DİFERANSİYEL

HAZIRLAYAN:

Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR

Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR

Şanzıman Şanzıman ve diferansiyelin entegre kullanıldığı Transaks FF ve MR araçlarda karşımıza çıkar. Şanzıman

Diferansiyel Giriş mili Çıkış mili Transaks

Kaynak: Toyota

Manual Transmissions and Transaxles, Prepared by Martin Restoule; Algonquin College

Transaks

Düz Şanzıman: Motorun çıkış kuvvetini, hızını ve dön“ş yön“n“ değiştirir. Motor

Debriyaj Giriş mili Senkromeç kayıcısı Vites kolu Çıkış mili Diferansiyel Tahrik şaftı Tekerlekler

Kaynak: Toyota

Transaks

D“z şanzımanın çalışması Boş Giriş mili Çıkış mili Diferansiyel

Mavi ok: G“ç aktarımı Kırmızı ok: Dönme yön“

Kalın ok: Fazla torku ifade

eder. Kaynak: Toyota

Transaks

1. Vites

3. Vites

Kaynak: Toyota

Transaks

Geri Vites

Kaynak: Toyota

Transaks

Rear Wheel Drive

Bazen diferansiyel dişlisi ya da

dengeleme grubu olarak da

adlandırılan diferansiyel, tahrik

edilen akslardaki farklı tekerleklerde

oluşan devir sayılarını dengelemek

için çalışır. Faklı tekerlek devir sayıları, bir virajı alırken aynı aks “zerindeki tekerlekler, uzunlukları farklı olan mesafeleri kat

etmek zorunda kaldığında ortaya çıkar. Bu bağlamda, virajın dış bölgesinde olan

tekerlek, virajın iç bölgesindeki tekerlekten daha hızlı dönmesi gerekir

(birim zamanda daha uzun bir yol

katetmesi gerektiği için . Bu işleviyle

diferansiyel, otomobilin viraj alması için

hayati önem taşır.

http://binekarac.vw.com.tr/volkswagen-sozluk.aspx

Diferansiyel etkisinin, g“n“m“zde yol tutuşu iyileştirmek için kullanılması da söz konusudur. Bu bağlamda, tahrik

edilen aks “zerindeki devir sayılarının

dengelenmesi işi çoğunlukla bir konik

dişli diferansiyel “zerinden sağlanır. Sınırlı kaymalı bir diferansiyel,

tekerleklerden birinin serbest şekilde dönmesi ortaya çıktığında (patinaj

durumu) bunu önler ve g“c“, daha iyi tutuşa sahip olan diğer tekerleğe yönlendirir. Bu amaç doğrultusunda devir sayısı dengelemesi man“el veya otomatik

olarak %100’e kadar engellenebilir. Bu

sayede, zeminin kaygan özellikler taşıdığı yerlerde g“c“n neredeyse %100’“

zeminde en iyi tutuşa sahip olan tekerleğe yönlendirilebilir.

http://binekarac.vw.com.tr/volkswagen-sozluk.aspx

4x4 çekiş sistemine sahip olan araçlarda ek olarak bir dağıtıcı diferansiyel de gerekir.

Bu dağıtıcı, motorun tahrik torkunu ön ve arka aksa dağıtır. Viraj geçişlerinde

akslar birbirinden farklı bir hızla dönd“ğ“nden, burada da bir devir sayısı dengelemesi gerekir. Burada kullanılan diferansiyel dişi grubu,

merkezi diferansiyel olarak adlandırılmaktadır.

http://binekarac.vw.com.tr/volkswagen-sozluk.aspx

TÜVTURK, 2006

Diferansiyel aşağıdaki fonksiyonlara

sahiptir.

1. Redüksiyon fonksiyonu: Ayna mahruti farkından dolayı hız düşümü sağlar.

2. Diferansiyel fonksiyonu virajlarda

tekerleklerin farklı hızda dönmesini sağlar.

3. Hareketi 90° çevirir. Arkadan itişli araçlarda şaftın hareketi 90° çevrilip tekerleklere iletilir.

Yapısı ve Parçaları Diferansiyellerin yapılarını arkadan itişli, önden çekişli, kısmi ve daimi dört çeker olmak “zere temelde 3 grupta incelemek uygundur.

Ancak yapıda ve parçalarda kökl“ bir farklılık

yoktur. Tek değişiklik, önden çekişli diferansiyelde hareket, vites kutusu çıkış

milinden alınan helisel dişli olan

pinyon/mahruti dişliye verilmektedir.

Arkadan itişli diferansiyellerde ise hareket, şafttan konik dişli olan pinyon/mahruti dişliye

verilmektedir.

Mahruti dişliden hareket ayna dişliye

verilmekte, hareket aynaya bağlı olan

diferansiyel kafesine iletilmektedir. Kafese

istavroz miliyle bağlı bulunan sayısı model,

markaya ve çeşide göre değişen istavroz dişlileri bulunur. İstavroz dişlilerinin ileri gidişlerde dönme hareketi yoktur. İstavroz dişlileri kendi etrafında dönmezler. Ancak bunlarla kavraşmış olan aks dişlilerine hareketi iletirler. Aks dişlileri iç kısımlarından frezeli dişliler yardımıyla aks millerine hareketi

iletirler.

1. Mahruti Dişli 2. Ayna Dişli 3. Dişli Kutusu

4. İstavroz Mili 5. İstavroz Dişli 6. Aks Dişli 7. Aks Mili

TÜVTURK,

Diferansiyelde Kullanılan Dişli Sistemlerinin Yapısı ve Çalışması G“n“m“z otomobil diferansiyelinde helisel konik

dişlinin kullanılması ile ayna pinyon dişli arasındaki ses kesilmiştir. Aracın viraj alması sırasındaki savrulmayı önleyebilmek için ağırlık merkezinin yere yaklaştırılması gerekir. Ancak ağırlık merkezi bir dereceye kadar yere yaklaştırılır. Kardan mili ağırlık merkezinin çok fazla yere yaklaştırılmasını engeller. Bu durumun ortadan kaldırılabilmesi için diferansiyellerde hipoid dişli kullanılmıştır. Hipoid dişlilerde pinyonun ekseni aynanın ekseninin

altından geçer. Pinyon ekseni ayna dişlisinin dik

eksenini merkezin biraz altında keser. Kardan mili bu

durumda biraz daha aşağıya alınmış olur. Araçlarda

kardan milinin aşağıdan bağlanmasıyla araç ağırlık

merkezi yere yaklaştırılmış olur.

Hipoid dişlilerdeki diş helisi hemen hemen helisel konik dişlerdeki ile aynadır. Fakat hipoid dişlide bölüm dairesi

yüzeyi temelde koniktir. Dişlilerde kullanılan teknik

ifadesi ile iç yüzeyleri koniktir. Özetle diferansiyel ayna-

mahruti dişlisi olarak d“z konik dişler, helisel konik dişler

ve hipoid konik dişler kullanılmıştır. Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin

Restoule Algonquin College, 2007

Possible patterns on a ring gear with the recommended

corrections.

Identifying the basic types of final drive gears (David Brown) Friction cones analogy of

bevel gearing

Basic geometry of spiral bevel gearset Basic geometry of hypoid bevel gearset

Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

Bosch Automotive Handbook

Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

Differential Operation

The drive pinion drives the ring gear, which is attached to the differential case.

When going straight ahead:

The differential housing and its components rotate as an assembly.

Power is transferred equally to both wheels.

Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin

Restoule Algonquin College, 2007

Differential operation while

cornering left

When turning a corner:

The wheels must travel at

different speeds to prevent tire

scrubbing.

The differential pinion gears walk around the slower side

gear and cause the other side

gear to turn faster.

The percentage of speed that is

removed from one wheel is given

to the other.

Diferansiyelin Dişlilerinin

Oranlarını (esaplanması Arka akslarda kullanılan hareket

iletme oranları genellikle 2.6 ile 4.5 arasında değişir. Diferansiyelde böyle

bir oranın sağlanması vites kutusu yapımını kolaylaştırmıştır. Motorun maksimum momenti, maksimum verimle verdiği belirli devirleri vardır. Motorun bu devirlerin “zerinde çalıştırması zararlıdır. Motorla uyum içinde bulunan bir vites kutusu aracılığı ile s“r“c“ aracı motorun

uygun devirlerinde değişik hızlarla s“rebilir. (âlbuki vites kutusunun “zerindeki en d“ş“k vites olan birinci

vitesle aracın yerinden kaldırılması zordur. Diğer taraftan direkt hareket

vitesinde motor momentinin “st“nde

bir moment artışı söz konusu değildir. Bu nedenle arka köpr“de diğer bir

ifade ile arka akslarda bir miktar

moment artışına imkân verecek red“ksiyona gerek vardır. Son Dişli Oranı: Binek otomobiller: 2.6 ile 4.5 Ağır vasıta araçlarda bu oran daha y“ksektir.

Diferansiyelin Dişlilerinin Oranlarını (esaplanması dvm)

Ayna pinyon arasındaki hareket iletme oranı ihtiyaç duyulan moment artışını gerçekleştirir. Ayna pinyon arasındaki bu

hareket oranları vites kutusu çıkışından alınan momentin 2.6 ile 4.5 kat artmasına imkân verir. Bu oranlara nihai

redüksiyon oranı (son dişli oranı ya

da diferansiyel dişli oranı

denilmektedir.

Nihai redüksiyon oranı son dişli oranı ya da diferansiyel dişli oranı neden tam sayı değildir? Çünkü tam sayı olması durumunda karşılıklı çalışan dişlilerin ani aşınması önlenmiş olur.

M.J. Nunney, Light and Heavy Vehicle Technology, Fourth edition, 2007

The need for a differential gear in the final drive

Örnek problem: İz genişliği: , m Dinamik lastik yarıçapı: mm İç tekerlek dön“ş yarıçapı: m derecelik bir yay “zerinde iç ve dış tekerleğin aldığı yol? Lastiklerin yaptığı devirler?

Örnek problem: İz genişliği: , m Dinamik lastik yarıçapı: mm İç tekerlek dön“ş yarıçapı: m derecelik bir yay “zerinde iç ve dış tekerleğin aldığı yol? Lastiklerin yaptığı devirler?

Çözüm: İç tekerleğin aldığı yol= * . * / =14,13 m Dış tekerleğin aldığı yol= [ * . * + . ]/ =16,48 m Lastiğin bir devrinde aldığı yol: * , *rdyn=1.72 m İç tekerleğin toplam devri= , m/ , m = 8,21 Dış tekerleğin toplam devri= , m/ , m = 9,58

Çeşitleri: Kullanıldıkları araçlara göre:

Kontrollü Kayma Yapabilen Diferansiyeller: Genellikle kamyon ve otob“s gibi ağır hizmet araçlarında kullanılır. Bu diferansiyeller b“y“k torkun ve hızın istenildiği yerlerde kullanılırlar. Kayma Yapmayan Diferansiyeller: İş makinesi ve karayolu dışında çalıştırılan ağır hizmet

tipi araçlarda kullanılırlar. Kısaca hızın az fakat torkun gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar. Standart Diferansiyeller: Otomobillerde kullanılan diferansiyel çeşididir. (ızın fazla fakat

torkun daha az istenildiği araçlarda kullanılırlar.

Ayarlarına göre diferansiyeller

Ayar Şimli Diferansiyeller: Otomobillerde kullanılan ve ayna ile pinyon arasındaki ayarın şim

konularak istenilen değere getirildiği diferansiyellerdir.

Ayar Somunlu Diferansiyeller: Bu diferansiyeller genellikle kamyon otob“s gibi araçlarda kullanılır. Ayna dişli ile pinyon dişli arasındaki boşluk ayna dişlinin yataklarındaki bulunan

iki adet vidalı parça ile aynayı sağa ve sola kaydırmak suretiyle oluşturulur.

Diferansiyelin araçtaki yerine göre

Önden Çekişli Diferansiyeller: Önden çekişli araçlardaki diferansiyeller ayar

gerektirmeyen ve sadece pinyon ile ayna arasındaki bağlantı helisel dişlilerle sağlanan ve

hareketin yön“n“ terse çevirme görevi yapar. Vites kutusuyla yekpare olarak yapılırlar. Arkadan İtişli Diferansiyeller: Bu g“nk“ kamyon, otob“s ve arkadan itişli otomobillerde kullanılırlar. Ayna ve pinyon bağlantısı helisel hipoid dişli olup hareketin yön“n“ 90 derece çevirmek için kullanılır. Ayarlarının mutlaka yapılması gerekir.

Advantages and disadvantages of front-wheel drive engine length limited by

available space;

• there is load on the steered and driven wheels; • good road-holding, especially on wet roads and in wintry conditions – the car is

pulled and not pushed; • good drive-off and sufficient climbing capacity with only few people in the

vehicle; • tendency to understeer in cornering; • insensitive to side wind; • although the front axle is loaded due to the weight of the drive unit, the steering

is not necessarily heavier (in comparison with standard cars) during driving; • axle adjustment values are required only to a limited degree for steering

alignment; • simple rear axle design – e.g. compound crank or rigid axles – possible; • long wheelbase making high ride comfort possible; • short power flow because the engine, gearbox and differential form a compact

unit; • good engine cooling (radiator in front), and an electric fan can be fitted; • effective heating due to short paths; • smooth car floor pan; • exhaust system with long path (important on cars with catalytic converters); • a large boot with a favourable crumple zone for rear end crash.

Automotive Engineering, 2009

Automotive Engineering, 2009

The disadvantages are:

• under full load, poorer drive-off capacity on wet and icy roads and on inclines; • with powerful engines, increasing influence on Steering; • engine length limited by available space; • with high front axle load, high steering ratio or powersteering is necessary; • with high located, dash-panel mounted rack and pinion steering, centre take off tie rods become

necessary or significantkinematic toe-in change practically inevitable; • geometrical difficult project definition of a favourable interference force lever arm and a

favourable steering roll radius (scrub radius); • engine gearbox unit renders more difficult the arrangement of the steering package; • the power plant mounting has to absorb the enginemoment times the total gear ratio; • it is difficult to design the power plant mounting –booming noises, resonant frequencies in

conjunction with the suspension, tip in and let off torque effects etc., need to be suppressed; • with soft mountings, wavy road surfaces excite the power plant to natural frequency oscillation

(socalled front end shake ; • there is bending stress on the exhaust system from the power plant movements during drive-off

and braking (with the engine); • there is a complex front axle, so inner drive shafts need a sliding CV joint; • the turning and track circle is restricted due to the limited bending angle (up to 50) of the drive

joints; • high sensitivity in the case of tyre imbalance and nonuniformity on the front wheels; • higher tyre wear in front, because the highly loaded front wheels are both steered and driven; • poor braking force distribution (about 75% to the front and 25% to the rear); • complex gear shift mechanism which can also be influenced by power plant movements.

Figure: Examples of markings on (a) end face of pinion (b) crown wheel (SAAB)

(a) 3 measurement for pinion setting

R913 mating number, also stamped on

crown wheel pinion not offset: shaft

centreline intersects crown wheel

centreline (all pinions are marked 0, and

this datum has no relevance to the

adjustment)

(b) 38 no. of teeth on crown wheel

9 no. of teeth on pinion

-15 backlash 0.15 mm

R913 mating number, also stamped on

pinion