Mechanizm różnicowy w samochodzie spełnia trzy następujące zadania:
- Mechanizm różnicowy przenosi moc silnika na koła samochodu.
- Ostatnim krokiem jest zmniejszenie liczby obrotów na koła (pamiętajmy, że pierwszy taki krok wykonuje skrzynia biegów), a co za tym idzie zwiększenie momentu obrotowego przenoszonego na same koła napędowe.
- Przenosząc moc na koła napędowe (zawsze parzystą liczbę kół na tej samej osi: dwa lub wszystkie cztery), mechanizm różnicowy pozwala każdemu z nich obracać się z różnymi prędkościami (od czego dokładnie pochodzi nazwa mechanizmu różnicowego).
Z tego artykułu dowiesz się, dlaczego Twój samochód potrzebuje różnych prędkości kół, jak to jest zapewnione, czym jest mechanizm różnicowy, jak działa mechanizm różnicowy i jakie są jego główne wady. Przyjrzymy się również kilku jego typom.
Do czego służy dyferencjał?
Koła samochodu obracają się z różnymi prędkościami, zwłaszcza podczas skręcania. Na poniższej animacji widać, że każde koło pokonuje bardzo różną odległość, gdy samochód skręca, a koła wewnętrzne pokonują znacznie krótszą odległość niż koła zewnętrzne. Ponieważ prędkość jest równa drodze podzielonej przez czas potrzebny do przebycia tej drogi, okazuje się, że koła pokonujące krótszą drogę obracają się z mniejszą prędkością: tak więc, skręcając w lewo, koła lewe będą obracać się wolniej niż koła właściwe i na odwrót. Należy również zauważyć, że przednie koła pokonują inną odległość niż tylne koła.
Kliknij, aby wyświetlić animację
W przypadku aut z napędem tylko na jedną oś kół - czy to na koła tylne czy na przednie - różnica w skręcie kół przednich względem tylnych nie stanowi problemu. Nie ma między nimi połączenia, więc obracają się niezależnie. Ale koła napędowe są ze sobą połączone, tak że jeden silnik i przekładnia muszą napędzać oba koła, przy różnych prędkościach obrotowych. Ale co jeśli mamy tylko jeden silnik?! Jeśli Twój pojazd nie jest wyposażony w mechanizm różnicowy, koła muszą być zablokowane razem, zmuszając je do obracania się z tą samą prędkością. Utrudniałoby to manewry na zakrętach - nawet pod niewielkimi kątami - w takich samochodach, aby móc skręcić, jedna z opon musiałaby się ślizgać, a druga musiałaby się ślizgać. A przy nowoczesnych oponach i drogach asfaltowych będzie to wymagało dużego wysiłku. Siła ta będzie musiała być przenoszona przez oś z jednego koła na drugie, co spowoduje bardzo duże obciążenie elementów osi.
Z tym problemem mechanizm różnicowy radzi sobie bez zarzutu.
Co to jest mechanizm różnicowy?
Mechanizm różnicowy to urządzenie, które rozdziela moment obrotowy silnika na dwie ścieżki z wyjściami, umożliwiając każdemu wyjściu obracanie się z inną prędkością.
Mechanizm różnicowy jest dostępny we wszystkich nowoczesnych samochodach osobowych i ciężarowych, a także w wielu pojazdach z napędem na cztery koła. Ponadto wszystkie samochody z napędem na cztery koła muszą mieć mechanizm różnicowy między każdym zestawem kół napędowych na tej samej osi, a ponadto muszą mieć mechanizm różnicowy między parami przednich i tylnych kół (pamiętaj początek artykułu - ponieważ przednie koła pokonują inną odległość niż koła tylne, gdy pojazd porusza się w kierunku innym niż linia prosta?).
Jednak niektóre pojazdy z napędem na 4 koła nie mają mechanizmu różnicowego między przednimi i tylnymi kołami, a zamiast tego te pary kół są ściśle połączone, dzięki czemu przednie i tylne koła muszą obracać się z tą samą prędkością. Dlatego producenci nie zalecają jazdy po twardych nawierzchniach w trybie napędu na wszystkie koła w takich samochodach, ale włączanie go tylko w terenie.
Teraz dowiedzmy się, gdzie zwykle znajduje się mechanizm różnicowy w samochodzie, w zależności od rodzaju napędu samochodu:
Jak działa mechanizm różnicowy?
Zaczniemy od najprostszego typu mechanizmu różnicowego, tzw otwarty mechanizm różnicowy. Ale najpierw musimy nauczyć się kilku terminów - spójrz na poniższy rysunek, znajdziesz tam główne elementy operacji różniczkowej:
Tak więc mechanizm różnicowy składa się z następujących głównych części:
- Wał napędowy - przenosi moment obrotowy, prowadząc go od skrzyni biegów do początku mechanizmu różnicowego
- Koło zębate wału napędowego to małe koło zębate w kształcie stożka, które służy do sprzęgania z mechanizmem różnicowym
- Koło koronowe to koło zębate napędzane, również w kształcie stożka, które jest napędzane (obracane) przez koło napędowe. Przekładnie napędowe i napędzane razem wzięte to tzw jazda końcowa i to właśnie one służą jako ostatni etap redukcji prędkości obrotowej, która ostatecznie dotrze do kół (koło koronowe jest zawsze mniejsze od koła napędowego, co oznacza, że koło napędowe będzie musiało wykonać znacznie więcej obrotów podczas gdy napędzane koło zębate wykonuje wokół siebie tylko jeden obrót).
- Przekładnie osi są ostatnimi zębatkami na drodze przenoszenia obrotów z wału napędowego na koła.
- Satelity to mechanizm planetarny, który odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu różnicy w obrocie kół podczas skręcania.
- Półosie - wały przechodzące od mechanizmu różnicowego bezpośrednio do kół.
A teraz przejdźmy do kluczowego i najważniejszego zrozumienia, jak działa mechanizm różnicowy i spójrzmy na poniższe animacje, jak powyższe elementy otwartego mechanizmu różnicowego działają w dwóch przypadkach:
- Gdy samochód jedzie prosto.
- Kiedy samochód skręca.
Przekonaj się sam - wszystko jest dość proste:
Kliknij przycisk „Zakręć”, aby zobaczyć, jak działa mechanizm różnicowy podczas zakrętu, oraz „Jadąc prosto”, aby zobaczyć, jak jego elementy poruszają się po linii prostej
Jak widać, kiedy jedziemy prosto w naszym samochodzie, w rzeczywistości cały mechanizm różnicowy obraca się z tą samą prędkością: prędkość obrotowa wału wejściowego jest równa prędkości obrotowej półosi i odpowiednio prędkości obrotowej kół. Ale gdy tylko trochę kręcimy kierownicą, sytuacja się zmienia i teraz swoją główną rolę przejmują satelity, które odblokowują się ze względu na różnicę obciążenia kół (gdy jedno koło próbuje się kręcić, kręci się szybciej) , a cała moc silnika przechodzi teraz przez nie. A ponieważ dwa satelity to dwa niezależne biegi, okazuje się, że przekazują różne prędkości obrotowe na półosie, jakby je rozwidlały, ale nie rozdzielały całej mocy po równo, ale przekazywały najwięcej mocy na koło który porusza się wzdłuż zewnętrznej krawędzi w czasie obracania samochodu i odpowiednio go bardziej kręci (zwiększając liczbę jego obrotów). A różnica w przenoszonej mocy jest tym większa, im bardziej stromo skręca samochód (a dokładniej, im mniejszy jest promień skrętu tego samochodu).
Jaka jest główna wada mechanizmu różnicowego?
Otwarty mechanizm różnicowy przenosi obrót na jedno lub drugie koło w prawie każdym przełożeniu, w tym w stosunku 100% / 0% - gdy jedno z kół napędowych przejmuje cały moment obrotowy. Jednocześnie rozkład takiego obrotu między kołami występuje, gdy zmienia się obciążenie tych kół (a wraz z nimi na półoś) - czyli koło z mniejszym obciążeniem na zakręcie otrzymuje większy obrót. Ale tu tkwi jedna istotna wada, która pojawia się w określonych warunkach, a mianowicie, gdy oba koła napędowe są w błocie, śniegu lub lodzie i samochód zaczyna się ślizgać - w tym przypadku lwia część trafi na koło, które ma mniejszą przyczepność. obrót. Mówiąc najprościej, jeśli np. utkniesz w śniegu, siedząc „na brzuchu” – gdy jedno koło będzie stykać się z powierzchnią śniegu, a drugie w ogóle wisi w powietrzu, to właśnie to koło otrzyma moc dzięki odpowiedniemu rozłożeniu wzdłuż półosi mechanizmu różnicowego, który jest na wagę i to on będzie bezradnie kręcił się w powietrzu. Ten problem jest szczególnie dotkliwy w przypadku SUV-ów i pojazdów terenowych.
Jakie są rodzaje dyferencjałów?
Rozwiązaniem tych problemów jest mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu(LSD, zwany także mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu). Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu wykorzystują różne mechanizmy, aby zapewnić prawidłowe działanie mechanizmu różnicowego w różnych warunkach jazdy. Gdy koło się ślizga, ten mechanizm różnicowy umożliwia przeniesienie większego momentu obrotowego na koło antypoślizgowe.
W SUV-ach i pojazdach terenowych stosowane są również mechanizmy różnicowe z ręcznym wyłączaniem, które jednak bardzo często nie są chronione przed przypadkowym wyłączeniem lub wyłączeniem w niewłaściwym momencie z powodu niewiedzy - faktem jest, że możliwość wyłączenia mechanizmu różnicowego na go pociąga za sobą jego możliwą awarię i ten powszechny problem.
Co to jest sprzęgło lepkie (sprzęgło lepkie)?
Sprzęgło wiskotyczne występuje najczęściej we wszystkich pojazdach z napędem na cztery koła. A jeśli czytasz artykuł o zasadzie działania przemiennika momentu obrotowego, powinieneś wiedzieć, że sprzęgło wiskotyczne ma podobny schemat działania. Jest szeroko stosowany do łączenia tylnych kół z przednimi kołami, tak że gdy jeden zestaw kół zacznie się ślizgać, moment obrotowy zostanie przeniesiony na drugi zestaw, rozwiązując w ten sposób opisany powyżej problem ślizgania się koła.
Sprzęgło wiskotyczne ma dwa zestawy płytek wewnątrz uszczelnionej obudowy wypełnionej lepkim płynem (nieco bardziej lepkim niż na przykład olej przekładniowy). Jeden zestaw płyt jest podłączony do każdego wału wyjściowego. W normalnych warunkach oba zestawy płyt i ich porcja lepkiej cieczy poruszają się z tą samą prędkością. Ale kiedy jedna oś próbuje obracać się szybciej, być może dlatego, że się ślizga, wiele płyt odpowiadających kołom tej osi obraca się szybciej niż inne. Lepki płyn między płytami próbuje dogonić szybsze dyski, prowadząc w ten sposób wolne dyski do tego samego. To przenosi większy moment obrotowy na wolniej obracające się koła, które po prostu się nie ślizgają.
Wiskotyczne urządzenie sprzęgające
Kiedy samochód skręca, różnica prędkości między kołami na tej samej osi nie jest tak duża, jak wtedy, gdy jedno z kół po prostu się ślizga. Im szybciej tarcze obracają się względem siebie, tym większy moment obrotowy jest przykładany do sprzęgła. Sprzęgło nie zapobiega obracaniu się cewek, ponieważ wielkość momentu obrotowego przenoszonego podczas skrętu jest niewielka.
Prosty eksperyment z jajkiem pomoże wyjaśnić zachowanie lepkiego sprzężenia. Jeśli położysz jajko na kuchennym stole, skorupka, białko i żółtko się nie poruszą. Ale kiedy zaczniesz kręcić jajkiem, skorupka zacznie poruszać się z większą prędkością niż białko, a białko będzie trochę szybsze, zjadając żółtko, ale żółtko szybko go dogoni. Nawiasem mówiąc, aby zweryfikować te słowa, przeprowadź eksperyment, gdy tylko będziesz mieć jajko: zakręć nim wystarczająco szybko, a następnie zatrzymaj, a następnie po prostu puść jajko, a zacznie się ponownie obracać (cóż, a przynajmniej drgać w kierunku poprzedniego obrotu). W tym eksperymencie wykorzystaliśmy tarcie między skorupą, białkiem i żółtkiem, przykładając siłę tylko do skorupy. Najpierw właściwie odkręciliśmy skorupkę iz pewnym opóźnieniem za skorupką, z powodu tarcia, białko zaczęło się odwijać, a następnie żółtko. A kiedy zatrzymaliśmy skorupkę, to samo tarcie - między wciąż poruszającym się żółtkiem, białkiem i skorupą - przyłożyło siłę do skorupy, powodując jej przyspieszenie. Tak więc w przypadku sprzężenia lepkiego siła jest przenoszona między cieczą a zestawami płytek w taki sam sposób, jak między żółtkiem, białkiem i otoczką.
Co to jest mechanizm różnicowy Torsena?
Mechanizm różnicowy Torsena jest urządzeniem czysto mechanicznym: nie jest związany z żadnym, podobnie jak sprzęgła czy lepkie płyny, a jego rdzeń jest dość prostym mechanizmem, bardzo podobnym do otwartego mechanizmu różnicowego.
Torsen działa w taki sam sposób jak otwarty mechanizm różnicowy, gdy moment obrotowy między dwoma kołami napędowymi jest równy. Ale gdy tylko jedno z kół zaczyna tracić przyczepność, różnica momentu obrotowego powoduje zablokowanie kół zębatych w mechanizmie różnicowym Torsena.
Taki mechanizm różnicowy jest często stosowany w mocnych i bardzo mocnych pojazdach z napędem na wszystkie koła. Podobnie jak sprzęgło wiskotyczne, jest często używane do przenoszenia mocy między przednimi i tylnymi kołami. A w tym zastosowaniu mechanizm różnicowy Torsen przewyższa lepki, ponieważ dostarcza moment obrotowy na koła w stabilny sposób, zanim faktycznie zacznie się poślizg. Jeśli jednak jeden zestaw kół całkowicie straci przyczepność, mechanizm różnicowy Torsen nie będzie w stanie przenieść momentu obrotowego na drugi zestaw kół ze względu na swoją konstrukcję i sposób działania takiego mechanizmu różnicowego.
Tak wygląda nowoczesny mechanizm różnicowy Torsen
Nawiasem mówiąc, prawie wszystkie samochody Hummer wykorzystują mechanizm różnicowy Torsen między przednią i tylną osią. To powiedziawszy, instrukcja obsługi Hummera oferuje nowe rozwiązanie problemu całkowitej utraty przyczepności jednego koła: naciśnij pedał hamulca. Zaciągając hamulec, moment obrotowy jest przykładany do kół, które są w powietrzu, a następnie przenoszony na koła, które mogą wyciągnąć samochód z „owsianki”.