Differenciálmű (mechanika)

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. augusztus 31-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

Differenciál (a latin  differencia szóból - különbség, különbség) - a teljesítmény forgatás útján  történő átvitelére szolgáló mechanizmus , amely lehetővé teszi, hogy csúszás és hatékonyságvesztés nélkül két, szögsebességükben független bejövő áramot adjon hozzá egy kimenőhöz, hogy lebontsa az egyik bejövő teljesítményt. két kimenőbe áramlik, amelyek szögsebességeik egymástól függenek, és felváltva működnek az első és a második változatban is. A differenciálmű fő célja a mérnöki munkában a szállítójárművek átvitele , amelyben a differenciálmű a motorból érkező erőáramot kettéosztja a kerekek, tengelyek, lánctalpok, légcsavarok és vízcsavarok között. A differenciálművek egyéb alkalmazása a mérnöki területen általában, és különösen a közlekedéstechnikában másodlagos és ritka. Az alapértelmezett differenciálmű mechanikai alapja a bolygókerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes fogaskerekes, mint az egyetlen forg fogaskerekes, amelyiknek kt szabadsgfokja van .

Időpont

A differenciálművek alkalmazása a járművek sebességváltóiban annak köszönhető, hogy biztosítani kell ugyanazon tengely hajtott kerekeinek különböző frekvenciákon történő forgását. Elsősorban kanyarokban, de eltérő átmérőjű hajtókerekeknél is erre van szükség, ami két különböző méretű abroncs kényszerbeszerelésével vagy abroncsnyomás-különbséggel lehetséges. Abban az esetben, ha mindkét kerék merev kinematikai kapcsolattal rendelkezik, a forgási sebességek közötti eltérés a fenti okokból az úgynevezett parazita erőkeringés kialakulásához vezet. Ez a minden bizonnyal káros jelenség az útfelülethez képest kisebb vonóerővel rendelkező kerék megcsúszását okozza, destabilizálja az autó ívben történő mozgását, terheli a sebességváltót és a motort, növeli az üzemanyag-fogyasztást, és minél erősebb, minél kisebb a fordulási sugár. és minél nagyobbak a kerekekre ható tapadási erők. Az egy tengely kerekeinek hajtótengelyeinek szakaszába szerelt differenciálmű lehetővé teszi a kerekek közötti merev kinematikai kapcsolat megszakítását és a parazita erőkeringés megszüntetését anélkül, hogy elveszítené az erőátvitel képességét az egyes kerékre. közel 100%. Az ilyen differenciálművet „kereszttengelynek” nevezik, és ez az alkalmazási terület a differenciálművek esetében általában véve, mivel a kereszttengelyes differenciálmű minden személygépkocsi, teherautó és egyéb hajtókerék meghajtásában jelen van. a terep- , sport- és versenyautók túlnyomó többsége .

Az autó hajtott kerekeinek meghajtása mellett differenciálműveket is használnak:

Eszköz

Minden differenciálmű alapja csak egy bolygókerekes hajtómű lehet , amely működésének mechanikájából adódóan az összes forgómozgású fogaskerekek közül az egyetlen, amely képes megoldani a sebességváltóban a differenciálművel kapcsolatos problémákat. A "bolygódifferenciál" kifejezés redundáns – minden differenciál alapértelmezés szerint bolygó. A PP , mint differenciálmű teljesítménye egyáltalán nem függ sem összetételétől, sem formájától, sem a vezető vagy vezérelt láncszemek megválasztásától. Bármely PP a legegyszerűbb változatában - egy háromlengős bolygószerkezet, minden vezérlőelem nélkül - képes ellátni az egyik folyamot két összekapcsolt áramkörre bontani, vagy két független folyamot hozzáadni egyhez. A többi PP összeköttetést vezetőként, míg a többit hajtottként csak a differenciálmű összeköttetéseinek szükséges kinematikája és más átviteli elemekkel, valamint a differenciálmű mechanikájának sajátosságai határozzák meg a funkciók elosztásának kiválasztott formátumában. a linkek között. A PP vezérlőelemekkel való kiegészítése és az úgynevezett összetett bolygómechanizmusok alkalmazása lehetővé teszi a differenciálmű számára az áramlások szögsebességének kölcsönös kiegyenlítését, és lehetővé teszi ezen sebességek aktív szabályozását.

A differenciálmű kanonikus, legismertebb típusa egy autó kereszttengelyes differenciálműve, amely az SHS -séma egyszerű (vagyis háromlengőkaros) térbeli bolygómechanizmusa alapján készült négy kúpfogaskereken. Az ilyen differenciálmű bolygókerekes fogaskerekének hordozója valójában a teljes test - ez a vezető láncszem ➁. A két sebességváltó egy közös tengelyen lévő műhold ➂. És a két sebességfokozat két nap – két hajtott lengőkar ➃. Az áramellátást a ház (hordozó) egy mereven rögzített fő fogaskerék hajtott fogaskerekén keresztül látja el , amely viszont a hajtóművel ➀ párosítva formálisan egy másik erőátviteli elem, annak ellenére, hogy a hajtott fogaskerekes differenciálmű gyakran úgy néz ki, mint egy összeszerelő egység. Az áramot két napról távolítják el, amelyekhez ebben az esetben CV-csuklós tengelyek vannak rögzítve.

Hely

Az egy hajtott tengellyel rendelkező járműveknél a differenciálmű a hajtott tengelyen található.

A tandemtengelyes járművek két differenciálművel rendelkeznek, mindegyik tengelyhez egy.

Csatlakoztatható összkerékhajtású járműveken tengelyenként egy differenciálmű. Az ilyen gépeken nem ajánlott sűrű felületű és bekapcsolt összkerékhajtású utakon közlekedni.

Az állandó négykerék-hajtású autókon három differenciálmű található: egy minden tengelyen (kerékközi), plusz egy elosztja a nyomatékot a tengelyek között (tengelyek között).

Három vagy négy hajtott tengely ( kerékképlet 6 × 6 vagy 8 × 8) esetén a teherautóközi differenciálmű is hozzáadásra kerül .

A csúszó kerék problémája

A hagyományos („ingyenes”) differenciálmű mindaddig működik, amíg a hajtott kerekek elválaszthatatlanul kapcsolódnak az úthoz. De ha az egyik kerék elveszti a tapadást (levegőben, sárban vagy jégen végzi), ez a kerék forog, míg a másik szilárd talajon állva mozdulatlan. Ha az egyik kerék elveszti a tapadást, csökken a forgással szembeni ellenállása, és felpörgés történik az ellenállási nyomaték jelentős növekedése nélkül (az érintkezési foltban a csúszósúrlódás kisebb, mint a statikus súrlódás, és nem függ jelentősen a csúszási sebességtől) . Abban a pillanatban, amikor a kerék csúszni kezd, a kerekek forgatónyomatékai egyenlőek egymással, például amikor az egyik kerék jégen, a másik pedig sík, száraz felületen (aszfalton) van, akkor a nyomaték mindkét keréken egyenlő a legkisebb, i.e. aki a jégen van.

Az autó egyenes vonalú mozgásával a műholdak nem forognak a saját tengelyük körül. De mindegyik, mint egy egyenlő karú kar, egyenlően osztja el a fő fogaskerék hajtott fogaskerekének nyomatékát a tengelytengelyek fogaskerekei között. Ha az autó ívelt pályán halad, a belső kerék az autó által leírt kör középpontjához képest lassabban, a külső gyorsabban forog - miközben a műholdak a tengelyük körül forognak, körbefutva a tengelytengelyek fogaskerekeit. De megmarad az az elv, hogy a pillanatot egyenlően osszák el a kerekek között. A kerekekre adott teljesítmény újraelosztásra kerül, mivel egyenlő a forgatónyomaték és a kerék szögsebességének szorzatával. Ha a fordulási sugár olyan kicsi, hogy a belső kerék megáll, akkor a külső kerék kétszer akkora sebességgel forog, mint egy egyenesben haladó autóé.

A differenciálmű nem változtatja a nyomatékot, hanem újraelosztja az erőt a kerekek között. Ez utóbbi mindig nagyobb annál a keréknél, amelyik gyorsabban forog.

A csúszó kerék problémájának megoldási módjainak története

Önzáró differenciálmű

A kifejezés minden olyan differenciálműre vonatkozik, amelynek mechanikája lehetővé teszi, hogy önmagában blokkoljon - vagyis kiegyenlítse a hajtott fogaskerekek szögsebességét, és közvetlen sebességváltóvá alakuljon. Az önzáró differenciálművek nem igényelnek külső vezérlőrendszert, és önállóan működnek. Az autókban az interwheel és az interaxle is használható. Lánctalpas járművekben nem használják. Hagyományosan minden ilyen differenciálmű két csoportra osztható: a nyomaték által kiváltottakra és a hajtott fogaskerekek szögsebesség-különbségére. Az első csoportba tartoznak a csavaros, csiga- és tárcsazáras differenciálművek. A másodikban - differenciálművek viszkózus tengelykapcsolóval , differenciálművek gerotor szivattyúval, differenciálművek centrifugális automata kapcsolóval (Eaton G80), differenciálművek futó tengelykapcsolóval (Ferguson). Az olyan kialakítások, mint a bütykös differenciálművek és a Krasikov/Nesterov differenciálművek, a reteszelés működési elveivel összefüggésben, valószínűleg a kettő közöttinek tekinthetők.

Kényszerzárású differenciálművek

Kézi differenciálzár

A fülkéből érkező parancsra a differenciálmű reteszelődik, és a kerekek szinkronban forognak. Így a differenciálművet zárni kell az út nehéz szakaszainak leküzdése előtt (ragadós talaj, akadályok), majd a normál útra való belépés után ki kell oldani. Alkalmazzák terepjárókban és SUV -kban .

Az ilyen autók vezetése során leggyakrabban nem ajánlott a differenciálmű lezárása, amikor az autó halad, célszerű a zárat a parkolóban bekapcsolni. Azt is tudni kell, hogy a motor által generált nyomaték olyan nagy, hogy eltörheti a reteszelő mechanizmust vagy a tengelytengelyt. Az autógyártók jellemzően külön jelzik az ajánlott maximális sebességet reteszelt differenciálművel, ennek túllépése esetén a sebességváltó meghibásodhat. A mellékelt zár, különösen az első tengelyben, hátrányosan befolyásolja a kezelhetőséget.

Elektronikus differenciálszabályozás

A csúszásgátló rendszerrel (TRC és mások) felszerelt terepjárókon , ha az egyik kerék megcsúszik, akkor azt üzemi fék lassítja.

Hasonló megoldást alkalmaztak a Forma-1 -ben 1998-ban. A McLaren csapat McLaren MP4/13 -as autójában kanyarodáskor a versenyző üzemi fékkel lassíthatta a belső kereket . Ezt a rendszert gyorsan betiltották, de a Forma-1-ben meghonosodott a súrlódó differenciálmű kialakítása, amelyben a tengelykapcsolót ráadásul számítógép vezérli. 2002-ben szigorították a műszaki előírásokat; ugyanattól az évtől a mai napig csak a legegyszerűbb típusú differenciálmű megengedett a Forma-1-ben.

Az elektronikus vezérlés előnye, hogy a kanyarokban nagyobb a tapadás, a blokkolás mértéke pedig a vezető kívánsága szerint állítható. Egyenes vonalon egyáltalán nem csökken a motor teljesítménye. Hátránya, hogy az érzékelőknek és működtetőknek van némi tehetetlensége , és egy ilyen differenciálmű érzéketlen a gyorsan változó útviszonyokra.

DPS

Dual Pump System – két szivattyús rendszer, amely automatikusan csatlakoztatja a második tengelyt, ha az egyik hiányzik. A Honda összkerékhajtási rendszereiben használatos . Előnyök: automatikusan működik, benzint takarít meg. Hátrányok: korlátozott terepjáró képesség , összetettség, vontatási korlátozások .

Szimulált differenciálzár

Differenciálzár imitáció (továbbiakban IBD ) - a csúszó és nem kipörgő kerekek forgási sebességének összehangolása, hasonlóan ahhoz, mint egy valódi mechanikus differenciálzár esetén, csak nem a kerekek mechanikus összekapcsolása vagy kényszerítettsége miatt. a differenciálmű hatékonyságának csökkenése, de a csúszó kerék üzemi fékkel történő fékezése miatt. Ugyanakkor bármely differenciálmű működési elve szerint alacsony tapadású csúszó keréken a fékezőerő nyomatéknövekedést okoz, ami hasonló nyomatéknövekedéshez vezet a nagy tapadású, lemaradt keréken, amely viszont lehetővé teszi a tapadás használatát az úton, és ezáltal a tengely vonóerejének általános növekedését eredményezi. Az összes IBD rendszer fő vezérlőmechanizmusa az ABS fékek . Az IDU rendszer működése a csúszó kerék üzemi fékkel történő rövid távú impulzusfékezésében fejeződik ki, hatékonyságát pedig a működés gyakorisága határozza meg, ezért az IDU rendszerek csak a modern nagyfrekvenciás rendszer megjelenésével váltak lehetővé. ABS fékek.

Az IBD pontosan egy utánzat. Ellentétben minden valódi differenciálzár rendszerrel, amely működésbe lépésekor úgy tűnik, hogy a differenciálművet kikapcsolja, és ezáltal lehetővé teszi a forgatónyomatékok újraelosztását a reteszelési együttható által meghatározott arányban, az IDU semmilyen körülmények között nem tudja kikapcsolni a differenciálművet, és az IDU működése során a nyomatékok mindig az adott differenciálműben rejlő egyetlen lehetséges arányban vannak (kereszttengelyes differenciálműnél ez általában 50/50). A forgatónyomatékok tetszőleges újraelosztásának képtelensége a kerekekre ható vonóerőknek megfelelően bármely intravénás kábítószer-használó rendszernek jóvátehetetlen hátránya, ezért az IDU-t általában nem használják valódi terepjárókon, amelyek működése során előfordul, hogy a kerékkel megmozdulnak. tetszőlegesen változtatja a kerekeken ható vonóerőt másodpercenként a lehető legszélesebb tartományban, 0 és 100 százalék között. Egy másik elkerülhetetlen hátránya az IDU-rendszereknek, hogy az IDU aktiválásakor a motor teljesítményének egy részét a fékezőerő leküzdésére fordítják, ami csökkenti a mozgáshoz hatékonyan felhasznált erő mennyiségét. Maga a fékezett kerék is növelheti a mozgással szembeni általános ellenállást, bár a modern, nagyfrekvenciás intravénás kábítószer-kezelő rendszerek ezt próbálják megakadályozni.

A differenciálzár szimulációjának elvét először a "Young Technician" 1983. évi 10. számában írták le.

Miért csúszik az autó? Miért van az, hogy az egyik hajtókerék a jégnek vagy sárnak ütközve hevesen forog üresjáratban, míg a másik, jól illeszkedve az úthoz, mozdulatlan marad? Valószínűleg tudjátok, hogy az autó hajtótengelye egy differenciálművel csatlakozik a kerekekhez, amely lehetővé teszi, hogy különböző sebességgel forogjanak. Ha nem lenne differenciálmű, akkor a kanyarokban az abroncs megcsúszása nem kerülhető el. Rossz úton azonban rossz szolgálatot tehet a differenciálmű – nem csoda, hogy a terepjárókat differenciálzárral szerelték fel, amely megakadályozza az egyik kerék elfordulását, amikor a másik áll.

Az autók átjárhatóságának növelésének egyszerű módját Sergey Kabanov tizedik osztályos tanuló javasolta a Sumy régióból. „Ha a kerék ellenállás nélkül forog – érvel –, akkor le kell lassítani; akkor a másik kerék megmozdul és az autó elindul. Szergej azt javasolja, hogy szereljenek fel egy szelepet az autó fékvezetékére. A szelep középső állásában a fékezőerő az összes kerékre átvitelre kerül, de elfordításával csak az egyik hajtott kerékre irányítjuk a fékfolyadékot. A differenciálmű reteszeléséhez fordítsa a szelepet a csúszókerék felé, és nyomja meg a fékpedált. A daru magától visszatér a középső helyzetbe, egy visszatérő rugó hatására; ez garantálja a fékek megbízhatóságát normál körülmények között.

Az IDU rendszerek önmagukban és különféle valódi zárrendszerekkel együtt is használhatók a járművön. A két rendszer közös munkája kölcsönösen kizáró és egymást kiegészítő alapokra épülhet. Az IBD rendszer potenciálisan bármilyen típusú gépen használható. A mechanikusan reteszelt differenciálműhöz képest az IBD nem veszíti el tulajdonságait a működés során, nem igényel beállítást és különleges karbantartást, és nem igényel különleges vezetési képességeket a vezetőtől.

Az IDU-rendszerek nem tiszta formájukban kipörgésgátló rendszerek , és velük ellentétben az IDU-k semmilyen módon nem befolyásolják az autó motorjának vezérlését, hanem megoldják a vonóerő maximalizálásának problémáját a vezető által kötelezően beállított rendelkezésre álló teljesítmény szintjén.

Aktív differenciálmű

A kifejezés minden olyan differenciálművet jelent, amelynek eszköze lehetővé teszi az erő / vonóerő újraelosztását a hajtott láncszemeken az adott mozgási pillanathoz szükséges arányban. Pontosan ez a különbség az aktív differenciálmű és a zárható között, amelyben a hajtott láncszemeken a teljesítmény szabályozása elvileg lehetetlen, és azt kizárólag a tapadási erők határozzák meg. Minden aktív differenciálműnek van egy kétcsatornás vezérlőrendszere és szükségszerűen két vezérlőeleme - két fék vagy két tengelykapcsoló -, amelyek a külső forrásokból származó parancsokba beletartoznak. Minden aktív differenciálmű a fő bolygókerekes hajtóművön kívül, amely a szabad energiaelosztás funkcióit látja el, rendelkezik egy pár további bolygókerekes vagy egyszerű hajtóművel, amelyek a teljesítmény újraelosztását végzik az irányukban. Mindegyik párosított átvitel saját vezérlőelemhez van társítva. Bár az aktív differenciálműveknek nincs reteszelő mechanizmusa, valójában minden aktív differenciálzár zárható is, csak ezeknek nem egy szimmetrikus reteszelési módja van, hanem két aszimmetrikus (egy-egy a két oldalra). Ezekben az üzemmódokban a differenciálmű vezérlőelem belső csúszás nélkül működik, maga a differenciálmű pedig le-fel kapcsolássá válik. Az aktív differenciálművel rendelkező személygépkocsikon ezek az extrém üzemmódok nem használhatók, de a lánctalpas járművek differenciálműveiben használatosak.

Olyan esetek, amikor nincs differenciálmű a sebességváltóban

A szállítójármű sebességváltójában a teljesítményt megosztó differenciálművek jelenléte nem szükséges. Hiányuk kétségtelenül a sebességváltó megnövekedett terheléséhez és a kerekek fokozott kopásához vezet, de ez vagy beletörődik, vagy egy adott gép tervezett működése szempontjából ez nem számít. Egy kétkerék-meghajtású négykerekű jármű elvileg nélkülözi a differenciálművet – például egy gokart , vagy egy hátsókerék-hajtású versenyautó alacsony tapadású felületeken való versenyzéshez. Rendkívüli esetekben előfordulhat, hogy még egy aszfaltozott versenyautónak sincs differenciálműve (példa erre az 1991 -es 24 órás Le Mans-i győztes Mazda 787B). A tisztán elsőkerék-hajtású autókon a kerékközi differenciálműnek kötelezőnek kell lennie, mivel ennek hiánya az útfelület típusától függetlenül nem teszi lehetővé a megfelelő kanyart. Az összkerékhajtású autókban előfordulhat, hogy nincsenek középső differenciálművek, és ez vagy nem fontos az autó működése szempontjából (például a 2012-2016-os WRC versenyautók), vagy egy ilyen autón való vezetés csak alacsony tapadási együtthatójú felületeken megengedett (például csatlakoztatott első tengellyel rendelkező SUV-k, mint az UAZ-469, GAZelle 4x4, Sable 4x4 vagy Jeep Wrangler). Nincs differenciálmű a vasúti közlekedés vontatógépein - elektromos mozdonyokon, dízelmozdonyokon, elektromos vonatokon, metrókocsikon. Ezeknek a gépeknek az egyik tengelyének kerekei a futófelület körének kúpos felülete és az íven a nyomtáv növekedése miatt kissé elmozdulhatnak a nyomvonal középpontjától, és ezáltal eltérő átmérőt biztosítanak az érintkezési pontokon. a kerék a sínnel. Ráadásul a kerekek megcsúszhatnak ívben haladva, miközben sajátos hangot adnak ki, amit a sínpálya lejtői kanyarokban részben kiegyenlítenek. A lánctalpas járművek elfordítására szolgáló különálló mechanizmusok kialakításukban differenciálművek nélkül is megoldhatók - itt a gép ív mentén történő mozgását vagy a súrlódó tengelykapcsolók elcsúszása határozza meg, vagy általában a gépnek csak néhány rögzített fordulási sugara van. Nincsenek differenciálmű a velomobilokban, ahol helyettük a költségcsökkentés és az egyszerűség kedvéért egyszerűbb és könnyebben hozzáférhető racsnikat ( overrunning clutch ) alkalmaznak a kerekekben - egy ilyen hajtás lehetővé teszi, hogy a kerekek eltérően forogjanak a hajtótengelyen. sebességgel, de a tolóerő csak a lassabban forgó kerékre jut át. A differenciálművek nem lehetnek a mögöttes traktorokban és a kisgépesítésben, ahol hiányukat a hajtott tengely kerekeinek rendkívül keskeny nyomtávja, könnyen deformálható gumiabroncsok, valamint a kerekek és a talaj közötti alacsony tapadási tényező egyenlíti ki. Ezenkívül előfordulhat, hogy a differenciálmű hiányzik az elektromos járművekben, amelyek mindegyik kerékhez egy motort használnak.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ A Motor Vehicle K.Newton W.Steeds TKGarrett Ninth Edition 549-550.

Linkek