Differentiale (mekanik)

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 31. august 2021; checks kræver 2 redigeringer .

Differential (fra latin  differentia  - forskel, forskel) - en mekanisme til at overføre kraft ved rotation, som tillader, uden at glide og tab af effektivitet , at tilføje to indkommende strømstrømme uafhængige i deres vinkelhastigheder til en udgående strøm, for at dekomponere en indgående effekt flyder ind i to udgående afhængige af hinanden i deres vinkelhastigheder og fungerer også skiftevis i den første og anden version. Hovedformålet med differentialet i teknik er transmission af transportkøretøjer, hvor differentialet deler kraftstrømmen fra motoren i to mellem hjul, aksler, skinner, luft- og vandpropeller. Anden brug af differentialer inden for teknik generelt og i transportteknologi i særdeleshed er sekundær og sjælden. Det mekaniske grundlag for standarddifferentialet er planetgearet, som det eneste af alle rotationsgear, der har to frihedsgrader .

Udnævnelse

Brugen af ​​differentialer i køretøjstransmissioner skyldes behovet for at sikre rotationen af ​​drivhjulene på den samme aksel ved forskellige frekvenser. Først og fremmest er dette nødvendigt i hjørner, men også med forskellige diametre af drivhjulene, hvilket er muligt med tvungen montering af dæk i to forskellige størrelser eller med en forskel i dæktryk. I tilfælde af at begge hjul har en stiv kinematisk forbindelse, fører enhver uoverensstemmelse mellem omdrejningshastighederne af ovenstående årsager til fremkomsten af ​​den såkaldte parasitiske kraftcirkulation. Dette helt sikkert skadelige fænomen forårsager glidning af et hjul med en lavere trækkraft i forhold til vejoverfladen, destabiliserer bilens bevægelse i en bue, belaster transmissionen og motoren, øger brændstofforbruget og viser sig, jo stærkere, jo mindre venderadius og jo højere adhæsionskræfterne virker på hjulene. Differentialet, der er installeret i sektionen af ​​drivakslerne på hjulene på en aksel, giver dig mulighed for at bryde den stive kinematiske forbindelse mellem hjulene og eliminere den parasitiske cirkulation af kraft uden at miste evnen til at overføre kraft til hvert hjul med en effektivitet tæt på 100 %. Et sådant differentiale kaldes "tværaksel", og dette anvendelsesområde er det vigtigste for differentialer generelt, da tværakseldifferentialet er til stede i drivhjulenes drev på alle biler, lastbiler og langt de fleste offroad- , sports- og racerbiler .

Ud over at køre drivhjulene på en bil, bruges differentialer også:

Enhed

Grundlaget for ethvert differentiale kan kun være et planetgear , som på grund af dets arbejdes mekanik er det eneste af alle roterende bevægelsesgear, der kan løse de problemer, som differentialet står over for i transmissionen. Udtrykket "planetforskel" er overflødigt - enhver differential er som standard planetarisk. Ydeevnen af ​​PP'en som en differential afhænger absolut ikke af hverken dens sammensætning eller form, eller af valget af specifikke led til ledende eller drevet. Enhver PP i sin enkleste version - en treleddet planetarisk mekanisme uden nogen kontrolelementer - kan udføre funktionerne med at nedbryde en strøm til to indbyrdes forbundne eller tilføje to uafhængige strømme til en. Valget af andre PP- led som førende og andre som drevne bestemmes kun af den nødvendige kinematik af differentialets forbindelser med andre transmissionselementer og særegenhederne ved differentialets mekanik i det valgte format for fordelingen af ​​funktioner mellem linkene. Tilføjelsen af ​​PP med kontrolelementer og brugen af ​​såkaldte komplekse planetmekanismer giver differentialet muligheden for gensidigt at udligne strømmenes vinkelhastigheder og evnen til aktivt at kontrollere disse hastigheder.

Den kanoniske, mest kendte type differentiale er en bils tværakseldifferentiale, lavet på basis af en simpel (det vil sige treleddet) rumlig planetmekanisme i SHS -skemaet på fire vinkelgear. Bæreren af ​​planetgearet af et sådant differentiale er faktisk hele dets krop - dette er det førende led ➁. De to gear er satellitter på en fælles aksel ➂. Og de to gear er to sole - to drevne led ➃. Strøm tilføres huset (bæreren) gennem et stivt fastgjort hovedgear drevet gear , som igen, parret med drivgearet ➀, formelt set er et andet transmissionselement, på trods af at differentialet med det drevne gear ofte ligner et enkelt gear. samleenhed. Strøm fjernes fra to sole, hvortil der i dette tilfælde er fastgjort aksler med CV-led.

Placering

På køretøjer med en enkelt drivaksel er differentialet placeret på drivakslen.

Tandemakselkøretøjer har to differentialer, en for hver aksel.

På biler med plug -in firehjulstræk , et differentiale på hver aksel. På sådanne maskiner anbefales det ikke at køre på veje med en tæt overflade og med tændt firehjulstræk.

På biler med permanent firehjulstræk er der tre differentialer: en på hver aksel (mellemhjul), plus en fordeler drejningsmoment mellem akslerne (mellemaksel).

Med tre eller fire drivaksler ( hjulformel 6 × 6 eller 8 × 8) tilføjes et differentiale mellem lastbiler .

Problemet med et glidende hjul

Et konventionelt (“gratis”) differentiale fungerer, så længe drivhjulene er uløseligt forbundet med vejen. Men når et af hjulene mister trækkraften (det ender i luften, i mudder eller på is), er det dette hjul, der roterer, mens det andet, der står på fast grund, er ubevægeligt. Hvis et af hjulene mister grebet, falder dets modstand mod rotation, og spin-up sker uden en væsentlig stigning i modstandsmomentet (glidefriktion i kontaktfladen er mindre end statisk friktion og afhænger ikke væsentligt af sliphastigheden) . I det øjeblik hjulet begynder at glide, er drejningsmomenterne på hjulene lig med hinanden, f.eks. når det ene hjul er på is og det andet på en flad tør overflade (asfalt), er momentet på begge hjul lig med den mindste, dvs. den på isen.

Med en retlinet bevægelse af bilen roterer satellitterne ikke om deres egen akse. Men hver, som en ligearmsarm, deler drejningsmomentet for det drevne gear i hovedgearet ligeligt mellem gearene på akselakslerne. Når bilen bevæger sig langs en buet bane, roterer det indre hjul i forhold til midten af ​​cirklen beskrevet af bilen langsommere, det ydre hurtigere – mens satellitterne roterer rundt om deres akse, og løber rundt om akselakslernes tandhjul. Men princippet om at dele momentet ligeligt mellem hjulene er bevaret. Den effekt, der tilføres hjulene, omfordeles, da den er lig med produktet af drejningsmomentet og hjulets vinkelhastighed. Hvis venderadius er så lille, at det indre hjul stopper, så roterer det yderste hjul med dobbelt hastighed af en bil, der bevæger sig i en lige linje.

Differentialet ændrer ikke drejningsmomentet, men omfordeler kraften mellem hjulene. Sidstnævnte er altid større på hjulet, der drejer hurtigere.

Historie om måder at løse problemet med et glidende hjul

Selvlåsende differentiale

Udtrykket refererer til ethvert differentiale, hvis mekanik tillader det at blokere på egen hånd - det vil sige at udligne vinkelhastighederne for de drevne gear og blive til en direkte transmission. Selvlåsende differentialer kræver ingen eksterne styresystemer og fungerer selvstændigt. I biler kan både interwheel og interaxle bruges. Bruges ikke i bæltekøretøjer. Konventionelt kan alle sådanne differentialer opdeles i to grupper: dem, der udløses af drejningsmoment og udløses af forskellen i vinkelhastigheder på de drevne gear. Den første gruppe omfatter differentialer med skrue-, snekke- og skivelåse. I den anden - differentialer med viskøs kobling , differentialer med en gerotorpumpe, differentialer med en centrifugal automatisk kontakt (Eaton G80), differentialer med friløbskoblinger (Ferguson). Design som knastdifferentialer og Krasikov / Nesterov-differentialer, i sammenhæng med principperne for låsedrift, kan formentlig betragtes som en midt imellem.

Tvungen spærrede differentialer

Manuel differentialespærre

På kommando fra kabinen låses differentialegearene, og hjulene roterer synkront. Differentialet bør således låses, før man overvinder vanskelige vejstrækninger (klæbende terræn, forhindringer), og derefter låses op efter indkørsel på en normal vej. Det anvendes i terrængående køretøjer og SUV'er .

Ved kørsel af sådanne biler anbefales det oftest ikke at låse differentialet, når bilen er i bevægelse, det er tilrådeligt at slå låsen til på parkeringspladsen. Du skal også vide, at det drejningsmoment, der genereres af motoren, er så stort, at det kan bryde låsemekanismen eller akselakslen. Typisk angiver bilfabrikanter separat den anbefalede maksimale hastighed med et spærret differentiale; hvis det overskrides, er transmissionsfejl mulige. Den medfølgende lås, især i forakslen, påvirker håndteringen negativt.

Elektronisk differentialstyring

På SUV'er udstyret med et anti- skridsystem (TRC og andre), hvis et af hjulene glider, bremses det af en driftsbremse.

En lignende løsning blev anvendt i Formel 1 i 1998. I McLaren MP4/13 -bilen fra McLaren -teamet kunne rytteren, når han drejede, bremse det indvendige hjul med en driftsbremse . Dette system blev hurtigt forbudt, men i Formel 1 slog friktionsdifferentialdesignet rod, hvor koblingen desuden styres af en computer. I 2002 blev de tekniske forskrifter skærpet; fra samme år til i dag er kun differentialer af den enkleste type tilladt i Formel 1.

Fordelen ved elektronisk styring er, at der er mere trækkraft i sving, og graden af ​​blokering kan justeres alt efter førerens præference. På en lige linje er der ingen tab af motorkraft overhovedet. Ulempen er, at sensorerne og aktuatorerne har en vis inerti , og en sådan differential er ufølsom over for hurtigt skiftende vejforhold.

DPS

Dual Pump System - et system med to pumper, der automatisk forbinder den anden aksel, når en mangler. Anvendes i Hondas firehjulstræksystemer . Fordele: virker automatisk, sparer benzin. Ulemper: begrænset cross -country evne , kompleksitet, bugseringsbegrænsninger .

Simuleret differentialespærre

Efterligning af differentialespærre (herefter IBD ) - justering af omdrejningshastigheden af ​​de glidende og ikke-snurrende hjul, svarende til hvordan det ser ud i tilfælde af en ægte mekanisk differentialespærre, kun ikke på grund af den mekaniske forbindelse af hjulene eller den tvungne reduktion i differentialets effektivitet, men på grund af bremsning af det glidende hjul med en driftsbremse. Samtidig, i henhold til principperne for drift af ethvert differentiale, på et glidende hjul med lavt greb, forårsager bremsekraften en stigning i drejningsmomentet, hvilket fører til en sammenlignelig stigning i drejningsmomentet på et haltende hjul med højt greb, hvilket, til gengæld giver dig mulighed for at bruge sit greb på vejen og giver derved effekten af ​​en generel forøgelse af trækkraften af ​​akslen. Den vigtigste kontrolmekanisme for alle IBD-systemer er ABS-bremser . Driften af ​​IDU-systemet kommer til udtryk i en kortvarig impulsbremsning af et glidende hjul af en driftsbremse, og dets effektivitet bestemmes af driftsfrekvensen, derfor blev IDU-systemer først mulige med fremkomsten af ​​moderne højfrekvente ABS bremser.

IBD er netop en efterligning. I modsætning til alle systemer med en ægte differentialespærre, der, når de udløses, ser ud til at tage differentialet ud af drift og derved tillader omfordeling af drejningsmomenter til et vist forhold, der er angivet af spærrekoefficienten, kan IDU under ingen omstændigheder sætte differentialet ud af drift. og i processen med driften af ​​IDU'en er drejningsmomenterne altid i den eneste mulige andel, der er iboende i en given differentiale (for et tværakseldifferentiale er dette normalt 50/50). Den manglende evne til vilkårligt at omfordele drejningsmomenter i overensstemmelse med de tilgængelige trækkræfter på hjulene er en uoprettelig ulempe ved ethvert IDU-system, og det er derfor, IDU normalt ikke bruges på rigtige terrængående køretøjer, hvis drift involverer tilfælde af bevægelse med vilkårligt skiftende trækkraft på hjulene hvert sekund i det bredest mulige område fra 0 op til 100 procent. En anden uundgåelig ulempe ved ethvert IDU-system er, at når IDU'en aktiveres, bruges noget af motorkraften på at overvinde bremsekraften, hvilket reducerer mængden af ​​effektivt brugt kraft til bevægelse. Også selve det bremsede hjul kan øge den samlede modstand mod bevægelse, selvom moderne højfrekvente IDU-systemer forsøger at forhindre dette.

For første gang blev princippet om simulering af differentialespærring beskrevet i magasinet "Young Technician" nr. 10 for 1983.

Hvorfor skrider bilen ud? Hvorfor er det, at det ene af de drivende hjul, der rammer isen eller mudderet, snurrer voldsomt i tomgang, mens det andet, godt koblet til vejen, forbliver ubevægeligt? I ved sikkert, at en bils drivaksel er forbundet med hjulene gennem et differentiale, der tillader dem at rotere med forskellige hastigheder. Hvis det ikke var for differentialet, så kan dækglidning i hjørner ikke undgås. På en dårlig vej kan differentialet dog gøre en bjørnetjeneste – ikke så mærkeligt at terrængående køretøjer er udstyret med en differentialespærre, som forhindrer det ene hjul i at rotere, når det andet holder stille.

En enkel måde at øge fremkommeligheden af ​​biler blev foreslået af tiendeklasser Sergey Kabanov fra Sumy-regionen. "Hvis hjulet roterer uden modstand," argumenterer han, "så skal det bremses; så vil det andet hjul bevæge sig, og bilen begynder at bevæge sig. Sergey foreslår at installere en ventil på bilens bremseledning. I ventilens midterstilling overføres bremsekraften til alle hjul, men ved at dreje den vil vi kun lede bremsevæsken til et af drivhjulene. For at låse differentialet skal du dreje ventilen mod det glidende hjul og trykke på bremsepedalen. Kranen vender af sig selv tilbage til midterpositionen under påvirkning af en returfjeder; dette garanterer bremsernes pålidelighed under normale forhold.

IDU-systemer kan bruges på et køretøj både alene og sammen med forskellige rigtige låsesystemer. Det fælles arbejde for begge systemer kan bygges både på gensidigt udelukkende og på et komplementært grundlag. Potentielt kan IBD-systemet bruges på maskiner af enhver type. I sammenligning med mekanisk låste differentialer mister IBD ikke sine egenskaber ved drift, kræver ikke justeringer og særlig vedligeholdelse og kræver ikke særlige kørefærdigheder fra føreren.

IDU-systemer er ikke traktionskontrolsystemer i deres rene form, og i modsætning til dem påvirker IDU'er ikke styringen af ​​bilmotoren på nogen måde, men løser problemet med at maksimere trækkraften på det niveau af tilgængelig kraft, som er absolut fastsat af føreren.

Aktiv differential

Udtrykket betyder enhver differential, hvis enhed giver dig mulighed for at omfordele kraft / trækkraft på de drevne led i ethvert forhold, der kræves for et givet bevægelsesmoment. Dette er netop forskellen mellem et aktivt differentiale og et låsbart, hvor kraftstyring på de drevne led i princippet er umulig, og den bestemmes udelukkende af vedhæftningskræfterne. Alle aktive differentialer har et to-kanals kontrolsystem og nødvendigvis to styreelementer - to bremser eller to koblinger - der indgår i arbejdet på kommando fra eksterne kilder. Alle aktive differentialer, ud over det vigtigste planetgear, der udfører funktionerne fri kraftfordeling, har et par ekstra planetariske eller simple gear, der udfører funktionen med at omfordele kraft i deres retning. Hver af disse parrede transmissioner er forbundet med sit eget kontrolelement. Selvom aktive differentialer ikke har nogen låsemekanismer, er alle aktive differentialer faktisk også låsbare, kun de har ikke en symmetrisk låsetilstand, men to asymmetriske (en for hver af de to sider). I disse tilstande fungerer differentialstyringselementet uden intern slip, og selve differentialet bliver til en nedgearing og opskift. På personbiler med aktive differentialer må disse ekstreme tilstande ikke bruges, men de bruges i differentialedrejningsmekanismer på bæltekøretøjer.

Tilfælde, hvor der ikke er forskelle i en transmission

Tilstedeværelsen af ​​differentialer, der deler effekt i transmissionen af ​​et transportkøretøj, er ikke nødvendig. Deres fravær fører utvivlsomt til øgede belastninger på transmissionen og øget hjulslitage, men dette er enten sat op med, eller i forhold til den tilsigtede drift af en bestemt maskine, betyder det ikke noget. Et tohjulsdrevet firehjulet køretøj kan i princippet undvære et differentiale - for eksempel en kart , eller en baghjulstrukket racerbil til racerløb på overflader med lav trækkraft. I ekstraordinære tilfælde har selv en asfalteret racerbil muligvis ikke et differentiale (eksempel er 1991 24 Hours of Le Mans -vinderen Mazda 787B). På en rent forhjulstrukket bil skal et mellemhjulsdifferentiale være obligatorisk, da dets fravær ikke vil tillade tilstrækkelig drejning uanset vejbelægningens type. I firehjulstrukne biler er der muligvis ingen centerdifferentialer, og igen er dette enten ikke vigtigt i forhold til bilens drift (f.eks. WRC racerbiler fra 2012-2016), eller også er det at køre på en sådan bil. kun tilladt på overflader med en lav vedhæftningskoefficient (for eksempel SUV'er med tilsluttet foraksel som UAZ-469, GAZelle 4x4, Sable 4x4 eller Jeep Wrangler). Der er ingen forskelle på traktionsmaskiner til jernbanetransport - på elektriske lokomotiver, diesellokomotiver, elektriske tog, undergrundsvogne. Hjulene på en aksel på disse maskiner kan på grund af den koniske overflade af slidbanecirklen og stigningen i sporvidden på buen bevæge sig lidt væk fra midten af ​​sporet og derved give en anden diameter ved kontaktpunkterne af hjulet med skinnen. Desuden kan hjulene glide, når de bevæger sig i en bue, mens de giver en specifik lyd, som delvist udjævnes af skinnesporets hældning i kurver. Separate mekanismer til at dreje bæltekøretøjer kan også undvære forskelle i deres design - her bestemmes maskinens bevægelse langs en bue enten ved at glide af friktionskoblingerne, eller generelt har maskinen kun få faste venderadier. Der er ingen differentialer i velomobiler, hvor der i stedet for dem, af hensyn til omkostningsreduktion og enkelhed, anvendes enklere og mere tilgængelige skralder ( friløbskoblinger ) i hjulene - et sådant drev gør det muligt for hjulene at rotere på drivakslen ved forskellige hastigheder, men trykket overføres kun til hjulet, der roterer langsommere . Differentialer er muligvis ikke i walk-behind traktorer og småskala mekanisering, hvor deres fravær udjævnes af et ekstremt smalt spor af drivakslens hjul, let deformerbare dæk og en lav vedhæftningskoefficient mellem hjulene og jorden. Differentialet kan også være fraværende i elektriske køretøjer, som bruger en motor til hvert hjul.

Se også

Noter

  1. ↑ Motorkøretøjet K.Newton W.Steeds TKGarrett niende udgave pp549-550

Links