Головна передача і диференціал

Головна передача

Головна передача призначена для збільшення крутного моменту, що передається до ведучих коліс. Пристрій її, на перший погляд, досить просто - дві шестерні. Одна, розміром трохи менше, є провідною, друга, побільше - відомою. Але від конструкції головної передачі багато в чому залежать тягово-швидкісні характеристики автомобіля і витрата палива.

На задньопривідних автомобілях застосовується гипоидная головна передача, так як крутний момент потрібно передати на провідні колеса під кутом 90 градусів. Чому застосовується більш складна у виготовленні гипоидная передача, а не проста конічна? Та тому що у конічної передачі її простота є єдиною перевагою. А недоліків більше: гучність, низька несуча здатність, високе розташування карданного валу (а, отже, і трансмісійного тунелю в кузові автомобіля). У гипоидной передачі вісь провідної шестерні зміщена щодо осі веденої на величину гіпоїдного зміщення. Тому карданний вал розташовується нижче, що дозволяє зменшити висоту трансмісійного тунелю. При цьому знижується центр ваги автомобіля, тим самим покращуючи його стійкість.

Зуби шестерень виконуються косими або криволінійними. Завдяки тому, що в гипоидной передачі одночасно перебуває в зачепленні більше зубів, ніж в конічної, забезпечується її плавна і безшумна робота, підвищується здатність навантаження. Однак, через більш щільного прилягання зубів збільшується небезпека заклинювання, особливо при зміні напрямку обертання. Тому гіпоїдні передачі вимагають високої точності регулювання і застосування спеціального трансмісійного масла. У масла для гіпоїдних передач додаються протизносні і протизадирні присадки.

У передньопривідних автомобілях, де немає необхідності змінювати напрямок переданого моменту, в головній передачі застосовуються прості циліндричні шестерні. Конструктивно головна передача встановлюється в загальному картері з коробкою передач. Циліндричні передачі прості у виготовленні, недорогі, небезпека задирів низька. Тому для їх змащення в більшості випадків застосовується не спеціальне трансмісійне масло, а моторне.

Як впливає передавальне число головної пари на тягово-динамічні характеристики? Чим воно вище, тим швидше відбувається розгін, але максимальна швидкість нижче. І, навпаки, зі зменшенням передавального числа автомобіль розганяється повільніше, але досягає більшої максимальної швидкості. Значення передавального числа для конкретної моделі автомобіля підбирається з урахуванням характеристик двигуна, розміру коліс, можливостей гальмівної системи.

Для тих, хто не вивчав англійську :-)
STRAIGHT - ПРЯМО
same speed - однакова швидкість
pinion gears rotate with case - сателіти обертаються разом з корпусом
TURN - ПОВОРОТ
fast - швидко, slow - повільно
outer wheel faster - зовнішнє колесо швидше
inner wheel slower - внутрішнє колесо повільніше
pinion gears rotate on pinion shaft - сателіти обертаються на своїх осях

Диференціал - це механізм, що дозволяє (при необхідності) ведучих коліс автомобіля обертатися з різними швидкостями. Для чого це потрібно? При русі по прямій колеса проходять однаковий шлях, в повороті ж зовнішнє колесо проходить шлях більший, ніж внутрішнє колесо. Тому, щоб «встигнути» за автомобілем, зовнішнє колесо має обертатися швидше.

Пристрій диференціала нескладне - корпус, вісь сателітів і два сателіта (шестерні). Корпус кріпиться до веденої шестірні головної пари і обертається разом з нею. Сателіти входять в зачеплення з шестернями піввісь, які безпосередньо обертають колеса.

У такій конструкції сателіти передають більший крутний момент на ту піввісь, яка чинить менший опір обертанню. Тобто, з більшою швидкістю буде обертатися колесо, яке диференціалу легше розкрутити. При рух по прямій колеса навантажені однаково, диференціал ділить крутний момент порівну, сателіти не обертається навколо своєї осі. У повороті внутрішнє колесо навантажено більше, зовнішнє - розвантажується. Тому сателіти починають обертатися навколо осі, підкручуючи менш навантажене колесо, збільшуючи тим самим швидкість його обертання.

Але така особливість диференціала іноді призводить до вельми неприємних наслідків. Якщо, наприклад, одне з коліс потрапить на слизьку поверхню, диференціал буде обертати тільки його, повністю ігноруючи колесо, що має нормальний контакт з дорогою. Тобто, автомобіль буде «буксувати».

Для боротьби з цим явищем застосовуються блокування диференціала. Способів блокувань придумано безліч - від простих механічних до витончених електронних.

Диференціал з повним блокуванням

Застосовується в позашляховиках. У такій конструкції вали піввісь жорстко з'єднуються між собою, обертаючись, таким чином, з рівними швидкостями. Телевізор буде заблоковано відразу водієм вручну перед подоланням труднопроходимого ділянки, після чого її необхідно вимикати щоб уникнути перевантажень трансмісії, підвищеного зносу шин і зниження керованості автомобіля. При русі в звичайних дорожніх умовах повне блокування застосовувати, природно, не можна.

Диференціал з частковою блокуванням

У таких диференціалах автоматично блокуватиметься, тому їх ще називають самоблокувальними. При цьому зусилля блокування наростає поступово, пропорційно різниці в швидкості обертання або величиною крутного моменту. За конструкцією самоблокувалися диференціали можна розділити на чотири види: вязкостниє, дискові, гвинтові, електроннокеровані.

Вискомуфта (вязкостная муфта) являє собою герметичний корпус, в якому розміщені два пакети фрикційних. Простір усередині корпусу заповнене силіконової рідиною, в'язкість якої залежить від температури. Один пакет фрикційних з'єднується з корпусом диференціала, другий - з однією з піввісь. У звичайних умовах, коли піввісь обертаються з однаковою швидкістю, або з невеликою різницею, вискомуфта себе ніяк не проявляє. При пробуксовці одного з коліс швидкість обертання півосі різко зростає, рідина при цьому інтенсивно нагрівається, а її в'язкість підвищується. В результаті пакети фрикційних «злипаються» - швидкості валів вирівнюються. При охолодженні в'язкість знижується - вали знову обертаються незалежно. Вискомуфта здатна забезпечити лише невеликий коефіцієнт блокування, при тривалій пробуксовці перегрівається, спрацьовує з запізнюваннями (поки нагріється рідина). Тому область її застосування - звичайні міські автомобілі, для подолання бездоріжжя вона не підходить.

Дискові диференціали - це звичайні диференціали, в які додатково вбудовуються один або два пакети фрикційних і розпірна пружина, що створює преднатяг (стиснення пакетів). У пакеті фрикционов частина дисків кріпиться до півосі, друга - до корпусу диференціала. Коли колеса обертаються з однаковими швидкостями, диски в пакеті обертаються як одне ціле. При різниці в швидкості обертання між ними виникають сили тертя, які прагнуть вирівняти швидкості. Таким чином здійснюється часткове блокування диференціала. Очевидні недоліки дискової блокування - постійний, нехай навіть і невеликий, момент тертя, що створюється преднатягом, погіршує керованість, швидше зношуються шини, збільшується витрата палива. Та й термін служби фрикционов порівняно невеликий. У міру їх зносу знижується і ступінь блокування, а після повного зносу диференціал працює вже як вільний. Звідси висновок - чим частіше «буксуешь», тим швидше «вмирає» диференціал. Дискові диференціали вимагають застосування спеціального трансмісійного масла.

Зусиллям преднатяга визначається ступінь блокування і мінімальний крутний момент, що передається на колесо в будь-яких дорожніх умовах. Регулюючи ступінь преднатяга підбирають потрібний компроміс між прохідністю і керованістю. Дискові диференціали з малим преднатягом використовуються на звичайних, дорожніх автомобілях, з великим - на спортивних.

Більш «просунутим» версією дискового диференціал є героторний диференціал. У ньому шестерний масляний насос пускає в хід поршень, який стискає пакет фрикційних. А продуктивність насоса залежить від різниці в швидкості обертання півосей. Чим більше ця різниця - тим сильніше зусилля стиснення, а, відповідно, і ступінь блокування.

Черв'ячні диференціали - використовують для блокування властивості черв'ячних передач. Найпоширенішими є диференціали Торсен і Квайф. Черв'ячна передача складається з черв'яка і черв'ячного колеса. Черв'як (сателіт) є провідною ланкою, колесо (шестерня піввісь) - веденим. ККД передачі при прямому обертанні набагато більше, ніж при зворотному, і залежить від кута нахилу витків черв'яка. Говорячи простіше, черв'як легко обертає колесо, колесо І коли ми насилу обертає черв'як. При певному куті витка черв'яка зворотна передача стає взагалі неможливою - тобто, колесо не зможе обертати черв'як (відбувається самоторможіння). Таким чином, підбираючи кут нахилу витків черв'яка, регулюють ступінь блокування диференціала Торсен. Блокуючі властивості Торсена залежать також і від величини переданого крутного моменту. Існує три типи диференціала Торсен. Типи Т1 і Т2 відрізняються формою сателітів і використовуються в якості межколесних. Торсен Т3 використовується в повнопривідних автомобілях в якості міжосьового диференціала.

В диференціалі «Квайф» сателіти не посаджу на осі, а вільно розташовані в гніздах корпусу. При виникненні різниці в швидкості обертання півосей сателіти, блокуючись, зсуваються в гніздах і притискаються до корпусу. Виникає при цьому сила тертя пропорційна різниці швидкостей обертання. Ступінь блокування регулюють, підбираючи сателіти з різним кутом нахилу витків.

Черв'ячні диференціали в порівнянні з дисковими відрізняються більшою надійністю і коефіцієнтом блокування, менше бояться пробуксовки (але тривалі і часті пробуксовки все одно не рекомендуються). Однак такі диференціали, на відміну від дискових і віськомуфти, абсолютно безпорадні проти діагонального вивішування.

Електроннокеровані диференціали. Електроніка, активно впроваджується в усі вузли та системи автомобіля, не обійшла стороною і диференціал. Типова конструкція електронноуправляемий диференціала нагадує пристрій звичайного дискового диференціала, але стиснення фрикційних здійснюється гідро- або електроприводом по команді блоку управління. Таким чином можна регулювати ступінь блокування в найширших межах - від 0 до 100%. Все залежить від закладеної в блок програми.

Здавалося б, ідеал досягнутий! Але, немає допитливі японці пішли далі і сконструювали активний диференціал - найдосконаліший на даний момент. Звичайний електронноуправляемий диференціал при пробуксовці тільки вирівнює швидкості обертання півосей. Активний же диференціал може обертати піввісь з різними швидкостями, в залежності від дорожньої ситуації. Наприклад, в повороті додати момент на зовнішнє розвантажене колесо, допомагаючи автомобілю «докрутити».

Що такий диференціал являє собою конструктивно? Звичайний вільний диференціал доповнено двома передачами - підвищує і понижувальної. Включає передачі за допомогою мокрих зчеплень блок управління. Величина переданого крутного моменту регулюється ступенем стиснення зчеплень. Таким чином автомобіль з активним диференціалом може і майстерно проходити круті віражі, і на бездоріжжя не спасує. Інше питання, чи варта шкурка вичинки: ціна диференціала немаленька. Тому і обмежується його застосування тільки потужними спортивними автомобілями.

Імітація блокувань. Останнім часом великого поширення набули електронні системи, які при виникненні пробуксовки пригальмовують колесо, що буксує за допомогою штатної гальмівної системи, імітуючи блокування диференціала. Для звичайного міського автомобіля, не виїжджає на бездоріжжі - саме практичне рішення. І на слизькій дорозі допоможе, і навіть діагонального вивішування не боїться.

Переваги і недоліки. Автомобіль з диференціалом збільшує тягу на колесах, тим самим підвищуючи прохідність на бездоріжжі і на слизькій дорозі (ще б, а заради чого тоді було город городити?). Також поліпшується динаміка розгону. Широко використовуються такі диференціали на потужних спортивних автомобілях і в тюнінгу для більш повної реалізації потужності, проходження поворотів в ковзанні.

Але те, що добре для спортивного автомобіля, не завжди благо для звичайного. Адже диференціал, підвищуючи прохідність, погіршує керованість. Наприклад, при розгоні на слизькій дорозі автомобіль складніше втримати на прямій. Якщо блокування немає, автомобіль, прослизаючи, просто втрачає прискорення. Якщо ж спрацьовує блокування, небуксующій колесо (або колеса) продовжують штовхати автомобіль вперед, тим самим забираючи його з прямолінійною траєкторії.

Блокування, встановлені на передній осі, збільшують недостатню обертальність (траєкторія в повороті прагне розпрямитися), встановлені в задній осі - підвищують надлишкову обертальність (в повороті збільшується схильність до заносу).

Самоблокувалися диференціали ще називають диференціалами підвищеного тертя. А підвищене тертя призводить до збільшеного витраті палива, зниження терміну служби шин і деталей трансмісії.