Що таке диференціал і навіщо він потрібен

Зміст статті

• 1 Жорстко або м’яко?
• 2 Віскомуфта
• 3 Торсен і Халдекс

Диференціал — механічний пристрій, що розподіляє момент вхідного вала між вихідними валами, що називаються півосями. Незрозуміло? Спробуємо розібратися.

Не плутати з диференціальними рівняннями: у нашому випадку диференціал — це найважливіший елемент повнопривідного автомобіля. В силу того, що при проходженні повороту кожне з коліс рухається по власній траєкторії, зовнішнє колесо проходить більш довгу дугу, ніж внутрішнє. Таким чином, при обертанні провідних коліс з однаковою швидкістю поворот можливий тільки з пробуксовкою, що негативно позначається на керованості, а також призводить до істотного зносу шин. Для запобігання цих негативних явищ і служить диференціал. Момент від двигуна передається карданним валом через конічну зубчату передачу на корпус диференціала. Той, у свою чергу, через незалежні один від одного шестерні (сателіти) обертає півосі. Таким чином, кожна з півосей обертається з різною кутовою швидкістю, а кожне колесо вільно переміщується по своїй траєкторії без прослизання. При цьому сумарна швидкість обертання залишається постійною. Крім цього, диференціал дозволяє нерозривно передавати крутний момент від двигуна на ведучі колеса, а в поєднанні з головною передачею служить додатковою знижувальною передачею.

В трансмісії автомобілів концерну VW для блокування диференціала використовується муфта Haldex. Вона являє собою багатодискову муфту, що працює в масля — ної ванні. Пакет фрикціонів стискається робочим поршнем гідравлічної системи

Все б добре, але тут постає інша проблема — як тільки одне з провідних коліс потрапляє на слизьку поверхню або вивішується в повітрі, весь момент за принципом найменшого опору відправляється до нього. Якщо всі чотири провідних колеса раптом потраплять на лід, то автомобіль через якийсь час зупиниться, і буде буксувати на місці. Щоб цього не відбувалося, інженери були змушені шукати конструктивні рішення для блокування диференціала.

Жорстко або м’яко?

Перші досліди широкого використання повного приводу (в основному на армійських позашляховиках і всюдиходах) призвели до появи системи жорсткого механічного блокування диференціала. Для цього автомобіль необхідно було зупинити і з допомогою спеціального механізму заблокувати шестерні диференціала. В даному випадку мова йде про підвищення прохідності на бездоріжжі, де швидкість пересування низька і ймовірність пошкодити привід — мінімальна. Як тільки автомобіль вибирався на нормальну дорогу, необхідно було відключити блокування, інакше істотно зростає навантаження на півосі та механізм блокування, а також збільшується знос всіх елементів конструкції. Тому потрібно було придумати, як автоматизувати цей процес і зробити його більш простим і адекватним для рядового автолюбителя.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ Stutz DV-32 Super Bearcat. Відважний боєць

Віскомуфта

Розвиток хімічної промисловості, і, як наслідок, поява дилатантных рідин, змінюють свою в’язкість, послужило основою для створення віскомуфти. Піонерами її застосування в кінці 60-х років минулого століття стали британські інженери Тоні Ролт і Дерек Гарднер. Конструкція віскомуфти проста, як все геніальне. Вона складається з набору близько розташованих один до одного фрикціонів, одна половина яких з’єднується з валом міжосьового диференціала, а друга зовнішніми виступами — з циліндричним корпусом. При звичайному русі швидкість обертання передніх і задніх коліс однакова, тому перемішування рідини в муфті слабке, і вона володіє хорошою текучістю. Але як тільки колеса однієї осі забуксували, шестерні міжосьового диференціала починають розкручуватися, і пов’язані з ним фрикционы віскомуфти починають швидко перемішувати силіконову рідина. Вона твердне, стискаючи обидва пакет фрикціонів. В результаті міжосьовий диференціал частково або повністю блокується.

Запатентувавши свій винахід, Тоні Ролт створив власну фірму, яка налагодила випуск вискомуфт для різних автомобільних фірм по обидві сторони Атлантики. Першим масовим авто з повнопривідною трансмісією і міжосьовим диференціалом з вискомуфтой став AMC Eagle, який випускався компанією American Motors з 1979 по 1988 рік. У різних версіях ця модель розійшлася накладом близько 200 тисяч примірників. Пізніше з активним розвитком повнопривідних трансмісій віскомуфти знайшли широке застосування в автомобілебудуванні. Але, як у будь-якого іншого пристрою, у віскомуфти є і свої недоліки — інерційність спрацювання, громіздкість і обмеженість за величиною переданого моменту.

Торсен і Халдекс

Повернемося знову на півстоліття тому в далекий 1958-й рік, коли американський інженер Вернон Глизман розробив і запатентував механічний диференціал Dual-Differential Drive, який пізніше отримав звичну сьогодні торговельну марку Torsen. Основна ідея фактично зашифрована в назві, що походить від скорочення двох англійських слів, torque sensing, чутливий до крутному моменту. Механічний диференціал Torsen являє собою оригінальне поєднання черв’ячних пар та зубчастих коліс. Блокування у цього пристрою відбувається не від різниці швидкостей обертання валів, як в вискомуфте та інших диференціалах підвищеного тертя, а при зміні балансу крутних моментів на валах. Як тільки момент на одному з валів збільшується, черв’ячні пари «заклинивают» зубчасті колеса, блокуючи потрібну шестерню диференціала.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ Як працюють кліматичні системи автомобіля

VW Touareg має два види повного приводу. У першому випадку використовується міжосьовий диференціал Торсен і вільний диференціал на задній осі, у другому — міжосьовий диференціал з електронним блокуванням та понижувальною передачею плюс блокування диференціала задньої осі

Друга конструкція, яка отримала сьогодні широке поширення, — електронно-керована фрикційна муфта, розроблена шведською фірмою Haldex. Вона являє собою багатодискове зчеплення, що працює в маслі. Як тільки з’являється незначна різниця в швидкостях обертання двох валів, з допомогою гідравліки диски зчеплення замикаються. Електронний блок управління стежить за численними даними від датчиків, і, як тільки пробуксовка припиняється, тиск у системі падає, і диски розтискаються. Серед головних достоїнств муфти Haldex — практично миттєве спрацьовування, а також можливість змінювати характеристики з допомогою переналаштування блоку управління.