Beperkte Glijdifferentielen (LSD): Functie, Typen en Voordelen

Een beperkt glijdifferentieel (LSD) stelt de twee uitvoerasjes in staat om met verschillende snelheden te draaien, terwijl het het maximale verschil tussen hen beperkt. Het wordt ook wel zelfblokkerend differentieel of differentieelblokkering genoemd.

Wat is een Beperkt Glijdifferentieel (LSD)?

Door koppel tussen de aangedreven wielen te verschuiven, stelt een beperkt glijdifferentieel (LSD) snellere bochten mogelijk. Dit laat de auto de motoruitgang optimaal benutten door wielslip te minimaliseren en tractie te maximaliseren. Het is een type differentieel dat de twee uitvoerasjes met verschillende snelheden laat draaien, maar het maximale verschil tussen de twee assen beperkt.

Toepassingen

Toepassingen van het LSD-transmissie systeem zijn veelvoorkomend in off-road en hoogpresterende vierwielaangedreven voertuigen. Het is ook handig op ijs of onverharde wegen. Tenslotte worden beperkte glijdifferentielen veel gebruikt in prestatievoertuigen zoals BMW, Audi, Lexus, Dodge, Cadillac en vele anderen.

Typen Beperkte Glijdifferentielen

Vaste Waarde LSD (Fixed Value LSD):

Ongeacht de koppelinput naar het differentieel of het snelheidsverschil tussen de twee uitgangen, is het maximale koppelverschil tussen de twee uitgangen, Trq d, een constante waarde. Meestal worden veerbeladen kupelingassemblages gebruikt.

Koppelgevoelige LSD (Torque Sensitivity LSD):

Helicale tandwielen, koppelingen of kegels (een alternatief type koppeling) worden gebruikt, en de ingriepingskracht van de tandwielen of koppeling is een functie van de inputkoppel die aan het differentieel wordt geleverd (hoe meer de motor koppel levert, hoe harder de tandwielen of koppelingen grijpen en daalt Trq d).

Koppeldetecterende LSD's reageren op aandraaikoppel: hoe hoger de input, hoe harder de koppelingen, kegels of tandwielen samengeperst worden, en hoe dichter de aangedreven wielen gekoppeld zijn. Sommige hebben voorbelasting voor minimale koppeling bij weinig of geen inputkoppel (trailing throttle/uitgeschakelde versnellingsbak/hoofdkoppeling ingedrukt). De mate van voorbelasting (statische koppeling) hangt af van de algemene toestand (slijtage) en hoe strak ze geladen zijn.

Koppeling, Kegel-type, of Platen LSD:

De koppeling bestaat uit een stapel dunne koppelingsschijven, waarvan de helft verbonden is met één van de aangedreven assen en de andere helft met de spinne tandwiel drager. De koppelingsstapels kunnen op beide of slechts één van de aangedreven assen aanwezig zijn. Als er maar één is, verbinden de spinnetandwielen de overige aangedreven as met de gekoppelde aangedreven as. In een kegeltype worden de koppelingen vervangen door een paar kegels die samengeperst worden voor hetzelfde effect.

2-Way, 1-Way, 1.5-Way:

Belasting, geen belasting, en overloop zijn de drie inputkoppel toestanden. De koppeling is evenredig met de inputkoppel tijdens belasting. De koppeling wordt gereduceerd tot statische koppeling bij geen belasting. Het gedrag van de LSD bij overloop (vooral plotselinge gasloslaten) bepaalt of het een 1-way, 1.5-way, of 2-way systeem is.

In zowel voorwaarts als achterwaarts richting heeft een 2-way differentieel dezelfde begrenzende koppel Trq d. Dit betekent dat bij motormafreming het differentieel een bepaalde begrenzende werking biedt.

Getande LSD (Geared LSD):

Wormwielen en spaartandwielen worden gebruikt om inputvermogen over te dragen en te differentiëren tussen twee aangedreven wielen of voor- en achterassen in getande, koppelgevoelige mechanische beperkte glijdifferentielen. Niet te verwarren met de meest voorkomende afgeschuinde spinnetandwielen in de meeste auto-toepassingen. De tandwielen worden tegen de wanden van de differentieelbehuizing geperst bij koppeltoepassing, wat wrijving veroorzaakt. De begrenzende koppel Trq d wordt gecreëerd door wrijving die de relatieve beweging van de uitgangen weerstaat.

Snelheidsgevoelig (Speed Sensitivity):

Op basis van het snelheidsverschil tussen de twee uitvoerasjes, beperken snelheidsgevoelige differentielen het koppelverschil tussen de uitgangen, Trq d. Het gedrag voor kleine snelheidsverschillen kan lijken op een open differentieel. De begrenzende koppel neemt toe naarmate het snelheidsgat groeit. In vergelijking met een koppelgevoelig differentieel resulteert dit in een duidelijk ander dynamisch gedrag.

Viscose LSD (Viscous LSD):

Omdat het gebaseerd is op hydrodynamische wrijving van vloeistoffen met hoge viscositeit, is het viscose type vaak simpeler. Silicone-gebaseerde oliën worden vaak gebruikt. Een cilindrische kamer gevuld met vloeistof en een stapel geperforeerde schijven draait mee met de normale beweging van de uitvoerasjes. De binnenkant van de kamer is verbonden met één van de aangedreven assen, de buitenkant met de differentieldrager. In de stapel is de helft van de schijven verbonden met de binnenkant, de andere helft met de buitenkant. Differentiele beweging zorgt dat de ingelegde schijven door de vloeistof tegen elkaar bewegen. Bij bepaalde viscose koppelingen verhit de vloeistof door wrijving bij constante snelheid.

Elektronische LSD (Electronic LSD):

Een planeet- of kegeltandwielset vergelijkbaar met een open differentieel en een koppelingspakket vergelijkbaar met een koppelgevoelig of gerotor-pomp gebaseerd differentieel zijn veelvoorkomende kenmerken van een elektronisch beperkt glijdifferentieel. De klemkracht op de koppeling in de elektronische eenheid wordt extern bestuurd door een computer of andere controller. Dit stelt in staat het begrenzende koppel van het differentieel, Trq d, te regelen als onderdeel van een uitgebreid chassis managementsysteem.

Werkingsprincipe

In de meeste gevallen is het standaard differentieel voldoende. Op extreem gladde ondergronden, zoals ijs of modderige wegen, kan een gebrek aan aandrijkracht (tractiekracht) ervoor zorgen dat de achterwielen slippen, omdat het typische differentieel het wiel met de minst tractie aandrijft. De krans tandwiel en differentieelbehuizing zullen de spinnetandwielen drijven als één aangedreven wiel op droog asfalt is en het andere op ijs of modder. De spinnetandwielen zullen echter niet beide zijaandwielen drijven.

Op droog asfalt zullen de spinnetandwielen rond het zijaandwiel corresponderend met het wiel lopen wanneer gedreven door de differentieelbehuizing. De spinnetandwielen drijven het glijwiel, en de auto zal niet bewegen. Bijna al het motorvermogen wordt via het conventionele differentieel naar het glijwiel gestuurd. Differentieelblokkeringen lossen dit op door evenveel vermogen aan beide wielen te geven, terwijl het voertuig nog normaal kan bochten.

Het beperkt glijdifferentieel (LSD) in de differentieelbehuizing beperkt de differentieel RPM tussen twee wielen, twee druklagers en een koppelingsschijf. Wanneer de weerstand van het linkerde differentieltandwiel groter is dan die van het wiel, draait het rechter differentieltandwiel. Dit zorgt dat de tanden van het rechter differentielkoppelinglid de tanden van het linker differentielkoppelinglid beklimmen. Hierdoor bewegen de twee koppelingleden van elkaar af.

Hierdoor worden de druklagers tegen de zijaandwielen geperst. Als gevolg van de wrijving tussen zijaandwielen en druklagers benadert de RPM van de achterassen de differentieelbehuizing. Dit heet het beperkt glijdeffect.

Voordelen en Nadelen

Voordelen:

• Verbetert prestaties en snelheid door verhoogde tractie
• Verbeterde voertuigveiligheid door meer controle voor de bestuurder
• Bij een open differentieel op off-road of sneeuw: het slippende wiel krijgt de meeste kracht (lage koppel, hoge RPM), het contactmakende wiel blijft stil. LSD lost dit op.

Nadelen:

• Complex ontwerp
• Hoge onderhoudskosten

Conclusie

Een beperkt glijdifferentieel (LSD), ook wel zelfblokkerend differentieel of differentieelblokkering genoemd, is een betere manier om snellere bochten te maken. Het laat auto's de motoruitgang optimaal benutten door wielslip te minimaliseren en tractie te maximaliseren. Een essentiële technologie voor prestatie- en off-road voertuigen.