U automobilima i ostalim vozilima na tockovima diferencijal je uredjaj koji se najcesce sastoji od zupcanika i omogucava da se pogonski tockovi obrcu razlicitim brzinama dok se na iste dovodi podjednak obrtni moment.Ovo je bila osnovna zamisao diferencijala koja je tezila cilju da se dobije vozilo koje ce se stabilno kretati,kako na pravcu tako i u krivinama,bez dodatnog opterecenja na upravljacki i motorni sklop vozila.

Najveca uloga diferencijala je pri skretanju vozila.Na slici je prikazana jedna takva situacija sa vozilom koje ima pogon na sva 4 tocka.Ovde se vidi da je duzina predjenog puta unutrasnjih tockova manja od duzine puta spoljasnjih.Takodje je primetna razlika predjenih puteva izmedju tockova na zadnoj i prednjoj osovini.Ovo je bitno primetiti jer se kod ovog tipa vozila mora ugraditi i centralni (longitudinalni) diferencijal koji ima mogucnost da regulise kolicinu obrtnog momenta koja ce se preneti izmedju pogonskih osovina.

Da diferencijal nije ugradjen (bilo izmedju osovina ili izmedju pojedinih tockova iste osovine) tada bi tockovi bili spojeni krutom vezom.U situaciji kada je potrebna razlika izmedju brzina odredjenih tockova dolazilo bi do pojave blokiranja ili klizanja tocka po podlozi.Na danasnjim asfaltnim putevima i sa kvalitetnim pneumaticima bila bi potrebna velika sila kako bi vozac savladao i naterao tocak da prokliza,a i kada bi se to desilo ta sila bi se prenela duz svih elemenata koje prenose pogonski moment sto bi dovelo do njihovog mehanickog naprezanja,povecanog habanja i skracenog radnog veka.

Danas je u svetu razvijeno vise tipova razlicitih diferencijala.Svi su razvijeni prema posebnim zahtevima i u zavisnosti od uslova imaju svoje prednosti i mane.Prvobitna verzija je bio otvoreni diferencijal koji je bio zahvalan za odrzavanje ali se u slucaju proklizavanja nekog od pogonskih tockova sav obrtni moment motora prenosio na taj tocak zbog cega je, u slucaju potpunog gubitka prianjanja pomenutog tocka,vozilo ostajalo zaglavljeno.Taj nedostatak nadoknadili su diferencijali sa ogranicenim proklizavanjem(Limited Slip Differential - LSD) koji su u savremenoj automobilskoj industriji trenutno najrasprostranjeniji i predstavljaju najoptimalnije resenje u odnosu ulozeno/dobijeno.Neki od LSD diferencijala na putnickim vozilima su:

- diferencijali sa nepromenljivim prenosnim odnosom obrtnog momenta (u nastavku M) izmedju osovina

- diferencijali koji reaguju na promenu obrtnog M izmedju osovina (Torsen)

- diferencijali koji reaguju na promenu brzine izmedju osovina

- elektronski kontrolisani diferencijali.

Kako raspodeliti raspolozivi obrtni M na pojedine tockove sa dobrim/losim prianjanjem u zavisnosti od uslova na putu?...To je bio glavni problem,kako vozaca tako i proizvodjaca vozila.Torsen diferencijal je izumeo i patentirao Amerikanac Vernon Gleasman 1958 god koji se razvijao u kompaniji “Gleason Power Systems” (danas “JTEKT Torsen North America Inc”). Naziv diferencijala potice od 2 engleske reci – TORque i SENsing (moment i osecaj) i kao sto mu ime kaze spada u grupu LSD diferencijala koji reaguje na promenu obrtnog M izmedju osovina.

Torsen diferencijal

Kompanija ga je razvijala duzi niz godina i sa javnim marketingom pocela tek u ranim 80-im dok je masovna proizvodnja ovog diferencijala sacekala tek 1987 god kada je poceo serijski da se ugradjuje u automobil Audi Quatro CS(na slici).

Pored standardnih vozila ugradjivan je u razne verzije kamiona,vojnih vozila,luksuznih limuzina,trkackih automobila...

Torsen diferencijal je predstavlja izum koji pravi najbolji kompromis izmedju 2 osnovna zadatka svakog diferencijala a to su prenos obrtnog momenta sa jedne na dve osovine(poluvratila) i nesmetano,nezavisno obrtanje poluvratila pojedinog tocka.

Kako je to postignuto?

Kod prve verzije koju je osmislio V.Gleasman diferencijal Torsen T1 (na slici) se sastoji jednog para medjusobno odvojenih zupcanika sa puzastim prenosom koji se nalaze na zajednickoj osovini.Na njih nalezu 3 para zupcanika (na slici je 1 par zaklonjen) koji su izradjeni tako da su po sredini puznog prenosa,dok su po svom obodu izradjeni tako da imaju prave zube.Uloga puznog prenosa kod 3 manja para zupcanika jeste da budu u konstantnoj vezi sa vecim parom puznih zupcanika,dok pravi zubi omogucavaju stalnu medjusobnu vezu uzmedju manjih zupcanika svakog posebnog para.U praksi to funkcionise na sl nacin:

M motora koji se prenosi preko izlaznog vratila menjackog prenosnika dalje se prenosi na veliki zupcanik sa prstenastim ozlebljenjem (nije prikazan na slici) koji M predaje Torsen diferencijalu.Ukoliko se vozilo krece pravolinijski po suvoj podlozi sa dobrim prianjanjem tockova nema razlike u medjusobnim brzinama 2 pogonska tocka.U tom slucaju M sa prstenastog zupcanika diferencijal prenosi preko para vecih puznih zupcanika na 2 poluvratila.Tada se 3 manja para zupcanika ne krecu i ne uticu na rad diferencijala.

Kada usled promene pravca vozila ili usled nedostatka prianjanja na nekom tocku nastane potreba za razlikom brzine diferencijal to regulise tako sto M prebacuje sa onog tocka koji ima losiji kontakt na onaj koji ima bolji kontakt sa podlogom.Prebacivanje M se vrsi tako sto veci puzni zupcanik (1 od 2 komada u vecem paru) koji se nalazi na poluvratilu tocka koji ima losije prianjanje pocinje brze da se okrece i tada svoj povecan broj obrtaja prenosi na svaki od 3 manja zupcanika sa kojima je direktno uzubljen.U tom trenutku se M,u obliku povecanog broja obrtaja jednog tocka,prenosi sa 3 manja zupcanika na druga 3 manja zupcanika sa kojima su direktno uzubljeni preko pravih zubaca na svojim krajevima,a koji se nalaze na drugom puznom zupcaniku iz veceg puznog para.Tako se prosledjuje M izmedju 3 para manjih zupcanika dalje na 1 veci puzni zupcanik koji dalje prenosi M na poluvratilo i drugi tocak koji ima bolje prianjanje.

Zupcanici diferencijala su u konstantnoj vezi i regulacija prenosenja M se odvija,prirodno bez dodatnog uticaja bilo koje komponente sistema.Zbog ovakvog nacina rada diferencijala regulacija prenosenja M je aktivna i bez kasnjenja prilikom izjednacavanja M pojedinih osovina.Zato se ovaj diferencijal naziva jos i samoblokirajuci(ili samozatvarajuci) diferencijal.

Kolicina M koji diferencijal moze da prenese sa jednog poluvratila na drugo odredjena je prenosnim odnosom izmedju zubaca veceg puznog para i 3 manja para puznih zupcanika (Torque Bias Ratio - TBR).

Ako npr uzmemo da je prenosni odnos zupcanika 4:1 to u praksi znaci da Torsen dif. ima mogucnost da u slucaju potrebe prebaci do 80% M na onaj tocak koji ima bolje prianjanje.Ovo pravilo vazi i kod vozila sa pogonom na sve tockove gde Torsen dif. moze imati ulogu centralnog diferencijala gde dozira M izmedju prednje i zadnje osovine.

TBR nije posebno definisan i izradjuje se po potrebi,u zavisnosti kom automobilu i kojoj poziciji u sistemu prenosa je namenjen.

Ovako osmisljen Torsen dif. ima mnogo prednosti nad drugim resenjima diferencijalima…

U poredjenju sa konvencionalnim otvorenim diferencijalom bolji je jer poseduje sposobnost “samozakljucavanja” tj u slucaju proklizavanja nekog pogonskog tocka otvoreni diferencijal ce sav M motora preneti na tocak sa najlosijim prianjanjem.Jedini nacin da se to spreci jeste ugradnja dodatne blokade diferencijala kojom se na taj nacin izbacuje diferencijal iz rada pa se onda raspolozivi M deli podjednako na pogonske tockove.Sve ovo dodatno komplikuje i poskupljuje proizvodni postupak.

Zbog ovakvog principa rada otvorenom diferencijalu je potrebno znacajno vise snage da savlada situaciju u kojoj neki pogonski tocak ima losiji kontakt sa podlogom sto kao posledicu ima losije performanse vozila i povecanu potrosnju goriva.

Lamelni diferencijal je u principu otvoreni diferencijal sa dodatim lamelama i setom opruga.Uprosceno,ovaj diferencijal radi kao i otvoreni kada se vozilo krece pravolinijski.Kad se uslovi voznje promene i dodje do pojave razlike izmedju brzina dva tocka onaj zupcanik koji se brze okrece biva usporen od strane lamela koje su u fiksnom polozaju i vezane za kuciste diferencijala.Tada zupcanik mora da savlada otpor lamela na koje ga pritiskaju opruge.Otpor je dodatno veci sa vecom razlikom izmedju broja obrtaja pojedinih tockova.

Lamelni diferencijal

Ovaj dif. ima solidne karakteristike ali mana mu je sto zbog ovakvog nacina konstrukcije ima povecano trosenje lamela unutar diferencijala i na taj nacin skracen radni vek.Takodje za razliku od Torsen dif. on ima “vremensko odlaganje” reakcije tj. kada dodje do razlike izmedju brzina pogonskih tockova potrebno je odredjeno vreme (kratko ali ipak postoji) da diferencijal odreaguje i prebaci M na drugi tocak.

Viskozni dif. spadaju u grupu diferencijala koji reaguju na razliku brzine izmedju osovina koje pokrecu.To su diferencijali koji u svom kucistu imaju nekoliko parova plocica(diskova) i ulje velike viskoznosti.Njihov princip rada zasniva se na tome da kada dodje do nastanka razlike brzina izmedju 2 osovine tj kada jedan tocak pocne da se vrti vecim brojem obrtaja u odnosu na drugi tada jedna polovina plocica u diferencijalu,koje su u direktnoj vezi sa osovinom(polovina plocica za jednu osovinu/tocak a druga polovina za drugu osovinu/tocak) na kojoj se nalazi pogonski tocak pocinju da se vrte razlicitom brzinom u odnosu na drugu polovinu plocica.Njihove medjusobne brzine teze da se izjednace zbog velike viskoznosti ulja unutar kucista diferencijala.

Mana ovog diferencijala u odnosu na Torsen dif. je to da za intervenciju diferencijala mora postojati razlika brzina izmedju pojedinih osovina.Zbog toga ovaj dif. ,kao i lamelni,ima vremensko kasnjenjeod momenta proklizavanja tocka do trenutka reakcije i pocetka izjednacavanja M

koji se prenosi na obe osovine.U krivinama razlika izmedju broja obrtaja plocica nije znacajna,ali u slucaju kada vozilo naidje na klizavu podlogu sa niskim koeficijentom prianjanja dolazi do velike razlike izmedju brzina i tada se pod frikcionim dejstvom plocica ulje zagreva.Zbog konstantne zapremine komore u kojoj se ulje nalazi,jer je diferencijal hermeticki zatvoren,i njegovog zagrevanja u odredjenom trenutku kada Viskozni diferencijal – Nissan 240SX

ulje dostigne kriticnu zapreminu

viskozni diferencijal ce potpuno

zablokirati tj tada pocinje da radi kao da su pogonski tockovi(osovine)spojeni krutom vezom.Takodje,vremenom usled stalnih promena temperature ulje gubi na viskoznosti sto za posledicu ima to da nakon predjenog odredjenog broja km viskozni dif. pocne da funkcionise kao standardni otvoreni diferencijal.

Sve su ovo mane viskoznih diferencijala koje su kod Torsen diferencijala eliminisane.

El.kontrolisani diferencijali najcesce rade na istom principu kao ranije opisani lamelni diferencijali samo sto u ovom slucaju umesto opruga imaju ugradjene senzore koji nadgledaju brzine pogonskih osovina.U slucaju pojave razlike brzina izmedju njih ECU reaguje preko ugradjenih aktuatora u diferencijalu i koci pogonsku osovinu koja se vrti vecim brojem obrtaja.

Postoje i elektronski sistemi koji su bazirani na otvorenim diferencijalima i delovanju kocnica na pojedini tocak cime imitiraju dejstvo diferencijala.Ovi sistemi su razvijani od strane vise proizvodjaca ali najcesci je Haldex-ova spojnica,razvijena u kompaniji Haldex AB (Svedska) koji se upotrebljava kod raznih proizvodjaca u vise razlicitih modela.

Kada se sve sagleda glavne prednosti Torsen diferencijala (T1 verzija) su:

- Cisto mehanicki sistem koji omogucuje slobodnu raspodelu M izmedju pogonskih tockova bez ikakvog dodatnog opterecenja

- Regulacija M je trenutna i nema kasnjenja u odgovoru diferencijala u slucaju potrebe za izjednacavanjem M izmedju dve pogonske osovine

- Zbog nacina na koji diferencijal funkcionise M koji se prenosi sa motora biva maksimalno iskoriscen jer nema nikakvih gubitaka,vec se samo vrsi preraspodela M sa tocka koji ima lose na tocak koji ima bolje prianjanje – poboljsane vucne karakteristike vozila

- Zbog nacina integracije u sistem i nacina rada Torsen dif. nesmetano radi u kombinaciji sa razlicitim el.sistemima (ABS,ESP…)

- M koji se prenosi nema fiksnu vrednost i varira u zavisnosti od uslova u kojem se vozilo nalazi a u okviru granica koje su definisane “prenosnim odnosom M” - TBR

- U krivinama mirna i stalozena voznje bez ikakvih otpora i naprezanja kao u slucaju voskoznog dif.

- Upotrebljivost i ispravnost dif. nije fabricki ogranicena tj. radni vek diferencijala se poklapa sa radnim vekom vozila na koji je ugradjen

- Nema nikakvog odrzavanja (izuzev zamene ulja u dif. na odredjeni vremenski interval)

- Mogu se montirati na bilo koju pog.osovinu kao i na mesto centralnog diferencijala.

Sve ovo cini Torsen diferencijal jednim od najboljih resenja kada je u pitanju prenos M sa motora na pogonske tockove.Ali kao i svaki system i ovaj ima svojih mana:

- Ukoliko se jedan od pogonskih tockova nalazi u vazduhu diferencijal nema mogucnost da prenese M na tocak sa dobrim prianjanjem

- Zbog same konstrukcije zahteva fino i precizno podesavanje kako bi ispravno funkcionisao tokom celog radnog veka

- Komplikovanija konstrukcija dodatno poskupljuje cenu diferencijala.

Prva navedena je ujedno i najveca mana Torsen dif. - mogucnost da pogonski tockovi ostanu bez ikakvog M sa motora ukoliko jedan od pogonskih tockova ostane u vazduhu.Ali ova situacija je izuzetno retka i moguca je samo u izuzetno teskim uslovima van puta ili kod ekstremnih oblika leda koji imaju koeficijent prianjanja raven 0.Sve ovo je bitno jer i najmanji dodir sa podlogom dovoljan je da se ispuni odnos koji je definisan kroz TBR i da tocak sa boljim prianjanjem dobije veliku kolicinu M kojom bi mogao da pokrene i izvuce auto sa loseg terena ili podloge sa niskim koeficijentom prianjanja na kojoj se auto nalazi.

Na platformi Torsen diferencijala T1 tokom razvojnih godina vrsene su odredjene modifikacije koje su kasnije predstavljene javnosti kao novi modeli Torsen diferencijala.U osnovi,princip rada je bio isti ili blago promenjen.Primarni razlog razvijanja novih modela Torsen diferencijala je imao ulogu da se prilagodi i prosiri mogucnost ugradnje diferencijala na druge proizvodjace automobila koji su imali drugaciju konstrukciju za prenos M na pogonske tockove.

Torsen dif. T2 predstavlja diferencijal T1 kod kojeg je izmenjen dizajn zupcanika unutar diferencijala.Umesto puznih zupcanika iskorisceni su zupcanici sa kosim zupcima koji su nazvani “Equvex” zupcanici sa paralelnim ozubljenjem koji su kasnije postali patentirani proizvod kompanije “JTEKT Torsen North America Inc” koja i dan danas razvija i distribuira Torsen proizvode..U sredini dif. je zadrzan veci par zupcanika koji su,svaki za sebe,preko poluvratila povezani na pogonski tocak.Ali njihova medjusobna veza je ovog puta izvrsena sa ukupno 4 para zupcanika sa kosim zupcima,za razliku od prvobitne verzije T1 sa 3 para puznih zupcanika. Ova izvedba Torsen diferencijala je namenjena ugradnji u vozila fabrika “Ford” i “General Motors”.

Torsen diferencijal T2

Poprecni presek Torsen diferencijala T2

sa smerovima sila koje deluju na

“Equvex” zupcanike

Torsen dif. T2 – delovi

Torsen diferencijal T2 – delovi

Torsen T2R je diferencijal koji je znacajno poboljsao karakteristike prethodnog modela T2,i uopste svakog Torsen dif.Na ovom modelu je dodatno povecan prenosni odnos M (TBR) cime je omoguceno da diferencijal prebaci M sa tocka kod koga prianjanje ima jos manju vrednost nego kod ranijih modela.Ali glavna prednost ovog diferencijala je to sto su,nalik na lamelni diferencijal,u kuciste Torsen diferencijala ugradjene lamele sa setom opruga.Zadatak ovih opruga je bio da u najekstremnijim uslovima kada je prianjanje nekog pogonskog tocka jednako 0 pritisnu zupcanike uz lamele i na taj nacin ostvare minimalan otpor na tom tocku.Na ovaj nacin se M prebacuje na tocak koji ima bolje prianjanje.

Kod ovog diferencijala je uspesno premoscena najveca mana Torsen diferencijala – nemogucnost prenosa M kada jedan pogonski tocak potpuno izgubi prianjanje.Zbog nacina konstrukcije Torsen dif. T2R se moze ugraditi na vozilo sa el.kontrolom proklizavanja (ASR) cime se dobijaju ultimativne vucne karakteristike sa poboljsanim upravljanjem i boljim ubrzanjem vozila.

Ovaj tip Torsen dif. je pogodan za ugradnju kako na vozila namenjena voznji u teskim uslovima van puta tako i trkackim automobilima koji u kombinaciji sa ovim diferencijalom daju vrhunske vozne performance.

Torsen dif. T2 – delovi

Torsen T2R – delovi

Poslednja generacija Torsen diferencijala

ima oznaku T3.Konstrukcijski podseca na

T2 verziju ali sa odredjenim izmenama :

Umesto 2 para ugradjena su samo 2

zupcanika sa spiralno urezanim

zupcima koji se “planetarno” krecu po

nazubljenom obodu diferencijala sa

jedne strane i oko srednjeg zupcanika

sa druge strane.Ovom konstruktivnom

izvedbom su zadrzane vozne

karakteristike prethodnih Torsen

diferencijala (osim T2R),ali najveci

dobitak je na dimenzijama diferencijala

koji sada ima znatno redukovanu masu

i zahteva manje prostora.Zbog ovih

prednosti Torsen T3 predstavlja odlicno

resenje na mestu centralnog diferencijala.

najmanji Torsen do sada

Torsen T3 dif. –

najmanji Torsen do sada

Torsen T3 diferencijal

Torsen diferencijali su zbog svojih prednosti,kako konstrukcije tako i realnih mogucnosti jedni od najboljih diferencijala danasnjice.Zbog svoje proste konstrukcije lako se uparuju sa svim novim bezbednosnim sistemima sto za posledicu daje vrlo bezbedna vozila sa odlicnim voznim karakteristikama.U zavisnosti od vozila ugradjuju se kao diferencijali izmedju prednjih poluvratila,izmedju zadnjih poluvratila ali i kao longitudinalni diferencijali kod vozila sa pogonom na sve tockove gde razdvajaju M i po potrebi,a u zavisnosti od uslova,raspodeljuju izmedju pogonskih osovina.

Navescemo samo neke varijacije i automobile na kojima je primenjen Torsen dif :

- Na prednjoj pogonskoj osovini : Alfa Romeo (GT,147 Q2),Honda (Civic Si,Integra Type R,Accord Type R),Ford Focus RS,Nisan Sentra SE-R Spec-V,Subaru Impreza STI (modeli proizvedeni posle 2005 god.),Volvo (850,850 T5-R)….

- Na zadnjoj pogonskoj osovini : Audi (R8 sa automatskim menjacem,V8),Alfa Romeo (155 Q4,164 Q4),BMW Z3,Honda S2000,Hyundai Genesis Coupe,Lancia Delta Integrale, Maserati Biturbo,Mazda (MX-5,RX-7,RX-8),Peugeot 405 4x4 sa ABS-om…

- Na prednjoj i zadnjoj pogonskoj osovini : Hummer (HMMWV)

- Na prednjoj osovini i kao centarlni diferencijal : Audi V8 sa manuelnim menjacem

- U ulozi centralnog (longitudinalnog diferencijala) : Alfa Romeo (159,Brera Q4,Spider Q4,156 Crosswagon),Audi sa Quatro pogonom (80,90,S2,RS2 Avant,100,200,5000,A4,S4,RS4,A5,S5,A6,S6,RS6,A8,S8,Q5,Q7…),Lexus (GX, LS600H,LX)Range Rover L322,Saab 9-7X Aero,VW (Passat,Amarok – modeli sa 4motion pogonom)…..

Literatura:

PROČITAJ / PREUZMI I DRUGE SEMINARSKE RADOVE IZ OBLASTI:

preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi