Автомобили: назначение, устройство и работа дифференциала

 

Устройство дифференциала.

 

Устроен этот механизм просто. Он состоит из двух шестерней (сателлитов), оси сателлитов и корпуса. К шестерне ведущих колёс крепится корпус и вращается вместе с ней. Шестерни полуосей вращают колёса, а сателлиты входят с ними в зацепление.

 

Работа дифференциала.

 

В этом механизме сателлиты передают меньший крутящий момент на ту полуось, которая оказывает большее сопротивление вращению. Получается что, то колесо, которое дифференциалу труднее  раскрутить, будет вращаться медленнее.

 

В тот момент, когда автомобиль движется прямо, нагрузка на колёса одинаковая, и сателлиты не совершают вращения вокруг оси. Когда автомобиль совершает поворот, внешнее колесо несёт меньшую нагрузку, а внутреннее - большую нагрузку. Тогда сателлиты начинают вращение вокруг оси, и подкручивают внешнее колесо, которое несёт меньшую нагрузку, и оно начинает вращаться с большей скоростью. 

 

Эта функция дифференциала не всегда на пользу. Предположим, что одно колесо попало на обледенелую поверхность, а у второго колеса нормальное сцепление с дорогой. Дифференциал начинает вращать то колесо, которое находится на обледенелой поверхности и не работает со вторым колесом. Возникает пробуксовка.

 

Блокировки дифференциала.

 

Для того чтобы этого избежать, используются блокировки дифференциала. Существуют различные блокировки, как механические, так и электронные.

• Для начала рассмотрим дифференциал с полной блокировкой.

Как правило, такие дифференциалы предназначены для внедорожников. Их отличительная черта состоит в том, что у них валы полуосей накрепко соединены друг с другом, поэтому вращаются одинаково. Для того чтобы удачно пройти сложный участок, водитель сначала вручную включает блокировку, а затем выключает для того, чтобы уменьшить нагрузку на трансмиссию. Когда автомобиль движется по обыкновенной дороге, в блокировке нет необходимости.

• Теперь рассмотрим дифференциал с частичной блокировкой.

Эту блокировку называют само-блокирующаяся, потому что её включение происходит автоматически. Усилие, производимое блокировкой, может быть разным. Оно зависит от крутящего момента и от того, какая разница между скоростью, с которой вращаются колёса.

 

Разновидности дифференциалов.

 

Существует 4 вида дифференциалов:

• винтовые;

• дисковые;

• электронно-управляемые;

• вязкостные.

Вязкостные.

 

Вискомуфта (вязкостная муфта) является  герметичным корпусом, с двумя пакетами фрикционов, а сам корпус наполнен силиконовой жидкостью, чья вязкость меняется от того, какая у неё температура. Один из пакетов соединен с одной полуосью, а второй с корпусом дифференциала.

 

Когда автомобиль совершает обыкновенное движение, разница скорости вращения полуосей может сводиться к минимуму или вообще отсутствовать, поэтому вискомуфта в этот момент не работает. В момент возникновения буксовки автомобиля, скорость вращения одного колеса увеличивается, увеличивается и скорость вращения полуоси. В этот момент жидкость нагревается, и поэтому её вязкость увеличивается. Тогда происходит «слипание» пакетов, что ведёт к выравниванию скорости валов. Когда жидкость остывает, её вязкость уменьшается и валы начинают самостоятельное вращение. В связи с тем, что этот процесс достаточно длительный,  вискомуфта подходит при движении по обыкновенной дороге и не предназначена для бездорожья.

 

Дисковые.

 

Дисковые дифференциалы представляют собой обычные, но с дополнительными одним или двумя пакетами фрикционов, а также распорной пружиной, которая сжимает пакеты. В пакете диски разделены на две части, одна из которых закреплена на корпусе дифференциала, а вторая на полуоси. При вращении колес с одинаковой скоростью, диски вращаются идентично, до момента возникновения разницы в скорости вращения колёс. Тогда между дисками возникает трение, которое приводит к тому, что скорости вращения у колёс становятся одинаковыми. Недостатки этого вида  дифференциала – быстро приходят в негодность, ухудшают управление, больше требуется топлива, шины изнашиваются быстрей, необходимо использовать специальное трансмиссионное масло.

 

Существует другой вариант дискового дифференциала – героторный. Разница в том, что сжатие пакетов происходит с помощью поршня, который приводится в действие масляным насосом, производительность которого напрямую зависит от того, какая разница в скорости вращения полуосей. Если скорость большая, то и сжатие большое, значит и блокировка усиливается.

 

Червячные дифференциалы.

 

Их назначение - блокировка червячных передач. Наиболее часто используются  дифференциалы Торсен и Квайф.

• Торсен

В червячной передаче есть два звена - червячное колесо  (шестерня полуоси - ведомое звено) и червяк (сателлит - ведущее звено). Колесо с затруднением вращает червяк, а червяк вращает колесо без затруднений. Когда возникает определенный угол витка червяка, возникает ситуация, при которой колесо не может больше вращать червяк, и самоторможение неизбежно. Регулировка степени блокировки  дифференциала Торсен заключается в подборе этого угла, а также блокировка зависит и от крутящего момента.

 

Дифференциала Торсен делится на три типа.

Межколёсный  - Т1 и Т2.

Межосевой дифференциал – Т3.

• Квайф

В дифференциале Квайф сателлиты  находятся в  гнездах корпуса, а не на оси. Когда возникает разница в скорости, с которой вращаются полуоси, тогда у сателлитов происходит блокировка, и они прижимаются к корпусу, сдвигаясь в гнёздах. Регулировка блокировки происходит за счет сателлитов,  у которых разный угол наклона витков.

 

Червячные дифференциалы надёжны и в меньшей степени подвержены пробуксовке, но их существенный минус в том, что они не могут противостоять диагональному вывешиванию.

 

Электронно-управляемый.

 

Этот вид похож на обыкновенный дисковый, однако фрикционы сжимаются при помощи гидро- или электропривода, и осуществляется этот процесс  блоком управления. Поэтому регулировка блокировки зависит от того, какая программа у блока.

 

Активный дифференциал.

 

На сегодняшний день в Японии изобретён активный дифференциал. Его особенность заключается в том, что он осуществляет вращение осей с разными скоростями. Во время поворота он добавляет крутящий момент на наружное колесо, что увеличивает скорость его вращения, и тем самым предотвращает буксование.

 

Каково устройство этого дифференциала?

 

Как правило, он обладатель двух передач – понижающей передачи и повышающей, которые включаются от мокрого сцепления блока управления. От степени сжатия сцепления зависит величина крутящего момента. Это даёт возможность использовать активный дифференциал в любых условиях, возникших на дороге. Однако его стоимость велика, а потому в основном он устанавливается только на спортивных машинах.

 

За последние годы получили распространение интересные электронные системы. Когда автомобиль начинает буксовать, тогда простая тормозная система начинает останавливать то колесо, которое буксует, и таким образом возникает имитация блокировки дифференциала. Назначение таких систем - автомобили, которые передвигаются в условиях города.

 

Рассмотрим недостатки и преимущества.

• Если на автомобиле установлен само-блокирующийся дифференциал, то это повышает тягу, поступающую на колеса, что, в свою очередь, повышает динамику разгона и его проходимость в плохих дорожных условиях. Подобные дифференциалы, как правило, устанавливаются на спортивные машины, и предназначены для тюнинга, где необходима большая мощность автомобиля и хорошее движение при повороте на скользком дорожном покрытии.

• Такие дифференциалы не подходят для простых автомобилей, поскольку, когда они установлены, управление автомобилем становится хуже. Когда автомобиль разгоняется на скользком дорожном покрытии, им сложнее управлять и двигаться по прямой линии. Когда блокировка отсутствует, автомобиль начинает скользить и снижать ускорение. Когда начинает работать блокировка, колёса, которые не буксуют, дают движение автомобилю и уводят его с прямой линии.

• Те блокировки, которые находятся на передней оси, увеличивают  маленькую  поворачиваемость, а те, что находятся на задней оси, увеличивают поворачиваемость.

• Дифференциалы повышенного трения - это другое их название, что само по себе говорит об увеличении расхода топлива, уменьшении времени, в течение которого пригодны трансмиссия и шины автомобиля.