Differentiaaltypen Uitgelegd: Functies & Voordelen voor Voertuigen

Er zijn verschillende typen differentiaal geschikt voor een specifiek voertuig, omdat ze het doel dienen om de motorvermogen naar de wielen over te brengen. In mijn eerdere bericht werd het differentiaal uitgelegd als een mechanisme dat het koppel van een motor naar de wielen overbrengt met als doel de kracht te splitsen, zodat de wielen met verschillende snelheden kunnen bewegen.

Vandaag kijken we dieper in de verschillende typen differentiaal en hun werkingprincipe.

Typen differentiaal

De volgende typen differentiaal kunnen op automobielen worden gevonden:

• Open differentiaal
• Geblokkeerd differentiaal
• Gelaste/Spool differentiaal
• Beperkt-glijdend differentiaal
• Torsen differentiaal
• Actief differentiaal
• Koppelvectorerend differentiaal

Laten we hun uitleg bekijken!

Lees: Automatisch transmissiesysteem begrijpen

Open differentiaal:

De basisvorm van een open differentiaal bevat twee helften van een as met een tandwiel aan elk eind, die door een derde tandwiel met elkaar verbonden zijn, wat drie zijden van een vierkant vormt. Om het vierkant te voltooien, wordt een vierde tandwiel toegevoegd om de sterkte te vergroten. De sterkte wordt vergroot met het krontandwiel dat aan de differentiaalbehuizing wordt toegevoegd, die de basiskern tandwielen bevat. Dit krontandwiel zorgt ervoor dat de wielen aangedreven worden door de aandrijfas via een pignon te verbinden.

Het voordeel van een open differentiaal is dat het de as in een bocht effectiever laat lenzen, wat bereikt wordt doordat het buitnewiel van de bocht sneller beweegt dan het binnenwiel, omdat het meer afstand aflegt. Een ander voordeel is dat het relatief goedkoop te produceren is en veelvoorkomend.

Nadelen ontstaan ook bij dit type differentiaal, omdat het koppel gelijkmatig tussen beide wielen wordt verdeeld. Hierdoor is de aan de wielen overgedragen kracht beperkt door het wiel met de laagste grip.

Geblokkeerd differentiaal:

Het geblokkeerde type differentiaal wordt vaak gevonden op voertuigen die off-road rijden. Het is in feite een open differentiaal met het effect van het vergrendelen van de as op zijn plaats om een vaste as te creëren in plaats van een onafhankelijke. Dit effect kan handmatig of elektronisch in het voertuig plaatsvinden.

De voordelen van een geblokkeerd differentiaal zijn om een aanzienlijke hoeveelheid tractie te verkrijgen ten opzichte van het open differentiaal. Dit wordt bereikt omdat het koppel niet gelijkmatig 50/50 naar het wiel wordt verdeeld. Meer koppel kan worden geleid naar het wiel dat betere tractie heeft.

Een van de nadelen van geblokkeerde differentiaal heet "binding", het gebeurt wanneer overtollige rotationele energie (koppel) wordt opgebouwd in de aandrijving en vrijgegeven moet worden. Deze vrijgave kan gebeuren wanneer de wielen de grond verlaten om de positie te resetten of door simpelweg de as te ontgrendelen wanneer ze niet meer nodig zijn.

Gelaste/Spool Differentiaal:

Het gelaste differentiaal is redelijk vergelijkbaar met het geblokkeerde type, alleen is het permanent gelast vanuit een open differentiaal naar een vaste as. Het lassen van de vaste as wordt exprès gedaan om beide wielen simultaan te laten draaien. Voertuigen met zo'n differentiaal zijn bedoeld voor drift.

Het differentiaal is niet geschikt voor andere rijomstandigheden, aangezien het lassen al de componentsterkte heeft aangetast. Het verhoogt ook het risico op catastrofale onderdelenbreuk, wat kan leiden tot gebroken differentiaaltandwielen die door de differentiaalbehuizing exploderen.

Beperkt-glijdend Differentiaal:

Dit type differentiaal wordt afgekort als LSD. Het combineert de voordelen van zowel open als geblokkeerd differentiaal door een meer gecompliceerd systeem. Een andere vorm van weerstand wordt gebruikt om hetzelfde te bereiken in dit differentiaal. Ze worden gecategoriseerd in:

• Mechanische koppeling LSD
• Viscose LSD

Mechanische koppeling LSD

De mechanische koppeling LSD bevat de dezelfde kernentandwielen die in open differentialen worden gevonden, met een paar drukringen. De drukking oefenen kracht uit op twee sets koppelingplaten die naast de tandwielen zijn gepositioneerd. Dit biedt weerstand tegen de onafhankelijke rotatie van de wielen, wat het effect van het differentiaal verandert van open naar geblokkeerd. Het biedt ook verhoogde tractie.

In dit type mechanische koppeling LSD omringen de drukkingen de kernentandwielen, die uiteen worden geduwd door de centrale tandwielpennen. Het duwt tegen de hoekige oppervlakken onder rotatie en duwt de drukkingen in de koppelingparken (geel en blauw) aan beide kanten. Dit genereert weerstand en verandert de werking van de as van open naar een vast effect.

Lees: Alles wat u moet weten over differentiaal

De mechanische koppeling LSD is verder opgedeeld in subtypen die op verschillende manieren functioneren. Ze veranderen wanneer de druk op de koppelingplaten en drukkingen wordt uitgeoefend. Hieronder staan de verschillende typen mechanische koppeling LSD:

• Eénrichtings LSD: de druk wordt alleen uitgeoefend onder deceleratie, wat betekent dat het zich gedraagt als een open type in bochten. Dit laat de wielen onafhankelijk draaien. Maar onder acceleratie creëert de koppelingrotatie van het differentiaal wrijving in de koppelingplaten. Dit vergrendelt ze op hun plaats om meer tractie te krijgen.
• Tweerichtings LSD: de druk wordt ook uitgeoefend op de koppelingplaten onder deceleratie. Het helpt de stabiliteit te verbeteren bij het remmen op variabele wegdekken.
• Eén-en-een-half-richtings LSD: het probeert de voordelen van de subtypen te combineren, door een goede hoeveelheid druk onder acceleratie en een mindere hoeveelheid onder deceleratie uit te oefenen.

Viscose LSD:

De viscose is het tweede type beperkt-glijdend differentiaal dat een dikke vloeistof gebruikt in plaats van koppeling om de weerstand te creëren die nodig is om de werking van het differentiaal tussen open en geblokkeerd te veranderen. Dit type is eenvoudiger omdat het minder bewegende delen heeft dan de mechanische LSD.

De werking is soepeler in de toepassing, omdat de weerstand opbouwt in eenheid met de wielsnelheid, wat een zeer graduele toename biedt. De viscose LSD overdraagt koppel effectiever naar het wiel dat meer tractie heeft. Dit komt doordat de vloeistof als weerstand optreedt onder snelheid. Als een wiel ooit tractie verliest en gaat slippen, ontstaat een verschil in snelheid tussen de twee wielen binnen het differentiaal. Het creëert meer weerstand op het langzamer bewegende wiel door meer koppel van de aandrijfas ernaar te leiden.

Het nadeel van dit type dat het gebruik beperkt is dat de vloeistof opwarmt en minder visceus wordt, wat leidt tot minder weerstand. Het kan ook niet volledig vergrendelen zoals de mechanische LSD, omdat de vloeistof niet in staat is om absolute weerstand binnen een adequate ruimte te bieden.

Torsen differentiaal:

Het Torsen differentiaal gebruikt een slimme tandwielwerking om hetzelfde effect te produceren als het beperkt-glijdende differentiaal. Maar het werkt niet met koppelingen of vloeistofweerstand. In plaats daarvan wordt een laag wormtandwielwerk toegevoegd aan een traditionele tandwielopstelling van een open differentiaal. De sets wormtandwielen die op elke as werken, leveren de weerstand die nodig is om de koppeloverdracht mogelijk te maken. Dit wordt bereikt door de wormtandwielen in constant incontact te hebben met elkaar via een verbonden spurtandwiel.

De constante incontact tussen de twee kanten van het differentiaal helpt bij het direct overdragen van het koppel. Dit maakt het gevoeliger bij veranderende weg- en rijomstandigheden. Het Torsen differentiaal kan ook een hoog percentage koppel naar één wiel sturen, afhankelijk van de tandwielverhouding. In tegenstelling tot het open differentiaal dat zijn koppel gelijkmatig tussen de wielen moet splitsen.

In het Torsen differentiaal kan de tandwielwerking zo gemachineerd worden dat een andere verhouding van weerstand impact heeft bij accelereren en decelereren, net als de één-en-een-half beperkt-glijdende differentiaal. Dit wordt mechanisch bereikt zonder elektronica of andere verdampingsvorm. Het Torsen differentiaal is het beste mechanische systeem dat alle kwaliteiten van de andere differentialen in dit bericht heeft.

Actief differentiaal:

Het actieve type differentiaal is erg vergelijkbaar met het beperkt-glijdende differentiaal, omdat het nog steeds mechanismen gebruikt. Het mechanisme wordt gebruikt om de weerstand te bieden die nodig is om koppel van de ene kant naar de andere over te dragen. Koppelingen worden elektronisch geactiveerd in plaats van puur op mechanische kracht te vertrouwen.

Actieve differentialen gebruiken elektronica om de mechanische krachten die het systeem ervaart door de veranderende rijomstandigheden kunstmatig te veranderen. Dit is waarom ze controleerbaar en dus programmeerbaar zijn. En met sensoren op zo'n voertuig kan een computer automatisch detecteren welke wielen kracht moeten krijgen en wanneer dat moet gebeuren.

Deze typen differentiaal zijn goed in prestaties, vooral op slechte wegen, en helpen auto's te verbeteren die snel veranderende rijomstandigheden ondergaan. Maar dit zal een systeem zijn dat hun continue aanpassingen aan het voertuig kan bijhouden.

Koppelvectorerend differentiaal:

Het koppelvectorerende type differentiaal gebruikt ook een elektronisch verbeterd systeem en gebruikt het zelfs om de hoek, of vector van het voertuig te veranderen. Het moedigt specifieke wielen aan om meer koppel te nemen wanneer dat nodig is, wat de bochtprestaties verbetert. Wanneer een tegenovergestelde koppeling wordt geactiveerd, kan die welke normaal gesproken door een puur mechanisch aangedreven LSD zou ingeschakeld worden, worden gebruikt om te helpen met sturen. Terwijl ook meer kracht naar benen wordt gezet, worden de tekortkomingen in het LSD-systeem overwonnen.

In de bocht van dit differentiaal oefent een multi-way LSD weerstand uit op beide wielen tot de as deels vergrendelt. En het stabiliseert ook onder remmen, wat vervolgens wordt vrijgegeven naarmate de wielsnelheid daalt en het voertuig in de bocht gaat. Dit laat de wielen met verschillende snelheden draaien. Maar, in plaats van de weerstand op beide wielen vrij te geven, zal een TVD de koppeling op het buitnewiel alleen blijven toepassen. Dit verhoogt de weerstand die het wiel ervaart en laat het systeem meer koppel ernaar leiden. Ongelijkmatigheid van kracht zal naar buiten toe veroorzaken, waardoor het voertuig een scherpe bocht maakt en onderstuur vermindert.

Wanneer de weerstand continu wordt ervaren door de bocht, naarmate het voertuig de piek passeert en begint te accelereren, zal het een normale multiway-LSD blijven overrulen. Dit zou weer de sneller bewegende buitnewiel interpreteren als glijden en koppel tijdens acceleratie naar het binnenwiel afvoeren, aangezien het waarneemt dat dit meer grip heeft.

De TVD die meer weerstand uitoefent op de koppeling van het buitnewiel, lokt het systeem om meer koppel erdoor te leiden. Dit wordt bereikt door de hoeveelheid kracht die kan worden toegepast te verhogen en het onderstuur dat onder acceleratie uit een bocht wordt ervaren te verminderen.

Lees: Dingen die u moet weten over handmatig transmissiesysteem

Koppelvectorerende differentialen zijn in staat om 100% van het beschikbare koppel door een enkel wiel over te brengen. Alleen wanneer het het koppel het meest nodig heeft in de meest extreme omstandigheden.

De beperking van deze TVD is dat het erg gecompliceerd en erg duur is en typisch wordt gebruikt voor race/baan toepassingen vanwege het potentieel voor hoge snelheid in bochten.

Alle typen differentiaal hebben hun eigen voor- en nadelen, ik hoop dat u nu de verschillende differentiaaltypen kent. Als u vragen heeft, stel ze dan via het reactievak en deel dit artikel met andere technische studenten. Dank u!