차동이란?- 유형 및 작동 방식

차동이란?

차동 장치는 한 샤프트의 회전 속도가 다른 샤프트 속도의 평균이거나 그 평균의 고정 배수라는 특성을 가진 3개의 샤프트가 있는 기어 트레인입니다.

프론트 및/또는 리어 액슬 어셈블리의 일부인 디퍼렌셜은 자동차의 회전에 중요한 역할을 합니다. 차동장치는 두 바퀴를 구동하고 동시에 다른 속도로 회전할 수 있도록 설계되었습니다. 이 기능은 왼쪽과 오른쪽 바퀴 사이에 비례 속도를 제공합니다.

커브에서 안쪽 타이어가 직선보다 15rpm 적게 회전하면 바깥쪽 타이어가 직선보다 15rpm 더 회전합니다. 예를 들어, 차량이 코너를 돌 때 바깥쪽 바퀴가 안쪽 바퀴보다 더 빨라야 합니다. 디퍼렌셜은 동일한 토크를 두 바퀴에 분배합니다.

이렇게 하면 바퀴가 저항에 반응하거나 견인력을 제공하여 바퀴에 저항을 주어 회전을 줄입니다. 저항이 적은 바퀴가 더 빨리 회전합니다.

고카트와 같은 일부 차량에는 차동장치가 장착되어 있지 않습니다. 이 경우 두 개의 구동 휠은 일반적으로 단순한 체인 구동 장치로 구동되는 공통 축에서 동일한 속도로 강제로 회전합니다. 전륜구동 차량은 차축 및 차동 어셈블리가 변속기 차축 어셈블리 또는 변속기에 위치한다는 점에서 다르게 설계됩니다.

 

차동 기어 박스란?

차동 기어, 자동차 역학에서 엔진의 동력이 한 쌍의 구동 바퀴로 전달되도록 하는 기어 장치로, 두 바퀴 사이에 힘을 균등하게 분배하지만 코너를 돌거나 고르지 않은 도로를 횡단할 때와 같이 길이가 다른 경로를 따라갈 수 있도록 합니다.

 

자동차 차동이란?

디퍼렌셜은 자동차가 회전할 때와 같이 동일한 액슬의 다른 구동 휠(엔진에서 동력이 전달되는 휠)이 서로 다른 속도로 회전할 수 있도록 하는 기어 시스템입니다. 4륜구동 차량에는 2개 이상의 차동장치가 있을 수 있습니다.

차동 장치는 회전하는 구동축이 방향을 변경할 수 있는 구성 요소이기도 합니다. 예를 들어, 구동축이 자동차의 길이를 달리는 후륜구동 자동차에서, 그것은 왼쪽과 오른쪽 바퀴를 구동하기 위해 자동차에 수직으로 움직이는 차축에 결합하고 그 동력을 전달합니다.

 

 

차에서 차동 장치는 어떻게 작동할까?

간단히 말해서 차동장치는 엔진에서 바퀴로 토크를 전달하는 시스템입니다. 차동 장치는 엔진에서 동력을 가져와 바퀴가 다른 속도로 회전할 수 있도록 분할합니다. 모퉁이를 돌면 각 바퀴가 서로 독립적으로 회전할 수 있으므로 문제가 없습니다.

완전한 현대식 차동 장치를 보면 엄청나게 복잡해 보입니다.

그러나 그것을 체계적으로 세분화하고 그것이 무엇을 성취하려고 하는지, 어떻게 성취하려고 하는지에 대한 기본을 이해한다면, 그것이 정말 아름다운 것임을 알게 될 것입니다.

차동 장치에 대한 복고풍의 모습을 보려면 Chevrolet 엔진의 이 비디오를 확인하십시오.

차동장치의 기본 사항 또는 이 경우 "개방형 차동장치"를 이해했으므로 이제 LSD(Limited Slip Differential)에 대해 좀 더 논의해 보겠습니다.

50km/h의 속도로 좁은 코너를 빠져나오려고 트랙 위에 있다고 상상해 보십시오. 이 모든 힘은 저항이 가장 적은 길을 택할 것입니다.

모든 무게가 한쪽으로 이동되었습니다. 그 모든 힘은 안쪽 바퀴만 돌게 되어 엄청난 양의 동력이 손실되거나 회전하고 큰 충돌을 일으키게 됩니다.

이 드라이브 손실을 최소화하기 위해 LSD가 있습니다. 클러치 시스템은 차축의 각 측면에 마찰을 생성하여 자동차가 토크를 각 바퀴에 재분배하여 필요한 만큼의 동력을 얻을 수 있습니다. 운전대를 잘 안다면 커브길에서도 힘으로만 차를 조종할 수 있습니다.

상상할 수 있듯이 전체 차동 메커니즘은 엄청난 힘을 견뎌야 합니다. 이것은 이러한 구성 요소가 가능한 가장 강력한 재료로 만들어진 한 가지 이유일 뿐입니다. 빨대와 우유병 뚜껑이 없습니다.

차동 장치는 매우 내구성이 있어야 합니다. 자동차가 더 느리고 덜 까다로워지면 더 저렴한 금속으로 벗어날 수 있습니다. 이것은 단순히 더 이상 사실이 아닙니다.

오늘날의 가장 단순한 차량도 150km/h 이상의 속도로 편안하게 이동할 수 있으며 비교적 빠른 속도로 안전하게 코너링할 수 있습니다. 고품질 구성 요소는 더 이상 경마장을 위해 예약되지 않습니다.

 

차동 부품

▷ 베어링 키트
▷ 개별 씰 및 베어링
▷ 링 및 피니언 세트
▷ 액슬 샤프트
▷ 캐리어/피니언 심, 피니언 너트, 크러쉬 슬리브 및 링 기어 볼트
▷ 포지셔닝 및 내부 기어 키트
▷ 하우징 캐리어
이것들은 재고에 있는 구성 부품의 일부일 뿐입니다. 우리는 심지어 대부분의 차동 응용 분야에 부품을 사용했습니다.
▷ 피니언 드라이브 기어
이 부분은 구동축에서 링 기어로 동력을 전달합니다.
▷ 차동 케이스 어셈블리
이 부품은 리어 드라이브 액슬을 구동하는 다른 구성 요소와 함께 링 기어를 고정합니다.
▷ 링 기어
이 섹션에서는 이전 부품인 Differential 케이스 어셈블리에 전원을 전달합니다.
▷ 리어 드라이브 액슬
이들은 차동 케이스 어셈블리에서 구동 휠로 토크를 전달하는 강철 샤프트입니다.
▷ 차축 하우징
이들은 리어 액슬을 둘러싸고 리어 액슬 어셈블리를 지지하는 금속 바디입니다.
▷ 리어 액슬 베어링
이들은 액슬 하우징과 액슬 사이에 맞는 볼 베어링입니다.
▷ 사이드 기어
이 기어는 회전하는 동안 두 바퀴가 독립적으로 회전하는 데 도움이 됩니다.

 

자동차 및 트럭의 차동 유형

1. 오픈 디퍼렌셜
이러한 유형의 차동 장치는 종종 패밀리 세단 및 이코노미 차량에서 발견됩니다. 엔진 토크를 두 개의 에너지 출력으로 분할하여 바퀴가 다른 속도로 회전할 수 있도록 합니다. 한 타이어가 견인력을 잃으면 다른 타이어는 견인력을 유지하기 위한 힘을 잃게 됩니다.
가장 기본적인 형태의 차동장치는 각 끝에 기어가 있는 차축의 두 절반으로 구성되며 정사각형의 세 변을 구성하는 세 번째 기어에 의해 함께 연결됩니다. 이것은 일반적으로 추가 강도를 위해 네 번째 기어로 보완되어 사각형을 완성합니다.
이 기본 장치는 기본 코어 기어를 고정하는 차동 케이스에 링 기어가 추가되어 더욱 강화되며 이 링 기어를 사용하면 피니언을 통해 구동축에 연결하여 바퀴에 동력을 공급할 수 있습니다.
이 기어링 배열은 개방형 차동장치를 구성하며 더 복잡한 시스템이 파생되는 가장 일반적인 유형의 자동차 차동장치입니다.
이 유형의 이점은 대부분 앞에서 설명한 차동장치의 기본 기능으로 제한되며, 회전 외부의 바퀴가 내부 바퀴보다 빠른 속도로 움직일 수 있도록 하여 차축이 더 효과적으로 코너링할 수 있도록 하는 데 주로 중점을 둡니다. 그것은 더 많은 땅을 덮습니다. 또한 기본 디자인이 상대적으로 저렴하다는 이점도 있습니다.
이 유형의 단점은 토크가 양쪽 바퀴에 고르게 분배되기 때문에 바퀴를 통해 전달할 수 있는 동력의 양이 가장 낮은 그립의 바퀴에 의해 제한된다는 것입니다.
결합된 두 바퀴의 견인 한계에 도달하면 견인력이 가장 적은 바퀴가 회전하기 시작하여 이미 회전하는 바퀴의 저항이 훨씬 더 적기 때문에 그 한계를 더욱 줄입니다.

2. 슬립 리미티드 디퍼렌셜
두 가지 장점을 모두 제공하는 슬립 제한 차동장치는 미끄러짐이 발생할 때까지 개방형 차동장치로 작동한 다음 차동장치가 자동으로 잠깁니다. 이 유형은 Nissan 370Z 및 Mazda MX-5 Miata와 같은 차량에서 볼 수 있습니다.
LSD(Limited-Slip Differential)는 두 개의 출력 샤프트가 서로 다른 속도로 회전할 수 있지만 두 샤프트 간의 최대 차이를 제한하는 일종의 차동 장치입니다.
자동차에서 이러한 제한적 차동장치는 때때로 표준 차동장치 대신 사용되는데, 이러한 차동장치는 복잡성을 희생시키면서 특정 동적 이점을 전달합니다.
기계적 슬립 제한 차동장치는 광범위한 적용 범위로 인해 틀림없이 가장 일반적인 유형의 차동장치입니다. 그들은 토크의 일부를 가장 견인력이 높은 바퀴로 이동시키면서 가장 적은 견인력으로 바퀴의 미끄러짐을 제한합니다. 이 때문에 슬립 제한 차동장치는 종종 "토크 감지"라고 합니다.
개방형 차동장치와 마찬가지로 바퀴는 다른 속도로 회전할 수 있습니다. 그러나 슬립 제한 디퍼렌셜을 사용하면 토크가 휠 사이에서 항상 균형을 이루는 것은 아닙니다. 이를 통해 견인력이 있는 휠이 차량을 계속 움직이기 위해 더 많은 토크를 받을 수 있습니다. 즉, 디퍼렌셜은 더 높은 트랙션 타이어에 더 많은 토크를 "바이어싱"한다고 합니다.
차동장치가 바퀴 사이에서 이동할 수 있는 토크 변화량을 차동장치의 바이어스라고 합니다.

 

3. 차동 잠금
용접 차동장치라고도 하는 이 차동장치는 바퀴를 연결하여 동일한 속도로 회전합니다. 이것은 일반적으로 회전을 조금 더 어렵게 만듭니다. 이 유형을 사용하는 차량은 대형 트럭과 지프 랭글러입니다.
잠금 또는 잠금 차동장치는 일부 차량, 주로 오프로드 차량에서 볼 수 있는 변형입니다. 이것은 본질적으로 독립적인 차축 대신 고정 차축을 만들기 위해 제자리에 잠글 수 있는 기능이 있는 개방형 차동 장치입니다. 이것은 차량의 기술에 따라 수동 또는 전자적으로 발생할 수 있습니다.
잠긴 차동장치의 이점은 개방 차동장치보다 훨씬 더 많은 견인력을 얻을 수 있다는 것입니다. 토크가 50/50으로 균등하게 분할되지 않기 때문에 더 나은 트랙션을 가진 휠에 더 많은 토크를 전달할 수 있으며 주어진 순간에 다른 휠의 더 낮은 트랙션에 의해 제한되지 않습니다.
빠른 속도로 주행할 가능성이 적고 일반적으로 고르지 않은 지면을 주행하기 때문에 타이어 끌림 및 고정 차축의 코너 마모 문제는 덜 문제입니다.
고정된 diff의 한 가지 단점은 바인딩이라고 하며, 이는 드라이브 트레인 내에 과도한 회전 에너지(토크)가 축적되어 해제가 필요할 때 발생합니다. 일반적으로 휠이 위치를 재설정하기 위해 지면을 떠나면서 달성됩니다. 또는 더 이상 필요하지 않은 잠금을 간단히 해제합니다.
양쪽 끝에 긴 판지 튜브를 고정한 다음 튜브가 더 이상 힘을 견딜 수 없을 때까지 튜브를 반대 방향으로 비틀고 묶는 부분이 접히고 찢어진다고 상상해 보세요.
바퀴가 서로 다른 속도로 움직이기 때문에 발생합니다. 이는 차축을 비틀고 기어에 더 많은 압력을 가합니다. 그러나 바퀴에 가해지는 하중과 증가된 견인력은 타이어가 압력을 해제하기 위해 미끄러지는 것을 방지하기에 충분합니다.

4. 토크 벡터링 미분
BMW X5 M 또는 Lexus RC F에서 사용하는 토크 벡터링 디퍼렌셜은 추가 기어 트레인을 사용하여 회전 시 추가 제어를 위해 각 휠에 특정 양의 토크를 보냅니다.
TVD는 특정 휠이 중요한 순간에 더 많은 토크를 받도록 하여 코너링 성능을 개선함으로써 회전 안팎에서 차량의 각도 또는 벡터를 조작하는 데 사용함으로써 이 전자적으로 강화된 시스템을 더욱 발전시킵니다.
완전히 기계적으로 구동되는 LSD가 일반적으로 작동하는 것과 반대되는 클러치를 활성화하여 LSD 시스템의 결함을 극복하고 더 많은 전력을 낮추면서 조향을 보조하는 효과를 사용할 수 있습니다.
코너에 진입할 때 다중 방향 LSD는 양쪽 바퀴에 저항을 가하여 적어도 부분적으로 차축을 잠그고 제동 시 안정시킵니다. 그런 다음 바퀴 속도가 떨어지고 차량이 회전할 때 해제되어 바퀴가 회전할 수 있습니다. 다른 속도.
그러나 두 바퀴의 저항을 해제하는 대신 TVD는 바깥쪽 바퀴의 클러치만 계속 활성화하여 바퀴가 겪는 저항을 증가시키고 시스템이 바퀴를 통해 더 많은 토크를 전달하도록 합니다. 외부에 대한 이러한 힘의 불균형은 차량이 코너로 더 날카롭게 회전하도록 하고 언더스티어를 줄입니다.
코너를 통해 이 저항을 계속 적용함으로써 차량이 정점을 지나 가속하기 시작할 때 일반 다중 방향 LSD를 계속 무시하게 됩니다. 더 많은 그립을 가지고 있는 것으로 인식되는 안쪽 바퀴.
TVD가 외부 바퀴 클러치에 더 많은 저항을 가하면 시스템이 이를 통해 더 많은 토크를 전환하도록 속여서 적용할 수 있는 동력의 양을 늘리고 코너에서 가속할 때 경험하는 언더스티어를 줄입니다.
토크 벡터링 디퍼렌셜은 가장 극단적인 상황에서 필요할 때 단일 휠을 통해 사용 가능한 토크의 100%를 전달할 수 있습니다.
시스템의 단점은 매우 복잡하고 매우 비싸며 일반적으로 고속 코너링 가능성 때문에 경주/트랙 응용 프로그램에만 사용된다는 것입니다.
모든 시스템에는 고유한 장점과 단점이 있으며 복잡한 시스템이 일반적으로 우수하지만 단순한 시스템을 훨씬 능가하는 부가 비용이 있습니다.
자동차의 모든 것과 마찬가지로 각 시스템에서 얻을 수 있는 이점은 차량으로 정확히 무엇을 할 것인지와 차동 장치가 필요한 기능에 달려 있습니다.
다음 WRC에서 자신을 생각하고 벌금을 낼 여유가 없다면 지역 슈퍼마켓을 방문할 때 토크 벡터링 차동장치가 별로 필요하지 않을 것입니다. 오프로드 차량으로 접근.