Hvordan forskjeller fungerer

Differensialen er en enhet som deler motorens dreiemoment på to måter, slik at hver utgang kan spinne med en annen hastighet.

Forskjellen finnes på alle moderne biler og lastebiler, og også i mange firehjulsdrevne kjøretøyer. Disse firehjulsdrevne kjøretøyene trenger en forskjell mellom hvert sett av drivhjul, og de trenger en mellom forhjulene og bakhjulene også, fordi forhjulene reiser en annen avstand gjennom en sving enn bakhjulene.

Deltid firehjulsdrevne systemer har ikke forskjell mellom forhjulene og bakhjulene; I stedet er de låst sammen slik at forhjulene og bakhjulene må svinge med samme gjennomsnittsfart. Dette er grunnen til at disse kjøretøyene er vanskelige å skru på betong når firehjulstrekkesystemet er koblet til.

Vi vil starte med den enkleste typen differensial, kalt en åpen differensial. Først må vi utforske noen terminologier: Bildet nedenfor markerer komponentene i en åpen differensial.

Når en bil kjører rett nedover veien, snur begge kjørehjulene i samme hastighet. De inngangspinner snur ringgiret og buret, og ingen av tannhjulene i merden roterer - begge sideskinnene er effektivt låst til buret.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Animasjon med tillatelse av Geebee's Vector Animations

Merk at inngangshjulet er et mindre gir enn ringgiret; dette er den siste girreduksjonen i bilen. Du har kanskje hørt ord som bakakselforhold eller endelig kjøreforhold. Disse refererer til girforholdet i differensialen. Hvis det endelige drivforholdet er 4,10, har ringgiret 4,10 ganger så mange tenner som inngangshjulhjulet. Se hvordan gear fungerer for mer informasjon om girforhold.

Når en bil svinger, må hjulene snurre i forskjellige hastigheter.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Animasjon med tillatelse av Geebee's Vector Animations

På figuren over kan du se at tannhjulene i buret begynner å snurre når bilen begynner å snu, slik at hjulene kan bevege seg i forskjellige hastigheter. Det indre hjulet snurrer saktere enn buret, mens det ytre hjulet snurrer raskere.

Åpen differensial - Rett (600 KB)

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Åpen differensial - dreining (1.1MB)

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Det åpne differensialet gjelder alltid samme mengde av moment til hvert hjul. Det er to faktorer som avgjør hvor mye dreiemoment som kan brukes på hjulene: utstyr og trekkraft. Under tørre forhold, når det er rikelig med trekkraft, begrenses mengden dreiemoment som påføres hjulene av motoren og giringen; i en situasjon med lite trekkraft, for eksempel når du kjører på is, er mengden dreiemoment begrenset til den største mengden som ikke får et hjul til å gli under disse forholdene. Så selv om en bil kan produsere mer dreiemoment, må det være nok trekkraft for å overføre det dreiemomentet til bakken. Hvis du gir bilen mer bensin etter at hjulene begynner å gli, vil hjulene bare spinne raskere.

På tynn is

Hvis du noen gang har kjørt på is, kjenner du kanskje til et triks som gjør akselerasjonen enklere: Hvis du starter i andre gir, eller til og med tredje gir, i stedet for først, på grunn av giringen i girkassen, vil du ha mindre dreiemoment tilgjengelig til hjulene. Dette vil gjøre det lettere å akselerere uten å snurre hjulene.

Hva skjer nå hvis det ene drivhjulet har god trekkraft, og det andre er på is? Det er her problemet med åpne differensialer kommer inn.

Husk at det åpne differensialet alltid bruker det samme dreiemomentet på begge hjulene, og den maksimale mengden dreiemoment er begrenset til den største mengden som ikke får hjulene til å gli. Det krever ikke mye dreiemoment for å få et dekk på isen. Og når hjulet med god trekkraft bare får den veldig lille mengden dreiemoment som kan brukes på hjulet med mindre trekkraft, vil ikke bilen din bevege seg veldig.

Off Road

En annen gang åpne forskjeller kan få deg i problemer, er når du kjører terrengkjøring. Hvis du har en firehjulsdrevet lastebil, eller en SUV, med et åpent differensial både foran og bak, kan du sitte fast. Husk nå - som vi nevnte på forrige side, den åpne differansen bruker alltid det samme dreiemomentet på begge hjulene. Hvis et av dekkene foran og et av dekkene bak kommer av bakken, vil de bare rotere hjelpeløst i luften, og du vil ikke kunne bevege deg i det hele tatt.

Løsningen på disse problemene er begrenset glideforskjell (LSD), noen ganger kalt positraction. Begrensede glideforskjeller bruker forskjellige mekanismer for å tillate normal differensialhandling når du går rundt svinger. Når et hjul glir, lar de mer dreiemoment overføres til det sklisikre hjulet.

De neste par seksjonene vil detaljere noen av de forskjellige typene av begrensede glideforskjeller, inkludert koblings-type LSD, den viskøse koblingen, låsedifferensialen og Torsen-differensial.

Clutchdifferensialen med begrenset type legger en fjærpakke og et sett koblinger til det åpne differensialet. Image høflighet av Eaton Automotive Groups dreiemomentkontrollprodukter

Clutstypen LSD er sannsynligvis den vanligste versjonen av den begrensede glideforskjellen

Denne typen LSD har alle de samme komponentene som en åpen differensial, men den legger til en vårpakke og et sett med clutcher. Noen av disse har en kjeglekobling som er akkurat som synkronisatorene i en manuell girkasse.

Fjærpakken skyver sidegirene mot clutchene, som er festet til buret. Begge sidehjulene snurrer med merden når begge hjulene beveger seg med samme hastighet, og clutchingen er egentlig ikke nødvendig - den eneste gangen koblingene tråkker inn er når noe skjer for å få det ene hjulet til å snurre raskere enn det andre, som i en sving. Clutchen kjemper mot denne oppførselen, og ønsker at begge hjulene skal ha samme hastighet. Hvis det ene hjulet ønsker å snurre raskere enn det andre, må det først overmann clutchen. Stivheten til fjærene kombinert med friksjonen av koblingen bestemmer hvor mye dreiemoment det tar å overmanne den.

Å komme tilbake til situasjonen der det ene drivhjulet er på isen og det andre har god trekkraft: Med dette begrensede glideforskjellen, selv om hjulet på isen ikke er i stand til å overføre mye dreiemoment til bakken, vil det andre hjulet fortsatt få dreiemomentet den trenger for å bevege seg. Momentet som tilføres hjulet, ikke på isen, er lik mengden dreiemoment som trengs for å overkoble clutchene. Resultatet er at du kan gå fremover, selv om det fortsatt ikke er med full kraft på bilen din.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

De tyktflytende kobling finnes ofte i firehjulsdrevne kjøretøyer. Det blir ofte brukt for å koble bakhjulene til forhjulene, slik at når det ene settet med hjul begynner å gli, overføres dreiemomentet til det andre settet.

Den viskøse koblingen har to sett med plater inne i et forseglet hus som er fylt med en tykk væske, som vist nedenfor. Ett sett med plater er koblet til hver utgående aksel. Under normale forhold snurrer begge platene og den viskøse væsken med samme hastighet. Når det ene hjulsettet prøver å snurre raskere, kanskje fordi det sklir, snurrer settet av plater som tilsvarer disse hjulene raskere enn det andre. Den tyktflytende væske, som sitter fast mellom platene, prøver å ta igjen de raskere diskene, og drar de langsommere platene. Dette overfører mer dreiemoment til de saktere bevegelige hjulene - hjulene som ikke glir.

Når en bil dreier, er forskjellen i hastighet mellom hjulene ikke så stor som når det ene hjulet sklir. Jo raskere platene snurrer i forhold til hverandre, jo mer dreiemoment overfører den viskøse koblingen. Koblingen forstyrrer ikke svinger fordi mengden overført dreiemoment under en sving er så liten. Dette fremhever imidlertid også en ulempe ved den viskøse koblingen: Ingen overføring av dreiemoment vil skje før et hjul faktisk begynner å skli.

Et enkelt eksperiment med et egg vil bidra til å forklare oppførselen til den tyktflytende koblingen. Hvis du setter et egg på kjøkkenbordet, er skallet og eggeplommen begge stasjonære. Hvis du plutselig snurrer egget, vil skallet bevege seg raskere enn eggeplommen et sekund, men eggeplommen vil raskt ta seg opp. For å bevise at eggeplommen snurrer, når du har spunnet egget, stopper du det raskt og slipper taket - egget begynner å snurre igjen (med mindre det er hardkokt). I dette eksperimentet brukte vi friksjonen mellom skallet og eggeplommen for å bruke kraft på eggeplommen og fremskynde den. Da vi stoppet skallet, utøvde den friksjonen - mellom den stadig bevegelige eggeplommen og skallet - kraft til skallet, og fikk den til å øke hastigheten. I en tyktflytende kobling påføres kraften mellom væsken og settene av plater på samme måte som mellom eggeplomme og skallet..

Image høflighet av Eaton Automotive Groups dreiemomentkontrollprodukter

De låsedifferensial er nyttig for alvorlige terrengkjøretøyer. Denne typen differensial har de samme delene som en åpen differensial, men legger til en elektrisk, pneumatisk eller hydraulisk mekanisme for å låse de to utgangspinnene sammen.

Denne mekanismen aktiveres vanligvis manuelt med bryter, og når den er aktivert, vil begge hjulene snurre med samme hastighet. Hvis det ene hjulet havner fra bakken, vil ikke det andre hjulet kjenne eller bry seg. Begge hjulene vil fortsette å snurre i samme hastighet som om ingenting hadde endret seg.

De Torsen differensial* er en rent mekanisk enhet; den har ingen elektronikk, clutcher eller tyktflytende væsker.

-Torsen (fra Torque Sensing) fungerer som en åpen differensial når mengden dreiemoment til hvert hjul er lik. Så snart ett hjul begynner å miste trekkraft, gjør forskjellen i dreiemoment at tannhjulene i Torsen-differensialen binder seg sammen. Utformingen av girene i differensialet bestemmer dreiemomentforspenningsforhold. For eksempel, hvis en bestemt Torsen-differensial er designet med et forspenningsforhold på 5: 1, kan den påføre opptil fem ganger mer dreiemoment på hjulet som har god trekkraft.

Disse enhetene brukes ofte i høykvalitets firehjulsdrevne kjøretøyer. Som den tyktflytende koblingen brukes de ofte til å overføre kraft mellom forhjulene og bakhjulene. I denne applikasjonen er Torsen overlegen den viskøse koblingen fordi den overfører dreiemoment til de stabile hjulene før den faktiske glidningen skjer.

Imidlertid, hvis ett sett med hjul mister trekkraft helt, vil Torsen-differensialen ikke kunne levere noe dreiemoment til det andre hjulsettet. Forspenningsforholdet bestemmer hvor mye dreiemoment som kan overføres, og fem ganger null er null.

*TORSEN er et registrert varemerke for Zexel Torsen, Inc.

Hummer!

HMMWV, eller Hummer, bruker Torsen®-differensialer på for- og bakakslene. Brukerhåndboken for Hummer foreslår en ny løsning på problemet med at ett hjul kommer av bakken: Bruk bremsene. Ved å bruke bremsene, blir dreiemomentet påført hjulet som er i lufta, og deretter fem ganger det dreiemomentet kan gå til hjulet med god trekkraft.

relaterte artikler

• Hvordan bilmotorer fungerer
• Hvordan manuelle overføringer fungerer
• Hvordan gir fungerer
• Slik fungerer firehjulsdrift
• Hvordan krefter, makt, dreiemoment og energi fungerer

Flere gode lenker

• Pyle Bros: Differensiell terminologi
• Utviklingen av en differensial for forbedring av trekkraftkontroll
• Powertrax