Diferensial virajda gücü necə bölüşdürür?

Diferensial, mühərrikin istehsal etdiyi torku eyni ox üzərindəki iki təkərə bölərək ötürən və təkərlərin bir-birindən fərqli sürətlərdə fırlanmasına imkan verən bir dişli mexanizmidir. Dönüşə girən avtomobilin xarici təkəri daxili təkərindən daha uzun yol qət etdiyi üçün daha sürətli fırlanmaq məcburiyyətindədir; diferensial bu sürət fərqini mexaniki olaraq idarə edir. Bunu edərkən də bir əsas qaydaya uyğun gəlir: crown dişlisinin sürəti, iki təkərin sürətlərinin tam ortalamasıdır.

Diferensial Niyə Mövcud Olmaq Məcburiyyətindədir?

Problemi sadə bir həndəsə eksperimenti ilə həll edə bilərsiniz. Bir avtomobili dar bir dönüşə soxduğunuzu düşünün: iz xarici təkər, daha böyük bir dairənin üzərində irəliləyir; daxili təkər isə kiçik dairəni izləyir. Eyni müddətdə daha uzun yolu qət etmək məcburiyyətində qalan xarici təkərin, daxili təkərdən daha sürətli fırlanması lazımdır. Fərq təxmin etdiyinizdən böyükdür; dönüş radiusu kiçildikcə sürət fərqi açılır.

İki təkəri eyni millə sərt şəkildə bağlı təsəvvür edin. Bu halda daxili təkər, öz yolundan daha sürətli dönməyə çalışdığı üçün zəhlətökən şəkildə sürüşür; xarici təkər isə kifayət qədər sürətli dönə bilmədiyi üçün sürünür. Bu vəziyyət yalnız lastik dibini yandırır: ox millərində və bütün ötürmə orqanlarında daimi bir gərginlik toplayır. Kartinq vasitələri və bəzi tramvaylar diferensialsız işləyir, amma bunlar dönüşdə təkərin sürüşməsini qəsdən gözə alan dizaynlardır; avtomobildə bu həll davamlı deyil.

Diferensialın buna görə dörd ayrı vəzifəsi var: pinion və ring gear cütü sayesinde gücün istiqamətini təxminən 90 dərəcə çevirmək, eyni oxun iki təkəri arasında gücü bölüşdürmək, dişli kiçiltmə ilə torku artırmaq və iki təkərin bir-birinə görə fərqli sürətlərdə fırlanmasına imkan vermək. Dördü eyni kompakt gövdənin içində həll olunur.

Diferensial Dönüşdə Gücü Necə Bölüşdürür?

Cavab daxili quruluşunda gizlidir. Ötürmədən gələn fırlanma, pinion dişlisindən ring gear-a ötürülür; ring gear diferensial qəfəsini (carrier) daşıyır. Qəfəsin içində duran kiçik planet dişliləri (spider dişliləri) iki günəş dişlisini (side gear) bir-birinə bağlayır və günəş dişliləri də ox millərinə torku ötürür. Yəni gücün səyahəti belə işləyir: pinion, ring gear; ring gear, qəfəs; qəfəs, planet dişliləri; planet dişliləri, iki ox.

Düz gedərkən və dönüşdə nə dəyişir?

Düz yolda hər iki təkər eyni müqavimətlə qarşılaşır və planet dişliləri öz oxlarında dönmür; sistem blok bir kütlə kimi işləyir, hər iki təkər ring gear sürəti ilə fırlanır. Sol döngəyə girdiyinizdə isə daxildəki sol günəş çarxı daha çox müqavimət göstərir. Müqavimət fərqi planet çarxlarını öz oxları ətrafında fırladır və məhz bu əlavə fırlanma, daxili təkəri yavaşlatarkən xarici təkəri eyni nisbətdə sürətləndirir. Mexanizm müqavimət fərqini dərhal sürət fərqinə çevirir.

Bütün bunların riyazi xülasəsi bir sətirdir: oxidin fırlanma sürəti iki təkərin sürətlərinin ortasına bərabərdir. Xarici təkər nə qədər sürətlənirsə, daxili təkər tam o qədər yavaşlayır; cəmi qorunur. Bu simmetriya, differensialı başa düşülən edən əsas məntiqdir.

Səmərəlilik tərəfində də mənzərə yaxşıdır: hər çarx cütü əlaqəsi təxminən %1-2 itkini yaradır. Sürət qutusundan yarım oxdarəklərə üç əlaqə nöqtəsindən keçən sistem, tipik olaraq %94-97 səmərəliliklə işləyir.

Açıq Differensialın Zəif Nöqtəsi: Təkər Niyə Boşa Fırlanır?

Açıq differensialın ən kritik xüsusiyyəti, torku hər iki təkərə bərabər ötürən quruluşa malik olmasıdır. Bu, döngə daxilində zərərsiz görünür, amma çəkilmə itkisində ciddi nəticə doğurur: hər iki təkərə gedən tork, çəkilməsi ən az olan təkərin tutabildiyi səviyyəyə qədər düşür. Qısacası, ən zəif təkər bütün oxi məhdudlaşdırır.

Mücəllələşdirək. Avtomobilinizin bir təkəri buzlu və ya palçıqlı zəmində, digər təkəri quru asfaltda olsun. Buzdakı təkər tutuna bilmir; açıq differensial gücü bu boşa fırlanan təkərə yönəldir və quru zəmindəki, həqiqətən çəkilmə təmin edə biləcək təkər demək olar sıfır güc alır. Avtomobil yerindən qurtara bilmir. Yayğın bir yanıltmanın əksinə, gücü qarşı təkərə axıtmır; tam əksinə, sürüşən təkərdə toplanır.

Döngədən çıxışda da eyni fizika işləyir. Güclü təcil ilə döngədən çıxarkən avtomobilin çəkisi xarici tərəfə sürüşür; bu, daxili təkərin üzərindəki yükü və dolayısıyla çəkilməsini azaldır. Açıq differensial bu yüngülləşmiş daxili təkəri fırlatmağa başlayır, gaz kəsilir və güc itkisi yaşayırsınız. Sürüşdəki qarşılığı tanışdır: döngə daxilində gazladıqda qarşınızdaki təcil bir anda kəsilir, tork boşa axır.

Məhdud Sürüşməli (LSD) Differensial Nə Yaradır?

Məhdud sürüşməli differensial, açıq differensial ilə kilidlənən differensial arasındakı məntiqli uzlaşmadır: normal şəraitdə açıq kimi davranır, təkərlər arasındakı sürət fərqi müəyyən həddi aşdıqda isə kilidlənən kimi davranmağa başlayır. Bu keçid adətən bir mufta paketi və ya vizkos koplinq (viscous coupling) sistemi ilə təmin olunur.

Yuxarıdakı buz nümunəsinə qayıtsaq: bir təkər sürüşməyə başladıqda LSD, sürüşən təkərin sərbəst şəkildə həddindən artıq fırlanmasına mane olur və torkun quru zəmindəki təkərə də ötürülməsini təmin edir. Döngə nümunəsində isə nəticə budur: daxili təkər boşa fırlanmağa çalışdıqda, mufta sistemi oxin iki tərəfinə sürtünmə tətbiq edib torku xarici təkərə yönləndirir. Gaz kəsilməsi baş vermir, çıxış təcili qorunur. Bu qabaqcıl tutuş, LSD-nin yüksək performanslı avtomobillərdə seçilməsinin əsas səbəbidir.

LSD-nin məlum bir tarixçəsi də var: Torsen tipi məhdud sürüşməli differensial 1958 -ci ildə Vernon Gleasman tərəfindən patentlənib. Alış qiymətindən əlavə, LSD-li oxın açıq differensiala nisbətən daha çox texniki qulluq tələb edə biləcəyini də nəzərə almaq lazımdır; sürtmə plitələri və ya vizkoz komponentlər zamanla servisdən keçir.

Kilidlənən Differensial və Momentyum Vektorlaşdırması: Ucdakı Həllər

Kilidlənən differensial daha radikal yanaşmadır: iki təkəri çəkim vəziyyətindən asılı olmayaraq tək bir val kimi birlikdə fırladır. Palçıqda, qarda və ya daşlıq ərazidə bir təkərin boşa fırlanaraq sizi sahədən saxlamasını tamamilə əngəlləyir; buna görə də ən çox off-road avtomobillərdə rast gəlinir. Ödənişi də məlumdur: asfalt döngələrində iki təkərin məcburi olaraq eyni sürətlə fırlanması, təkərdə və ötürmə aqreqatında istənilməyən gərginlik yaradır.

Spektrin elektronik ucunda isə moment vektorlaşdırması dayanır. Bu texnologiya hər yarım vala dəyişən miqdarda moment göndərə bilir və döngə daxilində daxili-xarici moment bölgüsünü anlıq olaraq qurur. Nəticə daha yüksək stabillik və daha yaxşı döngə qabiliyyətidir; bunu differensialın mexaniki diferensial korpusuna əlavə edilmiş proqram təminatı qatı kimi düşünə bilərsiniz.

Differensial Tiplərinin Müqayisəsi

Tarixi Təəccüblü Dərəcədə Qədimdir

İdeyanın kökləri avtomobildən xeyli geriyə uzanır. Antikitera mexanizminin (təxminən e.ə. 100) differensial dişli ehtiva etmiş ola biləcəyi düşünülür, lakin bu dəqiq deyil. İlk sübutlu differensial istifadəsi 1720 -ci ildə Joseph Williamsonun saatına aiddir. Avtomobil səhnəsinə girişi isə 1827 -ci il tarixli bir ixtiradır: Onésiphore Pecqueur buxarlı araba üçün differensiali patentlədirdi və bu gün təkərlərimizdəki əsas həlli təsvir etmiş oldu. Bəzi mənbələr mexanizmin eramızın 3-cü əsrində Çində də ortaya çıxdığını irəli sürür; əsrdə Çində də ortaya çıxdığını irəli sürür; bu tarixləmə dəqiq şəkildə təsdiqlənməyib.

Avtomobilinizdəki Differensiali Anlamanın Praktik Yolu

Sürücülərin ən çox verdiyi suallardan biri, avtomobillərində açıq differensialın mı yoksa LSD-nin mi olduğunu necə ayırd edəcəkləridir. Praktik bir əlamət vardır: quru zəmində tam qazla yola çıxdığınızda bir təkər mi fırlanır, yoxsa iki təkər birlikdə mi işləyir? Bir təkərin boşa fırlanması açıq differensialın klassik imzasıdır. LSD-li avtomobildə isə döngə çıxışlarında və yaş zəmində daha proqnozlaşdırıla bilən çəkim hiss edirsiniz; lastik aşınması da agresif sürüşdə daha balanslı paylanır.

Gündəlik istifadədə LSD-nin həqiqətən lazım olub-olmaması isə sürücü cəmiyyətində ikidir, mübahisəli mövzudur. Bir tərəf idman sürüşdə dartı və təhlükəsizlik qazandırır deyirsə, digər tərəf adi istifadədə açıq differensialın sürüşən arxa təkərlə arxa itkiyə imkan verməsinin bəzi şərtlərdə daha müdafiə oluna biləcəyini iddia edir. Mühəndislik baxımından vicdanlı xülasə budur: açıq differensial rahat, səmərəli və ucuzdur; LSD isə azotun hara gedəcəyini bilmədiyiniz zəminlərdə işə yarayır. Zəmin və sürüş tərziniz hansının sizə məxsus olduğunu müəyyən edir.

Nəticə: Orta Sahə Sadə Ağıldır

Differensialı bu qədər zərif edən, mürəkkəb bir idarəetmə vahidi olmadan eyni anda iki vəzifəni həll etməsidir: azotu bölmək və sürət fərqinə imkan vermək. Sürət ortalaması qaydası, müqavimət fərqinin təbii nəticəsi olaraq dönüşləri sükutla idarə edir. Açıq tipin dartı itkisindəki zəifliyi, LSD və kilidli tiplərin məhz həll etmək üçün var olduğu problemdir. Dönüşdə arxanızdan gələn o hamar dartının arxasında, təxminən iki əsrlik, bir sətir riyaziyyatla xülasə oluna bilən mühəndislik ağıllığı var.

Mənbələr

• Differential (mexaniki qurğu) - Wikipedia
• 2.972 Differensial Necə İşləyir - MIT
• Differensial Necə İşləyir | Diaqram, Animasiya və Şəkillər - H&R Parts
• Differensial Necə İşləyir? - MAT Foundry Group
• Differensial dişli necə işləyir? - tec-science
• Məhdud sürüşməli differensial - Wikipedia
• Fərqləri Anlamaq: Açıq, Kilidli, Məhdud Sürüşməli - AZ Backroads