DIFERENCIJALNI PRENOSNIK
1
SADRŽAJ:
1. Uvod…………………………………………………………………......…...1 2. Princip rada diferencijala…………………………………………………......2 3. Vrste diferencijala……………………………………………………………3 4. Karakteristična konstrukcijska rješenja glavnih prenosnika i diferencijala...10 5. Zaključak……………………………………………………………………11 6. Literatura……………………………………………………………………12
2
1. Uvod
U pogonskom mostu diferencijalni prenosnik ( u daljem tekstu-diferencijal ) služi za prenošenje obrtnog momenta na levi i desni pogonski točak pri njihovim međusobno različitim ugaonim brzinama.Do ove razlike dolazi pri kretanju vozila: u krivini,po neravnom putu i u slučaju različitih poluprečnika točkova ,do čega može doći pri različitim pritiscima u pneumaticima ili pri nejednakom istrošenju pneumatika. U svim tim slučajevima do razlike u ugaonim brzinama dolazi usled toga što točkovi u istom vremenskom perijodu moraju da imaju različite obimne brzine (jer prelaze različite puteve za isto vreme,odnosno prelaze isti put sa različitim poluprečnicima kotrljanja).Duferencijali se, osim toga,koriste za razvođenje obrtnih momenata na dva i više pogonskih mostova. Točkovi vozila obr ću se različitim brzinama,posebno pri skretanju.Diferencijal je dizajniran da pogoni par točkova sa jednakom silom,dok im istovremeno omogućava da se obr ću različitim brzinama.U vozolima bez diferencijala,kao što su karting vozila,oba pogonska točka se moraju obrtati istim brzinama,najčešće oko zajedničke osovine,koju pogoni jednostavni motorni mehanizam.Pri skretanju unutrašnji točak prelazi kraću udljenost od vanjskog točka,što uzrokuje obrtanje unutrašnjeg točka i/ili vučenje vanjskog točka.Rezultat je otežano i nepredvidivo kontrolisanje vozila,oštećenje na gumama i cesti i dr.
3
2. PRINCIP RADA DIFERENCIJALA
Princip rada, odnosno način funkcionisanja diferencijala može da se lako shvati na primeru koturače. Kretanje vozila u pravcu na ravnom tlu sa istim polupre čnicima točkova može da se predstavi kao pravolinijsko (translatorno) pomjeranje koturače, sl. 7-140 a čijise centar O,usled dejstva sile Fo kreće brzinom Vo koja je proporcijonalna broju obrtaja tanjirastog zupčanika.
Koturača vrši pri tome samo translatorno kretanje, pa tačke A i B na obimu koturače imaju brzinu V1=V2=V0 , dok su sile ,takođe jednake, F01=F02=F0 /2. Pri nailaskuvozila ,na primer,u levu krivinu pri istom broju obtraja tanjirastog zupčanika levi (unutrašnji) točak obrtaće se manji,a desni (spoljni) točak većim brojem obrtaja od broja obrtaja tanjirastog zupčanika,jer se kreće po različitim radijusima, odnosno treba da za isto vrijeme pređu različiti put.Primjer takvog kretanja vozila prestavljen je koturačom na sl. 7-140,b. Brzina pomjeranja centra O po radijusu Ro usled dejstva iste sile F 0,je i dalje V0.pošto se tačka A kreće po manjem radijusu R 1 to će i njena brzina V01V0. To znači da koturača počinje i da se obr će u smeru strelice .Međutim,uvjek važi da je V01+V02=V ,tj. za koliko se smanji brzina drugog točka .Isto tako ,važi F01=F02=F0/2 ako se zanemari otpor trenja u mehanizmu diferencijala. Pri okretanju vozila oko lijevog točka biće V01=0, a V02=2V0 i obrnuto, pri okretanju oko desnog ttočka: V02=0, a V01=2V0. Sve gore rečeno za kretanje vozila u pravcu važi za slučaj kada je moguće preneti obime sile na pogonskim točkovima na tlo,odnosno podlogu po kojoj se vozilo kreće tj. za slučaj kada postoji jednakost horizontalnih reakcija tla, X1=X2 ,odnosno momenta prijanjanja M
4
3. VRSTE DIFERENCIJALA
Diferencijali koji razvode obrtni moment u jednakim iznosima nazivaju se simetrični.Za razliku od njih asimetrični diferencijali razvode obrtne momente u nejednakim iznosima.Ovi (asimetrični) diferencijali često se koriste za razvodjenje obrtnog momenta na dva ili više pogonskih mostova kada su na njima vertikalne reakcije tla različite, odnosno kada se preko njih na tlo prenose različita vertikalna opterećenja.U slučaju kada se jedan od pogonskih točkova pogonskog mosta nadje na tlu sa niskim koeficijentom prijanjanja dolazi, kao što je objašnjeno, do njegovog proklizavanja i zaustavljanja vozila,jer sva snaga odlazi (“linijom manjeg otpora”) ka točku koji kliza.Da bi se ovo sprečilo, neophodno je u takvim slučajevima da se blokira rad, odnosno funkcija diferencijala i da se oba poluvratila čvrsto kinematički vežu jedno za drugo.Na taj način će snaga od motora biti usmerena ka točku, koji ima trenutno bolje uslove prijanjanja.Za blokiranje rada diferencijala koriste se posebni mehanizmi koji se nazivaju uredjajima za blokiranje.U zavisnosti od načona na koji se vrši blokiranje postoje rješenja diferencijala sa prinudnim blokiranjem i samoblokiranje.U prvom slučaju blokiranje komanduje vozač, a u drugom dolazi do spontanog blokiranja pri pojavi razlike ugaonih brzina lijevog u odnosu na desni točak.Ukoliko se samoblokiranje ostvaruje pomoću povećanja unutrašnjeg trenja onda se takvi diferencijali nazivaju diferencijalima sa povećanim unutrašnjim trenjem. U odnosu na konstrukcijska rješenja postoje sledeče osnovne vrste diferencijal: -sa zupčanicima -sa pužnim prenosnikom -sa kulisnim mehanizmima -sa mehanizmima slobodnog hoda. Prva vrsta se gradi na konusnim I cilindri čnim zupčanicima.Najčešći način gradnje diferencijala je sa konusnim zupčanicima.Takvi diferencijali se danas najčešće ugrađuju na sve vrste motornih vozila. Na slici 7-141 prikazane su sheme diferencijala sa zupčanicima i to: a-simetrični sa konusnim zupčanicima, b-asimetrični sa konusnim zupčanicima i c-asimetrični sa cilindričnim zupčanicima.Diferencijal se sastoji od dva konusna zupčanika (1), sl. 7-141, koji se nalaze na krajevima poluvratila (2), a za njih su spojena ožljebljenom vezom. U jednom zahvatu sa ovim zupčanicima nalaze se dva ili četiri (najčešći slučaj) konusna zupčanika (3) koji se nazivaju satelitima.Sateliti (3) su pomoću svojih osnovica (4) klizno uležišteni u kućište diferencijala (5) za koje se, kao što je re čeno vezuje tanjirasti zupčanik (6) glavnog prenosnika.Kućište diferencijala je uležišteno u kućištu pogonskog mosta.Prenošenje snage pri pravliniskom kretanju vozila po ravnom tlu obavlja se na taj na čin što se snaga od tanjirastog zupčanika (6) prenosi na kućište diferencijala (5) a sa ovoga, prko osnovice satelita 5
(4) i samih satelita (3) na konusne zupčanike (1) i time na pogonska poluvratila (2).prema tome pri tim uslovima kućišta diferencijala (5), konusni zupčanici (1) i poluvratila (2) obr ću se istom ugaonom brzinom oko ose poluvratila.Pri tome se sateliti (3) sa svojim osovinicama (4) obr ću zajedno sa kućištem oko ose poluvratila.Obrtanja satelita oko svoje ose-nema.Pri pojavi uslova za nejednakim ugaonim brzinama lijevih i desnih točkova,odnosno, pogonskih poluvratila (kretanje u krivini,po neravnom putu , različiti poluprečnici točkova,različiti uslovi prijanjanja i sl.), sateliti, osim što se zajedo sa ku čištem diferencijala (5) i svojim osovinicama (4) obr ću oko ose poluvratila, počinju da se obr ću i oko svojih osa, ’’diferencirajući’’, na taj način ugaone brzine lijevih i desnih pogonskih točkova. Asimetrični diferencijal sa konusnim zupčanicima, sl. 7-141,b, zbog različitih poluprečnika ( 1> 2) konusnih zupčanika (1) i (2) raspodjeljuju obrtni moment u različitim iznosima na vratila (4) i (5).Odnos obrtnih momenata je proporcijonalan odnosu poluprečnika r 1 i r 2.Isto se odnosi asimetrični diferencijal sa cilindri čnim zupčanivima. Sl. 7-141,c. Na slici 7-142 dat je shematski prikaz simetričnog i asimetričnog diferencijala sa konusnim zupčanicima.Oznake su iste kao na sl. 7-141,a,b.
r r
Shematski prikaz asimetričnog diferencijala sa pužnim prenosnicima dat je na sl. 7-143. Pužni točkovi (2), koji se nalaze na krajevima poluvratila (1), spregnuti su sa po tri (najčešće) puža (3) koji su uležišteni u kućište diferencijala (5).Sa svakim parom puževa (3) spregnut je još po jedan pužni točak (4) koji je , takodje, uležišten u kućište diferencijala (5).Pri pravoliniskom kretanju po ravnom tlu pužni točkovi se obr ću jednakim ugaonim brzinama koje su po vrednosti indentične ugaonoj brzini kućišta diferencijala.Puževi (3) i pužni točkovi (4) se pri tome ne obr ću oko svojih osa.Pri nailasku vozila u krivinu puževi (3) i pužni točkovi (4) počinju da se obr ću oko svojih osa obezbjeđujući različite ugaone brzine lijevog i desnog pogonskog točka.Poznato je da pužni prenosnici imaju relativno nizak stepen korisnog dejstva, tj. da se u njima javlja relativno veliko trenje.Zbog toga, ovakvi diferencijali spadaju u grupu diferencijala 6
sa povećanim unutrašnjim trenjem.Isto se odnosi i na diferencijale sa kulisnim mehanizmima, sl. 7-144, kod kojih su, kod ove konstrukcije,profilisana tela (2) radijalno postavljena.Obrtni moment od tanjirastog zupčanika (5),
prenosi se na kućište diferencijala (1) u čijim prorezima su smještena profilisana tela (2). Spoljni krajevi ovih profilisanih tjela (2) su u kontaktu sa unutrašnjom kulisno-profilisanom površinom prirubnice (3) koja je ožljebljenjem spojena sa desnim poluvratilom.unutrašnji krajevi profilisanih tijela (2) u kontaktu su sa spoljnom kulisno-profilisanom površinom prirubnice (4) koja je ožljebljenjem spojena sa lijevim poluvratilom.Pri kretanju vozila u krivini profilisana tijela (2) se kreću oscilatorno u radijalnom pravcu i klize po kulisno profilisanim površinama elemenata (3) i (4), obezbjeđujući različite ugaone brzine lijevog i desnog poluvratila, odnosno pogonskog točka. Diferencijalni mehanizam sa mehanizmima slobodnog hoda spadaju u grupu simetričnih diferencijala, a rad im se zasniva na funkciji dvije jednosmjerne spojnice (vidi tačku 7.2.2.).Relativno rijetko se koristi na savremenim motornim vozilima. I diferencijali sa koničnim zupčanicima izvode se sa povećanim unutrašnjim trenjem, odnosno sa samoblokiranjem.Ovo se postiže ugradnjom posebnih elemenata kojima se povećava unutrašnje trenje čime se, ustvari, stvara otpor (do određene mjere) relativnom zakretanju poluvratila.Do danas su razvijena različita rješenja ovakvih diferencijala.Princip svih takvih konstrukcija svodi se na jednu od shema prikazanih na sl. 7-145.Prema prvoj shemi , sl. 7-145,a, elementi frikcijone spojnice uvode se izmedju kućišta diferencijala i jednog od poluvratila.
7
U novije vrijeme, kao samoblokirajući mehanizam diferencijala , posebno međuosnih, kod automobila formule 4x4, koriste se visko-spojnice (sl. 7-145,c). Ova spojnica se sastoji od kućišta (1) spojenog za jedno vratilo (2) i naizmjenično postavljenih diskova (3) i (4).Diskovi (3) su spojeni za kućište,odnosno vratilo (2), a diskovi (4) sa vratilom (5). 90%zapremine kućišta ispunjeno je silikonskim uljem čija se viskoznost ne mjenja pri znatnoj promjeni temperature.Do samoblokiranja dolazi pri znatnijoj promjeni raznih ugaonih brzina vratila (2) i (5) usled viskoznog trenja izmedju ulja i diskova (3) i (4).Ova vrsta mehanizma za samoblokiranje koristi se na vozilima WV Transporter Syncro, FORD Sierax R4x4 i dr. Prinudn,potpuno, blokiranje diferencijala najčešće se dešava na taj način,sl. 7-146, što se kućište diferencijala i jedno od poluvratila kinematski spajaju pomoću kandžaste spojnice.
8
9
10
4.
KARAKTERISTIČNA KONSTRUKCIJSKA RJEŠENJA GLAVNIH PRENOSNIKA I DIFERENCIJALA
Na sl. 7-147 prkazani su zupčasti glavni prenosnik sa hipoidnim ozubljenjem i diferencijal sa konusnim zupčanicima. Vodeći (konusni) zupčanik glavnog prenosnika sa svojim vratilom uležišten je konzolno, zbog čega je razmak izmedju konusno-valjkastih ležajeva relativn velik. Diferencijal ima četiri satelita, a njihove osnovice spojene su u jedan dijo oblika krsta (slično krstu kardanovog zgloba-vidi tačku 7.4).Ovakvo rješenje osnovice satelita je veoma često. Glavni prenosnik i diferencijal smještaju se u osebno liveno kućište ,sl. 7-148, a ovo se ubacuje u središnji dijo kućišta pogonskog mosta (u koliko se radi o zavisnom oslanjanju) ili se potpuno zatvara i vezuje za noseću konstrukciju vozila, sl. 7-149, dok su poluvratila zglobna (kod nezavisnog oslanjanja pogonskih točkova). Samoblokirajući diferencijalni prenosnik sa povećanim unutrašnjim trenjem prikazan je na sl. 7150. Povećano unutrašnje trenje kod ovoga rješenja postiže se ugradnjom elemenata višelamelastih frikcijonih spojnica.Izgled u presjeku takvog jednog diferencijal prikazan je na slici 7-151.Na sl. 7-152 prikazan je drugi način rješenja unutrašnjeg trenja kod diferencijala istog tipa.U povećano unutrašnje trenje postiže se postavljanjem ispod satelita podloški (2) koje imaju prstenasti frikcijoni pojas po površini koje naliježu na prirubnice ležišnih čaura (3).Potreban normalni pritisak na površine trenja ostvaruje se pomoću četiri (za svaki satelit) opruge (4).
11
5. ZAKLJUČAK
Diferencijal, odnosno diferencijalni prenosnik koristi se kod gotovo svih voyila sa četiri i više točkova .Izuzetak su nova vozila‐motori sa četiri točka koji mogu ,a ne moraju imati diferencijal.Kao što je opšte poznato “diferencijali” su sastavni dijelovi transmisije na vozilima, tj. nalaze se između mjenjača i pogonskih poluvratila,odnosno između kardanskog vratila i i pogonskih poluvratila što zavisi od koncepcija gradnje motornih vozila.Osnovna funkcija diferencijalnog prenosnika jeste osiguravanje vožnje po zavojutj. Kod kretanja vozila u krivinama,po neravnom putu ii kada su točkovi različitog prečnika.Preciznije rečeno osnovna funkcija diferencijala jeste da obezbjedi prenošenje obrtnog momenta,a istovremeno okretanje točkova različitim ugaonim brzinama zavisno od konfiguracije puta. Npr. ,prilikom prolaska vozila kroz krivinu pogonski točkovi prelaze različite puteve (unutrašnji točak prelazi kraći put od vanjskog), pa je shodno tome zadatak diferencijala da obezbjedi okretanje točkova različitim brzinama kako bi se izbjegle smetnje prilikom kretanja,tj. kako ne bi došlo do zanošenja vozila. Prema razvođenju pogonskih momenata na točkove diferencijalni prenosnici mogubiti: ‐simetrični,koji dijele
I razvode jednake obrtne momente na točkove i
‐asimetrični,koji razvode ne jednake obrtne momente
na točkove kada su reakcije tla različite
U slučaju da vozila imaju više pogonskih osovina,na svakoj od njih moraju se nalaziti diferencijalni prenosnici iz prostog razloga što se moraju izjednačiti brzine kao što je to slučaj kod vozila sa jednom pogonskom osovinom.Ako bi se uopšte mogla naći neka mana diferencijalnim prenosnicia ,onda je to činjenica da snaga uvjek ide linijom manjeg otpora, tj. ako jedan točak počne proklizavati ,drugi gubi pogonsku snagu.Ovaj problem je kod vozila koja se često koriste u težim eksploatacijonim uslovima rješen blokadom diferencijala koja može biti izvedena na različite načine,a koja ima za cilj da blokadom, određenih zupčanika ili spajanjem jedne poluosovine za kućište diferencijala obezbjedi istovremeno okretanje točkova, tj. blokadom kompletne osovine obezbjeđuju okretanje točkova istim brzinama.Da ne bi ulazili u ponavljanje objašnjenog I dalje opisivanje diferencijala potrebno je naglasiti da diferencijalni prenosnik prestavlja najgenijalnije izveden sklop na vozilima.
12
6.LITERATURA
Josip Ć. Lenasi, Tomislav A. Ristanović, Motori i motorna vozila, zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd 2005 D. Janković i J. Todorović. Teorija kretanja motornih vozila, Mašinski fakultet, Beograd, 1983
J. Lenasi, Motorna vozila, Saobraćajni fakultet, Beograd, 1986 Dušan Lučić, Opravka motora, Tehnčka knjiga, Beograd 1974
13
