Дифференциал (механическое устройство)
 | Эта статья требует дополнительных цитат для проверки . ( июль 2015 г. ) |
Дифференциал - это передача с тремя приводными стволами , у которых есть свойство, что скорость вращения одного вала - это средняя скорости других. Распространенное использование дифференциалов находится в автомобилях , чтобы колеса позволили колесам на каждом конце приводной оси вращаться на разных скоростях во время поворота. Другое использование включает в себя часы и аналоговые компьютеры . Дифференциалы также могут обеспечить передаточное соотношение между входными и выходными валами (называемым «соотношение оси» или «соотношение дифференциала»). Например, многие дифференциалы в автомобилях обеспечивают сокращение передач, имея меньше зубов на шестерне, чем кольцо .
История
[ редактировать ]Вехи в дизайне или использовании дифференциалов включают:
- 100 г. до н.э. - 70 г. до н.э.: Антикитера - механизм датируется этим периодом. Он был обнаружен в 1902 году на кораблекрушении с губчатниками дайверами , и современные исследования показывают, что он использовал дифференциальную передачу для определения угла между эклиптическими положениями Солнца и Луны и, следовательно, фазой Луны. [ 1 ] [ нужно разъяснения ]
- в 250 г. н.э .: Китайский инженер MA Jun создает первую хорошо документированную южную колесницу , предшественник Compass. Механизм действий неясен, хотя некоторые инженеры 20 -го века выдвинули аргумент, что он использовал дифференциальную передачу. [ 2 ] [ нужно разъяснения ]
- 1810: Рудольф Акерманн из Германии изобретает систему с полным рулевым управлением для вагонов, о которой некоторые более поздние писатели ошибочно сообщают как дифференциал.
- 1823: Aza Arnold разрабатывает дифференциальный приводной поезд для использования в хлопковом прямом . Дизайн быстро распространяется по всему Соединенным Штатам и в Великобритании. [ 3 ]
- 1827: Современный автомобильный дифференциал, запатентованный часовщиком Onésiphore Pecqueur (1792–1852) Национального консерватория Des Arts et Métiers во Франции для использования в паровой универсале . [ 4 ]
- 1874: Aveling и Porter of Rochester, Kent Перечислите локомотив крана в их каталоге, оснащенном их патентной дифференциальной передачей на задней оси. [ 5 ]
- 1876: Джеймс Старли из Ковентри изобретает дифференциал цепного привода для использования на велосипедах ; Изобретение позже использовалось на автомобилях Карлом Бенцом .
- 1897: Построив свой австралийский паровой автомобиль , Дэвид Ширер впервые использовал дифференциал в автомобиле. [ 6 ]
- 1958: Патенты Вернона Глизмана Торсена с ограниченным проскальзыванием . [ 7 ]
Использовать в колесных транспортных средствах
[ редактировать ]Цель
[ редактировать ]Во время поворота внешние колеса транспортного средства должны двигаться дальше, чем внутренние колеса (поскольку они находятся на большем радиусе). Это легко приспособиться, когда колеса не подключены , однако это становится более трудным для приводных колес , поскольку оба колеса подключены к двигателю (обычно через трансмиссию). Некоторые транспортные средства (например, go-карты и трамваи ) используют оси без дифференциала, тем самым полагаясь на скольжение колеса при поворотах. Однако для улучшенных способностей поворота многие транспортные средства используют дифференциал, который позволяет двум колесам вращаться на разных скоростях.
Целью дифференциала является передача мощности двигателя на колеса, в то же время позволяя колесам вращаться на разных скоростях при необходимости. Ниже показана иллюстрация принципа эксплуатации для дифференциала с кольцами и пиненами.
-
Дифференциальная работа во время движения по прямой линии:
Входной крутящий момент наносится к кольцевой передаче (фиолетовой), которая вращает носитель (фиолетовый) с той же скоростью. Когда сопротивление от обоих колес совпадает, планета (зеленая) не вращается на своей оси (хотя шестерня и его штифт вращаются из -за прикрепления к несущению). Это заставляет солнцезащитные передачи (красный и желтый) вращаться с той же скоростью, что приводит к тому, что колеса автомобиля также вращаются с той же скоростью. -
Дифференциальная операция при повороте налево:
Входной крутящий момент наносится к кольцевой передаче (фиолетовой), которая вращает носитель (фиолетовый) с той же скоростью. Левая солнечная передача (красная) обеспечивает больше сопротивления, чем правая солнечная передача (желтая), которая заставляет планету (зеленый) вращаться против часовой стрелки. Это производит более медленное вращение в левой солнечной передаче и более быстрое вращение в правой солнечной передаче, в результате чего правое колесо автомобиля поворачивается быстрее (и, таким образом, движется дальше), чем левое колесо.
Дизайн кольца и пино
[ редактировать ]
Относительно простая конструкция дифференциала используется в транспортных средствах заднего привода , в результате чего кольцевая шестерна управляется шестерней , подключенной к трансмиссии. Функции этой конструкции заключаются в том, чтобы изменить ось вращения на 90 градусов (от пропо-вала до половины вала) и обеспечить снижение передачного соотношения .
Компоненты дифференциала кольцевых и пинонов, показанных на схематической диаграмме справа,: 1. Выходные валы ( оси ) 2. Приводная передача 3. ( картина )
Эпициклический дизайн
[ редактировать ]
Эпициклический дифференциал использует эпициклиную передачу для отправки определенных пропорций крутящего момента на переднюю ось и заднюю ось в полноприводном автомобиле. [ Цитация необходима ] Преимущество эпициклической конструкции состоит в том, что он является относительно компактной шириной (при просмотре вдоль оси его входного вала). [ Цитация необходима ]
Дизайн Spure-Gear
[ редактировать ]
Дифференциал Spur-Gear имеет шестерни равного размера на каждом конце, каждый из которых подключен к выходному валу. [ 8 ] Входной крутящий момент (т.е. из двигателя или трансмиссии) применяется к дифференциалу через вращающийся носитель. [ 8 ] Пары шестерни расположены внутри носителя и свободно вращаются на выводах, поддерживаемых носителем. Шесва сочетает только сетку только для части их длины между двумя шестернями и вращается в противоположных направлениях. Оставшаяся длина данной шестерниет с ближней шестерней на оси. Каждая шестерня соединяет связанную шестерню к другой шестерни (через другую шестерни). По мере того, как носитель вращается (по входному крутящему моменту), взаимосвязь между скоростями ввода (то есть носитель) и зависимостью выходных валов совсем так же, как и другие типы открытых дифференциалов.
Использование дифференциалов Spurie-Gear включает в себя Oldsmobile American American American Front-Teal Car. [ 8 ] [ необходимо дальнейшее объяснение ]
Блокировка дифференциалов
[ редактировать ]Блокировка дифференциалов обладает способностью преодолевать главное ограничение стандартного открытого дифференциала, по существу, «блокируя» оба колеса на оси вместе, как будто на общем шахте. Это заставляет оба колеса повернуться в унисон, независимо от тяги (или его отсутствия), доступного для любого колеса индивидуально. Когда эта функция не требуется, дифференциал может быть «разблокирован», чтобы функционировать как обычный открытый дифференциал.
Дифференциалы блокировки в основном используются на транспортных средствах внедорожника, чтобы преодолеть низкопользовые и переменные поверхности сцепления.
Ограниченные различия
[ редактировать ]Нежелательным побочным эффектом регулярной («открытой») дифференциации является то, что он может отправлять большую часть питания на колесо с меньшей тягой (GRIP). [ 9 ] [ 10 ] В ситуации, когда одно колесо имеет снижение сцепления (например, из-за сил поворота или поверхности с низким содержанием зажигания под одним колесом), открытый дифференциал может вызвать колеса в шине с меньшим сцеплением, в то время как шина с большим количеством сцепления получает очень мало мощности, чтобы продвинуться. автомобиль вперед. [ 11 ]
Чтобы избежать этой ситуации, различные конструкции дифференциалов с ограниченным проскальзыванием используются для ограничения разницы в мощности, отправляемой каждому из колес.
Крутящий момент векторинг
[ редактировать ]Трутящий векторинг -это технология, используемая в автомобильных дифференциалах, которая способна изменять крутящий момент к каждому полукратному валу с помощью электронной системы; или в железнодорожных транспортных средствах, которые достигают того же, используя индивидуально автомобильные колеса. В случае автомобилей он используется для повышения устойчивости или способности автомобиля в поворотах.
Другое использование
[ редактировать ] | В этом разделе нужны дополнительные цитаты для проверки . ( Март 2023 г. ) |
Неавтомотическое использование дифференциалов включает в себя выполнение аналоговой арифметики . Два из трех валов дифференциала созданы, чтобы повернуть через углы, которые представляют (пропорциональны) двум числам, а угол вращения третьего вала представляет собой сумму или разницу двух входных чисел. Самое раннее известное использование дифференциального механизма находится в механизме антикитера, c. 80 г. до н.э., которая использовала дифференциальную передачу для контроля небольшой сферы, представляющей луну из разницы между указателями положения солнца и луны. Шар был окрашен в черный и белый в полушарии и графически показал фазу луны в определенный момент времени. [ 1 ] Уравнение часов , в котором использовались дифференциал для добавления, были сделаны в 1720 году. В 20 -м веке крупные сборки многих дифференциалов были использованы в качестве аналоговых компьютеров , рассчитывая, например, направление, в котором следует направлять оружие. [ 12 ]
Компасные устройства
[ редактировать ]Китайские южные колесницы также могли быть очень ранним применением дифференциалов. У колесика была указатель, который постоянно указывал на юг, независимо от того, как колесница повернулась, когда она путешествовала. Поэтому он может быть использован в качестве типа компаса . Широко считается, что дифференциальный механизм реагировал на любую разницу между скоростями вращения двух колеса колесницы, и правильно повернул указатель. Тем не менее, механизм не был достаточно точным, и после нескольких миль движения циферблат мог указывать в неправильном направлении.
Часы
[ редактировать ]Самое раннее подтвержденное использование дифференциала было в часах, сделанном Джозефом Уильямсоном в 1720 году. В нем использовался дифференциал, чтобы добавить уравнение времени к местному среднему времени , как определено механизмом часов, для создания солнечного времени , которое было бы То же самое, что и чтение солнечного детья . В течение 18 -го века, как считалось, солнечные костюмы показывали «правильное» время, поэтому обычные часы часто приходится на перенастроение, даже если оно работает отлично, из -за сезонных изменений в уравнении времени. Часы Уильямсона и другие уравнения продемонстрировали солнечное время без необходимости повторной корректировки. В настоящее время мы считаем, что часы являются «правильными», а солнечные - неверные, так много солнечных сил несут инструкции о том, как использовать свои показания для получения времени часов.
Аналоговые компьютеры
[ редактировать ]Дифференциальные анализаторы , тип механического аналогового компьютера, использовались примерно с 1900 по 1950 год. В этих устройствах использовались дифференциальные шестерни для выполнения добавления и вычитания.
Подвеска транспортного средства
[ редактировать ]Spirit Mars Rovers Spirit and Opportunity (оба запущены в 2004 году) использовали дифференциальные шестерни в своих подвесках бобовых бобов , чтобы сохранить сбалансированное тело ровера, поскольку колеса слева и справа движутся вверх и вниз по неровной местности. [ 13 ] Роверс любопытства и настойчивости использовали дифференциальную стержень вместо передач для выполнения одной и той же функции. [ 14 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Антиблокировочная тормозная система
- Дифференциал мяча
- Дрифт (Motorsport)
- Список автоматических частей
- Hermann Aron § счетчики электричества
- Система управления тягой
- Whippletree
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Райт, MT (2007). «Механизм Антикитера пересмотрел» (PDF) . Междисциплинарные научные обзоры . 32 (1): 27–43. Bibcode : 2007isrv ... 32 ... 27w . doi : 10.1179/030801807x163670 . S2CID 54663891 . Получено 8 июня 2023 года .
- ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае . 4 Часть 2. Тайбэй: Пещеры Книги: 296–306.
{{cite journal}}: Отсутствует или пусто|title=( помощь ) [ Название отсутствует ] - ^ Митман, Карл В. (1947). "Арнольд, Аза". В Джонсоне, Аллен (ред.). Словарь американской биографии . Тол. 1. Нью -Йорк: сыновья Чарльза Скрибнера , Американский совет ученых обществ . С. 361–362.
- ^ «История автомобиля» . General Motors Canada . Получено 9 января 2011 года .
- ^ Престон, JM (1987). Aveling & Porter, Ltd. Rochester . Книги Северного Кента. С. 13–14. ISBN 0-948305-03-7 .
- ^ «Паровая машина Дэвида Ширера в Маннуме в 1897 году-первый в Австралии-с первой мировой дифференциалом» . Adelaideaz.com . Получено 27 февраля 2023 года .
- ^ «Изобретатель автомобильных технологий - наследие Вернон Глисмана» . Theautochannel.com . Получено 27 августа 2023 года .
- ^ Jump up to: а беременный в "Что такое дифференциал шестерни?" Полем SergeantClutchDiscountTransmission.com . Получено 27 марта 2023 года .
- ^ Бонник, Аллан (2001). Автомобильные компьютерные системы . Elsevier Science & Technology Books. п. 22. ISBN 9780750650892 .
- ^ Бонник, Аллан (2008). Автомобильная наука и математика . Баттерворт-Хейнеманн. п. 123. ISBN 9780750685221 .
- ^ Chocholek, SE (1988). «Разработка дифференциала для улучшения контроля тяги» .
- ^ Основные механизмы в компьютерах управления огнем, часть 1, кулачки и дифференциалы с валами, размещенные как «Винтажные фирменные компьютеры ВМС ВМС» (учебная пленка). ВМС США. 1953. Событие происходит в 37 секунд. MN-6783A. Архивировано из оригинала 18 ноября 2021 года . Получено 20 сентября 2021 года .
- ^ «Ровер колеса» . Mars.nasa.gov . Получено 18 января 2023 года .
- ^ «Система мобильности любопытства, помеченная» . Planetary.org . Получено 18 января 2023 года .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Популярная наука , май 1946 г., как ваш автомобиль превращает углы , большая статья с многочисленными иллюстрациями о том, как работают дифференциалы
Внешние ссылки
[ редактировать ]
