Дифференциал – это конструкция, которая разделяет и передаёт мощность двигателя на колёса, после чего они могут при необходимости вращаться с разной угловой скоростью.
Назначение
В то время, когда авто едет по прямой траектории, скорость вращения ведущих колёс будет равной. А теперь представьте, что вы пытаетесь развернуть 2-тонный автомобиль, который движется со скоростью 100 км/ч. Внешнее колесо проходит большее расстояние, чем внутреннее. В этот момент на конструкцию авто действует огромная сила. Колёса не просто будут прыгать по дороге. Вам будет казаться, что вы взлетаете. Повернуть будет крайне сложно и небезопасно, так как вы практически не сможете повлиять на управление автомобилем.
Именно поэтому и был изобретён дифференциал. Этот способ подключения колёс, находящихся на одной оси, к выходной мощности двигателя, позволяет каждому колесу двигаться с разной скоростью и плавно, без проблем и пробуксовок, проходить повороты.
Итак, подведём итог. Основной функционал дифференциала предоставляет возможность снизить передачу, сообщить ведущим колёсам вращательный момент и позволить им производить вращение с различными угловыми скоростями. Именно благодаря этой функции механическому устройству дали его название.
Дифференциал: месторасположение в авто
В различных моделях разных производителей конструкция размещается в разных местах:
- на двуосных авто, у которых ведущей является одна ось (4х2), устройство устанавливается на ведущей оси;
- на автомобилях, имеющих сдвоенную ось, дифференциалы размещаются на каждой оси;
- на вездеходах, где полный привод можно отключить, дифференциал тоже присутствует на каждой оси;
- полноприводные машины (4х4) оснащают тремя дифференциалами – межколёсными (установленными на каждую ось) и ещё одним межосевым, который распределяет вращение между осями;
- на автомобилях 6х6 , 8х8 также дополнительно устанавливают межтележечную конструкцию.
Дифференциалы классических авто
На классике конструкция функционирует при помощи механической системы, в которую входят несколько шестерён, производящих вращение вокруг центральной оси. Данную систему передачи еще называют планетарной.
Передача вращения происходит с конической зубчатой передачи кардана на механический редуктор, а затем на полуоси посредством независимых шестерён. Причём вращение каждой полуоси осуществляется с различной скоростью, а постоянной в данном случае остаётся только их сумма.
Буксующее колесо: несовершенство конструкции
В ситуации, когда одно из колёс стоит на льду, а второе находится на твёрдом участке, из-за силы трения вращаться будет только колесо, находящееся на льду. Хотя было бы разумнее и рациональнее сообщить вращение на второе колесо.
Подобная буксовка снижает способность авто преодолевать препятствия и затрудняет управление.
Как решить проблему с буксовкой: подходы
Ручная блокировка. Возможно произвести блокировку шестерён по команде из салона авто – тогда вращение колёс станет синхронным.
Данный вид блокировки характерен для таких транспортных средств, как внедорожники и вездеходы. Как правило, к нему прибегают на сложном, мокром грунте, а на твёрдом отключают. Однако этого нельзя делать в процессе движения.
Кроме того, следует помнить, что двигатель создаёт настолько сильный вращательный момент, что может случится поломка. Другими словами, на блокировке допускается передвигаться исключительно на сложных участках и на минимально возможной скорости. К тому же это оказывает негативное воздействие на управляемость авто.
Электроуправление. Некоторые модели внедорожников оснащены специальными антипробуксовочными системами. Когда одно колесо буксует, его подтормаживает рабочий тормоз.
Схожую тактику использовали в 90-х годах в повороте гонщики команды «Макларен» на этапах «Формулы-1». Система была быстро запрещена, а вместо неё адаптировали другую. Речь идёт о фрикционном дифференциале, когда дополнительное управление фрикционом осуществляет компьютерная система. В 2002-м году техрегламент «Формулы-1» ужесточили. С тех пор в гонках допускают только использование простейших устройств.
Плюсы такого управления заключаются в неизменности мощности движка на прямом участке. Когда же авто поворачивает, тяга повышается, позволяя отрегулировать степень блокировки под гонщика. Минус этой системы в инерции как исполнительных механизмов, так и датчиков. То есть конструкция не способна быстро подстраиваться к смене дорожных условий.
Вязкостная муфта. По сути, это облегчённая версия фрикционной системы. Принцип работы следующий: резервуар с вязкой жидкостью располагается на одной из полуосей. В жидкости находится пакет дисков, который соединён полуосью, и пакет дисков, соединённый с ротором. Когда разница скоростей колёс возрастает, скорости дисков тоже возрастают, увеличивая, таким образом, вязкое сопротивление.
У этой конструкции есть два ощутимых преимущества: простота и бюджетность. Минусом является инерционность вязкостной муфты: на полном бездорожье система не работает. Вязкостная муфта не даёт автомобилю хороших ходовых характеристик, поэтому её применяют исключительно на внедорожниках, где во главу угла ставится комфорт, а не улучшенная проходимость. Конструкция слишком массивна и не может заменить собой осевую систему.
Фрикционный самоблок. Данная система похожа на предыдущую. Когда авто движется по прямой, полуоси и ротор вращаются синхронно. Между тем, когда машина поворачивает, угловые скорости становятся разными.
Фрикцион стоит между ротором и полуосью. При движении авто по прямому участку трассы скорости вращения полуоси и ротора одинаковы, а трение отсутствует. Когда разность скоростей полуосей увеличивается, возрастает и сила трения.
Этот вид дифференциала считается самым эффективным, но ему требуется регулярный сервис, поэтому механизм устанавливают на авто с тюнингом, спорткары и не ставят на серийные модели.
Зубчатый самоблок. Данный вид конструкции работает таким образом: полуоси соединяются зубчатой парой, и, когда одно колесо буксует, конструкция резко блокируется. Такая система используется исключительно в спецтехнике вооружённых сил, где предпочтение отдаётся надёжности, жизнеспособности и значительному тяговому усилию в ущерб управляемости.
Гидророторный самоблок. Самоблокирующуюся систему создали, чтобы увеличить жизнеспособность и улучшить производительность фрикционного устройства. Когда угловые скорости различны, жидкость засасывается в цилиндр, поршень сжимает фрикционный пакет, и устройство блокируется.
DPS. В том случае, когда работы одной оси недостаточно, двухосная система в авторежиме подключает вторую. Конструкцию используют в автомобилях марки Honda с полным приводом. Её преимуществом является экономия топлива на качественной дороге, которая происходит автоматически. К минусам относят лимиты проходимости и буксировки, а также сложность самой конструкции.
Гипоидный самоблок. Данную систему подразделяют на три разновидности. При этом все три основываются на способности передачи заклиниваться при определённом соотношении вращательных моментов. Такие системы передают основную часть вращательного момента (до 80 %) буксующему колесу.
На этой же особенности базируются две другие разновидности системы: планетарная и Quaife.
Конструкции используются в гоночных авто и внедорожниках. К минусам относят значительную потерю мощности в сравнении с обычной системой и сложность.
Дифференциал Torsen. Название является торговой маркой корпорации JTEKT. Данный вид систем создан в США в 1958 году, имеет множество запатентованных компонентов и относится к самым уникальным и оригинальным методам обеспечения дифференциального действия при преодолении проблемы разницы тягового усилия. Конструкция имеет те же плюсы, что и вязкостная муфта, но лишена её минусов.
Основу системы составляют шестерни, вращающиеся на разных осях. Боковые шестерни имеют соединения посредством шлицев, которые оснащены специальными чашками. В комплектах соединение осуществляется ведомыми шестернями. Смена давления между ними происходит, когда меняется сцепление на колесе. Это провоцирует контрвращение элементной пары и сдвиг вращательного момента на другую сторону. Датчики вращения функционируют в самых сложных ситуациях. Например, при прохождении выбоин, колеи или поворотов, когда скорость вращения колёс различна, им в любом случае передаётся основанный на сцеплении вращательный момент.
