Дифференциальная передача: ПАКПАК » Дифференциальная передача

ПАКПАК » Дифференциальная передача

Друзья!

Мы продолжаем серию публикаций интересных статей из журнала FT:PEDIA, переведённых на русский язык. Сегодня мы познакомимся с дифференциальной передачей.

Журнал: FT:PEDIA 4/2014

Оригинальное название статьи: Das Differentialgetriebe

Автор: Thomas Püttmann

Перевод: Мария Гончарова

Дифференциальная передача

Дифференциальные приводы использовались и продолжают использоваться в различных сферах. Данная статья наглядно разъяснит на примере моделей fischertechnik, как они работают. Это позволит показать на практике, что означает понятие смены системы координат, очень важное для математики, естественных наук и техники.

История

В 1900 г. возле греческого острова Антикитера водолазы нашли остов судна, затонувшего приблизительно в 100 г. до н.э. С этого корабля на поверхность было поднято множество артефактов. Одной из таких находок стал неприметный обломок металла, чье научное и историко-техническое значение было признано общественностью лишь спустя многие десятилетия.

Речь шла о частично сохранившемся, невероятно сложном механизме, состоявшем из по меньшей мере 27 зубчатых передач, который использовался для расчета движения Солнца и Луны, а также для предсказания затмений и лунных фаз.

Рис. 1: Дифференциальный привод в том виде, в котором английский историк Дерек де Солла Прайс воссоздал его (вплоть до количества зубцов) по части антикитерского механизма [1]. Современные модели уже не столь точно следуют данной форме.

Сохранившиеся фрагменты совершенно однозначно указывают на то, что в античной Греции эпициклические механизмы ― такие механизмы, в которых кроме обычной передачи движения от одного колеса к другому, некоторые колёса обкатываются вокруг основного колеса (см. рис.1) ― использовались не только в теоретическом моделировании орбит небесных тел, но и в механических передачах. Их существование доказывает, что уже в то время был известен дифференциальный привод с цилиндрической шестерней.

Очень вероятно, что дифференциальный привод использовался в качестве основного механизма в механическом компасе-колеснице Ма Цзюня (ок. 200-265 г.), но данное предположение основывается лишь на упоминании в письменном источнике. Действующих образцов из древнего Китая не сохранилось, прежде всего потому, что каждая новая правящая династия зачастую уничтожала все, что было создано во время правления предшествующей династии.

Рис. 2: Предполагаемая модель компаса-колесницы, воссозданная Джорджем Ланчестером, Лондонский научный музей (Фото: Andy Dingley CC BY 3.0)

 

Рис. 3: Модель Ланчестера из деталей fischertechnik

Первое достоверно известное применение дифференциального привода было зафиксировано в часах. В 18 веке истинное солнечное время, т.е. время, которое показывали солнечные часы, еще считалось достаточно значимым. Механические часы показывали среднее солнечное время. Чтобы вычислить по их данным истинное солнечное время, на часы зачастую наносились таблицы коррекции. Лондонский часовщик Джозеф Уильямсон в 1720 году впервые использовал дифференциальный привод для механической коррекции [2].

А другому ученому-часовщику впервые пришла в голову идея использовать дифференциальную передачу в автомобильных приводах. В 1748 известный своими механическими игрушками изобретатель Жак де Вокансон (1709-1782) продемонстрировал Людовику XV автомобиль с приводом на все колеса и дифференциальной передачей, приводимый в движение с помощью большого часового механизма. В 1827 году дифференциальная передача для парового самоходного грузовика была запатентована еще одним часовых дел мастером ― Онесифором Пекье (1792-1852). Об использовании дифференциальной передачи в автомобилях подробно рассказывается в видеофильме «Around the Corner», вышедшем в 1937 году. Дифференциальные передачи в автомобилях сначала использовались в качестве распределительного механизма, т.е. с их помощью приводился в движение только один из трех приводных блоков/валов; распределение крутящего момента на каждый вал происходило за счет движения по кривой.

Рис.4: Модель автомобильного привода Дирка Фокса из деталей fischertechnik

В конце 19-го первой половине 20 веков дифференциальные приводы широко применялись в механических аналоговых вычислительных машинах. Стоит посмотреть очень информативный, хотя и имеющий явную военную направленность, учебный фильм «Basic Mechanisms in Fire Control Computers» (Основные механизмы в системах управления огнем), снятый в 1953 году.

Примеры

Вначале рассмотрим несколько примеров. На рис.5 представлены самый первый дифференциальный привод от fischertechnik, еще из «серо-красного» периода, и современный дифференциальный привод. Они оба работают за счет маленьких конических шестерен, а сам механизм скрыт в корпусе. Поэтому они не годятся для того, чтобы наглядно продемонстрировать функционирование такого привода.

Рис.5: Дифференциальные приводы в наборах fischertechnik

Прекрасный образец дифференциального привода с очень удобным для демонстрации дифференциальным корпусом создал Дирк Фокс (см. рис.4 и 6). Здесь также использованы небольшие конические шестерни. Дифференциальный привод, изображенный на рис.7, я разработал специально для того, чтобы максимально наглядно объяснить принцип его работы. Он хорошо подходит для использования в компасе-колеснице или аналоговом компьютере, но менее пригоден для автомобилестроения.

Рис. 6: Дифференциальный привод с коническими шестернями, разработанный Дирком Фоксом

 

Рис. 7: Дифференциальный привод с зубчатыми передачами

На рис.8 и 9 представлены другие примеры дифференциального привода, на которых я хотел бы объяснить основные принципы, из которых следует исходить при разработке таких приводов для конкретных целей с использованием конструктора fischertechnik или же без него. Дальнейшие примеры конструкций вы можете найти в фотогалерее ft-сообщества.

Рис. 8: Дифференциальный привод с зубчатой цилиндрической передачей для использования в компасе-колеснице или аналоговом компьютере

 

Рис. 9: Дифференциальный привод с зубчатой цилиндрической передачей, пригодный к использованию также и в автомобилестроении

Эксперименты

Если вы хотите получить полное представление о том, как функционирует дифференциальный привод, вам нужно собрать функциональные модели, изображенные на рис.

7 и 10. Вращательные движения верхней шестерни, водила и нижней шестерни связаны между собой, т.е. каждый из трех приводных блоков/валов не может приводиться в движение независимо от других. Можно выбрать два блока и повернуть в желаемое положение, третий повернется в установленную позицию сам. Такая взаимосвязь трех крутящих моментов вокруг общей оси характерна для планетарной коробки передач. Чтобы понять, как осуществляется это взаимодействие, мы рекомендуем вам промаркировать белым цветом зубец на верхней и нижней шестерне таким образом, чтобы оба промаркированных зубца и водило были расположены на одной линии с пазом на красной детали модели (рис.10).

Рис. 10: Маркировка шестерен

Эксперимент 1: Мы удерживаем водило неподвижно и начинаем вращать нижнюю шестерню. Вращательное движение посредством колеса водила передается на верхнюю шестерню. Она начинает поворачиваться на такое же расстояние, что и нижняя, но в противоположном направлении. При этом совершенно неважно, какой размер имеет колесо водила.

Рис. 11: Неподвижное водило

Эксперимент 2: Поместим модель снова в исходную позицию, теперь вместо водила будем удерживать в неподвижном положении нижнюю шестерню, а верхнюю при этом поворачивать. Колесо водила будет вращаться в том же направлении, но лишь на половину заданного угла. Это второе важное наблюдение. Этот факт объяснить не так просто, как наблюдение из первого эксперимента. К нему мы еще вернемся позже

Рис. 12: Зафиксированная нижняя шестерня

Характеристика дифференциальных приводов

При изготовлении дифференциальных приводов крайне важно придерживаться следующего принципа: планетарная коробка передач будет являться дифференциальным приводом в том случае, если при остановке одного любого ее элемента (приводного блока/вала) она проявляет себя как в рассмотренных выше экспериментах. Иначе говоря: мы выбираем один из элементов и останавливаем его. Тогда два других элемента будут совершать вращение на определенный угол.

Если третий элемент поворачивается в том же направлении лишь на половину от траектории вращения первого, или же вдвое дальше при вращении в противоположном направлении, то  речь идет о дифференциальном приводе. Конечно же, имеет смысл выбрать тот элемент для остановки, на примере которого легче всего объяснить взаимосвязь между двумя другими элементами. Мы поясним этот принцип с помощью нескольких примеров.

В качестве первого примера рассмотрим антикитерский привод, изображенный на рис.1. Если мы будем удерживать неподвижно поворотный диск со звеньями Z41 [3] и начнем вращение вокруг металлической оси, то оба элемента Z10, а также красный Z15 с зажимной муфтой будут синхронно поворачиваться. Оба черных Z15 также начинают синхронно поворачиваться, но в противоположном направлении. Таким образом, этот привод является дифференциальным.

Во-вторых, рассмотрим привод с рис.8. Водило имеет неподвижное соединение с черной пластмассовой осью. Остановим его. Если мы теперь будем поворачивать правую металлическую ось, а вместе с ней и Z20 на определенный угол, что оба Z10 сместятся на вдвое большее расстояние, но в противоположном направлении, также как и внешние Z15, прочно соединенные с ними посредством валов. Оба внешние элемента Z15, свободно вращающиеся вокруг черной оси, двигаются таким образом в том же направлении, что и Z20, но проходят вдвое большее расстояние. Это означает, что данный привод также является дифференциальным.

Подобным же образом дело обстоит и в случае с зубчатой передачей на рис.9. При остановленном водиле оба элемента Z15 вращаются в том же направлении, что и Z20, но проходят лишь половину расстояния. То есть, и в этом случае речь идет о дифференциальном приводе. Отличие от предыдущего привода с зубчатой передачей состоит в том, что теперь пластмассовая и металлическая оси вращаются в противоположном направлении, если внешние элементы Z15 находятся в зафиксированном положении. Этот вариант, как мы видим, подходит для автомобилестроения: Приводящее усилие поступает на красный Z15, колеса достаточно большого размера могут быть прикреплены к обеим осям ― в случае необходимости оси можно удлинить.

Математическое описание

Давайте попробуем описать состояния, в которых может находиться дифференциальный привод, с помощью математического уравнения и, таким образом, поясним на простейшем практическом примере понятие смены системы координат. Первый шаг по направлению к математическому описанию состоит в точном обозначении связанных величин и однозначном определении способа их измерения. Если сэкономить время на данном этапе, в дальнейшем будут возникать неточности.

Рис. 13: Угол x

Связанными величинами являются угол вращения водила и углы вращения обеих шестерен. Задавая параметры угла необходимо обязательно указать, относительно чего ведется измерение и в каком направлении вращения. Мы будем измерять угол по отношению к прямой линии, которая проходит от центральной оси через паз красного блока 30, против часовой стрелки значение будет положительным, по часовой стрелке отрицательным, при этом мы смотрим на модель сверху. Эти три угла x, y и z представлены на рис.13 и 14.

Рис. 14: Углы y и z

В нашем первом эксперименте мы останавливали водило. Данное действие мы опишем уравнением z=0. Мы выявили и объяснили, что в этом случае вращением верхней солнечной шестерни вызвано вращение на такое же расстояние в противоположном направлении. Более точно с математической точки зрения это можно выразить уравнением y = -x или эквивалентно:

x + y = 0

Этим уравнением можно описать все состояния привода при остановленном водиле.

Во втором эксперименте мы наблюдали, как при зафиксированной нижней шестерне, т.е. y = 0, водило проходит вдвое меньший путь, чем верхняя солнечная шестерня. Уравнение

x = 2z

описывает, таким образом, все состояния привода при остановленной нижней шестерне. Этому уравнению нет прямого объяснения. Но еще менее понятным представляется нам до сих пор общий случай (рис.15).

Рис. 15: Общее состояние дифференциального привода

Смена наблюдателя

Представим, что существует некий наблюдатель, который вращается вместе с водилом и измеряет угол относительно положения водила, а не относительно прямой линии, проходящей от центральной оси через паз красного блока 30. Этот наблюдатель измеряет три угла z’=0, x’ и y’. Поскольку с его точки зрения колесо водила также связывает движение обеих шестерен между собой, то  x’ = — y’ или эквивалентно этому

x’ + y’ = 0.

Теперь основным вопросом будет, как соотносятся друг с другом измеренные нами углы x, y и z и измеренные движущимся вместе с водилом наблюдателем углы x’, y’ и z’. Для того, чтобы это увидеть, повернем обе шестерни и водило вместе на угол -z против часовой стрелки, т.е. на угол z по часовой стрелке. Водило, таким образом, вновь оказывается в исходном положении. Измерим теперь углы x’ и y’, которые до этого были измерены движущимся наблюдателем. Получаем, что x’ = x-z, а y’= y-z. Включение этих двух формул в уравнение x’ + y’ = 0 дает нам [4]:

x + y -2z = 0

Это основное уравнение дифференциальной передачи. Оно описывает все её возможные состояния. Оно наглядно демонстрирует, что вращательное движение водила вычисляется посредством усреднения  вращательных движений обеих шестерен. Справедливость данного уравнения можно проверить по рис.13, 14 и 15.

С помощью данного уравнения мы можем еще раз вернуться к нашему второму эксперименту. Там мы останавливали нижнюю шестерню, что описано с помощью уравнения  y = 0. Далее мы описывали все возможные состояния привода с помощью уравнения x = 2z. Таким образом мы математически обосновали наше наблюдение.

Планетарный привод

Приведенные выше размышления можно обобщить с помощью универсального планетарного привода. Проиллюстрируем это на примере стандартного планетарного привода с колесом с внутренними зубцами (рис.16).

Рис. 16: Планетарный привод

Здесь мы также имеем три угла: угол x солнечной шестерни, угол y колеса с внутренними зубцами и угол z водила, все три угла измеряются относительно одной общей полуоси, на которой они могут быть расположены. В данном случае также проще всего можно понять принцип работы привода, остановив водило. Состояния привода в таком случае можно описать с помощью уравнения

x = -3y,

т.к.соотношение зубцов 10:30, и происходит смена направления вращения. Наблюдатель, вращающийся вместе с водилом, измеряет значение углов x’ и y’, соответствующих уравнению x’ = -3 y’.

Взаимосвязь между нашими углами и углами, полученными движущимся наблюдателем можно представить с помощью уравнений x’ = x-z и y’= y-z, как и в приведенном выше примере. Методом подстановки получаем следующее уравнение:

x + 3y — 4z = 0

Оно описывает все возможные состояния привода.

Для каждого планетарного привода аналогично можно вывести уравнение в форме

n₁ · x + n₂ · y +n₃ · z = 0

Это уравнение называется уравнением Уиллиса. Поскольку все три приводных блока можно постоянно вращать синхронно, то все значения x, y и z при условии x = y = z будут являться решением к данному уравнению. Из этого следует, что n₁ + n₂ +n₃ = 0.

Анонс

В следующем номере мы планируем уделить более пристальное внимание теме компасов-колесниц. При этом мы планируем использовать представленные в данной статье приводы и основные идеи. В дальнейшем мы планируем рассказать об использовании дифференциальных приводов в механических аналоговых вычислительных машинах. Наши сегодняшние размышления наводят на мысль, что линейные системы уравнений можно решать при помощи приводов и подсказывают, как это делается. В действительности, эта идея уже не раз приходила в головы и даже печаталась в различных источниках, однако она так и не нашла убедительного воплощения. Для установки коэффициентов необходимы точные настраиваемые вариативные передачи. До сих пор подходящей концепции для этого нет. Однако для сложения и вычитания отдельных величин в сложных механизмах дифференциальные приводы использовались довольно широко.

О построении моделей

К сожалению, не все зубчатые колеса Z15 (артикул 35695) могут бесперебойно работать на осях. Нужно искать наиболее удачные комбинации из собственного запаса деталей, чтобы получить хорошо работающий привод. В приводах, представленных на рис.1, 8 и 9, использованы зубчатые колеса Z15 (артикул 37685), которые в сегодняшних наборах fischertechnik больше не встречаются. Но их можно без проблем заменить на свободно вращающийся Z15, в который можно воткнуть свернутый трубочкой кусок бумаги, а затем ось. Кусок бумаги в идеале должен иметь длину, достаточную для охвата 4-миллиметовой оси, чтобы ось была расположена точно по центру.

В конце статьи приводим список деталей для конструирования дифференциального привода, представленного на рис. 7:

Кол-во	Артикул	Наименование
2	31022	Зубчатое колесо Z40
2	31058	Гайка ступицы цанговой
2	68535	Ступица свободного хода чёрная
2	130593	Ось с концевиком
1	32064	Блок 15 с отверстием
1	31032	Металлическая ось 60
6	37679	Стопорное кольцо
2	35695	Зубчатое колесо Z15

 

Источники

[1] Derek de Solla Price: Gears from the Greeks. Transactions of the American Philosophical Society, Vol. 64, Part 7, 1974.

[2] Henry C. King: Geared to the Stars. The Evolution of Planetariums, Orreries, and Astronomical Clocks. University of Torronto Press, Torronto, Buffalo, 1978.

[3] fischertechnik: Hobby 2, Motor und Getriebe. Fischer-Werke, Tumlingen, 2/1975.

[4] Thomas Püttmann: Zahnräder und Übersetzungen (Teil 2). ft:pedia 3/2011, S. 25-28.

Разводка дифференциальных пар — решения при трассировке

печатных плат

Дифференциальные пары работают только тогда превосходно, если они не взаимодействуют с другими сигналами. Однако компромиссные решения при трассировке позволяют применять плотную разводку трасс.

Традиционные понятия о параллельных интерфейсных потоках начинают не выполняться при скорости выше 200 МГц из-за взаимодействия сигналов большого количества шин, требующегося для передачи огромного объема информации. Решением этой проблемы является применение последовательных интерфейсов, использующих передачу сигналов в дифференциальном виде и обеспечивающих необходимую скорость потока. Дифференциальная передача сигналов, кроме того, обеспечивает значительно более низкий уровень излучения, сокращает количество выводов устройств и сигнальных шин и предоставляет возможность передавать сигналы на относительно большие расстояния.

Что это означает для разработчика /pcb/? Очевидно, новый набор требований к дизайну. Эти требования сосредоточиваются вокруг разводки двух проводников рядом друг с другом, но это не так просто, как может показаться вначале. Имеется масса теоретических материалов, но реальность может преподносить сюрпризы, по крайней мере в том, что касается требований, выдвигаемых к печатной плате.

Дифференциальная передача сигналов подразумевает передачу одинаковой информации по двум проводникам. При этом используются две шины, как минимум один передатчик (драйвер) с выходами позитивного и негативного сигналов и по одному приемнику (ресиверу) на каждый сигнал. Драйвер передает сигналы инверсно друг другу. В то время как позитивный выходной сигнал, совпадающий по фазе с входным сигналом драйвера, переходит из низкого уровня в высокий, негативный выходной сигнал, инверсный входному, переходит из высокого уровня в низкий. На рисунке 1 показаны два выходных сигнала драйвера и дифференциальный сигнал, вычисляемый как разность между позитивным и негативным сигналами. Вычитание сигналов друг из друга происходит в дифференциальном ресивере.

Теория

Нет недостатка мнений экспертов по терминологии, как необходимо говорить: «синфазный сигнал» (common mode), «сигнал при дифференциальном включении» (differential mode) и даже «сигнал нечетной волны» (odd-mode). Говоря по-простому, огромный теоретический выигрыш дифференциальной пары происходит при использовании равных противофазных сигналов, передаваемых по двум проводникам. Это предполагает, что проводники располагаются настолько близко друг к другу, что электрическая энергия, излучаемая каждым проводником, может быть воспринята другим (т.е. существуют взаимосвязь и взаимовлияние). Основные преимущества от применения равных противофазных сигналов, передающихся по близко расположенным проводникам, следующие:

1. Защищенность от шума. Любой шум, наводящийся на один из проводников, будет в такой же мере наводиться и на другой проводник. Поскольку одинаковый шум в этом случае будет присутствовать в обоих сигналах, то этот шум устраняется в разностном (дифференциальном) сигнале.

2. Нечувствительность к опорному напряжению. В дифференциальном сигнале всегда присутствует некоторый опорный уровень, позволяющий использовать его в случае, когда передатчик и приемник имеют различные общие напряжения питания (различные земли). Это также позволяет решить проблемы, связанные с нестабильностью напряжений общих выводов, и улучшить целостность сигналов.

3. Уменьшение излучаемых электромагнитных помех. Такие помехи возникают, в основном, во время переключения сигнала из одного состояния в другое. Поскольку оба дифференциальных сигнала переключаются одновременно, но противофазно, то возникающие излучения взаимно компенсируются. Кроме того, каждый из дифференциальных сигналов обычно имеет небольшую амплитуду (на рисунке 1 амплитуда составляет 0,4 В), поэтому уровень излучения также небольшой.

И последнее в теории — дифференциальный импеданс. Он определяется индивидуальным импедансом проводников пары и связью между ними.

Реальность

Ниже приводится пример создания дифференциальной пары, базирующийся на требованиях некоторых текущих стандартов.

• ZOD = 100 Ом ±10%. Дифференциальный импеданс, являющийся одним из основных факторов. Индивидуальный импеданс каждого проводника также может быть специфицирован и обычно близок к 50 Ом. Расстояние между проводниками и/или ширина проводников тоже могут быть определены, но если не оговорен стек дифференциальных пар, то всегда по умолчанию используется значение дифференциального импеданса.
• Проводники пары должны быть подобраны по длине с точностью 0,635 мм (0,025 дюйма). Более точное значение не играет особой роли, но может быть уменьшено при передаче сигналов с большой скоростью. Таким образом, проводники каждой пары должны быть согласованы по длине.
• Расстояние между разными сигналами должно быть не менее 0,508 мм (0,020 дюйма).Это расстояние между одним из проводников дифференциальной пары и проводником, по которому передается другой сигнал. Необходимо увеличивать расстояние между двумя дифференциальными парами настолько, насколько возможно.
• Проводники тактового сигнала и группового сигнала данных должны быть подобраны по длине с точностью 6,35 мм (0,250 дюйма). Более точное значение также не играет особой роли и зависит от скорости передачи. В зависимости от приложения, длина одних дифференциальных пар группового сигнала может отличаться от длины других пар этой же группы. (Под групповым сигналом здесь понимается несколько дифференциальных пар, объединенные одним тактовым сигналом и передающие схожую информацию.)
• Поддержание постоянного опорного напряжения. Иногда это означает удержание группового сигнала на одном слое с одним опорным напряжением. Дополнительные требования могут также предполагать ограничения в переходах на другие слои.

Таким образом, необходимо располагать проводники дифференциальной пары настолько близко друг к другу, насколько это возможно, и поддерживать постоянным дифференциальный импеданс. Все это выглядит логично и нет смысла в более подробных описаниях, правилах и математических выкладках, чтобы возвращаться к этому. И, естественно, чтобы сигналы были на самом деле дифференциальными (т.е. равными и противофазными). Теория обычно рассматривает дифференциальные проводники в виде витых пар с сильной взаимосвязью, тогда как при типичном значении дифференциального импеданса 100 Ом для печатных плат взаимосвязь мала. В этом основное отличие.

На рисунке 2 показано типичное сечение дифференциальной пары с импедансом 100 Ом.

Предполагая возможные вопросы, попробуем пересмотреть теоретические выгоды от применения дифференциальных сигналов. С точки зрения защищенности от внешнего шума, важна не связь между шинами, а взаимное расположение шин, т. е. расстояние между ними. Чем меньше это расстояние, тем становится более одинаковым воздествие сигнала-агрессора на обе шины. Реальное уменьшение перекрестных помех возможно лишь при удалении источника шума. Оказываемое воздействие зависит от квадрата расстояния между проводником агрессора и сигнальным проводником. Выигрыш от нечувствительности к опорному напряжению в большей степени зависит от качественных показателей интегральных схем и не зависит от связи между дифференциальными шинами.

И последний пункт, который может вызвать замешательство. Дифференциальные сигналы могут использоваться в ситуации, когда передатчик и приемник используют совершенно различные общие напряжения питания. Однако рекомендуется поддержание постоянного опорного напряжения. В этом случае возникает противоречие между теорией и реальностью, но иногда то, что получается, немного не вписывается в теорию.

Возвратимся к теории снова. Дифференциальная передача подразумевает использование двух равных противофазных сигналов по двум проводникам. Эти комплементарные сигналы формируются драйвером. Что же надо делать, чтобы эти сигнала оставались одинаковыми? Их симметрия есть ключ ко всему. Теория ничего не говорит о скорости сигналов и, в особенности, о о скорости нарастания их фронтов. Если бы эти сигналы были однопроводными, то тогда их импеданс и нагрузка для согласования были бы главными критериями.

И опять обратимся к теории, но с другой стороны. Если симметрия дифференциальных трасс настолько важна, то становится чрезвычайно важным одинаковая длина проводников. Это более важно, чем просто статическая проверка; сигналы должны сохранять фазовое соотношение (180°) на протяжении всей длины. Максимально возможная разводка проводников пары на одном слое и минимальное количество переходов на другие слои также способствуют увеличению симметрии. Расстояние от пары до других сигналов влияет на возможный наведенный шум, но взаимосвязь также играет существенную роль для уменьшения восприимчивости к наводкам.

Оставшееся касается того, что обычно дифференциальные сигналы передаются а достаточно высокой скорости. Дифференциальный импеданс определяет оконечную нагрузку линии передачи. Это же является справедливым и для базового опорного уровня. Все, рассмотренное выше, а также качество взаимосвязи гарантирует, что электромагнитные помехи будут минимальными.

Как все сказанное ранее перевести в разводку проводников? Общее количество трасс равно удвоенному числу сигналов, но часто общий интерфейс имеет уменьшенное количество сигналов. Это может дать небольшое послабление при разводке сложной печатной платы. К тому же, сигналы пары следует рассматривать, как одно целое. Дифференциальный импеданс обусловливает ширину проводников и расстояние между ними, но стратегия разводки должна полностью базироваться на симметрии проводников пары на всей длине от драйвера до ресивера.

Правила разводки должны применяться не только к базовым понятиям (ширина проводников и расстояние между ними и между парой и другим сигналом), но и к комплексным вопросам. На рисунке 3 показаны две дифференциальные пары. После проверки DRC (design rules check) слева отмечены несвязанные проводники, а справа сигналы двух связанных трасс не согласованы по фазе.

Если имеется возможность, то в процессе разводки должны тестироваться длины отрезков проводников пары между контрольными точками, чтобы сигналы, передающиеся по ним, имели одинаковую фазовую задержку. Если такой возможности нет, необходимо производить общую проверку длин проводников от начала до конца. Комплементарные сигналы (рис. 1) должны приходить к приемнику в одно и то же время. Если же какой-либо сигнал (позитивный или негативный) имеет задержку или опережение относительно другого сигнала, то это говорит о том, что дифференциальная пара не оптимизирована и на нее может оказываться сильное воздействие извне (амплитудное или временное).

На рисунке 4 показана плохая разводка дифференциальных сигналов. Использование углов в 45° более предпочтительно, чем углов в 90°, при которых создается большая разница в длине дифференциальных трасс и происходит некоторая потеря взаимосвязи между ними. Другая ошибка в этом примере состоит в переходе одной из трасс на другой слой, что приводит к еще большей потери взаимосвязи. Неидеальность вполне допустима, но количество элементов, приводящих к ней, должно быть сокращено до минимума.

Когда требуется развести сложную печатную плату с большим количеством различных групп дифференциальных пар, то может оказаться лучше в первую очередь разводить и оптимизировать пары, к которым предъявляются одинаковые требования (правила). Допуск по длине пар внутри одной группы может превышать допуск по длине проводников отдельно взятой пары пары. Таким образом, приоритет разводки пары выше приоритета разводки группы. Идеально, если применяется интерактивная разводка, предоставляющая обратную связь в динамике и помогающая процессу разводки.

Автор: Dennis Nagle
Перевод статьи ROUTING DIFFERENTIAL PAIRS
Printed Circuit Design & Manufacture
August 2003

Разводка дифференциальных сигналов-статья

Необходимые условия разводки дифференциальных сигналов

Дифференциальная передача подразумевает наличие двух комплементарных сигналов с равной амплитудой и фазовым сдвигом 180°. Один из сигналов называется позитивным (прямым, неинверсным), второй — негативным (инверсным). Дифференциальная передача широко используется в электронных схемах и существенна для увеличения скорости передачи данных. Высокоскоростные тактовые сигналы компьютерных материнских плат и серверов передаются по дифференциальным линиям. Многочисленные устройства, такие как, принтеры, коммутаторы, маршрутизаторы и сигнал-процессоры используют технологию низкоуровневой дифференциальной передачи сигналов LVDS (Low Voltage Differential Signaling).

По сравнению с однопроводной для реализации дифференциальной передачи требуется большее количество передатчиков (драйверов, трансмиттеров) и приемников (ресиверов), а также удвоенное число выводов элементов и проводников. С другой стороны, использование дифференциальной передачи дает несколько привлекательных преимуществ:

• большая временная точность
• большая возможная скорость передачи
• меньшая восприимчивость к электромагнитным помехам
• меньший шум, связанный с перекрестными помехами

При разводке дифференциальных проводников важно, чтобы обе дифференциальные трассы обладали одним и тем же импедансом, были одинаковой длины, а расстояние между их краями было постоянным.

Используя пример, рассмотрим несколько важных концепций дифференциальной разводки. На рисунке 1 показана дифференциальная шина материнской платы, проложенная между выводами специализированной микросхемы (ASIC) и разъемом для подключения дочерней платы с микросхемами памяти. Проводник прямого сигнала выделен зеленым цветом, а инверсного — красным. Каждый проводник на своем протяжении имеет два переходных отверстия и серпантиновый участок.

Рис. 1. Дифференциальная пара материнской платы

Дифференциальная разводка на этом рисунке выполнена с учетом нескольких правил:

• выводы компонентов, использующихся для передачи или приема дифференциальных сигналов, располагаются близко друг от друга
• на каждом отдельно взятом слое располагаются отрезки шин одинаковой длины, а расстояние между шинами сохраняется на разных слоях одинаковым
• при смене слоя зазор между площадками переходных отверстий делается минимальным (не превышающим расстояния между шинами, если это выполнимо)
• серпантиновые участки двух шин располагаются в одной области так, чтобы у позитивного и негативного сигналов были одинаковые задержки распространения на протяжении всей длины цепи

Скругление углов и одинаковая длина дифференциальных проводников требует особой внимательности.

Кроме проводников печатной платы, в корпусе интегральной схемы располагаются шины, соединяющие каждый вывод корпуса с выводом кристалла ИС. Различная длина этих шин в некоторых случаях может вносить свои коррективы.

В качестве численного примера рассмотрим дифференциальные шины со следующими длинами сегментов:

Для прямого сигнала

• длина сегмента от вывода разъема до первого переходного отверстия = 3022.93 мил (76,78 мм)
• длина сегмента между переходными отверстиями = 747.97 мил (19,0 мм)
• длина сегмента от второго переходного отверстия до вывода ИС = 27.8 мил (0,71 мм)
• общая длина цепи прямого сигнала = 3,798.70 мил (96,49 мм)

Для инверсного сигнала

• длина сегмента от вывода разъема до первого переходного отверстия = 3025.50 мил (76,78 мм)
• длина сегмента между переходными отверстиями = 817.87 мил (19,0 мм)
• длина сегмента от второго переходного отверстия до вывода ИС = 27. 8 мил (0,71 мм)
• общая длина цепи прямого сигнала = 3,871.17 мил (98,33 мм)
• Таким образом, разница в длинах проводников печатной платы составляет 72.47 мил (1,84 мм)

Некоторую часть полученной разницы можно скомпенсировать, учитывая различную длину шин внутри корпуса ИС. При этом разница суммарных длин трасс становится в пределах специфицированного допуска.

Рисунок 2 показывает, что общая длина шины должна быть продумана с точки зрения уменьшения разницы в длинах дифференциальных проводников.

Рис. 2. Сумма (L0 + L1) должна равняться сумме (L2 + L3) в пределах допускаемой погрешности

Повторяя снова, желательно сохранять постоянным расстояние между краями проводников на всем их протяжении. Исследование дифференциальной пары показывают, что поблизости от выводов разъема шины теряют параллельность друг относительно друга. Рисунок 3 иллюстрирует схему разводки с минимизацией этого недостатка при сохранении параллельности на большой длине (образующийся при этом острый угол проводника инверсного сигнала может приводить к потере его целостности с вытекающими отсюда последствиями — примечание переводчика). Такая схема может применяться в случаях, когда дифференциальные сигналы должны иметь сильную связь или при передаче высокоскоростных сигналов.

Рис. 3. Параллельная разводка проводников

Когда интервал между двумя трассами относительно велик (связь между проводником и полигоном превышает взаимосвязь между проводниками), то пара становится слабосвязанной. И, наоборот, когда две трассы расположены достаточно близко друг от друга (взаимосвязь между ними больше связи между отдельным проводником и полигоном), то это означает, что проводники пары сильно связаны. Сильная связь обычно не является необходимой для достижения начальных преимуществ дифференциальной структуры. Тем не менее, для достижения хорошей помехозащищенности сильная связь желательна для комплементарно передающихся, хорошо сбалансированных сигналов, обладающих симметричным импедансом относительно опорного напряжения.

Концепция дифференциальной разводки в этом случает предполагает компланарные пары (т. е. располагающиеся в одном слое), имеющие связь по краям проводников. Дифференциальные сигналы могут также разводиться и другим способом, при котором проводники прямого и инверсного сигналов располагаются на разных (соседних!!!) слоях платы. Однако, такой способ может вызвать проблемы с постоянством импеданса. На рисунке 4 приведены оба эти варианта, а также некоторые критичные размеры, такие как ширина (W), расстояние между краями (S), толщина проводников (T) и дистанция между проводником и полигоном (H). Эти параметры, устанавливающие геометрию поперечного сечения дифференциальной пары, часто используются (наряду со свойствами материала проводников и диэлектрика подложки) для определения значений импедансов (для нерегулярного, равновесного, синфазного и противо-фазного режимов) и для вычисления величины связи между проводниками пары.

Рис. 4. Геометрические размеры сечения дифференциальной пары

Автор: Abbas Riazi
Перевод статьи DIFFERENTIAL SIGNALS ROUTING REQUIREMENTS
Printed Circuit Design & Manufacture, February-March 2004

Дифференциальная техника измерений | Kistler

Что следует понимать под дифференциальной техникой измерений?

При использовании дифференциальной техники измерений передача сигнала производится не для отдельного сигнала, состоящего из абсолютного значения, а для двух сигналов: подлежащее передаче значение (Signal Out) соответствует при этом разнице между этими двумя потенциалами. Противоположностью дифференциальной техники измерений является одновводная технология, при использовании которой осуществляется передача единственного сигнала. При этом осуществляется измерение абсолютного значения относительно массы.

Каковы преимущества и недостатки дифференциальной техники измерения?

Большим преимуществом дифференциальной техники измерения по сравнению с одновводной технологией считается ее существенно уменьшенный уровень чувствительности к силе возмущающих воздействий. Каждый из отдельных сигналов дифференциальной передачи в одинаковой мере чувствителен к силе возмущающих воздействий и может принимать искаженное абсолютное значение в соответствии с мощностью помехи. Разница же между двумя искаженными сигналами соответствует подлежащему передаче сигналу (Signal Out), и помехи не влияют на нее в силу того, что оба сигнала искажены в совершенно одинаковой мере. График (см. ниже) наглядно демонстрирует это.

Недостатком этого способа передачи сигналов выступают более высокие технические требования: все компоненты системы должны быть рассчитаны на использование этой технологии.

Какие компоненты нужны для дифференциальной измерительной цепи с пьезоэлектрическими датчиками?

Дифференциальная измерительная цепь состоит из дифференциальной системы датчиков, соответствующих кабельных решений и дифференциальных зарядовых усилителей. Пьезоэлектрические датчики генерируют соответствующие подлежащим измерению физическим величинам зарядовые сигналы. При этом на положительный и отрицательный заряд всегда будет поляризовано одинаковое количество пьезоэлектрического материала.

При использовании дифференциального пьезоэлектрического датчика будет производиться съем обоих зарядовых сигналов — как положительного, так и отрицательного. На следующем этапе эти сигналы попадают в дифференциальный зарядовый усилитель, где осуществляется определение разницы между ними и ее преобразование в сигнал (напряжение, ток, IEPE и т. д.), пригодный для дальнейшей обработки.

Где обычно применяется дифференциальная техника измерений?

Дифференциальную технику измерений применяют, в частности, в предъявляющих высокие требования сферах — там, где нужны высочайшая надежность и разрешающая способность, а также в зонах с высоким электромагнитным потенциалом возмущения. Типичные сценарии применения лежат в области термоакустики – например, контроль работы газовых турбин или оптимизация промышленных горелок за счет использования акустической термометрии.

Интерфейс IO-Link упрощает производство дифференциальной передачи

На примере завода по производству дифференциальных передач китайского поставщика автомобильных запчастей компания Turck показывает, что ее решение IO-Link для подключения сигналов простое, быстро реализуемое и эффективное.

Китайский производитель дифференциалов использует концентратор TBIL IO-Link Turck для подключения сотен датчиков и приводов в производстве. К каждой из этих распределительных коробок через IO-Link можно подключить до 16 датчиков или приводов. Данное решение минимизирует время, необходимое для прокладки многожильных кабелей и в то же время снижает затраты. Решение комплектуется шлюзами BL20 Turck для сети Profibus с ведущими модулями IO-Link. Кроме сигналов срабатывания, они также передают на ПЛК данные идентификации (RFID) и аналоговые сигналы.

• 26 концентраторов ввода-вывода TBIL равны 26-кратной экономии на закупке и монтаже многожильных кабелей

• Кроме сотен сигналов срабатывания, два BL20 передают на ПЛК также сигналы RFID и аналоговые сигналы

Множество датчиков в производстве передач

Несколько датчиков магнитного поля на производственной линии дифференциальных передач определяют положение пневматических цилиндров и зажимов, в то время как бесконтактные переключатели обнаруживают компоненты самих дифференциалов. Также имеется много приводов, таких как воздушные клапаны, электромагнитные клапаны и другие устройства, которые выполняют команды контроллера.

Многожильные кабели и пассивные подключения не оправдали ожиданий

Изначально заказчик хотел подключить сигналы от датчиков и приводов к шлюзам промышленной сети в шкафу управления, применив пассивные подключения и многожильные кабели. Но затраты на длинные кабели и на прокладку кабельных сетей повлияли на общую стоимость отрицательно. Многие кабели для пассивных подключений пришлось бы подготавливать вручную, а затем подключать к модулям ввода-вывода в шкафу управления. При пусконаладочных работах были бы неизбежны ошибки при значительных затратах времени. Такое решение также было бы очень дорогим и сложным в техническом обслуживании.

Решение IO-Link быстрое и эффективное

Компания Turck может предложить компактное решение на базе шлюза сети Profibus BL20 для шкафа управления в сочетании с ведущими модулями IO-Link. IO-Link-совместимые распределительные коробки TBIL компании Turck идеально подходят для подключения датчиков и приводов в полевых условиях. Эти концентраторы ввода-вывода используют IO-Link для передачи до 16 двоичных сигналов на ведущие модули IO-Link по стандартному кабелю датчика. Так как концентраторы ввода-вывода TBIL предлагают защиту до уровня IP67, они могут быть установлены непосредственно в полевых условиях и как можно ближе к датчикам и приводам. IO-Link представляет собой цифровой протокол, который позволяет использовать стандартные трехпроводные кабели, что исключает необходимость дорогостоящего экранирования и продолжительной пусконаладки кабельной сети.

Если впоследствии какие-либо сбои и произойдут, обслуживание будет простым благодаря использованию интерфейса IO-Link. Местоположение неисправностей может быть определено с точностью до отдельного полевого устройства с различением между обрывом провода и коротким замыканием. Централизованная конфигурация всей системы с контроллера обеспечивает централизацию всей необходимой информации. Это упрощает как обслуживание, так и ведение документации.

Аналоговые сигналы через интерфейс IO-Link

Клиент осознал, что также будет возможно подключить с помощью IO-Link все датчики измерения давления и температуры, имеющие интерфейс. Специальные модули с аналоговыми входами, таким образом, становятся ненужными, как и дорогие экранированные кабели для аналоговых сигналов.

Дополнительная информация

AD8132 Техническое описание и информация о продукте

Особенности и преимущества

• Высокое быстродействие
  • Ширина полосы по уровню -3 дБ: 350 МГц
  • Скорость нарастания 1200 В/мкс
• Управление коэффициентом усиления при помощи резистора
• Внутренняя обратная связь по синфазному напряжению
• Повышенный баланс коэффициента усиления и фазы: −68 дБ при 10 МГц
• Отдельный вход для задания уровня синфазного выходного напряжения
• Низкие искажения: SFDR = −99 дБн при 5 МГц, нагрузка 800 Ом
• Малое энергопотребление: 10.7 мА при 5 В
• Диапазон напряжений питания: от +2.7 В до ±5.5 В
• Полностью отвечает требованиям AEC-Q100 (AD8132W)

Подробнее о продукте

AD8132 — это недорогой усилитель с дифференциальным или несимметричным входом и дифференциальным выходом, который содержит интегрированный задающий коэффициент усиления резистор. AD8132 обеспечивает значительные преимущества перед ОУ при интерфейсе АЦП с дифференциальным входом или передаче сигналов по длинным линиям. Компонент имеет уникальный внутренний контур обратной связи, обеспечивающий рассогласование коэффициента усиления и фазы выходных сигналов до −68 дБ при 10 МГц, подавляя гармонические составляющие и уменьшая уровень излучаемых электромагнитных помех.

Производимый по технологии изготовления биполярных транзисторов XFCB следующего поколения компании Analog Devices усилитель AD8132, несмотря на свою низкую стоимость, обладает шириной полосы по уровню −3 дБ, равной 350 МГц и обеспечивает свободный от побочных составляющих диапазон (SFDR) -99 дБн при передаче дифференциального сигнала с частотой 5 МГц. Применение AD8132 избавляет от необходимости в трансформаторе при работе с высокопроизводительными АЦП, что позволяет сохранить постоянную составляющую и низкочастотную информацию. Синфазный уровень выходного дифференциального сигнала регулируется при помощи напряжения, подаваемого на вывод VOCM, обеспечивая смещение уровней входных сигналов для подачи на АЦП с однополярным питанием. Благодаря быстрому восстановлению при перегрузке поддерживается высокая точность преобразования.

AD8132 также может применяться в качестве дифференциального драйвера для передачи высокоскоростных сигналов по коаксиальным кабелям или недорогим кабелям типа витая пара. Цепь обратной связи можно отрегулировать для усиления высокочастотных составляющих сигнала. AD8132 поддерживает передачу аналоговых или цифровых видеосигналов, а также иных высокоскоростных сигналов данных. Он обеспечивает минимальное затухание при работе с витой парой категорий 3/5 или коаксиальным кабелем. Данный компонент существенно меньше стоит и имеет лучшие характеристики по сравнению с дискретными драйверами.

Обработка сигнала в дифференциальной форме уменьшает эффекты шума в цепи заземления, который пагубно сказывается в системах с привязкой к уровню земли. AD8132 может быть использован для обработки дифференциальных сигналов (усиление и фильтрация) в различных точках сигнального тракта, значительно упрощая задачу преобразования при интерфейсе компонентов с дифференциальными и несимметричными сигналами.

AD8132W – это версия продукта для автомобильной промышленности, испытанная для работы при температуре до 125°C в соответствии с AEC-Q100. Дополнительную информацию см. в разделе Automotive Products (продукты для автомобильной промышленности) технического описания.

AD8132 выпускается в 8-выводных корпусах SOIC и MSOP. Компонент работает в расширенном промышленном температурном диапазоне от −40°C до +125°C.

Области применения

• Малопотребляющие дифференциальные драйверы АЦП
• Усиление и фильтрация дифференциальных сигналов
• Драйверы линий передачи видеосигнала
• Смещение уровня дифференциальных сигналов
• Драйверы с преобразованием несимметричного сигнала в дифференциальный
• Активные трансформаторы
• Автомобильные системы помощи водителю
• Автомобильные информационно-развлекательные системы

 

дифференциальная передача — это.

.. Что такое дифференциальная передача?

дифференциальная передача

differential gear

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• дифференциальная перегонка
• дифференциальная полезность

Смотреть что такое «дифференциальная передача» в других словарях:

• дифференциальная передача — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN differential gear …   Справочник технического переводчика

• дифференциальная передача — diferencialas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. differential gear vok. Differentialgetriebe, n rus. дифференциальная передача, f pranc. différentiel, m …   Automatikos terminų žodynas

• дифференциальная передача — дифференциал …   Словарь русских синонимов по технологиям автоматического контроля

• Планетарная передача — в режиме повышения скорости. Водило (зелёное) вращается внешним источником. Усилие снимается с солнечной шестерни (жёлтая), в то время как кольцевая шестерня (красная) закреплена неподвижно. Красные метки показывают вращение входн …   Википедия

• Беспроводная передача электричества — Беспроводная передача электричества  способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. К 2011 году имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в… …   Википедия

• дифференциал — дифференциальная передача …   Словарь русских синонимов по технологиям автоматического контроля

• LVDS — Низковольтная дифференциальная передача сигналов (англ. low voltage differential signaling или LVDS)  способ передачи электрических сигналов, позволяющий передавать информацию на высоких частотах при помощи дешёвых соединений на основе… …   Википедия

• Digital Visual Interface — Запрос «DVI» перенаправляется сюда; см. также другие значения. DVI разъём Digital Visual Interface, сокр. DVI (англ. цифровой видеоинтерфейс)  …   Википедия

• TMDS — Запрос «DVI» перенаправляется сюда. Cм. также другие значения. DVI разъем Digital Visual Interface, сокр. DVI (англ. цифровой видеоинтерфейс) стандарт на интерфейс и соответствующий разъём, предназначенный для передачи видеоизображения на… …   Википедия

• Колесница, указывающая на юг — …   Википедия

• СТАРЛИ — (Starley) Джеймс (1830 81), англичанин, изобретатель швейной машинки и велосипеда. Первый велосипед был сконструирован им в 1868 г. в Ковентри, где он работал с 1857 г., и получил свое название в честь этой местности. Его «обыкновенный» велосипед …   Научно-технический энциклопедический словарь

Мастерская универсального дифференциала и трансмиссии

Найдите самый широкий в отрасли выбор комплектов вторичных зубчатых колес и шестерен.

RANDYS Worldwide предлагает шестерни от Yukon Gear & Axle, USA Standard Gear, Ford Racing, Dana Spicer, AAM Group и других. Коэффициенты вторичного рынка включают 3,07, 3,08, 3,54, 3,55, 3,73, 3,92, 4,09, 4,11, 4,27, 4,56, 4,88, 5,13, ​​5,38 и 5.89 и многие другие. Продукты Yukon и USA Standard Gear производятся с соблюдением строгих допусков, используют запатентованную термическую обработку и проходят подробные испытания для обеспечения качества.

Наша линейка высокопроизводительных шестерен, сменных колец и шестерен обеспечивает простую настройку, превосходную прочность и непревзойденное качество. Учитывая популярность шин большего размера, изменение переднего и заднего передаточного числа является первым и лучшим шагом к максимальному увеличению производительности вашего нового сочетания колеса и шины. Не забудьте обновить полуоси, карданные валы и карданные шарниры при решении проблем с большими шинами.

Наша линейка высокопроизводительных шестерен, сменных колец и шестерен обеспечивает простую настройку, превосходную прочность и непревзойденное качество. Учитывая популярность шин большего размера, изменение переднего и заднего передаточного числа является первым и лучшим шагом к максимальному увеличению производительности вашего нового сочетания колеса и шины. Не забудьте обновить полуоси, карданные валы и карданные шарниры при решении проблем с большими шинами.

RANDYS имеет комплекты трансмиссии и дифференциала для переднего и заднего дифференциалов. Наши бренды, Yukon Gear & Axle и USA Standard Gear, обслуживают индустрию замены трансмиссии и рынок запасных частей для повышения производительности. Некоторые из этих комплектов поставляются с опциями тяги, которые включают механические блокираторы, дифференциалы повышенного трения, положения и выбираемые блокираторы.

Наши комплекты осей содержат все компоненты для замены, ремонта или модернизации осей переднего или заднего дифференциала и доступны для автомобилей Chevrolet, Ford, Dodge, Jeep, Cadillac, Toyota, GMC, Lexus и Nissan.

RANDYS делает восстановление дифференциала более управляемым. Наша обширная линейка комплектов для восстановления и установки дифференциала, включающая все мелкие детали, которые могут понадобиться вам для правильного выполнения работы.

В зависимости от ваших потребностей у нас есть мини-комплекты с самым необходимым для замены или ремонта шестерен, вплоть до комплектов для капитального ремонта, которые включают все компоненты, необходимые для полной замены подшипников, уплотнений, прокладок и т. Д. .В комплекты входят высококачественные подшипники Timken / Koyo. Многие комплекты включают в себя уплотнения, регулировочные шайбы, гильзы, подшипники шестерни и дорожки, перегородки и стропы, фиксирующий состав для резьбы, опорный подшипник и дорожки, уплотнения шестерни, болты зубчатого венца и прокладки.

Сегодняшние карданные валы труднее отремонтировать, чем заменить. Редко найти идеально подходящий карданный вал, который обеспечивает оптимальный баланс, правильные вилки и универсальные шарниры, а также качественные трубки. RANDYS продает карданные валы для замены оригинальных комплектующих и рабочие карданные валы.

Заводские сменные карданные валы со стандартной зубчатой ​​передачей в США проходят проверку качества и поставляются со всем необходимым для прямой установки болтами, включая полностью смазываемые карданные шарниры для работы без обслуживания.

Карданные валы

Yukon Gear & Axle имеют конструкцию из высокопрочной стали, имеют соответствующий ход скольжения и доступны с U-образными соединениями 1310–1410. Они обладают невероятной прочностью, увеличенными углами поворота, подходящими для автомобилей с умеренным подъемом, и долгим сроком службы на тропе, на скалах или на трассе.

Как работает дифференциал?

Узнайте больше о конструкции, функциях и применении дифференциала и блокировки дифференциала в этой статье.

Зачем автомобилю нужен дифференциал?

В автомобилях колеса обычно приводятся в движение двигателем с помощью конической передачи. Это позволяет отклонять вращательное движение от двигателя к колесам на 90 °.Однако, если бы колеса были жестко соединены друг с другом общим валом, это привело бы к проблемам при прохождении поворотов. В таком случае внешнее колесо должно преодолевать большее расстояние, чем внутреннее колесо. Однако, поскольку оба колеса должны совершать поворот одновременно, внешнее колесо должно вращаться быстрее, чем внутреннее колесо.

Рис.: Скручивание вала во время поворота

Если два колеса будут соединены общим валом, вал будет скручиваться из-за разной скорости вращения.Рано или поздно такой поворот компенсируется пробуксовкой одного из колес. Такое скольжение на повороте не только снижает безопасность движения, но также приводит к значительному износу шин и, в конечном итоге, к поломке вала.

Анимация: Скручивание ведущего вала во время поворота Анимация: Скручивание ведущего вала во время поворота (крупным планом)

При повороте внешнее колесо должно вращаться быстрее, чем внутреннее колесо!

По этой причине вначале приводилось только одно колесо.Другое колесо было свободно установлено на валу, чтобы оно могло вращаться с другой скоростью. Однако такой односторонний привод приводит к тому, что автомобиль пытается проехать небольшой поворот. Это снижает не только удовольствие от вождения, но и безопасность вождения. Поэтому было необходимо найти решение, позволяющее управлять обоими колесами одновременно, обеспечивая различных скоростей : Так родилась дифференциальная передача .

Анимация: Работа дифференциала

На рисунке ниже показан дифференциал грузового автомобиля.Видны шестерня (показана желтым на анимации выше) и коническая шестерня (показана оранжевой на анимации выше). Остальные конические шестерни находятся внутри корпуса и не видны снаружи.

Рисунок: Дифференциальная передача грузового автомобиля

Конструкция дифференциала

Устройство и принцип действия дифференциала непросто понять с первого взгляда. Главный вопрос — как придумать такое расположение шестерен. Для простоты имеет смысл сначала понять отдельные шаги, лежащие в основе идеи дифференциальной передачи.

Анимация: Как работает дифференциал

1-я ступень — привод разъединенных валов штифтами и свободно вращающейся штангой

Первоначальная идея состоит в том, чтобы сначала разделить общий приводной вал так, чтобы каждое колесо имело свой собственный приводной вал. Это гарантирует, что вал не скручивается, если одно из двух колес вращается с разной скоростью. Теперь к каждому отдельному валу прикреплены два штифта. Между этими пальцами свободно вращающийся стержень приводит в движение соответствующие валы колес.

Рисунок: 1-я ступень — привод валов штифтами и свободно вращающейся штангой

Таким образом, колеса могут поворачиваться на разный градус в пределах определенного предела.Если одно из колес замедляется, противоположное колесо можно немного переместить с помощью поворотной штанги. Однако разное вращение не должно быть слишком большим, иначе шток выскользнет из штифтов и больше не будет передаваться сила.

2-я ступень — привод валов несколькими штифтами и свободно вращающимися штангами

Чтобы увеличить, но очень ограниченное движение, можно было просто использовать несколько штифтов вместо одного, а также больше вращающихся стержней. Штифты и стержни теперь могут входить друг в друга одна за другой.Полный привод больше не ограничен. Одно из колес теперь может вращаться с совершенно другой скоростью и даже стоять на месте, в то время как другое колесо может продолжать движение. В принципе, такая компоновка уже представляет собой полностью исправный дифференциал!

Рисунок: 2-я ступень — привод валов несколькими штифтами и свободно вращающимися штангами

При более внимательном рассмотрении видно, что с таким дифференциалом замедленное колесо замедляется в той же степени, что и другое колесо. Потеря скорости на одной стороне колеса компенсируется увеличением скорости на ту же величину на другой стороне.Этот принцип основан на законе сохранения энергии.

Такое кинематическое поведение колес — именно то, что нужно при прохождении поворотов. В поворотах внутреннее колесо должно вращаться медленнее в той же степени, что и внешнее колесо.

Дифференциальная передача обеспечивает то, что внутреннее колесо вращается в такой же степени медленнее, чем внешнее колесо вращается быстрее при прохождении поворотов!

3-й этап — Замена пальцев и штанг с коническими шестернями

Передача энергии штифтами и стержнями не очень эффективна.Поэтому их заменяют шестерни, точнее конические шестерни . Показанная синим коническая шестерня, которая вращается вокруг валов колес, также называется крестовиной . В принципе, эта крестовина представляет собой не что иное, как планетарную шестерню , известную по планетарной передаче. И действительно, дифференциальную передачу можно рассматривать как особую форму планетарной коробки передач (подробнее об этом позже).

Рисунок: 3-й этап — замена пальцев и стержней с коническими шестернями

4-й этап — привод валов другими коническими зубчатыми колесами

Разумеется, привод крестовины осуществляется не вручную, а двигателем.Крестовина, в свою очередь, приводится в движение коническим редуктором (обычно гипоидным), состоящим из ведущей шестерни , (показана желтым) и конической шестерни (показана оранжевым). На оранжевую коническую шестерню установлена ​​крестовина. Поскольку оранжевая коническая шестерня «несет» вращающуюся крестовину, оранжевая коническая шестерня также обозначается как водило .

Рис. 4-я ступень — привод валов другими коническими шестернями

5-я ступень — симметричное расположение конических зубчатых колес во избежание изгибающих напряжений

Чтобы избежать изгибающих напряжений в приводных валах колес, они обычно приводятся в движение не только одной крестовиной, а двумя звездочками.Вторая крестовина смещена на 180 °.

Рисунок: 5-я ступень — симметричное расположение конических шестерен во избежание изгибающих напряжений

На рисунке ниже показано, что при использовании двух крестообразных шестерен силы компенсируют друг друга в горизонтальном направлении. При этом ведущие валы колес подвергаются исключительно кручению, а не изгибу!

Рисунок: Предотвращение изгибающих напряжений за счет симметричного расположения двух конических шестерен

Кинематика дифференциала

Анимация: Используется дифференциал

При движении по прямой обычно ни одно из колес не вынуждено вращаться медленнее или быстрее, чем другое.В этом случае крестовины приводят в движение валы колес без какого-либо относительного движения. При этом колеса вращаются с той же скоростью, что и носитель.

Анимация: Дифференциальная передача при движении по прямой

Если теперь, например, повернуть направо, внутреннее колесо замедляется на меньшее расстояние, которое необходимо преодолеть. Однако тогда внешнее колесо должно вращаться в той же степени быстрее, поскольку оно должно преодолевать большее расстояние. Благодаря особой конструкции дифференциальная передача обеспечивает именно такое кинематическое поведение! Точное математическое соотношение объясняется более подробно в следующем разделе.

Лучший способ понять кинематику — представить себе экстремальный поворот, когда внутреннее колесо практически стоит на месте, а внешнее колесо движется по круговой траектории вокруг внутреннего колеса. В этом случае водило вращает крестовины вокруг конической шестерни («боковая шестерня») вала неподвижного колеса. Шестерни паука начинают вращаться и совершают относительные движения. Противоположная коническая шестерня («боковая шестерня») левого приводного вала теперь приводится в действие этим вращением крестообразных шестерен в дополнение к уже существующему вращению водила и, таким образом, вращается быстрее.

Анимация: Дифференциальная передача при повороте

По сравнению с водилом, внутреннее колесо вращается медленнее в той же степени, что и внешнее колесо при повороте.

Только после прохождения поворота и повторной регулировки скорости вращения колес два вала колес перестают перемещаться относительно друг друга, а скорость водила соответствует скорости вращения колес.

Даже если скорость вращения колес на поворотах различается, оба колеса всегда имеют одинаковый крутящий момент! Это связано с тем, что в коробках передач изменение крутящего момента происходит только в результате соотношения числа зубьев шестерен.Однако дифференциал имеет симметричную конструкцию. Не отличается по количеству зубьев между левым и правым приводным валом. Это означает, что разница во времени между двигателем и приводными валами всегда одинакова. Таким образом, обе шестерни имеют одинаковый крутящий момент.

Даже если соответствующие крутящие моменты на колесах не различаются, они имеют разную мощность! Это потому, что мощность определяется произведением крутящего момента M и частоты вращения n:

.

\ begin {align}
\ boxed {P = 2 \ pi \ cdot M \ cdot n} \\ [5px]
\ end {align}

Однако следует отметить, что, когда дифференциал активен при прохождении поворотов, происходят относительные движения конических шестерен, которые приводят к дополнительному снижению эффективности передачи.

Хотя дифференциальная передача обеспечивает разные скорости и, следовательно, разную мощность для колес, крутящий момент на обоих колесах одинаков!

Дифференциальная передача как частный случай планетарной коробки передач

Как уже упоминалось, дифференциальная передача — это особый вид планетарной коробки передач. Одна из конических шестерен на валах колес может рассматриваться как солнечная шестерня , тогда как другая коническая шестерня в переносном смысле соответствует кольцевой шестерне .

Рисунок: Сравнение дифференциальной передачи с планетарной передачей

Поскольку дифференциал является особым типом планетарной коробки передач, взаимосвязь между различными скоростями вращения также может быть описана фундаментальным уравнением для планетарных шестерен (уравнение Уиллиса):

\ begin {align}
& \ boxed {n_s = n_c \ cdot \ left (1-i_0 \ right) + n_r \ cdot i_0} \\ [5px]
\ end {align}

Для классических планетарных шестерен n _r обозначает скорость вращения коронной шестерни, n _s обозначает скорость вращения солнечной шестерни, а n _c обозначает скорость вращения водила.i ₀ обозначает так называемый коэффициент передачи фиксированной несущей.

В случае дифференциальной передачи, фиксированное передаточное отношение водила соответствует передаточному отношению, которое получается, когда водило фиксировано. Если одно из колес («коронная шестерня») вращается в этом состоянии, то другое колесо («солнечная шестерня»), очевидно, вращается с той же скоростью, но в противоположном направлении. Передаточное число фиксированной несущей , следовательно, i ₀ = -1.

Анимация: Стационарное передаточное число дифференциала

Если передаточное отношение фиксированной несущей из i ₀ = -1 используется в верхнем уравнении, то применяются следующие соотношения:

\ begin {align}
& n_s = n_c \ cdot \ left (1-i_0 \ right) + n_r \ cdot i_0 ~~~ \ text {with} ~ i_0 = -1 ~~~~ \ text {:} \ \ [5px]
& n_s = n_c \ cdot \ left (1 — (- 1) \ right) + n_r \ cdot (-1) \\ [5px]
& n_s = n_c \ cdot 2 — n_r \\ [5px]
& n_r + n_s = 2 \ cdot n_c \\ [5px]
\ end {align}

Поскольку дифференциальные шестерни не имеют классической солнечной шестерни или коронной шестерни, соответствующие скорости вращения шестерен обозначаются n ₁ (= n _r ) или n ₂ (= n _s ).Таким образом, применяется следующее соотношение между скоростями вращения колес n ₁ или n ₂ и скоростью вращения водила n _c :

\ begin {align}
& \ boxed {n_1 + n_2 = 2 \ cdot n_c} \\ [5px]
\ end {align}

Правая часть уравнения всегда постоянна при постоянной скорости несущей и, следовательно, при постоянной скорости двигателя. Теперь также можно математически увидеть, что при постоянной скорости двигателя уменьшение скорости на одном из колес приводит к увеличению скорости на противоположном колесе.Изменив уравнение, можно также увидеть, что скорость носителя соответствует средней скорости двух колес.

\ begin {align}
& \ boxed {n_c = \ frac {n_1 + n_2} {2}} \\ [5px]
\ end {align}

Блокировка дифференциала

Большим преимуществом дифференциальных передач является то, что их можно использовать при прохождении поворотов, распределяя скорость вращения или мощность между соответствующими колесами в соответствии с их потребностями. Однако в некоторых ситуациях это также может быть недостатком.Например, при трогании с места на гладком или скользком грунте одно из колес может потерять сцепление с дорогой и проскользнуть, в то время как другое колесо останется на земле. Дифференциальная передача теперь передает всю мощность на вращающееся колесо, в то время как на неподвижное колесо отсутствует мощность. Вращающееся колесо теперь вращается с удвоенной скоростью, в то время как другое колесо стоит на месте. Таким образом, вряд ли можно получить движущую силу вперед, а если и то, то только одностороннюю силу из-за трения скольжения вращающегося колеса.

Анимация: Дифференциальная передача во время поворота

Такой случай, когда одно из колес имеет меньшее сцепление с дорогой, чем другое, и, таким образом, склонно к проскальзыванию, происходит в основном во время езды по бездорожью, когда нагрузка на колеса постоянно меняется.Но даже в быстром прохождении поворотов, когда внутреннее колесо сильно разряжается центробежными силами, увеличивается опасность пробуксовки и возникает угроза одностороннего распределения мощности. Если в худшем случае автомобиль слегка наклонится и внутреннее колесо потеряет сцепление с дорогой, это колесо получит полную мощность и будет вращаться в воздухе с удвоенной скоростью. Противоположное колесо, которое все еще сцеплено с землей, не получает никакой мощности, и поэтому движение автомобиля больше невозможно.

Таким образом, в упомянутых выше случаях дифференциальная передача является большим препятствием.По этой причине в основном внедорожники оснащаются так называемыми блокировками дифференциала . Такая блокировка дифференциала затем снова жестко соединяет два приводных вала колес друг с другом и, таким образом, деактивирует дифференциал. Однако это приводит к скручиванию приводного вала на поворотах, как уже объяснялось в начале. Поэтому блокировку дифференциала следует активировать только в исключительных случаях.

Каковы симптомы плохого масла в дифференциале / трансмиссии? — Paul’s Automotive

Дифференциальное масло, также известное как трансмиссионное масло, гуще по сравнению с моторным маслом.В качестве смазочного масла трансмиссионное масло предотвращает повреждение металлических компонентов транспортных средств и повышает их общие характеристики. Масло также позволяет автомобилям легко проходить повороты.

Автомобильная жидкость для тяжелых условий эксплуатации работает под высоким давлением, обеспечивая постоянную смазку всех шестерен, узлов сцепления и подшипников, обеспечивая плавную и безопасную работу всех дифференциалов.

Если трансмиссионное масло вытечет, станет грязным или загрязненным водой, металлические детали могут быть безвозвратно повреждены.Чтобы избежать повреждения трансмиссий, пакетов сцепления и дифференциалов, вы должны обращать внимание на симптомы плохого трансмиссионного масла.

Обжигающий запах от дифференциала

Когда вы заметили неприятный запах, исходящий от коробки передач, вы должны расценивать это как признак плохого качества масла дифференциала, которое может быть загрязнено, следовательно, не работает должным образом. Плохой запах указывает на то, что коробка передач перегревается, потому что смазочное масло либо закончилось, либо загрязнено и не может должным образом смазать шестерни.

Масло также может быть просроченным или слишком старым для смазывания каких-либо деталей автомобиля, вызывая такой же неприятный запах, потому что металлы будут гореть из-за трения металла о металл. Как только вы поймете, что масло дифференциала загрязнено, следующим шагом будет его немедленная замена.

Странные шумы

Еще одним признаком плохого масла дифференциала является жужжание, завывание или завывание странных шумов, указывающих на то, что металлическая часть, сцепления, шестерни и дифференциалы не были смазаны из-за грязного отсутствия чистого масла.

Вибрация

Если вы ведете машину и чувствуете необычную вибрацию, это может быть признаком неисправного дифференциала или трансмиссионного масла. Однако это может быть признаком других автомобильных проблем, которые, возможно, потребуется проверить профессиональному механику.

Странные шумы усиливаются всякий раз, когда ваше транспортное средство делает поворот и увеличивается скорость. По этой причине вам следует показать свой автомобиль надежному и профессиональному механику, который проведет необходимые проверки и устранит проблему.

Чтобы отремонтировать шестерни и другие металлические детали, наши профессиональные и обученные механики справятся с этой задачей. Если вам необходим ремонт дифференциала, позвоните в нашу автомастерскую сегодня!

Что такое дифференциал повышенного трения (и какой тип трансмиссионной смазки мне следует использовать)? — Блог AMSOIL

Без дифференциала под вашим автомобилем, заполненного шестеренками, сцеплениями, подшипниками и смазкой для зубчатых передач, ваши колеса не могли бы вращаться с разной скоростью и преодолевать разные расстояния при повороте, а это означало, что внешнее колесо прыгало и тянулось по тротуару.

Не подходит для обработки транспортных средств или ухода за шинами.

Итак, инженеры разработали автомобильный дифференциал, который можно разделить на три основные категории. Здесь мы представляем основы каждого из них и то, что вам нужно знать, чтобы гарантировать, что ваш дифференциал будет стабильно работать в течение многих лет.

1) Открытый (или стандартный) дифференциал

Ваш пикап, внедорожник или заднеприводный автомобиль, скорее всего, имеет открытый или стандартный дифференциал.

Водило удерживает коронную шестерню, крестовину и боковые шестерни.При повороте крестовина и боковые шестерни позволяют внешнему колесу двигаться быстрее и дальше, чем внутреннее, что обеспечивает плавную и безопасную езду.

• ПРОФИ : Экономичный, отличный вариант для большинства стандартных автомобилей. Обеспечивает предсказуемую управляемость, снижает износ шин и требует минимального обслуживания.
• МИНУСЫ : Открытый дифференциал направляет мощность на колесо с наименьшим сопротивлением. Любой, кто едет по снегу или льду, быстро понимает, что это означает: одно колесо может дико вращаться, в то время как противоположное колесо получает недостаточную мощность для движения автомобиля, в результате чего вы застреваете.

2) Дифференциал повышенного трения с муфтой сцепления

Дифференциал повышенного трения с муфтой сцепления пытается устранить фатальный недостаток открытого дифференциала, хотя это не идеальное решение.

При движении по твердой сухой поверхности дифференциал повышенного трения передает одинаковую мощность на каждое колесо. Но когда вы попадаете в ледяную яму или грязь, из-за которой автомобиль может покинуть автомобиль, использующий открытый дифференциал, вращающий одно колесо и уходящий в никуда, дифференциал повышенного трения передает некоторый крутящий момент на колесо с захватом, давая вам больше шансов из неприятностей.

В дифференциале повышенного трения обычно используются муфты для передачи крутящего момента между колесами. Он достаточно эффективен, чтобы выполнять свою работу в большинстве сценариев, несмотря на то, что не достигается стопроцентная блокировка.

Эти сцепления могут проскальзывать, но

Дифференциалы повышенного трения на основе сцепления — гениальные устройства, но они представляют собой уникальную проблему.

Когда оба колеса имеют достаточное тяговое усилие, диски сцепления плотно соединяются, передавая одинаковую мощность на каждое колесо.

Однако, когда одно колесо пробуксовывает, на другое колесо передается дополнительная мощность в зависимости от фрикционных свойств пакетов сцепления. Именно здесь фрикционные свойства трансмиссионной смазки играют важную роль в производительности и износе.

Однако производители дифференциалов используют разные давления пружин и диски сцепления, изготовленные из разных материалов и с разными площадями поверхности.

Кроме того, свойства натяжения пружины и трения сцепления меняются с возрастом и износом.Следовательно, требования к трению жидкости могут быть разными. И если фрикционные свойства неправильные, может произойти ненормальное включение и выключение сцепления, называемое вибрациями .

Перестань болтать

Дребезжание — это когда сцепления постоянно чередуются между проскальзыванием и заеданием вместо плавного проскальзывания. Дребезжание не только вызывает раздражающий шум и вибрацию, но и вызывает преждевременный износ.

• PROS : Автоматически распределяет процент мощности на колесо с лучшим сцеплением, помогая избежать застревания на поверхностях с низким сцеплением.
• МИНУСЫ : Более дорогой и может «болтать», если жидкость не обеспечивает правильные фрикционные свойства.

Вместо создания нескольких трансмиссионных масел с одинаковой вязкостью, но с разными фрикционными свойствами для устранения случайных вибраций в дифференциалах повышенного трения, вы можете использовать присадку для смазки зубчатых передач, которая изменяет исходные фрикционные свойства жидкости и устраняет вибрацию.

Синтетические трансмиссионные смазки

AMSOIL уже содержат добавки для подавляющего большинства применений.Для уникальных случаев, когда рекомендуется дополнительная добавка, мы предлагаем AMSOIL Slip Lock.

3) Блокировка дифференциала (или «рундука»)

В блокирующем дифференциале используются механические устройства, которые буквально блокируют две оси вместе. Колеса вращаются с одинаковой скоростью и получают равное распределение крутящего момента.

Блокировка может происходить вручную или автоматически в зависимости от устройства. Когда оси заблокированы вместе, оба колеса вращаются одновременно с одинаковым крутящим моментом.Это означает, что один из них все еще может набирать тягу и перемещать автомобиль, если другой находится в подвешенном состоянии над землей, например, в ситуации бездорожья.

В то время как рундуки обеспечивают отличное сцепление с дорогой, особенно при движении по бездорожью, управляемость автомобиля страдает.

Автоматические шкафчики могут передавать мощность на отдельные колеса поэтапно, что приводит к эффекту «трещотки». Они также могут внезапно отключиться, что повлияет на управляемость. Шкафчики обычно предназначены для внедорожников и используются при медленном движении.

• ПРОФИ : Обеспечивает максимальную тягу в самых тяжелых условиях для внедорожников.
• МИНУСЫ : Может быть шумно; уменьшить управляемость при заблокированном дифференциале.

Какую трансмиссионную смазку мне использовать?

Обратитесь к руководству пользователя, чтобы узнать, какой тип смазки для зубчатых передач использовать и как часто ее менять. Многие производители рекомендуют смазку для зубчатых передач, которая соответствует определенным характеристикам или отраслевым спецификациям, например API GL-5.

Вы также можете использовать наше удобное руководство по продукту, чтобы найти подходящую смазку для трансмиссии AMSOIL для вашего автомобиля.

Независимо от того, какой у вас тип дифференциала из перечисленных здесь, использует высококачественную синтетическую трансмиссионную смазку . Многие производители теперь устанавливают синтетическую трансмиссионную смазку на заводе и рекомендуют ее в качестве сервисной заправки.

Это связано с тем, что современные дифференциалы направляют на колеса увеличенную мощность и крутящий момент по сравнению с их предшественниками, а шестерни и подшипники дифференциала остаются в основном без изменений.Кроме того, многие дифференциалы используют меньше смазки для зубчатых передач и более низкую вязкость, чем раньше, чтобы уменьшить лобовое сопротивление и повысить экономию топлива. По сути, меньшее количество смазки для зубчатых передач обеспечивает большую защиту. .

AMSOIL SEVERE GEAR® Synthetic Gear Lube специально разработано для тяжелых условий эксплуатации. Его высокий индекс вязкости помогает ему лучше смазывать в холодных условиях (как показано ниже) и поддерживать соответствующую вязкость для защиты шестерен и подшипников при высоких температурах. Кроме того, она стоит меньше, чем большинство масел для зубчатых передач OEM-производителей.

Обновлено. Первоначально опубликовано: 6 марта 2018 г.

Часть первая: Дифференциальные и планетарные редукторы — Совет недели — Lube Talk

В наших следующих двух Советах недель мы исследуем дифференциал и планетарные редукторы, включая их типы, функции, способы устранения неисправностей и смазочные материалы. В первом совете описаны типы и функции редукторов, а во втором — поиск неисправностей и смазочные материалы. Цель состоит в том, чтобы улучшить коллективное понимание этих систем, чтобы мы могли предоставлять нашим конечным пользователям полезные технические советы при возникновении проблем.Так что выпейте, расслабьтесь и давайте учиться вместе.

Дифференциал

Дифференциал — это редуктор, который принимает входную скорость от трансмиссии и преобразует ее в направление и число оборотов в минуту, которые могут использоваться ведущими колесами. Современная дифференциальная передача обычно состоит из гипоидного набора, который соединен с боковой (конической) шестерней, которая входит в зацепление с дифференциальной (конической) шестерней, и конической шестерней противоположной стороны.

Шестерня дифференциала обеспечивает дополнительное уменьшение и позволяет зацепить противоположную ось.Для типичного дифференциала внешнее колесо вращается быстрее, чем внутреннее, при прохождении поворота. Это необходимо для преодоления дополнительного расстояния, которое внешнее колесо встречается за тот же период времени, что и внутреннее колесо.

Обычно существует три типа дифференциалов:

• Открыть (как показано выше)
• Ограниченное скольжение — содержит муфту, позволяющую переключать мощность между левой и правой стороной одной оси при проскальзывании ведущего колеса.
• Torque Vectoring — новейшая конструкция дифференциала с электронным управлением и датчиками для подачи мощности на колесо (колеса) с тяговым усилием.

Все три типа дифференциалов можно найти на сегодняшнем рынке мобильного и тяжелого оборудования.

Планетарный редуктор

На передвижном оборудовании большой грузоподъемности планетарные передачи устанавливаются внутри колес на концах осей. Эти шестерни обычно являются цилиндрическими и состоят из солнечной шестерни, планетарных шестерен и зубчатого венца. Их цель — поддерживать нагрузку на колесо и ось, а также при необходимости обеспечивать дальнейшее снижение скорости вращения колеса.Оси планетарных шестерен параллельны, и предусмотренное передаточное число меняется в зависимости от требований. Планетарные редукторы достаточно эффективны, механические потери на ступень всего 4%.

Следите за советом недели на следующей неделе, который будет охватывать поиск и устранение неисправностей дифференциала и планетарного редуктора и смазочные материалы.

Поставщики производителей дифференциалов

Дифференциальные шестерни — Commercial Gear & Sprocket Company, Inc.

Функция дифференциальных шестерен в силовых трансмиссиях заключается в том, чтобы задние колеса автомобиля могли приводиться в движение с одинаковой силой, при этом разные скорости.При поворотах в основном используются разные скорости вращения. Дифференциальные шестерни, обычно построенные с использованием конических зубчатых колес, могут также использовать прямозубые цилиндрические зубчатые колеса, которые расположены с прямыми сторонами вдоль оси зубчатого колеса с прямыми зубьями, расходящимися соосно с осью. Они также могут использовать планетарные передачи или планетарные шестерни, которые содержат одну центральную прямозубую шестерню, или «солнечную шестерню», окруженную тремя или более «планетарными шестернями».

«Хотя использование прямозубых шестерен несколько устарело, поскольку они часто использовались. в ранних автомобилях планетарные передачи используются в более технологически продвинутых приложениях.Например, Toyota Prius использует планетарную передачу в своей автомобильной трансмиссии, чтобы передавать крутящий момент асимметрично. Преимущество этого типа дифференциальной шестерни заключается в том, что она компактна по длине оси, которая также называется валом солнечной шестерни.

Дифференциальные шестерни — Commercial Gear & Sprocket Company, Inc.

Типичная конфигурация дифференциала включает комплекты конических шестерен, осей, валов и водила дифференциала. Конические шестерни могут иметь прямые зубья, или они могут быть спирально-коническими шестернями с криволинейными зубьями, подобными косозубым зубчатым колесам.Конические шестерни в дифференциальной передаче расположены в планетарной конфигурации, что позволяет различным присоединенным осям вращаться с разной скоростью.

Спирально-коническая шестерня заключена в корпусе конечного агрегата и приводится в движение крутящим моментом, передаваемым от конца карданного вала. Ведущая шестерня сцепляется с большой спиральной коронной шестерней, также известной как коронное колесо. Ведущее колесо прикреплено к корпусу дифференциала, который содержит группу из четырех противоположных конических шестерен в перпендикулярной плоскости.Эти четыре конические шестерни работают за счет зацепления каждой шестерни со своими двумя соседними шестернями, но обрабатывают третью шестерню по-разному, вращаясь против нее вместо зацепления.

Планетарная конфигурация дифференциала определяется двумя солнечными шестернями и двумя планетарными шестернями. Две солнечные шестерни выровнены на той же оси, что и коронное колесо, и служат для привода полуосей полуосей, соединяющих колеса автомобиля. Две планетарные шестерни выровнены по перпендикулярной оси, ориентация которой зависит от вращения коронного колеса.Ведущее колесо вращается в результате вращения водила дифференциала. При вращении изменение ориентации оси передает движение ведущего колеса на солнечную шестерню, давя на них по сравнению с вращением против них. Две планетарные шестерни не ограничены во вращении друг относительно друга, и когда они это делают, солнечные шестерни могут вращаться в противоположных направлениях относительно коронной шестерни и друг к другу под одинаковой силой.

Самый быстрый словарь в мире: Vocabulary.com

дифференциальная шестерня коническая шестерня, которая позволяет вращать два вала с разной скоростью; используется на задней оси автомобилей, чтобы колеса могли вращаться с разной скоростью на поворотах

дифференциал — наименьшее изменение стимуляции, которое может обнаружить человек

дифференциал Качество, которое различает похожие вещи

дифференциальный анализатор аналоговый компьютер, предназначенный для решения дифференциальных уравнений

дифференциатор лицо, которое (или то, что) различает

дифференциальная стоимость увеличение или уменьшение затрат в результате одной больше или одной единицы продукции меньше

дифференциально дифференциально

различать приобретать особый символ

почтительно, вежливо проявляя уважение к чувствам людей

дифференциальное уравнение уравнение, содержащее дифференциалы функции

дифференциальная диагностика систематический метод диагностики расстройства (например,g., головная боль) без уникальных симптомов или признаков

дифференциальное исчисление Часть математического анализа, которая занимается изменением функции по отношению к изменениям в независимой переменной (или переменных) посредством понятий производной и дифференциала

почтительно уважительно

дифференцированные, сделанные разными или показанные как разные

дифференциация различение вещей как отдельных

дифференцируемые, способные восприниматься как разные

дифференциальная психология раздел психологии, изучающий измеримые различия между людьми

дифференциальный порог наименьшее изменение стимуляции, которое может обнаружить человек

Отличительные характеристики дифференциала

Передач