Дифференциалы

[Sabroe]

Откроем тему по дифференциалам.

Иногда можно встретить вопросы по настройке дифференциалов, как в этой теме:

http://forum.simraci...=120#entry35516

Давайте попробуем разобраться, что такое углы рампа, диски сцепления и преднатяг.

Сразу оговорюсь, что речь пойдет о дифференциалах повышенного трения Salisbury LSD (Limited Slip Differential) с использованием дисков сцепления. Данный тип дифференциала используется во многих гоночных сериях, с повышенной мощностью. В иРасинге: Лотус-79, Шевролле Корветт, Форд ГТ, Кадиллак СТС-ВР.

 

Итак, что такое Ramp Angles (углы рампа) - это углы вырезов на нажимных кольцах сцепления:

 

В левой колонке:

Угол рампа drive (power). Т.к. угол в 50 гр. несколько острее, то нажимные кольца раздвигаются на больше расстояние друг от друга, а вот угол coast в 75 гр. несколько тупее и раздвигает кольца меньше.

50/75 will lock quite a lot during power but less during coasting

50/75 блокировка дифференциала во время нагрузки несколько больше, чем без нее.

 

В средней колонке:

Углы рампа drive (power) и coast одинаковые в 45 гр. В обоих случаях нажимные кольца раздвигаются на идентично.

45/45 will apply similar lock under power and coasting

45/45 блокировка дифференциала одинакова в обоих случаях работы последнего.

 

В правой колонке:

Угол рампа drive (power) в 45 гр. более острый, нажимные кольца раздвигаются на большее расстояние. А вот угол рампа coast в 90 гр. как таковой отсутствует, нажимные кольца не раздвигаются, блокировка дифференциала отсутствует.

45/90 will only apply lock under power

45/90 блокировка дифференциала только под нагрузкой

 

Итого:

- при максимальном углах рампа drive и coast в 90 гр. блокировка отсутствует, работа дифференциала по принципу открытого.

- при минимальном углах рампа drive и coast в 20 гр., блокировка дифференциала будет более жесткой.

 

Подбирая углы рампа на нажимных кольцах, тем самым Мы будем регулировать передаточное соотношение крутящего момента (torque bias ratio) дифференциала.

http://intothered.dk...fferential.html

 

 

 

Устройство и принцип работы:

Рассмотрим устройство самоблокирующегося дифференциала повышенного трения Salisbury Limited Slip Differential использующего диски сцепления. Этот тип дифференциала также известен как: Clutch Pack Differential, Salisbury, Powerflow.

 

Разберем дифференциал на основные составные части:

- корпус дифференциала с фланцем под ведомую шестерню главной передачи и специальными продольными пазами (drive slots);

- два нажимных кольца (thrust ramps), с внешними стопорными направляющими (drive taps);

- внешние диски (stator plate), с внешними стопорными лапками;

- внутренние диски (clutch) c внутренними стопорными лапками;

- тарельчатые пружины;

- сателлиты (2 или 4) (planet gear);

- две конические шестерени полуосей (side gear);

- ось сателлитов (крестовина).

 

 

 

 

1 - тарельчатая пружина (внешней стороной упирается в корпус, а внутреней во внешнее кольцо).

2 - внешний диск (группа дисков "A").

3 - внутренний диск (группа дисков "B")

4 - нажимное кольцо

1- ось крестовины

2 - нажимное кольцо

Таким образом: в пазах (drive slots) корпуса дифференциала, установлены 2 нажимных кольца с возможностью продольного перемещения последних в корпусе дифференциала. Между нажимными кольцами располагается крестовина (ось сателлитов) с установленными на ней 4-мя сателлитами, которые находятся в непосредственном зацеплении с 2-мя шестернями полуосей. На шлицах шестерни полуосей установлены - внутренние кольца, а в пазах корпуса дифференциала - внешние кольца, и все с возможностью продольного перемещения.

 

Режим работы "под нагрузкой" (Drive)

При появлении крутящего момента (трансмиссия загружена) на ведомой шестерни главной передачи, корпус дифференциала (поз.1) передает крутящий момент на нажимные кольца (поз.3 и 7). Далее через шестерни сателлитов, момент поступает на шестерни полуосей. В это самое время, ось сателлитов (крестовина) (поз.2) под воздействием нажимных колец (поз.3 и 7), будет стремиться развести их в разные стороны (в направление колес автомобиля). В свою очередь нажимные кольца, будут воздействовать на группу внешних (поз.4) и внутренних (поз.5) дисков дифференциала, с распределенной силой Pax. А так как внешние диски находятся в жестком зацеплении с корпусом дифференциала, а внутренние с шестернями полуосей, то при сжатие дисков вместе, происходит передача через них некоторой части от общего крутящего момента.

Режим работы "без нагрузки" (Coast)

В обратном случае, при отпускании педали газа (трансмиссия разгружена), вращающиеся колеса станут возвращать крутящий момент дифференциалу. Ось сателлитов - крестовины (поз.2) прекратит свое воздействие на нажимные кольца (поз.3 и 7) и они сомкнуться в первоначальное положение. Далее ось сателлитов начнет воздействовать уже обратном направлении (направление вращения колес) и нажимные кольца вновь разойдутся. Но будут воздействовать на группу дисков в режиме работы дифференциала "без нагрузки".

Распределенная нагрузка (Pax - P axiel) зависит от: величины приложенного вращающегося момента, углов "B" или "C", нажимных колец.

 

Величина крутящего момента, проходящего через группу фрикционных дисков (внешние и внутренние) и соответственно блокирующего эффекта дифференциала зависит от:

1. Углов рампа.

Более острые углы, увеличивают силу сжатия дисков и эффект блокировки дифференциала.

Более тупые углы, уменьшают силу сжатия дисков и эффект блокировки дифференциала. Угол рампа в 90 гр. теоретически на работу дифференциала не влияет (полное отсутствие блокировки). А угол рампа в 30 гр. может вызвать полную блокировку дифференциала.

2. Количества внешних и внутренних дисков. Больше дисков - больше сила блокировки. Минимальное количество активных дисков 2 (внутренние и внешние), максимальное обычно 6 (3 внутренних и 3 внешних).

Использование 4-х дисков, увеличивает степень блокировки в два раза по сравнению с использованием 2-х дисков.

3. Преднатяга (preload).

Внутренние и внешние диски могут быть сжаты заранее при помощи использования более жесткой тарельчатых пружин или использовании прокладок.

 

Пример:

Предположим, что правое колесо начинает вращается быстрее (пробуксовывает) левого. В этом случае, правая шестерня полуоси дифференциала, начнет вращаться быстрее корпуса. Однако, в случае блокировки дифференциала, шестерня полуоси будет оттормаживаться при помощи замыкающихся фрикционных дисков. Часть крутящего момента от правой шестерни полуоси дифференциала будет переходить на корпус.

В это время, левое колесо не пробуксовывает. В этом случае, правая шестерня полуоси, начнет вращаться медленнее корпуса дифференциала. Однако, в случае блокировки дифференциала, корпус при помощи замыкающихся фрикционных дисков сцепления, будет передавать часть крутящего момента левой шестерни полуоси.

Одним словом, левая шестерня полуоси получает от правой шестерни полуоси крутящий момент, через группу замыкающихся фрикционных дисков сцепления и корпус дифференциала.

 

Преднатяг дифференциала(preload)

осуществляется с помощью тарельчатых пружин (поз.6) или прокладок, создающих постоянное статическое давление на группу фрикционных внутренних и внешних дисков со стороны колес автомобиля. Т.е. во время отсутствия нагрузки (крутящего момента) или близкой ее к нулю, преднатяг дифференциала будет стараться заблокировать дифференциал на заданную величину. Регулировка преднатяга осуществляется заменой тарельчатых пружин необходимого натяга (кг/см2) или количества (толщины) прокладок.

Величина силы установленного преднатяга, будет оставаться постоянной и абсолютно не будет зависить от нагрузки (крутящего момента) дифференциала.

Таким образом значение силы блокировки дифференциала, будет величиной порциональной двух давлений:

Распределенная нагрузка (PAX) + преднатяг (preload).

Таким образом, дифференциал Limited Slip Differential, располагает большим количеством настроек. От полностью открытого дифференциала до полностью экстремального.

 

Настройка углов рампа Drive(Power) Ramp Angle и Coast Ramp Angle будет заключаться в смене нажимных колец разных комбинаций:

 

30/70

 

45/45

 

45/60

 

60/45

 

60/60

 

60/70

 

70/70

 

Одной из наиболее важной характеристикой дифференциала, является передаточное соотношение крутящего момента (torque bias ratio).

Предположим, коэффициент TBR 3 означает распределение крутящего момента 3:1 в пользу оси с лучшим сцеплением с дорогой.

TBR = cos(угол)*(1+2*диски)

К примеру:

60/30/2

TBR (под нагрузкой) = cos(60)*(1+2) = 1,5

TBR (без нагрузки) = cos(30)*(1+2) = 2,598

 

Источники сообщения:

http://www.autosport...ndex.php?id=441 (статья на русском языке)

http://intothered.dk...fferential.html

http://www.racer.nl/...fferentials.htm

http://en.wikipedia....ip_differential

http://ken-gilbert.c...nical Type).pdf

[NV30]

Вот это гуд!

[VeTeR]

Напомню, тема диффов начала развиваться тут, в теме настроек машин, позже мы с Дмитрием несколько дней обсуждали настройки дифференциалов приватно, я пытался самостоятельно настроить корветт для трассы Филип Айленд. Трасса само по себе оказалась сильно диффо-зависимая, сочетает в себе скоростные затяжные повороты и медленные шпильки.

 

Вот что выяснил в процессе поиска настроек. Очень сильную недостаточную поворачиваемость ветт имеет в скоростных поворотах на тех настройках, которые я обычно использовал на других трассах (в Филип Айленде это первый, последний и скоростной Т9), в средней стадии этих поворотов приходится отпускать педаль газа, в этот момент блокировка дифференциала уменьшается и машина неохотно проходит поворот. Так вот преднатяг играет в этот момент огромное значение. Если затянуть преднатяг по максимуму, то в момент отпускания педали газа дифф остается с блокировкой и тем самым увеличивается избыточная поворачиваемость. Но в то же время прохождение медленных поворотов с большим преднатягом становится крайне затруднительным, машина теряет маневренной и просто не хочет поворачивать. В результате я установил чуть большую блокировку диффа под нагрузкой, чем использую обычно, для лучшего ввинчивания в повороты с газом, установил среднюю величину преднатяга, но тоже чуть больше чем обычно, все для того же лучшего прохождения скоростных поворотов, а величину блокировки без нагрузки установил в минимальное значение, что от части компенсировало недостаточную поворачиваемость в медленных шпильках возникающую от достаточно большого значения преднатяга. В итоге я показал хороший результат в квалификации, второе время в сезоне, ну а в гонке был заметно быстрее обладателя лучшего квального времени. В общем приближенное изучение работы дифференциала не прошло даром.

[Freddie]

Все отлично, только не "угол рампа", а "угол рампы", т.е. угол скоса выреза.

[TormozOff]

Молодцы, Парни! Для людей, не знающих, что есть дифференциал и с чем его есть, хорошее подспорье. Евгений очень хорошо описал, что он делал с настройками и почему. А то я, например, обычно не могу подробно объяснить людям, что сделать и как, а тут очень хорошее изложение. Жирные плюсы Вам.

[Sabroe]

Поделюсь и я своими ощущениями от поиска настроек диффа на Лотусе-79.

 

1. Настройки блокировки Drive(Power).

По сугубо моим ощущениям, в начальной стадии выхода из поворота поворачиваемость практически одинаковая, но отличия все-же есть.

- при угле в 20 гр (большая блокировка), обнаружил более лучший выход из поворота, и прохождение скоростных поворотов как бы в натяг.

- при угле в 85 гр. (без блокировки), повороты проходятся несколько трудновато, а самое главное с большим (огромным) чувством запаса и безопасности. Но на выходе присутствует не реально большое чувство недостаточной поворачиваемости.

 

А теперь об отличиях.

- при угле в 20 гр. при малейшем наезде на паребрик, будь то внутренним или внешним колесом, или просто в момент начала пробуксовки одного из колес, начинается сразу же неконтролируемый спин автомобиля. Одним словом, на выходе из поворота, сразу после апекса, требуется более нежное обращения с педалью газа, а иначе пробуксовка и спин автомобиля. Т.е. после пробуксовки одного из колес, дифференциал блокируется на установленную величину и "давай до свидания".

 

Эффект power oversteer (со 2-й минуты):

http://youtu.be/rEAHAdxDffk

 

При угле в 85 гр. отличие заметны в средней и особенно в заключительной стадии выхода из поворота. Можно практически полностью выжимать педаль газа - "тапка в пол". Но как я и писал выше, наблюдается тенденция к развивающемуся андерстиру (недостаточной поворачиваемости) на выходе из поворота, и тем самым можно просто выехать за пределы трассы.

 

2. Настройки блокировки Coast(Off gas).

Отличия в поворачиваемости автомобиля, довольно значительные и видны не вооруженным глазом.

- при угле в 20 гр., проявляется недостаточная поворачиваемость, машина плохо входит в поворот. Даже при значительном смещении тормозного баланса назад, тенденция андерстира остается.

- при угле в 85 гр., проявляется избыточная поворачиваемость, машинка отлично входит в поворот, я бы добавил выражение - "залетает как по маслу".

 

3. Настройки преднатяга - Preload.

А вот здесь, довольно интересно. При значениях preload в 1000 и меньше кг., каких либо отличий не заметил. А вот при значениях от 2000 и выше появился довольно интересный эффект.

Предположим, если сделать режим блокировки Coast в 75-85 гр. (открытый тип дифференциала), то на торможении перед медленными и среднескоростными поворотами, наблюдается вход в поворот с избыточной поворачиваемостью, машина более охотно ввинчивается в поворот. А вот в средней части поворота (до входа на апекс) баланс автомобиля остается постоянным и при прохождении поворота наблюдается стабильность и запас в скольжении. В обратном случае, при низких значениях преднатяга и режима Coast при отпускании педали тормоза, наблюдается склонность к спину.

 

Достиг хорошего (для меня хорошего) прогресса в Моспорте на Лотус-79:

Обладая такой неимоверно мощностью и прытью, я попробовал немного укротить болид. Угол Drive поставил в 65 гр. тем самым создав себе небольшой запас и стабильность на разгоне и выходе из поворота (тапка в пол). А вот угол Coast поставил в 75 гр., тем самым увеличив избыточную поворачиваемость.

Что бы в момент отпускания педали тормоза Лотус не крутило в поворотах, поставил довольно тугой преднатяг в 2000 кг., в результате получился очень быстрый вход в поворот, уверенное прохождение без спина и выход из поворота как по рельсам.