Диференціали та їх блокування
Вільний диференціал
Найпоширеніший диференціал, зі своїми плюсами та недоліками. Крутний момент передається на сателіти, а з них на зубчасті колеса півосей. У рівнозначних умовах режиму роботи півосей момент, що крутить, ділитися навпіл і передається на одну і другу піввісь. Варто прибрати крутний момент, що опирається, з будь-якої з півосей (підвішене колесо) і весь крутний момент починає передаватися саме на цю піввісь. Відбувається наступне, крутний момент від двигуна передається на зубчасте колесо (1), При обертанні зубчастого колеса сателіти (2) переміщаються, крутяться зубчастими колесами півосей. Якщо утримувати одну із півосей, сателіти починають обертатися по зубах однієї зафіксованої півосі, при цьому обертаючи вільну піввісь.Будь-яка зміна крутного моменту однієї півосі щодо іншої призводить до прокручування вільного колеса. У результаті проїхати бездоріжжя стає дуже проблематично
Але застосування різних способів блокування може виправити цю ситуацію.
Антипробукувальні системи на вільному диференціалі (Ручне блокування вільного диференціала)
1. Одна з півосей (3), а вірніше та яка проходить у зубчастому колесі, блокується разом з ним. При цьому крутний момент передається відразу ж на цю піввісь і через сателіти, що зупинилися на другу піввісь, відбувається блокування. Можливий другий варіант, коли блокуються між собою півосі (як на малюнку нижче).
Фактично таке блокування є окремим випадком фрикційного диференціала, але має один істотний плюс. Блокування може бути вимкнено.
Управління блокуванням зазвичай відбувається за допомогою важелів, ну а в дорогих машинах все робить електроніка та приводи, достатньо лише легкого натискання на кнопку блокування розташованої у зручному місці на панелі автомобіля. Не рекомендується включати блокування під час руху. Необхідно зупинитися увімкнути блокування та продовжити шлях. Справа в тому, що розузгодження передавальних чисел миттєво змінює частоту обертання півосей, при цьому можливі поломки зубів. Як правило, виробники вказують рекомендовану максимальну швидкість руху при заблокованому диференціалі. Включення блокування негативно впливає на керованість, особливо на поворотах.
2. Властивості вільного дифернеціалу можна успішно використовувати на бездоріжжі та без повного блокування. Так антипробуксовані системи (TRC-Traction Control) встановлюється на автомобілі Toyota) при пробуксуванні одного зколіс штучно утримує піввісь за гальмівний диск штатним гальмом. Що при цьому відбувається неважко уявити. Ситуація для півосей змінюється протилежним чином, тепер колесо, що загрузло, має набагато менший опірний момент і воно як більш вільне починає обертатися.
Такий диференціал надійний, ремонт придатний, саме тому завоював найбільшу популярність на автомобілях, яким не потрібна підвищена прохідність. Встановлюється всі серійні автомобілі ВАЗ і багато іномарків у тому числі і бізнес клас наприклад Porshe Caynne, але там є можливість блокування диференціала для проходження важких ділянок дороги.
Багатодисковий, фрикційний диференціал
У принципі це конструкція найпоширенішого звичайного диференціала, за винятком того, що момент, що крутить, пов'язаний для двох півосей через муфту і два набори дисків. Фактично маючи більший момент на одній півосі, ми передаємо його на другу, тим самим вирівнюючи навантаження. Сила моменту, що крутить, обмежується прослизанням між дисками в наборі, це порядку від 2 до 12 кілограм.
Мінуси очевидні, фактично такі диференціали передібрані і завжди намагаються вирівняти моменти, що крутять, на півосях. Неминучий знос поверхні дисків і зрештою багатодисковий диференціал перетворюється на звичайний. Як правило застосовуються в автоспорті, для разових гонок і заїздів, внаслідок незначного терміну служби, неможливості відключення та неможливості регулювання після встановлення.
Диференціал Віскомуфта, В'язкісна муфта, Viskodrive
Дуже цікава конструкція, де, якщо так можна сказати, основною деталлю є рідина на силіконовій основі. Фактично це герметична конструкція, також із пакетом дисків, які мають міжМінімальний зазор. Силіконова рідина заповнює корпус віскомуфти на 80-90 відсотків.
Властивості технічної рідини такі, що при нагріванні вона стає більш щільною, при цьому починає передавати момент, що крутить, між веденими і провідними дисками і відповідно до колес. Ефективність вискомуфти досить висока, але вона має свої недоліки. Вся справа в тому, що для її спрацьовування потрібен час, поки рідина не розігріється, так само можливий інший варіант, спрацьовування муфти, тоді коли цього не потрібно. Відсутність можливості чітко керувати процесом передачі моменту та є мінусом. Ремонтопридатність у муфти низька, вірніше вона не ремонтопридатна. Як правило, витікає рідина, при цьому диференціал підлягає заміні в зборі.
Диференціал Торсен
Назва від англійських слів TORQUE - крутний момент і SENS - чутливість. Ця назва говорить сама за себе. Сателіти розташовані в корпусі перпендикулярно до осі, входять у зачеплення попарно (прямозубі зубчасті колеса), а з напівосьовими зубчастими колесами пов'язані через черв'ячну передачу.
При падінні крутного моменту на одній з півосей, черв'ячні передачі блокують півосі, тим самим починаючи передавати крутний момент на вісь з меншим крутним моментом, що чинить опір. Сила тертя, що виникають у черв'ячній передачі та здійснює блокування диференціала. Конструкція дуже складна, технологічна, відповідно дорога. Ремонт можливий лише у спеціалізованих майстернях та при застосуванні оригінальних запчастин.
Диференціал Квайф
Аналог попередньої конструкції, система QUIFE. Тут сателіти розташовані в два ряди паралельно (див. фото). Причому вони кріпляться не на осях, а знаходяться в закритих з обох боківотвори корпусу. Правий ряд сателітів (їх може бути від 3 до 5) входить у зачеплення з правої шестерні півосі, лівий - з лівої. Крім того, сателіти з різних рядів зачіплюються між собою через один. Всі зубчасті колеса мають гвинтові зубці, один і той самий модуль і кут профілю. Кількість сателітів і кількість зубів шестерні півосі має бути пов'язана умовою збирання агрегату загалом. Коли одне з коліс починає відставати, пов'язана з ним півосьова шестерня починає обертатися повільніше корпусу диференціала і повертати сателіт, що входить з нею в зачеплення. Він передає рух пов'язаному з ним сателіту, а той у свою чергу на півосьову шестірню. Так забезпечуються різні оберти коліс у повороті. Завдяки різниці моментів, що крутять, на колесах у гвинтовому зачепленні виникають осьові і радіальні сили, що притискають півосьові шестірні і сателіти торцями до корпусу або кришок і роздільника. За рахунок цього виникають сили тертя, які здійснюють блокування, що збільшує силу тяги автомобіля, підвищуючи його прохідність. Розмір коефіцієнта блокування залежить від кута нахилу зубів шестерень. Змінюючи на стадії проектування кут нахилу зубів («кут спіралі»), змінюють коефіцієнт блокування в залежності від характеристик автомобіля та умов його експлуатації та застосування. Такі диференціали набули найбільшого поширення в тюнінгу автомобілів.
В даний час набули поширення та активні диференціали. Фактично у таких диференціалах відбувається блокування осей у вигляді систем управління. Аж до того, що примусово змінюється частота обертів однієї півосі щодо іншої повороті. Тобто при проходженні повороту колесо по більшому радіусу прискорюється а по меншому сповільнюється, що сприяєнайкращої керованості автомобіля на дорозі. Але в цьому випадку цим процесом керує електроніка. Подібна система застосована на автомобілі Mitsubishi Lancer Evolution
Активні диференціали
Розглянемо приклад активного центрального диференціала від Mitsubishi (Active Control Differential). Це фактично багатодискове гідравлічне зчеплення, що миттєво реагує на зміну частоти обертання передніх і задніх півосей. Робота полягає у розподілі крутного моменту між ними, забезпечуючи баланс між керованістю та тягою. ACD пропонує три робочі режими, які водій може задіяти в залежності від умов руху: Tarmac (асфальт) - для сухих твердих покриттів, Gravel (жвір) - для нерівних покриттів та Snow (сніг) - для руху по слизьких покриттях з низьким коефіцієнтом зчеплення (Фото нижче)
Як правило в поєднанні з центральним диференціалом використовується і диференціал для півосей (Active Yaw Control). потужності на лівому та правому задньому колесах. Входячи в криву, потужність перекидається на зовнішні колеса, таким чином покращується маневреність. Прискорюючись на наступній половині кривої, міць повернута на внутрішні колеса і тим самим зменшується занесення автомобіля. Крім того, потужність переміщається від коліс, незалежно від боку, на слизьких або грубих поверхнях на колесо (а), що знаходяться на неслизькій поверхні. Це покращує стабільність і прискорення з місця. ACD & AYC встановлені на Mitsubishi Lancer Evolution починаючи з 8 покоління Це найдосконалішісистеми, оскільки здатні вмикатися та вимикатися автоматично у потрібний час.
Підведемо підсумок. Чи буде автомобільна промисловість прагнути передових механізмів і конструкцій аналогічних Mitsubishi чи ні? Цілком можливо, що відповіді немає більш реальної. Вся справа в тому, що подолання бездоріжжя, ухилів цілком може бути вирішене і за допомогою того ж диференціала Торсен або Квайф. Тому відпадає необхідність у додаткових зайвих вузлах, що ускладнюють конструкцію і впливають на надійність і можливість обслуговування автомобіля самотужки. Тут може переважати практичність, а не незначне поліпшення, за значних витрат, але вибір як завжди залишається за вами.