ΔΙΑΦΟΡΙΚΟ (ΜΕΡΟΣ 2ο)

ΔΙΑΦΟΡΙΚΟ ΜΕ ΑΝΑΣΤΟΛΕΑ (ΜΠΛΟΚΕ)

Όπως γνωρίζουμε, τα συμβατικά διαφορικά έχουν ένα πολύ σοβαρό μειονέκτημα. Εάν για οποιοδήποτε λόγω ο ένας τροχός χάσει τη πρόσφυση του (π.χ. πέσει σε λάσπη, βρίσκεται σε πάγο ή στον αέρα), τότε δεν παρουσιάζει αντίσταση, και παίρνει όλες τις στροφές. Σε αυτό το σημείο, θα πρέπει να σημειώσουμε ότι το μέγεθος της μεταφερόμενης ροπής, καθορίζεται από τον κινητήριο τροχό, ο οποίος έχει τη μικρότερη πρόσφυση με το οδόστρωμα. Η αντιμετώπιση αυτού του μειονεκτήματος, γίνεται με συστήματα στα οποία αναστέλλεται ολικά ή μερικά η λειτουργία του διαφορικού.

Η πρώτη περίπτωση είναι η ολική αναστολή της λειτουργίας του διαφορικού. Η ολική αναστολή επιτυγχάνεται χειροκίνητα ή αυτόματα με τη σταθεροποίηση ορισμένων μερών του διαφορικού μεταξύ τους, έτσι ώστε τα δυο ημιαξόνια να λειτουργούν σαν ένας ολόσωμος άξονας. Την ολική αναστολή την εφαρμόζουμε μονό στα μεγάλα ειδικά οχήματα (στρατιωτικά, ρυμουλκά και αλλά).
Η δεύτερη περίπτωση είναι η μερική αναστολή και χρησιμοποιείται στα διαφορικά περιορισμένης – ελεγχόμενης ολίσθησης, στα οποία όταν παρουσιαστεί μεγάλη διαφορά στροφών μεταξύ των δυο τροχών, μειώνεται αυτόματα η λειτουργία του διαφορικού.

Τέλος, πρέπει να επισημάνουμε τα μειονεκτήματα. Η ολική αναστολή, προκαλεί φθορά στα ελαστικά λόγω των πολλών δυνάμεων και καταπονήσεων και αυτός είναι ένας από τους λογούς που το χρησιμοποιούμε μονό στα μεγάλα ειδικά οχήματα. Ο κύριος λόγος που βρίσκει εφαρμογή μονό σε αυτά τα οχήματα είναι οι περισσότερες ανωμαλίες του οδοστρώματος που συναντάνε σε σχέση με τα επιβατικά οχήματα και οι χαμηλές ταχύτητες κίνησης.  

Διαφορικό με αναστολέα, είναι το διαφορικό που επιτρέπει με χειροκίνητο τρόπο ή με ηλεκτροκίνητο τρόπο την εμπλοκή των δύο ημιαξονίων των  κινητήριων τροχών και τα επιτρέπει να κινηθούν με την ίδια περιστροφική ταχύτητα.» Όπως και στα συμβατικά διαφορικά, έτσι και εδώ υπάρχει το ζεύγος γωνιακής μετάδοσης (κορώνα – πινιόν) οι πλανήτες και οι δορυφόροι. Υπάρχει όμως και ο ωστικός τριβέας που μετακινείται χειροκίνητα ή αυτόματα και σταθεροποιεί διάφορα μέρη του διαφορικού, ο οποίος φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Τα μέρη του διαφορικού τα οποία μπορούν να σταθεροποιηθούν είναι είτε οι δορυφόροι είτε η θήκη και τα ημιαξόνια. 

ΔΙΑΦΟΡΙΚΑ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΗΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ

Οι τύποι των διαφορικών περιορισμένης ολίσθησης, κατατάσσονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες. Στη πρώτη κατηγορία υπάρχουν αυτά που «αισθάνονται» την ροπή και στη δεύτερη αυτά που «αισθάνονται» τη ταχύτητα περιστροφής των κινητήριων τροχών.

Τα διαφορικά που «αισθάνονται» τη ροπή, χρησιμοποιούν τη μηχανική τριβή των εξαρτημάτων τους για να δημιουργήσουν την απαιτούμενη διαφορά ροπής μεταξύ των δύο αξόνων, ανεξάρτητα από την ταχύτητα περιστροφής των τροχών.

Τα διαφορικά που «αισθάνονται» την ταχύτητα των τροχών, για να ενεργοποιηθούν και να λειτουργήσουν, πρέπει να υπάρχει διαφορά στην ταχύτητα περιστροφής των τροχών.

Τα διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης, παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα:

Τα διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης, ονομάζονται και LSD, που σημαίνει Limited Slip Differential. Άρα, από εδώ και στο εξής θα τα ονομάσουμε με αυτή την ονομασία τους.

 LSD ΜΕ ΠΟΛΥΔΙΣΚΟΥΣ ΣΥΜΠΛΕΚΤΕΣ

   
Η αρχή λειτουργίας αυτού του διαφορικού, βασίζεται στο κλασσικό διαφορικό, με τη διαφορά ότι σε αυτόν το τύπο του διαφορικού προστίθενται κάποια παραπάνω εξαρτήματα, όπως οι δίσκοι τριβής, οι δίσκοι πίεσης και τα ελατήρια προέντασης των δίσκων. Οι δίσκοι πίεσης, φέρνουν τους πλανήτες, τον άξονα των δορυφόρων και τους δορυφόρους σε εμπλοκή μέσα από τους δίσκους τριβής. Μετά από κάθε δίσκο πίεσης, υπάρχει και ένας δίσκος τριβής.
Όταν εφαρμόζεται ροπή στο διαφορικό, τότε το κέλυφος του θα περιστραφεί και θα σπρώξει τον άξονα των δορυφόρων μέσα στην υποδοχή των δίσκων πίεσης. Οι δίσκοι πίεσης σπρώχνονται τότε επάνω στους δίσκους τριβής, συμπιέζοντας τους μεταξύ τους. Αυτοί με τη σειρά τους, προκαλούν τη σταδιακή εμπλοκή των τροχών ανάλογα με την ισχύ που διατίθεται στο σύστημα. Τα εξαρτήματα του LSD με πολύδισκους συμπλέκτες, παρουσιάζονται σε τομή στην παρακάτω  εικόνα: 

LSD με πολύδισκους συμπλέκτες. Το κόκκινο βέλος, δείχνει το συμπλέκτη που συνδέει το φορέα των δορυφόρων με το ημιαξόνιο.  

LSD ΜΕ ΠΟΛΥΔΙΣΚΟΥΣ ΣΥΜΠΛΕΚΤΕΣ ΜΕ ΥΔΡΑΥΛΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

Ο απλός υδραυλικός συμπλέκτης είναι παρόμοιος με τον απλό παθητικό συμπλέκτη, αντί όμως να χρησιμοποιήσουμε ελατήρια τοποθετούμε έναν υδραυλικό ενεργοποιητή.
Βάζοντας υδραυλικό υγρό μέσα στο κέλυφος και μια αντλία η οποία παίρνει το υγρό και το στέλνει στους ενεργοποιητές οι οποίοι με την σειρά τους ωθούν τους δίσκους του συμπλέκτη. Αφού οι δορυφόροι περιστρέφονται μόνο όταν οι πλανήτες κινούνται με διαφορετική ταχύτητα τότε μόνο στέλνει η αντλία το υδραυλικό υγρό καθιστώντας το σύστημα αυτό ευαίσθητο στις αλλαγές ταχύτητας.
Το πλεονέκτημα είναι ότι προσφέρεται πιο άμεση αντίδραση από το ιξώδες υγρό και η ενεργοποίησή του γίνεται πλέον και σε μικρότερες ταχύτητες.
Παρόλα αυτά ακόμα αντιμετωπίζουμε φθορά των δίσκων και στην ουσία το ποσοστό ενεργοποίησης εξαρτάται πλήρως από τους μηχανικούς. 

HYDRA – LOCK

Το να τοποθετήσεις ηλεκτρισμό μέσα στο κέντρο ενός διαφορικού δεν είναι απλό αλλά είναι εφικτό. Έτσι ηλεκτρονικοί ενεργοποιητές μπορεί να τοποθετηθούν είτε για κινήσουν άμεσα τον συμπλέκτη είτε για να κινήσουν μια υδραυλική αντλία. Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ηλεκτρονική αντλία έξω από το κέλυφος αλλά μέσα στο σύστημα αξόνων που στέλνει υγρό σε ένα υδραυλικό ενεργοποιητή ο οποίος με την σειρά του ωθεί ένα δακτυλίδι πίεσης πάνω στα σετ των συμπλεκτών.

Με αυτή τη διάταξη είναι δυνατόν να ασκήσουμε μεγάλη πίεση στα σετ των δίσκων συμπλέκτη αλλά και πολύ μικρή. Αυτό είναι και το μεγάλο πλεονέκτημα αυτού του συστήματος. Δηλαδή ότι είναι πολύ εύκολο να αλλάξεις ρυθμίσεις που ποικίλουν από 0% μεταφορά ροπής μέχρι 100% ανάλογα με την πλευρά που θέλουμε να μεταφερθεί η ροπή.

Αυτά τα συστήματα είναι αρκετά πολύπλοκα καθώς χρειάζονται μεγάλη υπολογιστική δύναμη για να ελεγχθούν επαρκώς και συνήθως ασκούν δύναμη στους δίσκους με ολισθαίνοντα στοιχεία τα οποία αντιμετωπίζουν μεγάλο πρόβλημα φθοράς.

Στην παρακάτω εικόνα, βλέπουμε το Hydra lock, με ενεργοποιητές που κινούν άμεσα τους δίσκους του συμπλέκτη.

ΔΙΑΦΟΡΙΚΌ SALISBURY

Ένα διαφορικό Salisbury και τα εξαρτήματα τα οποία αποτελείται, παρουσιάζονται στην παρακάτω εικόνα:

1.    Σταυρός
2.    Δορυφόροι
3.    Πλανήτες
4.    Πλάκες πίεσης
5.    Σταθερά δισκάκια
6.    Κινητά δισκάκια
7.    Δισκοειδές ελατήριο προφόρτισης
8.    Ροδέλα
9.    Πλάκα κλεισίματος
10.  Κέλυφος

Στο διαφορικό Salisbury, μεταξύ του δεξιού και του αριστερού μέρους, υπάρχει συμμετρία σε όλα τα εξαρτήματα, εκτός από το δισκοειδές ελατήριο προφόρτισης. Στο κέντρο συμμετρίας του διαφορικού βρίσκεται ο σταυρός πάνω στον οποίο προσαρμόζονται οι δορυφόροι. Ο σταυρός συγκρατεί τους δορυφόρους ώστε να παραμένουν στην θέση στην οποία σχεδιάστηκαν για να λειτουργούν. Εκατέρωθεν βρίσκονται οι πλανήτες, οι οποίοι στο εσωτερικό τους έχουν κατάλληλο πολύσφηνο (καρέ), ώστε να συνδεθούν με τα ημιαξόνια.
Εκατέρωθεν των πλανητών, βρίσκονται οι πλάκες πίεσης, οι οποίες φιλοξενούν στο σώμα τους τις οχτώ ράμπες, στις οποίες κινούνται οι δορυφόροι κατά την λειτουργία. Η γωνία της ράμπας είναι εκείνη που καθορίζει το ποσοστό εμπλοκής. Στην εικόνα.9, φαίνονται δύο ράμπες για τον ίδιο δορυφόρο και η μία έχει μεγαλύτερο ποσοστό εμπλοκής από την άλλη. Με κόκκινο χρώμα σημειώνονται οι πλευρές κάθε ράμπας που χρησιμοποιούνται κατά την επιβράδυνση και με πράσινο οι αντίστοιχες για την επιτάχυνση. 

Δύο ράμπες για έναν δορυφόρο

Στην παρακάτω εικόνα φαίνονται οι δορυφόροι

 

Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται ο συνολικός μηχανισμός

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ SALISBURY

Όταν οι τροχοί έχουν διαφορετική ταχύτητα, τότε ενεργοποιούν τους δορυφόρους οι οποίοι έχουν την τάση να ολισθησουν πάνω στην ράμπα.
Το αποτέλεσμα είναι οι πλάκες πίεσης να ανοίγουν. Όμως εκατέρωθεν υπάρχουν από τέσσερα δισκάκια (δύο σταθερά, αυτά με τα εξωτερικά ‘αυτάκια’ τα οποία φωλιάζουν στις κατάλληλες υποδοχές που έχει το κέλυφος) και δύο κινητά δισκάκια (τα οποία έχουν κατάλληλα διαμορφωμένη την εσωτερική τους επιφάνεια ώστε να συνδέονται σταθερά με τους πλανήτες). Τα σετ αυτά λειτουργούν με τρόπο παρόμοιο με το σετ δίσκου συμπλέκτη\πλατώ.
Τα κινητά δισκάκια γυρίζουν με την εκάστοτε ταχύτητα των πλανητών. Όταν ασκηθεί πίεση λόγω εντοπισμού ολίσθησης, τότε τα δισκάκια αυτά πατινάρουν με τα σταθερά, περιορίζοντας την ολίσθηση.
Το δισκοειδές ελατήριο προφόρτισης φροντίζει όλο το σύστημα να διατηρεί μια μικρή πίεση. Οι ροδέλες πάνω και κάτω φροντίζουν να περιορίζουν το άνοιγμα που μπορούν να κάνουν οι δορυφόροι κρατώντας με αυτό το τρόπο τα γρανάζια σε σωστή επαφή, ώστε να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία και να περιοριστεί η φθορά στο σύστημα των γραναζιών.
  
Τα πλεονέκτημα του LSD με πολύδισκους συμπλέκτες είναι:

•    Περιορισμός ολίσθησης των τροχών σε στροφές με μεγάλες ταχύτητες.

•    Διάθεση ισχύς στους τροχούς πιο ομοιόμορφα, όταν προσφέρεται η μεγαλύτερη ισχύ στο σύστημα.

•    Ομοιόμορφη πρόσφυση και καλύτερος έλεγχος του οχήματος κατά την επιτάχυνση ή την επιβράδυνση.

•    Σε συνθήκες ομαλής οδήγησης, το σύστημα με τους δίσκους αποσυμπλέκεται, για να μειωθούν οι τριβές και το όχημα να στρίβει ευκολότερα.    

 LSD TORSEN 1

Το διαφορικό Torsen 1 είναι ένα καθαρά μηχανικό διαφορικό περιορισμένης ολίσθησης, επιτρέποντας την κατανομή της ροπής ανάμεσα στους τροχούς χωρίς οι τελευταίοι να μπλοκάρουν ποτέ. Το όνομα του σημαίνει Torque Sensing δηλαδή δρα βάση της διαισθανόμενης ροπής.
Αποτελείται από το εξωτερικό κέλυφος και ένα σύμπλεγμα γραναζιών τύπου invex (side gears-thrust washers-element gears), τα οποία αποτελούν στην ουσία την καινοτομία του συστήματος αυτού καθώς αντικαθιστούν τα κλασικά εξαρτήματα των διαφορικών περιορισμένης ολίσθησης όπως πλανήτες, δορυφόρους κ.τ.λ. Εφευρέτης είναι ο Vernon Gleason το 1950 με την ονομασία dual drive differential αρχικά της triple-d και από το 1982 της Gleason. Ο βασικός μηχανισμός του διαφορικού Torsen 1, σε τομή, φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
 

 

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ TORSEN 1

Η αρχή λειτουργίας του διαφορικού Torsen 1, βασίζεται στη αυτοσύσφιξη μεταξύ ατέρμονα και κορώνας ενός συστήματος. 

Το μέγεθος της αυτοσύσφιξης εξαρτάται από τη γωνία κλίσης της οδόντωσης του ατέρμονα και της κορόνα του. Η αυτοσύσφιξη δεν υπάρχει όταν ο ατέρμονας κινεί την κορόνα.

 

 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ TORSEN 1

Στο παρακάτω σχήμα 12, μπορούμε να δούμε τα εξαρτήματα του διαφορικού Torsen 1.

ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΟΝΟΜΑΣΙΕΣ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΤΟΥ TORSEN 1

Για να μπορέσουμε να εξηγήσουμε καλύτερα τη λειτουργία του διαφορικού Torsen 1, θα δώσουμε κάποιες πρακτικές ονομασίες στα εξαρτήματα του. Αυτές οι ονομασίες φαίνονται στο παρακάτω σχήμα.13.

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΓΡΑΝΑΖΙΩΝ TORSEN 1

Όπως παρατηρούμε στο σχήμα.14, οι πλανήτες (Worm Wheel), δεν ενώνονται μεταξύ τους. Η «επικοινωνία» μεταξύ των δύο πλανητών, γίνεται μέσω των συγχρονισμένων γραναζιών.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΥ TORSEN 1

   

Σε ευθεία στροφή, όπου δεν υπάρχουν αντιστάσεις από το οδόστρωμα και ο σκοπός είναι και οι δύο τροχοί να έχουν την ιδία περιστροφική ταχύτητα, το διαφορικό Torsen 1 λειτουργεί ως εξής:

Το πινιόν της κεντρικής ατράκτου δίνει κίνηση στη κορώνα, η οποία με τη σειρά της δίνει κίνηση στη θήκη του διαφορικού. Στη θήκη του διαφορικού όπως είπαμε, μέσω οπών στηρίζονται οι δορυφόροι. Έτσι, όταν θα πάει να περιστραφεί η θήκη, θα παρασύρει μαζί και τους δορυφόρους, οι οποίοι θα δώσουν τη κίνηση στους πλανήτες.

Στην ευθεία οι δορυφόροι δεν γυρίζουν γύρω από τον εαυτό τους, ακριβώς όπως δεν γυρνούσαν και στο συμβατικό διαφορικό. Δηλαδή οι δορυφόροι λειτουργούν σαν σφήνες και παρασέρνουν τους πλανήτες.

Ας υποθέσουμε τώρα, ότι ο δεξιός τροχός (όπως βλέπουμε το σχήμα 12), έχει πέσει σε λάσπη και αρχίζει να περιστρέφεται με πολλές στροφές, ενώ ο αριστερός τροχός βρίσκεται σε έδαφος με καλή πρόσφυση.

Αφού λοιπόν ο δεξιός τροχός περιστρέφεται με πολλές στροφές, άρα και ο δεξιός πλανήτης περιστρέφεται και αυτός με τις ίδιες στροφές του τροχού. Ο δεξιός πλανήτης, δίνει κίνηση στον δεξιό δορυφόρο ο οποίος με τη σειρά του κινεί τον αριστερό δορυφόρο. Πρέπει να αναφέρουμε, ότι σε μικρές στροφές, περιστρέφεται μονό ο δεξιός πλανήτης, ενώ ο αριστερός παραμένει ακίνητος. Ο αριστερός δορυφόρος, παίρνει κίνηση από τη θήκη, ενώ ο δεξιός δορυφόρος, παίρνει κίνηση από τον τροχό που σπινάρει.  Όταν όμως εμείς δώσουμε πολλές στροφές και η θήκη αρχίζει να περιστρέφεται γρήγορα, τότε όλο το σύστημα μπλοκάρει εξαιτίας της αυτοσύσφιξης μεταξύ ατέρμονα και κορώνα και λειτουργεί όπως και στη ευθεία. Έτσι ξεπερνάει το εμπόδιο του οδοστρώματος.

Ο δεξιός τροχός που παίρνει όλες τις στροφές, δεν μπορεί να μας δώσει ροπή, άρα η ροπή και όχι οι στροφές, πρέπει να μεταφερθεί στον αριστερό άξονα που έχει τη πρόσφυση.

 Όλο το μυστικό αυτού του μηχανισμού, βρίσκεται στη γωνία κλίσης της οδόντωσης του ατέρμονα και της κορόνας του και στο βήμα οδόντωσης. Όσο πιο μικρό είναι το βήμα οδόντωσης, τόσο πιο γρήγορα γίνεται η αυτοσύσφιξη – μπλοκάρισμα.

Αν σας  αρέσουν  τα άρθρα του vehiclestech.blogspot.gr στηρίξτε μας με μια δωρεά στο παρακάτω Donate Button.