Arten von Differentialen und ihre Funktionen

Es gibt verschiedene Arten von Differentialen, die für ein bestimmtes Fahrzeug geeignet sind, da sie dazu dienen, die Motorleistung auf die Räder zu übertragen. In meinem vorherigen Beitrag wurde das Differenzial als ein Mechanismus erklärt, der das Drehmoment eines Motors auf die Räder überträgt, um die Leistung aufzuteilen und es den Rädern zu ermöglichen, sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu bewegen.

Heute werden wir uns eingehend mit den verschiedenen Arten von Differenzialen und ihrem Funktionsprinzip befassen.

Differentialarten

Im Folgenden sind die verschiedenen Arten von Differenzialen aufgeführt, die in Autos zu finden sind:

• Differenzial öffnen
• Gesperrtes Differenzial
• Geschweißtes/Spulendifferential
• Sperrdifferenzial
• Torsen-Differential
• Aktives Differential
• Torque-Vectoring-Differential

Sehen Sie sich jetzt ihre Erklärungen an!

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Differenzial öffnen:

Die Grundform eines offenen Differentials besteht aus zwei Hälften einer Achse mit je einem Zahnrad an jedem Ende, die durch ein drittes Zahnrad miteinander verbunden sind, das drei Seiten eines Quadrats bildet. Zur Vervollständigung des Quadrats wird der vierte Gang hinzugefügt, um die Kraft zu erhöhen. Die Festigkeit wird durch das Hohlrad erhöht, das dem Differentialgehäuse hinzugefügt wird, das die grundlegenden Kernzahnräder hält. Dieser Zahnkranz garantiert, dass die Räder angetrieben werden, indem die Antriebswelle über ein Ritzel verbunden wird.

Der Vorteil eines offenen Differentials besteht darin, dass die Achse effektiver Kurven fahren kann, was erreicht wird, wenn das äußere Rad der Drehung das innere Rad mit einer höheren Geschwindigkeit bewegt, wenn es den Boden bedeckt. Ein weiterer Vorteil ist, dass es relativ billig herzustellen und verbreitet ist.

Auch bei dieser Art von Differenzial treten Nachteile auf, da das Drehmoment gleichmäßig auf beide Räder verteilt wird. Aus diesem Grund wird die auf die Räder übertragene Kraft durch das Rad mit der geringsten Bodenhaftung begrenzt.

Gesperrtes Differenzial:

Der gesperrte Differentialtyp ist häufig bei einem Fahrzeug zu finden, das im Gelände fährt. Es ist im Grunde ein offenes Differential mit dem Effekt, dass die Achse an Ort und Stelle arretiert wird, um eine feste anstelle einer unabhängigen zu schaffen. Dieser Effekt kann manuell oder elektronisch im Fahrzeug erfolgen.

Die Vorteile des gesperrten Differenzials bestehen darin, eine deutlich höhere Traktion als beim offenen Differenzial zu erhalten. Dies wird erreicht, weil das Drehmoment nicht gleichmäßig 50/50 auf das Rad verteilt wird. Mehr Drehmoment kann ein Kanal zu dem Rad sein, das eine bessere Traktion hat.

Einer der Nachteile von gesperrten Diffs wird als Bindung bezeichnet. Dies geschieht, wenn überschüssige Rotationsenergie (Drehmoment) im Antriebsstrang aufgebaut wird und freigegeben werden muss. Diese Freigabe kann erfolgen, wenn die Räder den Boden verlassen und die Position zurücksetzen, oder indem Sie einfach die Achse entriegeln, wenn sie nicht mehr benötigt werden.

Geschweißtes/Spulendifferential:

Das geschweißte Differential ist dem gesperrten Typ ziemlich ähnlich, nur dass es dauerhaft von einem offenen Differential in eine feste Achse geschweißt wurde. Das Schweißen der festen Achse erfolgt absichtlich, um beide Räder gleichzeitig durchdrehen zu lassen. Fahrzeuge mit einem solchen Differential sind zum Driften gedacht.

Das Differenzial ist für keinen anderen Fahrzustand geeignet, da die Schweißung bereits an der Bauteilfestigkeit manipuliert. Es erhöht auch das Risiko eines katastrophalen Teileausfalls, der dazu führen kann, dass gebrochene Differentialzahnräder durch das Differentialgehäuse explodieren.

Sperrdifferential:

Diese Art von Differential wird als LSD abgekürzt. Es kombiniert die Vorteile von offenem und gesperrtem Differenzial durch ein komplizierteres System. Eine andere Widerstandsform wird verwendet, um dasselbe in diesem Differential zu erreichen. Sie sind kategorisiert in:

• Mechanische Kupplung LSD
• Zähflüssiges LSD

Mechanische Kupplung LSD

Die mechanische Kupplung SLD enthält die gleiche Kernverzahnung wie die offenen Differenziale mit einem Paar Druckringe. Die Druckringe üben eine Kraft auf zwei neben den Zahnrädern angeordnete Kupplungslamellensätze aus. Dies setzt der unabhängigen Drehung der Räder einen Widerstand entgegen, wodurch sich die Wirkung des Differenzials von offen auf gesperrt ändert. Es bietet auch eine erhöhte Traktion.

Bei dieser Art der mechanischen Kupplung LSD umgeben die Druckringe die Kernzahnräder, die durch die zentralen Zahnradstifte auseinandergedrückt werden. Es drückt unter Rotation gegen die abgewinkelten Flächen und drückt die Druckringe auf beiden Seiten in den Kupplungspark (gelb und blau). Dies erzeugt Widerstand und verändert die Arbeitsweise der Achse offen zu einem festen Effekt.

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Die mechanische Kupplung LSD wird weiter in Untertypen unterteilt, die auf unterschiedliche Weise funktionieren. Sie ändern sich, wenn der Druck auf die Kupplungslamellen und den Druckring ausgeübt wird. Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von LSD mit mechanischer Kupplung aufgeführt:

• Einweg-LSD: Der Druck wird nur beim Verzögern ausgeübt, was bedeutet, dass es sich in Kurven wie ein offener Typ verhält. Dadurch dreht sich das Rad selbstständig. Aber beim Beschleunigen erzeugt die Kupplungsdrehung des Differenzials Reibung in den Kupplungsscheiben. Dadurch werden sie an Ort und Stelle arretiert, um mehr Traktion zu erhalten.
• Zwei-Wege-LSD: der Druck wird auch beim Verzögern auf die Kupplungslamellen ausgeübt. Es hilft, die Stabilität beim Bremsen auf unterschiedlichen Straßenoberflächen zu verbessern.
• Eineinhalb Wege LSD: Es versucht, die Vorteile der Untertypen zu kombinieren, indem es beim Beschleunigen einen guten Druck und beim Verzögern einen geringeren Druck ausübt.

Zähflüssiges LSD:

Das viskose Differential ist die zweite Art von Sperrdifferential, das anstelle der Kupplung eine dicke Flüssigkeit verwendet, um den Widerstand zu erzeugen, der erforderlich ist, um die Differentiale zwischen geöffnet und gesperrt zu wechseln. Dieser Typ ist einfacher, da er weniger bewegliche Teile als das mechanische LSD hat.

Das Arbeiten ist bei der Anwendung glatter, da sich der Widerstand im Gleichklang mit der Radgeschwindigkeit aufbaut und für einen sehr allmählichen Anstieg sorgt. Das viskose LSD überträgt das Drehmoment effektiver auf das Rad mit mehr Traktion. Dies liegt daran, dass die Flüssigkeit unter Geschwindigkeit als widerstandsfähig wirkt. Wenn ein Rad jemals die Traktion verliert und durchdreht, wird die Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Rädern im Differenzial gespeichert. Es erzeugt mehr Widerstand am sich langsamer bewegenden Rad, indem es mehr Drehmoment von der Antriebswelle dorthin leitet.

Der Nachteil dieses Typs, der seine Verwendung begrenzt, besteht darin, dass sich die Flüssigkeit erwärmt und weniger viskos wird, was zu einem geringeren Widerstand führt. Es kann auch nicht vollständig wie das mechanische LSD sperren, da die Flüssigkeit keinen absoluten Widerstand innerhalb eines angemessenen Raums bieten kann.

Torsen-Differential:

Das Torsen-Differential verwendet ein helles Getriebe, um den gleichen Effekt wie das Sperrdifferential zu erzielen. Aber es funktioniert weder mit Kupplungen noch mit Flüssigkeitswiderstand. Stattdessen wird eine Schicht Schneckengetriebe zu einem herkömmlichen Zahnradaufbau eines offenen Differentials hinzugefügt. Die Sätze von Schneckenrädern wirken auf jede Achse, um den erforderlichen Widerstand bereitzustellen, um die Drehmomentübertragung zu ermöglichen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schneckenräder über ein verbundenes Stirnrad in ständigem Eingriff miteinander stehen.

Der ständige Eingriff zwischen den beiden Seiten des Differentials hilft bei der sofortigen Übertragung des Drehmoments. Dies macht es empfindlicher bei wechselnden Straßen- und Fahrbedingungen. Das Torsen-Differenzial ist auch in der Lage, je nach Gangstufe einen hohen Prozentsatz an Drehmoment auf ein Rad zu leiten. Im Gegensatz zum offenen Differenzial, das sein Drehmoment gleichmäßig auf die Räder aufteilen muss.

Beim Torsen-Differenzial kann die Verzahnung so bearbeitet werden, dass sich das unterschiedliche Widerstandsverhältnis beim Beschleunigen und Verzögern auswirkt, genau wie die anderthalb eines Sperrdifferenzials. Dies wird mechanisch ohne den Einsatz von Elektronik oder anderen Verdunstungsformen erreicht. Das Torsen-Differential ist das beste mechanische System, das die gesamte Qualität anderer in diesem Beitrag aufgeführter Differentiale aufweist.

Aktives Differential:

Das aktive Differential ist dem Sperrdifferential sehr ähnlich, da es immer noch Mechanismen verwendet. Der Mechanismus wird verwendet, um den Widerstand zu bieten, der zum Übertragen des Drehmoments von einer Seite auf die andere erforderlich ist. Kupplungen werden elektronisch aktiviert, anstatt sich auf rein mechanische Kraft zu verlassen.

Aktive Differenziale verwenden Elektronik, um die mechanischen Kräfte, denen das System durch die sich ändernden Fahrbedingungen ausgesetzt ist, künstlich zu verändern. Deshalb sind sie steuerbar und damit programmierbar. Und mit Sensoren an einem solchen Fahrzeug kann ein Computer automatisch erkennen, auf welche Räder die Kraft übertragen werden soll und wann sie übertragen werden sollte.

Diese Arten von Differenzialen haben eine gute Leistung, insbesondere auf schlechten Straßen, und tragen dazu bei, Autos zu verbessern, die sich schnell ändernden Fahrbedingungen standhalten. Aber das wird ein System sein, das ihre kontinuierlichen Anpassungen an das Fahrzeug aufrecht erhalten kann.

Torque-Vectoring-Differential:

Das Torque-Vectoring-Differential verwendet ebenfalls ein elektronisch verbessertes System und verwendet es sogar, um den Winkel oder Vektor des Fahrzeugs zu ändern. Es ermutigt bestimmte Räder, bei Bedarf mehr Drehmoment aufzunehmen, was die Kurvenleistung verbessert. Wenn eine gegenüberliegende Kupplung aktiviert wird, würde das rein mechanisch angetriebene LSD normalerweise einrücken und kann zur Lenkunterstützung verwendet werden. Während es gleichzeitig mehr Strom abnimmt und die Mängel im LSD-System überwindet.

In der Ecke dieses Differenzials übt ein Mehrwege-LSD Widerstand auf beide Räder aus, bis die Achse teilweise blockiert. Und stabilisieren es auch beim Bremsen, das dann gelöst wird, wenn die Radgeschwindigkeit sinkt und das Fahrzeug einlenkt. Dadurch können sich die Räder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Aber anstatt den Widerstand an beiden Rädern zu lösen, wird ein TVD die Kupplung weiterhin nur am äußeren Rad betätigen. Dies erhöht den Widerstand, den das Rad erfährt, und bewirkt, dass das System mehr Drehmoment darauf leitet. Ungleichgewicht der Leistung wird nach außen, wodurch das Fahrzeug scharfe Kurven nimmt und Untersteuern reduziert wird.

Wenn der Widerstand kontinuierlich durch die Kurve hindurch erfahren wird, während das Fahrzeug den Scheitelpunkt passiert und beginnt herauszubeschleunigen, wird es weiterhin ein normales Mehrweg-LSD außer Kraft setzen. Dies würde wiederum das sich schneller bewegende äußere Rad als Schlupf interpretieren und das Drehmoment während der Beschleunigung auf das innere Rad umleiten, da es mehr Haftung wahrnimmt.

Das TVD übt mehr Widerstand auf die Kupplung der äußeren Räder aus, das System wird ausgetrickst, um mehr Drehmoment durch es umzuleiten. Dies wird erreicht, indem die aufbringbare Leistung erhöht und das Untersteuern beim Herausbeschleunigen aus einer Kurve reduziert wird.

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Torque-Vectoring-Differentiale sind in der Lage, 100 % des verfügbaren Drehmoments über ein einzelnes Rad zu übertragen. Dies ist nur dann der Fall, wenn das Drehmoment unter den extremsten Umständen benötigt wird.

Die Einschränkung dieses TVD besteht darin, dass es sehr kompliziert und sehr teuer ist und aufgrund seines Potenzials für Hochgeschwindigkeitskurven typischerweise für Renn-/Rennstreckenanwendungen verwendet wird.

Alle Arten von Differentialen haben ihre eigenen Vor- und Nachteile, ich hoffe, Sie kennen jetzt die verschiedenen Differentialtypen. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese bitte über das Kommentarfeld und teilen Sie diesen Artikel bitte mit anderen technischen Studenten. Danke!