Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu – Torsen [część 2]

Torsen

W poprzedniej części omawiałem problem występujący w otwartych mechanizmach różnicowych. Aby na koła napędzanej osi mógł być przekazywany jak największy moment obrotowy, stosuje się mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu. Jednym z nich jest Torsen – wynalazek amerykańskiego inżyniera Verna Gleasmena.

Torsem jest automatycznie blokującym się mechanizmem różnicowym, który w czysto mechaniczny sposób (bez użycia jakiejkolwiek elektroniki) potrafi samoczynnie przenieść moment obrotowy na oś o większej przyczepności do podłoża. Wynalazek ten zgłosił do biura patentowego Vern Gleasman w 1958 roku. W 1982 roku został odkupiony przez firmę Gleason Corporation, a w 2003 roku nabył go obecny właściciel – Toyoda Machine Works, oddział Toyota Motor Company.

Torsen T-1

Torsen T-1

Nazwa Torsen pochodzi od dwóch angielskich wyrazów: „TORque” – moment, i „SENsing” – wyczucie, co w wolnym tłumaczeniu oznacza „wyczuwanie momentu napędowego”. Jego działanie opiera się na swoistych właściwościach kół zębatych, w tym przypadku przekładni ślimakowych. O co chodzi? Istnieją różnego rodzaju koła zębate – o zębach prostych, o zębach śrubowych i cała masa innych.

Łączone razem dają przekładnie, które w zależności od zastosowanych kół mają różne parametry. Niektóre z kół mogą podczas pracy trzeć o siebie bardziej, lub mniej. W mechanizmie Torsen zastosowano taki rodzaj kół zębatych (o zębach śrubowych), które trą o siebie bardzo mocno – jest to przekładnia o dużym tarciu wewnętrznym. Co więcej, tarcie to zależy od tego, jak poustawiane są poszczególne koła względem siebie oraz od kąta linii zębów.

Przekrój klasycznego mechanizmu Torsen

Torsen wykorzystuje właściwość przekładni ślimakowych – napędzane od strony koła ślimakowego obracają się swobodnie, z drugiej zaś strony tzn. od ślimacznicy, mają tendencję do blokowania się. Właśnie ta cecha, która w innych konstrukcjach jest wadą, w mechanizmie Torsen idealnie się sprawdza. Zazębienia ślimakowe zwiększają opór tylko wtedy, gdy pojawia się różnica prędkości obrotowych obu wałów wyjściowych. Jeśli więc jedna z półosi zacznie się szybciej obracać, następuje zblokowanie mechanizmu i przeniesienie momentu na półoś o mniejszej prędkości, a tym samym lepszej przyczepności.

Budowa klasycznego mechanizmu Torsen

W podstawowej wersji Torsen zawiera trzy pary zazębień ślimakowych. W każdej parze ślimaki połączone są ze sobą przy pomocy kół zębatych o zębach prostych, przez co mogą obracać się z tą samą prędkością ale w przeciwne strony. Jednocześnie każda para ślimaków zazębiona jest ze ślimacznicami, które są połączone z półosiami wyprowadzonymi z mechanizmu. W każdej parze ślimaków jeden z nich jest połączony z jedną ślimacznicą – jeden ze ślimacznicą prawej półosi, a drugi ze ślimacznicą lewej półosi.

W normalnych warunkach Torsen działa jak otwarty mechanizm różnicowy, gdzie ślimacznice zachowują się jak koła koronowe, a pary ślimaków są odpowiednikami satelitów (budowa klasycznego mechanizmu różnicowego). W Torsenie jednak każde zazębienie ślimakowe zwiększa opór między wałami wyjściowymi obracającymi się z różnymi prędkościami.

Budowa klasycznego mechanizmu Torsen

Zdaję sobie sprawę z tego, że zrozumienie w jaki sposób działa taka przekładnia nie jest proste, ale niestety sam Torsen jest dość skomplikowanym mechanizmem. Najważniejsze jest zrozumienie istoty jego działania, że wszystko odbywa się w sposób mechaniczny, bez żadnej elektroniki. Zmiana rozdziału momentu odbywa się błyskawicznie w sposób bardzo płynny.

Rozwiązanie to jest bardzo trwałe i skuteczne. Koła zębate wycierają się bardzo powoli i nie wymagają przeglądów i ingerowania wewnątrz. Dociekliwych, którzy znają angielski, a do tego nie jest im obcy język techniczny, odsyłam do tego artykułu. Pozostałym może okazać się pomocny poniższy film.

Obecnie istnieją 3 zasadnicze typy mechanizmu Torsen:

  • T-1 – posiada przekładnie planetarną typu „INVEX” (Śrubowa o zębach kołowo-łukowych)
  • T-2 – posiada przekładnie planetarną typu „EQUVEX” (walcowa o zębach śrubowych)
  • T-2R – wersja sportowa
  • T-3- przekładnia planetarna (walcowa o zębach śrubowych o zębach wewnętrznych)

Budowa klasycznego mechanizmu Torsen

Zarówno pierwszy typ mechanizmu, jak i drugi w warunkach normalnej przyczepności rozdzielają moment na półosie w proporcjach 50:50. T-2 różni się od T-1 tym, że osie kół ślimakowych są równoległe do osi ślimacznic, całego urządzenia i półosi. Wadą klasycznego mechanizmu Torsen jest zdolność przekazywania na obciążoną półoś momentu tylko kilkukrotnie większego niż ten, który dociera do półosi mniej obciążonej. Proporcję tę obrazuje współczynnik TBR (Torque Bias Ratio), który wynika z ułożenia kół oraz pochylenia linii zęba i jest on ustalany na etapie projektowania. Dla T-1 może on wynosić od 2,5:1 do 6:1, natomiast w przypadku T-2 zakres ten wynosi od 1,2:1 do 3:1.

Torsen T-3

Torsen T-3

Jeśli więc jedno z kół osi wyposażonej w Torsen uniesie się (przenoszony moment równać się będzie 0), to i druga półoś przeniesie zerowy moment. Dlatego też T-2R zostało wyposażone w sprzęgło cierne płytkowe, które może realizować napięcie wstępne. Oba typy (T-1 i T-2) są stosowane jako mechanizmy różnicowe zarówno pomiędzy osiami (centralne) jak i kołami samochodu (osiowe).

Torsen T-3, ewolucja z T-2

Torsen T-3, ewolucja z T-2

Najnowszym typem jest T-3, który został stworzony do samochodów z napędem na wszystkie koła. Ograniczeniem dwóch poprzednich była ich symetryczna budowa, przez co zastosowane jako centralny mechanizm różnicowy rozdzielały moment napędowy w proporcjach 50:50. W samochodach sportowych preferowany jest jednak nierówny rozdział momentu napędowego pomiędzy osiami, co jest w stanie realizować Torsen typu 3. Konstrukcja oparta jest na przekładni planetarnej, w której satelity są pozycjonowane w obudowie na swojej zewnętrznej płaszczyźnie. Dzięki swojej budowie T-3 może przenosić moment napędowy w proporcjach od 65:35 do 35:65.

Zobacz także:

Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu – idea stosowania [część 1]

Mechanizm różnicowy – jasno tłumaczymy działanie

Dyfer, diflok, blokada mechanizmu różnicowego [słowniczek terenowy]

Aktywny mechanizm różnicowy Audi

Samochód terenowy – układ napędowy [część 1]

Regulamin komentowania

  • http://www.facebook.com/profile.php?id=100001978676618 Cezary Kopeć

    Bardzo cenie to rozwiązanie bo jest czystko mechaniczne. Ten kto to wymyślił musiał być geniuszem.
    pozdrawiam

  • http://moto-technik.blogspot.com/ BartekP

    Nie taka to prosta sprawa przedstawić działanie tak zaawansowanego technicznie urządzenia, ale tutaj zrobiono to profesjonalnie pochwała dla autora

  • LP

    Gratuluję autorowi, dobry tekst. Wynalazcę TORSENa podziwiam bo to jest inżynierski majstersztyk. Czy ktoś wie w jakich autach, oprócz Toyoty jest wykorzystywany taki mechanizm?

    • Maroo

      Fiat Coupe 2.0 20V 220KM – ze wzgledu na przeniesienie takiej mocy na asfalt przez FWD.

    • Marcin Łobodziński

      Oprócz Toyoty? Ja to bym najpierw pomyślał o Audi i Hummerze. No ale LC też miały Torsena…
      Było trochę takich aut. Szymon ma niewielką listę chyba ;)

      • Szymon Witkowski

        Otóż lista jest na tyle długa, że po prostu jej tutaj nie zamieszczałem. Na pewno pominąłbym jakiś model więc sobie darowałem. Ciekawscy bez problemu wygooglują :)

      • Ubek

        mazda mx-5 ale nie we wszystkich wersjach 

      • Michal

        Civic VI gen z silnikami 1.8 (angielki)

    • ddfg

      Honda Civic TypeR EK9, Integra Type R DC2, DC5, Honda civic fn2 CW, Japońska wersja VTI (SiR) 6 generacji miała torsena, było tego trochę…

  • hp111

    “Dociekliwych, którzy znają angielski, a do tego nie jest im obcy język techniczny, odsyłam do tego artykułu” nie powinien w tym miejscu być jakiś link? Bo bym sobie zobaczył ten artykuł ;)

    • Szymon Witkowski

      Racja, my bad, poprawione już. Dzięki za zwrócenie uwagi!

  • Dupalaola

    słyszysz torsen myslisz quattro w audi… swoja droga ponoć najlepszy napęd 4×4 poza stałym

    • me

      Przecież Torsen to stały napęd na 4 koła… mylisz z Haldexem.

  • Gość

    Ja tylko przypominam, że “talerz” piszemy przez “rz”.

  • Patryk9573

    a quattro audi czasami tego nie stosuje?

    • Demboos

      W samochodach z silnikiem wzdluznym tak, w samochodach z silnikiem poprzecznym (TT, A3) stosuje Haldex. Zastosowanie torsena też się chyba w audi kończy, najnowsze RS5 ma już ponoć jakiś inny system (własne rozwiązanie audi)