Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
  • STRONA GŁÓWNA
  • Aktualności
    Nowa technologia produkcji drzwi samolotów pasażerskich

    Nowa technologia produkcji drzwi samolotów pasażerskich

    superjammer najsilniejsze ramię robota

    Najsilniejsze ramię robota

    chwytak z taśmy mierniczej

    Chwytak z taśmy mierniczej

    Nowy stop miedzi do zastosowań wysokotemperaturowych

    Nowy stop miedzi do zastosowań wysokotemperaturowych

    Cyklokopter BlackBird

    Cyklokopter BlackBird w powietrzu

    GFG Peralta S

    Retrofuturystyczne perełki motoryzacji

    Nowa technologia recyklingu włókien węglowych

    Nowa technologia recyklingu włókien węglowych

    podwodne górnictwo

    Wojna celna i minerały na dnie morza

    Robot na gaz

    Robot na gaz

  • Artykuły
    • Wszystkie artykuły
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Części maszyn i urządzeń
    • Historia
    • Inne
    • Konstrukcje
    • Maszyny i urządzenia
    • Materiały
    • Projektowanie
    • Rozwiązania
    • Technologie
    Przenośnik rolkowy

    Automatyzacja transportu wewnętrznego

    Pierścienie Ustalające Smalley Spirolox

    Pierścienie ustalające Smalley Spirolox

    badanie materiałowe polimerów na potrzeby MES

    Badania materiałowe i modelowanie polimerów na potrzeby symulacji MES

    Wywrotnica czołowa o ruchu kontrolowanym

    Historia jednego patentu – czyli dlaczego warto znać teorię

    separator do docierania wałków

    Docieranie otworów i powierzchni walcowych

    Honowanie na standardowych centrach obróbczych

    Honowanie na standardowych centrach obróbczych

    mantra-ford ms80 1969

    Spór o aerodynamikę: skrzydła w Formule 1

    Efektywność i optymalizacja technologii

    Efektywność i optymalizacja technologii

    Resztkowa poduszka tworzywa w procesie wtrysku

    Resztkowa poduszka tworzywa w procesie wtrysku

    Nadsmarowność przełom w tribologii

    Nadsmarowność – przełom w tribologii?

    obróbka wykończająca honowanie

    Obróbka wykończająca: honowanie

    Prognozowanie wyboczenia wskutek odkształceń termicznych

    Prognozowanie wyboczenia wskutek odkształceń termicznych

    Wybrane aspekty produktywnego skrawania na wieloosiowych obrabiarkach CNC

    Wybrane aspekty produktywnego skrawania na wieloosiowych obrabiarkach CNC; cz. 7

    pamar axial engine

    Osiowe silniki wewnętrznego spalania

    Analiza i synteza w projektowaniu obrabiarek

    Analiza i synteza w projektowaniu obrabiarek

    Wybrane tematy:

    • robotyzacja
    • spawanie
    • obróbka skrawaniem
    • MES
    • klejenie
    • tworzywa sztuczne
    • motoryzacja
    • CAD
    • polskie projekty
    • lotnictwo
    • druk 3D
    • silniki
    • formy wtryskowe
    • budowa maszyn
    • technologie łączenia
    • obliczenia
    • kompozyty
    • ceramika techniczna
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Technologie
    • Maszyny i urządzenia
    • Części maszyn i urządzeń
    • Konstrukcje
    • Rozwiązania
    • Projektowanie
    • Materiały
    • Historia
    • Inne
  • Czasopismo
    • O czasopiśmie
    • Jak zakupić
    • Archiwum
      • Archiwum 2025
      • Archiwum 2024
      • Archiwum 2023
      • Archiwum 2022
      • Archiwum 2021
      • Archiwum 2020
      • Archiwum 2019
      • Archiwum 2018
      • Archiwum 2017
      • Archiwum 2016
      • Archiwum 2015
      • Archiwum 2014
      • Archiwum 2013
      • Archiwum 2012
      • Archiwum 2011
      • Archiwum 2010
      • Archiwum 2009
      • Archiwum 2008
      • Archiwum 2007
  • Kontakt
  • ­
Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
  • STRONA GŁÓWNA
  • Aktualności
    Nowa technologia produkcji drzwi samolotów pasażerskich

    Nowa technologia produkcji drzwi samolotów pasażerskich

    superjammer najsilniejsze ramię robota

    Najsilniejsze ramię robota

    chwytak z taśmy mierniczej

    Chwytak z taśmy mierniczej

    Nowy stop miedzi do zastosowań wysokotemperaturowych

    Nowy stop miedzi do zastosowań wysokotemperaturowych

    Cyklokopter BlackBird

    Cyklokopter BlackBird w powietrzu

    GFG Peralta S

    Retrofuturystyczne perełki motoryzacji

    Nowa technologia recyklingu włókien węglowych

    Nowa technologia recyklingu włókien węglowych

    podwodne górnictwo

    Wojna celna i minerały na dnie morza

    Robot na gaz

    Robot na gaz

  • Artykuły
    • Wszystkie artykuły
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Części maszyn i urządzeń
    • Historia
    • Inne
    • Konstrukcje
    • Maszyny i urządzenia
    • Materiały
    • Projektowanie
    • Rozwiązania
    • Technologie
    Przenośnik rolkowy

    Automatyzacja transportu wewnętrznego

    Pierścienie Ustalające Smalley Spirolox

    Pierścienie ustalające Smalley Spirolox

    badanie materiałowe polimerów na potrzeby MES

    Badania materiałowe i modelowanie polimerów na potrzeby symulacji MES

    Wywrotnica czołowa o ruchu kontrolowanym

    Historia jednego patentu – czyli dlaczego warto znać teorię

    separator do docierania wałków

    Docieranie otworów i powierzchni walcowych

    Honowanie na standardowych centrach obróbczych

    Honowanie na standardowych centrach obróbczych

    mantra-ford ms80 1969

    Spór o aerodynamikę: skrzydła w Formule 1

    Efektywność i optymalizacja technologii

    Efektywność i optymalizacja technologii

    Resztkowa poduszka tworzywa w procesie wtrysku

    Resztkowa poduszka tworzywa w procesie wtrysku

    Nadsmarowność przełom w tribologii

    Nadsmarowność – przełom w tribologii?

    obróbka wykończająca honowanie

    Obróbka wykończająca: honowanie

    Prognozowanie wyboczenia wskutek odkształceń termicznych

    Prognozowanie wyboczenia wskutek odkształceń termicznych

    Wybrane aspekty produktywnego skrawania na wieloosiowych obrabiarkach CNC

    Wybrane aspekty produktywnego skrawania na wieloosiowych obrabiarkach CNC; cz. 7

    pamar axial engine

    Osiowe silniki wewnętrznego spalania

    Analiza i synteza w projektowaniu obrabiarek

    Analiza i synteza w projektowaniu obrabiarek

    Wybrane tematy:

    • robotyzacja
    • spawanie
    • obróbka skrawaniem
    • MES
    • klejenie
    • tworzywa sztuczne
    • motoryzacja
    • CAD
    • polskie projekty
    • lotnictwo
    • druk 3D
    • silniki
    • formy wtryskowe
    • budowa maszyn
    • technologie łączenia
    • obliczenia
    • kompozyty
    • ceramika techniczna
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Technologie
    • Maszyny i urządzenia
    • Części maszyn i urządzeń
    • Konstrukcje
    • Rozwiązania
    • Projektowanie
    • Materiały
    • Historia
    • Inne
  • Czasopismo
    • O czasopiśmie
    • Jak zakupić
    • Archiwum
      • Archiwum 2025
      • Archiwum 2024
      • Archiwum 2023
      • Archiwum 2022
      • Archiwum 2021
      • Archiwum 2020
      • Archiwum 2019
      • Archiwum 2018
      • Archiwum 2017
      • Archiwum 2016
      • Archiwum 2015
      • Archiwum 2014
      • Archiwum 2013
      • Archiwum 2012
      • Archiwum 2011
      • Archiwum 2010
      • Archiwum 2009
      • Archiwum 2008
      • Archiwum 2007
  • Kontakt
  • ­
Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki
https-expert-smalley-com-bearing-preload

Mechanizmy różnicowe: polskie prace badawczo-rozwojowe; cz. I

­ Jan Dzida
25.09.2012
A A

Wpływ rodzajów zastosowanych mechanizmów rozdziału mocy w pojeździe na jego ruch jest dostrzegany przez większość użytkowników bardzo rzadko, jedynie w szczególnie trudnych i granicznych warunkach ruchu i to tylko przez kierowców o większej świadomości działania układów napędowych. Znaczenie tych mechanizmów szczególnie uwidacznia się w przypadkach, kiedy siły przyczepności poszczególnych kół napędowych znacznie się różnią lub niektóre koła całkowicie straciły kontakt z nawierzchnią (Rys. 1). Stąd przekonanie o ważności zagadnień rozdziału momentów napędowych na koła i wynikających z tego właściwości napędowych pojazdu mają konstruktorzy i użytkownicy samochodów terenowych, sportowych i różnego rodzaju kołowych maszyn roboczych, w których trzeba rozwinąć maksymalne siły napędowe w różnorodnych i najczęściej trudnych warunkach eksploatacji.

Konieczność stosowania mechanizmów lub bardziej rozbudowanych systemów rozdziału mocy wynika również z niezmiennej, ugruntowanej kilkadziesiąt lat temu, ogólnej koncepcji pojazdów silnikowych. Jej charakterystyczną cechą jest jedno źródło napędu – silnik spalinowy i kilka kół napędzanych, najczęściej dwa lub cztery.

Jak długo taka koncepcja budowy pojazdów będzie się utrzymywała, tak długo mechanizmy lub systemy rozdziału mocy będą niezbędne. Dopiero w pojazdach o kołach indywidualnie napędzanych odrębnymi silnikami, na przykład elektrycznymi, mechanizmy rozdziału mocy nie będą potrzebne i może je zastąpić centralny moduł elektroniczny sterujący mocami doprowadzanymi do poszczególnych kół. Jednak czy taka koncepcja napędzania kół pojazdów upowszechni się, trudno w tej chwili przewidywać, gdyż będzie to zależało od wielu, zmiennych w czasie, czynników techniczno-ekonomicznych.

Grupy Konstrukcyjne Mechanizmów i Systemów Rozdziału Mocy
Tab. 1 Grupy konstrukcyjne mechanizmów i systemów rozdziału mocy

Tabela 1 przedstawia autorską klasyfikację mechanizmów i systemów rozdziału mocy [10], w której głównym kryterium jest stopień realizacji rosnących oczekiwań oraz, w pewnym stopniu, chronologia ich powstania.

Najszerzej wykorzystywaną grupą są mechanizmy różnicowe, które najczęściej mają postać stożkowej planetarnej przekładni zębatej. Zostały one wprowadzone do pojazdów silnikowych ponad sto lat temu i w początkowym okresie można było uznać je za znaczące osiągnięcie w stosunku do rozwiązań ze sprzęgłami jednokierunkowymi, czy też napędem tylko jednego koła danej osi. Szybko jednak zorientowano się, że takie mechanizmy różnicowe mają pewne wady, a główna z nich – to spadek siły napędowej obydwu kół mostu napędowego, już gdy jedno z nich ma zmniejszoną siłę przyczepności. Aby wyeliminować tę wadę zaczęto rozwijać konstrukcje mechanizmów w dwóch głównych kierunkach. Pierwszy z nich to stosowanie różnego rodzaju kształtowych sprzęgieł blokujących (tak zwanych blokad), które okresowo wyłączają z pracy mechanizm różnicowy, drugi – polega na powiększaniu tarcia wewnętrznego w mechanizmie przez stosowanie specjalnych przekładni krzywkowych lub ślimakowych, albo dodatkowych sprzęgieł ciernych (ta podgrupa jest wyróżniona w tabeli 1). Przegląd specjalnych mechanizmów różnicowych podnoszących właściwości napędowe pojazdów można znaleźć w wielu podstawowych pozycjach literatury (np. [4], [14], [16], [17]). W miarę upływu lat coraz bardziej wzrastała świadomość tego, że duża wartość momentu tarcia w mechanizmie różnicowym powinna występować jedynie krótkotrwale w najtrudniejszych warunkach ruchu, zaś w pozostałych moment ten powinien być jak najmniejszy, gdyż pogarsza kierowalność samochodu i sprawność przeniesienia napędu. W wyniku takiego podejścia wielu producentów, wykorzystując coraz nowocześniejsze technologie, zaczęło opracowywać nowe typy mechanizmów różnicowych o powiększonym momencie tarcia wewnętrznego, których działanie jest lepiej dopasowane do chwilowych warunków ruchu pojazdu. Ten nurt rozwoju i badań mechanizmów różnicowych podjął również autor niniejszego opracowania.

W cyklu artykułów zostaną przedstawione fragmenty wieloletnich prac badawczych obejmujących kompleksowe i oryginalne podejście do problematyki rozdziału mocy w pojazdach. W pracach tych realizowano sformułowaną tezę, że jest możliwe zbudowanie nowych mechanizmów rozdziału mocy ze zintegrowanymi regulatorami ich działania, reagującymi na wymuszenia kinematyczne. Tezę tę potwierdzono przez wykonanie i przebadanie wielu typów mechanizmów o nowych zasadach działania, przeznaczonych do różnych pojazdów. Idea nowych mechanizmów oraz większość konstrukcji, prototypów i ich badań zostały opracowane i wykonane w Instytucie Technologiczno-Samochodowym Filii Politechniki Łódzkiej w Bielsku Białej.

Aktualnie, na skutek utworzenia w 2001 r. nowej uczelni i związanych z tym zmian organizacyjnych, autor kontynuuje tę tematykę w Katedrze Silników Spalinowych i Pojazdów na Wydziale Budowy Maszyn i Informatyki Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej. Wykonanie prac badawczych o tak dużym zakresie nie byłoby możliwe bez wywołania zainteresowania i nawiązania współpracy z wieloma firmami motoryzacyjnymi oraz ośrodkami badawczymi krajowymi i zagranicznymi. Do najważniejszych należy zaliczyć współpracę z: Fabryką Samochodów Rolniczych w Poznaniu (opracowania do polskiego samochodu terenowego Honker), Wojskowym Instytutem Techniki Pancernej i Samochodowej w Sulejówku, Fabryką Samochodów Osobowych w Warszawie, Ośrodkiem Badawczo-Rozwojowym Samochodów Małolitrażowych BOSMAL w Bielsku-Białej oraz w części tematyki z Centro Recerche FIAT w Orbassano. Dzięki partnerstwu tych firm oraz wsparciu Komitetu Badań Naukowych w Warszawie możliwe były szerokie prace nad zespołami napędowymi o nowych koncepcjach działania.Ideą tych rozwiązań jest wykorzystanie parametrów kinematycznych, dostępnych w obrębie mechanizmu różnicowego (które niosą informacje o współpracy kół napędowych z jezdnią), oraz – co szczególnie ważne – wykorzystanie rozwiązań mechanicznych do realizacji zaawansowanych funkcji regulacyjnych, które dzisiaj uważa się za możliwe do wykonania jedynie przez systemy elektroniczno-elektryczne, elektroniczno-hydrauliczne lub podobne. W założeniu, końcowym wynikiem prac ma być zbudowanie stosunkowo prostych mechanizmów różnicowych z mechanicznymi układami regulacji, które będą konkurencyjne względem typowych współczesnych rozwiązań, opartych na standardowych elementach automatycznego sterowania.

Kinematyka i dynamika mechanizmu różnicowego

Schemat symetrycznego stożkowego mechanizmu różnicowego
Rys. 2 Schemat symetrycznego stożkowego mechanizmu różnicowego

Aby wgłębić się w tematykę rozdziału mocy na koła wydaje się celowe przybliżenie podstawowych właściwości najprostszego mechanizmu różnicowego. Mechanizm taki, dodatkowo określany jako symetryczny, najczęściej stosowany jest w mostach napędowych pojazdów (Rys. 2). Poniżej zostaną przedstawione elementarne zależności kinematyczne i dynamiczne takiego mechanizmu. Zrozumienie tych prostych zależności ułatwia również analizę i porównywanie konstrukcji bardziej zaawansowanych.Warunkiem symetryczności mechanizmu są jednakowe koła koronowe osadzone na wałach wyjściowych (o równych liczbach zębów), z czego wynika, że mechanizm ten, jako przekładnia planetarna, ma przełożenie wewnętrzne iw = –1. Z ogólnego równania opisującego właściwości kinematyczne przekładni planetarnych wynika, że dla oznaczeń zgodnych z rysunkiem 2, gdzie ωo jest prędkością kątową wejściową (obudowy), a ω1 i ω2 są prędkościami członów wyjściowych, spełniona jest zależność:

Prędkość Kątowa Mechanizmu Różnicowego

Wynika z niej, że prędkość kątowa ω0 jest zawsze równa wartości średniej arytmetycznej prędkości ω1 i ω2 wałów wyjściowych. Jest to bardzo korzystna cecha prostego mechanizmu różnicowego, zwłaszcza w przypadku jego stosowania w mostach napędowych, gdyż umożliwia pokonywanie zakrętów bez zmian prędkości obrotowej i obciążenia silnika napędowego.

W celu wykonania analizy rozdziału doprowadzonego momentu M0 na momenty wyjściowe M1 i M2, konieczne jest uwzględnienie, oprócz cech geometrycznych przekładni zębatej, także występującego momentu tarcia wewnętrznego (lub ogólnie – momentu oporu wewnętrznego). Gdyby pominąć moment tarcia wewnętrznego to w symetrycznym mechanizmie różnicowym momenty na obydwu wałach wyjściowych będą zawsze równe. Z fizycznej analizy pracy mechanizmu z tarciem wewnętrznym wynika, że przy różnicowaniu prędkości obrotowych na wale wyjściowym wolniej obracającym się będzie występował większy moment obrotowy (tarcie wspomaga napędzanie wału), a na wale szybszym mniejszy (tarcie hamuje ten wał). Znajduje to odbicie w opisach dynamiki przedstawianych w literaturze (na przykład [14]), gdzie zamiast oznaczeń momentów obrotowych M1 i M2 przyjmuje się umowne oznaczenia Mprzysp – moment obrotowy na wale przyspieszanym i Mopóźn – moment obrotowy na wale opóźnianym. Wówczas równanie momentów dla mechanizmu różnicowego ma postać:

Równanie Momentów Dla Mechanizmu Różnicowego

Wszystkie cząstkowe wewnętrzne momenty tarcia, występujące pomiędzy poszczególnymi elementami mechanizmu, zastępuje się jednym ogólnym momentem tarcia wewnętrznego MT, który obecnie najczęściej określa się według tak zwanej definicji amerykańskiej [14]. Zgodnie z nią, dla symetrycznego mechanizmu różnicowego jest on równy różnicy momentów obrotowych na wałach wyjściowych potrzebnej do uruchomienia mechanizmu, czyli obrócenia jednego wału względem drugiego.

Moment Tarcia Wewnętrznego

Z zależności 2 i 3 otrzymuje się równania określające wartości momentów wyjściowych Mopóźn i Mprzysp jako wynik rozdziału momentu wejściowego M0 z uwzględnieniem tarcia wewnętrznego:

Równania Określające Wartości Momentów Wyjściowych

Powyższe równania są słuszne w warunkach tarcia rozwiniętego, a więc wtedy, gdy występuje ruch względny elementów mechanizmu różnicowego. Jak długo różnica pomiędzy stycznymi reakcjami nawierzchni działającymi na koła napędowe jest zbyt mała, aby pokonać moment tarcia wewnętrznego i wywołać ruch mechanizmu różnicowego, tak długo obydwa koła będą miały jednakową prędkość kątową ω1=ω2. Jednak w tej sytuacji momenty obrotowe nie muszą być równe, ale mogą się dowolnie wahać w granicach od wartości minimalnej (0,5 M0 – 0,5 MT) do wartości maksymalnej (0,5 M0 + 0,5 MT), a zakres wartości pomiędzy tymi granicami nazywa się obszarem nieczułości mechanizmu różnicowego. Tak więc z faktu, że równe są prędkości kątowe wałów wyjściowych ω1=ω2 (również przy stosowaniu blokad sprzęgłami kształtowymi) nie wynika równość momentów wyjściowych, co jest częstym błędem w rozumieniu działania mechanizmów różnicowych.

Gdyby udało się zbudować mechanizm różnicowy o momencie tarcia wewnętrznego MT = 0, to jak już zostało wspomniane, oraz zgodnie z wzorami 4, rozdzielałby on doprowadzony moment M0 równo na dwa wały wyjściowe:

Teoretyczny Mechanizm Różnicowy

Mechanizm taki można by nazwać teoretycznym. Na pewno nie należy go nazywać idealnym, gdyż pod względem właściwości napędowych, w wielu sytuacjach, byłby niekorzystny. Jak już było wspomniane, chodzi o przypadki, kiedy mała siła przyczepności jednego z kół napędowych ogranicza wykorzystanie siły przyczepności drugiego koła. Wówczas sumaryczna siła napędowa kół mostu jest mniejsza od sumy sił przyczepności obu kół. Wada ta jest powszechnie znana i dotyczy wszystkich pojazdów wyposażonych w proste mechanizmy różnicowe, w którym tarcie wewnętrzne jest małe i ich właściwości napędowe są zbliżone do mechanizmu różnicowego teoretycznego.

Z zależności opisującej rozdział momentów (4) wynika pewne ograniczenie w działaniu mechanizmów o powiększonym tarciu wewnętrznym. Ograniczenie polega na tym, że zwiększenie momentu obrotowego jest możliwe tylko na wale (kole) wolniejszym, a zmniejszenie tylko na wale (kole) szybszym. Jest to znacząca niedoskonałość tej metody korygowania rozdziału momentów obrotowych, gdyż w wielu sytuacjach ruchu samochodu korzystny byłby odwrotny rozdział. Dopiero najnowsze rozwiązania, tak zwane aktywne mechanizmy różnicowe, pozbawione są tej cechy, jednak z racji dużej ich złożoności i kosztów są stosowane bardzo rzadko ([1],[3],[8],[10],[11]). Dlatego, z powodu względnej prostoty konstrukcji, powiększanie tarcia wewnętrznego w mechanizmie różnicowym jest ciągle jednym z głównych sposobów poprawiania jego właściwości napędowych. Warto również dodać, że w niektórych przypadkach zamiast terminu tarcie wewnętrzne używa się określenia opór wewnętrzny. Jest to szczególnie uzasadnione w przypadku konstrukcji ze sprzęgłami hydraulicznymi, w których moment tego oporu zależy od różnicy prędkości kątowych. W takich rozwiązaniach wzory 1, 2, 3 i 4 zachowują swoją ważność, ale pojęcie „obszar nieczułości” traci swój sens.

Przedstawioną analizę można rozwinąć i objąć nią również niesymetryczne mechanizmy różnicowe, a więc takie, w których koła koronowe mają różne ilości zębów. Z działania takich przekładni planetarnych wynika rozdzielanie wyjściowych momentów obrotowych w stałych proporcjach, które dodatkowo mogą być zmieniane przez wprowadzanie momentu tarcia wewnętrznego. Szersze analizy takich mechanizmów zostały opisane w literaturze (między innymi [10], [14]).

Przedstawiona analiza kinematyki i dynamiki nie obejmuje wszystkich możliwych wariantów mechanizmów różnicowych. Wspomniane już tak zwane aktywne mechanizmy różnicowe (systemy Torque Vectoring) (tab. 1, grupa II e) wymagają odrębnej analizy.

Należy jeszcze dodać, że w przypadku mechanizmów różnicowych o powiększonym tarciu wewnętrznym, bardzo duży wpływ na końcowy efekt ich działania ma charakterystyka generowanego momentu tarcia, czyli – w zależności od jakich parametrów i w jaki sposób zmienia się jego wartość. Opisane dalej mechanizmy tego typu będą się różniły głównie układem konstrukcyjnym i charakterystyką generowanego momentu tarcia.

Rodzaje mechanizmów różnicowych i wybór obszaru prac badawczych

W wyniku kilkudziesięciu lat rozwoju powstała duża ilości typów i odmian mechanizmów różnicowych. Na rysunku 3 przedstawiona jest moja próba ich zestawienia i klasyfikacji [10].

Rodzaje mechanizmów różnicowychi systemów rozdziału mocyzawierających mechanizmy różnicowe
Rys. 3 Rodzaje mechanizmów różnicowych i systemów rozdziału mocy zawierających mechanizmy różnicowe

W zestawieniu tym również umieściliśmy złożone systemy rozdziału mocy, w których mechanizmy różnicowe są tylko zespołami składowymi obok indywidualnie sterowanych hamulców kół lub dodatkowych przekładni zębatych i sprzęgieł sterujących.

Przyjęte w klasyfikacji kryteria podziału, to jest sposób i jakość realizowania rozdziału momentów obrotowych, nie są jedynymi możliwymi, ale bardzo istotnymi z punktu widzenia cech funkcjonalnych i przyjętego kierunku przedstawionych dalej prac badawczych.Proste mechanizmy różnicowe (otwarte) ciągle są podstawowym standardem technicznym w pojazdach. Są one również wykorzystywane jako rozwiązania bazowe do tworzenia konstrukcji bardziej zaawansowanych. Mechanizmy różnicowe blokowane stanowią historycznie bardzo wczesne rozwiązania poprawiające zdolność napędową. Jednak z powodu sztywnego łączenia kół napędowych obecnie uważa się, że nie mogą one spełnić wysokich wymagań w zakresie stateczności i kierowalności pojazdów.

Mechanizmy różnicowe o powiększonym momencie oporu wewnętrznego współcześnie stanowią zaawansowaną i niezwykle rozbudowaną grupę rozwiązań. W konstrukcjach tych, poprzez ciągłe lub okresowe powiększanie momentu tarcia, uzyskuje się cechy pośrednie pomiędzy mechanizmem prostym, a zablokowanym. Historyczny rozwój tych mechanizmów przebiegał od konstrukcji o stałym momencie tarcia (opisanych w literaturze [4], [14], [16]), następnie o zależnym od przenoszonego momentu ([4], [9], [10], [14], [16], [18]), aż po rozwiązania o tarciu sterowanym parametrami kinematycznymi ruchu elementów mechanizmu ([5], [6], [9], [10], [14], [16], [17]) lub ruchu pojazdu ([2], [14]). Zwłaszcza te dwie ostatnie grupy mechanizmów wykazują wiele korzyści w eksploatacji, gdyż w większości warunków jazdy pracują jako proste mechanizmy różnicowe (otwarte), a moment tarcia rośnie w nich tylko krótkotrwale, w chwilach poślizgu kół napędzanych.

Można wyróżnić co najmniej dwa nurty realizacji mechanizmów różnicowych o powiększonym momencie tarcia. Pierwszy z nich obejmuje konstrukcje, w których mechanizm różnicowy i zespół generujący moment tarcia stanowią jeden zintegrowany zespół o konstrukcyjnie zadanej, niezmiennej charakterystyce działania. Do grupy takich rozwiązań należy zaliczyć mechanizmy różnicowe o momencie tarcia zależnym od przenoszonego momentu (np. typu Torsen [18]), ze sprzęgłami lepkościowymi i ciernymi z pompą hydrauliczną (np. typu Haldex [17]), jak również większość przedstawionych dalej własnych rozwiązań autora. Drugi nurt konstrukcyjny jest oparty o typowe układy i elementy współczesnej automatyki. Mechanizmy takie są wyposażone w dodatkowe sprzęgła cierne sterowane hydraulicznie lub elektrycznie przez zewnętrzny system zawierający moduł elektroniczny połączony z odpowiednimi czujnikami. Zaletą tych rozwiązań jest możliwość generowania różnych charakterystyk momentu tarcia, w zależności od wielu parametrów poruszającego się pojazdu. Układy takie są jednak bardziej złożone i stosunkowo drogie, ponadto wykazują pewną zwłokę w działaniu. Przykładowe konstrukcje tego typu to mechanizmy stosowane już w pierwszej generacji samochodów Mercedes 4 MATIC, czy mechanizmy różnicowe firmy GKN, np. oznaczone symbolem ECA (Electronic Clutch Activation). Podobne rozwiązania opracowało wiele firm, również autor, wraz ze specjalistami z Ośrodka Badawczo-Rozwojowego Samochodów Małolitrażowych BOSMAL, zaprojektował tego typu mechanizm różnicowy do tylnego mostu prototypowego małego samochodu osobowego z napędem typu 4×4.

Rysunek 3 obejmuje także dwie współcześnie ważne grupy rozwiązań układów napędowych wykorzystujących mechanizmy różnicowe. Pierwszą z nich są systemy, w których funkcje rozdziału momentów obrotowych realizują nie tylko zespoły układu napędowego, ale i współdziałający z nim układ hamulcowy. Systemy te występują zarówno w układach napędowych 4×2, jak i 4×4. W obu przypadkach stosuje się zwykle proste mechanizmy różnicowe, zaś współpracujący układ hamulcowy musi być odpowiednio rozbudowany tak, aby było możliwe indywidualne hamowanie każdego koła, z elektroniczną kontrolą tego procesu. Najczęściej systemy te oznaczone są symbolem ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung) i oferowane w wielu modelach samochodów osobowych, ciężarowychi autobusach, jako wyposażenie dodatkowe lub, coraz częściej, standardowe. Hamowanie ślizgającego się koła, dzięki działaniu prostego mechanizmu różnicowego, powoduje zwiększenie siły napędowej na drugim kole mostu, a w przypadku permanentnego układu napędowego typu 4×4 może zwiększyć siły napędowe nawet na trzech pozostałych kołach. W większości tych systemów, w przypadku ich aktywacji, równolegle stosuje się ograniczenie momentu obrotowego silnika. Główną zaletą systemów ASR jest uniknięcie rozbudowy układu mechanicznego i związanych z tym dużych kosztów. Niezbędne zmiany w układzie hamulcowym zwykle są niewielkie, gdyż system ten stanowi rozwinięcie istniejących już wcześniej w samochodach systemów zapobiegających blokowaniu kół przy hamowaniu (ABS). Jako wady wskazuje się opóźnienie w działaniu, zwiększone zużycie hamulców oraz pogorszoną sprawność przeniesienia napędu.

Drugą i najnowszą grupą rozwiązań są systemy z mechanizmami różnicowymi o dodatkowej więzi kinematycznej, często nazywane aktywnymi. Jak już wspomnieliśmy, przy analizie dynamiki mechanizmów różnicowych, w większości typów nie dają one możliwości doprowadzenie większego momentu obrotowego do koła o większej prędkości kątowej. Mechanizmy aktywne umożliwiają wyeliminowanie tej znaczącej wady i w efekcie zyskują nową ważną zaletę, jaką jest możliwość wpływania na kierunek jazdy. Spowodowało to powstanie w specjalistycznej literaturze takich określeń, jak Torque Vectoring i Vector Drive. W zespołach tych, oprócz prostego mechanizmu różnicowego, występują włączane sprzęgłami ciernymi boczne przekładnie zębate, okresowo narzucające określoną więź kinematyczną między obudową i wałami wyjściowymi (Rys. 4).

mechanizm różnicowy tylnego mostu samochodu BMW X6
Rys. 4 Przykładowy schemat aktywnego mechanizmu różnicowego (o dodatkowej więzi kinematycznej) – mechanizm różnicowy tylnego mostu samochodu BMW X6 [3]

Mechanizmy te mają bardzo złożoną budowę, jednak mimo tego, po okresie opracowań studialnych i zastosowań w sporcie samochodowym są coraz częściej oferowane w seryjnych samochodach osobowych, ale najwyższej klasy. Aktywne mechanizmy różnicowe muszą być sterowane przez układ elektroniczny wykorzystujący informacje z wielu czujników określających parametry ruchu pojazdu i zachowanie kierowcy.W następnych częściach będą przedstawione własne prace badawcze, które skoncentrowane były na opracowaniu nowych typów mechanizmów różnicowych o powiększonym momencie oporu wewnętrznego. Kierując tymi pracami przyjąłem założenie, że możliwości rozwiązań mechanicznych w zakresie sterowania takimi mechanizmami nie do końca zostały wykorzystane i celowe są dalsze poszukiwania nowych koncepcji, które umożliwią zbudowanie mechanizmów o innych zasadach działania i lepszych charakterystykach pracy.

dr hab. inż. Jan Dzida

Literatura:

[1] Avenatti R., Campo S., Mesiti D.: An Active Differential to Enhance Vehicle Dynamic Stability. ATA International Conference, Active and Passive Automobile Safety, Capri, 1997.

[2] Danisch R.: Das Antriebsregelsystem Q2 von Alfa Romeo. Automobiltechnische Zeitschrift, nr 6, 2007.

[3] Denzler R., Granzow C., Peter R., Spiess M.: Das Hinterachsgtriebe Vector Drive. Automobiltechnische Zeitschrift, nr 12, 2007.

[4] Dębicki M.: Teoria samochodu – teoria napędu. WNT, Warszawa, 1971.

[5] Dzida J.: Durch Kinematische Einflußgroßen gesteuertes Differentialgetriebe mit Eigenreibung. Automobiltechnische Zeitschrift, nr 4, 1990.

[6] Dzida J.: Differentiale con atritto interno controlato da grandezze cinematiche. Organi di Transmissione, nr 12, 1991.

[7] Dzida J.: Koncepcja konstrukcji członów wykonawczych do układów automatycznego sterowania zespołami samochodu. VII Międzynarodowe Sympozjum IPM WAT nt. Doskonalenie konstrukcji oraz metod eksploatacji pojazdów mechanicznych, Warszawa-Rynia, 1999.

[8] Dzida J., Mesiti D.: Aktywny mechanizm różnicowy – nowa jakość w sterowaniu pojazdów. Zeszyty Naukowe OBR SM Bosmal, nr 21/I-II, Bielsko-Biała, 2003.

[9] Dzida J.: Mechanizmy różnicowe sterowane regulatorami mechanicznymi reagującymi na parametry kinematyczne. Archiwum Motoryzacji, nr 3, 2007.

[10] Dzida J.: Mechanizmy rozdziału mocy w pojazdach. Rozprawa habilitacyjna. Wydawnictwo Akademii Techniczno-Humanistycznej, Bielsko-Biała, 2010.

[11] Freimann R., Wolter T-M., Schneider E.: Driving dynamics and hybrid combined in the torque vectoring – Concepts of axle differetials with hybrid functionality and active torque distribution. Vehicle Dynamics Expo 2009, Stuttgart, 2009.

[12] Gajek A., Juda Z.: Mechatronika samochodowa – Czujniki. WKŁ, Warszawa, 2008.

[13] Herner A., Riehl H.: Elektrotechnika i elektronika w pojazdach samochodowych. WKŁ, Warszawa, 2009.

[14] Jaśkiewicz Z.: Mosty napędowe. WKŁ, Warszawa 1977.

[15] Lanzendorfer J., Szczepaniak C.: Teoria ruchu samochodu. WKŁ, Warszawa 1980.

[16] Madej J.: Mechanika transmisji momentu trakcyjnego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2000.

[17] Reimpell J., Betzler J. W.: Podwozia samochodów. Podstawy konstrukcji. WKŁ, Warszawa, 2001.

[18] Sacchetini P.: The Torsen Differentials. Vehicle Dynamics Expo 2006, Stuttgart, 2006.

artykuł pochodzi z wydania 7 (58) lipiec/sierpień 2012

Tagi: mechanizmmotoryzacja

Powiązane artykuły

Stilfold technologia, która stoi za sukcesem skutera Stilride
Aktualności

Stilfold – technologia, która stoi za sukcesem skutera Stilride

Tłokowy silnik spalinowy z wędrującą komorą spalania
Konstrukcje

Tłokowy silnik spalinowy z „wędrującą komorą spalania”

Andrzej Szyjkowski za kierownicą swojego malucha
Historia

Szalone maluchy lat osiemdziesiątych

Kompozyty z włóknem lnianym zastępują węglowe
Materiały

Kompozyty z włóknem lnianym zastępują węglowe

Atmos Zegar
Historia

Atmos maszyna czasu

Zgrzewanie nakrętek do blach nadwozi samochodów
Konstrukcje

Zgrzewanie nakrętek do blach nadwozi samochodów

najnowsze-wydanie_03-04_2025

Item Innovation Days

Tematyka:

aluminium automatyzacja budowa maszyn CAD cięcie CNC diagnostyka druk 3D energetyka formy wtryskowe innowacje inżynieria materiałowa klejenie kompozyty laser lotnictwo maszyny rolnicze mechanizm MES modelowanie montaż motocykle motoryzacja obliczenia obrabiarki obróbka plastyczna obróbka skrawaniem polskie projekty pomiary programy przemysł kosmiczny przemysł morski przemysł zbrojeniowy robot robotyzacja silniki spawanie stal technologie łączenia tribologia tworzywa sztuczne wynalazki wywiad zgrzewanie łożyska
http-alphatechnology-com-pl-o-nas
https-metaltop-pl
FORMY WTRYSKOWE Integracja Konstrukcji i Technologii Ebook
https-nlx-dmgmori-com
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
  • O czasopiśmie
  • Polityka prywatności
  • Kontakt

© ITER 2007-2025

Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki
  • STRONA GŁÓWNA
  • Aktualności
  • Artykuły
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Technologie
    • Maszyny i urządzenia
    • Części maszyn i urządzeń
    • Konstrukcje
    • Rozwiązania
    • Projektowanie
    • Materiały
    • Historia
    • Inne
  • Czasopismo
    • O czasopiśmie
    • Jak zakupić
    • Archiwum
      • Archiwum 2025
      • Archiwum 2024
      • Archiwum 2023
      • Archiwum 2022
      • Archiwum 2021
      • Archiwum 2020
      • Archiwum 2019
      • Archiwum 2018
      • Archiwum 2017
      • Archiwum 2016
      • Archiwum 2015
      • Archiwum 2014
      • Archiwum 2013
      • Archiwum 2012
      • Archiwum 2011
      • Archiwum 2010
      • Archiwum 2009
      • Archiwum 2008
      • Archiwum 2007
  • Kontakt
  • ­

© ITER 2007-2025