自動車用ディファレンシャル：デバイス、誤動作、および選択方法
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本格的なSUV、一部のクロスオーバー、全輪駆動のシティカーの技術文書には、「ディファレンシャルロック」というフレーズがあります。 それが何であるか、車の中でのその目的は何か、それがどのように機能するか、そしてまた故障したものを交換するために新しいものを選択する方法を理解しましょう。
マシンディファレンシャルとは
車のディファレンシャルは伝達要素です。 それは駆動輪の独立した回転を提供しますが、同時にそれらのそれぞれに同じトルクを伝達します。
この要素は、曲がり角での車の安定性にとって特に重要です。 物理学から、回転するとき、半円の内側のホイールは、円の外側のホイールよりも短い経路を移動することがわかっています。 従動輪の場合、これはまったく感じられません。
駆動輪については、トランスミッションに差がないと、曲がり角での安定性が大幅に低下します。 問題は、グリップを維持するために、コーナリング時に外輪と内輪が異なる速度で回転する必要があることです。 そうしないと、ホイールのXNUMXつがスライドまたはスリップします。
ディファレンシャルはドライブアクスルに取り付けられています。 4輪駆動（SUVまたは4xXNUMXクラス）の車両の場合、このメカニズムはすべての車軸で使用できます。
一部の車では、車のドリフトを維持するためにディファレンシャルが特別に溶接されています。 この例は、溶接されたディファレンシャルを備えた二輪駆動のラリーカーです。 ただし、通常の市街地走行では、ファクトリーディファレンシャル、またはオープンディファレンシャルとも呼ばれるものを使用することをお勧めします。
異なる歴史と目的
ディファレンシャルの設計は、内部燃焼エンジンを搭載した車両の生産開始とほぼ同時に登場しました。 違いはほんの数年でした。
最初の車はコーナリング時に非常に不安定だったため、エンジニアは同じ推力を駆動輪に伝達する方法について困惑しなければなりませんでしたが、同時にコーナリング時に異なる速度で回転できるようにしました。
メカニズム自体は、内部燃焼エンジンを搭載した自動車の登場後に開発されたとは言えませんが。 事実、最初の車の取り扱いを解決するために、以前は蒸気運搬車で使用されていた開発が借用されました。
メカニズム自体は、1825年にフランスのエンジニアであるOnesiforPekkerによって開発されました。 フェルディナンド・ポルシェは車のスリップホイールの作業を続けました。 彼の会社とZFAG（Friedrichshafen）の協力により、カムディファレンシャルが開発されました（1935年）。
LSDディファレンシャルの大規模な使用は1956年に始まりました。 この技術は、四輪車に新たな機会をもたらしたため、すべての自動車メーカーで使用されました。
差動装置
ディファレンシャルは遊星ギアボックスに基づいていました。 単純なギアボックスは、同じサイズの歯の数が異なるXNUMXつのギアで構成されています（一定の係合のため）。
大きい方のギアが回転すると、小さい方のギアはその軸を中心にさらに回転します。 遊星修正は、駆動軸へのトルクの伝達を提供するだけでなく、駆動軸と被駆動軸の速度が異なるようにそれを変換します。 遊星ギアボックスの通常のギアトランスミッションに加えて、XNUMXつの主要な要素と相互作用するいくつかの追加要素が使用されます。
ディファレンシャルは、遊星ギアボックスの可能性を最大限に活用します。 このようなメカニズムにはXNUMXつの自由度があり、ギア比を変更できるため、このようなメカニズムは、さまざまな速度で回転する駆動ホイールの安定性を確保するのに効果的であることが証明されています。
差動デバイスには次のものが含まれます。
- ディファレンシャルハウジングまたはカップ。 プラネタリーギア全体とギアはその中に固定されています。
- 半軸ギア（ソーラータイプが最もよく使用されます）。 衛星からトルクを取り、それを駆動輪に伝達します。
- メイントランスファーのドリブンギアとドライビングギア。
- 衛星。 それらは遊星歯車として機能します。 車が乗用車の場合、4つのメカニズムにそのような部品がXNUMXつあります。 SUVとトラックでは、遊星歯車にはXNUMXつの衛星があります。
差動動作図
このようなメカニズムには、対称と非対称のXNUMXつのタイプがあります。 最初の変更は、トルクをアクスルシャフトに均等に伝達することができます。 それらの動作は、駆動輪の角速度の影響を受けません。
XNUMX番目の変更では、ドライブアクスルのホイールが異なる速度で回転し始めた場合に、ホイール間のトルクを調整します。 多くの場合、このようなディファレンシャルは全輪駆動車両の車軸間に取り付けられます。
ディファレンシャルの動作モードに関する詳細。 このような状況では、メカニズムの動作が異なります。
- 車は直進します。
- 車は操縦を行っています。
- 駆動輪が滑り始めます。
これがディファレンシャルの仕組みです。
ストレートモーションで
車が直進しているとき、衛星は単にアクスルギア間のリンクです。 車のホイールは同じ速度で回転するため、カップは両方のアクスルシャフトを接続する単一のパイプのように回転します。
トルクはXNUMXつのホイール間で均等に分散されます。 ホイールの回転は、ピニオンギアの回転に対応します。
曲がるとき
機械が操縦するとき、外側の回転半径のホイールは、内側の回転半径のホイールよりも多く回転します。 外輪のトルクが増加し、道路が適切な速度で回転するのを妨げると、内輪は多くの抵抗に遭遇します。
この場合、衛星が機能します。 インナーアクスルシャフトのギアが遅くなるため、カップ内のプラネタリギアが反対方向に回転し始めます。 このメカニズムにより、タイトなターンでもタイトなターンでも車の安定性を維持できます。 また、減速ホイールの過度のタイヤ摩耗を防ぎます。
滑るとき
ディファレンシャルが役立つXNUMX番目の状況は、ホイールスリップです。 これは、たとえば、車が泥の中に入ったり、氷の上を移動したりしたときに発生します。 このモードでは、ディファレンシャルはコーナリング時とはまったく異なる原理で動作します。
滑ると吊り下げられたホイールが自由に回転し始め、路面に十分に密着したホイールのトルクが失われます。 ディファレンシャルがコーナリングモードで動作し、泥や氷に入ると、トラクションが完全に失われるため、車は完全に停止します。
この問題を解消するために、エンジニアによって制限付きスリップディファレンシャルが開発されました。 彼の仕事については少し後で話します。 まず、差分の既存の変更とその違いを検討する価値があります。
差動タイプ
車にドライブアクスルがXNUMXつある場合は、クロスアクスルディファレンシャルが装備されます。 全輪駆動車はセンターディファレンシャルを使用しています。 前輪駆動車では、このメカニズムはフロントディファレンシャルとも呼ばれ、後輪駆動車のモデルはリアディファレンシャルと呼ばれます。
これらのメカニズムは、ギアリングのタイプに応じてXNUMXつのカテゴリに分類されます。
- ベベルディファレンシャル;
- ワームギアディファレンシャル;
- 円筒形の差。
メインギアとアキシャルギアの形状が異なります。 円錐形の改造は、前輪と後輪の駆動車両に取り付けられています。 円筒形のものは全輪駆動モデルで使用され、ウォームギアはすべてのタイプのトランスミッションに適しています。
車のモデルと車両が操作される道路状況に応じて、次のタイプのディファレンシャルが役立ちます。
- 機械的インターロック;
- セルフロックディファレンシャル;
- 電気的インターロック。
機械的にロックされたディファレンシャル
この変更では、車輪の特別なスイッチを使用して、ドライバー自身が衛星をブロックします。 車両が直線または旋回している場合、ディファレンシャルは正常に動作します。
泥だらけの森や雪道など、路面が不安定な道路に車がぶつかるとすぐに、ドライバーはレバーを希望の位置に動かして衛星をブロックします。
このモードでは、遊星歯車は機能せず、車は原則として差動装置がありません。 すべての駆動ホイールは同じ速度で回転するため、スリップが防止され、すべてのホイールでトラクションが維持されます。
このようなメカニズムは、より単純なデバイスを備えており、国内のUAZ車両など、一部の低価格のSUVにインストールされています。 泥の中をゆっくりと走るときにタイヤが過度に摩耗しないので、このデザインは車のタイヤを傷つけません。
限定スリップデフ
このカテゴリにはいくつかのタイプのメカニズムがあります。 このようなデバイスの例は次のとおりです。
- LSD。 このようなギアボックスでは、アクスルシャフトのXNUMXつが過度に回転すると、衛星が自動的にロックされます。 これにより、安定したホイールがトラクションを失うのを防ぎます。
- 粘性クラッチ。 これらのディファレンシャルは、粘性のあるシリコーンベースの物質を使用しています。 冷却状態では、液体状態のままです。 加熱して混合し始めるとすぐに、物質の特性が変化し、粘着性のある構造になり、粘度が上昇します。 この特性は、アクスルシャフトの回転差が大きくなると大きくなります。 粘性結合にはいくつかの重大な欠点があります。 まず、それらは修復されません。 物質がその特性を失うとき、ブロック全体を交換する必要があります。 第二に、ホイールが強く滑っているときにブロッキングが発生するため、車はオフロード状態に常に効果的に対処できるとは限りません。 これらの欠点にもかかわらず、メカニズムは予算価格が異なります。 ほとんどの低コストのクロスオーバーには、まさにそのようなディファレンシャルが装備されています。
- トルセン。 胴体はワームロックを使用します。 一方の車軸のトルク係数がもう一方の車軸に対して増加または減少すると、ロックがアクティブになります。 この技術は、たとえばアウディ車で使用されています。 このデバイスは、機械的に連動するメカニズムとして分類することもできます。 それはすべてのタイプの差動装置の中で最も信頼できると考えられており、その単純さによって区別されます。 このため、それらは高価です。
電気的インターロック
このような差異は、車両の電子機器に関連しています。 それらは複雑な構造とブロッキングドライブを持っているため、最も高価であると考えられています。 このメカニズムは、ABSなどのホイールの回転を監視するシステムからデータを受信する車両のECUに関連付けられています。 一部の車両では、自動ロックを無効にすることができます。 このために、コントロールパネルに特別なボタンがあります。
電子オプションの利点は、いくつかの程度のブロッキングを設定できることです。 このようなメカニズムのもうXNUMXつの利点は、オーバーステアに完全に対処できることです。 このようなモデルでは、トルクはアクスルギアに適用され、アクスルギアは低速で回転します。
ディファレンシャルロックの詳細
クロスアクスルディファレンシャルには重大な欠点があります。トルクはホイールに自動的に供給され、ホイールはより激しく回転します。 このため、十分なトラクションを持っているセカンドホイールはトラクションを失います。 このため、このようなギアボックスは、泥や雪の漂流から独立して抜け出す機会を与えません。
前述のように、この問題は衛星をブロックすることで解決されます。 XNUMXつのブロッキングモードがあります。
- ギアボックスのすべての要素がしっかりと結合されているため、完全なブロッキングが実行されます。 これにより、最高のグリップを備えたホイールが十分なトルクを受けることが保証されます。
- ブロッキング係数を変更することにより、部分的なブロッキングが可能です。 車が直進しているとき、この係数は1です。衛星が対称差動にロックされるとすぐに、この係数は3から5に変化します。この場合、回転ホイールは回転し続けますが、受けるトルクは少なくなります。
差分がブロックされる理由に関するビデオは次のとおりです。
差動誤動作
ディファレンシャルの設計ではギアとアクスルの相互作用を使用しているため、このようなメカニズムは急速な摩耗や故障の影響を受けやすくなっています。 プラネタリギアの要素には深刻な負荷がかかっているため、適切なメンテナンスを行わないと、すぐに故障します。
ギアは耐久性のある素材で作られていますが、これまでになかった走行中のノイズ、ノッキング、振動が増加するメカニズムには注意が必要です。 また、憂慮すべき瞬間は潤滑油の漏れです。 最悪の場合、メカニズムが詰まっている場合。 ただし、適切なメンテナンスを行うと、これはめったに起こりません。
ギアボックスハウジングからオイル漏れが発生したらすぐに、自動車サービスに連絡する必要があります。 自分でノードを確認できます。 旅行後の目視検査に加えて、ギアボックスハウジング内のオイルの温度を確認できます。 メカニズムの通常の操作中、この数値は約60度になります。 差がさらに熱くなる場合は、専門家のアドバイスを求める必要があります。
定期的なメンテナンスの一環として、潤滑剤のレベルと品質を確認する必要があります。 トランスミッションオイルの各メーカーは、交換のための独自の規制を確立しています。 オイルには、ギアの歯を損傷するだけでなく、金属部品の摩擦を防ぐ油膜を破壊する小さな研磨粒子が含まれている可能性があるため、この推奨事項を無視しないでください。
目視検査の結果、センターディファレンシャルの漏れが認められた場合、または前輪駆動車のアナログで同様の問題が観察された場合は、オイルシールを交換する必要があります。 潤滑剤レベルが低下すると、部品の摩擦が増加し、デバイスの寿命が大幅に短くなります。 ギアボックスを乾式で運転すると、衛星、ベアリング、アキシャルギアが使用できなくなります。
差分の自己診断は次のように実行されます。 まず、車のドライブアクスルをジャッキアップします。 ギアボックスがニュートラルにシフトします。 XNUMXつのホイールが最初に一方向に回転し、次に他の方向に回転します。 同じ手順がXNUMX番目のホイールでも行われます。
ディファレンシャルが機能していると、ホイールは遊びやノイズなしで回転します。 また、いくつかの障害は自分で取り除くことができます。 このために、ギアボックスが取り外され、分解され、そのすべての要素がガソリンで洗浄されます（欠陥のあるスポットを特定するため）。 この手順の間に、衛星のバックラッシュとギアの摩耗を見つけることができます。
摩耗した要素を取り除き、代わりに新しい部品を取り付けます。 基本的に、衛星、ベアリング、オイルシールは故障が早いため、交換の対象となります。 衛星は、歯の間のクリアランスが最小のギアを選択することによって調整されます。
差動ベアリングの予圧を調整する方法に関する別のビデオは次のとおりです。
新しい差異を見つける
インターホイールまたはセンターディファレンシャルは自動車部品市場で簡単に見つけることができますが、そのコストは非常に高くなります（新しい部品のコストは数百ドルから数千ドルになる可能性があります）。 このため、ほとんどのドライバーは、メカニズムの完全な交換に同意することはめったにありません。
新しいメカニズムまたはその個々の要素は、通常の自動車部品と同じ方法で見つけることができます。 最も簡単な方法は、店に行って、特定の車両の特定の部品を要求することです。 ただし、これは車両がアップグレードされていない場合に適用されます。 それ以外の場合は、ユニットコードまたはスペアパーツが取り外された車種に従ってパーツが選択されます。
これらの記号はメカニズムを解体した後にのみ見つけることができるため、製品コードではなく、車のデータで部品を検索することをお勧めします。 このノードには多くの変更があります。 同じブランドの車でも、異なるディファレンシャルが使用される場合があります。
この瞬間を考えると、他の車から完璧なアナログを見つけることは非常に困難です。 流通市場でのディファレンシャルの購入については、部品を分解して状態を確認する人がいないため、車の所有者自身の危険とリスクにさらされています。 これにより、摩耗の激しいメカニズムを購入するリスクが高まります。
要約すると、乾いたアスファルトでペニーをねじるファンはこれに異議を唱えるでしょうが、差異がなければ安全で効率的な車を作ることは不可能であると言わなければなりません。
質問と回答：
簡単に言えば、車のディファレンシャルとは何ですか？ ドライブホイールアクスルシャフトの間に取り付けられる機械要素です。 トルクはカルダンを介してディファレンシャルハウジングに伝達され、次に独立したギアを介してホイールに供給されます。
車のディファレンシャルとは何ですか？ このメカニズムは、駆動輪にトルクを伝達しますが、操作を実行するとき、またはバンプを乗り越えているときに、車輪をさまざまな速度で回転させることができます。
車のディファレンシャルはどこにありますか？ このメカニズムは、アクスルシャフト間のドライブアクスルに取り付けられています。 XNUMXWDおよびプラグインXNUMXWDモデルでは、各車軸に取り付けられています。
どの車にセンターデフがありますか？ すべての車にはクロスアクスルディファレンシャルがあります（アクスルシャフトの間に立っています）。 センターデフは全輪駆動車モデルでのみ使用されます（車軸間に取り付けられます）。
