Univerzitet u NiuElektronski fakultetKatedra za elektronikuAutomobilska Elektronika

SEMINARSKI RAD

KAKO DIFERENCIJALI RADE

Mentor: Student:Dr Branislav Petrovi Marko Stojanovi, 11645Asistent:Goran Nikoli

1KAKO DIFERENCIJALI RADE

Diferencijal obavlja tri funkcije: usmerava energiju motora na tokove; ukazuje na krajnje smanjenje opreme u automobilu, usporavajui

rotacionu brzinu prenosa pre nego to udari u tokove; prenosi energiju na tokovima sve dok im dozvoljava da se okreu

razliitim brzinama (odatle je dobio ime DIFERENCIJAL).

ZATO JE POTREBAN DIFERENCIJAL

Tokovi automobila se okreu razliitim brzinama, naroito kadaautomobil skree u krivinu. Sa animacije se moe videti da se svaki toak kreerazliitom putanjom kada skree, i pritom se tokovi unutar kruga kreu kraimputem nego oni van kruga. Budui da je brzina jednaka preenom putu ujedinici vremena, tokovi koji idu kraim rastojanjem se kreu manjombrzinom. Takoe, treba uoiti da se prednji tokovi kreu razliitim rastojanjemu odnosu na zadnje tokove.

2differential-turning2

Za nepogonske tokove automobila prednji tokovi kod automobila nasa pogonom na zadnje tokove ili zadnji tokovi kod automobila sa pogonomna prednje tokove ovo nije problem. Ne postoji veza izmeu njih, tako da seoni okreu nezavisno. Ali, pogonski tokovi su meusobno povezani, tako damotor i prenosni sistem mogu da okreu oba toka. Ako automobil nemadiferencijal, tokovi bi bili zakljuani , tj. bili bi prisiljeni da se okreu istombrzinom. Ovo bi stvorilo teko i naporno okretanje automobila: Za automobilkoji se kree, jedna guma bi mogla da prokliza. Sa savremenim gumama ikonkretnim putevima, veliki deo snage je potreban za proklizavanje gume. Tasnaga bi se prenosila sa tokova na osovine i do snanog naprezanja svihdelova na osovini.

3TA JE DIFERENCIJAL

Diferencijal je naprava koja razdvaja moment motora u dva pravca.

Diferencijal se nalazi na svim modernim automobilima i kamionima i takoe namnogobrojnim vozilima sa pogonom na svim tokovima. Ovakim (all-wheel-

4drive) vozilima je potreban diferencijal izmeu svakog para tokova vozila iisto tako je potrebno izmeu prednjih i zadnjih tokova, zato to prednji tokoviprelaze razliito rastojanje u krivini nego zadnji tokovi.

Nepotpuni sistemi sa pogonom na sva etiri toka nemaju diferencijal izmeuprednjih i zadnjih tokova; umesto toga, oni su zakljuani zajedno tako daprednji i zadnji tokovi treba da se okreu istom prosenom brzinom. To je zatoto se ova vozila teko okreu kada je aktiviran pogon na svim tokovima.

OTVORENI DIFERENCIJALI

Poinjemo sa najprostijim tipom diferencijala, koji se zove OTVORENIDIFERENCIJAL. Prvo je potrebno ispitati neke terminologije: Na sledeoj slicisu oznaene komponente otvorenog diferencijala.

5Kada se automobil kree po ravnom putu, oba toka se okreu istom brzinom.Ulazni zupanik okree tanjirasti zupanik i sklop i nijedan od zupanika unutarkuita se ne okree obe strane zupanika su efektivno zakljuane u leaju.

differential

Treba uoiti da je ulazni zupanik manji od tanjirastog zupanika; to jeposlednja redukcija broja obrtaja motora u automobilu. Za ovu redukciju seesto koriste izrazi kao to su zadnji osovinski odnos (rear axle ratio) ilikonani pogonski odnos (filnal drive ratio). To se odnosi na prenosni odnos

6zupanika u diferencijalu. Ako je konani pogonski odnos 4.1, onda tanjirastizupanik ima 4.1 puta vie zubaca od ulaznog pogonskog zupanika.

Kada automobil napravi krug, tokovi se okreu razliitim brzinama.

differential

Na slici ispod, moemo videti da zupanici u leaju poinju da se okreu kada iautomobil, dozvoljavajui tokovima da se pomeraju razliitim brzinama.Unutranji toak se okree sporije od leaja, dok se spoljanji toak okree bre.

7differential-straight

differential-turning

8DIFERENCIJALI I TRENjE

Otvoreni diferencijal uvek daje neku vrednost obrtnog momenta svakomtoku. Postoje dva faktora koja definiu koliki moment e se predati tokovima:struktura automobila i trenje. U suvim uslovima voznje, kada je koeficijenttrenja veliki, vrednost obrtnog momenta, dovedenog na tokovima, je definisanamotorom i zupanikom; u situaciji sa malim trenjem, kao to je vonja na ledu,vrednost obrtnog momenta je definisana maksimalnom vrednou koja neeizazvati da toak prokliza pod tim uslovima. Dakle, ak iako automobil moebiti sposoban da stvori vei obrtni moment, potrebno je da bude dovoljnoblokiran da prenese ovaj moment na terenu. Ako automobilu damo vei gasposle proklizanja tokova, tokovi e se okretati bre.

NA LEDU

Ako se ikada vozi po ledu, treba znati trik koji se primenjuje za lake ubrzanje:ako startujete u drugoj ili treoj brzini umesto u prvoj, zbog zupanika uprenosu, imae manje obrtnog momenta dovedenog tokovima. Na ovaj nainse lake ostvaruje ubrzanje bez proklizavanja tokova.

ta se sada deava ako jedan od tokova ima dobru podlogu (veliki koeficijenttrenja) a drugi je na ledu? Ovo je trenutak kada nastaje problem kod vozila saotvorenim diferencijalom.

Treba zapamtiti da otvoreni diferencijal uvek daje isti moment na oba toka i daje maksimalna vrednost momenta ograniena velikom vrednou, koja ne stvaraklizanje tokova. Nije potrebno mnogo obrtnog momenta da bi guma klizala poledu. I kada toak, sa dobrom blokadom, uzima samo veoma malu vrednostmomenta, koji se koristi za tokove bez blokade, auto se ne pomera mnogo.

9VONjA VAN PUTA

Otvoreni diferencijali mogu da daju jo nevolja kada se vozi van puta. Akoimamo vozilo sa pogonom na sva etiri toka, sa otvorenim diferencijalimanapred i nazad, moe doi do zaglavljivanja. Treba imati na umu da otvorenidiferencijal uvek daje isti obrtni moment na oba toka. Ako se jedna od prednjihgma i jedna od zadnjih gma nau u vazduhu, one se samo uzaludno okreu uvazduhu i ne mogu se pomerati.

Reenje ovih problema je primena LSD diferencijala (limited slipdifferential). Diferencijali sa ograniavajuim klizanjem koriste razliitemehanizme za omoguavanje normalnih zadataka diferencijala kada se vozi ukrug. Kada toak kliza, dozvoljava se vei moment za prenoenje na neklizajuitoak.

U nastavku e biti objanjeni neki od razliitih tipova diferencijala saograniavajuim klizanjem, ukljuujui clutch-type LSD-a, viskoznu spojnicu,diferencijal sa zakljuavanjem i tzv. Torsen diferencijal.

10

CLUTCH TIP DIFERENCIJALA SAOGRANIAVAJUIM KLIZANjEM

Clutch tip LSD-a je verovatno najea verzija diferencijala sa ograniavajuimklizanjem.

Ovaj tip LSD-a ima sve iste komponente kao i otvoreni diferencijal, s tim to sudodati komplet opruga i spojnica. Neki od ovih imaju konusno kvailo, kojeslui kao sinhronizator u runom prenoenju.

Komplet opruga pritiska strane zupanika prema kvailima, koji su privreniza kavez. Obe strane zupanika se okreu sa kavezom kada se oba tokapomeraju istom brzinom i kvaila zaista nisu potrebna jedini trenutak kada sespojnica aktivira je kada doe do pojave da se jedan toak bre okree oddrugog, kao to je to kretanje u krivinu. Spojnice se aktiviraju tako da odravajubrzinu na oba toka. Ako jedan toak eli da se okree bre nego drugi, mora seprvo savladati sila trenja samog kvaila. Sila pritiskanja opruga u kombinaciji satrenjem kvaila definie veliinu momenta potrebnog za savladavanje siletrenja.Uzimajui prethodnu situaciju u kojoj je jedan toak na ledu, a drugi ima dobrupodlogu: Sa ovim diferencijalom sa ograniavajuim klizanjem, ak iako toakna ledu nije u stanju da prenese vei moment na zemlju, drugi toak jo uvek

11

daje obrtni moment potreban za pomeranje. Obrtni moment, koji se isporuujetoku koji nije na ledu, je jednak vrednosti momenta uzetog da savlada kvaila.Rezultat je da se moe ii napred, iako ne jo uvek sa potpunom snagomautomobila.

VISKOZNA SPOJNICA

Viskozna spojnica se esto nalazi u vozilima na pogon na sva etiri toka.Najee se koriste za vezu zadnjih tokova sa prednjim tokovima tako da,kada jedna grupa tokova poinje da klizi, obrtni moment e biti prenesen nadrugu grupu.

Viskozna spojnica ima dva kompleta ploa unutar zatvorenog kuita, koje jeispunjeno gustim fluidom, kao to je prikazano u nastavku. Jedan skup ploa jepovezan na svaki izlaz osovine. Pod normalnim uslovima, oba skupa ploe iviskozni fluid se okreu istom brzinom. Kada jedna grupa tokova pokuava dase okree bre, skup pla koje odgovaraju tim tokovima, se okreu bre odostalih. Viskozni fluid, stavljen izmeu pla, pokuava da uhvati korak sabrim diskovima, privlaei sporije diskove zajedno. Ovo prenosi vei obrtnimoment na tokove koji se sporije kreu tokove koji se ne klizaju.

Kada se automobil okree, razlika u brzini izmeu tokova nije toliko velikakao kad se jedan toak kliza. to se ploe bre okreu jedna u odnosu na drugu,ostvaruje se vea sila trenja u viskoznoj spojnici. Spojnica ne ometa okretanjezato to je vrednost obrtnog momenta, koji se prenosi u toku okretanja, veomamala. Meutim, to takoe istie nedostatak viskozne spojnice: Prenos momentase nee desiti sve dok toak stvarno ne pone da proklizava.

12

differential-viscous

Jednostavan eksperiment sa jajetom e pomoi da se objasni ponaanje viskoznespojnice. Ako ste postavili jaje na kuhinjskom stolu, ljuska i umance su obojeu stacionarnom stanju. Ako se iznenada okree jaje, ljuska se okree bre odbrzine umanceta za sekundu, ali umance e brzo nadoknaditi. Da bi dokazalida se umance okree, kada jaje, koje se okree, brzo zaustavimo i ondapustimo jaje e poeti da se ponovo okree ( ukoliko nije tvrdo kuvano). Uovom eksperimentu koristili smo trenje izmeu ljuske i umanceta da bi siladelovala na umance, ubrzavajui ga. Kada se ljuska zaustavi, to trenje izmeu umanceta, koje se jo uvek kree, i ljuske primenjuje silu na ljusci,izazivajui ga da ubrza. U viskoznoj spojnici, sila deluje izmeu fluida i skupapla na isti nain kao i izmeu umanceta i ljuske.

Diferencijal sa zakljuavanjem je koristan za terenska vozila. Ovaj tipdiferencijala ima iste delove kao otvoreni diferencijal, ali je dodat elektrini,pneumatski ili hidraulini mehanizam za zakljuavanje dva izlazna zupanikazajedno.

13

Ovaj mehanizam se zapravo runo aktivira prekidaem, i kada se aktivira, obatoka se okreu istom brzinom. Ako jedan toak zavri van terena, drugi toaknije bitan. Oba toka e nastaviti da se okreu istom brzinom kao da se nitanije promenilo.

Torsen diferencijal je isto mehaniki ureaj, nema elektronike, kvaila iviskoznog fluida.

Torsen ( iz istraivanja obrtnog momenta) radi kao otvoreni diferencijal kada jejednak iznos momenta koji odlazi na svaki toak. im jedan toak pone dagubi trenje, razlika u momentu izaziva da se zupanici u Torsen diferencijaluveu zajedno. Dizajn zupanika u diferencijalu odreuje odnos momenta(torque bias ratio). Na primer, ako je posebno dizajniran Torsen diferencijal sa5:1 odnosom nagiba, on je u stanju da primeni do pet puta vei obrtni momentna toak koji ima dobru podlogu.

Ovi ureaji se esto koriste u pogonu vozila na sva etiri toka. Isto kaoviskozna spojnica, i oni se esto koriste za prenos snage izmeu prednjih izadnjih tokova. U ovim aplikacijama, Torsen je superioran u odnosu naviskoznu spojnicu, jer prenosi obrtni moment na tokove pre nego to se desiproklizavanje.

14

Meutim, ako jedna grupa tokova izgubi trenje u potpunosti, Torsendiferencijal nee biti u stanju da dovede obrtni moment na drugu grupu tokova.Odnos momenta odreuje koliko obrtnog momenta se moe preneti.