Будь-який сучасний автомобіль включає в себе безліч корисних і необхідних вузлів та агрегатів, які забезпечують працездатність транспортного засобу. Багато з них відповідають за передачу крутного моменту від силового агрегату до коліс, при цьому чимала роль відводиться диференціалу. Це той вузол, без якого шини були б при кожному входженні в поворот. А щоб цього не сталося потрібно, щоб колеса оберталися з різною кутовою швидкістю. Ось про це якраз і поговоримо в цій статті.
Що це за звір такий?
Що ж це за механізм такий – диференціал? З його допомогою передається крутний момент від коробки перемикання передач (КПП), і при цьому вся потужність ділиться між ведучими колесами порівну. Але бувають моменти, коли ця рівновага порушується, про що трохи пізніше. Головне завдання диференціала полягає в тому, щоб дозволити провідним колесам обертатися з різною кутовою швидкістю.
Якщо в трансмісії транспортного засобу лише одна провідна вісь, то даний механізм ставиться між приводами коліс і зветься межколесным редуктором. У разі ж повнопривідних автомобілів агрегат розташовується між провідними осями і іменується міжосьовим диференціалом.
Місцерозташування механізму
Що стосується того, де може розташовуватися диференціал, то це зазвичай такі місця:
- У задньопривідних автомобілів – це картер моста, де диференціал з’єднаний з шестірнею головної передачі.
- У транспортних засобів з переднім приводом механізм також з’єднаний з головною передачею і знаходиться в корпусі КПП.
- У повнопривідного транспорту диференціал знаходиться за його обом сторонам: і ззаду, і спереду.
Ті повнопривідні автомобілі, у яких передбачено відключення приводу, як правило, оснащуються роздавальної коробкою. З метою оптимального розподілу крутного моменту на всі колеса, передбачений ще один третій диференціал. Він ставиться в роздатці між осями.
Перша необхідність
Тепер вже трохи зрозуміло, що таке диференціал – це свого роду різновид планетарної передачі. Але в чому полягає його необхідність? Даним агрегатом автомобілі оснащуються не просто так, для цього є вагомий привід. І щоб у цьому розібратися, необхідно знати деяку особливість.
При входженні автомобіля в поворот, в особливості затяжний (рух по колу), його колеса проходять різний шлях. Але оскільки відсутність диференціала вони пов’язані між собою жорстко, то одне з коліс буде неминуче прослизати, не встигаючи за іншим. Варто зауважити, що зовнішнє колесо проходить більш довгий шлях, ніж внутрішнє. У зв’язку з цим воно і повинно обертатися швидше, що дозволить зберегти стабільність транспортного засобу на дорозі.
В чому може бути проблема? Ось тут ми і підходимо до суті і розуміння, що таке диференціал. Це механізм, який дозволяє уникнути багатьох нюансів. З-за того, що внутрішнє колесо пробуксовує, є свої небажані наслідки. Для автомобілів з заднім приводом це може призвести до заносу, а передньопривідне транспортний засіб ризикує втратити контроль управління при вході в поворот.
Вирішити проблему можна, забезпечивши різне обертання коліс. Власне, для цього і було створено таке нехитре шестеренчатое пристрій, як диференціал.
Пристрій диференціала
Автомобільного диференціалу скоро виповниться двісті років. У його конструкції, незважаючи на деякі вдосконалення, все ж збереглися ключові особливості. Що представляє собою повний диференціал? По суті, це та ж сама планетарна передача, що складається з набору різноманітних шестірнею.
Крутний момент від силового агрегату автомобіля передається за допомогою карданного валу на конічну зубчасту передачу, що складається з двох шестерень: провідної (закріплена на кардане) і веденої. Інакше це зветься головною передачею. Ведений елемент закріплений на корпусі, через який передає обертання шестерням-сателітам, які знаходяться в зачепленні з сонячними шестернями. Вони в свою чергу жорстко закріплені в півосях провідних коліс.
Принцип роботи диференціала
Поки транспортний засіб рухається прямо, сателіти знаходяться в нерухомому стані. При цьому ведуча шестерня обертається з тією ж швидкістю що і сонячні елементи. В результаті цього крутний момент розподіляється на всі колеса порівну, і вони мають однакову кутову швидкість.
Але варто автомобілю почати поворот, як все змінюється, передній диференціал (або задній) при цьому включається в роботу автономно. Сателіти починають обертатися, завдяки яким сонячним шестерням повідомляється різна кутова швидкість. Отже, і колеса обертаються по-різному.
При цьому на внутрішнє колесо, яке рухається по малому радіусу, діє більший опір, що призводить до зниження швидкості його обертання. Інше колесо, що розташована із зовнішнього боку, навпаки відчуває менший опір, за рахунок чого його швидкість обертання збільшується. Завдяки цьому автомобіль здійснює повороти плавно, уникаючи пробуксовок.
Уповільнення обертання колеса з внутрішньої сторони теж забезпечується сателітами, і завдяки особливій конструкції редуктора підвищується кутова швидкість зовнішнього колеса. При цьому головна передача працює весь час.
Істотний недолік
При всіх існуючих достоїнства, якими володіє повний диференціал, у нього є один суттєвий недолік, зумовлений особливістю його конструкції. Хоча, з одного боку, це можна розцінювати як плюс: передавати весь крутний момент від двигуна на одне колесо. Але в основному це йде в мінус, адже менш завантажене колесо отримує всю потужність, і автомобіль не рухається.
Таке зустрічається у тих випадках, коли у одного з коліс при певних умовах зчеплення з поверхнею дороги недостатнє. У цьому випадку вся потужність починає переходити саме на нього. В результаті цього автомобіль зупиняється, причому іноді навіть різко, в залежності від початкової швидкості. Яскравий тому приклад, наїзд колесом на калюжу або ділянку з льодом.
Боротися з цим недоліком можна за допомогою блокування диференціала моста, що може бути здійснено в автоматичному або ручному режимі. Також з цією метою деякі сучасні автомобілі оснащуються системою курсової стійкості.
Різновиди диференціала
Як вище було зазначено, ключова особливість у всіх механізмів одна і та ж, але в той же час є ряд відмінностей. Так, існують черв’ячні, конічні і циліндричні диференціали. Причому, якщо колеса розташовуються на одній осі, то редуктор містить конічні шестерні. У міжосьового диференціала вони циліндричної форми. Черв’ячні моделі є універсальними.
Але, крім цього, можуть бути й інші варіанти диференціала:
- Механізми з повним блокуванням.
- Віскомуфта.
- Торсен.
- Квайф.
Як можна помітити, що кожен з перерахованих типів має на увазі блокування диференціала, яка, як вище було зазначено, буває ручною або автоматичною. При цьому перший тип включається водієм допомогою кнопки або перемикачі, тоді як автоматика задіюється сама при необхідності.
Як правило, ручний блокуванням оснащується більшість позашляховиків і включається водієм. Приміром, диференціал на УАЗ, як раз, такий випадок. Автоматична система управляється електронним блоком управління, який за допомогою датчиків аналізує стан дорожнього полотна.
Повне блокування
Примусове блокування редуктора актуальна для позашляховиків і вантажних автомобілів, що дозволяє краще долати бездоріжжя. Зазвичай для її включення служить спеціальна клавіша в салоні транспортного засобу. Яскравий тому приклад – це встановлений диференціал на “Ниві” (ВАЗ-2121).
По суті, це ручний вид блокування і її рекомендується включати лише при русі по бездоріжжю для подолання складних перешкод. А при виїзді на звичайну дорогу її слід відключати. В іншому випадку це загрожує не тільки погіршенням керованості автомобіля на твердому покритті, але і зносом шин.
Особливості вязкостной муфти
Являє собою багатодисковий механізм, де передає момент збільшується в зв’язку з підвищенням різниці в швидкості обертання двох валів: ведучого і веденого. Зазвичай така схема актуальна для транспортних засобів з постійним повним приводом.
В основу роботи віскомуфти для блокування диференціала на ВАЗ (або іншого автомобіля) належить особливе властивість силіконової рідини. Якщо, приміром, у олії при підвищенні температури в’язкість знижується, то тут все навпаки – цей параметр теж збільшується. Сам механізм виглядає як циліндр, де розташовується набір перфорованих дисків, які з’єднані з обома валами. Також корпус заповнений цією рідиною. На вхідний вал діє крутний момент від двигуна через ведучий міст, а вихідний відповідає за обертання коліс.
При нормальному русі транспортного засобу обидва вала обертаються з однаковою швидкістю. Але варто тільки одному з коліс почати буксувати, вхідний вал основного головного мосту обертається швидше вихідного. Внаслідок тертя об диски рідина нагрівається, що в підсумку сприяє передачі більшої потужності на вихідний вал.
Але, як і звичайний диференціал, віскомуфта теж має недоліком. Для спрацьовування механізму потрібно певну кількість часу. До того ж, оптимальні параметри дуже складно підібрати. З цієї причини більшість виробників вважають за краще не мати справу з подібним механізмом.
Диференціал “Торсен”
Можна сказати, що даний диференціал – це злиття двох англійських слів: torque sensing. Перше перекладається як крутний момент, а друге означає чутливий до крутному моменту. У корпусі сателіти розташовуються в площині, перпендикулярної до його осі. Між собою їх об’єднує прямозубое зачеплення, в той час як з полуосевыми шестернями вони з’єднані за допомогою черв’ячної передачі.
При входженні в поворот полуосевая шестерня, яка пов’язана з відстаючим колесом, приводить в обертання сателіт, а він вже передає обертання на інший сателіт шестерню півосі. Завдяки такій жорсткій кінематичного зв’язку колеса автомобіля обертаються з різною кутовою швидкістю.
При необхідності здійснюється блокування механізму. Робиться це за рахунок сили тертя, яка виникає в черв’ячної передачі з-за різниці моментів на колесах. На жаль, і в цій конструкції є недоліки. Механізм досить складний у виробництві та ремонті.
Диференціал механізм Quaife
Відмінною особливістю цього диференціала є те, що сателіти розташовуються у паралельній площині до осі обертання корпусу і, до того ж, в два ряди. Кріпляться вони не на осях, а в закритих отворах корпусу, які є по обидва його боки.
При цьому правий ряд, де міститься 3-5 сателітів, сцеплен з правого шестірнею півосі, а лівий ряд з’єднаний, відповідно, з лівої піввіссю. Крім цього, ці елементи від обох рядів з’єднані один з одним через один.
Коли у одного з коліс знижується швидкість обертання, поєднана з нею піввісь і, відповідно, шестерня обертається повільніше, ніж корпус заднього диференціала, який приводить в обертання з’єднаний з ним сателіт. Він у свою чергу передає естафету іншому такому ж елементу, а вже той на пов’язану з ним шестерню півосі. В результаті чого забезпечується різна кутова швидкість обох коліс на поворотах.
За рахунок різниці крутного моменту на різних колесах виникає сила тертя, яка призводить до блокування диференціал. Як підсумок – тяга автомобіля підвищується. Подібні механізми отримали широке поширення серед любителів тюнінга.
