DİFERANSİYEL Diferansiyel, iki izli araç tahrik akslarında viraj dönebilmek için kullanılması zorunlu bir taşıt elemanıdır. Motordan gelen hareketi, 1-İkiye ayırarak tekerleklere iletmede görev alır. 2-Ayrıca bir redüksiyon sağlayarak toplam çevrim oranını etkiler. Bir otomobil için toplam çevrim oranı=vk çevrim oranı*dif. çevrim oranı şeklinde belirlenmiş olur. 3-Ancak diferansiyelin asıl kullanım ihtiyacı, tahrik aksında iki farklı yarıçapta hareket eden tekerleklerin kayma yapmadan hareket edebilmelerini sağlamaktır. Şekilden de görüldüğü gibi virajda iç tekerlek dış tekerleğe göre daha az dönmelidir. Motordan gelen tahriğin iki tekerlek için de aynı olduğunu düşünürsek, diferansiyelin görevi daha iyi takdir edilir. Burada belirtilmesi önemli bir husus da, tekerlek zemin arası kuvvet bağlantı katsayısının kaymayla değiştiği, özellikle de yanal kuvvet bağlantı katsayısının kaymayla hızla azaldığı, dolayısıyla oluşan merkezkaç kuvvetin zeminde taşınamaması gibi bir sonucun doğma riskidir. Yapısal olarak diferansiyel, aslında konik dişlilerden yapılmış bir planet mekanizmadır. Arkadan tahrikli bir araçta şafttan alınan tahrik, konik mahruti dişliye gelir (önden tahrikli araçta bu silindirik bir dişlidir). Mahritiden hareket ayna dişliye geçer (ayna dişli, planette taşıyıcıya hareketi alan dişlidir). Ayna dişli hareketi kovana verir (yani taşıyıcıya).kovan içinde, kovana bağlı 2 veya 4 adet ıstavroz dişli bulunur (planetler). Bu dişliler ise iki aks dişlisine bağlıdır (eşit diş sayılı güneş ve yörünge dişlileri).
Düz yolda hareket oluşumu: Düz yolda hareket için tekerlekler eşit tahrik almalıdır. Dolayısıyla tekerlekten hareketle olayı açıklayacak olursak; İki tekerleğe tahrik veren aks dişlilerinde eşit tahrik olmalıdır. İki aks dişlisi ise birbiriyle ıstavroz dişliler vasıtasıyla bağlıdır. Her bir aks dişlisi, eşit tahrik kuvvetiyle, aynı ıstavroz dişliyi kendinden tarafa döndürmek ister. Dolayısıyla dişliler dönemez. Bu durumda tahrik kovana aktarılır. Böylece tahrik ayna ve mahruti dişliye geçmiş olur. Bu durum planet mekanizmada iki elemana (burada güneş ve yörünge) aynı tahrik verildiğinde (Veya iki elemanın birbirine bağlandığında) sistemin yekpare dönmesi durumudur. Virajdaki hareket ise, planet mekanizmada güneş ve yörüngeye iki farklı tahrik verildiğinde oluşan durumdur. Burada en üç dürüm olarak, tekerleklerden birine sıfır tahrikle diğerinin oluşturduğu hareketi açıklayacak olursak; Tahrik edilen tekerlek dişlisi, bağlı olduğu ıstavrozu dönmeye zorladığında, ıstavroz dişli karşı taraftaki aks dişlisi üzerinde yürüyerek hareket eder. Dolayısıyla kovana tahrik verilmiş olur. Böylece ayna ve mahrutiye hareket geçer. Burada vurgulanması gereken 2 husus: 1-Sadece virajda ıstavrozlar kendi eksenlerinde dönmekte (yani kutu içi dişliler arası bağıl hareket oluşmakta) 2-Tekerleklerden biri durduğunda, tüm tahrik diğerine gidebilmekte (gevşek zeminde tekerleklerden birinin kaymaya geçerek hareket edilememesi durumu) Çevrim oranı açısından baktığımızda: Bu durumda virajdaki harekette, mesela düz yol için 100 devir girildiğinde, tekerlekler 100 er devir dönerken (100+100); Toplam 200 sabit kalmak şartıyla virajda içteki 99, dıştaki 101; veya içteki 90, dıştaki 110 devir döner. Ya da iç 0 (sıfır), dış 200 devir gibi. Diferansiyellerde ön-arkadan tahrik, veya hafif-ağır araç için kullanıldığında temel olarak aynı olmakla beraber bazı konstrüktif farklılıklar görülür. Aşağıda önden tahrikli hafif ve arkadan tahrikli ağır araçlara ait patlak resimler görülmektedir.
Şekillerde de görüldüğü gibi ana yapı aynıdır. Ama mesela 1-Hafif araçta 2 ıstavroz dişlisi varken, ağırda 4 tane olup, doğal olarak ıstavroz mili farklılaşmıştır. 2-Veya doğal olarak diferansiyele tahrik verilirken önden tahrikli araçta silindirik, arkadan tahrikli araçta konik dişli kullanılması gibi konstrüktif gerekliliklerden dolayı bazı farklılıklar görülmektedir. Arkadan tahrikli araçlarda Ayna-Mahruti dişli takımının yapısal bazı farklı uygulamaları vardır, ki bunlar üzerine bazı bilgiler verilecek olursa: 1-Çeşit olarak 4 farklı uygulamadan bahsedilebilir. Bunlar:
Bunlardan yaygın kullanılan 2 dişli uygulaması için; Normal helis dişlide ayna-mahrutinin aynı eksen üzerinde kaldığı görülürken, Hipoid dişlide eksenin kaydığı görülmektedir. Bu durum hipoid dişlili uygulamalarda araç ağırlık merkezinin kaydırılması ve zemin-araç arası mesafe açısından taşıt tasarımında önem taşımaktadır. Diferansiyellerle ilgili farklı bir durum olarak, ayna-mahruti arası dişli oranı ile oluşan çevrim oranı, dolayısıyla moment artırımı üzerinde de durulacak olursa: İlave moment artırımı gereken uygulamalarda, diferansiyelde farklı uygulamalarla sabit ya da seçmeli kademeler oluşturulabilir. Bu konu üzerinde ileride durulacaktır. Diferansiyeller takım halinde imal edilen sistemlerdir. Uygun şartlarda kullanıldıklarında uzun ömürlüdürler. Arızacılık üzerinde ileride durulacak olup, burada diferansiyelde ayna-mahruti ayarı üzerinde kısa bilgi verilecek olursa;
Çeşitli Şekiller:
Kilitli diferansiyeller Yukarıda bahsedildiği gibi, diferansiyelde tekerleklerden biri frenlendiğinde bütün tahrik diğer tekerleğe gider. Bu durum, mesela traktörlerde, dar alanda bir teker üzerinde manevra yeteneği sağlar. Ancak gevşek zeminlerde de istenmeyen durumlara sebep olur ve araç, tahrik tek tekerleğe gittiği için, hareketsiz kalır. Bu durumda karşımıza Kilitli Diferansiyel uygulamaları çıkmaktadır. Kilitli diferansiyellerde kısmi ya da tam kilitleme yapılarak çözüm üretilmiştir. Bazı uygulamalar: 1-Tam Kilitli Diferansiyel: Planet mekanizmalarda iki eleman birbirine bağlandığında, sistemin yekpare döneceğini biliyoruz. Diferansiyelde en kolay kilitleme, akslardan birinin kovana bağlanmasıyla yapılır. Şematik şekil üzerinden sistem çalışmasını izah edersek: Kilit mekanizması bir aks dişlisi üzerinde frezeli olarak yataklanmış ve üzerinde kurt dişliler de yerleştirilmiş, kovana ise karşı kurt dişli açılmış. Kilit mekanizması sola itildiğinde aks dişlisi ile kovan birbirine bağlanmış olur. Böylece sistem yekpare çalışır. Bu tip kilitleme ile diferansiyel aks dişlilerini eşit döndüreceği için, sadece düz hareket etmeye müsaade eder. Dolayısıyla viraj almak mümkün olmaz. Bu tip diferansiyel bulunan araçlarda, gerektiğinde kilit devreye alınır, iş bittiğinde ise devreden çıkarılması gerekir. Kilit mekanizması elle veya otomatik olarak kumanda edilebilir.
2-Kısmi kaymalı Diferansiyeller: Bu tip diferansiyellerde tam kilitleme olmadığı için, aracın virajdaki hareketine kısıt gelmez. Ayrıca kilit mekanizması, ya da kontrolü gerekmez. Kısmi kilitlemeli farklı diferansiyel uygulamaları vardır ve farklı oranlarda kilitleme yapılabilir. Kilitleme oranına göre yapılabilir araç hızı da değişecektir. a-no-spin Diferansiyel: Kayma yapmayan tip. Yapısal olarak farklı bir diferansiyeldir. Aks dişlisi yerine geçen parçalar ile ıstavrozlar yerine geçen merkez kamı vardır. Karşılıklı çalışan bu parçalar üzerine sinüs daldası formlu yüzeyler açılmış olup, virajda oluşan kasılmayla aks dişlileri bu klavuz yüzey vasıtasıyla merkez kamı üzerinde yürür. Dişliler çevresel olarak karşılıklı geçtiği için yük taşıma kapasitesi yüksek, nispeten düşük hızlı çalışan ağır araçlar için uygundur.
b-lamel kilitlemeli Diferansiyel: Kovan içerisinde kovana ve aks dişlilerine geçmiş lameller birlikte çalışırlar. Bu lameller kilitlemeyi sağlar. Kilitlemeyi sağlayan kuvvet ise, ıstavroz milinin parçalı yapılması sonucu, tekerleğin kaymaya geçmesi ile oluşacak kasılma hareketi sonucu ıstavroz mil parçalarının esneme hareketi yapması ile elde edilir. Esneyen ıstavroz mili parçaları vasıtasıyla araya yerleştirilen baskı plakaları lamellere baskı yapar. Bu sayede aks dişlileri ile kovan birlikte harekete zorlanır. Baskı kuvveti ne kadar çoksa, kilitleme o kadar fazla olacaktır.
c-yay Kilitlemeli Diferansiyel: Aks dişlileri arasına yerleştirilmiş yay paketi ile, aks dişlileri geri doğru itilir. Aks dişlileri kovan arasına ise konik kavrama yerleştirilmiştir. Aks dişlilerinin kovan içinde bağıl hareketiyle konik kavramanın kovana sürtünerek harekete zorlanması, kilitleme etkisi yapacaktır. d-viskoz kilitli Diferansiyel: Kovan içine yerleştirilen ağır viskoziteli yağ dolu odada kovan ve aks dişlisi bağlantılı lameller yerleştirilmiştir. Kovan ve aks dişlileri arasında oluşacak bağıl harekette lameller viskoz sıvı içinde harekete zorlanacağından, aks ve kovan arası kilitleme meydana gelecektir. Bağıl hız arttıkça, kilitleme oranı artar. ( Viskoz kilitli diferansiyelle ilgili, ders notları ile verilen videoda anlatım vardır.)
Tork Artırımı- Takviye e-torsen Kilitli Diferansiyel: Bu diferansiyelde kilitleme için ek bir donanım kullanılmamıştır. Aks ve ıstavroz dişli Lerinin, diş sarım açıları artırılmış, 12 adet ıstavroz dişlisi kullanılmış, karşı aks dişlilerine bağlı ıstavroz dişlileri birbirlerine ayrı dişlilerle bağlanarak sistemin çalışması sağlanmıştır. Mekanizmada kilitleme, sarım açısı artırılmış dişlerin birbirlerine göre bağıl hareketinin kısıtlanmış olmasıyla gerçekleştirilmiştir.
Diferansiyellerin ana kullanım amacı olmamakla beraber, konum ve yapı itibariyle aynı zamanda bir moment değiştirici olarak görev yaparlar. Ayna- mahruti arasında i dif = z mah./z ayna yazabileceğimiz bir çevrim oranı oluşur.böylece, mesela bir otomobil için toplam çevrim oranı i top =i VK *i dif şeklinde hesaplanır. Ağır araçlarda ise ilave tork artırımları gerekebilir. Bu durumda yine diferansiyellerde ilave tork artırımı için farklı uygulamaların yapıldığı görülmektedir. NOT: Aşağıdaki diferansiyellerin şematik şekillerini çıkarınız! Bu uygulamada A-mahruti ve B-ayna dişlisinden alınan hareketle tahrik diferansiyel çıkışında akslara verilmeyip E dişlilerine verilmiş. Akslara tahrik F dişlisiyle verilmiş. Böylece diferansiyel çıkışında E ve F dişlileri arasında ilave redüksiyon sağlanmış. Diferansiyel toplam çevrim oranı ise İ dif =z A /z B *z E /z F olmuştur. Bu uygulamada ise mahruti dişliyle diferansiyel arasına bir grup mili konulmuştur. Mahrutiden gelen hareket aynaya geçmiş, ama diferansiyele girmemiş; ayna ile aynı mil üzerine birlikte dönen bir küçük dişli konmak suretiyle, bu dişliden tahrik diferansiyele aktarılmıştır. Bu şekilde yine yukarıdakine benzer şekilde çift redüksiyon ile toplam çevrim oranı oluşmuştur. Çift Hızlı Diferansiyeller: NOT: Aşağıdaki diferansiyellerin şematik şekillerini çıkarınız!
Yukarıda ki uygulamanın benzeri, ama bu kez çift hızlı bir uygulaması yanda görülmektedir. Benzer şekilde Mahruti diferansiyeli değil, üzerinde yataklandığı mili tahrik etmiş; ama bu kez tahriği kendisi ile beraber dönen bir dişliye değil, senkromeç mekanizmasına vermiş; böylece vites kutularındakine benzer şekilde iki farklı redüksiyonla tahrik diferansiyele verilmiştir. Böylece hem ilave redüksiyon yapılmış, hem de iki farklı hız elde edilmiştir. Farklı bir çift hızlı uygulama da yanda görülmektedir. Burada Ayna dişlinin içine ilave bir planet mekanizma yerleştirilmiştir. Diferansiyel ise bu mekanizmanın taşıyıcısından tahrik almaktadır. Yandaki şekil kumanda mekanizmasının takviyeli ve takviyesiz durumunu aks eksenine göre beraber göstermiştir. Takviye durumunda (aks ekseni üstü) ilave planet mekanizması güneş dişlisi ileri itilmiş, güneş mil üzerinde bulunan dişli gövdeye açılan dişliye geçerek, güneş sabitlenmiş; böylece ayna dişliden verilen hareket (dolayısıyla yörüngeden) güneş sabit olarak taşıyıcıya (yani diferansiyel kovanına) verilmiştir. Böylece ilave redüksiyon oluşturulmuştur. Takviyeden çıkarmak için ise, güneş dişli geri çekilerek mili üzerine açılan dişli boşa çıkarılmış, ama bu kez de güneş dişli planet dişliden kurtulmadan taşıyıcı üzerine açılan iç dişliye geçmiştir. Böylece güneş dişli taşıyıcı üzerindeki hem planet dişliye hem de yine taşıyıcıya bağlı iç dişliye geçmiştir. Bu durumda güneşle planet arasında bağıl hareket olamayacağı için sistem yekpare döner. Bu durumda sadece ayna-mahruti arasında redüksiyon gerçekleşmiş olur.
Taşıt Geneli Tork Artırım Sistemleri: Araçlar üzerinde tork artırımı şekilde de görüldüğü gibi değişik yerlerde yapılmaktadır. Konunun toparlanması açısından bir genelleme yapacak olursak:
1-Kavrama: Kuru kavramalar bir hız değiştirici olmakla beraber, Otomatik kutularda kullanılan Tork Konverterler, adı üzerinde bir moment değiştiricidir. 2-Vites kutuları asıl itibariyle aracın farklı şartlarda çalışabilmesi için kullanılan moment değiştiricilerdir. Konusunda işlemiş olduğumuz gibi Vites kutularının önüne ve arkalarına konulan dişli mekanizmalar da ilave redüksiyon yapıyorlardı. 3-Vites kutusundan sonra kullanılan transfer kutuları da birer moment değiştirme donanımıdır. 4-Diferansiyeller, işlediğimiz gibi, farklı uygulamalarla moment değiştirici fonksiyon üstlenmişlerdir. 5-Diferansiyel sonrası uygulamalarla da moment değiştirme söz konusu olmaktadır. Çift Akstan Tahrik: 4 çeker araçlarla ilgili video ders notlarıyla beraber verilmiştir.
4x4 araca ait transfer kutusunun çalışmasını izah ediniz. Akslar: Diferansiyel sonrası tahrik akslara verilmektedir. Hafiften ağır araca ve ön/arka akstan tahrik durumuna göre farklı uygulamalar görülmektedir. Ders notları ile birlikte akslara ait doküman (örnek katalog) verilmiştir. Konuyu bazı şekillerle özetlemiş olalım
Çeşitli Resimler