Какво е диференциал и как работи
При завой всички колела на автомобила се движат по траекторията си. Освен това задните се въртят по-бавно от предните, а външните се въртят по-бързо от вътрешните. Но как е възможно това, ако задвижващите колела са свързани едно с друго?
Какво е диференциал? - Това е част от трансмисията, чиято работа се състои в разпределяне на въртящия момент строго поравно между задвижващите колела на една ос (при положение, че автомобилът се движи по права линия, както и при еднакъв диаметър на колелата, сцепление с пътя и налягане на гумите), а междуосевият диференциал - в разпределяне на въртящия момент между задвижващите оси - еднакво или в оптимална пропорция (асиметричен диференциал).
Свободен диференциал (прост тип)
Вътрешното разположение на диференциалите е различно, като най-често срещаният е отворен или с други думи свободен диференциал. Това чисто механично устройство е просто (обикновено има само четири конусни зъбни колела), компактно и напълно отговаря на името си: тоест разделя въртящия момент във фиксирано съотношение (обикновено 50:50) и не пречи на въртенето на изходящите валове при различни скорости. Но тук се крие опасността: ако едно от колелата удари хлъзгава повърхност и спре, тогава второто колело ще остане без сцепление и самата кола няма да може да помръдне. Позната снимка?
Блокируемите диференциали са спестени от този недостатък. За разлика от свободните, те вече се опитват с известно усилие да забавят вала, който е напред по скорост, увеличавайки въртящия момент върху изоставащия. И въпреки че звучи малко сложно, всъщност принципът на работа на такива устройства е прост: въртенето на валовете един спрямо друг се предотвратява отсилата на триене, възникваща между тях, и колкото по-голяма е тя, толкова повече въртящият момент се измества към изоставащия вал.
Твърд блокаж на диференциала
Екстремен случай е диференциал с твърдо заключване, който по команда на водача може да свърже плътно изходящите валове един към друг, като напълно елиминира приплъзването на отделните колела по пътя. В „свободно“ състояние, когато заключването е деактивирано, то не се различава от отворен диференциал, тоест осигурява същата независимост на въртене на вала.
Такива модели са доста широко разпространени: възможността за прехвърляне на всички 100% от въртящия момент на двигателя към един вал е много търсена сред превозните средства с висока проходимост, където диференциалите с твърдо заключване се намират както между колелата, така и между осите.
В същото време тези диференциали не са предопределени да надхвърлят определените граници, тъй като на асфалта ключалката трябва да се изключва всеки път, в противен случай трансмисията ще изпита прекомерни натоварвания в ъглите. Това означава, че автомобилът остава невъоръжен срещу приплъзване на колелата на неочаквани хлъзгави участъци от пътя.
Прочетете също
Диференциал с дисков блокаж
Разбира се, това не е подходящо за мощни леки автомобили, които могат да въртят колелата дори на асфалт - за тях има различни самоблокиращи се диференциали.
Например дискови заключващи механизми, често използвани в моторните спортове и при форсирани версии на пътни автомобили. Те са разположени почти по същия начин като свободните диференциали, но валовете в тях са свързани помежду си с помощта на пружинни съединители. Тоест, в случай на приплъзване, дисковата ключалка може да добави към изоставащия вал само толкова нютонометри, колкото фрикционните съединители могат да издържат доначалото на приплъзването. По правило това е доста малко - само няколко десетки Nm, което ще компенсира само лек спад на въртящия момент, например, когато колело удари прашен или мокър асфалт.
И какво пречи да се увеличи силата на триене на триене? Проблемът е, че при постоянно предварително натоварване тези съединители предотвратяват свободното въртене на колелата в завой, което води до ускорено износване на гумите, самия диференциал и нееднозначно влияе върху управлението.
Вискозен диференциал
Тези недостатъци са лишени от диференциали, блокирани от вискозен съединител. В този случай преразпределението на въртящия момент се случва не в резултат на триене при триене, а поради свойствата на специална течност на основата на силикон, която „знае как“ да се втвърди при нагряване. Той държи два комплекта плочи, всеки от които е свързан към собствения си диференциален изходен вал. И докато колата се движи без подхлъзване и съответно разликата в скоростта на въртене на валовете е малка, съединителят не се проявява по никакъв начин, но веднага щом един вал започне значително да изпреварва другия, плочите бият течността, нейното налягане и температура се повишават, вискозитетът се повишава - и вискозното съединение забавя вала. В този случай съпротивлението може да бъде толкова голямо, че блокировката става почти твърда - 100% от въртящия момент може да се предаде на всеки вал!
Защо тогава виско съединителят не се среща често при SUV? Има две причини за това: първата е склонността към прегряване при продължително приплъзване, втората е забавянето на реакцията, тъй като е необходимо време за загряване на течността. Последното също е тревожно за производителите на мощни леки автомобили: бавността не е от полза за управлението. Но има и такива, които все пак успяватпостигат отлични характеристики на шофиране: това е Subaru Impreza и Nissan 370Z, Nissan Cefiro и Lexus IS със задвижване на четирите колела.
винтова ключалка
Много по-напреднали са диференциалите с винтово заключване, по-специално Torsen и Quaife. За разлика от всички предишни, създадени на принципа "отворен диференциал с конусни предавки + заключване", тези модели са подредени по съвсем различен начин. Характеристика на сложните червячни предавки: когато въртящият момент падне върху един от валовете, зъбните колела започват да се заклинват и моментът веднага се прехвърля към друга ос. Тоест диференциалът дори не чака да започне приплъзването на колелата - той реагира на влошаване на сцеплението! В същото време, колкото по-силно водачът натиска газта, толкова по-твърда е връзката между валовете: в ограничението една ос може да осигури до 80% от въртящия момент. Оказва се, че диференциалът се "затяга" когато е необходимо - в момента на ускорение, и при изпускане на газ не пречи на самостоятелното въртене на валовете.
Степента на заключване на диференциала Torsen се определя от ъгъла на зъбите на червячната предавка. Въпреки това, колкото по-здраво е ключалката, толкова по-рязко работи и следователно на практика Torsen осигурява само четирикратна разлика във въртящия момент между валовете.
Такова логично поведение и светкавична производителност са полезни в напълно различни области: тези диференциали могат да бъдат намерени на високоскоростни автомобили Audi с Quattro задвижване на четирите колела и на всепризнатия SUV Toyota Land Cruiser.
Недостатъкът на такива устройства е един - безпомощност срещу диагонално окачване, тъй като заклиняването на зъбни колела е възможно само ако има поне някаква съпротивителна сила върху плъзгащото се колело. При същите условия и диференциал с дискова блокировка все някак ще станеопитайте се да помогнете и вискозният съединител, „сграбчвайки“ след няколко завъртания на колелото, напълно ще прехвърли по-голямата част от момента на противоположния вал.
Дисков съединител
Оказва се, че всички диференциали са някакъв вид компромис между проходимостта и контролируемостта? Да, но това продължи само докато електрониката най-накрая стигна до този автомобилен възел. Това се случи в средата на 80-те години, когато Mercedes и Porsche почти едновременно оборудваха своите модели с диференциали с електронно управлявани многодискови съединители. Структурно те приличаха на механизми с дисково заключване, но съединителите в тях вече не бяха компресирани от пружина, а от хидравлично задвижване, което по команда на контролния блок можеше да отслаби или, напротив, да увеличи стегнатостта.
В резултат на това характеристиките на диференциала започнаха да се определят с точки в програмния код и дизайнерите получиха огромни възможности за персонализиране. Например, за по-добра маневреност, можете да разхлабите връзката между валовете на входа на завоя и след това на изхода, напротив, да затегнете съединителя за максимално ефективно ускорение. Можете напълно да блокирате диференциала и тогава колата не се страхува от никакво диагонално висене.
Изглежда, че такъв диференциал няма слаби места. Но, както всички останали, той преразпределя въртящия момент, изравнявайки честотата на въртене на валовете. Но какво ще стане, ако диференциалът, напротив, накара един вал да се върти по-бързо от другия? В края на краищата, тогава той може да добави инерция към външното колело към завоя и по този начин да помогне за „зареждането“ на колата в дъга ...
Активни диференциали
Така се роди идеята за активен диференциал - най-напредналият в момента. Пионер в тази област е Mitsubishi, която оборудва своя Lancer с него.еволюция. Като взеха за основа конвенционален отворен диференциал, японците допълнително свързаха изходните валове чрез две предавки - превключване на по-висока и по-ниска предавка, които се управляват електронно от мокри съединители. Така, включвайки тази или онази предавка, компютърът може да накара единия вал да се върти по-бързо или по-бавно от другия! Силата, или по-скоро стойността на прехвърления въртящ момент, се регулира чрез промяна на степента
На задната ос на автомобила е монтиран активен диференциал, който му осигурява безпрецедентна стабилност в завои: където всеки друг диференциал би „увиснал“ в плъзгане преди много време в отговор на добавянето на газ, кола с такъв диференциал се завинтва само по-активно в завой. Извън пътя също не е страшно - ако едното колело е заседнало, второто ще се върти още по-бързо.