Das Funktionsprinzip eines Kfz-Differentials. Was ist ein Differential in einem Auto und wie funktioniert es?

Das Differential in einem Auto erfüllt die folgenden drei Aufgaben:

1. Das Differential überträgt die Motorleistung auf die Räder des Autos.
2. Es ist der letzte Schritt, um die Anzahl der Umdrehungen an den Rädern zu reduzieren (wir erinnern uns daran, dass das Getriebe den ersten solchen Schritt macht) und somit das auf die gleichen Antriebsräder übertragene Drehmoment zu erhöhen.
3. Kraftübertragung auf die Antriebsräder (immer an gerade Zahl Räder an einer Achse: zwei oder alle vier), lässt das Differenzial jedes von ihnen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren (genau davon hat das Differenzial seinen Namen verdient).

In diesem Artikel erfahren Sie, warum Ihr Auto unterschiedliche Raddrehzahlen benötigt, wie dies sichergestellt wird, was ein Differenzial ist, wie ein Differenzial funktioniert und was seine Hauptnachteile sind. Wir werden uns auch einige seiner Typen ansehen.

Wozu dient ein Differential?

Autoräder drehen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, insbesondere bei Kurvenfahrten. Sie können in der Animation unten sehen, dass jedes Rad beim Drehen des Autos eine ganz andere Strecke zurücklegt und dass die inneren Räder eine viel kürzere Strecke zurücklegen als die äußeren. Da die Geschwindigkeit gleich der Distanz dividiert durch die Zeit ist, die für diese Distanz benötigt wird, drehen sich die Räder, die eine kürzere Distanz zurücklegen, mit einer geringeren Geschwindigkeit: Wenn Sie beispielsweise nach links abbiegen, drehen sich die linken Räder langsamer als die richtigen und umgekehrt. Es ist auch zu beachten, dass die Vorderräder eine andere Distanz fahren als die, die sie fahren. Hinterräder.

Klicken Sie hier, um die Animation anzuzeigen

Bei Fahrzeugen mit nur einem Radachsantrieb - sei es an den Hinterrädern oder an den Vorderrädern - ist die Drehdifferenz der Vorderräder nach hinten kein Problem. Da keine Verbindung zwischen ihnen besteht, drehen sie sich unabhängig voneinander. Die Antriebsräder sind jedoch miteinander verbunden, so dass ein Motor und ein Getriebe beide Räder antreiben müssen, und zwar mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Aber was ist, wenn wir nur einen Motor haben?! Wenn Ihr Auto nicht mit einem Differenzial ausgestattet ist, sollten die Räder durch Erzwingen einer Drehung mit derselben Geschwindigkeit miteinander blockiert werden. Dies würde Kurvenfahrten - auch in leichtem Winkel - erschweren: Bei solchen Autos muss, um wenden zu können, einer der Reifen rutschen oder der andere rutschen. Und das wird bei modernen Reifen und asphaltierten Straßen viel Kraft kosten. Diese Kraft müsste über die Achse von einem Rad auf das andere übertragen werden, wodurch die Achskomponenten sehr stark belastet werden.

Mit diesem Problem kommt das Differential tadellos zurecht.

Was ist ein Differential?

Differential ist ein Gerät, das das Motordrehmoment in zwei Pfade mit Ausgängen aufteilt, wodurch jeder Ausgang mit einer anderen Geschwindigkeit rotieren kann.

Das Differenzial ist für alle modernen Pkw und LKW wie viele andere Fahrzeuge mit Allradantrieb... Darüber hinaus müssen alle Fahrzeuge mit Allradantrieb über ein Differenzial zwischen jedem Antriebsradsatz auf derselben Achse verfügen, und außerdem benötigen sie ein Differenzial zwischen Vorder- und Hinterradpaaren (denken Sie an den Anfang des Artikels - weil die Vorderräder Räder legen bei einer anderen Fahrtrichtung als der Geradeausfahrt einen anderen Weg zurück als die Hinterräder?).

Jedoch einige Autos mit Allradantrieb haben kein Differential zwischen Vorder- und Hinterrädern, sondern diese Radpaare sind eng miteinander verbunden, so dass sich Vorder- und Hinterräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen müssen. Aus diesem Grund raten die Hersteller davon ab, mit solchen Autos im Modus auf hartem Untergrund zu fahren Allradantrieb, und schalten Sie es nur im Gelände ein.

Lassen Sie uns nun herausfinden, wo sich das Differential je nach Antriebsart des Autos normalerweise im Auto befindet:

Wie funktioniert ein Differenzial?

Wir beginnen mit dem einfachsten Differentialtyp namens offenes Differential... Aber zuerst müssen wir noch einige Begriffe lernen – schauen Sie sich das Bild unten an, dort finden Sie die Hauptkomponenten der Differentialoperation:

Somit besteht das Differential aus den folgenden Hauptteilen:

1. Antriebswelle - überträgt das Drehmoment und leitet es vom Getriebe zum Anfang des Differentials
2. Das Antriebszahnrad der Antriebswelle ist ein kleines schrägverzahntes Zahnrad in Form eines Kegels, das verwendet wird, um an den Differentialmechanismus zu koppeln
3. Hohlrad - Ein angetriebenes Zahnrad, ebenfalls in Form eines Kegels, wird vom Antriebszahnrad angetrieben (rotiert). Das Ritzel und das angetriebene Ritzel werden zusammengenommen als Hauptzahnrad und sie dienen der letzte Schritt eine Verringerung der Drehzahl, die letztendlich die Räder erreicht (das Hohlrad ist immer kleiner als das Antriebsrad, was bedeutet, dass das Antriebsrad viel mehr Umdrehungen machen muss, während das Abtriebsrad nur eine Umdrehung um sich selbst macht).
4. Die Achsgetriebe sind die letzten Gänge im Übertragungsweg von der Antriebswelle zu den Rädern.
5. Satelliten sind ein Planetenmechanismus, der eine Schlüsselrolle bei der Sicherstellung der Differenz der Raddrehung beim Drehen spielt.
6. Achswellen sind Wellen, die sich vom Differential direkt zu den Rädern erstrecken.

Kommen wir nun zum wichtigsten und wichtigsten Verständnis der Funktionsweise des Differentials und sehen uns die folgenden Animationen an, wie die oben genannten offenen Differentialkomponenten in zwei Fällen funktionieren:

• Wenn das Auto geradeaus fährt.
• Wenn das Auto dreht.

Überzeugen Sie sich selbst - alles ist ganz einfach:

Klicken Sie auf die Schaltfläche "Drehen", um zu sehen, wie das Differential während einer Kurve funktioniert, und auf "Geradeaus fahren", um zu sehen, wie sich seine Komponenten bei einer geraden Bewegung bewegen

Wie wir sehen, dreht sich, wenn wir direkt in unserem Auto fahren, tatsächlich der gesamte Differentialmechanismus mit der gleichen Geschwindigkeit: Die Drehzahl der Eingangswelle ist gleich der Drehzahl der Achswellen und dementsprechend der Raddrehzahl. Aber sobald wir das Lenkrad ein wenig drehen, ändert sich die Situation, und jetzt kommen die Satelliten in ihre Hauptrolle, die aufgrund der unterschiedlichen Belastung der Räder entsperrt werden (wenn ein Rad versucht zu rutschen, schneller durchdrehen) , und die gesamte Kraft des Motors fließt jetzt durch sie. Und aufgrund der Tatsache, dass die beiden Satelliten zwei unabhängige Gänge sind, stellt sich heraus, dass sie unterschiedliche Drehzahlen auf die Achswellen übertragen, als ob sie sie verdoppeln würden, aber nicht die gesamte Leistung gleichmäßig teilen, sondern übertragen höchste Macht das Rad, das sich weiterbewegt äußere Kante während Sie das Auto drehen und dementsprechend mehr drehen (die Drehzahl erhöhen). Und der Unterschied in der übertragenen Leistung ist umso stärker, je steiler die Maschine dreht (genauer gesagt, je kleiner der Wenderadius dieser Maschine).

Was ist der Hauptnachteil des Differentials?

Ein offenes Differential überträgt die Drehung auf das eine oder andere Rad in fast jedem Verhältnis, einschließlich eines 100 / 0%-Verhältnisses - wenn eines der Antriebsräder das gesamte Drehmoment auf sich nimmt. Gleichzeitig erfolgt die Verteilung einer solchen Drehung zwischen den Rädern, wenn sich die Belastung dieser Räder (und damit auch der Achswellen) ändert - dh ein Rad mit einer geringeren Belastung erhält in einer Kurve mehr Drehung. Aber hier liegt einer erheblicher Nachteil, die unter bestimmten Bedingungen auftritt, nämlich wenn sich beide Antriebsräder in Schlamm, Schnee oder Eis befinden und das Auto zu rutschen beginnt - in diesem Fall erhält das Rad, das weniger Bodenhaftung hat, den Löwenanteil der Drehung. Einfach ausgedrückt, wenn Sie zum Beispiel im Schnee stecken bleiben und "auf dem Bauch" sitzen - wenn ein Rad an der Schneeoberfläche haftet und das zweite vollständig in der Luft hängt, dann wird nur dieses Rad empfangen Kraft durch die entsprechende Verteilung entlang der Differentialachswellen, die aufgehängt ist und sich hilflos in der Luft dreht. Besonders akut dieses Problem steht für Geländewagen und Geländewagen.

Welche Arten von Differenzialen gibt es?

Die Lösung für diese Probleme ist Differential erhöhte Reibung (LSD, auch genannt Sperrdifferenzial). Differentiale mit begrenztem Schlupf verwenden verschiedene Mechanismen, um eine normale Differentialwirkung in verschiedene Bedingungen Fahrt. Wenn das Rad rutscht, ermöglicht dieses Differential, dass mehr Drehmoment auf das rutschfeste Rad übertragen wird.

Bei SUVs und Geländewagen kommen auch Differenziale mit manueller Abschaltung zum Einsatz, die jedoch aus Unwissenheit sehr oft nicht vor versehentlichem Abkoppeln oder Abkoppeln zum falschen Zeitpunkt geschützt sind – Tatsache ist, dass die Möglichkeit der Abschaltung des Differenzials am go bringt seinen möglichen Zusammenbruch und dieses häufige Problem mit sich.

Was ist eine Viskosekupplung (Viskosekupplung)?

Viskosekupplungen finden sich am häufigsten in allen Allradfahrzeugen. Und wenn Sie einen Artikel über das Funktionsprinzip eines Drehmomentwandlers gelesen haben, wissen Sie, dass die Viskosekupplung ein ähnliches Betriebsschema hat. Es wird häufig verwendet, um die Hinterräder mit den Vorderrädern zu verbinden, so dass, wenn ein Radsatz zu rutschen beginnt, Drehmoment auf den anderen Satz übertragen wird, wodurch das oben beschriebene Problem des brennenden Rades gelöst wird.

Eine Viskosekupplung hat zwei Plattensätze in einem abgedichteten Gehäuse, das mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt ist (z. B. etwas viskoser als Getriebeöl). Mit jeder Abtriebswelle ist ein Plattensatz verbunden. V normale Bedingungen beide Plattensätze und ihr Anteil der viskosen Flüssigkeit bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Wenn jedoch eine Achse versucht, sich schneller zu drehen, vielleicht weil sie rutscht, drehen sich die mehreren Platten, die den Rädern dieser Achse entsprechen, schneller als die anderen. Die viskose Flüssigkeit zwischen den Platten versucht die schnelleren Scheiben einzuholen und treibt dadurch die langsameren Scheiben an. Dadurch wird mehr Drehmoment auf die langsamer drehenden Räder übertragen, die nicht durchrutschen.

Viskosekupplungsvorrichtung

Beim Wenden ist der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Rädern einer Achse nicht so groß, wie wenn eines der Räder einfach durchrutscht. Je schneller sich die Platten relativ zueinander drehen, desto mehr Drehmoment wird auf die Kupplung aufgebracht. Die Kupplung verhindert nicht, dass sich die Kurven drehen, da das während der Drehung übertragene Drehmoment gering ist.

Ein einfacher Versuch mit einem Ei hilft, das Verhalten der viskosen Kupplung zu erklären. Wenn Sie ein Ei auf die Küchentheke legen, werden die Schalen, das Eiweiß und das Eigelb unbeweglich. Aber wenn Sie anfangen, das Ei zu drehen, bewegt sich die Schale des Eies schneller als das Eiweiß und das Eiweiß etwas schneller, ich esse das Eigelb, aber das Eigelb holt dann schnell auf. Übrigens, um sich dieser Worte zu vergewissern, führen Sie ein Experiment durch, sobald Sie ein Ei haben: Drehen Sie es schnell genug, und stoppen Sie es, dann lassen Sie das Ei einfach los und es beginnt sich wieder zu drehen (na ja, oder zumindest in Richtung der vorherigen Drehung zucken) ... In diesem Experiment haben wir die Reibung zwischen der Schale, dem Eiweiß und dem Eigelb verwendet und Kraft nur auf die Schale ausgeübt. Zuerst wickelten wir die Schale tatsächlich ab, und mit einiger Verzögerung hinter der Schale begann sich aufgrund der Reibung das Weiß abzuwickeln und dann das Eigelb. Und als wir die Schale stoppten, übte die gleiche Reibung – zwischen dem sich noch bewegenden Eigelb, dem Weiß und der Schale – eine Kraft auf die Schale aus, wodurch sie beschleunigt wurde. Bei einer viskosen Kupplung wird die Kraft zwischen der Flüssigkeit und den Plattensätzen also genauso übertragen wie zwischen dem Eigelb, dem Eiweiß und der Schale.

Was Differenzial Torsen?

Das Torsen-Differential ist rein mechanische Vorrichtung: Es ist weder durch Kupplungen noch durch viskose Flüssigkeiten gebunden und ist im Wesentlichen ein ziemlich einfacher Mechanismus, der einem offenen Differential sehr ähnlich ist.

Der Torsen funktioniert wie ein offenes Differential, wenn das Drehmoment zwischen den beiden Antriebsrädern gleich ist. Sobald jedoch eines der Räder an Traktion verliert, führt die Drehmomentdifferenz dazu, dass die Gänge im Torsen-Differential sperren.

Diese Art von Differenzial wird häufig in leistungsstarken und sehr leistungsstarken Allradfahrzeugen verwendet. Wie die Visco-Kupplung wird sie häufig zur Kraftübertragung zwischen Vorder- und Hinterrädern verwendet. Und in dieser Anwendung übertrifft das Torsen-Differential die viskose Verbrennung, da es das Drehmoment konsequent auf die Räder überträgt, bevor das Gleiten tatsächlich beginnt. Verliert jedoch ein Radsatz die Traktion komplett, kann das Torsen-Differential konstruktions- und funktionsbedingt kein Drehmoment auf den anderen Radsatz übertragen.

So sieht ein modernes Torsen-Differential aus.

Übrigens fast alle Hummer-Autos Verwenden Sie ein Torsen-Differential zwischen Vorder- und Hinterachsen... Gleichzeitig bietet die Hummer Bedienungsanleitung eine neue Lösung für das Problem, wenn ein Rad komplett die Traktion verliert: Treten Sie auf das Bremspedal. Durch Betätigung der Bremse wird das Drehmoment auf die in der Luft befindlichen Räder übertragen und dann auf die Räder übertragen, die das Auto aus dem "Chaos" ziehen können.

Während der Fahrt wird das Drehmoment vom Hauptzahnrad und Differenzial auf die Antriebsräder übertragen. ermöglicht es Ihnen, das übertragene Drehmoment zu erhöhen oder zu verringern und gleichzeitig die Drehzahl der Räder zu reduzieren und entsprechend zu erhöhen. Die Übersetzung im Hauptgang ist so gewählt, dass das maximale Drehmoment und die maximale Drehzahl der Antriebsräder die optimalen Werte für bestimmtes Auto... Außerdem ist der Achsantrieb sehr oft Thema des Autotunings.

Achsantriebsvorrichtung

Tatsächlich ist das Hauptzahnrad nichts anderes als ein Untersetzungsgetriebe, bei dem das Antriebszahnrad mit der Abtriebswelle des Getriebes verbunden ist und das Abtriebszahnrad mit den Rädern des Autos verbunden ist. Typ Zahnverbindung die Hauptzahnräder unterscheiden sich in folgende Typen:

• zylindrisch - wird in den meisten Fällen bei Autos mit Queranordnung und Getriebe und Frontantrieb;
• konisch - es wird sehr selten verwendet, da es hat große Abmessungen und hohes Niveau Lärm;
• Hypoid - die gefragteste Sorte Hauptzahnrad, die bei den meisten Autos mit Klassiker verwendet wird Heckantrieb... Die Hypoidübertragung ist klein und geräuscharm;
• wurm - aufgrund der mühsamen Herstellung und der hohen Kosten praktisch nicht für Autos verwendet.

Es ist auch erwähnenswert, dass Fahrzeuge mit Front- und Heckantrieb anderer Standort Hauptzahnrad. V Fahrzeuge mit Frontantrieb mit Queranordnung des Kontrollpunktes und Triebwerk, befindet sich der zylindrische Achsantrieb direkt im Getriebegehäuse.

Bei Fahrzeugen mit klassischem Heckantrieb ist der Achsantrieb im Antriebsachsgehäuse verbaut und ist mit dem Getriebe über verbunden. Ins Funktionale Hypoidübertragung Auto mit Heckantrieb beinhaltet auch eine 90-Grad-Drehung aufgrund von Kegelrädern. Trotz Verschiedene Arten und der Standort, der Zweck des Hauptfahrwerks bleibt unverändert.

Differential Auto

Differential Auto am häufigsten mit dem Hauptzahnrad kombiniert und befindet sich jeweils im Getriebegehäuse bzw. im Gehäuse Hinterachse... Zwischen den Antriebsachsen eines allradgetriebenen Fahrzeugs kann aber auch ein Differenzial eingebaut werden. Das Differential ist und wird in folgende Typen unterteilt:

• kegelrad - in den meisten Fällen wird es zusammen mit dem Hauptzahnrad zwischen den Rädern einer Antriebsachse installiert;
• zylindrisch - am häufigsten verwendet, um Leitachsen zu entkoppeln Autos mit Allradantrieb Handys;
• Schnecke - ist universell und wird sowohl zwischen den Rädern als auch zwischen den Antriebsachsen installiert.

Der Hauptzweck des Differentials besteht darin, das Drehmoment zwischen den Rädern des Autos zu verteilen und ihre Drehfrequenz relativ zueinander zu ändern. Zum Beispiel das Auto ohne Differenzial zu drehen wäre einfach unmöglich, da sich beim Drehen zwangsläufig das äußere Rad mit einer höheren Frequenz drehen muss als das innere.

Differentiale sind symmetrisch und asymmetrisch. Das symmetrische Differenzial überträgt das gleiche Drehmoment auf beide Räder und wird meist in Verbindung mit dem Achsantrieb verbaut. Ein asymmetrisches Differenzial ermöglicht die Übertragung von Drehmomenten in unterschiedlichen Proportionen und ist dazwischen eingestellt.

Das Differential besteht aus einem Gehäuse, Ritzel und Seitenrädern. Die Karosserie ist in der Regel auf das Abtriebsrad des Achsantriebs ausgerichtet. Die Zahnräder der Satelliten spielen eine Rolle Planetengetriebe und verbinden Sie die Seitenräder mit dem Differentialgehäuse. Halbachs-(Sonnen-)Getriebe sind mit den Antriebsrädern über Halbwellen auf Keilwellengelenken verbunden.

Mit allen Vorteilen des einfachsten Differentials es gibt auch einen nachteil... Tatsache ist, dass die Geschwindigkeit nicht nur in einem Verhältnis, beispielsweise 50/50, 40/60 oder 35/65, sondern auch 0/100 auf die Räder verteilt werden kann. Das heißt, dass absolut das gesamte Drehmoment auf ein Rad des Autos übertragen werden kann, während das zweite Rad absolut statisch ist. Dies passiert, wenn das Auto im Schlamm oder Eis feststeckt.

Moderne Differentiale sind jedoch perfekter und haben diesen Nachteil praktisch nicht. Viele Differentiale haben eine starre Automatik oder manuelle Sperrung... Außerdem moderne Autos Fahrzeuge mit Allradantrieb mit dem System geliefert Richtungsstabilität, die auf der optimalen Drehmomentverteilung zwischen den Achsen und einzelnen Rädern in Abhängigkeit von der Flugbahn basiert.

Bei Kurvenfahrten legen die Räder der Antriebsachse einen unterschiedlich langen Weg zurück. Um ein Durchrutschen der Reifen zu verhindern, müssen sich die Räder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Überlegen Sie: Was ist ein Differential und wie funktioniert es, welche Sorten gibt es.

Was ist das?

Das Produkt aus Zugkraft und Radradius ergibt das Drehmoment, das das Differential auf die Räder übertragen muss. Wenn die Traktion schwach ist oder ein Rad ausgesetzt ist, Drehmoment und Traktion am Rad sehr gering oder gar nicht sind, kann das Fahrzeug nicht weiterfahren. Dies ist ein Merkmal des weit verbreiteten Kegelraddifferentials. Diese Art von Differential wird als symmetrisch bezeichnet, da es das Drehmoment gleichmäßig zwischen den Rädern verteilt.

Denn der Satellit funktioniert wie ein gleicharmiger Hebel und überträgt nur gleiche Kräfte auf die Achsgetriebe und damit auf die Antriebsräder. Wenn eines der Räder wenig Grip hat Straßenbelag, dann ist das wirksame Drehmoment darauf klein bzw. das symmetrische Differential überträgt die gleiche Kraft auf das andere Rad. Das heißt, wenn ein Rad rutscht, ist die Zugkraft am zweiten gleich Null, was sich negativ auf die Geländegängigkeit auswirkt.

Um es bei Autos zu verbessern, werden Voll- oder Teildifferenzialsperren verwendet, deren Grad durch den Sperrkoeffizienten bewertet wird.

Es gibt verschiedene Arten von Differentialen.

Differential mit Vollsperrung

Beispiel - Sperren Mittendifferenzial auf dem VAZ-2121. Vom Fahrer zwangsweise bedient. Die Winkelgeschwindigkeiten der Räder sind hier immer gleich, was den Fahrbedingungen des Autos in der Kurve widerspricht, zu einem Verschleiß des Gummis und einer Verschlechterung des Fahrverhaltens auf hartem Untergrund führt.

Viskosekupplung

Das Funktionsprinzip der Viskosekupplung Es basiert auf den besonderen Eigenschaften einer speziellen Silikonflüssigkeit: Bei steigender Temperatur sinkt ihre Viskosität nicht wie beispielsweise bei Öl, sondern steigt an. Die Viskosekupplung ist ein mit Silikonflüssigkeit gefüllter Zylinder. Im Inneren befindet sich ein Paket von Lochscheiben, die jeweils durch eine mit der Antriebs- und Abtriebswelle verbunden sind.

V Allradantrieb Getriebe Unter normalen Fahrbedingungen drehen sich die Wellen mit ungefähr der gleichen Drehzahl: Die Antriebswelle wird durch das Drehmoment der Hauptantriebsachse angetrieben und die Abtriebswelle dreht die Räder, mit denen sie verbunden ist. Wenn die Räder der Hauptantriebsachse durchdrehen Eingangswelle schneller als der Abtrieb dreht (die Maschine steht praktisch still), die Flüssigkeit erwärmt sich durch Reibung an den Scheiben und die Kupplung beginnt, mehr Drehmoment auf die Abtriebswelle zu übertragen.

Ein wesentlicher Nachteil der Viskosekupplung: Die Betätigung der Kupplung dauert lange und ihre optimale Kennlinie ist schwer zu wählen. Daher verzichten viele Hersteller auf den Einsatz von Viskosekupplungen zugunsten elektronisch gesteuerter Lamellenkupplungen.

Thorsen

Durch eine solche starre kinematische Verbindung können sich die Räder des Autos mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Reibungskräfte, die im Schneckengetriebe aus der Differenz der Momente an den Rädern entstehen, führen die Differenzialsperre aus. Der Konstruktionsfehler ist die Komplexität der Herstellung, des Zusammenbaus der Einheit als Ganzes und der Reparatur.

Quife

Wenn eines der Räder nachzuhängen beginnt, beginnt sich das ihm zugeordnete Halbachsgetriebe langsamer zu drehen als das Differentialgehäuse und dreht den mit ihm in Eingriff stehenden Satelliten. Es überträgt die Bewegung auf den ihm zugeordneten Satelliten und diesen wiederum auf das Halbachsgetriebe. Dies sorgt für unterschiedliche Raddrehzahlen in der Kurve.

Aufgrund der Drehmomentdifferenz an den Rädern treten Reibungskräfte auf, die eine Blockierung durchführen, was die Zugkraft des Autos erhöht und seine Geländegängigkeit erhöht. Differentiale dieser Art haben erhalten am weitesten verbreitet im Tuning.

Planetengetriebe gehören zu den komplexesten Geräten. technologische Maschinen, Radfahren und Kettenfahrzeuge... Bis heute hat der Planet mehrere strukturelle Designs, aber die Grundprinzipien seiner Modifikationen bleiben gleich.

Einheit Gerät

Die Konstruktionsgrundlage bilden nur drei Funktionsteile mit einer Drehachse. Sie werden durch einen Träger und zwei zentrale Zahnräder dargestellt. Das Gerät bietet auch eine umfangreiche Gruppe von Hilfsgliedern in Form eines Satzes von einformatigen Zahnrädern, Hohlrädern und Lagern. Daraus können wir schließen, dass das Planetengetriebe ein Mechanismus aus der Familie der Getriebe "Boxen" ist, jedoch mit einem grundlegenden Unterschied. Sie besteht in der bedingten Unabhängigkeit der Winkelgeschwindigkeiten für jeden der Hauptglieder. Nun lohnt es sich, die Elemente der Einheit genauer unter die Lupe zu nehmen:

• Der Träger ist die Basis und ein obligatorischer Bestandteil jedes Planetensystems, auch solcher mit Differenziallenker. Dies ist eine Raumgabel, deren Achse mit der gemeinsamen Getriebeachse fluchtet. Dabei rotieren die Zahnachsen mit Satelliten in den Ebenen der Zentralräder um ihn herum.
• Zahnräder. Zunächst sollten die Gruppen von großen zentralen und kleinen zentralen Rädern dieses Typs getrennt werden. Im ersten Fall sprechen wir von großen Rädern mit Innenverzahnung - dieses System heißt Epizykel. Die kleinen Zahnräder unterscheiden sich in der äußeren Anordnung der Zähne - sie werden auch Sonnenrad genannt.
• Satelliten. Die Radgruppe des Planetengetriebes (seltener - einzeln Ausrüstung), deren Elemente zwangsläufig eine Außenverzahnung haben. Die Satelliten befinden sich in einer Kupplung mit beiden Gruppen von Zentralrädern. Je nach Funktionalität und Leistung des Geräts kann die Anzahl der Satelliten zwischen 2 und 6 variieren, meistens werden jedoch 3 Segmente verwendet, da in diesem Fall keine zusätzlichen Ausgleichsgeräte erforderlich sind.

So funktionieren Planetengetriebe

Der Gangwechsel hängt von der Konfiguration der Platzierung der Funktionseinheiten ab. Die Beweglichkeit des Elements und die Richtung des Drehmoments sind wichtig. Eine der drei Komponenten (Träger, Satelliten, Sonnenrad) ist stationär fixiert, die anderen beiden rotieren. Um die Elemente des Planetengetriebes zu blockieren, sieht das Funktionsprinzip des Mechanismus die Verbindung und Kupplungen vor. Außer bei Differentialvorrichtungen mit Kegelrädern gibt es keine Bremsen und Überbrückungskupplungen.

Es kann auf zwei Arten aktiviert werden. In der ersten Version wird folgendes Prinzip umgesetzt: Der Epizykel stoppt, vor dessen Hintergrund das Arbeitsmoment des Triebwerks an die Basis des Sonnenrades weitergeleitet und vom Träger abgeführt wird. Als Ergebnis nimmt die Rotationsintensität der Welle ab und das Sonnenrad erhöht die Betriebsfrequenz. Bei einem alternativen Schema wird das Sonnenrad der Vorrichtung blockiert und die Drehung wird vom Träger auf den Epizykel übertragen. Das Ergebnis ist das gleiche, aber mit einem kleinen Unterschied. Tatsache ist, dass das Übersetzungsverhältnis in diesem Arbeitsmodell zur Einheit tendieren wird.

Im Hochschaltvorgang können auch mehrere Arbeitsmodelle realisiert werden, und zwar für das gleiche Planetengetriebe. Das Funktionsprinzip in das einfachste Schema Als nächstes wird der Epizyklus blockiert, und das Drehmoment wird vom zentralen Sonnenrad übertragen und auf die Satelliten und den Träger übertragen. In diesem Modus arbeitet der Mechanismus als Untersetzungsgetriebe. In einer anderen Konfiguration wird das Zahnrad blockiert und das Moment wird vom Hohlrad an den Träger weitergeleitet. Auch das Funktionsprinzip ähnelt der ersten Option, es gibt jedoch einen Unterschied in der Geschwindigkeit. Beim Einlegen des Rückwärtsgangs wird das Drehmoment vom Epicycle abgenommen und auf das Sonnenrad übertragen. In diesem Fall muss der Träger stationär sein.

Funktionen des Workflows

Der grundlegende Unterschied Planetengetriebe von anderen Getriebetypen ist die bereits erwähnte Unabhängigkeit der Arbeitselemente, die als zwei Freiheitsgrade formuliert wird. Dies bedeutet, dass zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit einer Komponente des Systems aufgrund des differentiellen Zusammenhangs die Geschwindigkeiten der anderen beiden Zahnradknoten berücksichtigt werden müssen. Zum Vergleich andere Getriebe Zahnräder nehmen bei der Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit eine lineare Beziehung zwischen den Elementen an. Mit anderen Worten, die Winkelgeschwindigkeiten der planetarischen "Box" können sich am Ausgang unabhängig von ändern dynamische Leistung am Eingang. Mit Fest- und Stationärgetrieben wird es möglich, Leistungsflüsse zusammenzufassen und zu verteilen.

Bei den einfachsten Mechanismen gibt es zwei Freiheitsgrade von Getriebegliedern, aber der Betrieb komplexer Systeme kann auch das Vorhandensein von drei Grad vorsehen. Dazu muss der Mechanismus über mindestens vier Funktionsglieder verfügen, die in einer differentiellen Verbindung zueinander stehen. Eine andere Sache ist, dass eine solche Konfiguration aufgrund der geringen Effizienz tatsächlich unwirksam ist, daher behalten die Anwendung und Übertragung mit vier Gliedern in der Praxis zwei Freiheitsgrade.

Einfache und komplexe Planetengetriebe

Eines der Anzeichen für die Aufteilung planetarischer Mechanismen in einfache und komplexe wurde bereits festgestellt - dies ist die Anzahl der funktionierenden Verbindungen. Darüber hinaus sprechen wir nur über die Hauptknoten und Gruppen von Satelliten werden nicht berücksichtigt. Ein einfaches System hat normalerweise drei Glieder, obwohl alle sieben durch die Kinematik erlaubt sind. Als Beispiel für ein solches System kann man Sätze von ein- und zweiballigen Satelliten sowie paarweise ineinandergreifende Gruppen von Zahnrädern anführen.

In komplexen Mechanismen gibt es viel mehr grundlegende Verbindungen als in einfachen. In ihnen ist mindestens ein Träger vorgesehen, es können jedoch auch mehr als drei zentrale Räder vorhanden sein. Darüber hinaus erlaubt das Funktionsprinzip des Planetengetriebes den Einsatz mehrerer einfacher Aggregate auch im Rahmen eines komplexen Systems. Beispielsweise kann ein Modell mit vier Verknüpfungen bis zu drei einfache Knoten und ein Modell mit fünf Verknüpfungen bis zu sechs haben. Von einer vollständigen Unabhängigkeit einfacher Planetensysteme im Rahmen komplexer Geräte ist jedoch keine Rede. Tatsache ist, dass mehrere dieser Mechanismen eher einen gemeinsamen Träger haben.

Bedienelemente des Mechanismus

Unter Beibehaltung mehrerer Freiheitsgrade kann das Gerät als autarke Hauptfunktionalität verwendet werden. Wenn jedoch ein Modell mit einem Master und einem Slave ausgewählt wird (Getriebemodus), müssen bestimmte Geschwindigkeiten eingestellt werden. Dazu werden die Steuerelemente des Planetengetriebes verwendet. Das Funktionsprinzip besteht darin, die Geschwindigkeiten aufgrund von Kupplung und Bremse neu zu verteilen. Die überschüssigen Freiheitsgrade werden entfernt und die freien Hauptknoten werden zu Referenzknoten.

Die Kupplungen sind dafür verantwortlich, zwei freie Glieder oder ein Glied (ebenfalls frei) mit einer externen Stromversorgung zu verbinden. Beide Kupplungskonfigurationen liefern im Blockierzustand den gesteuerten Gliedern eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit und nicht Null. Konstruktionsbedingt handelt es sich bei solchen Elementen um Mehrscheibenkupplungen, manchmal findet man aber auch gewöhnliche Kupplungen zur Drehmomentübertragung.

Was die Bremse betrifft, so besteht ihre Aufgabe in der Steuerungsinfrastruktur eines Planetengetriebes darin, die freien Lenker mit dem Gehäuse der Mechanik zu verbinden. Dieses Element verleiht unter Sperrbedingungen freie Links mit Null Winkelgeschwindigkeit... Von technisches Gerät solche Bremsen ähneln Kupplungen, jedoch in den einfachsten Versionen - Einzelscheibe, Schuh und Band.

Anwendung des Planetengetriebes

Zum ersten Mal wurde dieses Gerät in Ford-Auto T als zweistufiges Getriebe mit Fußschaltung und Bandbremse. In der Zukunft durchlief das Gerät viele Transformationen, und heute, wie neueste Version Mechanismen dieser Art kann als japanisches Prius-Planetengetriebe bezeichnet werden. Das Funktionsprinzip dieses Geräts besteht darin, Energie zwischen Kraftwerk(die Hybrid sein können) und Räder. Während des Betriebs stoppt der Motor, woraufhin Energie an den Generator geleitet wird, wodurch sich die Räder zu bewegen beginnen.

Gleichzeitig kann das System nicht nur die Funktionalität des Getriebes allein sein. Heute Dieses Gerät verwendet in Getrieben, Differentialen, in komplexen kinematische Diagramme industrielle Ausrüstung, in den Antriebssystemen von Sondermaschinen und Flugzeugen. Auch fortgeschrittene Autogiganten beherrschen die Funktionsweise des Mechanismus in Kombination mit elektromagnetischen und elektromechanischen Antrieben. Das gleiche Prius Planetengetriebe wird erfolgreich eingesetzt in Hybrid-Elektrofahrzeuge... Es gibt bei solchen Konstruktionen kein Getriebe selbst im herkömmlichen Sinne, aber es gibt den Anschein eines Variators ohne Stufenschaltung- ein Komplex von Planetengetrieben, der die Räder antreibt und Energie vom Motor erhält, übernimmt nur diese Funktion.

Planetengetriebe für Fahrräder

Im herkömmlichen Sinne gibt es im Fahrradtransport kein Getriebe mit Planetengetriebe. Dies sind Buchsen mit dem gleichen Sonnenrad, das starr befestigt ist Hinterräder auf ihrer Achse. Zur Fixierung wird auch ein Träger verwendet, der die Bewegungsrichtung der Satelliten bestimmt und es ihnen nicht erlaubt, sich aufzulösen und miteinander zu verriegeln. Und das wichtigste Element der planetarischen "Box" eines Fahrrads ist ein Umlaufgetriebe, dessen Drehung aufgrund der Torsion der Pedale erfolgt. Im Moment des Gangwechsels Betätigungsmechanismus Buchsen (Spline-Antrieb) ändert die Dynamik des Trägers, was den Effekt der Geschwindigkeitsregelung ergibt.

Das heißt, wir können wieder schließen, dass das Planetenmodell als Reduzierer wirkt. Bei diesem System fungiert der Epizykel als angetriebenes Glied in der Kette, das Sonnenrad hält stationärer Zustand, und der Träger wird am Körper geschlossen. In diesem Fall sind die Arbeitsdiagramme von einfachen und mehrstufigen Buchsen gleich. Ein kleiner Unterschied besteht nur darin, dass jeder Knoten des Planetensystems seine eigenen streng definierten Indikatoren für die Übersetzungsverhältnisse hat.

Betriebsablauf

Die wichtigste Maßnahme im Betrieb dieser Mechanismus Es liegt auf der Seite des Benutzers, den Planetenradsatz in optimalem Betriebszustand zu halten. Dies wird durch regelmäßige Reinigung der Elemente und vor allem durch Schmierung erreicht. Was soll im Planetenkasten geschmiert werden? Hauptsächlich Gleitlager des Getriebes. Öl wird von der Kurbelwelle in den Hohlraum der Getriebewelle geleitet und füllt die Hohlräume der Satelliten mit Zahnräder... Weiterhin je nach Ausführung entlang der Zapfen und Radialbohrungen technischer Schmierstoff geht an die lager der zahnräder. Für maximale Ölverteilung entlang der Lagerlänge außen Stifte sind manchmal abgeflacht.

Die Schmierung der Kupplungen erfolgt entweder durch Eintauchen der Radzähne in ein Flüssigkeitsbad oder durch Einleiten von Öl in den Kupplungsbereich durch spezielle Düsen. Das heißt, Strahlschmierung oder Tauchschmierung wird realisiert. Aber die meisten effektiver Weg Berücksichtigt wird die Ausbreitung von Ölnebel, der auf die Verzahnungselemente und Lager aufgebracht wird. Diese Methode Die Schmierung erfolgt durch Spritzen aus einer speziellen Spritzpistole.

Was die Schmiermittelzusammensetzung selbst betrifft, werden für Planetengetriebe unlegierte Erdöle empfohlen. Zur Verwendung sind beispielsweise industrielle Formulierungen geeignet. allgemeiner Zweck... Für Hochgeschwindigkeitsmechanismen ist es wünschenswert, spezielle Turbinen- und Luftfahrtanlagen zu verwenden.

Funktionsstörungen und Reparaturen des Mechanismus

Das häufigste Symptom eines Planetengetriebeproblems sind Vibrationen im Kanalbereich. Fahrer beachten auch Fremdgeräusche, zucken und zucken. Das Vorhandensein bestimmter Symptome hängt von der Art der Fehlfunktion ab, für die es mehrere Gründe geben kann:

• Überhitzung des Mechanismus.
• Aggressiver Fahrstil mit hartem Bremsen und Beschleunigen.
• Ölmangel, es niedriges Niveau oder nicht genug hohe Qualität.
• Unzureichendes Aufwärmen des Getriebes vor der Fahrt.
• Auf Eis rutschen.
• Fahrzeug fällt in Schnee oder Schlamm.
• Verschleiß der Planetengetriebeelemente.

Um ein Planetengetriebe zu reparieren, müssen Sie die genaue Ursache seines Ausfalls kennen. Dazu wird der Mechanismus demontiert. Die Box wird normalerweise an der Innenseite der Antriebswelle verschraubt. Es ist notwendig, die Hochgeschwindigkeitshalterungen von einer Seite (je nach Ausführung) zu entfernen und dann die Schraube durch das Loch in der Antriebswelle herauszudrehen. Als nächstes wird das fehlerhafte Element gereinigt oder ersetzt. Typischerweise sind dies Metallspäne, abgebrochene Zähne, verschlissene Achsen und Zahnräder.

Abschluss

Unterscheiden Sie sich in der Komplexität des Geräts, das seine Vor- und Nachteile hat. Erstere beinhalten das Gleichgewicht der gewarteten Elemente mit einer relativ genauen Kraftverteilung. Dieser Faktor ermöglicht die Entwicklung bescheidener Schalteinheiten, die ein optimiertes Layout ermöglichen. Bei einem „planetaren“ Fahrrad werden auch ergonomische Vorteile festgestellt, darunter die Möglichkeit, im Stehen zu wechseln. Bei Fahrten durch die Stadt ist dies eine besonders nützliche Eigenschaft, da sich ändern Geschwindigkeitsmodi passiert oft genug. Wenn wir über die Nachteile von Planetensystemen sprechen, dann zeichnen sie sich bei großen Übersetzungen immer noch durch eine bescheidene Leistung aus. Außerdem erfordert das System eine präzise Montage, da geringste Abweichungen das Risiko des gleichen Teileverschleißes erhöhen.

Gerät und Funktionsprinzip

Das Planetengetriebe verwendet ein System von Satellitenrädern, die sich um ein zentrales Sonnenrad drehen. Meistens befinden sich die Satelliten in einem großen Hohlrad (Epicycle), mit dem sie in ständigem Eingriff stehen. Die Satelliten wiederum sind am Träger befestigt.
Die Übersetzungsänderung des Planeten-Schaltgetriebes hängt davon ab, welches der drei Hauptelemente – Sonnenrad, Planetenrad und Hohlrad – unverrückbar fixiert ist, welches Drehmoment zugeführt und welches Element vom Getriebe abgenommen wird. In jedem Fall ist eines der drei Hauptelemente des Planetenkastens (und die Satelliten werden als ein Stück mit dem Träger betrachtet) stationär, die anderen beiden drehen sich. Um eines der Getriebeelemente zu stoppen und zu blockieren, wird ein System aus Bandbremsen und Blockierkupplungen verwendet. Aber es gibt Planetengetriebe, bei denen es keine Bremsen und Kupplungen gibt - wir sprechen von Differentialen, die auch zu Planetengetrieben gehören, die mit Kegelrädern gebaut sind.
Es gibt viele Varianten von Planetensystemen, die im MCP verwendet werden. Die Beschreibung des Funktionsprinzips betrifft das einfachste system mit drei Satelliten, die in einem Winkel von 120 Grad am Träger befestigt sind.
Niedriger Gang. Erste Wahl. Wenn der Epizyklus gestoppt wird, das Drehmoment vom Motor auf die Sonnenradwelle aufgebracht wird und das Drehmoment vom Träger entfernt wird, dann wird die Drehzahl der Trägerwelle kleiner als die Sonnenraddrehzahl sein.
Zweite Option. Wenn Sie das Drehmoment der Motorwelle auf den Epicycle anwenden, das Sonnenrad blockieren und das Drehmoment vom Träger entfernen, erhalten Sie den gleichen Effekt (aber mit Übersetzungsverhältnis der Einheit nahe).
Overdrive. Erste Wahl. Der Epizyklus wird gesperrt, Drehmoment wird mit Satelliten auf den Planetenträger übertragen und vom zentralen Sonnenrad abgenommen. Dadurch arbeitet das Getriebe als Übersetzungsgetriebe.
Zweite Option. Das Sonnenrad ist gesperrt, Drehmoment wird auf den Träger aufgebracht, vom großen Hohlrad entfernt. Der Effekt ist der gleiche, das Getriebe arbeitet im Overdrive-Modus.
Umkehren. Erste Wahl. Das Drehmoment wird auf das Sonnenrad aufgebracht, aus dem Epizykel entfernt, der Träger ist bewegungslos fixiert. In diesem Fall arbeitet das Getriebe als Getriebe mit negativem Übersetzungsverhältnis, das heißt, der Drehmomentumkehrmodus ist eingeschaltet.
Zweite Option. Das Drehmoment wird auf den Epizykel aufgebracht, von der Sonnenradwelle entfernt, der Träger ist wiederum bewegungslos fixiert. Das Getriebe arbeitet im Rückwärtsgang mit negativer Übersetzung.

Anwendung planetarischer MCPs

V Straßentransport Manuelle (bzw. fußbetätigte) Schaltgetriebe wurden bereits 1928 – mit der Einstellung der Produktion – ausgemustert legendäres Auto Ford T. Dieses Auto verwendet ein planetarisches mechanisches Zweiganggetriebe. In diesem Fall erfolgte die Gangschaltung über Pedale, zu denen auch die Bandbremsen der Box gehörten. Der erste Gang wurde durch Drücken des rechten Pedals eingeschaltet, der zweite - auf dem mittleren und umkehren- am linken Pedal (es gab insgesamt drei Pedale, anstelle des "Gas" -Pedals wurde der Lenkstockhebel verwendet).
In den 30er Jahren und den folgenden Jahren wurde das MCP durch halbautomatische und automatische Planetengetriebe ersetzt. In halbautomatischen Maschinen wurden anstelle von Kupplungen Flüssigkeitskupplungen verwendet, in Automaten - Drehmomentwandler.

Heute werden planetarische MCPs häufig in Kettenfahrzeugen, einschließlich Militärfahrzeugen, eingesetzt – in Panzern, Traktoren und Transportern. V Flugzeugturbinen, in Zerspanungsmaschinen - als Reduzierstücke.

Sehr beliebter Planeten mechanische Box Zahnräder eingebettet in Hinterradnabe Fahrrad-Rad. Diese Boxen sind leicht, langlebig, effizient und einfach zu bedienen, da sie keine Wartung erfordern. Gleichzeitig verteuern sie das Fahrrad und werden nicht in Sportmodelle- aufgrund der großen Masse (ca. 1,5-2 kg) und geringerer Wartbarkeit im Vergleich zu offene GeräteÜbersetzung einer Kette vom Typ Parallelogramm.

Vor- und Nachteile von Planetengetrieben

Zu den Verdiensten Planetenkästen sollte der Kompaktheit zugeschrieben werden. Alle Teile des Planetengetriebes rotieren um eine Achse. Sie haben keine Wellen, Schieber und sequentiell angeordnete Zahnräder. Dadurch nimmt eine solche Box etwa den gleichen Platz ein wie eine Ein-Zwei-Scheiben-Kupplung.
Gleichzeitig können Planetengetriebe sehr hohe Drehmomente übertragen, was zu ihrem Einsatz in schweren (insbesondere Panzer-)Geräten führt. Dieses Merkmal erklärt sich aus der Tatsache, dass das Drehmoment gleichmäßig auf die Satelliten (von denen es mehr als drei sein kann) verteilt wird, deren Zähne im Vergleich zu Zwei-Drei-Wellen-Getrieben weniger mechanisch belastet werden. Planetenkästen zeichnen sich durch ihre erhöhte Ressourcen- und Wartungsfreundlichkeit aus.
Die Konstruktion der Planetengetriebe macht es einfach, das Steuerungssystem zu organisieren - um die Getriebeelemente mit Bandbremsen und Blockierkupplungen auszustatten (erklären wir: Erstere werden benötigt, um die Drehung der Zahnräder reibungslos zu stoppen, letztere werden für das Finale benötigt Blockieren und dementsprechend Gangwechsel).
Schließlich hat ein richtig ausgelegtes Planetengetriebe mit der richtigen Übersetzung eine höhere Übersetzung. nützliche Aktion als mechanische Zwei-Drei-Wellen-Getriebe.
Gleichzeitig haben Planetenkästen aber auch Nachteile. Der Hauptgrund ist die Komplexität der Konstruktion und Herstellung von mehrstufigen Getrieben. V automatische Boxen um drei oder mehr Schaltstufen zu erhalten, muss man auf kaskadierte Planetensysteme zurückgreifen. Dies verkompliziert das Getriebe und verringert dementsprechend seine Effizienz und Zuverlässigkeit.
Heute sind die Entwicklungen auf dem Gebiet der planetaren Autoboxen Getriebe werden bei der Herstellung von automatischen Planetengetrieben verwendet, die manuelle Getriebe dieses Typs vollständig ersetzt haben. Zusammen mit halbautomatischen und stufenlose Getriebe(zunächst mit