Vissa människor säger: "En differential låter bara vänster och höger hjul snurra på egen hand-det är inget komplicerat med det." Även om det låter enkelt, missar det faktiskt den avgörande punkten.
Det grundläggande problemet en differential löser är inte bara att låta hjul "snurra hur de vill"; snarare tillåter det fordonet att överföra kraft samtidigt som det gör det möjligt för vänster och höger drivhjul att rotera med olika hastigheter under en sväng. Att förstå denna distinktion är det första steget för att förstå hur en differential fungerar.
01. Utan differential blir svarvningen ett stort problem
Tänk på ett verkligt-scenario: två personer som går sida-vid-sida och svänger. Personen på utsidan måste ta längre, snabbare steg, medan personen på insidan tar mindre steg. Samma princip gäller för en bil som svänger ett hörn-de yttre hjulen färdas längs en större båge, och de inre hjulen färdas längs en mindre båge, så de kräver olika rotationshastigheter.
Analys av differentiell struktur och principer _ Pacific Auto Network
Det var just här tidiga fordon med solida-axeldrivna hjul stötte på problem. Med vänster och höger hjul låsta ihop av en stel axel, tvingades de snurra i samma hastighet. Detta fungerade bra när man körde rakt, men i en kurva-där hjulen faktiskt behövde snurra i olika hastigheter-för att tvinga dem att hålla sig synkroniserade fick de att slåss mot varandra.
Du kan visualisera detta som att två personer springer en kurva med sina ben knutna ihop: personen på utsidan vill gå snabbare, medan personen på insidan vill gå långsammare, vilket resulterar i en besvärlig, okoordinerad rörelse för båda.
Därför är den primära funktionen för en differential att tillfredsställa det väsentliga behovet av att vänster och höger drivhjul roterar med olika hastigheter under svängar; hanteringsstabilitet är helt enkelt en av de praktiska fördelarna med detta. I framtida samtal om bilar, om någon beskriver differentialen bara som en "prestandakomponent", kan du fråga: "Utan den, hur skulle de vänstra och högra drivhjulen hantera de olika avstånden som de behöver klara när de svänger?"
02. Kugghjuls-differentialer: distinkta tillstånd för svängning och rak-linjekörning
De växel-typsdifferentialer som finns i moderna bilar kan se mer komplexa ut än du förväntar dig, men det underliggande konceptet förblir detsamma: kraft måste fortsätta att överföras, ändå måste hjulen på båda sidorna kunna justera sina rotationshastigheter baserat på de olika avstånden de färdas.
Den består av komponenter som differentialhuset, planetväxlar (eller spindelväxlar), planethjulsaxlar och sidoväxlar (eller axelväxlar). Vid körning i rak linje färdas vänster och höger hjul ungefär lika långt. Differentialens inre mekanism fungerar som en synkroniserad enhet: planetväxlarna roterar tillsammans med huset men roterar inte på sina egna axlar, vilket håller båda hjulen snurrande i samma hastighet.
Situationen förändras vid vändning. Det yttre hjulet måste snurra snabbare, medan det inre hjulet behöver snurra långsammare. Vid denna tidpunkt börjar planethjulen rotera på sina egna axlar förutom att rotera, vilket effektivt "tillmötesgår" denna hastighetsskillnad. Denna hastighetsjustering sker automatiskt och kräver ingen input från föraren.
Kom ihåg den här formeln: Vänster hjulhastighet + Höger hjulhastighet=2 × Differentialhushastighet. När du vänder, matchas mängden med vilken den ena sidan ökar hastigheten exakt av hur mycket den andra sidan saktar ner; den totala summan förblir konstant.
03. Öppna differentialer: Perfekt för att svänga, men ett hinder vid halka
Vid denna tidpunkt kan många människor naturligtvis dra slutsatsen att eftersom differentialen låter vänster och höger hjul snurra i olika hastigheter, måste den vara effektiv under alla körförhållanden.
Det är just där problemet ligger. Även om öppna differentialer fungerar smidigt under vanliga svängar, kan de avslöja betydande brister på låga-dragytor-som våta, isiga eller leriga vägar.
Diagram över komplett bilchassistruktur – Pacific Auto Encyclopedia
Grundprincipen för en öppen differential är att kraften flyter mot den sida som är lättast att köra. Med andra ord, den sida med minst motstånd får den högsta rotationshastigheten.
Detta fungerar bra på vanliga vägar, men situationen förändras om ett hjul träffar is eller tappar kontakten med marken (hänger i luften). Det glidande hjulet stöter på lite motstånd, så all kraft rinner åt den sidan; hjulet som snurrar i luften rasar snabbt, medan hjulet med verklig dragkraft inte får någon kraft.
Det är som att stå med ena foten på torr mark och den andra på isen: foten på isen fladdrar vilt, men din kropp kan inte generera någon effektiv hävstång eller fart framåt.
Därför är tanken att "att ha en differential betyder att du inte behöver oroa dig för att halka" felaktig. Öppna differentialer utmärker sig när det gäller att hantera hastighetsskillnader under svängar, men de kämpar för att hantera kraftförlusten som uppstår när ett enda hjul tappar greppet
Den begränsade-gliddifferentialen-allmänt känd som LSD- definieras av själva orden "begränsad slip."
Det eliminerar inte skillnaden i rotationshastighet mellan vänster och höger hjul; i stället, när ett hjul är benäget att snurra fritt, begränsar det denna improduktiva slirning, vilket säkerställer bättre fordonsgrepp.
Ta den vanliga -kopplingsmodellen LSD som ett exempel: den innehåller en uppsättning friktionsplattor mellan sidoväxlarna och differentialhuset. Under normal kurvtagning fungerar den precis som en öppen differential, vilket möjliggör en hastighetsskillnad mellan hjulen. Men när ett hjul börjar slira, kopplas kopplingsmekanismen på sidan med dragkraft in (komprimeras), vilket gör att kraften kan överföras dit istället för att slösas bort helt på det snurrande hjulet.
Kom bara ihåg detta: en standarddifferential hanterar kurvtagning, medan en begränsad-gliddifferential dämpar hjulspinn.
Nästa gång du tittar på ett fordons specifikationer, blanda inte ihop en standard "differential" med en "begränsad-gliddifferential"-tänk på att den förra låter dina vänster och höger fötter gå i rytm med en kurva, medan den senare fungerar som en stabilisator som hindrar dig från att slösa bort all din energi när marken halkar.
Två val: En kort analys av Buick Envision AWD-systemet
05. Vad sägs om ett differentiallås? Det gör precis motsatsen
Det finns ett annat koncept som ofta orsakar förvirring: differentialspärren.
Funktionen hos ett differentialspärr är raka motsatsen till en standarddifferential: den låser differentialmekanismen, vilket förhindrar skillnader i rotationshastighet mellan hjulen.
När används den? För terrängåterställning-. Om ett hjul är helt från marken eller snurrar hjälplöst, tvingar differentialspärren båda hjulen att rotera med samma hastighet, vilket leder kraften till den sida som har dragkraft.
För att enkelt sammanfatta: en standarddifferential tillåter hastighetsskillnader (för kurvtagning), en begränsad-slirdifferential begränsar alltför stora hastighetsskillnader (för att hantera hjulspinn) och en differentialspärr eliminerar helt hastighetsskillnader (för att lossna).
Om du bara använder ditt fordon för daglig pendling på asfalterade vägar, är det värdefullt att förstå hur en differential fungerar främst för att du inte ska bli orolig av tanken att "hastighetsskillnader indikerar ett fel"-i verkligheten, det är helt normalt att vänster och höger hjul roterar med olika hastigheter när du svänger. Om du ofta stöter på hala eller leriga vägar är det väl värt att klargöra skillnaden mellan en öppen differential och ett begränsat-slirsystem. Nästa gång du besöker en återförsäljare, var noga uppmärksam på om säljaren säger att fordonet har en "differential" eller en "begränsad-gliddifferential"-det förra säger dig väldigt lite, medan det senare talar om fordonets faktiska prestanda på hala underlag.
