Как работает межосевой дифференциал: что это такое, принцип работы

Содержание

что это такое, принцип работы

Внедорожные авто оснащены дифференциалом. Этот элемент нужен для обеспечения ведущим колесам разной угловой скорости. При повороте колеса расположены на внешнем и внутреннем радиусе. Межосевой дифференциал на внедорожнике имеет блокировку. Далеко не все знают, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Давайте разберемся, что это, для чего и как пользоваться.

Межосевой дифференциал

В любых автомобилях точно имеется один дифференциал. Данный механизм призван делить крутящий момент, который на него подается с входного вала между двумя полуосями. Полноприводные авто оснащены двумя дифференциалами – для каждой колесной пары. Также имеется еще и межосевой. Необходимость в нем вызвана тем, что внедорожники эксплуатируются в очень сложных условиях. Разные оси испытывают разное давление, и нужно распределять крутящий момент между ними.

включение блокировки дифференциала

Блокировка

Любой дифференциал имеет, кроме достоинств, и очень серьезный недостаток. Недостаток этот является следствием преимущества – если одно из колес начинает буксовать, то дифференциал отдает больший крутящий момент именно на это колесо. Это очень сильно снижает характеристики проходимости. Если для гражданских автомобилей это норма, то для внедорожников это совсем недопустимо. По данной причине практически все межосевые дифференциалы оснащаются системами блокировки. Но есть исключения. Например, блокировка межосевого дифференциала на «Ниве» отсутствует, зато можно купить и установить самостоятельно одно из предлагаемых рынком решений.

Когда включена блокировка, то на каждую ось отдается один и тот же крутящий момент. Поэтому колеса не будут буксовать. Это нужно, чтобы машина могла с легкостью пройти скользкие места.

Виды блокировок

Мы узнали, что это такое – блокировка межосевого дифференциала. Теперь стоит познакомиться с видами данных систем. Сейчас можно выделить ручную и автоматическую блокировку. В первом и во втором случае можно частично или полностью отключить дифференциал. На моделях авто с повышенной проходимостью имеются автоматические блокировки. Их три разновидности – это система с вискомуфтой, блокировка Trosen и с фрикционной муфтой. В чем особенности и отличия данных систем? Рассмотрим каждую более детально.

включение блокировки межосевого

Блокировки с вискомуфтой

Это наиболее распространенная блокировка. Она базируется на симметричной планетарной схеме. Работа основана на взаимодействующих между собой конических шестеренках. Важным элементом данной конструкции является специальная герметичная полость. В ней воздушно-силиконовая смесь. Механизм связан с полуосями за счет пакетов дисков.

Если авто с полным приводом двигается с какой-то постоянной скоростью по достаточно ровной поверхности, то дифференциал с такой блокировкой передает крутящий момент к передней и задней оси в пропорции 50:50. Если же один из пакетов будет вращаться быстрее, то за счет повышенного давления в герметичной емкости вискомуфта начнет тормозить пакет. За счет этого выровняются угловые скорости. Дифференциал заблокируется.

Среди главных достоинств этой системы можно выделить ее простоту и малую стоимость. Именно за счет этих факторов механизм получил такое широкое распространение в современных внедорожниках. Если говорить о недостатках, то автоматическое блокирование осуществляется не полностью и существует риск перегрева системы, если блокировка эксплуатируется достаточно долго.

Система Trosen

Вот еще одна блокировка межосевого дифференциала. Что это такое? Она представляет собой корпус, две полуосевые шестеренки с сателлитами и выходными валами. Считается, что блокировка такого типа наиболее эффективная и совершенная. Нередко данную систему можно увидеть на новых внедорожниках европейского и американского производства.

В основе лежат червячные колеса в количестве двух пар. В каждой паре имеется ведущее и ведомое колесо – полуосевое и сателлит. Принцип действия основан на особенностях червячных шестерен. Если каждое колесо имеет одинаковое сцепление с дорогой, тогда блокировка не будет задействована, а дифференциал будет работать в обыкновенном режиме.

включение блокировки

Включение блокировки межосевого дифференциала осуществляется, если одно колесо начнет вращаться быстрее, чем остальные. Сателлит, связанный с колесом, будет пытаться крутиться в обратную сторону. В результате червячная шестерная перегружается и тем самым блокируются выходные валы. Освободившийся крутящий момент передается на другую ось и значения крутящего момента таким образом выравниваются.

В чем плюсы данной системы? Главным преимуществом такой блокировки считается максимальная скорость срабатывания и очень широкий диапазон распределения крутящего момента с одной оси на другую. Среди прочих плюсов можно выделить, что данные блокировки не ведут к перегрузке тормозных систем. Минус один – это сложность данной конструкции. Кстати, схожую блокировку можно увидеть на ГАЗ-66.

Блокировки с фрикционными муфтами

Основная отличительная особенность в том, что предполагается возможность включения блокировки автоматически или вручную. Конструкция и работа блокировки межосевого дифференциала похожа на систему с вискомуфтой. Но здесь работают фрикционные диски.

Когда машина двигается плавно, угловые скорости на осях распределены равномерно. Если на одной из полуосей имеется ускорение, то диски начнут сближаться, между ними будет расти сила трения – полуось притормаживается.

включение межосевого дифференциала

Данные системы практически не используются на серийных моделях авто. Причина в сложности конструкции и невысоком ресурсе. Диски очень быстро изнашиваются, а сама конструкция требует особого ухода и тщательного обслуживания.

Электронные блокировки и имитации блокировок

В большинстве современных авто имеются так называемые электронные блокировки межосевого дифференциала. Что это такое, мы рассмотрим далее. Электронная блокировка в большинстве случаев представляет собой лишь имитацию.

ЭБУ получает информацию от датчиков колес, что одно из колес вращается быстрее и начинает прерывистыми командами притормаживать колесо. Тем самым момент перераспределяется на другую сторону. Обычно узнать о том, что включена данная система, можно узнать по приборной панели – мигает блокировка межосевого дифференциала.

межосевого дифференциала

Недостатки и особенности

При долгой работе в таком режиме существует риск перегрева и выхода из строя тормозных систем. Автомобиль имеет автоматическую защиту, если температура поднимается выше допустимой, но это не везде есть и не всегда работает.

Если нагрузка серьезная, то крутящего момента может быть мало, чтобы сдвинуть авто вперед. Вроде бы и моргает лампа, трещит тормозная система, но машина никуда не едет. Поднять обороты невозможно – электроника не дает.

включение блокировки межосевого дифференциала

Межосевая блокировка дифференциала “Паджеро”, а она там электронная, в воде теряет эффективность. Мокрые колодки не могут затормозить мокрый диск.

Но даже имитация – это не пустая забава. Естественно, она не подойдет для серьезного бездорожья, но ездят туда далеко не все владельцы. Электронной блокировки вполне хватит для самых обычных случаев. Например, они могут понадобиться зимой. Но сильно рассчитывать на систему нельзя – электроника может подвести в самый неподходящий момент. Поэтому в “Паджеро” дополнительно есть настоящая, железная блокировка.

Межосевой дифференциал

Что такое межосевой дифференциал?

Как правило, секрет выносливости внедорожников заключается в их особой конструкции, в основе которой задействована рама повышенной жесткости, мощном двигателе, а также присутствии системы полного привода и раздаточной коробки, осуществляющей распределение крутящего момента на автомобильные оси, и, в случае необходимости, увеличивающей его до нужного значения. В свою очередь, «раздатка» нового поколения состоит из таких элементов, как межосевой дифференциал, передача цепного типа, служащая для передачи крутящего момента двигателя на переднюю ось авто, и понижающая передача.

При этом именно присутствие межосевого дифференциала можно назвать главной отличительной особенностью строения раздаточной коробки, являющейся неотъемлемой частью полноприводной системы. Данный элемент необходим для обеспечения возможности вращения ведущих осей автомобиля с разными скоростями. А, для полной реализации возможностей системы, в ней существует такая функция, как блокировка межосевого дифференциала, представляющая собой самый эффективный способ улучшения проходимости автомобиля.

Реализация данной функции может осуществляться автоматически и вручную. Во втором случае блокировка производится самим водителем. Происходит это при помощи специального устройства – привода, который может быть механическим, гидравлическим, электрическим или пневматическим. Данный тип блокировки носит название принудительного.

Принудительная блокировка межосевого дифференциала подразумевает фактически полное прекращение выполнения своих функций и трансформирмацию в обычную муфту, осуществляющую жесткую сцепку полуосей или карданов авто и передающую им одинаковую величину крутящего момента с одинаковой угловой скоростью. Применяется для преодоления машиной труднопроходимых участков, а при их прохождении обязательно выключается.

Автоматическая блокировка, иначе именуемая блокировкой дифференциалов с частичным проскальзыванием, производится при помощи таких конструкций, как:

  • Вискомуфта,
  • Дифференциал Torsen,
  • Фрикционная муфта.

Вискомуфта, ее строение и механизм действия

Крепление вискомуфты производится одним приводом к чашке дифференциала, в то время как второй его конец прикрепляется к полуоси авто. Когда автомобиль находится в обычном режиме движения, чашка и полуось вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Данные показатели могут лишь незначительно отличаться между собой при прохождении поворотов. То есть и сами рабочие плоскости вискомуфты в это время имеют минимальный процент расхождения, и сама она находится в раскрытом виде. Если же на какую-либо из осей автомобиля передается большее значение крутящего момента, в результате чего скорость ее вращения значительно превышает аналогичный показатель других осей, в вискомуфте возникает трение, из-за чего происходит ее блокировка.

Получается, что, чем больше отличаются друг от друга угловые скорости вращения осей авто, тем больше трения возникает в вискомуфте и тем сильнее становится степень ее блокировки. В свою очередь, после их выравнивания, трение постепенно снижается, что приводит к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки.

Данный межосевой блокируемый дифференциал наиболее хорошо показывает себя при использовании автомобиля на покрытии низкого качества, однако в условиях настоящего бездорожья он показывает себя не самым лучшим способом. Дело в том, что вискомуфта просто не в состоянии справиться с быстрыми и частыми сменами состояния сцепления мостов авто с грунтом, из-за чего она перегревается и выходит из строя.

Особенности устройства дифференциала Torsen и его типы

В свою очередь, самоблокирующийся дифференциал Torsen представляет собой одну из самых высокотехнологичных и эффективных форм блокировки. Он отличается лучшей реакцией и способностью в минимально короткое время «откликаться» на изменения величины крутящего момента, отвечая на это изменением степени блокировки. Именно внедорожники с межосевым дифференциалом данного типа блокировки являются наиболее надежными. В основе его действия используются свойства гипоидной или косозубой пары зацеплений, которые, при необходимости, могут «расклиниваться». Конструкция данного типа имеет три разновидности:

Тип 1

В качестве гипоидных пар здесь задействованы шестерни и сателлиты ведущих полуосей. Сателлиты противоположных полуосей, расположенные по отношению к ним в перпендикулярном положении, связываются между собой зацеплениями прямозубого типа.

При обычном режиме движения, когда крутящие моменты распределяются на оси авто в одинаковой степени, эти пары находятся в стационарном положении либо двигаются с небольшой интенсивностью, обеспечивая оптимальную разницу угловых скоростей осей при прохождении поворотов. В случаях, когда отмечается «пробуксовка» одной из осей, что выражается в падении на ней крутящего момента, пары «сателлит-полуось» начинают вращательные движения, что приводит к возникновению трения и частичной блокировке дифференциала. В свою очередь, в этот же момент происходит распределение крутящего момента в пользу менее интенсивно работающей полуоси.

Стоит отметить, что дифференциал Torsen  1го типа имеет самкю мощную конструкцию в классе, так как работает в самом широком диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1.

Тип 2

В основе конструкции данного дифференциала, созданного английским конструктором Родом Квайфом, используются шестерни полуосей косозубого типа и винтовые шестерни сателлитов, расположенных параллельно полуосям. Если сравнивать их с предыдущим типом, можно заметить, что схема межосевого дифференциала данного типа отличается меньшим коэффициентом блокировки, компенсирующимся более высокой скоростью срабатывания и большей чувствительностью к изменениям передаваемого крутящего момента. Подобные механизмы используются на автомобилях отечественного производства, включая УАЗы.

Тип 3

Устройство межосевого дифференциала Torsen третьего типа от компании Zexel Torsen по своим конструктивным особенностям и принципу действия во многом схоже со вторым типом. Здесь также задействованы шестерни полуосей косозубого типа и винтовые шестерни сателлитов, оси которых находятся в параллельном положении по отношению к полуосям.

Благодаря планетарной структуре строения данной конструкции обеспечивается смещение номинального распределения крутящего момента в пользу той или другой оси авто. Главным же достоинством данного типа блокирующего устройства является его функциональность и компактность, что дает возможность для упрощения конструкции раздаточной коробки и уменьшения ее размеров.

Конструкционные отличия фрикционных муфт

В конструкцию фрикционной муфты входит барабан, который имеет непосредственную связь со ступицей авто, несколько фрикционных дисков трения (два и более), поршень, осуществляющий сжатие этих дисков и пружину, возвращающую поршень в исходное положение.

Между барабаном и ступицей существует жесткая связь. При этом внутри последней располагается кольцо, выполняющее функцию стопора, на котором находится тарельчатая пружина, опирающаяся на поршень. В свою очередь, ступица оборудуется специальными каналами, осуществляющими передвижение масла между поршнем и барабаном. В автомобилях легкового типа чаще всего используются дисковые фрикционные муфты, имеющие две поверхности трения, состоящие из одного диска и двух полумуфт, а многодисковую конструкцию чаще можно встретить на специализированном транспорте, в том числе, на тракторах.

Рассмотрим, как работает межосевой дифференциал с фрикционной муфтой: в момент нахождения автомобиля в обычном, плавном режиме движения, распределение угловых скоростей между осями авто происходит равномерно. Однако когда какая-либо из полуосей начинает вращаться быстрее, фрикционные диски начинают сближаться между собой, притормаживая ее при помощи возникающих сил трения.

Подобная система блокировки отличается хорошей эффективностью, однако на серийных легковых автомобилях ее можно увидеть достаточно редко. Данная тенденция объясняется сложностью конструкции и особой спецификой обслуживания фрикционных дифференциалов, а также небольшим ресурсом работоспособности, вызванным быстрым износом их составляющих.

Принцип работы межосевого дифференциала фрикционного типа применяется в муфте Haldex, выпуск которой, начиная с 1998 года, осуществляет шведская фирма с одноименным названием. В основе действия данного устройства производители использовали работу электрогидравлической связки элементов. Но, несмотря на прогрессивность и инновационный дух муфты Haldex, первые ее версии были скорее провальными, чем успешными, что вызвало необходимость проведения многочисленных доработок конструкции, причем последние разработки оказались, весьма удачными и востребованными.

На данный момент осуществляется выпуск 5-го поколения муфты Haldex, отличающейся улучшенными характеристиками, включающими:

  • возможность управления устройством вне зависимости от режима движения;
  • способность быстрого увеличения крутящего момента с использованием упреждающего управления;
  • возможность постоянной работы задней главной передачи;
  • совместимость с различными системами управления тормозами авто, включая ABS.

Заключение

Проанализировав данную информацию, можно понять, зачем нужен межосевой дифференциал. Говоря простым языком, его можно назвать распределителем вращательного момента на колеса авто, функционирующим по принципу аптечных весов: если на оба плеча механизма оказывается одинаковая нагрузка, то при «поднятии за хвост» они поднимаются одинаково, если же на одно из них оказывается большая нагрузка – второе плечо будет подниматься для сохранения равновесия.

Что такое блокировка межосевого дифференциала?

Колесный дифференциал устанавливается на всех автомобилях с передним и задним приводом. И по понятным причинам блокировки этого механизма не предусмотрено. Этот узел предназначен выполнять распределение крутящего момента на колеса ведущей оси. К примеру, при езде или на поворотах, когда колеса не могут крутиться с одинаковой скоростью. У транспортных средств с полным приводом дело обстоит по-другому. Здесь помимо колесного дифференциала на кардан устанавливается межосевой дифференциал, но уже с механизмом блокировки.

Зачем нужна блокировка межосевого дифференциала?

В целом межосевой дифференциал необходим для повышения проходимости транспортного средства и для включения системы полного привода. Принцип данного механизма достаточно просто. При езде транспортного средства по нормальной дороге все тяговое усилие приходится только на основную тяговую ось, тогда как вторая ось не входит в сцепление с трансмиссией из-за отключения системы блокировки. То есть в этом случае она выступает как ведомая ось. И вот как только транспорт выезжает на бездорожье, где для повышения проходимости необходима работа двух осей водитель самостоятельно включает блокировку межосевого дифференциала или путем автоматического включения. Если же блокировка в этот момент включена обе оси окажутся в жесткой сцепке и будут вращаться за счет передачи момента вращения. Преимущества блокировки межосевого дифференциала заключаются прежде всего в существенном повышении проходимости авто в сложных условиях, а также в отключении полного привода автоматически или принудительно, когда в этом нет необходимости. Кроме того, блокировка позволяет экономить расход топлива, потому как подключенный полный привод мотора потребляет гораздо больше горючего, чтобы создать дополнительную тягу.

Механизмы блокировки межосевого дифференциала:какие бывают?

Существует несколько основных групп, которые отличаются по своему принципу. При этом данные группы, в свою очередь подразделяются также на подгруппы. Существует жесткая полная блокировка, дифференциалы с ограниченным проскальзыванием, с симметричным или асимметричным распределение тягового усилия. Вискомуфта относится ко второй и третьей подгруппе одновременно, поскольку в равных режима езды может наблюдаться проскальзывание дисков.  Вполне естественно, что тогда тяговое усилие будет асимметрично распределяться между осями. Когда же наиболее сложные условия, будет происходить стопроцентная блокировка по причине полного затвердевания жидкости. Что же касается конструкций блокировки межосевого вала, то они могут быть следующими:

  • Вискомуфта;
  • Кулачковая муфта;
  • Фрикционная муфта;
  • Блокировка Торсен.

Каждая из них работает по своему принципу, но некоторые схожести между ними все-таки есть.

О том, что такое блокировка межосевого дифференциала будет подробно рассказано в этом видеоматериале:

 

Опубликовано: 26 сентября 2019

виды, устройство и принцип работы

Блокировка дифференциала – это дополнительное конструктивное решение, позволяющее компенсировать его основные недостатки. Если на сухой ровной дороге дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт, то при выезде на пересеченную местность или во время движения по скользкому дорожному покрытию он может вообще лишить автомобиль возможности передвигаться. Чтобы этого не происходило, необходимо ограничить функциональность узла или полностью отключить его на некоторое время. Но методы блокировки дифференциала настолько разнообразны, что нужно рассмотреть основные из них по отдельности.

Главный недостаток дифференциала

крутящий моменткрутящий моментРаспределение крутящего момента дифференциалом

Дифференциал служит для распределения крутящего момента, поступающего от главной передачи, между полуосями ведущих колес. Крутящий момент постоянен, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть различным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо движется по большему радиусу и, соответственно, проходит за равный промежуток времени больший путь, чем внутреннее колесо. Чтобы «успеть» это сделать, угловая скорость внешнего колеса на время прохождения поворота должна повышаться.

Из-за смены направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате увеличивается сила сопротивления качению, и внутреннее колесо оказывается под большей нагрузкой, чем внешнее. Оно снижает скорость, дополнительно нагружая свою полуось.

На этом этапе в корпусе дифференциала из-за снижения угловой скорости более нагруженной полуоси внутреннего колеса начинают вращаться сателлиты. Они сообщают больший крутящий момент второй полуоси. Внешнее колесо повышает угловую скорость пропорционально тому, насколько ее снизило внутреннее колесо. Благодаря точному соотношению угловых скоростей машина проходит поворот плавно, без прыжков и пробуксовки.

Тот же принцип распределения крутящего момента действует в ситуации, когда одно из колес буксует в грязи, на льду или попадает на ухаб. Оно получает больший крутящий момент, ослабляя тяговую мощность колеса, находящегося в хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении в процентном соотношении 0% к 100%: автомобиль перестанет двигаться.

Чтобы машина сдвинулась с места, необходимо перераспределить крутящий момент, сообщив большее его значение нагруженному колесу. При работающем дифференциале сделать это невозможно. Поэтому его частично или полностью блокируют.

Типы блокировки

Блокировать работу механизма можно методом прямого соединения его корпуса с нагруженной полуосью или ограничив возможность сателлитов вращаться.

Блокировка имеет следующие виды:

  1. Полная: величина передаваемого крутящего момента достигает 100 %. Детали узла соединяются жестко, лишая его возможности выполнять свои функции.
  2. Частичная: крутящий момент в определенном соотношении распределяется дифференциалом принудительно и за счет ограничения работы его составных частей.
Ручная блокировка дифференциалаРучная блокировка дифференциалаРучная блокировка дифференциала полноприводного автомобиля

В зависимости от степени участия водителя, блокировка дифференциала может производиться в ручном или автоматическом режиме:

  1. Принудительную блокировку выполняет водитель по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используют кулачковый дифференциал.
  2. Самоблокирующийся дифференциал накладывает ограничения на работу автоматически (автоматическая блокировка). Необходимость блокировки и ее степень определяются разностью крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловых скоростей. Некоторые разновидности таких систем используют датчик блокировки дифференциала.

Виды блокирующих устройств

Устройство блокировки узла зависит от его типа и применяемого механизма. Различный функционал накладывает ограничения и определяет возможность использования в межколесных или межосевых дифференциалах.

Кулачковое блокирующее устройство

Кулачковый дифференциалКулачковый дифференциалКулачковая муфта блокировки дифференциала

Принудительная блокировка ручным способом осуществляется кулачковой муфтой (на рис. выделена желтой окружностью). Муфта выполняет полную блокировку механизма, жестко соединяя его корпус с нагруженной полуосью.

Кулачковый дифференциал приводят в действие следующие виды приводов:

  1. механический;
  2. гидравлический;
  3. пневматический;
  4. электрический.

Они включаются с помощью рычажного механизма или специальной кнопки на приборной панели (для электропривода).

Благодаря универсальности кулачковый дифференциал применяют на межосевых межколесных механизмов.

Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности

Устройство самоблокирующегося (автоматического) дифференциала использует принцип повышения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Поэтому его другое название – “дифференциал повышенного трения” или LSD (Limited Slip Differential).

Червячный дифференциалЧервячный дифференциалЧервячный дифференциал повышенного трения Torsen

Самоблокирующийся дифференциал имеет четыре основные разновидности, зависящие от способа увеличения трения:

  1. дисковый;
  2. червячный;
  3. вискомуфта;
  4. электронная блокировка.
Дисковый механи
90000 Open Differentials | HowStuffWorks 90001 90002 We will start with the simplest type of differential, called an 90003 open differential 90004. First we'll need to explore some terminology: The image below labels the components of an open differential. 90005 90002 When a car is driving straight down the road, both drive wheels are spinning at the same speed. The 90003 input pinion 90004 is turning the ring gear and cage, and none of the pinions within the cage are rotating - both side gears are effectively locked to the cage.90005 90002 90011 This content is not compatible on this device. 90012 90005 90002 90003 Animation courtesy Geebee's Vector Animations 90004 90005 90002 Note that the input pinion is a smaller gear than the ring gear; this is the last gear reduction in the car. You may have heard terms like 90003 rear axle ratio 90004 or 90003 final drive ratio 90004. These refer to the gear ratio in the differential. If the final drive ratio is 4.10, then the ring gear has 4.10 times as many teeth as the input pinion gear. See How Gears Work for more information on gear ratios. 90005 90002 When a car makes a turn, the wheels must spin at different speeds. 90005 90002 90011 This content is not compatible on this device. 90012 90005 90002 90003 Animation courtesy Geebee's Vector Animations 90004 90005 90002 In the figure above, you can see that the pinions in the cage start to spin as the car begins to turn, allowing the wheels to move at different speeds.The inside wheel spins slower than the cage, while the outside wheel spins faster. 90005 90002 90003 Open Differential - Straight (600KB) 90004 90005 90002 90011 This content is not compatible on this device. 90012 90005 90002 90003 Open Differential - Turning (1.1MB) 90004 90005 90002 90011 This content is not compatible on this device. 90012 90005 .90000 How Differentials Work? | Car Bibles 90001 90002 90003 Home 90004 90003 Сategories 90006 90003 Accessories 90006 90003 Interior Accessories 90004 90003 Exterior Accessories 90004 90003 Toys 90004 90015 90004 90003 Cleaning & Detailing 90004 90003 Electronics 90006 90003 Audio 90004 90015 90004 90003 Engine & Performance 90004 90003 Tools 90004 90003 Tires & Wheels 90004 90003 Motorcycles & Bikes 90004 90003 Home Care 90004 90003 RV Campers 90004 90003 Off-Road Vehicles 90004 90003 Warranties 90006 90003 Extended Warranties 90004 90003 Factory Warranties 90004 90015 90004 90015 90004 90003 Blog 90004 90003 Tools 90006 90003 Tire Size Calculator 90004 90003 Wheel & Tire Finder 90004 90015 90004 90003 About Us 90004 90003 Contact 90004 90015 90002 90003 90066 90004 90003 90066 90004 90003 90066 90004 90003 90066 90004 90015 90002 90003 Home 90004 90003 Сategories 90006 90003 Accessories 90006 90003 Interior Accessories 90004 90003 90004 90015 90004 90015 90004 90015.90000 2.972 How A Differential Works 90001 90002 90003 90004 90005 90006 MAIN FUNCTIONAL REQUIREMENT (s): 90007 Distribute power from car transmission shaft to a pair of Left-Right wheels (1ST FUNCTIONAL REQUIREMENT) while allowing wheels to rotate at different speeds (SECOND FUNCTIONAL REQUIREMENT). 90003 90005 90006 DESIGN PARAMETER: 90007 Differential 90003 90004 90005 90006 HISTORY: 90007 The differential was first invented in China, in the third century, A.D. 90003 90004 90005 90006 GEOMETRY / STRUCTURE: 90007 90003 90023 90024 90025 90026 90027 90024 90025 90006 Components In A Differential System 90007 90026 90027 90034 90005 90036 Gear Teeth 90037: The crown wheel and drive pinion teeth are helical, allowing for up-and-down movement in rough or uneven road conditions. 90003 90004 90005 90006 EXPLANATION OF HOW IT WORKS / IS USED: 90007 90003 90005 90036 Why use a Differential? 90037: When a car turns a corner, one wheel is on the "inside" of a turning arc, and the other wheel is on the "Outside."Consequently, the outside wheel has to turn faster than the inside one in order to cover the greater distance in the same amount of time. Thus, because the two wheels are not driven with the same speed, a differential is necessary. A car differential is placed halfway between the driving wheels, on either the front, rear, or both axes (depending on whether it s a front-, rear-, or 4-wheel-drive car). In rear-wheel drive cars, the differential converts rotational motion of the transmission shaft which lies parallel to the car s motion to rotational motion of the half-shafts (On the ends of which are the wheels), which lie perpendicular to the car s motion.90003 90023 90024 90025 90026 90025 90026 90027 90024 90025 90006 In Turns, Wheels Are at Different Speeds 90007 90026 90025 90006 Location of Differential In Car 90007 90026 90027 90034 90005 90036 How it works: 90037 Assuming the wheels do no slip and spin out of control, the following two examples of car motion describe how the differential works when the car is going forward and when it is turning.(See Limited Slip Differential section for wheel slipping). 90003 90023 90024 90025 90026 90027 90024 90025 90006 Differential When Car Travels In Straight Line (Wheels at Same Speed) 90007 90026 90027 90034 90005 When the car is traveling straight, both wheels travel at the same speed. Thus, the free-wheeling planet pinions do not spin at all. Instead, as the transmission shaft turns the crown wheel, the rotary motion is translated directly to the half-shafts, and both wheels spin with the angular velocity of the crown wheel (they have the same speed).90003 90023 90024 90025 90026 90027 90024 90025 90006 Differential When Car Turns A Corner (Wheels 2 On Outside of Turn) 90007 90026 90027 90034 90005 When the car is turning, the wheels must move at different speeds. In this situation, the planet pinions spin with respect to the crown wheel as they turn around the sun gears. This allows the speed of the crown gear to be delivered unevenly to the two wheels.90003 90004 90005 90006 DOMINANT PHYSICS: 90007 90003 90103 90024 90105 90106 90107 90006 Variable 90007 90110 90003 90026 90105 90106 90107 90006 Description 90007 90110 90003 90026 90105 90106 90107 90006 Metric Units 90007 90110 90003 90026 90105 90106 90107 90006 English Units 90007 90110 90003 90026 90027 90024 90105 90106 v 90003 90026 90105 90106 Velocity at contact point between gears 90003 90026 90105 90106 m / sec 90003 90026 90105 90106 in / sec 90003 90026 90027 90024 90105 90106 win 90003 90026 90105 90106 Angular Velocity of Crown gear 90003 90026 90105 90106 rad / sec 90003 90026 90105 90106 rev / min 90003 90026 90027 90024 90105 90106 w1 90003 90026 90105 90106 Angular Velocity of one gear / wheel 90003 90026 90105 90106 rad / sec 90003 90026 90105 90106 rev / min 90003 90026 90027 90024 90105 90106 w2 90003 90026 90105 90106 Angular Velocity of other gear / wheel 90003 90026 90105 90106 rad / sec 90003 90026 90105 90106 rev / min 90003 90026 90027 90024 90105 90106 r1 90003 90026 90105 90106 Pitch radius of one gear 90003 90026 90105 90106 m 90003 90026 90105 90106 in 90003 90026 90027 90024 90105 90106 r2 90003 90026 90105 90106 Pitch radius of other gear 90003 90026 90105 90106 m 90003 90026 90105 90106 In 90003 90026 90027 90024 90105 90106 Pin 90003 90026 90105 90106 Power in, from transmission 90003 90026 90105 90106 Watts 90003 90026 90105 90106 Horsepower 90003 90026 90027 90024 90105 90106 Pout1 90003 90026 90105 90106 Power out to Left half-shaft 90003 90026 90105 90106 Watts 90003 90026 90105 90106 Horsepower 90003 90026 90027 90024 90105 90106 Pout2 90003 90026 90105 90106 Power out to Right half-shaft 90003 90026 90105 90106 Watts 90003 90026 90105 90106 Horsepower 90003 90026 90027 90024 90105 90106 T1 90003 90026 90105 90106 Torque transmitted to Left wheel 90003 90026 90105 90106 N-m 90003 90026 90105 90106 ft-lb 90003 90026 90027 90024 90105 90106 T2 90003 90026 90105 90106 Torque transmitted to Right wheel 90003 90026 90105 90106 N-m 90003 90026 90105 90106 ft-lb 90003 90026 90027 90024 90105 90106 N1 90003 90026 90105 90106 Number of teeth on one gear 90003 90026 90105 90106 - 90003 90026 90105 90106 - 90003 90026 90027 90024 90105 90106 N2 90003 90026 90105 90106 Number of teeth on other gear 90003 90026 90105 90106 - 90003 90026 90105 90106 - 90003 90026 90027 90034 90005 90003 90023 90024 90025 90026 90027 90024 90025 90006 Illustration For Explanation of Gear Ratios 90007 90026 90027 90034 90387 90388 90005 90006 Ratios: 90007 The ratio of speeds between gears is dependent upon the ratio of teeth between the two adjoining gears such that 90003 90005 90036 w 90037 90396 1 90397 x 90036 N 90037 90396 1 90397 = 90036 w 90037 90396 2 90397 x 90036 N 90037 90396 2 90397, 90003 90005 where w is the respective angular velocity, and N = the number of teeth on the gear.90003 90005 90414 90006 90387 Velocity 90388: 90007 When two gears are in contact and there is no slipping, v = w 90396 1 90397 x r 90396 1 90397 = w 90396 2 90397 x r 90396 2 90397, where v is the tangential velocity at the point of contact between the gears, and r is the respective pitch radius of the gear. In a differential, since the speed transmitted by the crown gear is shared by both of the wheels (not necessarily traveling at the same speed), 90003 90005 w 90396 in 90397 = (w 90396 1 90397 + w 90396 2 90397) / 2 90003 90387 90388 90005 90006 90414 Power: 90007 Typically, each gear mesh will have 1% -2% loss in efficiency, so with three different meshes from the transmission shaft to each of the half shafts, the system will actually be 94% to 97% efficient.In order to simplify things, let us assume that the system is 100% efficient; then 90003 90036 90037 90002 P 90396 in 90397 = P 90396 out1 + 90397 P 90396 out2 90397, or P 90396 in 90397 = (T 90396 1 90397 x w 90396 1 90397) 90396 + 90397 (T 90396 2 90397 x w 90396 2 90397), 90003 90002 where 90036 P 90037 90396 in 90397 is the power input from the transmission to the differential, and 90036 P 90037 90396 out 90397 is the power output from the differential to the wheels.T is the torque supplied to each half-shaft, respectively. 90003 90004 90005 90006 LIMITING PHYSICS: 90007 90003 90005 Things that might limit or disrupt the behavior of the differential include contact stresses between the gears, which limits the torque transmission, as well as fatigue and losses due to friction between the gears. 90003 90004 90005 90006 LIMITED SLIP DIFFERENTIAL: 90007 90003 90005 If one of the wheels attached to a differential decides to hit some ice, for example, it slips and spins with all of the speed the differential has to distribute.Thus, a locking mechanism, or "limited slip differential" allows one wheel to slip or spin freely while some torque is delivered to the other wheel (hopefully on dry land!). 90003 90004 90005 90006 PLOTS / GRAPHS / TABLES: 90007 90003 90005 None Submitted 90003 90004 90005 90006 WHERE TO FIND DIFFERENTIALS: 90007 90003 90005 In the rear axles of most cars and trucks. 90003 90004 90005 90006 REFERENCES / MORE INFORMATION: 90007 90003 90005 http: // www.srl.gatech.edu/education/ME3110/design-reports/RSVP/DR4/catalog/gearbas.htm 90003 90005 http://www.ul.ie/~gordons/lavelles/diflimed.html 90003 90005 Macaulay, David. 90387 The Way Things Work 90388, pg. 49 90003 90005 Lecture notes, course 2.72 90003 90004 .90000 Locking and Torsen | HowStuffWorks 90001 90002 The 90003 locking differential 90004 is useful for serious off-road vehicles. This type of differential has the same parts as an open differential, but adds an electric, pneumatic or hydraulic mechanism to lock the two output pinions together. 90005 90002 This mechanism is usually activated manually by switch, and when activated, both wheels will spin at the same speed. If one wheel ends up off the ground, the other wheel will not know or care.Both wheels will continue to spin at the same speed as if nothing had changed. 90005 90002 The 90003 Torsen differential 90004 * is a purely mechanical device; it has no electronics, clutches or viscous fluids. 90005 90002 The Torsen (from 90003 Tor 90004 que 90003 Sen 90004 sing) works as an open differential when the amount of torque going to each wheel is equal. As soon as one wheel starts to lose traction, the difference in torque causes the gears in the Torsen differential to bind together.The design of the gears in the differential determines the 90003 torque bias ratio 90004. For instance, if a particular Torsen differential is designed with a 5: 1 bias ratio, it is capable of applying up to five times more torque to the wheel that has good traction. 90005 90002 These devices are often used in high-performance all-wheel-drive vehicles. Like the viscous coupling, they are often used to transfer power between the front and rear wheels. In this application, the Torsen is superior to the viscous coupling because it transfers torque to the stable wheels before the actual slipping occurs.90005 90002 However, if one set of wheels loses traction completely, the Torsen differential will be unable to supply any torque to the other set of wheels. The bias ratio determines how much torque can be transferred, and five times zero is zero. 90005 90002 * 90003 TORSEN is a registered trademark of Zexel Torsen, Inc. 90004 90005 90028 Related Articles 90029 90028 More Great Links 90029 .