dua jalur keluaran, memungkinkan setiap keluaran berputar pada kecepatan yang berbeda.

Perbedaannya ditemukan pada semua mobil dan truk modern, serta pada banyak kendaraan berpenggerak empat roda. Selain itu, semua mobil berpenggerak empat roda harus memiliki perbedaan antara setiap rangkaian roda penggerak pada poros yang sama, dan selain itu, memerlukan perbedaan antara pasangan roda depan dan belakang (ingat awal artikel - karena bagian depan roda menempuh jarak yang berbeda, berbeda dengan roda belakang ketika kendaraan bergerak ke arah selain lurus?).

Namun, beberapa kendaraan all-wheel drive tidak memiliki perbedaan antara roda depan dan belakang, dan sebaliknya, pasangan roda ini dipasangkan erat sehingga roda depan dan belakang harus berputar dengan kecepatan yang sama. Itu sebabnya pabrikan tidak merekomendasikan mengendarai mobil seperti itu di permukaan keras dalam mode penggerak semua roda, tetapi hanya menggunakannya di medan off-road.

Sekarang mari kita cari tahu di mana biasanya letak differential pada mobil, tergantung pada jenis penggerak mobilnya:

Bagaimana cara kerja diferensial?

Kita akan mulai dengan jenis diferensial yang paling sederhana, yang disebut diferensial terbuka. Namun pertama-tama kita perlu mempelajari beberapa istilah - lihat gambar di bawah ini, di sana Anda akan menemukan komponen utama cara kerja diferensial:

Dengan demikian, diferensial terdiri dari bagian-bagian utama berikut:

Poros penggerak - mentransmisikan torsi, mengarahkannya dari gearbox ke awal diferensial
Roda gigi penggerak poros penggerak adalah roda gigi berbentuk kerucut kecil heliks yang digunakan untuk mengaktifkan mekanisme diferensial
Ring gear merupakan roda gigi yang digerakkan, juga berbentuk kerucut, yang digerakkan (diputar) oleh roda gigi penggerak. Roda gigi penggerak dan roda gigi yang digerakkan secara bersama-sama disebut perjalanan terakhir dan merekalah yang berperan sebagai tahap terakhir dalam mengurangi kecepatan putaran, yang pada akhirnya akan mencapai roda (ring gear selalu lebih kecil dari drive gear, yang berarti drive gear harus bekerja lebih keras. lebih banyak revolusi sampai budak itu hanya membuat satu putaran di sekelilingnya).
Roda gigi gandar merupakan roda gigi terakhir pada jalur transmisi putaran dari poros penggerak ke roda.
Satelit adalah mekanisme planet yang berjalan dengan tepat peran kunci dalam memastikan perbedaan putaran roda saat berbelok.
Poros gandar adalah poros yang mengalir dari diferensial langsung ke roda.

Sekarang mari kita memahami kunci dan pemahaman terpenting tentang cara kerja diferensial dan melihat animasi di bawah tentang cara kerja komponen diferensial terbuka di atas dalam dua kasus:

Saat mobil melaju lurus.
Saat mobil berbelok.

Lihat sendiri - ini cukup sederhana:

Klik tombol "Putar" untuk melihat cara kerja diferensial saat berbelok, dan "Jalan Lurus" untuk melihat bagaimana komponennya bergerak saat berkendara di garis lurus.

Seperti yang dapat kita lihat, ketika kita berkendara lurus, hampir seluruh mekanisme diferensial berputar dengan kecepatan yang sama: kecepatan putaran poros masukan sama dengan kecepatan putaran poros gandar dan, karenanya, kecepatan putaran poros penggerak. roda. Namun begitu kita memutar setir sedikit, situasinya berubah, dan peran utama sekarang satelit masuk, yang tidak terkunci karena perbedaan beban pada roda (ketika satu roda mencoba tergelincir, berputar lebih cepat), dan semua tenaga dari mesin kini melewatinya. Dan karena dua satelit merupakan dua roda gigi yang berdiri sendiri, ternyata keduanya mentransmisikan kecepatan putaran yang berbeda ke poros gandar, seolah-olah membelahnya, namun tidak membagi semua tenaga secara merata, melainkan menyalurkan tenaga terbesar ke roda yang bergerak. di sepanjang tepi luar pada waktu putaran mobil dan, karenanya, memutarnya lebih kuat (meningkatkan jumlah putarannya). Dan perbedaan tenaga yang ditransmisikan semakin besar, semakin curam belokan mobil (lebih tepatnya, semakin besar radius lebih kecil giliran mobil ini).

Apa kelemahan utama dari diferensial?

Diferensial terbuka mentransmisikan putaran ke satu atau beberapa roda di hampir semua rasio, termasuk rasio 100%/0% - ketika salah satu roda penggerak menerima semua torsi. Pada saat yang sama, distribusi putaran antara roda-roda tersebut terjadi ketika beban pada roda-roda ini (dan bersamaan dengan itu pada poros gandar) berubah - yaitu, roda dengan beban yang lebih rendah pada gilirannya menerima lebih banyak putaran. Namun di sini terdapat satu kelemahan signifikan yang terjadi pada kondisi tertentu, yaitu ketika kedua roda penggerak berada di lumpur, salju atau es, dan mobil mulai tergelincir - dalam hal ini, roda yang daya cengkeramnya lebih sedikit ke permukaan akan menerima bagian terbesar dari rotasi. Sederhananya, jika Anda, misalnya, terjebak di salju, duduk “di atas perut” - ketika satu roda menempel ke permukaan salju, dan roda kedua benar-benar menggantung di udara, maka rodalah yang akan menerima tenaga karena distribusi yang sesuai di sepanjang poros poros diferensial yang digantung, dan inilah yang akan berputar tanpa daya di udara. Terutama panas masalah ini Cocok untuk SUV dan kendaraan segala medan.

Jenis perbedaan apa yang ada?

Solusi dari permasalahan tersebut adalah diferensial slip terbatas(LSD, disebut juga diferensial slip terbatas). Diferensial slip terbatas menggunakan mekanisme berbeda untuk menghasilkan aksi diferensial normal dalam kondisi berkendara berbeda. Ketika roda tergelincir, perbedaan seperti itu memungkinkan lebih banyak torsi ditransfer ke roda non-slip.

SUV dan kendaraan segala medan juga menggunakan perpindahan diferensial secara manual, yang, bagaimanapun, sering kali tidak terlindung dari pemadaman yang tidak disengaja atau pemadaman pada waktu yang salah karena ketidaktahuan - faktanya adalah bahwa kemampuan untuk mematikan diferensial saat mengemudi memerlukan kemungkinan kerusakannya, dan ini merupakan masalah umum.

Apa itu kopling kental (viscous copling)?

Kopling kental paling sering ditemukan pada semua kendaraan berpenggerak empat roda. Dan, jika Anda pernah membaca artikel tentang prinsip pengoperasian konverter torsi, ketahuilah bahwa kopling kental memiliki pola pengoperasian yang serupa. Hal ini banyak digunakan untuk menghubungkan roda belakang ke roda depan sedemikian rupa sehingga ketika satu set roda mulai selip, torsi akan ditransfer ke set lainnya, sehingga memecahkan masalah slip roda jengkel yang dijelaskan di atas.

Kopling kental memiliki dua set pelat di dalam wadah tertutup yang diisi dengan cairan kental (misalnya agak kental daripada oli roda gigi). Satu set pelat dihubungkan ke setiap poros keluaran. Dalam kondisi normal, kedua set pelat dan bagian fluida kentalnya bergerak dengan kecepatan yang sama. Namun ketika salah satu poros mencoba berputar lebih cepat, mungkin karena tergelincir, banyak pelat yang berhubungan dengan roda pada poros tersebut berputar lebih cepat dibandingkan yang lain. Cairan kental yang terletak di antara pelat mencoba mengejar disk yang lebih cepat, sehingga membawa disk yang lambat bersamanya. Hal ini mentransfer lebih banyak torsi ke roda yang berputar lebih lambat, sehingga mencegahnya tergelincir.

Perangkat kopling kental

Ketika sebuah mobil berbelok, perbedaan kecepatan antar roda pada poros yang sama tidak sebesar ketika salah satu roda tergelincir begitu saja. Semakin cepat pelat berputar relatif satu sama lain, semakin besar torsi yang diterapkan pada kopling. Kopling tidak menghalangi putaran untuk berputar, karena jumlah torsi yang ditransmisikan selama putaran kecil.

Eksperimen sederhana dengan telur akan membantu menjelaskan perilaku kopling kental. Jika Anda meletakkan telur di meja dapur, cangkang, putih dan kuningnya tidak akan bergerak. Tetapi ketika Anda mulai memutar telur, cangkang telur akan bergerak lebih cepat daripada putihnya, dan putihnya akan bergerak sedikit lebih cepat, makan kuningnya, tetapi kuning telurnya akan cepat menyusul. Ngomong-ngomong, untuk memastikan kata-kata ini, lakukan percobaan segera setelah Anda memiliki telur: putar dengan cukup cepat, lalu hentikan, lalu lepaskan telurnya, dan telur akan mulai berputar lagi (baik, atau di sentakan paling sedikit ke arah putaran sebelumnya) . Dalam percobaan ini kami menggunakan gesekan antara cangkang, putih dan kuning telur, dengan menerapkan gaya hanya pada cangkang. Pertama, kami benar-benar melepaskan cangkangnya, dan dengan beberapa penundaan di belakang cangkang, karena gesekan, putih telur dan kuning telur mulai terlepas. Dan ketika kita menghentikan cangkangnya, gesekan yang sama - antara kuning telur, putih telur, dan cangkang yang masih bergerak - memberikan gaya pada cangkang, menyebabkan kecepatannya. Jadi dalam kasus kopling kental, gaya ditransfer antara cairan dan kumpulan pelat dengan cara yang sama seperti antara kuning telur, putih telur, dan cangkang.

Apa itu diferensial Torsen?

Diferensial Torsen adalah perangkat mekanis murni: tidak terikat pada kopling atau cairan kental apa pun dan pada dasarnya merupakan mekanisme yang cukup sederhana, sangat mirip dengan diferensial terbuka.

Torsen bekerja dengan cara yang sama seperti diferensial terbuka, bila jumlah torsi antara kedua roda penggerak sama. Namun begitu salah satu roda mulai kehilangan traksi, perbedaan torsi menyebabkan roda gigi pada diferensial Torsen saling mengunci.

Jenis diferensial ini sering digunakan pada kendaraan all-wheel drive yang bertenaga dan sangat bertenaga. Seperti kopling kental, sering digunakan untuk mentransfer tenaga antara roda depan dan belakang. Dan dalam penerapan ini, diferensial Torsen lebih unggul daripada diferensial viskos karena mentransfer torsi ke roda secara konsisten sebelum mulai meluncur. Namun, jika satu set roda kehilangan traksi sepenuhnya, diferensial Torsen tidak akan dapat mentransfer torsi ke set roda lainnya karena desain dan prinsip pengoperasiannya.

Seperti inilah tampilan diferensial Torsen modern

Omong-omong, hampir semua Hummer menggunakan diferensial Torsen antara as roda depan dan belakang. Meskipun demikian, manual pemilik Hummer menawarkan solusi baru untuk masalah ketika salah satu roda kehilangan traksi sepenuhnya: tekan pedal rem. Dengan mengerem, torsi dialirkan ke roda yang berada di udara, kemudian dialirkan ke roda yang mampu mengeluarkan mobil dari kekacauan.

Saat mobil bergerak, torsi disalurkan dari dan kemudian, melalui gigi utama dan diferensial, ke roda penggerak.

memungkinkan Anda untuk menambah atau mengurangi torsi yang ditransmisikan dan pada saat yang sama mengurangi dan meningkatkan kecepatan putaran roda. Rasio roda gigi pada final drive dipilih sedemikian rupa sehingga torsi maksimum dan kecepatan putaran roda penggerak berada pada nilai yang paling optimal untuk kendaraan tertentu. Selain itu, final drive sangat sering menjadi objek tuning mobil.

Perangkat penggerak akhir

Padahal, roda gigi utama tidak lebih dari roda gigi reduksi, yang mana roda gigi penggerak dihubungkan ke poros sekunder dari kotak roda gigi, dan roda gigi yang digerakkan dihubungkan ke roda mobil. Menurut jenis sambungan roda gigi, roda gigi utama dibagi menjadi beberapa jenis berikut:
silinder - dalam banyak kasus digunakan pada mobil dengan gearbox melintang dan penggerak roda depan;
berbentuk kerucut - sangat jarang digunakan, karena memiliki dimensi besar dan tingkat kebisingan yang tinggi;
Hypoid adalah jenis final drive paling populer yang digunakan pada sebagian besar mobil dengan penggerak roda belakang klasik. Transmisi hipoid dicirikan oleh ukurannya yang kecil dan tingkat kebisingan yang rendah;

worm - praktis tidak digunakan pada mobil karena kerumitan pembuatan dan biaya tinggi.

Perlu juga dicatat bahwa kendaraan penggerak roda depan dan penggerak roda belakang memiliki lokasi penggerak akhir yang berbeda. Pada kendaraan penggerak roda depan dengan girboks melintang dan unit tenaga, roda gigi utama berbentuk silinder terletak langsung di rumah girboks. Di mobil dengan penggerak roda belakang klasik, final drive dipasang di rumah poros penggerak

dan terhubung ke gearbox melalui . Fungsi transmisi hipoid pada mobil penggerak roda belakang juga mencakup putaran 90 derajat karena roda gigi bevel. Meskipun jenis dan lokasinya berbeda, tujuan dari final drive tetap sama.

Diferensial mobil paling sering digabungkan dengan roda gigi utama dan terletak, masing-masing, di rumah gearbox atau di rumah poros belakang. Namun, diferensial juga dapat dipasang di antara as roda penggerak kendaraan all-wheel drive. Diferensial mewakili dan dibagi menjadi beberapa jenis berikut:

berbentuk kerucut - dalam banyak kasus dipasang bersama dengan roda gigi utama di antara roda-roda dari satu poros penggerak;
silinder - paling sering digunakan untuk memisahkan gandar penggerak kendaraan all-wheel drive;
worm - bersifat universal dan dipasang di antara roda dan di antara gandar penggerak.

Tujuan utama dari diferensial adalah untuk mendistribusikan torsi antara roda mobil dan mengubah kecepatan putarannya relatif satu sama lain. Jadi, misalnya memutar mobil tanpa diferensial adalah hal yang mustahil, karena pada saat berbelok, roda bagian luar harus berputar dengan frekuensi yang lebih tinggi daripada roda bagian dalam.

Ada perbedaan simetris dan asimetris. Diferensial simetris mentransmisikan torsi yang sama ke kedua roda dan paling sering dipasang bersama dengan final drive. Diferensial asimetris memungkinkan torsi ditransmisikan dalam proporsi berbeda dan dipasang di antaranya.

Diferensial terdiri dari housing, pinion gear, dan side gear. Rumahnya biasanya dipadukan dengan roda gigi penggerak dari penggerak utama. Roda gigi satelit berperan sebagai roda gigi planetary dan menghubungkan roda gigi samping ke rumah diferensial. Roda gigi semi-aksial (matahari) dihubungkan ke roda penggerak melalui poros gandar dengan sambungan splined.

Dengan segala kelebihan diferensial paling sederhana ada juga kelemahannya. Faktanya, kecepatan putaran dapat didistribusikan ke roda tidak hanya dengan perbandingan, misalnya 50/50, 40/60 atau 35/65, tetapi juga 0/100. Artinya, seluruh torsi benar-benar dapat disalurkan ke salah satu roda mobil, sedangkan roda kedua akan benar-benar statis. Hal ini terjadi ketika mobil terjebak di lumpur atau es.

Namun, diferensial modern lebih maju dan praktis bebas dari kelemahan ini. Banyak perbedaan memiliki penguncian otomatis atau manual yang sulit. Selain itu, mobil penumpang all-wheel drive modern dilengkapi dengan sistem stabilitas arah, yang didasarkan pada distribusi torsi optimal antara gandar dan masing-masing roda tergantung pada lintasannya.