jak nie klasyczny dyfer to co?
no i tu się zaczyna jazda. oraz problem z ilością tych wszystkich patentów i z nomenklaturą. w każdym razie o różnych nazwach i różnych mechanizmach będzie.
przekładnia planetarna
przekładnia planetarna, to przekładnia zębata, w której jedno, lub więcej kół nie ma stałej osi obrotu. wygląda, na przykład, tak:
- dyf8.jpg (20.15 KiB) Przejrzano 6096 razy
no i świetnie. tylko co ona tu robi (znaczy: w tym temacie)? otóż przekładnia planetarna może z powodzeniem "robić za" dyferencjał. dokładniej: na bazie przekładni planetarnych można zbudować mechanizm, który - z racji swojej budowy - może robić dokładnie to, co robi klasyczny mechanizm różnicowy, czyli przekazywać moment z jednego źródełka na dwa (dwie osie) pozwalając jednocześnie aby dwie osie odbierające moment obracały się z różnymi prędkościami. przykład dyfra na bazie przekładni planetarnej:
bardzo istotna uwaga: WSZYSTKIE dywagacje dot. momentów w otwartym mechanizmie różnicowym mają tu zastosowanie, z jednym istotnym zastrzeżeniem, o którym za chwilę.
na razie pierwszy zonk: otóż w literaturze, również tej bardziej fachowej, "dyferencjał" oznacza coś co różnicuje ("makes difference") prędkości obrotowe osi podłączonych do tego czegoś. dlatego też samo słówko "dyferencjał", w skrócie dyfer, może oznaczać mechanizm różnicowy, lub… przekładnię planetarną, albo jeszcze inne konstrukcje.
dlatego puryści z uporem maniaka powtarzają, że otwarty mechanizm różnicowy, to mechanizm różnicowy, a nie dyfer. bo dyfer to nie tylko mechanizm różnicowy.
zastrzeżenie
przy klasycznym mechanizmie różnicowym bardzo mocno było podkreślane, że dzieli moment dostarczany na obudowę po równo na obie odbierające osie, co wynika z jego budowy (średnice kół, liczby zębów itp.). przekładnię planetarną można zbudować tak, żeby miała większość cudownych (lub mniej cudownych) własności klasycznego mechanizmu różnicowego z tym, że moment nie będzie przekazywany po równo na obie osie. znowu: żadnych cudów. cały czas chodzi o kółka zębate, przełożenia i takie tam. po prostu tak można dobrać te wszystkie kółka, żeby „wyróżnić” jedną z osi kosztem drugiej. oczywiście, jeśli tylko tego chcemy. a kiedy chcemy? a na przykład wtedy, kiedy taka przekładnia "robi za" dyferencjał między osiami (a nie między kołami). jeszcze raz: przekładnie planetarną można zaprojektować tak, że (na przykład) oś 1 dostaje 40% momentu przychodzącego na obudowę a oś 2 60% momentu przychodzącego na obudowę. ten podział wynikać będzie tylko (albo aż) z konstrukcji przekładni. oczywiście, ponieważ nie zmieniamy kół zębatych w czasie jazdy, podział momentu jest stały i niezmienny.
zastrzeżenie do zastrzeżenia
DCCD nie jest wyjątkiem. to jest połączenie przekładni planetarnej (gdzie nic się nie zmienia) i sprzęgła sterowanego elektromagnetycznie, którym steruje kierowca (więcej za chwilę).
haldex
haldex produkowany jest przez szwedzką firmę Haldex (zbieżność nazw nieprzypadkowa).
tak naprawdę jest to sprzęgło, które potrafi samo się włączyć (zablokować). dlatego też stosowane to coś może być tylko między osiami samochodu. budowa i nieco mniej lajkonikowy opis działania -
tutaj. a
tu opis może nie bardzo lajkonikowy, ale za to 200x lepszy niż oryginalny z haldexa. wszystko jest wyłożone jak na tacy.
opis lajkonikowy jest jak następuje:
w haldex jest sprzęgło. sprzęgło tzw. mokre, czyli częściowo zanurzone w oleju. sprzęgło sterowane jest tłokiem (nazwijmy go głównym). tłok główny sterowany jest ciśnieniowo. znaczy, są przewody z olejem i jak ciśnienie w przewodach rośnie, to tłok zaczyna dociskać sprzęgło. ciśnieniem w przewodach sterujących głównym tłokiem sterują z kolei tłoczki pomocnicze, przy których są rolki. rolki z kolei stykają się z okrągłą tarczą. grubość tej tarczy jest zmienna (raz jest grubsza, raz cieńsza). takie coś nazywamy krzywką. (to zielone na rysunku niżej) jak rolki zaczynają jechać po krzywce, zaczynają przesuwać się do przodu lub do tyłu wzdłuż osi wału (rolki to te żółte). a teraz ważne: krzywka przymocowana jest do wału (osi), która jest napędzana (tej drugiej, zazwyczaj tylnej). rolki zaś są przymocowane do obudowy (to niebieskie), połączonej z osią (zazwyczaj przednią), która napędza. jeśli obie osie podłączone do naszego sprzęgła mają taką samą prędkość obrotową, sprzęgło jest rozłączone. oznacza to, że jedna z osi nie jest napędzana. w ogóle. taka sytuacja ma miejsce w normalnych warunkach drogowych. wówczas napęd przekazywany jest tylko na oś przednią a oś tylna obraca się z taką samą prędkością jak przednia tylko i wyłącznie dzięki temu, że "jest podłączona" do tego samego samochodu, co oś napędzana. jeśli jednak wystąpi różnica prędkości między osią przednią a tylną, rolki zaczynają jechać po krzywce (której grubość się zmienia) i przesuwają się wzdłuż osi sprzęgła (do przodu i do tyłu), naciskając na tłoczki pomocnicze (pomarańczowe), które z kolei zwiększają ciśnienie w obwodzie (szarym), na końcu którego jest tłok główny (to pomarańczowe bardziej na zewnątrz). tłok ściska sprzęgło i obie osie zaczynają obracać się z taką samą prędkością, a moment obrotowy zaczyna "być doprowadzany" do osi tylnej.
tak działał pierwszy haldex. zwracam uwagę, że zanim sprzęgło "się uaktywniło", musiała najpierw wystąpić różnica między prędkościami obrotowymi (tejże osi i osi przedniej) a potem tłoczki musiały zwiększyć ciśnienie do wartości pozwalającej na zaciśnięcie sprzęgła. stąd słynny "kiepski refleks" pierwszych haldexów.
haldexy teraz (generacja IV) mają w układzie zawór, który steruje siłą nacisku tłoczków. ten zawór sterowany jest elektronicznie. na podstawie danych z …. skądkolwiek (e.g. tych samych, których używa ABS). zmienna siła nacisku tłoczków, to zmienna siła zacisku sprzęgła, a ta z kolei jest proporcjonalna do momentu przenoszonego przez sprzęgło.
najważniejsze:
- to jest sprzęgło a nie mechanizm różnicowy. różnica jest ogromna, gdyż mechanizm różnicowy (przekładnia zębata) przekazuje moment na obie osie przez cały czas. sprzęgło, jeśli jest rozłączone, momentu na "drugą" oś nie przekazuje w ogóle.
- siła zacisku tego sprzęgła (obecnie) sterowana jest elektronicznie.
- moment przenoszony przez to sprzęgło (co wynika z kreski powyżej) jest sterowany elektronicznie.
- haldex może przenieść bardzo duży moment
- haldex może „wkroczyć do akcji” bardzo szybko, jeśli jest odpowiednio sterowany
a teraz nareszcie o tych wszystkich innych cosiach realizujących ideę dużego momentu wewnętrznego (zob. poprzedni odcinek).
torsen
TORque SENsing differential. opatentowany w 1958, w USA.
jak to działa? nie. nie chcecie wiedzieć. naprawdę. klasyczny mechanizm różnicowy składał się z bodaj 6 elementów (zob. rysunek w "kinematyka"). TORSEN typ 1 (podobny do tego opatentowanego) składa się z 20 komponentów, tworzących przekładnię, której budowa nie jest (NIE JEST) prosta. dla dociekliwych
linka do dokumentu porządnie i na serio opisującego działanie tego cuda. tekst oficjalny, jak najbardziej techniczny, w języku konferencyjnym. dla lajkoników kilka stwierdzeń podstawowych:
- TORSEN zbudowany jest na bazie przekładni planetarnej (a nie klasycznego mechanizmu różnicowego)
- są (w tej chwili) trzy rodzaje mechanizmów TORSEN. Typ 1 i Typ 2 różnią się budową (rodzajem zastosowanych kół zębatych), ale jeden i drugi - w warunkach normalnej przyczepności i jazdy na wprost - rozdziela moment obrotowy po równo na obie napędzane osie. Typ 3 to modyfikacja dwójki, w której moment jest rozdzielany nierówno (zob. zastrzeżenie przy przekładni planetarnej). Typ 3 został zaprojektowany specjalnie do stosowania między osiami samochodów z napędem na wszystkie koła.
- zasada działania (cały czas dla lajkoników):
są różne rodzaje kół zębatych. o zębach prostych, o zębach śrubowych i mnóstwo innych. te koła, łączone w pary, trójki i jak tam jeszcze, tworzą przekładnie. zębate. od rodzaju zastosowanych kół zębatych zależą różne parametry pracy przekładni. w szczególności różne typy kół w czasie pracy mogą o siebie mniej lub bardziej trzeć. w TORSEN zastosowano taki rodzaj przekładni zębatych, które o siebie mocno trą (przekładnia o dużym tarciu wewnętrznym). to po pierwsze. po drugie, kółka zębate w przekładni poustawiane są tak, że to tarcie zależy od różnicy prędkości pomiędzy osiami napędzanymi. skoro jest tarcie, to są siły tarcia i momenty od tych sił. jednym słowem mamy do czynienia z mechanizmem, który - poprzez tarcie na kołach zębatych - przeciwdziała zwiększaniu się różnicy obrotów pomiędzy osiami. w dodatku w taki sposób, że na oś obracającą się wolniej przekazywany jest większy moment obrotowy.
ja bardzo przepraszam, ale prościej wytłumaczyć nie potrafię.
najważniejsze:
- rozwiązanie w 100% mechaniczne. żadnej elektroniki
- zwiększony przydział momentu dla koła (osi) o mniejszej prędkości obrotowej pojawia się od razu, przy b. małych różnicach prędkości obrotowych.
- różnica pomiędzy momentem dostarczanym na oś 1 i 2 jest proporcjonalna do różnicy prędkości obrotowych pomiędzy tymi osiami. jeśli obie osie (oba koła) obracają się z jednakową prędkością, moment rozdzielany jest po równo na obie osie (z zastrzeżeniem opisanym przy Typ 3). jeśli któraś oś zaczyna obracać się szybciej, to moment zaczyna być przekazywany nierówno. więcej na drugą (wolniejszą) oś. im większa różnica prędkości obrotowych tym większa nierówność w rozdziale momentu.
- z powyższego wynika, że zwiększanie momentu na osi o lepszej przyczepności odbywa się dość łagodnie, ale bez opóźnień (wykresik odpowiedni można znaleźć w lince powyżej).
- różnica pomiędzy momentem na osiach jest stała i wynika z budowy mechanizmu (znaczy: jest ustalana przy projektowaniu)
kolejne dwa cosie poniżej należą do grupy urządzeń nazywanych LSD (Limited Slip Differentia), po niemiecku Sperrdifferenzial, a po polsku (z niemieckiego) szpera.
różnych wariacji (w sensie budowy) LSD jest .. sporo. najbardziej zgrubnie można podzielić je na takie, które wykorzystują sprzęgła wiskotyczne i na całą mechaniczną resztę stosującą w różnych miejscach sprzęgła. wielopłytkowe (te zwykłe).
żeby było śmieszniej, niektórzy twierdzą, że torsen to też LSD. inni z kolei, że LSD to tylko wspomniana ciut niżej mechaniczna reszta.
wiskoza
w słowach najprostszych:
bierzemy otwarty mechanizm różnicowy, przedłużamy osie 1 i 2 poza koła koronowe, w stronę środka. jak już osie są dostatecznie długie (ich końce blisko siebie) wstawiamy pomiędzy oś 1 i 2 sprzęgło wiskotyczne… i już.
no doooobra, już piszę. o tym sprzęgle. tak jak w normalnym sprzęgle, tak i tu są dwa pakiety płytek połączonych odpowiednio z osią 1 i osią 2. płytki ułożone są na przemian (jak tasowane karty) płytka z osi 1, płytka z osi 2, płytka z osi 1 itd. płytki się nie dotykają, ale są zanurzone w cieczy. specjalnej. w oleju silikonowym. jeśli płytki z obu pakietów kręcą się z równą prędkością obrotową - całość zachowuje się jak zanurzona w wodzie. jeśli jednak wystąpi różnica prędkości obrotowych między płytkami z pakietu 1 i pakietu 2, to wówczas:
- rośnie ciśnienie oleju
- rośnie jego temperatura (dla wtajemniczonych: pV=mRT)
- rośnie gęstość (bo ten olej jest taki dziwny, że im cieplejszy tym bardziej gęsty)
efekt: dwa zestawy płytek, które do niedawna były zanurzone "prawie w wodzie" i mogły obracać się niezależnie, teraz zanurzone są "prawie w betonie" i muszą obracać się razem, czyli z taką samą prędkością obrotową. oczywiście, efekt "ubetonowienia" zależy od różnicy prędkości obrotowych między osią 1 a osią 2.
krótko: wiskoza w normalnych warunkach drogowych zachowuje się jak klasyczny mechanizm różnicowy. jeśli jednak wystąpi odpowiednia różnica prędkości między osiami (kołami) napędzanymi następuje sprzęgnięcie obu osi. siła sprzęgu jest proporcjonalna do różnicy prędkości obrotowych.
aha, historia zna przypadki stosowania między przodem a tyłem samego sprzęgła wiskotycznego. w VW takie coś nazywali Syncro. inny przykład to poprzednia generacja Justy. i jeszcze kilka innych.
LSD mechaniczne
ponieważ już mam dosyć serdecznie różnych dryfów, potraktuję sprawę po macoszemu i pokażę najbardziej podstawowy wariant.
bierzemy otwarty mechanizm różnicowy i pomiędzy obudowę a poszczególne osie wstawiamy sprzęgła. zwykłe, czyli wielopłytkowe. znaczy: mamy jedno sprzęgło pomiędzy obudową a osią 1 i drugie sprzęgło pomiędzy obudową a osią 2. pomiędzy kołami koronowymi wstawiamy napiętą sprężynę. dostajemy układ, w którym sprężyna cały czas zaciska sprzęgła obu osi. jeżeli nie ma różnicy prędkości pomiędzy osiami - nic się nie dzieje. jeżeli pojawia się różnica prędkości między osiami, płytki sprzęgła "niesfornej" (przyspieszającej) osi zaczynają trzeć o płytki z obudowy. efekt: zanim "niesforna" oś zacznie kręcić się szybciej musi pokonać moment wynikający z siły docisku sprężyny i wspł. tarcia sprzęgła. jest to chyba najbardziej bezpośrednia realizacja konkluzji o dodatkowym, wewnętrznym momencie (zob. poprzednia opowieść)
- dyf10.jpg (46.25 KiB) Przejrzano 6070 razy
nie, nie, to nie są wszyscy możliwi "zastępcy" dyfra otwartego. ale wymienieni są najistotniejsi lub najbardziej popularni, a o tych innych po prostu mi się nie chce.
zamiast podsumowania
wiadomo już dlaczego stosuje się te wszystkie "ulepszone" dyferencjały, wiadomo już - z grubsza - jaka działają, ale jeszcze nigdzie nie zostało napisane wprost, gdzie którego używać i kiedy używać. teoretyczna odpowiedź jest: wszędzie i zawsze. większość opisanych rozwiązań można stosować jako dyfry z przodu (między przednimi kołami), z tyłu (między tylnymi kołami) lub na środku (między osiami przednią a tylną). wyjątkiem są tylko urządzenia zaprojektowane specjalnie do stosowania na środku (haldex, torsen typ 3, przekładnie planetarne o nie równym rozkładzie momentu). są nawet seryjnie produkowane samochody, które mają wszystkie 3 szpery.
no… to dlaczego większość samochodów NIE JEST w nie wyposażona w? bo są drogie i wymagają dodatkowej obsługi (czyli są jeszcze bardziej drogie). a poza tym, konstruktorzy wiedzą, że 90% kierowców jeździ … mało ekstremalnie i tylko po gładkich, w miarę przyczepnych asfaltach. nie zauważyłaby nawet różnicy między samochodem z jakimś LSD i bez niego.
a czy można, w takim razie, (już nie teoretycznie) dołożyć sobie taki mechanizm samemu (zamienić otwarty mechanizm różnicowy na jedną z omawianych wyżej zabawek)? można. należy jednak bardzo uważać, dokładnie przemyśleć sprawę i skonsultować wszystko z naprawdę dobrym fachowcem. gdyż albowiem w praktyce szpery to gotowe urządzenia (podzespoły), z określoną charakterystyką (rozdzielania momentu, dopuszczalnego przenoszonego momentu, itp), gotowymi sposobami montażu, czasami zintegrowane z elektroniką samochodu itd. źle dobrana szpera może doprowadzić do sytuacji, w której wydaliśmy kilka tysięcy plnów po to, żeby odebrać samochód, którym boimy się skręcać. o innych niemiłych niespodziankach nie wspominając.
(za to dobrze dobrana szpera....
)
c.d.n.
. bo inni co poniektórzy by mnie znienawidzili. spróbuję jednak podsunąć jeden logiczny argument „za”. otóż dyfer otwarty to – w gruncie rzeczy – przekładnia zębata. planetarna. koła koronowe (odbierające napęd) po lewej i po prawej stronie są takie same. taka sama średnica/liczba zębów. wszystkie satelity są takie same. oprócz tych kilku kółek zębatych nie ma tam nic, co partycyp... bierze udział w przekazywaniu momentu. no to skąd niby miałaby się brać różnica momentów między lewą a prawą stroną? jeśli kogoś to nie przekonuje, musi przyjąć „na wiarę”, że:
. z lektury takiej książki można dowiedzieć się, że zależność między momentami w otwartym dyferencjale jest taka:
