Differential

emner:

generelt
Krone tandhjul
Betjening af differentialet
Ulemper ved en differential
Justering af kronhjulet
LSD (begrænset sfærisk differential)
Torsen differentiale
Vedligeholdelse og defekter af en differentiale
Juster differentialelejeforspænding

overordnet:
Differentialet, også kaldet kardan, gør en hastighedsforskel i drevet mulig. Kun udtrykket differential bruges på denne side.
Ved kurvekørsel laver det ene hjul flere omdrejninger end det andet. Derfor, når en bil drejer til venstre (som på billedet nedenfor), vil højre hjul lave flere omdrejninger end venstre hjul (r1 > r2). Så der er en hastighedsforskel. En differential sikrer, at dette er muligt.

I forhjulstrukne biler sidder differentialet i gearkassen. I baghjulstrukne biler er dette placeret ved bagakslen, mellem baghjulene. Derefter løber en kardanaksel fra gearkassen bagud til differentialet.

Billedet nedenfor er af en baghjulsdrevet bil. Akslen mellem gearkassen og differentialet (kardan) kaldes kardanakslen eller mellemakslen. Dette er beskrevet særskilt på siden cardan aksel. Der er monteret to drivaksler på differentialet, der driver baghjulene.

Krone tandhjul:
Krontandhjulet i differentialet er nævnt separat, fordi disse dele skal justeres meget nøjagtigt efter arbejde. Tandhjulet er fastgjort til propelakslen. Motoren og gearkassen driver propelakslen, og tandhjulet driver kronhjulet. Justeringen mellem krone og tandhjul er et meget specialistarbejde. Gearene skal tilpasses hinanden ved hjælp af fabriksdata og måle-/justeringsudstyr. Korrekt justering sikrer den mindste støjudvikling og den længste levetid.

Betjening af differentialet:
Kronhjulet 1 drives af tandhjulet fra motoren/gearkassen. Ved kørsel ligeud vil drivaksler 2 og 3 rotere med samme hastighed, og satellithjul 4 vil ikke rotere om sin akse.

I situationen på dette billede er den venstre drivaksel stationær. Det kan skyldes, at det venstre hjul er på asfalten, og det højre hjul er på en ikke-asfalteret vej. I dette tilfælde vil hjulet på grusvejen dreje rundt.
Satellithjulet roterer nu om sin akse, og den fulde drivkraft placeres på højre drivaksel. Den venstre er nu stationær. En lignende situation opstår også ved kørsel gennem et sving, dæktrykket er lavere på den ene side, dækprofilerne er meget forskellige og vejbanen er ikke helt flad.

Ulemper ved en differential:
Det faktum, at differentialet tillader forskelle i hastigheder mellem hjulene, er også en stor ulempe under visse omstændigheder. Når et af de drevne hjul mister grebet, mistes hele drevet. Når en bil står med 1 hjul på asfalten og 1 hjul i mudder, vil hjulet i mudder være drevet 1% og hjulet på asfalten (med mest greb) forbliver stillestående. Dette skyldes, at satellithjulet vil snurre hurtigt, og hjulet med mindst modstand vil køre mest.

Justering af kronhjulet:
Højden og afstanden af krone- og tandhjulets kontaktflader kan justeres. Billederne viser konsekvenserne af forkert justering.

Ved at smøre kronhjulet en kvart omgang med specialfedt (som opløses i olie), kan lejefladen mellem kronhjul og tandhjul bestemmes. Ved at dreje tandhjulet frem og tilbage et antal omdrejninger bliver støttefladen klar (se billeder). Ved at justere og dreje et antal gange kan det hele tilpasses til den ideelle støtteflade.

Det skal tages i betragtning, at belastningen på drevet også får støttefladen til at flytte sig. Efterhånden som belastningen øges, bevæger lejefladen sig mere til ydersiden af kronhjulet (ovenfor højre billede). Ved lette belastninger bevæger lejefladen sig mere indad. Ved justering skal støttefladen være i midten. Se altid fabriksdataene for størrelser.
En forkert justering forårsager (nogle gange ekstremt) meget støj i drevet, såsom en fløjtende eller skrigende lyd. Slid vil også stige. For eksempel kan differentialet svigte efter blot et par tusinde kilometer på grund af skødesløs (eller ingen) justering. Forud for dette var naturligvis en høj lyd.

LSD (Limited Slip Differential)
For at forhindre ovenstående situation er det nyttigt at (delvist) deaktivere driften af differentialet i nogle tilfælde. Det kaldes blokering. Når et differentiale er spærret, er drevet på begge aksler det samme. Satellithjulet er stoppet, eller begge solhjul er koblet sammen. Der er forskellige udviklinger med flerpladekoblinger, viskøse koblinger og klokoblinger.

Billedet nedenfor viser en LSD (Limited Slip Differential). Dette er en differential med øget intern friktion. Multipladekoblinger er placeret mellem de ydre lige overflader af de koniske solhjul på halvakslerne og differentialehuset.

Trykringene i LSD'en er på den ene side forbundet med differentialhuset og kan på den anden side bevæges aksialt. Trykringene er kileformede på indersiden på grund af satellithjulenes konvekse form. De indre lameller (mørke farvede på billedet ovenfor) går i indgreb med de indvendige tænder på akselakslerne. De ydre lamellers udvendige tænder går i indgreb i differentialhusets langsgående riller. Det betyder, at de yderste lameller ikke kan rotere.

Ved ligeudkørsel roterer kronhjulet og drivakslen med samme hastighed, så der er ingen friktion. Når et af hjulene har for lidt greb og derfor drejer hurtigere end det andet hjul, opstår der en hastighedsforskel mellem trykringens koniske overflader. Trykringen presses mod lamellerne, og der skabes et lastafhængigt friktionsmoment mellem de ydre lameller (som er blokeret af differentialehuset) og de hurtigt roterende indvendige lameller, der er forbundet med drivakslen.

De mere moderne elektronisk styrede systemer er blevet videreudviklet på de selvlåsende systemer. De tidligere beskrevne trykringe, der er til stede i de selvlåsende systemer, erstattes derefter af hydraulisk virkende ringcylindre. Ladekoblingerne betjenes ved hjælp af elektronik.

Torsen differentiale
Torsen-differentialet ('torsen' er en forkortelse af 'torque sensing', løst oversat: 'momentfølelse') er i princippet en symmetrisk differential. Når begge udgangsaksler roterer med samme rotationsfrekvens, er drivmomenterne i disse aksler ens. Hvis der af en eller anden grund opstår differentiel handling, falder drivmomentet til den hurtigere roterende udgangsaksel og til den langsommere roterende aksel. Også her skabes der i princippet et internt friktionsmoment, der på den ene side reducerer udgangsmomentet og på den anden side øger udgangsmomentet. Betjeningen er baseret på snekkegeartransmissionens selvlåsende adfærd, som skabes ved at vælge den korrekte stigningsvinkel på disse gear.
Akseldifferentialet på billedet nedenfor er boltet til ringgearet. Snekkegearakslerne er monteret i differentialehuset. Snekkegearene, som er forbundet to og to med cylindriske tandhjul, kan rotere frit om deres akser.
Tre sæt med to snekkegear hver er installeret. Et snekkegear fra hvert sæt går i indgreb med snekken, der er noteret på hjulets drivaksel til det højre hjul; det andet snekkegear går i indgreb med snekken på hjulets drivaksel til venstre hjul.
Under ligeudkørsel (frem eller tilbage), når der ikke er nogen differentialvirkning, roterer begge aksler med samme hastighed. Differentialhuset bærer snekkegearene, som igen driver snekkene med drivakslerne. Begge snekkegear ønsker at rotere i samme retning på grund af deres stigning, hvilket ikke er muligt på grund af koblingen med cylindriske tandhjul. Differentialet roterer nu som én blok og sikrer en symmetrisk drejningsmomentfordeling (50% – 50%).

Hvis der opstår en differentialeffekt, for eksempel under kørsel gennem et sving, eller hvis et hjul glider, vil den ene snekke dreje hurtigere og den anden snekke langsommere end differentialehuset. Der tilføres nu et større drejningsmoment til det langsommere roterende hjul end til det hurtigere roterende hjul. Den hurtigere roterende snekke driver det tilsvarende snekkegear og dermed det snekkegear der driver snekken til det langsommere roterende hjul. Drejningsmomentet til det langsommere roterende hjul øges yderligere af den delvist selvlåsende effekt af drevet gennem snekkegearet i snekkens retning. Ved at vælge den korrekte stigningsvinkel på snekken kan den ønskede momentfordeling, her blokeringsværdien, opnås.
Torsen-differentialet har ingen indflydelse på nogen ABS-funktion, da låseeffekten kun opstår under belastning, altså når speederen accelereres.

Især i væddeløb, med drifting, er differentialet låst. Hvis dette ikke er teknisk muligt på visse biler, svejses satellithjulet fast på solhjulene. På denne billige måde er differentialet altid låst. Ulempen er, at den næsten ikke kan køres på offentlig vej længere, fordi det hjul, der har den laveste hastighed i sving, begynder at glide. Chancen for defekter på drivaksler og CV-led er også større.
En anden måde er at få ESP (Electronic Stability Program) til at gribe ind. Dette system bremser det glidende hjul ved kortvarigt at aktivere bremsekaliberen. Ved at bremse det glidende hjul vil mere kraft automatisk blive overført til det andet hjul gennem betjeningen af differentialet. På den måde er den ulempe også elimineret. Dette kaldes nogle gange også en elektronisk differentialfunktion med begrænset slip.

Vedligeholdelse og defekter af en differential:
I dag indeholder en differential ofte "livstidsolie". Producenten angiver, at olien ikke skal skiftes med jævne mellemrum. Nogle producenter angiver et tømningsinterval i et vist antal kilometer. Denne periode må ikke overskrides. Det er også godt at skifte olie lejlighedsvis for differentialer med levetidsolie. Hver olie kommer i kontakt med ilt og gennemgår en oxidationsproces. Den smørende effekt aftager. Derfor er det godt at skifte denne olie ved en bestemt kilometertal (f.eks. 150.000 km).
Defekte differentialer, hvor lejerne er defekte eller pladsen på kronhjulet ikke er i orden, vil give en del støj i drevet. Differentialerne kan normalt efterses. Under eftersynet måles kronens og tandhjulets tandoverflader, og lejerne udskiftes. Hvis tandfladerne er slidt for meget ned, skal delene udskiftes. Udskiftning af kronhjulet er ofte meget dyrt.

Justering af differentiallejets forspænding:
Lejerne i differentialet skal monteres under en vis forspænding. Denne værdi bestemmes af differentialproducenten. Hvis forspændingen enten er for lav eller for høj, kan lejet svigte over tid. Overvej en for høj aksial belastning, som kan få lejet til at blive for varmt. Ved eftersyn af differentiale eller udskiftning af lejer skal forspændingen altid kontrolleres og justeres om nødvendigt. Ved at tage mål kan det bestemmes, hvilken tykkelse påfyldningsringen (mellem lejet og tætningsholderen) skal være.
Eksempler på de målinger, der skal udføres, er givet nedenfor.

Afstanden mellem ydersiden af gearkassehuset og lejet skal måles med en dybdemåler. Værdien målt på billedet er 12 mm.

Med denne dybdemåler kan højden af skulderen på olietætningsholderen også måles. Værdien målt på billedet er 10,0 mm.

Under installationen er skulderen på olietætningsholderen monteret i differentialehuset. Ved at trække de to netop målte værdier fra, bestemmes afstanden mellem differentialelejet og skulderen på olietætningsholderen: Dybde – højde = 12,0 0 mm – 10,00 mm = 2 mm.
Hvis der blev placeret et 2 mm mellemlæg mellem differentialelejet og tætningsholderen, ville lejet blive monteret spændingsfrit.
Det er selvfølgelig ikke meningen; et tykkere mellemlæg skal placeres for at montere lejet under spænding. Forspændingen er foreskrevet af producenten. Dette kan fx være 0,25 mm.
Det shim, der skal placeres i dette tilfælde, er den målte afstand + forspændingen, så; 2 mm + 0,25 mm = 2,25 mm. Når shim med en tykkelse på 2,25 mm er placeret, er forspændingen korrekt indstillet. Den passende shim-ring skal findes i en beholder med forskellige størrelser shim-ringe. Den korrekte skive kan findes med en skruemåler.
På billedet nedenfor kan du se, at shim har en tykkelse på 2,25 mm. Så dette er det rigtige shim. Mere information om måling med mikrometer kan findes på siden "Mekanisk måleværktøj".

Målingerne af dybden af lejet og højden af skulderen på tætningsholderen på billederne ovenfor blev foretaget med en dybdemåler. Disse målinger kan dog også udføres med en måleur. Forklaring om måling med måleuret findes også på siden "Mekanisk måleværktøj".

Aflæsningerne på billederne nedenfor svarer ikke til målingerne ovenfor. Billederne er også meget slørede. Disse vil snart blive erstattet af nye billeder, der viser målene korrekt.

Værdierne for måleuret og dybdemåleren skal stemme overens. I princippet er det ligegyldigt, hvilket værktøj der bruges til at udføre målingen, forudsat at begge måleredskaber er tilgængelige. For eksempel kan det under en praktisk eksamen godt være, at der kun stilles én type måleværktøj til rådighed. Det er derfor vigtigt at kunne bruge alle måleredskaber; caliperen, mikrometeret og måleuret.