Huom! Seuraava teksti koskee vain otsikossa mainittua Torsen-mallia, eikä ole sellaisenaan sovellettavissa muihin konsernituotteiden Torsen-malleihin. Jos teksti tuntuu pitkästyttävältä, hyppää suoraan viimeisen kuvan kohdalle. :)
Torsenin toiminnasta on käyty monia enemmän tai vähemmän teoreettisella tasolla liikkuvia keskusteluja niin tällä kuin monella muullakin foorumilla. Koska itseäni niin Audiharrastajana kuin konetekniikan insinöörinäkin kiinnostaa lähes sairaalloisesti tuon mystisen rataspaketin toiminta, päätin ryhtyä tuumasta toimeen ja purkaa moisen sekä tutkia samalla miten se toimii ja miten toimintaa saisi muutettua harrastajaystävällisempään suuntaan.
Olen jo pitkään kuvitellut tietäväni miten Torsen-tyyppinen tasauspyörästö toimii ja pääpiirteissään olenkin edelleen itseni kanssa samaa mieltä, mutta tämä projekti on myös opettanut uusia asioita sekä myös pakottanut tunnustamaan, että olen ollut osittain väärässä toimintaperiaatteen suhteen. Kuvittelin, että tällainen T-1 tyypin torsen jakaisi momenttia samoin riippumatta meneekö se eteen vai taakse, mutta näin ei ole asian laita.
Kaikkihan tiedämme, että Torsen jakaa vääntöä mahdollisuuksien mukaan aina pitävämmälle akselille, siihen liittyy tämä "bias ratio", jne. Vaan mitäpä tapahtuu ihan konkreettisesti siellä murikan sisällä eri ajotilanteissa?
Audin vaihdelaatikossa Torsen on siellä peräosassa, josta kardaani lähtee. Toisioakseli on ontto, ja se pyörittää Torsenin "kuorta". Torsenin sisällä on keskellä 2 ratasta, joista toinen yhdistyy "etukardaaniin" joka kulkee onton toisioakselin läpi etutasauspyörästölle ja toinen ratas yhdistyy kardaanin laipan akseliin, josta voima kulkee luonnollisesti kardaanin välityksellä taka-akselille.
Keskirattaat taas yhdistyvät toisiinsa ja tasauspyörästön kuoreen sivurattaiden välityksellä. Jos akseleiden välille syntyy pyörintänopeusero, sivurattaat pyörivät siten että kumpikin akseli voi pyöriä omalla nopeudellaan.
Mielenkiintoisia asioita alkaa tapahtua siinä vaiheessa, kun toinen akseli luistaa niin, että pitävämpi akseli alkaa ikäänkuin "jäädä jälkeen". Tässä vaiheessa se varsinainen Torsenin toimintaidea tulee peliin mukaan. Torsenin kotisivuilla (www.torsen.com) asiaa kuvataan näin sanoen:
"The Torsen differential is simply a torque multiplier that works through the use of friction generated by thrust forces from the internal gearing. It multiplies what torque is available from the wheel that is starting to spin-up or lose traction and sends that available torque, multiplied by the TBR, to the slower turning wheel with the better traction."
Sama suomeksi: Torsen toimii kitkavoiman avulla, joka syntyy rattaiden synnyttämän aksiaalisen voiman ansiosta. Eli alamme päästä pikkuhiljaa itse asiaan. :)
(Pahoittelen kuvien huonoa laatua, toivotaan että joskus opin vielä valokuvaamaan.)
Otsikossa mainittu 01a torsen näyttää päältäpäin katsoen tällaiselta:
Kuori pysyy kasassa päädystä löytyvien kolmen pultin avulla.
Nuo pultit kun aukaisee, niin päätylaippa lähtee irti. Rattaiden putoamista ei purkaessa tarvi pelätä, ne pysyvät kyllä paikallaan.
Päätylaipan keskellä, prikan alla majailee painelaakeri:
Painelaakerin alla on toinen prikka, se voi olla hyvin tahmeasti kiinni päätylaipassa koska välissä on vaihteistoöljyä. Pienellä ruuvarilla kaivamalla sen kuitenkin saa irrotettua.
Itse keskiosan purkamisessa seuraava toimenpide on ottaa sivurattaiden akselien pidätinsokka irti. Yhden sokan irrotus riittää, kuvassa ne on irtaallaan kaikki kolme: Klik
Sokan irrotuksen jälkeen pääsee sivurattaiden akselit pujottamaan irti. Ennen sivurattaiden irrotusta, merkkaa niiden asema kuoreen nähden. Rattaat pitää laittaa takaisin oikealle "jaolle", koska sivurattaiden päätyhampaissa on koneistukset siten, että ne väistävät keskirattaiden hampaita. Jos jako menee väärin, ei rattaat enää pyöri. Nuo koneistukset ovat kuitenkin joka toisessa hampaassa, eli mikäli meni väärin niin rattaan kääntäminen yhdellä hampaalla suuntaan tai toiseen riittää. Seuraavassa kuvassa rattaat merkattuna ja irrotettuna: Klik
Sivurattaiden irrotuksen jälkeen näkyvissä ovat keskirattaat, niiden välissä olevat prikat ja kaikkein keskimmäisenä pronssinen liukulaakeri.
Keskirattaiden alta paljastuu samanlainen prikka-painelaakeri-prikka-yhdistelmä kuin päätylaipassakin oli. Seuraavassa kuvassa jo pöydälle kaivettuna: Klik
Kas näin, nyt tiedämme mitä sisältää Torsen. (Ihmetellessäni murikan toimintaperiaatetta, pyörittelin sitä eestaas ja tein seuraavanlaiset havainnot: Jos Torsenin kuori pyörii nopeammin kuin "etukardaani", alkavat sivurattaat pyöriä siten, että ne työntävät keskirattaita toisiaan vasten. Jos taasen kuori pyörii nopeammin kuin varsinainen kardaani, pyörivät sivurattaat niin päin, että keskirattaat työntyvät kohti kuoren päätyjä.
Mitä tästä opimme? Keskirattaiden välissä on liukulaakeri, kun taas keskirattaiden ja kuoren päätyjen välissä on rullalaakerit. Näinollen sellaisissa tilanteissa, jossa taka-akseli pyörii etuakselia hitaammin, generoivat torsenin rattaat äärimmäisen vähän kitkaa, koska ne pyörivät rullalaakereita vasten. Jos taas etuakseli pyörii taka-akselia hitaammin, kitkaa generoituu enemmän, koska keskirattaat hankaavat rattaiden välissä olevaa liukulaakeria.)
* edit. Sulkuihin merkitty lätinä vaikuttaisi olevan harhaoppisuutta. ks. viesti #14.
Tämä onkin tietysti fiksua, koska halutaan että auto kääntyy sievästi mutkissa ja parkkipaikoilla yms. normaaleissa ajotilanteissa, jossa suoraan ajoa lukuunottamatta taka-akseli pyörii hitaammin kuin etuakseli. Jos taasen pääsisi käymään niin, että taka-akselilta pito irtoaa ja se pyörii nopeammin kuin etuakseli, saadaan etuakselille siirrettyä enemmän momenttia jolloin auto ikäänkuin oikaisee itsensä.
Harrastajaa tällainen käytös aika-ajoin kismittää. Kaikki torsen-quattroa jääradalla ajaneet tietävät sen tilanteen, kun tiukasta mutkasta pitäisi päästä pois ja kaasun antaminen aiheuttaa välittömän puskun. Edellä mainitussa tilanteessa taka-akseli pyörii etuakselia hitaammin, torsenin keskirattaat rullailevat kuoren päätyjen rullalaakereita vasten, eikä voima oikein välity taakse.
Mitä tälle asialle voidaan siis tehdä? Lisätään kitkaa keskirattaiden ja kuoren päätyjen välille, jolloin saadaan enemmän momenttia siirrettyä taka-akselille. Ts. Otetaan rullalaakerit pois ja laitetaan tilalle jotain muuta.
Se "jotain muuta" on ylläolevassa muovipussissa olevat 2kpl DIN-standardin mukaisia AS-3047 painelaakerin aluslevyjä, joita saa ostaa mistä tahansa laakerikaupasta muutaman euron kappalehintaan. Kyseiset tuotteet ovat 1mm paksuja, kun painelaakerien paksuus torsenissa on 2mm. Prikkoja siis tarvitaan kaikenkaikkiaan 4kpl yhden torsenin modifioimiseksi. Painelaakerit poistetaan, tilalle prikat ja "kasaaminen tapahtuu päinvastaisessa järjestyksessä".
Torsenin omien ohjeiden mukaan ratas-prikka-laakeri-paketin välys pitäisi asettua lukemien 0.08mm-0.20mm. Kyseisestä Torsen-yksilöstä mittasin modifioinnin jälkeen juurikin 0.20mm.
Pultit tulee kiristää ennen mittausta, koska sillä on vaikutusta asiaan. Pultit ovat M10 10.9 lujuusluokan pultteja, joten oikea kiristysmomentti niille on 65Nm.
Sitten vaan murikka takaisin autoon ja pitkiä liukuja. Itse en valitettavasti ole vielä ehtinyt koeponnistaa, mutta toivottavasti se hetki koittaa lähipäivinä.
Torsenin toiminnasta on käyty monia enemmän tai vähemmän teoreettisella tasolla liikkuvia keskusteluja niin tällä kuin monella muullakin foorumilla. Koska itseäni niin Audiharrastajana kuin konetekniikan insinöörinäkin kiinnostaa lähes sairaalloisesti tuon mystisen rataspaketin toiminta, päätin ryhtyä tuumasta toimeen ja purkaa moisen sekä tutkia samalla miten se toimii ja miten toimintaa saisi muutettua harrastajaystävällisempään suuntaan.
Olen jo pitkään kuvitellut tietäväni miten Torsen-tyyppinen tasauspyörästö toimii ja pääpiirteissään olenkin edelleen itseni kanssa samaa mieltä, mutta tämä projekti on myös opettanut uusia asioita sekä myös pakottanut tunnustamaan, että olen ollut osittain väärässä toimintaperiaatteen suhteen. Kuvittelin, että tällainen T-1 tyypin torsen jakaisi momenttia samoin riippumatta meneekö se eteen vai taakse, mutta näin ei ole asian laita.
Kaikkihan tiedämme, että Torsen jakaa vääntöä mahdollisuuksien mukaan aina pitävämmälle akselille, siihen liittyy tämä "bias ratio", jne. Vaan mitäpä tapahtuu ihan konkreettisesti siellä murikan sisällä eri ajotilanteissa?
Audin vaihdelaatikossa Torsen on siellä peräosassa, josta kardaani lähtee. Toisioakseli on ontto, ja se pyörittää Torsenin "kuorta". Torsenin sisällä on keskellä 2 ratasta, joista toinen yhdistyy "etukardaaniin" joka kulkee onton toisioakselin läpi etutasauspyörästölle ja toinen ratas yhdistyy kardaanin laipan akseliin, josta voima kulkee luonnollisesti kardaanin välityksellä taka-akselille.
Keskirattaat taas yhdistyvät toisiinsa ja tasauspyörästön kuoreen sivurattaiden välityksellä. Jos akseleiden välille syntyy pyörintänopeusero, sivurattaat pyörivät siten että kumpikin akseli voi pyöriä omalla nopeudellaan.
Mielenkiintoisia asioita alkaa tapahtua siinä vaiheessa, kun toinen akseli luistaa niin, että pitävämpi akseli alkaa ikäänkuin "jäädä jälkeen". Tässä vaiheessa se varsinainen Torsenin toimintaidea tulee peliin mukaan. Torsenin kotisivuilla (www.torsen.com) asiaa kuvataan näin sanoen:
"The Torsen differential is simply a torque multiplier that works through the use of friction generated by thrust forces from the internal gearing. It multiplies what torque is available from the wheel that is starting to spin-up or lose traction and sends that available torque, multiplied by the TBR, to the slower turning wheel with the better traction."
Sama suomeksi: Torsen toimii kitkavoiman avulla, joka syntyy rattaiden synnyttämän aksiaalisen voiman ansiosta. Eli alamme päästä pikkuhiljaa itse asiaan. :)
(Pahoittelen kuvien huonoa laatua, toivotaan että joskus opin vielä valokuvaamaan.)
Otsikossa mainittu 01a torsen näyttää päältäpäin katsoen tällaiselta:
Kuori pysyy kasassa päädystä löytyvien kolmen pultin avulla.
Nuo pultit kun aukaisee, niin päätylaippa lähtee irti. Rattaiden putoamista ei purkaessa tarvi pelätä, ne pysyvät kyllä paikallaan.
Päätylaipan keskellä, prikan alla majailee painelaakeri:
Painelaakerin alla on toinen prikka, se voi olla hyvin tahmeasti kiinni päätylaipassa koska välissä on vaihteistoöljyä. Pienellä ruuvarilla kaivamalla sen kuitenkin saa irrotettua.
Itse keskiosan purkamisessa seuraava toimenpide on ottaa sivurattaiden akselien pidätinsokka irti. Yhden sokan irrotus riittää, kuvassa ne on irtaallaan kaikki kolme: Klik
Sokan irrotuksen jälkeen pääsee sivurattaiden akselit pujottamaan irti. Ennen sivurattaiden irrotusta, merkkaa niiden asema kuoreen nähden. Rattaat pitää laittaa takaisin oikealle "jaolle", koska sivurattaiden päätyhampaissa on koneistukset siten, että ne väistävät keskirattaiden hampaita. Jos jako menee väärin, ei rattaat enää pyöri. Nuo koneistukset ovat kuitenkin joka toisessa hampaassa, eli mikäli meni väärin niin rattaan kääntäminen yhdellä hampaalla suuntaan tai toiseen riittää. Seuraavassa kuvassa rattaat merkattuna ja irrotettuna: Klik
Sivurattaiden irrotuksen jälkeen näkyvissä ovat keskirattaat, niiden välissä olevat prikat ja kaikkein keskimmäisenä pronssinen liukulaakeri.
Keskirattaiden alta paljastuu samanlainen prikka-painelaakeri-prikka-yhdistelmä kuin päätylaipassakin oli. Seuraavassa kuvassa jo pöydälle kaivettuna: Klik
Kas näin, nyt tiedämme mitä sisältää Torsen. (Ihmetellessäni murikan toimintaperiaatetta, pyörittelin sitä eestaas ja tein seuraavanlaiset havainnot: Jos Torsenin kuori pyörii nopeammin kuin "etukardaani", alkavat sivurattaat pyöriä siten, että ne työntävät keskirattaita toisiaan vasten. Jos taasen kuori pyörii nopeammin kuin varsinainen kardaani, pyörivät sivurattaat niin päin, että keskirattaat työntyvät kohti kuoren päätyjä.
Mitä tästä opimme? Keskirattaiden välissä on liukulaakeri, kun taas keskirattaiden ja kuoren päätyjen välissä on rullalaakerit. Näinollen sellaisissa tilanteissa, jossa taka-akseli pyörii etuakselia hitaammin, generoivat torsenin rattaat äärimmäisen vähän kitkaa, koska ne pyörivät rullalaakereita vasten. Jos taas etuakseli pyörii taka-akselia hitaammin, kitkaa generoituu enemmän, koska keskirattaat hankaavat rattaiden välissä olevaa liukulaakeria.)
* edit. Sulkuihin merkitty lätinä vaikuttaisi olevan harhaoppisuutta. ks. viesti #14.
Tämä onkin tietysti fiksua, koska halutaan että auto kääntyy sievästi mutkissa ja parkkipaikoilla yms. normaaleissa ajotilanteissa, jossa suoraan ajoa lukuunottamatta taka-akseli pyörii hitaammin kuin etuakseli. Jos taasen pääsisi käymään niin, että taka-akselilta pito irtoaa ja se pyörii nopeammin kuin etuakseli, saadaan etuakselille siirrettyä enemmän momenttia jolloin auto ikäänkuin oikaisee itsensä.
Harrastajaa tällainen käytös aika-ajoin kismittää. Kaikki torsen-quattroa jääradalla ajaneet tietävät sen tilanteen, kun tiukasta mutkasta pitäisi päästä pois ja kaasun antaminen aiheuttaa välittömän puskun. Edellä mainitussa tilanteessa taka-akseli pyörii etuakselia hitaammin, torsenin keskirattaat rullailevat kuoren päätyjen rullalaakereita vasten, eikä voima oikein välity taakse.
Mitä tälle asialle voidaan siis tehdä? Lisätään kitkaa keskirattaiden ja kuoren päätyjen välille, jolloin saadaan enemmän momenttia siirrettyä taka-akselille. Ts. Otetaan rullalaakerit pois ja laitetaan tilalle jotain muuta.
Se "jotain muuta" on ylläolevassa muovipussissa olevat 2kpl DIN-standardin mukaisia AS-3047 painelaakerin aluslevyjä, joita saa ostaa mistä tahansa laakerikaupasta muutaman euron kappalehintaan. Kyseiset tuotteet ovat 1mm paksuja, kun painelaakerien paksuus torsenissa on 2mm. Prikkoja siis tarvitaan kaikenkaikkiaan 4kpl yhden torsenin modifioimiseksi. Painelaakerit poistetaan, tilalle prikat ja "kasaaminen tapahtuu päinvastaisessa järjestyksessä".
Torsenin omien ohjeiden mukaan ratas-prikka-laakeri-paketin välys pitäisi asettua lukemien 0.08mm-0.20mm. Kyseisestä Torsen-yksilöstä mittasin modifioinnin jälkeen juurikin 0.20mm.
Pultit tulee kiristää ennen mittausta, koska sillä on vaikutusta asiaan. Pultit ovat M10 10.9 lujuusluokan pultteja, joten oikea kiristysmomentti niille on 65Nm.
Sitten vaan murikka takaisin autoon ja pitkiä liukuja. Itse en valitettavasti ole vielä ehtinyt koeponnistaa, mutta toivottavasti se hetki koittaa lähipäivinä.
Comment