Содержание
Конструкція та принцип роботи трансмісій сучасних автомобілів можуть кардинально відрізнятися між собою, проте жодна з них не обходиться без диференціала. Він являє собою частину головної передачі, призначену для поділу моменту, що крутить, на дві незалежні гілки, на яких потужність і кутова швидкість обертання можуть варіюватися відносно один одного.
Це дозволяє компенсувати різницю відстаней, що проходять провідними колесами автомобіля на поворотах, а значить – підвищити керованість, запобігти пробуксуванню коліс та прискореному зносу шин. Однак у класичній механічній конструкції диференціалу виявився ряд істотних недоліків, які призвели до розробки конструкцій, що блокуються. Спробуємо розібратися, навіщо це потрібно як працює.
Передумови створення диференціалів, що блокуються.
Головною проблемою механічного диференціала, особливо небезпечною у разі важких дорожніх умов, стала можливість втрати зчеплення одним із провідних коліс. У такому випадку відбувається повний перерозподіл потужності до вивішеного колеса, яке починає вільно обертатися, а на зчеплене з поверхнею колесо надходить незначний момент, що крутить, або не надходить зовсім. Щоб боротися з цим, на перших ралійних автомобілях іноді просто заварювали диференціал, виключаючи його із кінетичної схеми трансмісії. Пізніше з'явилися комбіновані пристрої, що дають змогу тимчасово відключати диференціал за командою водія – вони отримали назву диференціалів з ручним блокуванням.
Революційним кроком у розвитку автомобілебудування стала поява диференціалів, що самоблокуються. Через свої конструктивні особливості вони здатні в автономному режимі змінювати характер своєї дії. Вихідною інформацією для цього можуть бути:
- Величина моменту, що крутить, - задає умови роботи пристроїв типу Quaife і Torsen.
- Різниця кутових швидкостей на ведених шестернях - використовується в дискових та кулачкових системах, диференціалах з вискомуфтою.
Всі ці конструкції широко застосовуються в автомобілях різних типів і класів, від спорткарів до важких позашляховиків. Розглянемо докладніше пристрій і принцип роботи диференціалів, що самоблокуються.
Quaife
Система Quaife, розроблена 1965 року, найбільше нагадує класичну схему. Головна відмінність - використання косозубих шестерень замість прямозубих. Результатом такого нововведення стало виникнення допоміжних сил, які прагнуть розсунути зачеплені шестірні, віддали їх один від одного. Отримавши рухливість пари зчеплених один з одним сателітів під час зміни моменту, що крутить, на одному з коліс розходяться, впираються торцевими поверхнями в корпус диференціала, в результаті чого пригальмовуються і вирівнюють режим роботи механізму.
Це вона з найпростіших конструкцій, і саме тому їй властивий ряд недоліків - швидке механічне зношування, що супроводжується падінням ефективності, неможливість якісної реалізації в задньопривідних і позашляхових автомобілях. Найчастіше Quaife зустрічається на легких спорткарах передньопривідних початкового рівня.
Torsen
Система Torsen заснована на черв'ячній передачі та відрізняється високою ефективністю. На сьогоднішній день вона поєднує три основних типи конструкцій диференціала, що самоблокується, чутливого до крутного моменту:
- Тип-1 передбачає використання шестерень півосей і сателітів як черв'ячну пару. Принцип його дії нагадує принцип дії системи Quaife – зміна моменту супроводжується розклинюванням однієї черв'яної пари та її гальмуванням корпус диференціала, а робочий діапазон задається кутом нахилу зубів черв'яка. Тип-1 є одним з найпотужніших не тільки в серії, але і серед усіх конструкцій, що самоблокуються.
- Тип-2 використовує сателіти, осі яких паралельні півосям автомобіля. Принцип блокування заснований на гальмуванні сателітів про спеціальні чашки, які розташовані в корпусі диференціала.
- Тип-3 включає всі планетарні конструкції із черв'ячними парами. Головна їхня гідність – малі габарити, висока ефективність, невибагливість до умов роботи.
Тепер розглянемо системи, принцип дії яких ґрунтується на різниці кутових швидкостей ведених шестерень диференціала.
Дискове блокування
Конструкція дискового диференціала передбачає наявність фрикційних муфт, принцип дії яких нагадує роботу зчеплення автомобіля. Частина дисків, що входять у фрикційні муфти, закріплена на корпусі механізму, частина пов'язана із веденими шестернями конічної конфігурації. Саме конічна форма сприяє розсуву та лінійному переміщенню шестерень, що впливають, у свою чергу, на диски та блокують диференціал. Для посилення конструкції в неї найчастіше вводять другу ведену пару, а також розпірні пружини.
Кулачковий диференціал
Кулачкова система цікава насамперед тим, що дозволила відмовитися від застосування класичних шестерень на користь сепараторного кільця, що впливає на сухарі, які відіграють роль сателітів. Ведені шестірні найчастіше зберігаються, хоча в деяких конструкціях замість них успішно застосовують кулачкові диски або спеціальні кільця з хвилеподібною поверхнею.
Принцип роботи кулачкового диференціала заснований на розклинюванні сухарів між дисками - отже, при досягненні деякої різниці в кутових швидкостях настає миттєве блокування, а до цього моменту диференціал працює як класичний механічний. У наш час кулачкові механізми, в силу своєї конструктивної складності та високих експлуатаційних якостей, набули широкого поширення на військових та спеціалізованих транспортних засобах, а також деяких повнопривідних автомобілях.
В'язкова муфта
В'язкова муфта або вискомуфта є, по суті, спрощеним і уніфікованим варіантом дискового диференціала. Основним елементом конструкції є резервуар з в'язкою рідиною, в якій розташовані набори фрикціонів - один з'єднаний з піввіссю, другий повідомляється з ротором. Це дозволяє пропорційно збільшувати опір зі збільшенням різниці між кутовими швидкостями обертання провідних коліс.
Головна перевага віскомуфти – простота та дешевизна. Тим не менш, вона досить громіздка і малоефективна у справді екстремальних дорожніх умовах. Тому основна сфера застосування муфти – недорогі легкі кросовери. Так вона повністю розкриває свій потенціал, виступає у ролі зручно та надійного механізму.
В останні роки поява нових конструкційних матеріалів, вдосконалення технологій їх обробки та розширення можливостей комп'ютерного моделювання сформували сприятливі умови для розвитку диференціалів, що самоблокуються. Відомі та перевірені конструкції покращуються, створюються нові, перспективні механізми. Цілком можливо, що диференціал, що незабаром самоблокується, стане невід'ємною частиною більшості автомобілів.