Диференціал – це пристрій, призначення і принцип роботи

Функції трансляції і розподілу крутного моменту присутні в багатьох механізмах. У спрощеному вигляді такі завдання реалізуються в звичайних автомобілях для забезпечення можливості обертання коліс на різних швидкостях. Цю роботу виконує диференціал – в автомобілі це конструкційна частина трансмісії, що дозволяє уникати пробуксовок і поліпшує динамічні характеристики.

Диференціал в системі трансмісійної

В транспортних засобах диференціал є функціональним компонентом ходової частини. В залежності від конфігурації колісних осей він може займати різні позиції, але принципово його зв’язка з базовими виконавчими органами провідної системи не змінюється. Для початку варто розглянути пристрій трансмісії, яке також входить коробка передач, зчеплення, блок відбору потужності і механізм роздачі. У загальному комплексі це набір вузлів і агрегатів, які забезпечують сполучення двигуна з колесами. До речі, трансмісія присутній і в стаціонарній техніки, де потрібна з’єднання інших обертових органів.

У загальному випадку механізм забезпечує передачу робочого вузла крутного моменту з тією чи іншою силою. Але що таке трансмісія автомобіля конкретно в зв’язці з диференціалом? Це технічна інфраструктура, в рамках якої забезпечується робота ведучої осі. Причому залежно від пристрою трансмісії диференціалів може бути кілька. Наприклад, в машинах з повнопривідною підключається системою диференціал присутній на кожній осі.

Призначення диференціала

Потреба в даному вузлі обумовлюється відмінностями в швидкостях роботи коліс. Звичайно, на прямій дорозі вони рухаються в однаковому режимі, але найменший поворот змушує одне з коліс проходити більшу відстань, ніж протилежне на тій же осі. В іншому випадку буде мати місце пробуксовка. Іншими словами, що таке диференціал в автомобілі на практиці? Це механізм, завдяки якому провідні колеса в принципі можуть обертатися з однаковими кутовими швидкостями в умовах безперервної трансляції крутного моменту від силового агрегату. Інша справа, що можуть бути різні схеми розміщення і взаємодії даного агрегату з іншими елементами ходової частини.

Може диференціал відсутня в трансмісії?

Сама присутність диференціала в конструкції автомобіля як засобу поділу та оптимізації максимальних навантажень на осі обертання є небажаним. Це компромісний варіант, який навіть з урахуванням корисної функції виправдовує себе далеко не завжди. У яких же випадках пристрій трансмісії обходиться без диференціала? Переважно така конфігурація можлива і на звичайних легкових машинах, але зважаючи швидкого зносу коліс це буде нераціональне рішення. З погляду експлуатаційної доцільності виключення диференціала виправдовується на гоночних автомобілях, у яких провідна вісь – задня. Зокрема, мова йде про спорткарах, які використовуються на спеціальних покриттях із зниженим коефіцієнтом зчеплення. Відсутній диференціал і на тягових машинах зразок електровозів, тепловозів, електропоїздів і т. д.

Дивіться також:  Тюнінг Mazda CX-5: ідеї та поради

Конструкційне пристрій диференціала

Принциповою особливістю диференціала є наявність планетарної передачі, за рахунок якої забезпечується функція обертально-розподільного дії в трансмісійному комплексі. Незалежно від формату випуску, пристрій буде ґрунтуватися на триланкової планетарної системи без керуючих додатків. Розподіл між рівнями розташування шестернею в передачі визначається зовнішніми командами від ручної КП або автоматичним регулятором – в залежності від типу трансмісії. При цьому конфігурації ланок можуть змінюватися. Наприклад, у найпростішому пристрої міжколісного диференціала типу передбачається наявність чотирьох конічних шестерень. Функцію водила (направляючого ланки) в даній системі виконує корпус диференціала. По відношенню до ведучого ланки дві інші шестерні будуть виступати сателітами.

Робота диференціала на прямій дорозі

Звичайні моделі диференціалів можуть перебувати в одному з трьох робочих режимів в залежності від поточного завдання трансмісії. Це може бути рух по прямій, маневр на слизькій дорозі або рух в повороті. У кожному випадку передбачається певна механіка спрацьовування диференціала з подачею крутного моменту через ведучий міст до коліс. Так, при русі по прямій обидва колеса стикаються з опором рівним покриття. У цьому режимі від корпусу подається тяга на сателіти, які оббігають напівосьові ланки і в рівних частках розподіляють зусилля на колесах.

Робота диференціала в повороті

При русі в повороті порушується симетрія розподілу крутного моменту, в якому виділяється внутрішнє і зовнішнє колесо, отримує велику кутову швидкість. Для забезпечення цієї різниці полуосевая внутрішня шестерня пригальмовується, змушуючи свої сателіти крутитися навколо осі, нарощуючи швидкість зовнішніх напівосьових шестерень. Хоча пристрій диференціала може мати кілька планетарних груп у складі, співвідношення сумарної частоти обертання всіх напівосьових елементів з кількістю обертів веденої шестерні завжди буде однаковим. Також і початковий крутний момент, який подається на зовнішню і внутрішню сегменти розподілу частоти, буде однаковий щодо двох коліс незалежно від кутових швидкостей.

Дивіться також:  Що краще - "Кіа-Спортейдж" або "Хюндай IX35": порівняння автомобілів, комплектації, характеристики

Робота диференціала на слизькій дорозі

У попередньому випадку мова йшла про рух по дорозі з оптимальною зв’язкою, а втручання функції диференціала було викликано різницею у відстанях, які повинні були пройти в повороті провідні колеса. У цій ситуації ті ж колеса будуть виконувати різний обсяг роботи, але з іншої причини. На слизькій дорозі одне з коліс буксує, змушуючи і трансмісію робити відповідну поправку. Відразу треба підкреслити, що у випадках з двома колесами на слизькому покритті функція диференціала принципового і вирішального значення не має. Отже, буксуюче колесо повинно працювати зі збільшеною швидкістю, проте крутний момент буде невеликий через недостатнє зчеплення. Більш виграшно на слизькій дорозі діє диференціал переднього моста, хоча і в його застосуванні є свої ризики. Справа в тому, що контроль коліс в даній конфігурації більш стабільний, але є вірогідність некерованого догляду більший радіус, після чого збільшиться і ризик зносу машини. Тобто багато в диференціалів функції буде залежати від інших факторів – траєкторії руху і умов на дорозі крім снігу і полою.

Блокування вільного диференціала

Сама по собі функція блокування призначена для більш ефективної регуляції співвідношення між крутним моментом і зв’язкою коліс з покриттям. В конструкції з наявністю вільного диференціала це завдання здійснюється наступним чином: при природній пробуксовці одного колеса на друге транслюється обертання, недостатня для руху. Принцип роботи блокування диференціала в такій ситуації буде полягати у виконанні двох операцій:

  • Пару корпусу диференціала з піввіссю, яку необхідно стримувати.
  • Обмеження обертання сателітів.

Це найбільш поширена часткова блокування, при якій забезпечується ефект регулювання розподілу крутного моменту. Але буває і повне блокування, передбачає жорстке зчеплення сегментів диференціала для максимальної (вільної) передачі обертання на колесо з найкращим зчепленням.

Диференціал з примусовим блокуванням

В таких конфігураціях функція блокування зазвичай виконується за рахунок кулачковою муфти, яка забезпечує жорстке зчеплення з колесами допомогою приводного механізму. Системи приводів бувають різними – від класичної гідравліки або механіки до більш інноваційних електричних і пневматичних пристроїв. Наприклад, що таке механічна примусове блокування в диференціалі автомобіля? Це функція, яка активується водієм допомогою важеля і задіє групу механізмів, серед яких троси та силові вузли. Що стосується гідравлічних приводів, то в них зусилля передається по групі циліндрів – в принципі, працює та ж механіка. Істотні відмінності в робочих схемах мають сучасні пневмоциліндри та електричні привідні пристрої, в яких ініціація блокування реалізується шляхом натискання кнопки на приладовій панелі. Далі від поданої команди відбувається замикання призначених муфт в тій чи іншій схемі – в залежності від типу блокування.

Дивіться також:  Тюнінг решітки радіатора на "Кіа-Спортейдж-3"

Диференціал

Подібні пристрої також називають диференціалами високого тертя. Вони формують проміжну групу виконавчих механізмів, займаючи місце між вільними і примусовими засобами блокування півосей. Причому самоблокуються системи можуть виконувати як вільну, так і повну блокування залежно від поточних вимог. Фактором регуляції розподілу крутного моменту може виступати і кутова швидкість, і різниця в силі обертання провідних коліс. За конструкційним пристрою найбільш поширеними вважаються механізми з пакетами фрикційних дисків. Наприклад, блокування диференціала заднього моста у позашляховиків забезпечується фрикційними блоками з пружинами. Перспективні розробки в цьому напрямку пов’язані з концепцією героторного диференціала. В її основу входить поршень з насосом, який при фіксації різниці кутових швидкостей нагнітає технічну рідину (спеціальні склади з присадками) і здавлює фрикційну групу для забезпечення блокування.

Висновок

Автомобілі нового покоління стають все більш функціональними, ергономічними і надійними, що значною мірою досягається завдяки електроніці. У той же час зберігаються робочі частини, агрегати і механізми, де застосування «розумної» техніки поки не настільки ефективно в порівнянні з конструкційним поліпшенням. Так і пристрій диференціала все ще залежить від фізичної реалізації систем контролю тяги і зчеплення ведучих коліс за допомогою планетарної передачі з її ланками. Але і в цій ніші є технологічні просування. Про це говорить і все більш щільна зв’язка з системами безпеки зразок блокувальників ABS, електронне управління базовими режимами роботи диференціала.