Дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением — Википедия
Дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (также: дифференциал ограниченного проскальзывания (LSD), дифференциал повышенного трения, самоблокирующийся дифференциал, дифференциал с ограничением пробуксовки) — это дифференциал, механика работы которого за счёт конструктивно заложенного повышенного внутреннего сопротивления между некоторыми вращающимися деталями позволяет такому дифференциалу без каких-либо управляющих воздействий извне выравнивать самостоятельно угловые скорости ведущего и ведомых звеньев вплоть до полной их взаимной блокировки и превращения всего дифференциала в прямую передачу.
Следует иметь в виду, что в англоязычной литературе данные дифференциалы обозначаются как «LSD (Limited-Slip Differential)», то есть «дифференциал ограниченного проскальзывания» (пробуксовки), и данный термин не определяет физического принципа работы устройства, наличия трения, сопротивления, а также наличия/отсутствия управления дифференциалом и т.
Содержание
- 1 Преимущества
- 2 Коэффициент блокировки
- 3 Преднатяг
- 4 Типы ДПВС и конкретные конструкции
- 4.1 Винтовая блокировка
- 4.2 Червячная блокировка
- 4.3 Дисковая блокировка
- 4.4 Кулачковая блокировка
- 4.5 Шариковая блокировка
- 4.6 Дифференциал с вискомуфтой
- 4.7 Дифференциал с героторным насосом
- 4.8 Дифференциал с электронным управлением
- 5 Примечания
ПреимуществаПравить
Основное преимущество дифференциала с повышенным внутренним сопротивлением (далее — ДПВС) можно увидеть, рассмотрев случай с обычным (или «открытым») дифференциалом, у которого одно колесо вообще не имеет контакта с дорогой.
Коэффициент блокировкиПравить
Коэффициент блокировки есть важнейшее оценочное свойство любого ДПВС.
В информационных материалах о ДПВС этот коэффициент может выражаться двояко и несколько отличаться по смыслу толкования, хотя в обоих случаях подразумевать одно и то же, только с разных точек зрения.
В иностранной технической литературе КБ обычно выражается посредством процентного значения в десятках процентов в диапазоне от 20 % и выше. Число обозначает покрываемую конкретным ДПВС ширину диапазона относительного распределения крутящего момента между колёсами/осями от заложенного в дифференциал статического (с поправкой на его возможную несимметричность) до максимального уровня в 100/0, в пределах которого ДПВС может обеспечить взаимную блокировку. Данное определение подпадает под англоязычный термин Locking Effect («блокировочный эффект»). В русскоязычной технической литературе КБ выражается через число от 2 и выше (обычно, без десятичных дробей), обозначающее максимально возможную разницу в крутящих моментах (разницу в силе тяги) на колёсах/осях, в пределах которой данный ДПВС может обеспечить их взаимную блокировку.
Показано соотношение между КБ в числовом и процентном значениях
Хотя оба понятия КБ предполагают под собой разные формулы подсчёта, абсолютно любой ДПВС может быть корректно оценён любым из них. При этом, каждое из двух значений КБ можно соотнести с общим оценочным показателем, а между обоими значениями всегда имеется взаимооднозначное соответствие. Так, например, значение КБ=50 % и КБ=3 означает в обоих случаях одно и то же: что ДПВС с указанными КБ допускает перераспределение крутящего момента между колёсами/осями в соотношении не более чем 75/25, что с одной стороны даёт 50 % полного диапазона возможного перераспределения эффективно используемого крутящего момента (75-25=50), а с другой стороны даёт 3-кратную разницу в возможной силе тяги (75/25=3). Числовое (не процентное) значение КБ, возможно, здесь более интуитивно понятно, тем более, что помимо своего основного смысла, оно предполагает аналогичную разницу в допустимой силе сцепления колёс/осей с поверхностью, что в том же случае КБ=3 означает, что максимально эффективное использование мощности двигателя на этом ДПВС возможно только если сила сцепления каждого колеса с поверхностью дороги будет отличаться не более чем в три раза.
Простой (свободный) дифференциал не позволяет получить какую-либо разницу в эффективно-используемых крутящих моментах на ведомых звеньях, здесь разница между силой тяги обоих колёс/осей практически нулевая на любых режимах, КБ такого дифференциала равен 0 % или 1. Прямая передача или заблокированный дифференциал позволяют весь эффективно используемый крутящий момент реализовать на любом ведомом звене, здесь любое колесо/ось может обеспечить всю тягу при нулевом уровне тяги на другом колесе/оси, а КБ в данном случае равен 100 % или бесконечности.
ДПВС может иметь два верхних значения КБ — по одному для каждой ветви мощности. Такое возможно в случаях несимметричного дифференциала, когда КБ получает поправку на несимметричность — то есть, верхние значения КБ для каждой из сторон отличаются друг от друга на разницу в соотношении раскладываемых крутящих моментов (например, в несимметричном заднем кулачковом межколёсном ДПВС грузового автомобиля ГАЗ-66, раскладывающим крутящий момент по колёсам в соотношении ≈(60/40), значения КБ для правого и левого колёс равны, соответственно, 3.
Обычно под КБ конкретного ДПВС подразумевается его максимальный КБ. При этом у любого ДПВС существует значение так называемого начального КБ, которое обычно не декларируется.
ПреднатягПравить
Под этим термином подразумевается создание в ДПВС внутреннего сопротивления взаимному вращению ведомых звеньев в статике, то есть, при отсутствии подачи на дифференциал какого-либо самого минимального крутящего момента. Величина уровня преднатяга определяется усилием, необходимым для сдвига (поворота) любого ведомого звена дифференциала при неподвижном ведущем звене. В свободном дифференциале уровень преднатяга близок к нулю. Преднатяг, если он есть, «работает» всегда, независимо от того, нагружен ДПВС тяговым или тормозным крутящим моментом или не нагружен.
Так называемая «муфта преднатяга» предполагает под собой некое устройство внутри ДПВС, выполняющее вышеупомянутые функции и затрудняющее взаимное вращение ведомых шестерён дифференциала. Конструкция этого устройства не имеет универсального вида и на разных ДПВС может быть любой. Обычно это есть распорные пружины разной формы, дополненные дистанционными кольцами.
Типы ДПВС и конкретные конструкцииПравить
В пассажирских автомобилях как правило используются два типа ДПВС:
- чувствительные к разнице крутящих моментов.
- чувствительные к разнице угловых скоростей.
Дифференциалы обоих типов допускают наличие некоторой конструктивно запрограммированной разницы между крутящими моментами (в первом случае) или угловыми скоростями (во втором случае), но налагают механическое ограничение на возникновение большой их диспропорции.
Винтовая блокировкаПравить
Конструктивно дифференциалы с винтовой блокировкой могут быть выполнены на основе любого плоского однорядного или двухрядного планетарного механизма схем СВС или СВЭ с параллельными осями сателлитов, которые, в свою очередь, могут быть как одиночными, так и парными взаимозацепленными.
Общими для любого вида исполнения будут две особенности: использование цилиндрических косозубых шестерён во всех парах зацепления и отсутствие фактических осей сателлитов как деталей. Винтовая передача, как таковая, здесь не используется, и широко употребимый термин происходит исключительно от визуального сходства сателлитов дифференциала с винтом, особенно на контрасте с его основными шестернями. А шестерни-сателлиты здесь вращаются не на осях, а в цилиндрических карманах, отфрезерованных в корпусе/водиле дифференциала. Идея блокировки основана на том, что в косозубом зацеплении под нагрузкой возникают осевые силы, стремящиеся раздвинуть по своим осям обе зацепленные шестерни в противоположные от плоскости контакта стороны, и здесь это свойство в первую очередь использовано в парах взаимозацеплённых сателлитов, которые для этого получают некоторую осевую подвижность. Под тягой, при повороте или пробуксовке колеса, вращающиеся сателлиты расклиниваются в своих карманах, упираются торцами в корпус дифференциала, за счёт чего происходит их торможение и самовыравнивание угловых скоростей ведомых шестерён.
Ввиду того, что шестерни с косозубым зацеплением могут быть использованы на плоских планетарных механизмах любой схемы и формы, дифференциалы на их основе можно выполнить с практически любыми заданными передаточными отношениями в каждой паре звеньев ведущее-ведомое.
Соответственно, такие дифференциалы могут быть как симметричные, так и несимметричные, и применяться в трансмиссии и как межколёсные и как межосевые. На этих дифференциалах активно используется преднатяг, а блокирующий момент здесь создаётся в тяговом режиме даже при отсутствии разницы в угловых скоростях на выходе. Но исключительно на косозубом зацеплении высокие значения коэффициента блокировки не доступны (обычно < 3), и для усиления эффекта такие дифференциалы могут дополняться фрикционными пакетами по типу дифференциалов с дисковой блокировкой.
Дифференциалы с винтовой блокировкой очень широко распространены по сей день. Основная их область применения — спортивные и гоночные автомобили. Также они применяются как тюнинговые для незначительного улучшения проходимости в дорожных автомобилях. Однако на истинно внедорожной технике они обычно не используются. Наиболее известны образцы от британской компании Quaife Engineering и американской Torsen NA Inc.. В первом случае дифференциал так и называется — Quaife.
Во втором случае — это так называемые Torsen Type-2 и Torsen Type-3.
Червячная блокировкаПравить
Конструктивно все дифференциалы с червячной блокировкой выполнены на основе простых пространственных планетарных механизмов схемы СВС с сателлитами на перекрещивающихся осях. Визуально пары зацепления солнце-сателлит здесь выглядят как червячная передача, в которой оси червячного колеса и самого червяка также перпендикулярны друг-другу и не пересекаются. В роли червяка и в роли червячного колеса здесь могут выступать как сателлиты, так и ведомые шестерни, и имеются разработки червячной блокировки с обеими вариантами распределения ролей между шестернями. Идея блокировки основана на том, что червячной передаче свойственно самоторможение в случаях направления мощности от червячного колеса к червяку, которое тем сильнее, чем больше угол наклона нарезки зубьев червяка к его оси вращения.
Хотя дифференциал с червячной блокировкой наиболее известен в варианте, разработанном американской Torsen NA Inc.
, — так называемый Torsen Type-1 — сама компания-разработчик почему-то избегает термина «червячная передача» при описании своего дифференциала. Зубчатая передача здесь декларируется как косозубая на перекрещивающихся осях, но не просто косозубая, а с некоей специфической, разработанной самой Torsen и запатентованной ими же формой зубьев Invex™, фактически являющейся частным вариантом эвольвентного зацепления. В русскоязычной инженерно-технической литературе считается, что в Torsen Type-1 роль червяков выполняют ведомые шестерни, а роль червячных колёс — сателлиты. Объяснение этому проистекает из разного угла наклона косозубой нарезки на ведомых шестернях и сателлитах. Необычная трёхрядная форма сателлита с прямозубым зацеплением по краям и косозубым в центре объясняется исключительно тем, что ввиду компоновки с перекрещивающимися осями конструктивно невозможно организовать через одну и ту же зубчатую нарезку одновременный зацеп как сателлитов с ведомыми шестернями, так и сателлитов между собой, и к повышению внутреннего сопротивления дифференциала эта особенность не имеет отношения.
Обе ведомые шестерни здесь имеют сонаправленную нарезку зубьев и некоторую минимальную осевую подвижность, которая, как и в случае дифференциалов с винтовой блокировкой, необходима для сдвига обеих шестерён вдоль оси под нагрузкой, только в данном случае не для контакта с корпусом, а для их взаимного самоторможения друг о друга, что вносит существенный вклад в общее повышение внутреннего сопротивления. Дифференциал момент-чувствительный. Коэффициент блокировки в разных вариантах — 3-6. Дифференциал визуально и кинематически симметричен, и в случае межосевого использовался на модификациях AWD машин, изначально переднеприводных. Вообще, Torsen Type-1 есть один из наиболее известных моделей ДПВС. Он широко использовался в гоночных автомобилях WRC и Формулы-1 разных лет и в качестве межколёсного и в качестве межосевого. А на дорожных легковых автомобилях он стал совершенно однозначной ассоциацией с системами полного привода от Audi — Quattro — хотя в последних разработках Audi применяла и иные варианты.
Среди внедорожных машин известным носителем данного ДПВС является Hummer h2.
Настоящими дифференциалами с червячной блокировкой и высокими (порядка 10 и даже выше) коэффициентами блокировки были американские и немецкие разработки для грузовых автомобилей повышенной проходимости. В данном случае конструкция планетарного механизма ДПВС предполагала тройные взаимозацепленные сателлиты, из которых два сателлита были червяками, а один — червячным колесом. Также, червячными колёсами были ведомые шестерни, а всего в дифференциале было 8 червяков и 6 червячных колёс двух типоразмеров. Основные попытки относительно массового применения этих ДПВС пришлись на предвоенные годы. В СССР этот тип ДПВС испытывался после войны, как в виде трофеев от Rheinmetall-Borsig AG, так и в виде домашних разработок «улучшенной» конструкции на основе немецкой. Данные по конкретным американским и немецким носителям отсутствуют, хотя считается, что дифференциалы с червячной блокировкой были широко распространены на различных грузовиках и тягачах для бездорожья и карьерных разработок.
В СССР единственный более-менее массовый носитель — Урал-375Д. Современное использование — вероятно, нулевое.
Дисковая блокировкаПравить
Разобранный дифференциал с дисковой блокировкой
Конструктивно дифференциал с дисковой блокировкой всегда состоит из планетарного механизма схемы СВС на конических шестернях, дополненного парой миниатюрных конических фрикционных муфт и парой многодисковых фрикционных пакетов, располагающихся по оси дифференциала с обеих его сторон между ведомыми шестернями и корпусом. Часть фрикционных дисков здесь зацеплена с корпусом дифференциала, а часть — с миниатюрным конусообразным сцеплением, которое сопрягается каждое со своей ведомой шестернёй (солнцем). Идея блокировки основана на том, что под нагрузкой в конических шестернях возникают осевые силы, стремящиеся раздвинуть зацепленные шестерни друг от друга, и в отличие от свободного дифференциала, где этот эффект стараются нивелировать, здесь именно за счёт него и происходит сжатие фрикционных пакетов между ведомыми шестернями и корпусом дифференицала, что в свою очередь приводит к выравниванию угловых скоростей. Помимо конических муфт и фрикционных пакетов для усиления эффекта здесь нередко используется распорная пружина, установленная между ведомыми шестернями. И для усиления эффекта эти дифференциалы обычно имеют не два, а четыре сателлита на крестообразном водиле.
Разработки подобных дифференциалов известны с довоенного периода — ими занимались американские фирмы LeTurno-Westinghouse и Borg Warner. Современный вид и дисковую блокировку дифференциалы приобрели в 60-х годах, когда появились относительно надёжные фрикционные материалы, что позволило делать всю систему компактной и пригодной для легковых автомобилей. Сегодня используются в качестве межколёсных в задних ведущих мостах как спортивных, так и внедорожных автомобилей. Надёжны, но могут требовать регулировки со временем.
Кулачковая блокировкаПравить
Кулачковый дифференциал Порше, применявшийся на KdF82
Конструктивно здесь возможны два варианта исполнения. В одном случае кулачковая муфта, состоящая из двух кулачковых дисков и промежуточного сепаратора с сухарями располагается между обеими ведомыми шестернями свободного дифференциала. Во втором случае, планетарная передача дифференциала вообще не имеет зубчатых колёс: эрзац-водилом дифференциала служит сепараторное кольцо, сателлитами являются сухари, а роль ведомых шестерён выполняют два кулачковых диска или кольца с волнообразным профилем сопряжённой с сепаратором поверхности. В обоих случаях идея блокировки основана на том, что при определённой разнице в угловых скоростях ведомых звеньев сухари расклиниваются между кулачковыми дисками/кольцами и практически моментально блокируют дифференциал. Блокировка здесь срабатывает только от разницы в угловых скоростях. До некоторого значения этой разницы дифференциал работает как свободный, по достижению — сразу блокируется, причём не важно, нагружен он крутящим моментом или нет. Какой-либо переходной режим частичной блокировки между свободным и заблокированным состояниями отсутствует.
Первые известные разработки кулачковых дифференциалов вероятно принадлежат Фердинанду Порше. Именно его дифференциал пошёл в серию на машинах KdF-Kübelwagen. Сегодня кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы в основном используются как межколёсные в автомобилях повышенной проходимости и в военной технике (бронетранспортёрах и пр.).
Шариковая блокировкаПравить
Конструктивно дифференциалы с шариковой блокировкой представляют собой некий эрзац планетарной передачи симметричной схемы СВС. Формально они не имеют ни шестерён, ни сателлитов в своей конструкции, но фактически, функции составляющих их деталей и общий принцип их работы идентичен конструкции и принципу работы любого настоящего планетарного дифференциала, а механика блокировки определяется повышением внутренного сопротивления работе, как и в остальных типах самоблокирующихся дифференциалов. В роли сателлитов здесь используются шарики, которые плотно набиты в закольцованные канавки в корпусе (водиле) дифференциала, и которые, как и настоящие сателлиты, контактируют одновременно друг с другом и с парой ведомых эрзац-шестерён (двумя солнцами).
При небольшой разнице в угловых скоростях шарики, толкая друг-друга, перемещаются в закольцованной канавке в ту или другую сторону, обеспечивая дифференциальное вращение всей конструкции. При достижении некоего уровня разницы в угловых скоростях (пробуксовке) ведомых шестерён шарики не могут её (разницу) поддерживать, за счёт трения самотормозятся в своих канавках и тем самым создают блокировочный эффект.
Эта конструкция малоизвестна в мировом автопроме и всё её распространение, вероятно, ограничивается Россией и Украиной. Наиболее известные дифференциалы с шариковой блокировкой — это Автоматический Дифференциал Красикова и Автоматический Дифференциал Нестерова.
Дифференциал с вискомуфтойПравить
Вязкостная муфта с открытым корпусом.
Конструктивно дифференциал состоит из простого планетарного механизма абсолютно любой схемы и вискомуфты, соединяющей два его любые звена (два любые вала подачи/снятия мощности).
Вискомуфта может располагаться как внутри дифференциала и связывать два ведомых звена, так и снаружи и связывать ведущее и ведомое звено (на принципиальную работы всей системы расположение вискомуфты влияния не оказывает). Идея блокировки основана на свойствах вискомуфты выравнивать угловые скорости двух своих звеньев за счёт свойств дилатантной жидкости. Блокировка срабатывает только от разницы в угловых скоростях. Кратковременно допускается 100 % блокировка. Переходные режимы также активно используются.
Вязкостные ДПВС менее эффективны в сравнении с вышеупомянутыми механическими ДПВС, так как в них происходит рассеивание энергии. В частности, любая постоянная нагрузка, которая нагревает жидкость внутри муфты, приводит к неустранимым перманентным потерям «дифференциального эффекта».[1]
Данный ДПВС не стоит путать с использованием вискомуфты в системах так называемого полного привода по требованию.
Дифференциал с героторным насосомПравить
В дифференциалах этого типа с одной стороны вращается корпус героторного насоса, а с противоположной стороны вращается вал, соединённый с зубчатым колесом, находящимся внутри насоса.
Когда возникает разница в частотах вращения корпуса и зубчатого колеса, насос сжимает рабочую жидкость во внутренней полости насоса. Это обеспечивает передачу вращающего момента к колесу машины, имеющему более сильное сцепление. Системы, основанные на насосах, имеют верхнюю и нижнюю границы прикладываемого давления, и внутреннее демпфирование во избежание гистерезиса. Новейшие системы с героторными насосами имеют компьютерное регулирование выходной мощности, что обеспечивает более высокую подвижность и исключает колебания.
Дифференциал с электронным управлениемПравить
Развитие электронных систем в автомобилях сделало возможным управление блокировкой полуосей с помощью электронных блоков управления (ЭБУ). Эти системы обязательно используют различные датчики.
Первым этапом стало использование датчиков системы антиблокировки колёс (ABS) для определения разницы в угловой скорости буксующих колёс и дальнейшего принудительного использования тормозной системы для индивидуального замедления колеса, вращающегося со слишком высокой скоростью — и, тем самым, перераспределения момента в сторону противоположного колеса через свободный дифференциал.
Функция самоблокировки дифференциала в таких транспортных средствах имитируется, сам дифференциал остаётся классическим свободным, а следовательно, такое решение достаточно дешевое, не ухудшает параметры автомобиля и не требует специального обслуживания. Такие системы получили общее название «антипробуксовочных». По сути, они являются более продвинутой версией системы ABS, работающей не только при торможении, но и при движении и ускорении. Также используются как часть более глобальной системы «стабилизации» кузова автомобиля на дороге в условиях заноса. Однако, данные системы ограничены работой тормозной системы, склонны к перегреву при постоянной работе и последующей потере эффективности. На полноценной внедорожной технике обычно не используются.
Вторым этапом стало внедрение электронным систем управления с фрикционными муфтами, реализованными на каждой полуоси. Такие муфты могут быть разомкнуты при движении с приблизительно равными угловыми скоростями либо же наоборот замкнутыми для постоянной передачи момента по аналогии с FullTime 4WD, но при определении электроникой ситуации пробуксовки, а также с целью её предотвращения, нужные муфты сводятся с расчётным усилием, передавая больше момента на менее подвижную полуось.
Используется, например, в системах Haldex-4, VTM-4. Могут быть реализованы как с помощью электрических муфт, так и гидравлических, для чего применяется электронасос.
Третьим этапом развития таких дифференциалов являются т. н. «активные дифференциалы», где вместо блокировки подачи момента используется постоянное управление распределением тяги между полуосями. В ряде реализаций, как например Honda SH-AWD, задний дифференциал реализован лишь функционально, без самой классической механики дифференциала, и целиком полагается на электронное управление тягой и скоростью вращения задних колёс. При этом используется весь переданный на данную ось момент, без потерь на торможение, он лишь перераспределяется в сторону менее буксующей полуоси. При этом появляется возможность повышения управляемости при повороте, за счёт передачи увеличенного момента на внешнюю полуось, причем даже с увеличением угловой скорости больше нормальной, за счёт редуктора с дополнительным повышающим числом. При выходе из строя каких-либо датчиков, используемых такими системами, привод тяги на ось прекращается, либо снижается функциональность.
Также, система может сама отключиться, например, при перегреве.
- ↑ Donnon, Martin et al. Zoom 67 (неопр.). — Express Motoring Publications, 2003. — С. 45—48.. — «…the gel used can quite suddenly alter with massive temperature, and lose its ability to generate torque transfer.».
Дифференциал Торсен: принцип действия
“Торсен” — это одна из разновидностей самоблокирующихся дифференциалов. Такой механизм есть как на отечественных авто, так и на иномарках. Принцип действия дифференциала “Торсен” построен на изменяющемся трении механических частей, которое приводит к распределению вращательного момента между колесной парой.
Назначение
Итак, для чего нужен данный механизм? Самый простой дифференциал способен распределять мощность или крутящий момент между двух колес одинаково, равномерно. Если одно колесо буксует и не может зацепиться за дорожное полотно, то крутящий момент на втором колесе будет равным нулю.
Усовершенствованные модели, а подавляющее их большинство – это дифференциалы с механизмом самоблока, оснащены системой, блокирующей вывешенную полуось. Тогда крутящий момент распределяется так, чтобы максимальная мощность была на колесе, которое сохранило хорошее сцепление с дорогой.
Дифференциал “Торсен” – это наиболее оптимальное решение для полноприводного автомобиля, эксплуатируемого по большей части в тяжелых условиях. “Торсен” – это не фамилия разработчика, а аббревиатура. Это означает чувствительность к вращательному моменту или Torque Sensing.
О истории создания
Впервые дифференциал “Торсен” появился в 1958 году. Разработал конструкцию и принцип действия американский инженер В. Глизман. Патент на серийное производство этого самоблокирующегося механизма получила компания “Торсен”, имя которой и стало названием для устройства.
Устройство
Данный механизм устроен из привычных элементов – устройство аналогично любому планетарному узлу. Можно выделить основные детали – это корпус, червячные шестерни, сателлиты.
Что касается общей концепции, то здесь не очень много отличий, если сравнивать с обыкновенными механизмами. Корпус жестко крепится на ведущем узле трансмиссии. Внутри корпуса установлены сателлиты. Они закреплены на специальных осях. Сателлиты находятся в жестком зацеплении с шестернями полуосей. Шестеренки полуосей закреплены на валы, на которые и передается крутящий момент.
А теперь что касается непосредственно механизма “Торсен”. В данном узле шестерня полуосей имеет винтовые зубья. Это не что иное, как традиционный червячный вал.
Сателлиты представляют собой пару косозубых шестерен. Один элемент этой пары формирует с шестерней полуоси червячную пару. Пара шестеренок-сателлитов может взаимодействовать и между собой за счет прямозубого зацепления. В конструкции имеется целых три сателлита, каждый из которых представляет пару шестерен.
Принцип действия
Давайте посмотрим, как работает дифференциал “Торсен”. Рассмотрим это на примере межколесного узла. Когда пара ведущих колес двигается прямолинейно, то они оба сталкиваются с одинаковым сопротивлением.
Поэтому механизм распределяет крутящий момент равномерно между обеими колесами. При движении прямо сателлиты не задействованы, и усилие передается непосредственно от чашки к полуосевым шестерням.
Когда машина входит в поворот, то внутреннее колесо испытывает большее сопротивление и скорость его снижается. Червячная пара внутреннего колеса начинает работать. Шестеренка полуоси вращает сателлитную шестерню. Последняя передает крутящий момент ко второй шестерне полуоси. Тем самым увеличивается усилие на внешнем колесе. Так как разница крутящего момента на двух сторонах невелика, то трение во второй червяной паре тоже невысокое. В данном случае самоблокировки не произойдет. Вот на этом и основан принцип дифференциала “Торсен”.
Когда же одно из ведущих колес автомобиля находится на скользком участке, то его сопротивление снижается. Крутящий момент стремится именно к этому колесу. Полуось раскручивает шестерню сателлита, а она передает крутящий момент ко второму сателлиту. В этом случае будет самоторможение.
Шестерня сателлита не способна выступать ведущим элементом и не может вращать полуосевую шестеренку из-за определенных особенностей червячных передач. Поэтому червячная пара заклинивает. А при заклинивании она затормозит вращение второй пары, и вращательный момент на каждой из полуосей выровняется.
Три режима работы
Если рассматривать полностью принцип работы дифференциала “Торсен”, то нужно сказать, что система может работать в трех различных режимах. Конкретный режим зависит от уровня сопротивления на колесе. Когда оно одинаковое, то вращательный момент распределяется равномерно.
Если на одном из колес сопротивление повышается, то в работу включается червячная пара, и тем самым приводится в действия вторая пара, несмотря на небольшое сопротивление на ней. Это ведет к перераспределению момента так, как нужно. В этом случае одно колесо замедлится. Второе станет вращаться быстрее.
Если на одной из шин полностью теряется сопротивление, тогда это будет сопровождаться блокировкой или заклиниванием червячной пары из-за большого трения.
Тогда сразу же тормозится вторая пара. Крутящий момент выравнивается. Работа дифференциала “Торсен” в этом режиме схожа с прямолинейным движением.
Три типа “Торсена”
В первом варианте в качестве червячных пар используются шестеренки ведущих полуосей, а также сателлиты. Для каждой полуоси имеются свои сателлиты, соединенные попарно с теми, что на противоположной оси. Соединение это осуществляется при помощи прямозубого зацепления. Оси сателлитов перпендикулярны полуосям. Данный вариант дифференциала “Торсен” признан самым мощным среди всех аналогичных конструкций. Он способен работать в очень широком диапазоне крутящего момента.
Второй вариант отличается тем, что оси сателлитов находятся параллельно к полуосям. Сателлиты в данном случае установлены иначе. Они находятся в специальных посадочных местах чашки. Парные сателлиты соединяются косозубым зацеплением, которое при расклинивании участвует в блокировке.
Третий вариант является единственным среди всей серии, где конструкция планетарная.
Он применяется в качестве межосевого дифференциала в полноприводных машинах. Оси сателлитов и ведущие шестеренки здесь тоже параллельны друг другу. За счет этого узел очень компактный. Благодаря конструкции изначально можно распределять нагрузку между двух мостов в соотношении 40:60. Если срабатывает частичная блокировка, то пропорция может отклонятся на 20 %.
Преимущества дифференциалов этой конструкции
Преимуществ у данной конструкции достаточно много. Данный механизм устанавливают за то, что точность его работы чрезвычайно высокая, при этом работает устройство очень плавно и тихо. Мощность распределяется между колесами и мостами автоматически – какое-либо вмешательство водителя не нужно. Перераспределение момента никак не влияет на торможение. Если дифференциал эксплуатируется корректно, то обслуживать его не нужно – от водителя требуется только проверять и периодически менять масло.
Именно поэтому многие водители ставят дифференциал “Торсен” на “Ниву”. Там также применена система постоянного полного привода и никакой электроники, поэтому нередко любители экстрима меняют штатный дифференциал на данный узел.
Недостатки
Есть и минусы. Это высокая цена, ведь внутри конструкция устроена достаточно сложно. Так как дифференциал работает на принципе терния, из-за этого повышается расход топлива. При всех преимуществах КПД довольно низкий, если сравнивать с похожими системами другого типа. Механизм имеет высокую предрасположенность к заклиниванию, а износ внутренних элементов довольно интенсивный. Для смазки нужны специальные продукты, так как при работе узла выделяется много тепла. Если на одной оси установлены разные колеса, то детали изнашиваются еще более интенсивно.
Применение
Применяют узел в качестве межколесного и межосевого механизма для перераспределения крутящего момента. Агрегат такого плана устанавливается на многие иномарки, но самую широкую известность он получил на Audi Quatro. Производители полноприводных авто очень часто отдают предпочтение именно данной конструкции. Дифференциал “Торсен” на ВАЗ устанавливают за сравнительную простоту и мгновенную работу.
принцип работы, на каких машинах стоит, видео
Содержание
- 1 Устройство дифференциала Торсен
- 2 Как работает дифференциал Торсен
- 3 Виды самоблокирующегося дифференциала Торсен
- 4 Достоинства и недостатки
- 5 Блокировка дифференциала Торсен
- 6 На каких машинах стоит дифференциал Торсен
- 7 Заключение
С ростом популярности кроссоверов с полным приводом, а также автомобилей с высокой проходимостью, большое распространение получили различные системы блокировки дифференциала. К таким относится система Торсен. Знать принцип работы дифференциала Торсен для автовладельца также необходимо, как и общее устройство своего авто.
Устройство дифференциала Торсен
Данный механизм был запатентован в конце 1950-х годов в США и дал название одноименной компании. Самоблокирующийся дифференциал представляет собой устройство, внедренное в систему автомобиля, которое предает крутящий момент на приводы машины. Это необходимо для перераспределения мощности с трансмиссии и с двигателя на колеса для улучшения проходимости.
Также его называют дифференциал повышенного трения torsen. Оно получило широкое применение на автомобилях с полным приводом и служит для блокировки мощности колеса при его проскальзывании и передаче его на рабочий привод. Такой эффект позволяет авто без усилий преодолеть дорожные препятствия в условиях непогоды или при экстремальных дорожных условиях в сравнении с обычными транспортными средствами. Типовые ситуации, в которых происходит применение данной системы следующие:
- Зимние погодные условия, когда колеса могут потерять сцепление с дорогой. Эта ситуация грозит ДТП, заносом и потерей общего управления. В таком случае крутящий момент от потерявшего сцепления агрегата перераспределяется на действующие оси – авто не теряет управляемость, что, соответственно, не приводит к потере контроля над машиной.
- Экстремальные природные условия – грязь, топи и иные типы покрытия, в которых может происходить пробуксовка. В такой ситуации блокиратор позволяет хоть и с трудом, но выбраться машине, также перераспределяя момент на колесах в различных пропорциях.
Часто дифференциал торсен для УАЗ служит именно таким задачам.
К конструктивным особенностям межосевого дифференциала Торсен относятся:
- В сравнении с конкурентами, которые в большинстве своем имеют в своей основе конические шестерни, в данной схеме присутствуют червячные. Наличие шестерен данной формы позволяет повысить КПД изделия в сравнении с конкурентами, а также перераспределять крутящий момент между колесами и осями в более широком диапазоне.
- Наличие полуосевых шестерен также способствует увеличению эффективности на трении, что позволяет практически моментально при потере крутящего момента на колесе (потеря связи с покрытием – проскальзывание) передать его на рабочую деталь, тем самым повысив тягу на отдельном участке машины.
- Корпус устройства служит не только для защиты от механического воздействия (так как данная деталь крепится на днище автомобиля), но и содержит все составные части.
- Сателлиты – ведущие червячные шестерни в процессе работы выполняют функцию расклинивания, так как в силу особенностей конструкции червячная шестерня может приводить в действие иные элементы, но в момент блокировки находится в неподвижном состоянии.
Также за время своего существования данное изделие пережило выпуск 3 поколений. Текущее семейство устанавливают на многие современные модели.
Важно! Также на рынке большое распространение получают электронные устройства принудительной блокировки, которые приводятся в действие автоматически. Это продукция последних поколений, которая не требует вмешательства водителя, а посредством электронного блока управления самостоятельно перераспределяет крутящий момент в определенном соотношении.
Как работает дифференциал Торсен
Чаще всего такая система выпускается на полноприводных автомобилях, где распределение может осуществляться непосредственно на каждое колесо или ось. Однако не редкостью является и наличие самоблокирующегося дифференциала на передний привод Торсен или даже на переднеприводные автомобили отечественного производства.
Принцип работы устройства заключается в передаче от трансмиссии высвободившегося крутящего момента на определенную ось или колесо в различных пропорциях.
Такое отношение на первых сериях составляло 50 на 50, то есть 1 к 1. В современных устройствах такое отношение может составлять 7 к 1, что позволяет передавать практически весь момент на единственное колесо со сцеплением с дорогой.
Во время проскальзывания колеса червячная шестерня блокируется, тем самым останавливая свое движение – дифференциал включается в работу. Затем в результате расклинивания передается на ось, которая задействована в работе.
Посредством передачи момента, мощность «перебрасывается» на отдельный участок, что позволяет эффективно справиться с управлением и преодолеть затрудненный участок пути или же выйти из сложного ледяного или снежного заноса.
Дифференциал Торсен на ВАЗ также имеет место на отечественном рынке. Он устанавливается как на заднеприводные модели, так и на переднеприводные лады для улучшения характеристик проходимости. Сделать из легковушки внедорожник он не сможет, однако в сочетании с неплохим дорожным просветом и приемлемой геометрической проходимостью делает данные модели гораздо более приспособленными к ухудшенным дорожным условиям.
Виды самоблокирующегося дифференциала Торсен
Существует единственная классификация данных изделий в зависимости от поколения и времени выпуска:
- Первое поколение, именуемое Т1, в своей конструкции имеет косозубое крепление полуосей к осям. Эта особенность позволяет при помощи распределения момента вращать колеса с различной скоростью, повышая эффективность движения. Также в данном устройстве оси сателлитов (ведущих шестерен) будут расположены перпендикулярно полуосям. Такая конструкция довольно эффективна, а при этом такая схема отличается большой выносливостью, так как имеет простую конструкцию.
- Второе поколение с индексом Т2 отличается продольным расположением осей, а также расположение ведущих шестерен – они находятся в специальных карманах корпуса, что по заявлениям производителей уменьшает общее трение и износ данных деталей на автомобилях с дифференциалом torsen.
- Третье самое современное поколение устройства с индексом Т3 отличается наличием принципиально новой компоновки для данных устройств – планетарного типа.
Ввиду наличия такой системы удалось уменьшить общие габаритные показатели агрегата, стало возможным устанавливать на небольшие автомобили. Расположение оси и сателлитов здесь параллельное. В целом такое расположение не отразилось на общей надежности системы при правильной ее эксплуатации.
Важно! Различные автопроизводители используют разные поколения системы в зависимости от целей и задач, которые ставят перед машиной. Поэтому перед приобретением необходимо узнать, какая именно система стоит на конкретной модели, а также каковы правила ее эксплуатации.
Достоинства и недостатки
Как и любое сложное устройство, такие системы имеют как свои достоинства, так и недостатки. К явным плюсам относятся:
- низкая вибронагруженность и отсутствие сильного шума в работе, благодаря наличию червячных шестерен наличие паразитных шумов сведено к минимуму;
- отсутствие постоянной профилактики и устранения недостатков при адекватном использовании;
- быстрый процесс распределения момента, который занимает не более десятых долей секунды, что позволяет эффективно и быстро избежать опасной ситуации;
- при наличии электронного блока управления в современных моделях работа системы не требует вмешательства и участия водителя.
К некоторым недостаткам агрегата можно отнести:
- возможность заклинивания при неправильной эксплуатации или перегреве;
- потеря эффективности на трении в процессе работы, а также при использовании разноразмерных колес;
- при профилактике система требовательна к качеству смазочных материалов;
- общее увеличение расхода автомобиля из-за применения такой системы составляет порядка 10-13%, при этом этот эффект является лишь ее особенностью и устранить его не представляется возможным.
Блокировка дифференциала Торсен
Блокирование дифференциала происходит при возникновении нештатной ситуации, например, проскальзывание колес или оси, потеря сцепления. В данном процессе происходит передача избыточного неиспользованного крутящего момента с оси, потерявшей связь с дорожным покрытием, на рабочую ось, тем самым повышается сцепление с отдельным участком дороги, что позволяет эффективно выйти из трудной дорожной ситуации.
На каких машинах стоит дифференциал Торсен
Благодаря наличию неоспоримых преимуществ, такая система получила большое распространение среди ведущих автомобильных производителей, к которым относятся – Хонда, Тойота, Субару, Ауди, Альфа Ромео.
Чаще всего такая конструкция ставится на полноприводные экземпляры, а также на спортивные версии легковых машин. Знаменитая система Quattro основана на использовании именно дифференциала Торсен Ауди.
Заключение
В итоге принцип работы дифференциала Торсен позволяет данной системе оставаться эффективным помощником любого водителя, вне зависимости от его стажа, навыков и умений при возникновении затруднительной или опасной ситуации на дороге. Наличие электронного блока управления позволяет повысить общий КПД изделия и не вовлекать в работу самого владельца.
Torsen® Traction
Как установить звездочку и ротор на дифференциал?
Для блока 012000 есть несколько вариантов. Если вы делаете свой собственный корпус, вы можете имитировать конструкцию из двух частей, используя внутренние размеры нового устройства.
Если вы используете новый корпус, вы можете добавить резьбовые отверстия на любом конце, чтобы установить звездочку и ротор. Другой вариант — просверлить отверстия в корпусе в тех же местах, что и «старый» университетский выпуск. Помните, что корпус изготовлен из закаленного чугуна! Если вы все еще используете блок M021-DHU, то есть несколько подходов к этому; самый популярный использует 3 болта с головкой дифференциала для установки звездочки. Для этого нужны более длинные болты. Также многие команды добавляют к дифференциалу тормозной диск, расположенный напротив звездочки. Оба могут быть прикреплены сквозным болтовым соединением всей сборки. Другие методы включают изготовление короткого вала со шлицами, чтобы соответствовать ведущему шлицу на конце дифференциала. Этот вал может иметь фланец для установки звездочки. Другой вариант — изготовить корпус самостоятельно, добавив монтажный фланец для звездочки.
Как разобрать 012000?
Новый блок имеет штифты Spiroll вместо «старых» штифтов.
Лучший способ извлечь штифт — сделать надрез на штифте Spirol с помощью вращающегося инструмента, а затем с помощью небольшого долота выбить штифт из фиксирующей секции. Вы можете вытащить штифт, поместив долото в паз и удерживая долото под углом, несколько раз ударяя по нему, пока штифт не освободится. Эта задача может быть сложной, и вам потребуется некоторое время и терпение.
Можно ли модифицировать университетское специальное предложение для повышения производительности?
Да, в какой-то степени. Поскольку производительность (коэффициент смещения крутящего момента или TBR) является прямой функцией дифференциального внутреннего сопротивления устройства, изменение сопротивления изменит TBR. Большая часть этого сопротивления обусловлена самой конструкцией редуктора и не может быть изменена. Однако есть и другие фрикционные факторы, которые могут. Одним из таких факторов является коэффициент трения шайб, на которые упираются боковые шестерни при приложении крутящего момента.
Мы используем различные типы шайб для регулировки TBR. Шайбы с более высоким коэффициентом трения включают в себя обычную сталь, сталь с никелированием или термообработкой FNC и закаленную бронзу. Для уменьшения трения мы также используем игольчатые подшипники, а также шайбы с тефлоновым покрытием. Для 012000 коэффициент смещения крутящего момента составляет около 2,6: 1 в движении (дроссель включен) и 4: 1 в режиме движения накатом (дроссель дроссельной заслонки / задний ход), если дифференциал установлен в автомобиле с большим входным шлицем влево. (обычно считается со стороны водителя). Перестановка упорных шайб, расположенных между боковыми шестернями и корпусом дифференциала, из конца в конец изменяет отношение смещения крутящего момента для режимов движения и движения накатом. Это приводит к увеличению TBR в режиме движения, что обычно является благоприятным для этого типа автомобиля. Если при установке в автомобиль большой шлиц находится справа, то шайбы уже находятся в правильном месте для этого.
Для M021-DHU игольчатые подшипники между боковыми шестернями и корпусом/крышкой можно заменить стальными шайбами тех же размеров. Другим вариантом может быть замена только подшипника с левой стороны дифференциала (установленного в автомобиле) на стальную шайбу. Это может предложить лучший баланс производительности между включенным и выключенным дросселем. Использование менее вязкой нефти также повысит TBR. Более вязкая жидкость понизит его. Если вы меняете масло, убедитесь, что вы все еще используете смазку спецификации GL-5.
Существуют ли какие-либо особые конструктивные особенности для установки университетского спецвыпуска в нашу машину?
Нужно уметь управлять дифференциалом, и в нем нужно держать масло. Убедитесь, что блок хорошо герметизирован, чтобы масло не вытекало. Вам понадобится способ наполнения и слива устройства. Кроме того, при присоединении тормозного диска к дифференциалу убедитесь, что блок не охлаждается. Тормозные роторы могут генерировать высокие температуры, и дифференциал становится радиатором.
Обычно трансмиссионные масла не должны нагреваться до температуры 250 градусов по Фаренгейту в течение длительных периодов времени, иначе существует риск нарушения термической вязкости.
Можно ли убрать вес из университетского спецвыпуска?
Да. Мы видели устройства весом около 6 фунтов. Этого можно добиться, изготовив уникальный корпус из алюминия. Хотя это обычно не рекомендуется, несколько команд показали, что это может работать довольно успешно. Кроме того, другие команды значительно уменьшили вес стандартного корпуса. Обязательно выполняйте подробный анализ методом конечных элементов при внесении любых изменений в корпус и крышку.
Как сохранить масло в университетском выпуске?
Популярным методом является изготовление втулки, закрывающей корпус, и размещение ее между звездочкой и ротором. Некоторые команды строят уникальный корпус, закрывающий устройство.
Предоставляет ли Torsen втулку или кожух для герметизации университетского выпуска?
Нет.
Мы предоставляем только сам дифференциал, то, как он будет интегрирован в автомобили отдельных команд, зависит только от команды. Из этого следует, что определение наилучшего метода запечатывания университетского спецвыпуска является обязанностью команды.
Могу ли я построить дифференциал только с двумя парами зубчатых колес?
Не рекомендуется. Попытка построить дифференциал только с двумя парами зубчатых колес, расположенных на 180 градусов друг от друга, приведет к ошибкам синхронизации в зацеплении. В таком транспортном средстве, как автомобиль Formula SAE, дифференциал может некоторое время существовать как таковой, поскольку автомобили легкие и имеют небольшой выходной крутящий момент. Сборку с зубчатым зацеплением, раздвинутым на 180 градусов, очень сложно «успеть», и без правильной синхронизации устройство в конечном итоге выйдет из строя (см. вопрос 14).
Где взять шлицевые валы?
Есть три варианта:
1. Используйте выходные валы OEM Audi, приобретенные у Audi или на свалке.
2. Изготовьте собственное изделие в соответствии со спецификацией сплайна, приведенной в PDF-файле M021DHU General Fact (старый дифференциал) или PDF-файле 012000 General Fact. При использовании штатных валов рекомендуется использовать задний выходной вал из-за его меньшей длины.
3. Свяжитесь с Paradigm Motorsports, чтобы получить уже изготовленные валы для университетского специального выпуска. Нажмите кнопку Torsen Splines или гиперссылку Torsen Splined Bars для получения дополнительной информации. (Paradigm Motorsports не связана с JTEKT Torsen North America, Inc. или названием TORSEN)
Какие детали можно вытащить из свалки?
Дифференциал Torsen в Audi quattro расположен в трансмиссии автомобиля. Валы также являются частью узла трансмиссии. Есть два вала, передний выход и задний выход от дифференциала. Задний выходной вал выходит из хвостового вала трансмиссии и крепится болтами к фланцу. Передний выходной вал находится внутри трансмиссии и намного длиннее заднего выходного вала.
Передний вторичный вал имеет кованую шестерню оси на переднем конце. Любой вал имеет правильные шлицы, однако задний выходной вал используется более широко.
Можно ли прикрепить тормозной диск к университетскому спецвыпуску?
Тормозной диск довольно часто крепится к дифференциалу. На коэффициент смещения это не повлияет напрямую. Зубчатая передача будет смещать любой крутящий момент, приложенный к ним, и коэффициент смещения не зависит от того, как этот крутящий момент применяется. Если тормоз используется, когда крутящий момент все еще действует, то (в зависимости от фактических величин) они нейтрализуют друг друга до того, как крутящий момент достигнет дифференциальной передачи. Если используется звездочка/ротор, то тормоз просто отменяет входной крутящий момент привода. Однако, если ротор расположен на противоположном конце корпуса дифференциала, то одновременное применение тормоза и газа создаст скручивающую нагрузку на корпус. В зависимости от того, насколько корпус дифференциала был модифицирован для применения, это потенциально может привести к достаточному отклонению корпуса, что приведет к заклиниванию зубчатого зацепления.
Это, в свою очередь, повлияет на коэффициент смещения крутящего момента. Следовательно, любое моделирование или анализ изгиба корпуса при кручении, которые могут быть проведены, должны быть выполнены для обеспечения надлежащего неподвижного состояния корпуса. Что касается накопления тепла, ну, тормозные диски являются теплоотводами. Если он прикреплен к дифференциалу напрямую, он будет передавать тепло дифференциалу. Это не повредит самой передаче, но потенциально может вызвать проблемы со смазкой в дифференциале. Поскольку объем масла в дифференциале небольшой, это масло быстро нагревается. Многие масляные добавки готовятся из масла при температуре около 325-350 градусов по Фаренгейту. Если температура масла поддерживается выше этого значения, масло может разлагаться. Что, естественно, приведет к повреждению шестерни дифференциала. Если возможно теплоизолировать ротор от дифференциала, это стоит рассмотреть. Кроме того, возможно, хотя и маловероятно, что задний тормоз, установленный на дифференциале, может не способствовать остановке автомобиля.
Если водителю пришлось сильно затормозить, когда заднее колесо отрывается/отскакивает от земли (либо из-за удара, либо из-за динамического переноса веса), то дифференциальная передача позволит находящемуся на земле колесу все еще катиться вперед, даже если задний тормоз заблокирован, и корпус дифференциала остановился. Однако для того, чтобы это произошло, поднятое колесо должно изменить направление и катиться в противоположном направлении в соотношении 1: 1 с заземленным колесом. Если бы подъем был кратковременным, инерция поднятого колеса вперед затруднила бы блокировку заднего тормоза. Пока все четыре колеса находятся на земле во время резкого торможения, задний тормоз должен работать нормально.
Дифференциал Torsen Объяснение и если это лучше
Дифференциал Torsen является одним из многих возможных дифференциалов, которые используются в автомобилях. Этот известен тем, что измеряет крутящий момент и распределяет его пропорционально шинам с лучшим сцеплением. Этот дифференциал объединяет другие типы дифференциалов и улучшает их для достижения определенных результатов.
Он имеет много практических применений в автомобильных гонках, но не в дрэг-рейсинге, и с момента разработки этого дифференциала существовало три основных версии. Он может быть лучше или хуже других дифференциалов, в зависимости от того, что ищет водитель, но он имеет больше применений и универсальность благодаря своей сложной природе.
Читайте дальше, чтобы узнать больше об особенностях, аспектах, преимуществах и недостатках дифференциала Torsen.
Связанный: Вариант Ford F-150 2021 года предлагает самый большой крутящий момент в истории модельного ряда
Что это?
через RedditНазвание «дифференциал Torsen» происходит от термина «датчик крутящего момента». Этот дифференциал имеет способность смещать крутящий момент, что означает, что крутящий момент распределяется между всеми четырьмя шинами в соответствии с тем, где он больше всего требуется в данный момент.
Трение контролируется должным образом, поскольку оно возникает в результате надлежащего приложения крутящего момента к косозубому зацеплению.
Затем крутящий момент подается на корпус дифференциала, как только он правильно подается на зубчатую передачу, что позволяет дифференциалам Torsen предотвращать пробуксовку колес и смещение крутящего момента.
Кроме того, дифференциалы Torsen, смещающие крутящий момент, имеют то преимущество, что работают без потери тяги в процессе. Дифференциал Torsen поддерживает дисбаланс тяги, потому что трение, которым он управляет благодаря косозубому зацеплению, настраивается и регулируется в диапазоне рабочих характеристик. Результат? Шины с лучшим сцеплением получают больший крутящий момент, а шины с худшим сцеплением получают меньший крутящий момент.
Трение пропорционально нагрузке, которую несет транспортное средство, и эта способность известна как коэффициент смещения крутящего момента (TBR), соотношение высокого и низкого тягового усилия при заблокированном дифференциале, когда дисбаланс трения получает необходимую им поддержку. Более высокие значения TBR соответствуют более агрессивным тяговым характеристикам.
Torsen также могут компенсировать дисбаланс тяги при сильном дросселе благодаря входному крутящему моменту, приложенному к косозубому зубчатому колесу. В результате силы тяги затем вдавливают шестерню в корпус дифференциала, и этот контакт создает трение, в то же время свободно и плавно дифференцируя, когда уровни крутящего момента ниже.
Различные виды дифференциалов
через автозапчасти Red LineДифференциал Торсена — один из многих различных дифференциалов, существующих в качестве альтернативы.
Самым простым является открытый дифференциал, который состоит из двух половин оси с шестерней на каждом конце, а третья шестерня соединяет вышеупомянутые две. В результате получаются три стороны квадрата, известного как основной механизм, требующий четвертой передачи для завершения квадрата и придания дополнительной прочности дифференциалу в целом. Затем к корпусу дифференциала, в котором размещены эти шестерни, добавляются зубчатые венцы, передающие мощность на колеса после использования шестерни для соединения с приводным валом.
Его преимущества проистекают из его простоты, так как меньше переменных, на которых можно сосредоточиться. Обычно основное внимание уделяется тому, чтобы сделать ось более эффективной при прохождении поворотов внешним колесом поворота, чтобы оно двигалось быстрее, чем внутреннее колесо. Однако, хотя открытый дифференциал дешевле в производстве, он имеет недостатки из-за равномерного распределения крутящего момента между обоими колесами. Мощность ограничена в его передаче.
Другой тип — блокируемый дифференциал, в основном для внедорожников. Это вариант открытого дифференциала в том смысле, что его можно заблокировать на месте, чтобы создать фиксированную ось вместо независимой с помощью ручной или электронной настройки. В этом варианте крутящий момент распределяется неравномерно, поэтому больший крутящий момент может быть направлен на колесо с лучшим сцеплением, как это делает дифференциал Torsen. Крутящий момент не страдает из-за колеса с меньшим сцеплением, что полезно при движении по пересеченной местности на высоких скоростях.
К сожалению, заблокированные дифференциалы имеют свои недостатки, особенно с заеданием, сценарием, когда избыточный (крутящий момент) накапливается в трансмиссии, стремящейся к освобождению, и колеса должны оторваться от земли, чтобы сбросить положение, или блокировки должны быть освобождены. Последнее проще.
Сварной/золотниковый дифференциал представляет собой вариант заблокированного (и подвариант открытого) в том смысле, что он был постоянно приварен из открытого дифференциала к фиксированной оси. Из-за фактора постоянства это происходит редко. В основном это касается одновременного вращения обоих колес, как в дрифт-карах. Не рекомендуется для обычных автомобилей.
Дифференциалы повышенного трения объединяют открытые и заблокированные дифференциалы через сложную систему, включающую механическую муфту, которая окружает основную шестерню открытого дифференциала с двумя прижимными кольцами, дающими усилие, нажимающими на два набора дисков сцепления рядом с шестернями.
Это также может быть односторонняя система, в которой давление оказывается только при ускорении, или двусторонняя система, в которой давление также оказывается при замедлении.
Другой тип дифференциала повышенного трения — вязкий, то есть в нем вместо фрикционов используется густая жидкость для создания сопротивления изменению дифференциала. У них меньше движущихся частей, чем у механической версии, но они имеют свой собственный набор осложнений.
Связанный: ICE против EV Монстры крутящего момента: Audi RS6 Avant против Tesla Model 3 Performance
хорош для шоссейных гонок, но не для дрэг-рейсинга
через Сделал сам Дифференциалы Torsen хоть и не идеальны для дрэг-рейсинга, но практичны в шоссейных гонках. Эти дифференциалы дополняют хорошо сбалансированную подвеску, что обеспечивает идеальную тягу автомобиля. Следует отметить, что дифференциал Torsen может определять крутящий момент, что позволяет мощности двигателя оставаться на одном уровне.
Как упоминалось ранее, способность этого дифференциала распределять крутящий момент на шины с превосходным сцеплением с дорогой является важным фактором в гонках. Дифференциал Torsen часто работает как вышеупомянутый открытый дифференциал, в то время как на каждое заднее колесо передается одинаковый крутящий момент.
Однако диски сцепления со временем изнашиваются и требуют замены, хотя последующий осевой люфт не возникает с дифференциалами Torsen, как это было бы с другими дифференциалами. Таким образом, тормозные суппорты с фиксированным креплением хорошо работают с дифференциалами Torsen. Все это говорит о том, что дрэг-рейсинг плохо сочетается с особенностями и функциями дифференциала Torsen.
Варианты Torsen
через Miata Turbo Forum Существует три различных варианта Torsen, взятых из разных этапов его эволюции. Есть Т-1, Т-2 и Т-3. T-1 увеличивает внутреннее трение за счет косозубых шестерен со скрещенными осями, что приводит к более высокому коэффициенту смещения крутящего момента, хотя и не без более высокого люфта, а также к большему количеству возможных проблем с шумом, вибрацией и резкостью.
Ключевым моментом для Т-1 является точная установка. Более поздний Т-2 достигает того же эффекта за счет параллельного расположения передач. Т-3 самая современная версия. Крутящий момент распределяется неравномерно, потому что передний и межосевой дифференциалы планетарного типа расположены в одном блоке.
Источники: torsen.com, matfoundrygroup.com, maximummotorsports.com, awdwiki.com,
Далее: Subaru исправила проблемы с крутящим моментом BRZ на 2022 год?
Как работают дифференциалы: конусная трещотка и торсен | Артикул
Как работает конусный дифференциал?
Конусный дифференциал работает почти так же, как дифференциал диска сцепления. Однако вместо дисков сцепления используются конусы с фрикционными накладками. Давление пружины предварительного натяжения и боковых шестерен вдавливает конус в выпуклое углубление в картере дифференциала. Это блокирует конус и боковую шестерню в корпусе из-за трения.
Блокировка корпуса приводит к тому, что мощность передается на колесо с наибольшим сцеплением.
Как работает блокировка Detroit (дифференциал с храповым механизмом)?
Храповой дифференциал работает совершенно иначе, чем описанные выше типы. Мощность передается на колеса за счет включения или выключения наборов зацепляющихся зубьев. Это иногда называют собачьей муфтой. Кроме того, мощность привода на колеса не связана с сопротивлением тяге/вращению. Вместо этого это связано с относительной скоростью вращения колес. При прямолинейном движении зубья с обеих сторон дифференциала входят в зацепление, обеспечивая привод на оба колеса с той же скоростью, что и корпус дифференциала.
При повороте внешнее колесо вращается с большей скоростью. Это имитирует ситуацию, когда внешнее колесо теряет сцепление с дорогой. Разница скоростей заставляет внутренний кулачок и рампу расцеплять зубья на внешнем колесе, так что вся мощность передается на внутреннее колесо.
Таким образом, мощность привода передается на колесо с наибольшим сцеплением.
Эти типы дифференциалов, как правило, долговечны, но могут быть шумными и, следовательно, чаще используются в гоночных автомобилях и внедорожниках. Свяжитесь с нами в Houston Rebuilt Axles, чтобы узнать, какой дифференциал лучше всего подходит для ваших целей. Мы можем предложить вам самые выгодные варианты.
Дифференциал Torsen
Тяговый дифференциал Torsen® (Torque-Sensing) представляет собой самоблокирующийся дифференциал производства Gleason Corporation. Они были применены к большому количеству производителей автомобилей, охватывающих Францию, Германию, Италию, Японию и Северную Америку, в дополнение к послепродажному обслуживанию. Такое широкое использование может быть связано с тем, что дифференциалы Torsen бывают нескольких типов и могут применяться к переднему, центральному или заднему дифференциалам. Трудно объяснить их работу даже с помощью наглядных пособий, а понимание множества типов выходит за рамки этой статьи.
Поскольку мы говорили только о задних дифференциалах, мы будем придерживаться оригинальной конструкции Torsen, обозначенной как «Type-A».
Компоненты дифференциала Torsen состоят из винтовых зубчатых передач, известных как червяки и червячные колеса. Червяки являются ведущими шестернями, и они прикреплены к каждой полуоси аналогично боковым шестерням в предыдущих описанных дифференциалах. Червячные колеса представляют собой ведомые шестерни, которые вращаются на червяках. Они удерживаются на месте картером дифференциала примерно так же, как крестовина удерживается картером дифференциала. Там, где червяк может приводить в движение червячное колесо, червячное колесо не может приводить в движение червяк.
На каждой червячной передаче на каждой полуоси будет установлен набор червячных колес. Каждое из этих червячных колес будет иметь партнерское червячное колесо на червяке, связанном с другой осью в дифференциале. Парные червяки для каждой полуоси соединены зацепляющими шестернями на концах червячных колес, известных как прямозубые шестерни.
Они гарантируют, что червячные колеса вращаются вместе.
Изображение воспроизведено из Torsen ® (https://torsen.com/how-it-works/)
Как работает дифференциал Torsen?
В нормальных условиях движения по прямой с симметричной тягой мощность двигателя приводит в действие картер дифференциала. Это вращает все внутренние компоненты как единое целое так же, как и все предыдущие описанные дифференциалы. Поскольку червячные колеса удерживаются на месте картером дифференциала, они блокируются червячной передачей оси, и полуось вращается вместе с картером дифференциала.
При повороте или пробуксовке одиночного колеса изменяется относительный привод на обе полуоси. Изменение скорости передается на более медленную ось через зацепление цилиндрических шестерен червячных колес. Это взаимодействие шестерен приводит к тому, что привод передается на более медленное/более высокое ведущее колесо.