Thorsen: generationer, enheter och driftsprincip

Under bilens rörelse utövas en helt annan effekt på hjulen, från det vridmoment som kommer från motorn genom växellådan och slutar med skillnaden i varv när fordonet övervinner en kraftig sväng. I moderna bilar används en differential för att eliminera skillnaden i hjulrotation på en axel.

Vi kommer inte att överväga i detalj vad det är och vad dess funktionsprincip är - det finns separat artikel... I den här översynen kommer vi att överväga en av de mest kända typerna av mekanismer - Torsen. Låt oss diskutera vad dess särdrag är, hur det fungerar, i vilka bilar det är installerat, liksom vilka typer av det finns. Denna mekanism var särskilt populär tack vare introduktionen i stadsjeepar och fyrhjulsdrivna bilmodeller.

I många av deras modeller av fyrhjulsdrivna fordon installerar biltillverkare olika system som fördelar vridmoment längs bilens axlar. Till exempel för BMW är detta xDrive (läs om denna utveckling här), Mercedes -Benz - 4Matic (vad dess särdrag är, beskrivs den separat) etc. Ofta ingår en differential med automatisk låsning i anordningen i sådana system.

Vad är Torsen Differential

Torsen-differentialen är en av modifieringarna av mekanismer som har en maskväxeltyp och en hög grad av friktion. Liknande anordningar används i olika fordonssystem där momentkraften fördelas från drivaxeln till den drivna axeln. Enheten är monterad på drivhjulet, vilket förhindrar för tidigt däckslitage när bilen kör på en slingrande väg.

Liknande mekanismer installeras också mellan två axlar för att ta kraft från kraftenheten till sekundäraxeln, vilket gör den till den främsta. I många moderna modeller av terrängfordon ersätts mittdifferentialen av en friktionskoppling med flera plattor (dess struktur, modifieringar och arbetsprincip anses vara i en annan artikel).

Namnet Thorsen översätts bokstavligen från engelska som "vridmomentkänsligt". Denna typ av enhet kan självlåsas. På grund av detta behöver inte det självlåsande elementet ytterligare anordningar som nivåerar funktionen hos den aktuella mekanismen. Denna process inträffar när drivaxlarna har olika varvtal eller vridmoment.

Utformningen av självlåsande mekanismer innebär att det finns maskdrev (drivna och ledande). I bilisterna kan du höra namnet satellit eller halvaxel. Dessa är alla synonymer för maskdrev som används i denna mekanism. Snäckväxeln har en funktion - den behöver inte överföra rotationsrörelser från intilliggande växlar. Tvärtom kan denna del självständigt vrida de intilliggande växelelementen. Detta ger ett partiellt differentialspärr.

Tidsbeställning

Så syftet med Torsen-differentialen är att ge effektiv kraftuttag och vridmomentfördelning mellan de två mekanismerna. Om enheten används i drivhjul är det nödvändigt att när ett hjul glider, förlorar det andra inte vridmoment utan fortsätter att fungera och ger dragkraft med vägytan. Mittdifferentialen har en liknande uppgift - när hjulen på huvudaxeln glider, kan den låsa och överföra en del av kraften till sekundäraxeln.

I vissa moderna bilar kan biltillverkare använda en differentiell modifiering som oberoende låser ett upphängt hjul. Tack vare detta levereras den maximala effekten inte till den bakre axelaxeln utan till den med god dragkraft. Denna komponent i växellådan är idealisk om maskinen ofta erövrar terrängförhållanden.

Dess läge beror på vilken typ av transmission som bilen har:

• Framhjulsdriven bil. I det här fallet kommer differentialen att finnas i växellådshuset;
• Bakhjulsdriven bil. I detta arrangemang kommer differentialen att installeras i drivaxelns axelhus;
• Fyrhjulsdrivna fordon. I det här fallet kommer differentialen (om flerskivans mittkoppling inte används som motsvarighet) att installeras i axelhuset på fram- och bakaxlarna. Det överför vridmoment till alla hjul. Om enheten är installerad i ett överföringsfodral, kommer den att ge kraftuttag av drivaxlarna (för mer information om vad ett överföringsfodral är, läs i en annan recension).

Skapelsens historia

Innan denna anordning uppträdde observerade förare av självgående motorfordon en minskning av besättningens kontrollerbarhet när den kom över en böj i hastighet. För närvarande har alla hjul, som är styva förbundna med varandra via en gemensam axel, samma vinkelhastighet. På grund av denna effekt tappar ett av hjulen kontakten med vägytan (motorn får det att snurra med samma hastighet och vägytan förhindrar det), vilket accelererade däckslitaget.

För att lösa detta problem uppmärksammade ingenjörer som utvecklade nästa modifiering av bilar enheten, som skapades av den franska uppfinnaren O. Pecker. Det hade axlar och växlar i sin design. Mekanismens arbete var att säkerställa att vridmomentet överförs från ångmotorn till drivhjulen.

Även om transporten i många fall blev mer stabil vid kurvtagning, men med hjälp av denna enhet var det omöjligt att helt eliminera hjulglidning vid olika vinkelhastigheter. Denna nackdel manifesterades särskilt när bilen föll på en hal vägbana (is eller lera).

Eftersom transporten fortfarande förblev instabil vid kurvtagning på dåligt asfalterade vägar ledde detta ofta till att trafikolyckor inträffade. Det förändrades när designern Ferdinand Porsche skapade en kammekanism som förhindrade drivhjulen från att glida. Detta mekaniska element har hittat sig i transmissionerna hos många Volkswagen-modeller.

Differentialen med en självlåsande enhet utvecklades av den amerikanska ingenjören V. Glizman. Mekanismen skapades 1958. Uppfinningen patenterades av Torsen och bär fortfarande detta namn. Även om själva enheten ursprungligen var ganska effektiv, har över tid flera ändringar eller generationer av denna mekanism dykt upp. Vad är skillnaden mellan dem, kommer vi att överväga lite senare. Nu kommer vi att fokusera på principen om Thorsens differentiella funktion.

Funktionsprincip

Oftast finns Thorsen-mekanismen i de bilmodeller där kraftuttag inte bara kan utföras på en separat axel utan även på ett separat hjul. Ofta installeras också en självlåsande differential på framhjulsdrivna bilmodeller.

Mekanismen fungerar enligt följande princip. Överföringen överför rotation till ett specifikt hjul eller en viss axel genom en differential. I tidiga bilmodeller kunde mekanismen ändra vridmomentet i ett förhållande på 50/50 procent (1/1). Moderna modifieringar kan omfördela rotationskraften upp till förhållandet 7/1. Detta gör att föraren kan styra fordonet även om bara ett hjul har bra grepp.

När glidhjulets hastighet hoppar kraftigt låses mekanismens kugghjul. Som ett resultat riktas krafterna i viss utsträckning på det mer stabila hjulet. Slirhjulet i de senaste bilmodellerna tappar nästan vridmoment, vilket förhindrar att bilen glider eller om bilen fastnar i lera / snö.

Den självlåsande differentialen kan inte bara installeras på utländska bilar. Ofta finns denna mekanism på inhemska bak- eller framhjulsdrivna bilmodeller. I den här versionen blir bilen naturligtvis inte ett terrängfordon, men om lätt förstorade hjul används i den och markfrigången är hög (för mer information om denna parameter, se i en annan recension), i kombination med Torsen-differentialen, kommer överföringen att göra det möjligt för fordonet att klara av måttliga terrängförhållanden.

1) Samma förhållanden för varje axel: vridmoment i lika proportioner tillförs båda axelaxlarna, hjulen roterar med samma hastighet;
2) Framaxeln är på is: vridmomentförhållandet fram / bak kan nå 1 / 3.5; framhjulen snurrar med högre hastighet;
3) Bilen går in i hörnet: vridmomentfördelningen kan nå 3.5 / 1 (fram / bakhjul), framhjulen roterar snabbare;
4) Bakhjulen är på is: vridmomentet kan nå 3.5 / 1 (fram / bakaxel), bakhjulen snurrar snabbare.

Tänk på arbetet med tväraxeldifferentialen. Hela processen kan delas in i flera steg:

1. Växellådan överför vridmoment till den drivna växeln genom huvuddrivaxeln;
2. Den drivna växeln tar över rotationen. Den så kallade bäraren eller koppen är fixerad på den. Dessa delar roterar med den drivna växeln;
3. När koppen och växeln roterar överförs rotation till satelliterna;
4. Axelaxlarna på vart och ett av hjulen är fästa vid satelliterna. Tillsammans med dessa element vrider motsvarande hjul också;
5. När rotationskraften appliceras lika på differentialen kommer inte satelliterna att rotera. I det här fallet roterar bara den drivna växeln. Satelliterna förblir stillastående i koppen. Tack vare detta fördelas kraften från växellådan till hälften till varje axel;
6. När bilen går in i en sväng gör hjulet på utsidan av halvcirkeln mer varv än det på insidan av halvcirkeln. Av detta skäl, i fordon med styvt förbundna hjul på en axel, finns det en förlust av kontakt med vägytan, eftersom motstånd av olika storlek skapas på varje sida. Denna effekt elimineras av satelliternas rörelse. Förutom att de roterar med koppen, börjar dessa komponenter att rotera runt sin axel. Det speciella med anordningen för dessa element är att deras tänder är gjorda i form av kottar. När satelliterna roterar runt sin axel ökar rotationshastigheten för ett hjul och det andra minskar. Beroende på skillnaden i motstånd mot hjulen kan omfördelningen av vridmomentet i vissa bilar nå ett förhållande på 100/0 procent (det vill säga rotationskraften överförs endast till ett hjul och det andra roterar helt enkelt fritt);
7. Den konventionella differentialen är utformad för att tillgodose skillnaden i rotationshastighet mellan de två hjulen. Men denna funktion är också en nackdel med mekanismen. Till exempel, när bilen kommer i lera, försöker föraren att komma ut ur den svåra vägen genom att öka hjulens rotationshastighet. Men på grund av differentialens funktion följer vridmomentet vägen för minst motstånd. Av denna anledning förblir hjulet orörligt på en stabil vägsträcka och det upphängda hjulet roterar med maximal hastighet. För att eliminera denna effekt behöver du bara ett differentialspärr (denna process beskrivs i detalj i en annan recension). Utan en låsmekanism stannar bilen ofta när minst ett hjul börjar glida.

Låt oss titta närmare på hur Torsen-differentialen fungerar i tre olika körlägen.

Med rak rörelse

Som vi redan har noterat ovan, när bilen rör sig längs en rak väg, mottas hälften av vridmomentet på varje drivaxel. Av denna anledning roterar drivhjulen med samma hastighet. I detta läge liknar mekanismen en stel koppling av två drivhjul.

Satelliterna är i vila - de roterar bara med mekanismskålen. Oavsett vilken typ av differential (låsning eller fri), under sådana körförhållanden kommer mekanismen att uppträda densamma, eftersom båda hjulen är på samma yta och möter samma motstånd.

När du svänger

Hjulet på den inre halvcirkeln gör färre rörelser under böjningen än den på utsidan av böjningen. I detta fall manifesteras arbetet med differentialen. Detta är standardläget, där mekanismer utlöses för att kompensera för skillnaden i varv hos drivhjulen.

När bilen befinner sig under sådana förhållanden (och detta händer ofta, eftersom denna typ av transport inte rör sig längs ett förutbestämt spår, som ett tåg), börjar satelliterna vända sig runt sin egen axel. I det här fallet går inte anslutningen till mekanismens kropp och kugghjulen på axelaxlarna förlorade.

Eftersom hjulen inte tappar grepp (friktion uppstår mellan däck och vägen lika) fortsätter vridmomentet att strömma till enheten i samma andel av 50 till 50 procent. Denna design är speciell genom att hjulet, som roterar snabbare, vid olika rotationshastigheter kräver mer kraft jämfört med det andra, som arbetar vid lägre hastigheter.

Tack vare denna nivellering av enhetens funktion elimineras motståndet som appliceras på snurrhjulet. I modeller med en styv koppling av drivaxlarna kan denna effekt inte elimineras.

När du glider

Kvaliteten på den fria differentialen minskar när ett av hjulen på bilen börjar glida. Detta händer till exempel när ett fordon träffar en lerig grusväg eller en delvis isig vägsträcka. Eftersom vägen upphör att motstå halvaxelns rotation tas kraften bort till det fria hjulet. Naturligtvis försvinner dragkraft i en sådan situation också (ett hjul, som är på en stabil yta, förblir stillastående).

Om fria symmetriska skillnader är installerade i maskinen, fördelas Newton / meter i detta fall bara i lika stora proportioner. Därför, om dragkraft försvinner på ett hjul (dess fria rotation börjar), tappar det andra automatiskt det. Hjulen slutar hålla fast vid vägen och bilen saktar ner. I händelse av ett stopp på is eller i lera kommer fordonet inte att kunna röra sig från sin plats, eftersom hjulen omedelbart bryter mot att glida vid start (beroende på vägtillståndet).

Detta är just den viktigaste nackdelen med fria skillnader. När dragkraften går förlorad går hela förbränningsmotorns kraft till det upphängda hjulet och det svänger bara värdelöst. Thorsen-mekanismen eliminerar denna effekt genom att låsa när dragkraft går förlorat på ett hjul med stabil dragkraft.

Enhet och huvudkomponenter

Modifieringsdesignen Torsen består av:

• Skal eller koppar... Detta element tar emot Newton / meter från den sista drivaxeln (driven växel monterad i en kopp). Det finns två halvaxlar i kroppen, till vilka satelliterna är anslutna;
• Semi-axiella kugghjul (kallas även solväxlar)... Var och en av dem är utformad för halvaxeln på sitt hjul och överför rotation genom spåren på dem och axlarna / halvaxlarna;
• Höger och vänster satelliter... Å ena sidan är de anslutna till de semi-axiella kugghjulen och å andra sidan till mekanismens kropp. Tillverkaren bestämde sig för att placera fyra satelliter i Thorsen-differentierna;
• Utgående axlar.

Självlåsande Thorsen-differentialer är den mest avancerade typen av mekanism som ger en omfördelning av vridmoment mellan axelaxlarna, men samtidigt förhindrar värdelös rotering av det upphängda hjulet. Sådana ändringar används i Quattro fyrhjulsdrift från Audi, liksom i modeller från kända biltillverkare.

Typer av självlåsande differential Thorsen

Designers som utvecklar modifieringar av Thorsen-skillnader har skapat tre typer av dessa mekanismer. De skiljer sig från varandra i sin design och är avsedda att användas i specifika fordonssystem.

Alla enhetsmodeller är märkta med en T. Beroende på typ kommer differentialen att ha sin egen layout och form på de verkställande delarna. Detta påverkar i sin tur mekanismens effektivitet. Om de placeras i fel montering kommer delar snabbt att misslyckas. Av denna anledning förlitar sig varje enhet eller system på sin egen differential.

Detta är vad varje typ av Torsen-differential är för:

• Т1... Den används som en tväraxeldifferential, men den kan installeras för att omfördela momentet mellan axlarna. Har en liten grad av blockering och ställer in senare än nästa modifiering;
• Т2... Installerad mellan drivhjulen, liksom i överföringsfallet om fordonet är utrustat med fyrhjulsdrift. Jämfört med föregående version sker blockeringen av mekanismen lite tidigare. Denna typ av utrustning används oftare på civila bilmodeller. Det finns också en T2R-modifiering i denna kategori. Delarna av denna mekanism klarar mycket mer vridmoment. Av den anledningen är den bara installerad på kraftfulla bilar.
• Т3... Jämfört med tidigare versioner är denna typ av enhet mindre. Med designfunktionen kan du ändra kraftuttagsförhållandet mellan noderna. Av denna anledning är den här produkten endast installerad i ett överföringsfodral mellan axlarna. I en fyrhjulsdrift utrustad med Torsen-differential varierar vridmomentfördelningen längs axlarna beroende på vägförhållandena.

Varje typ av mekanism kallas också en generation. Låt oss överväga designfunktionerna för var och en av dem.

Generationer av Torsen Differential

Driftprincipen och anordningen från den första generationen (T1) diskuterades tidigare. I utformningen representeras snäckväxelpar av satelliter och kugghjul anslutna till drivaxelaxlarna. Satelliterna samverkar med kugghjulen med spiraltänder och deras axel är vinkelrät mot varje axelaxel. Satelliterna är i kontakt med varandra med raka tänder.

Denna mekanism gör att drivhjulen kan rotera med sin egen hastighet, vilket eliminerar drag i kurvtagning. I det ögonblick när ett av hjulen börjar glida, är maskparet kilat och mekanismen försöker överföra mer vridmoment till det andra hjulet. Denna modifiering är den mest kraftfulla och används därför ofta i specialfordon. Den kan överföra högt vridmoment och har en hög friktionskraft.

Den andra generationen av Thorsen-differentier (T2) skiljer sig från den tidigare modifieringen i satellitarrangemanget. Deras axel ligger inte vinkelrätt utan längs halvaxlarna. Särskilda skåror (fickor) är gjorda i mekanismens kropp. De är utrustade med satelliter. När mekanismen är upplåst utlöses parade satelliter med sneda tänder. Denna modifiering kännetecknas av en lägre friktionskraft och blockeringen av mekanismen sker tidigare. Som tidigare nämnts har denna generation en kraftfullare version som används på fordon med högpresterande motor.

Strukturellt skiljer sig denna modifiering från standardanalogen i typen av engagemang. Mekanismens konstruktion har en rillad koppling, på vars utsida det finns spiraltänder. Denna koppling kopplar in solutrustningen. Beroende på vägförhållandena har denna struktur ett variabelt index för friktionskraften mellan ingreppskomponenterna.

När det gäller den tredje generationen (T3) har denna mekanism en planetstruktur. Drivväxeln installeras parallellt med satelliterna (de har spiralformade tänder). Halvaxelväxlarna har ett snett tänderarrangemang.

I sina modeller använder varje tillverkare dessa generationer av mekanismer på sitt eget sätt. Först och främst beror det på vilka egenskaper bilen ska ha, till exempel om den behöver en plug-in fyrhjulsdrift eller fördelningen av vridmoment separat för varje hjul. Innan du köper ett fordon är det därför nödvändigt att klargöra vilken modifiering av differentialen biltillverkaren använder i detta fall, samt hur den kan manövreras.

Differentialslås Thorsen

Vanligtvis fungerar den självlåsande mekanismen som en standarddifferential - det eliminerar skillnaden i varvtalet på de drivna hjulen. Enheten är blockerad endast i nödsituationer. Ett exempel på sådana omständigheter är att en av dem glider på en instabil yta (is eller lera). Detsamma gäller för blockering av interaxelmekanismen. Denna funktion gör det möjligt för föraren att komma ut ur svåra vägavsnitt utan hjälp.

När en blockering uppstår fördelas överskottet av vridmoment (det upphängda hjulet värdelöst) till det hjul som har bäst grepp (denna parameter bestäms av hjulets motstånd mot rotation). Samma process sker med blockering mellan axlar. Den upphängda axeln får mindre Newton / meter, och den med bästa grepp börjar fungera.

Vilka bilar är Thorsen-differentialen på

Den övervägande modifieringen av självlåsande mekanismer används aktivt av världsberömda biltillverkare. Denna lista innehåller:

• Honda
• toyota;
• subaru;
• AUDI;
• Alfa Romeo;
• General Motors (i nästan alla Hummer -modeller).

Och det här är inte hela listan. Oftast är en fyrhjulsdriven bil utrustad med en självlåsande differential. Det är nödvändigt att kontrollera med säljaren om dess tillgänglighet, eftersom transmissionen som överför vridmoment till båda axlarna inte alltid är utrustad med denna mekanism som standard. I stället för denna enhet kan till exempel en flerskiktsfriktion eller viskös koppling installeras.

Det är också mer troligt att denna mekanism installeras på en bil med sportiga egenskaper, även om det är en fram- eller bakhjulsdriven modell. En standard framhjulsdriven bil är inte utrustad med differentialspärr, eftersom en sådan bil kräver vissa sportiga körförmåga.

Fördelar och nackdelar

Så, Thorsen-typens differential är utformad för att hjälpa föraren att övervinna svåra vägavsnitt utan någon hjälp. Utöver denna fördel har enheten flera fördelar:

• Det fungerar alltid med maximal noggrannhet i en nödsituation;
• Ger smidig drift av överföringen på instabila vägytor;
• Under arbetet avger det inte främmande ljud, på grund av vilken komfort under resan skulle drabbas (förutsatt att mekanismen är i gott skick);
• Enhetens design befriar föraren helt från behovet av att kontrollera omfördelningen av vridmomentet mellan axlarna eller enskilda hjul. Även om det finns flera överföringslägen i fordonets inbyggda system sker själva blockeringen automatiskt.
• Processen med omfördelning av vridmoment påverkar inte bromssystemets effektivitet.
• Om föraren manövrerar fordonet i enlighet med tillverkarens rekommendationer, kräver inte differentieringsmekanismen något speciellt underhåll. Ett undantag är behovet av att övervaka smörjmedelsnivån i växellådans vevhus samt behovet av oljebyte (byteintervallet anges av fordonstillverkaren);
• När den är installerad på en bil med framhjulsdrift, gör mekanismen det lättare att starta fordonet (det viktigaste är att undvika att drivhjulen går sönder), och gör också reaktionen på förarens handlingar tydligare.

Trots att denna mekanism har många positiva aspekter är det inte utan nackdelar. Bland dem:

• Enhetens höga pris. Anledningen till detta är komplexiteten i tillverkningen och monteringen av strukturen;
• På grund av det faktum att en extra enhet uppträder i växellådan, där ett litet motstånd bildas (friktion mellan kugghjulen), kommer en maskin utrustad med en liknande mekanism att kräva mer bränsle. Under vissa förhållanden blir bilen mer glupsk än dess motsvarighet, som bara har en drivaxel;
• Låg effektivitet;
• Det är stor sannolikhet för en kil av delar, eftersom det finns ett stort antal växelkomponenter i dess enhet (detta händer ofta på grund av dålig produktkvalitet eller på grund av alltför tidigt underhåll);
• Under drift värms mekanismen mycket upp, därför används ett speciellt smörjmedel för överföringen, som inte försämras under höga temperaturförhållanden;
• Belastade komponenter utsätts för kraftigt slitage (beror på frekvensen av låsspaken och den körstil som används av föraren i arbetet med att övervinna terrängen);
• Driften av bilen på ett av hjulen, som skiljer sig från de andra, är inte önskvärd, eftersom denna skillnad belastar mekanismen, vilket leder till accelererat slitage på vissa av dess delar.

Moderniseringen av ett framhjulsdrivet fordon förtjänar särskild uppmärksamhet (den fria differentialen ersätts av en självblockering). Trots det faktum att bilen blir smidigare i kurvtagning, i ögonblicket av intensiv acceleration, är bilen känslig för vägytan. Just nu blir bilen "nervös", den dras på en lös yta och föraren behöver mer koncentration och mer aktiv styrning. Jämfört med fabriksutrustningen är denna modifiering mindre bekväm vid långa resor.

När det gäller nödsituationer är en sådan bil mindre lydig och inte lika förutsägbar som fabriksversionen. De som bestämde sig för en sådan modernisering var övertygade av sin egen erfarenhet att dessa förändringar möjliggör tillämpning av sportkörningsförmåga. Men om de inte finns, ska du inte utsätta bilen för sådana förbättringar. Deras effekt kommer bara att vara användbar i sportläge eller på leriga landsvägar.

Dessutom måste bilisten, förutom att installera en självlåsande mekanism, korrekt justera andra parametrar i bilen för att känna skärpan i körningen. För resten kommer bilen att fungera som en SUV, vilket inte är nödvändigt under de förhållanden där denna transport oftare används.

I slutet av granskningen erbjuder vi en ytterligare video om arbetet med Thorsen självlåsande differential och historien om dess skapande:

Hela sanningen om TORSEN-skillnader !! Och också deras HISTORIK !! ("Auto Delusions", 4-serien)

Frågor och svar:

Hur fungerar en Torsen differential? Mekanismen känner av ögonblicket när ett av hjulen tappar greppet, på grund av skillnaden i vridmoment, kopplas differentialväxlarna in och ett hjul blir det viktigaste.

Hur skiljer sig en Torsen differential från en konventionell differential? En konventionell differential ger en jämn fördelning av dragkraften till båda hjulen. När ett hjul slirar försvinner dragkraften på det andra. Thorsen, när den slirar, omdirigerar vridmomentet till den belastade axelaxeln.

Var används Torsen? Tväraxel självlåsande differential, samt en mellanaxelmekanism som förbinder den andra axeln. Denna differential används ofta i fyrhjulsdrivna fordon.