23Дек

Механический дифференциал: Механический дифференциал — Мир авто

23 Дек 2022 alexxlab Комментировать

Содержание

Механический дифференциал — Мир авто

Этот тип дифференциала используется все чаще и чаще начиная с 1969 года, он представляет собой комбинацию обычного дифференциала с вязкостной муфтой. В трансмиссии такого типа муфта используется как управляющее вязкостное устройство для регулирования разницы угловой скорости между двумя ведущими колесами.


В то время как блокирующее действие механического дифференциала с повышенным внутренним трением зависит от входного крутящего момента, у дифференциала вязкостного типа блокировка зависит от разницы скоростей ведущих колес. Когда разница скоростей очень мала, имеет место очень малое сопротивление, но сопротивление постепенно возрастает при увеличении разницы скоростей. По сравнению с дифференциалом с повышенным внутренним трением, этот дифференциал, по заявлению изготовителей, обеспечивает меньший износ шин, более легкое управление и меньшую нагрузку на компоненты трансмиссии.
Базовая конструкция вязкостного дифференциала похожа на конструкцию многодисковой муфты. Он состоит из корпуса и ступицы, а между ними располагается набор перфорированных металлических пластин (рис. 12.6). Пластины попеременно прикреплены к ступице и корпусу; последний также служит в качестве емкости для вязкой силиконовой жидкости. Термозащитное уплотнение, изготовленное из фторированной резины, изолирует силиконовую жидкость от смазочного масла в узле главной передачи и обеспечивает работу жидкости в течение всего срока службы муфты.

Механический дифференциал с повышенным внутренним трением

На рис. 12.4 изображено устройство одного из типов дифференциала, который соединён с ведомой шестерней главной передачи.
Многодисковые муфты, установленные позади каждой солнечной шестерни, имеют внутренний и внешний диски, соединенные шлицами с солнечной шестерней и корпусом, соответственно. Поскольку используются конические шестерни, должно развиваться осевое усилие, пропорциональное крутящему моменту, приложенному от ведомой шестерни главной передачи к дифференциалу. При наличии малого крутящего момента дифференциал будет функционировать обычным образом, но если крутящий момент увеличивается, на многодисковую муфту будет действовать нагрузка и она
будет препятствовать вращению солнечной шестерни при скорости, отличной от угловой скорости дифференциала (рис. 12.5).
Для увеличения нагрузки на многодисковую муфту добавлены следующие детали:
1. Шайба тарельчатой дисковой пружины между корпусом дифференциала и дисками каждой муфты, для обеспечения начальной нагрузки на диски.

2. Заостренный кулачок между корпусом и осями сателлитов. Приводящее усилие, приложенное от корпуса к оси, вынуждает оси сателлитов сдвигать сателлиты к боковым шестерням. Если применяются четыре сателлита, две отдельных оси сателлитов, имеющих гибкое соединение в центре и противоположно направленные кулачки, вынуждают сателлиты действовать на одну из муфт, а две других направляют усилие в противоположном направлении.
Автомобильный механик должен помнить работу этого типа дифференциала. Когда только одно из ведущих колес оторвано от земли, привод, передаваемый к этому колесу от двигателя, может заставить автомобиль двигаться вперед.

  • < Полноприводные легковые автомобили
  • Главные передачи заднего моста >

Дифференциал (механика) | это… Что такое Дифференциал (механика)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Дифференциал (значения).

Устройство дифференциала (центральная часть)

Дифференциа́л — это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, которые называются полуосями. Наиболее широко применяется в конструкции привода автомобилей, где момент от выходного вала коробки передач (или карданного вала) поровну делится между полуосями правого и левого колеса. В полноприводных автомобилях также может применяться для деления момента в заданном соотношении между ведущими осями, хотя здесь достаточно распространены конструкции и без дифференциала (например, с вискомуфтой).

Содержание

  • 1 Назначение
  • 2 Расположение
  • 3 Устройство
  • 4 Проблема буксующего колеса
  • 5 Способы решения проблемы буксующего колеса
    • 5.1 Ручная блокировка дифференциала
    • 5.2 Электронное управление дифференциалом
    • 5.3 Фрикционный самоблокирующийся дифференциал
    • 5.4 Вязкостная муфта (Вискомуфта, Viskodrive)
    • 5.5 Кулачковый/зубчатый самоблокирующийся дифференциал
    • 5.6 Гидророторный самоблокирующийся дифференциал
    • 5.7 DPS
    • 5.8 Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки

Назначение

Необходимость применения дифференциала в конструкции привода автомобилей обусловлена тем, что внешнее колесо при повороте проходит более длинную дугу, чем внутреннее. То есть при вращении ведущих колёс с одинаковой скоростью поворот возможен только с пробуксовкой, а это негативно сказывается на управляемости и сильно повышает износ шин.

Назначение дифференциала в автомобилях:

  • позволяет ведущим колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;
  • неразрывно передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса;
  • в сочетании с главной передачей служит дополнительной понижающей передачей.

В случае единственного приводного колеса или отдельного двигателя для каждого из ведущих колёс дифференциал не требуется. В конструкции раллийных автомобилей иногда дифференциал намертво блокируют (заваривают), жёстко связывая колёса ведущей оси – это допустимо, так как на гравии или снегу в ралли повороты проходятся только с заносом. Также дифференциал отсутствует в конструкции картов, при этом гибкость их рам обычно позволяют вывешивать ведущее заднее колесо с внутренней стороны поворота без отрыва передних колёс от трассы. В веломобилях с ведущей осью вместо дифференциала часто применяются более простые и доступные трещотки (обгонные муфты) в колёсах – такой привод допускает вращение колёс на ведущей оси с разной скоростью, но при этом весь момент передаётся только на то колесо, которое медленнее вращается.

Расположение

На автомобилях с одной ведущей осью дифференциал располагается на ведущей оси.

На автомобилях со сдвоенной ведущей осью два дифференциала, по одному на каждой оси.

На автомобилях с подключаемым полным приводом по одному дифференциалу на каждой оси. На таких машинах не рекомендуется ездить по дорогам с включенным полным приводом.

На автомобилях с постоянным полным приводом есть три дифференциала: по одному на каждой оси (межколёсный), плюс один распределяет крутящий момент между осями (межосевой).

При трёх или четырёх ведущих мостах (колёсная формула 6×6 или 8×8) добавляется ещё межтележечный дифференциал.

Устройство

Дифференциал автомобиля Porsche Cayenne в разрезе

Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче. Карданный вал 1 через коническую зубчатую передачу передает вращение на корпус дифференциала 2. Корпус дифференциала через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) 3 вращает полуоси 4. Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей.

Проблема буксующего колеса

Обычный («свободный») дифференциал отлично работает, пока ведущие колёса неразрывно связаны с дорогой. Но, когда одно из колёс оказывается в воздухе или на льду, то крутится именно это колесо, в то время как другое, стоящее на твёрдой земле, теряет всякую силу. Может показаться, что обычный дифференциал – это бессмысленный механизм, который направляет крутящий момент двигателя именно на то колесо, которое легче прокручивается. Конечно, целесообразнее было бы передавать больше крутящего момента на колесо с лучшим сцеплением, но этого не происходит в силу устройства дифференциала.

Дело в том, что создаваемый двигателем момент зависит от силы реакции на каждом из ведущих колёс автомобиля. В случае потери сцепления одним из колёс, его сопротивление падает, а раскрутка происходит без существенного увеличения момента сопротивления (трение скольжения в пятне контакта меньше трения покоя и несущестенно зависит от скорости пробуксовки). В момент когда колесо начинает проскальзывать, моменты на колесах тоже равны друг другу, но при этом они равны наименьшей силе реакции точки опоры в системе (т.е. у проскальзывающего колеса), а весь лишний момент (который превышает момент точки опоры) уходит в раскрутку буксующего колеса.

Данную ситуацию можно выразить следующим выражением: момент не буксующего колеса равен моменту буксующего колеса плюс момент на раскрутку буксующего колеса.

Способы решения проблемы буксующего колеса

Ручная блокировка дифференциала

По команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем отключать блокировку после выезда на обычную дорогу. Применяется в вездеходах и внедорожниках.

При езде на таких автомобилях чаще всего не рекомендуется включать блокировку, когда автомобиль движется. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось. Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае ее превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.

Электронное управление дифференциалом

На внедорожниках, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC и другие), если одно из колёс буксует, оно подтормаживается рабочим тормозом.

Похожее решение было применено в «Формуле-1» в 1998 г. в команде «Макларен»: в повороте внутреннее колесо подтормаживалось рабочим тормозом. Эту систему быстро запретили, однако в Формуле-1 прижилась конструкция фрикционного дифференциала, в котором фрикцион дополнительно управляется компьютером. В 2002 году технический регламент был ужесточён; с того же (2002) года и по сей день в Формуле-1 разрешены только дифференциалы простейшего типа.

Преимущество электронного управления в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений гонщика. На прямой совсем не теряется мощность двигателя. Недостаток в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой инерцией, и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.

Фрикционный самоблокирующийся дифференциал

Этот тип дифференциала (как, впрочем, и вязкостная муфта) основан на том, что на прямой полуоси вращаются синхронно с корпусом дифференциала, но в повороте появляется разница в угловых скоростях.

Между корпусом дифференциала 2 и полуосевой шестерней 4 установлен фрикцион (в зависимости от конструкции, фрикцион может быть установлен с одной стороны или с двух; на ходовые качества это не влияет). Когда автомобиль движется по прямой, корпус и шестерня вращаются с одной и той же скоростью, и потерь нет. При появлении разницы в скоростях вращения корпуса и шестерни на отстающую шестерню подается дополнительный крутящий момент из-за наличия трения между шестерней и корпусом дифференциала.

Этот вид дифференциала требует периодического обслуживания (так как трущиеся части фрикциона изнашиваются, снижается сила трения и эффективность блокировки) и поэтому редко устанавливается на серийные машины (в основном на спортивные и тюнингованные)

Вязкостная муфта (Вискомуфта, Viskodrive)

Упрощённый вариант фрикционного дифференциала. На одной из полуосей имеется резервуар, заполненный вязкой дилатантной жидкостью. В эту жидкость погружены два пакета дисков; один соединён с ротором, второй с полуосью. Чем больше разница в скоростях колёс, тем больше разница в скоростях вращения дисков и тем больше вязкое сопротивление.

Достоинство такой конструкции в простоте и дешевизне. Недостаток в том, что вязкостная муфта довольно инерционна и отказывается работать на полном бездорожье. Хороших ходовых качеств вязкостная муфта не обеспечивает и применяется только в «паркетниках» (вседорожниках, которые жертвуют проходимостью ради комфорта) между осями. Для установки в качестве осевого дифференциала такая конструкция слишком громоздка.

Иногда вместо дифференциала ставят коническую зубчатую передачу с вязкостной муфтой на одной из полуосей.

Кулачковый/зубчатый самоблокирующийся дифференциал

Принцип действия аналогичен, но полуоси соединяются зубчатой или кулачковой парой. Таким образом, при пробуксовке одного из колёс дифференциал резко блокируется. Поэтому такая система применяется только в военной и специальной технике (например, в бронетранспортёрах), где нужно большое тяговое усилие и долговечность в ущерб управляемости.

Гидророторный самоблокирующийся дифференциал

Попытка повысить эффективность и долговечность фрикционного дифференциала. При возникновении разницы в угловых скоростях насос закачивает жидкость в цилиндр, и поршень сжимает фрикционный пакет, блокируя дифференциал.

DPS

Основная статья: DPS

Dual Pump System — система с двумя насосами, автоматически подключающая вторую ось, когда не хватает одной. Применяется в системах полного привода Honda. Достоинства: работает автоматически, на хорошей дороге экономит бензин. Недостатки: ограниченная проходимость, сложность, ограничения на буксировку.

Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы

Существует три типа таких дифференциалов — планетарные, типа Quaife и типа Torsen. Все они основаны на свойстве косозубой или червячной передачи «заклинивать» при определённом соотношении крутящих моментов. Такие дифференциалы передают бо́льшую часть крутящего момента (до 80 %) небуксующему колесу.

Применяются во внедорожниках и гоночных автомобилях. Недостатки: сложность; бо́льшая потеря мощности, чем у обычного дифференциала.

Дифференциал типа Torsen изобретён в 1958 г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет её недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться». Название Torsen произошло от англ. Torque sensitive («чувствительный к крутящему моменту»). Torsen — товарный знак JTEKT Torsen North America Inc.

Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных:

Первый тип(T-1) Червячными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, червячные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то червячную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.

Второй тип(T-2) В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют косозубое зацепление, которое расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки. Подобное устройство имеет и дифференциал TrueTrac компании EATON. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т.д.

Третий тип(Т-3) Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30 % разнице в передаваемых на оси моментах. Подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.

В отличие от других конструкций, датчики вращающего момента работают практически в любых условиях. Даже если колеса вращаются с различными скоростями (поворот, прохождение через ухабы), они тем не менее всегда получают вращающий момент основанный на сцеплении.

Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличие от фрикционных дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

См. также

  • Трансмиссия
  • Дифференциальное вращение
  • Дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением

Ссылки

  • Типы дифференциалов и механизмы их блокировки
  • Работа дифференциала в динамике
  • Принцип действия дифференциала на HowStuffWorks (англ. )
  • Видео выпуска американской научно-популярной передачи 30ых годов, наглядно и популярно разъясняющей принципы работы дифференциала (англ.)
  • Полный привод (в том числе типы дифференциалов) на 4×4.aaa13.ru
  • Типы дифференциалов на 4runner.sovintel.ru
  • Самоблокирующийся дифференциал на moskvich-club.na.by
  • Статья «Дифференциальное исчисление для внедорожника»
  •  Наглядное объяснение работы дифференциала  (англ.)

Дифференциал (механическое устройство) — Простая англоязычная Википедия, свободная энциклопедия

Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии.

Линейная схема дифференциальной передачи. (1) Зубчатый венец, (2) Шестерни, (3) Вал-шестерня, (4) Ведущая шестерня, (5) Правая ось, (6) Боковые шестерни, (7) Левая ось

Дифференциал представляет собой механическое устройство состоит из нескольких шестерен. Он используется практически во всех механизированных четырехколесных транспортных средствах. Он используется для передачи крутящего момента от карданного вала к ведущим колесам. Его основная функция — позволить ведущим колесам вращаться с разной скоростью вращения, позволяя колесам проходить повороты, продолжая получать мощность от двигателя. [1]

  • Открытый дифференциал (OD) является наиболее распространенным типом. Он также является наименее дорогим. Открытый дифференциал позволяет автомобилю проходить повороты без волочения внешнего колеса. Однако мощность передается на колесо с наименьшим сцеплением с дорогой. Если это колесо находится на льду или другой скользкой поверхности, транспортное средство не будет двигаться вперед, а колесо с усилителем просто будет вращаться. В автомобилях с приводом на два колеса, если они имеют открытый дифференциал, они имеют только одно ведущее колесо. В полноприводных автомобилях с открытыми дифференциалами (обычно заводскими) только одно колесо на каждой оси приводит в движение автомобиль. Преимущества включают в себя редкое разрушение оси, меньший износ шин, и они бесплатны, поскольку большинство новых автомобилей поставляются с открытыми дифференциалами.
    [2]
  • Дифференциал повышенного трения (LSD) решает эту проблему. Используя ряд сцеплений (называемых пакетом сцеплений), LSD допускает ограниченное проскальзывание колес, сохраняя при этом мощность на оба ведущих колеса. [3] LSD популярны в гоночных автомобилях, так как часто они выходят из поворота и нуждаются в ускорении без потери мощности на одно ведущее колесо.
    [3]
  • А блокировка дифференциала (блокировка) способна блокировать два ведущих колеса на оси вместе. Преимущество в том, что оба колеса всегда имеют мощность. Недостатком является то, что поворачивать намного сложнее, так как оба колеса должны вращаться с одинаковыми оборотами. Таким образом, большинство шкафчиков должны быть отключены при резких поворотах. Шкафчики также могут создать для водителя некоторые опасные ситуации. Например, при движении по склону (движение поперек), если одно ведущее колесо теряет сцепление с дорогой, оба теряют сцепление с дорогой, и автомобиль может скользить вниз по склону. Водителей часто предупреждают, чтобы они не пересекали склон, если поверхность рыхлая или скользкая. [4] Локеры могут включаться и выключаться механически, электронным способом (электронный шкафчик) или с помощью сжатого воздуха (воздушный шкафчик). Шкафчики желательны на внедорожниках, но обычно бесполезны на улицах и шоссе.
  • Катушка представляет собой открытый дифференциал, в котором оси механически скреплены друг с другом. [2] Это не позволяет ни одному из колес двигаться быстрее или медленнее на поворотах. Это дешево и практически не увеличивает вес автомобиля, но обычно ограничивается соревнованиями по бездорожью и ездой по бездорожью. [2] Нежелательны для езды по улице, т.к. будут «чирикать» шинами при поворотах. [2]
  1. ↑ «Как работает дифференциал?». Изучайте инженерное дело. Архивировано из оригинала 8 мая 2016 года. Проверено 13 мая 2016 года.
  2. ↑ 2.0 2.
    1     2.2 2.3 Дэвид Кеннеди (1 апреля 2004 г.). «Открытый дифференциал против катушки — различия дифференциала». Четырехколесная сеть. Проверено 13 мая 2016 г.
  3. ↑ 3.0 3.1 «Дифференциалы и дифференциалы повышенного трения (LSD)». drivefast.net. Архивировано из оригинала 9 октября 2015 года. Проверено 13 мая 2016 года.
  4. ↑ «Пересечение склона». Курс Эда Висконсинского квадроцикла / Offroad-ed.com. Архивировано из оригинала 19 сентября 2015 года. Проверено 13 мая 2016 года.
  • Как работает дифференциал и типы дифференциалов, YouTube
  • Как работает воздушная камера, YouTube
  • За углом — Как работает дифференциальное рулевое управление (1937)

Математическая модель механического дифференциала |

На этой странице описывается и объясняется математическая модель дифференциала автомобиля. Мы рассмотрим следующее устройство:

Каркас

Сначала определим каркас, ось и положительное направление вращения:

Назовем каждую шестерню. c_i\) — угловая скорость шестерни \(Z_i\), выраженная в опорном водиле. 9с_5 \end{массив} \right. $$

Решение системы дает окончательное уравнение модели:

$$ \omega_2 = \frac{1}{2}(\omega_4+\omega_5) $$

Крутящий момент

Соотношение крутящего момента между шестернями \( Z_3\), \(Z_4\) и \(Z_5\) определяется как:

$$ \begin{matrix} \ гидроразрыва {\ Gamma_4} {\ Gamma_3} = \ гидроразрыва {Z_4} {Z_3} \\ \ гидроразрыва {\ Gamma_5} {\ Gamma_3} = \ гидроразрыва {Z_5} {Z_3} \end{matrix} $$

As \(Z_5=Z_4\) :

$$ \frac{\Gamma_4}{\Gamma_3}=\frac{\Gamma_5}{\Gamma_3} $$

И наконец:

$$ \Gamma_4=\Gamma_5 $$

Мощность

Входная мощность должна быть равна выходной мощности:

$$ P_{in}=P_{out} $$

As \(P=\Gamma.\omega\), выходной крутящий момент можно переписать как:

$$ P_{out}=P_4+P_5=\Gamma_4.\omega_4+\Gamma_5.\omega_5 $$

As \( \Gamma_4=\Gamma_5\), предыдущее уравнение можно упростить:

$$ P_{out}=\Gamma_4. (\omega_4+\omega_5) $$

As \(\omega_4+\omega_5=2.\omega_2\ ), предыдущее уравнение можно переписать:

$$ P_{out}=\Gamma_4.(2.\omega_2)=\Gamma_2\omega_2=P_{in} $$

Наконец:

$$ 2.\Gamma_4=\Gamma_2 $$

Заключение

Соотношение скоростей определяется как:

$$ \omega_2 = \frac{1}{2}(\omega_4+\omega_5) $$

Соотношение крутящих моментов определяется как:

$$ \frac{ \Gamma_2}{2} = \Gamma_4=\Gamma_5 $$

См. также

  • Угловая и линейная скорость, векторное произведение
  • Конфигурируемая шестерня для Solidwork
  • Упругое столкновение. Часть 1. Гипотезы
  • Упругое столкновение. Часть 2. Разложение по скорости
  • Упругое столкновение. Часть 3. Расчет скорости
  • Упругое столкновение. Часть 4. Синтез и напоминание
  • Упругое столкновение — Часть 5 — Исходный код
  • Упругое столкновение — уравнения и моделирование
  • Включить надстройки в Solidworks
  • Второй закон движения Ньютона
  • Геометрическая модель дифференциального колесного мобильного робота
  • Как вставить шестерни в сборку Solidwoks
  • Модель вращающегося соединения с приводом от линейного двигателя [Часть 2]
  • Модель вращающегося соединения с приводом от линейного двигателя [Часть 3]
  • Модель вращающегося соединения с приводом от линейного двигателя [Часть 4]
  • Модель вращающегося соединения с приводом от линейного двигателя

Последнее обновление: 21.