Differensial

Emner:

Algemeen
Krontandhjul
Drift av differensialen
Ulemper med en differensial
Justering av krondrevet
LSD (begrenset sfærisk differensial)
Torsen differensial
Vedlikehold og feil på en differensial
Juster differensiallagerets forspenning

generelle:
Differensialen, også kalt kardan, gjør en hastighetsforskjell i drivverket mulig. Kun begrepet differensial brukes på denne siden.
Ved svinger gjør det ene hjulet flere omdreininger enn det andre. Derfor, når en bil gjør en venstresving (som på bildet nedenfor), vil høyre hjul gjøre flere omdreininger enn venstre hjul (r1 > r2). Så det er en hastighetsforskjell. En differensial sørger for at dette er mulig.

I forhjulsdrevne biler sitter differensialen i girkassen. I bakhjulsdrevne biler er denne plassert på bakakselen, mellom bakhjulene. En kardanaksel går deretter fra girkassen og bak, til differensialen.

Bildet nedenfor er av en bakhjulsdrevet bil. Akselen mellom girkassen og differensialen (kardan) kalles kardanaksel eller mellomaksel. Dette er beskrevet separat på siden kardangaksel. Det er to drivaksler montert på differensialen som driver bakhjulene.

Kronedrev:
Krondrevet i differensialen er nevnt separat, fordi disse delene må justeres veldig nøyaktig etter arbeid. Tannhjulet er festet til propellakselen. Motoren og girkassen driver propellakselen og pinjonghjulet driver kronhjulet. Justeringen mellom krone og pinjonghjul er en meget spesialisert jobb. Girene skal justeres til hverandre ved hjelp av fabrikkdata og måle-/justeringsutstyr. Riktig justering sikrer minst støyutvikling og lengst levetid.

Drift av differensialen:
Kronhjulet 1 drives av pinjonghjulet fra motoren/girkassen. Ved kjøring rett frem vil drivakslene 2 og 3 rotere med samme hastighet og satellitthjulet 4 vil ikke rotere om sin akse.

I situasjonen for dette bildet er venstre drivaksel stasjonær. Dette kan skyldes at venstre hjul er på asfalten og høyre hjul er på uasfaltert vei. I dette tilfellet vil hjulet på grusveien snurre.
Satellitthjulet roterer nå om sin akse og hele drivkraften plasseres på høyre drivaksel. Den venstre er nå stasjonær. En lignende situasjon oppstår også når du kjører gjennom en sving, dekktrykket er lavere på den ene siden, dekkprofilene er store forskjellige og veibanen er ikke helt flat.

Ulemper med en differensial:
Det faktum at differensialen tillater forskjeller i hastigheter mellom hjulene er også en stor ulempe under visse omstendigheter. Når et av de drevne hjulene mister veigrepet, tapes hele drivverket. Når en bil har 1 hjul på asfalten og 1 hjul i gjørme, vil hjulet i søle være drevet 1% og hjulet på asfalten (med mest grep) vil stå stille. Dette er fordi satellitthjulet vil snurre raskt og hjulet med minst motstand vil kjøre mest.

Justering av krondrevet:
Høyden og avstanden til kontaktflatene til krone- og pinjongtannhjulene kan justeres. Bildene viser konsekvensene av feiljustering.

Ved å smøre kronhjulet en kvart omdreining med spesialfett (som løses opp i olje) kan bæreflaten mellom kronhjulet og pinjonghjulet bestemmes. Ved å dreie pinjonghjulet frem og tilbake et antall omdreininger blir støtteflaten tydelig (se bilder). Ved å justere og snu flere ganger kan helheten justeres til den ideelle støtteflaten.

Det må tas i betraktning at belastningen på drevet også fører til at støtteflaten forskyves. Etter hvert som belastningen øker, beveger bæreflaten seg mer til utsiden av kronhjulet (bilde over høyre). Ved lett belastning beveger bæreflaten seg mer innover. Ved justering skal støtteflaten være i midten. Se alltid fabrikkdataene for størrelser.
En feil justering forårsaker (noen ganger ekstremt) mye støy i stasjonen, for eksempel en plystring eller skrikende lyd. Slitasjen vil også øke. For eksempel kan differensialen svikte etter bare noen få tusen kilometer på grunn av uforsiktig (eller ingen) justering. Dette ble selvfølgelig innledet av en høy lyd.

LSD (Limited Slip Differential)
For å forhindre situasjonen ovenfor, er det nyttig å (delvis) deaktivere driften av differensialen i noen tilfeller. Det kalles blokkering. Når en differensial er låst, er drivverket på begge aksler likt. Satellitthjulet stoppes, eller begge solhjulene er koblet sammen. Det er ulike utviklinger med flerplatekoblinger, viskøse koblinger og klokoblinger.

Bildet nedenfor viser en LSD (Limited Slip Differential). Dette er en differensial med økt intern friksjon. Multiplate clutcher er plassert mellom de ytre rette flatene på de koniske solhjulene på halvakslene og differensialhuset.

Trykkringene i LSD er koblet til differensialhuset på den ene siden, og kan beveges aksialt på den andre. Trykkringene er kileformet på innsiden på grunn av den konvekse formen på satellitthjulene. De indre lamellene (mørke i bildet ovenfor) går i inngrep med de indre tennene til akselakslene. De ytre tennene til de ytre lamellene griper inn i de langsgående sporene til differensialhuset. Dette betyr at de ytre lamellene ikke kan rotere.

Når du kjører rett frem, roterer kronhjulet og drivakselen med samme hastighet, så det er ingen friksjon. Når et av hjulene har for lite grep og derfor svinger raskere enn det andre hjulet, oppstår det en hastighetsforskjell mellom de koniske flatene på trykkringen. Trykkringen presses mot lamellene og det skapes et lastavhengig friksjonsmoment mellom de ytre lamellene (som er blokkert av differensialhuset) og de raskt roterende indre lamellene som er koblet til drivakselen.

De mer moderne elektronisk styrte systemene er videreutviklet på de selvlåsende systemene. De tidligere beskrevne trykkringene som er tilstede i de selvlåsende systemene blir deretter erstattet av hydraulisk virkende ringsylindre. Lamellclutchene betjenes ved hjelp av elektronikk.

Torsen differensial
Torsen-differensialen ('torsen' er en forkortelse av 'torque sensing', løst oversatt: 'momentfølelse') er i prinsippet en symmetrisk differensial. Når begge utgående aksler roterer med samme rotasjonsfrekvens, er drivmomentene i disse akslene like. Hvis differensialvirkning oppstår av en eller annen grunn, reduseres drivmomentet til den raskere roterende utgående akselen og til den langsommere roterende akselen. Også her skapes det i prinsippet et internt friksjonsmoment som på den ene siden reduserer utgangsmomentet og på den andre siden øker utgangsmomentet. Operasjonen er basert på den selvlåsende oppførselen til snekkegirtransmisjonen, som skapes ved å velge riktig stigningsvinkel for disse girene.
Akseldifferensialen på bildet under er boltet til ringgiret. Snekkegirakslene er montert i differensialhuset. Snekkehjulene, som er forbundet to og to med sylindriske tannhjul, kan rotere fritt om aksene.
Tre sett med to snekkegir hver er installert. Ett snekkegir fra hvert sett går i inngrep med snekken som er splinet på hjulets drivaksel til høyre hjul; det andre snekkegiret går i inngrep med snekken på drivakselen til venstre hjul.
Under kjøring rett fram (forover eller bakover), når det ikke er noen differensialvirkning, roterer begge akslene med samme hastighet. Differensialhuset bærer snekkegirene, som igjen driver snekkene med drivakslene. Begge snekkegirene ønsker å rotere i samme retning på grunn av stigningen, noe som ikke er mulig på grunn av koblingen med sylindriske tannhjul. Differensialen roterer nå som én blokk og sikrer en symmetrisk dreiemomentfordeling (50 % – 50 %).

Hvis det oppstår en differensialeffekt, for eksempel under kjøring i en sving, eller hvis ett hjul sklir, vil den ene snekken snu raskere og den andre snekken saktere enn differensialhuset. Et større dreiemoment tilføres nå det langsommere roterende hjulet enn til det raskere roterende hjulet. Den raskere roterende ormen driver det tilsvarende snekkegiret og dermed snekkehjulet som driver ormen til det langsommere roterende hjulet. Dreiemomentet til det langsommere roterende hjulet økes i tillegg av den delvis selvlåsende effekten av drivingen gjennom snekkegiret i retning av snekke. Ved å velge riktig stigningsvinkel på snekken kan ønsket momentfordeling, her sperreverdien, fås.
Torsen-differensialen har ingen innflytelse på noen ABS-funksjon, da låseeffekten kun oppstår under belastning, det vil si når gasspedalen akselereres.

Spesielt i racing, med drifting, er differensialen låst. Hvis dette ikke er teknisk mulig på enkelte biler, er satellitthjulet sveiset til solhjulene. På denne billige måten er differensialen alltid låst. Ulempen er at den nesten ikke kan kjøres på offentlig vei lenger, fordi hjulet som har lavest hastighet i svinger vil begynne å skli. Sjansen for defekter på drivaksler og CV-ledd er også større.
En annen måte er å få ESP (Electronic Stability Program) til å gripe inn. Dette systemet bremser det glidende hjulet ved å koble inn bremsekaliperen kort. Ved å bremse det glidende hjulet vil mer kraft automatisk overføres til det andre hjulet gjennom driften av differensialen. På denne måten er også den ulempen eliminert. Dette kalles noen ganger også en elektronisk begrenset sklidifferensialoperasjon.

Vedlikehold og mangler ved en differensial:
I dag inneholder en differensial ofte "livstidsolje". Produsenten indikerer at oljen ikke trenger å skiftes med jevne mellomrom. Noen produsenter angir et tømmeintervall i et visst antall kilometer. Denne perioden kan ikke overskrides. Det er også greit å skifte olje av og til for differensialer med levetidsolje. Hver olje kommer i kontakt med oksygen og gjennomgår en oksidasjonsprosess. Smøreeffekten avtar. Derfor er det greit å skifte denne oljen ved en viss kjørelengde (f.eks. 150.000 XNUMX km).
Defekte differensialer, der lagrene er defekte eller plassen på kronhjulet ikke er i orden, vil lage mye støy i drivverket. Differensialene kan vanligvis overhales. Under overhalingen måles tannoverflatene på krone- og pinjonghjulet og lagrene skiftes. Hvis tannoverflatene er for mye slitt, må delene skiftes. Å bytte kronehjul er ofte svært kostbart.

Justering av differensiallagerets forspenning:
Lagrene i differensialen må monteres under en viss forspenning. Denne verdien bestemmes av differensialprodusenten. Hvis forspenningen enten er for lav eller for høy, kan lageret svikte over tid. Vurder for høy aksialbelastning, som kan føre til at lageret blir for varmt. Ved overhaling av differensial eller utskifting av lagre skal forspenningen alltid kontrolleres og justeres om nødvendig. Ved å ta mål kan det bestemmes hvilken tykkelse fylleringen (mellom lageret og tetningsholderen) skal være.
Eksempler på målinger som må utføres er gitt nedenfor.

Avstanden mellom utsiden av girkassehuset og lageret skal måles med en dybdemåler. Verdien målt på bildet er 12 mm.

Med denne dybdemåleren kan høyden på skulderen til oljetetningsholderen også måles. Verdien målt på bildet er 10,0 mm.

Under installasjonen er skulderen til oljetetningsholderen montert i differensialhuset. Ved å trekke fra de to verdiene som nettopp er målt, bestemmes avstanden mellom differensiallageret og skulderen til oljetetningsholderen: Dybde – høyde = 12,0 0 mm – 10,00 mm = 2 mm.
Dersom det ble plassert et 2 mm mellomlegg mellom differensiallageret og tetningsholderen, ville lageret monteres spenningsfritt.
Det er selvsagt ikke meningen; et tykkere mellomlegg må plasseres for å montere lageret under spenning. Forspenningen er foreskrevet av produsenten. Dette kan for eksempel være 0,25 mm.
Mellomlegget som må plasseres i dette tilfellet er den målte avstanden + forspenningen, så; 2 mm + 0,25 mm = 2,25 mm. Når mellomlegget med en tykkelse på 2,25 mm er plassert, er forspenningen riktig innstilt. Den passende shim-ringen må finnes i en beholder med forskjellige størrelser shim-ringer. Riktig skive finner du med en skruemåler.
På bildet nedenfor kan du se at mellomlegget har en tykkelse på 2,25 mm. Så dette er riktig shim. Mer informasjon om måling med mikrometer finner du på siden "Mekaniske måleverktøy".

Målingene av lagerets dybde og høyden på skulderen til tetningsholderen i bildene ovenfor ble gjort med en dybdemåler. Disse målingene kan imidlertid også utføres med en måleklokke. Forklaring om måling med måleskiven er også gitt på siden "Mekaniske måleverktøy".

Avlesningene i bildene nedenfor samsvarer ikke med målingene ovenfor. Bildene er også veldig uskarpe. Disse vil snart bli erstattet av nye bilder som viser målene korrekt.

Verdiene til måleuret og dybdemåleren må samsvare. I prinsippet spiller det ingen rolle hvilket verktøy som brukes til å utføre målingen, forutsatt at begge måleverktøyene er tilgjengelige. For eksempel kan det under en praktisk eksamen godt være at kun én type måleverktøy gjøres tilgjengelig. Det er derfor viktig å kunne bruke alle måleverktøy; skyvelæret, mikrometeret og viseren.