Що таке диференціал
Важко уявити собі автомобіль без діфера: скажімо, рух по кривій. Всі 4 колеса котяться по різним радіусів повороту і проходять неоднаковий шлях. Якщо не дозволити ведучих коліс крутитися вроздріб, того чи іншого з них доведеться пробуксовувати (а то і обом); машина стане важко керованою. Згадайте, як веде себе полноприводник при блокуванні міжосьового диференціала ...
Виходить, без нього ніяк; і що ж таке діфер? Дільник, один з найпростіших механізмів - десь після важеля і ворота: він ділить крутний момент (але не потужність!) По 2-м вихідним валів в заданій пропорції - і дозволяє їм крутитися з неоднаковими оборотами. Коли диференціал ділить вхідний момент навпіл, його так і називають - симетричний. Але їх роблять і несиметричними: 60/40%, 70/30% - як скажете. Все залежить від кількості зубів у ведених шестерень - однакове або різне. Але коли діфер зібраний, його властивості вже не змінюються - 50 на 50 (або як він там виконаний).
Принцип роботи диференціала видно на схемі: тягнемо 2-пліч важелів-коромисло за середину - з зусиллям F. Які сили виникають на його кінцях? Правильно: однакові (оскільки коромисло рівноплечого).
За III закону Ньютона: дія дорівнює протидії. Причому якщо коромисло повертається навколо осі, то одне плече обганяє інше. Перед вами, так би мовити, лінійний диференціал, - до речі, симетричний. Його неважко зробити несиметричним - з неоднаковими плечима. Прикиньте, як тоді ділиться зусилля F. Залишилося згорнути лінійну конструкцію в механізм обертання, який ділить вже не силу, а вхідний крутний момент; от і все.
Зубний біль
Отже, діфер - шестерінчастий механізм, а зубчасті колеса роблять різні. І диференціали теж - конічні (звичайнісінькі), циліндричні, черв'ячні ... Відповідно, але ідея завжди одна і та ж. Геніальна простота: монтуємо в провідний міст (симетричний) диференціал і - вперед і з піснею! На прямій колеса по бортах крутяться з однаковою частотою, а в повороті діфер дозволяє зовнішньому колесу забігати вперед (або відставати внутрішньому). Причому тяга постійно транслюється на обидва провідні колеса; ну чим не гармонія?
І справді - до тих пір, поки одна з провідних коліс не підскочить на нерівності або не потрапить на слизьку поверхню. Бачили, як одне з провідних коліс на злу голівоньку шліфує лід, тоді як інше нерухомо? Тут весь характер диференціала (як поганого відра): вже так він влаштований. Діфер не просто ділить вхідний крутний момент, а (якщо він симетричний) вирівнює моменти на вихідних валах. І коли - не дай Бог! - момент опору коченню на одному з коліс падає практично до 0 (вивісили на домкраті), він сумлінно вирівняє моменти на обох. Тобто, позбавить тяги також і те колесо, яке надійно спирається на ходову поверхню. Вся потужність (її-то диференціал поділяє [Потужність дорівнює, як відомо, добутку моменту на обороти вала. Тому, якщо один з валів зупинений, то потужність на ньому, за визначенням, дорівнює 0 (хоча крутний момент цілком пристойний]) відлітає в шалену розкрутку «холостого» колеса, і ви цього хотіли?
Вільний диференціал завдає чимало неприємностей, навіть коли він один-єдиний - в (задньому або передньому) провідному мосту. А в повнопривідної трансмісії їх аж 3: передній, задній і міжосьовий (центральний)! І кожен з 3-х в будь-який момент готовий зробити капость: варто одному з 4-х коліс втратити зчеплення з дорогою, як вся потужність тут же піде саме на нього. Тобто, трансмісія 4WD з центральним диференціалом (без блокування той чи інший спосіб) практично непрацездатна: вільні диференціали безперервно ганяють то одне, то інше з коліс. А то і пару (по борту) одночасно - вхолосту.
Причому справа не тільки у втраті тяги; колесо підскочило в повітря - і тут же шалено розкручується усією міццю мотора. При приземленні неминучі його різке гальмування і пробуксовка - з порушенням стабільності машини на траєкторії, і так мало не кожну секунду. І т.п. проте спробуйте обійтися без центрального діфера: автомобіль стає вкрай важкокерована в віражах. Тому повнопривідні трансмісії комплектують диференціалами, але обов'язково оснащують блокуваннями (у всякому разі міжосьового) - примусовими або автоматичними. Та й при задньому приводі нерідко ставлять самоблокирующийся діфер (підвищеного внутрішнього тертя).
Блокування
Свободу диференціала потрібно обмежувати - за допомогою блокування. Найпростіше жорстка примусове блокування центрального (а також заднього) діфера: натисканням кнопки включається кулачкова муфта - і готово. «Відро» закрито, але керувати машиною на швидкості важко - вона не хоче йти в віражі і взагалі [З'являється й інша неприємність - так звана циркуляція потужності між провідними мостами]. Тому блокують диференціали лише короткочасно - і звільняють з підвищенням швидкості.
З жорсткою блокуванням (центрального) діфера пов'язано ходяче непорозуміння: зазвичай вважають, що тоді крутний момент ділиться 50/50. Шкільна помилка, хоча на перший погляд так і здається. Однак перше враження доречно в любові і дружбі, а в техніці краще подумати. Простенький експеримент: заблокували діфер в провідному мосту і вивісили одне з 2-х коліс на домкраті. Куди піде момент? Вірно: він весь (100%) йде на опорне колесо! Повна протилежність диференціалу, жорстка зв'язок не дозволяє колесам крутитися вроздріб. Зате крутний момент не ділиться в заданій пропорції, а мимовільно перерозподіляється по опору коченню ведучих коліс. Як то кажуть, з побудови. Щомиті; мрія!
Їдь автомобілі строго по прямій, ніяких диференціалів не потрібно. І голова не болить; на жаль, без шкідливого пристрої ніяк. Доводиться миритися з вадами діфера і обладнувати його блокуваннями. Не обов'язково жорсткими - можлива і м'яка блокування: скажемо, не кулачкова, а багатодискова муфта (в олії). Гідро- або електричний виконавчий механізм затискає муфту - злегка або сильніше (в принципі аж до повного блокування). І діфер вже не може злити всю потужність на вільне колесо; частина її - менше або більше - все-таки йде на опорне. Причому все залежить від затиску муфти: слабо затиснути - так, що вона пропускає через себе, скажімо, не більше 40 Нм крутного моменту. І опорного колеса дістанеться в межах 40 Нм. Зверніть увагу, чи не саме 40, а в межах 40 Нм!
Затиснути сильніше: в межах 100, 200 Нм і т.д. - аж до повного блокування. Тут починають проявлятися неприємні властивості жорсткого зв'язку, і керованість машини значно погіршується.
Цікава гра: електроніка відстежує умови руху (швидкість і прискорення автомобіля - бічне і поздовжнє, кут повороту "бублика" і швидкість її обертання, пробуксовка кожного з коліс та ін.) - і віддає команди на багатодискову муфту центрального діфера. І заднього теж; муфти затискаються і розпускаються багато разів в секунду. Так і влаштовані трансмісії 4WD бойових ралі-апаратів. Або таких легковиків як Mitsubishi Lancer Evo (яка і є злегка «одомашнений» ралі-болід) і Nissan «скай». Три диференціала (2 з них контролюються електронікою) анітрохи не заважають їм показувати приголомшливу динаміку і чудову керованість. Мило, але складно і дорого.
А простіше?
Можна і простіше: багатодискова муфта замість (не поруч, а замість) міжосьового диференціала. Автоматичне підключення другого моста (переднього або заднього) - м'яко-жорстка зв'язок між провідними осями. Зрозуміло, що підключення короткочасні - інакше виникають все ті ж неприємності жорсткого зв'язку коліс (хоча і в пом'якшеній формі). Муфта грає - на відміну від ранніх конструкцій з віськомуфтами (внутрішній автоматизм) - безупинно: замикається і розмикається. Автомобіль весь час змінює свою поведінку - то передньопривідний, то полноприводник із ніби заблокованим центральним діфером. Що в принципі не є добре.
Але як відомо, якщо не можна, але дуже хочеться, то можна. Головне - частота спрацьовування; адже і цифровий запис музики дискретна, переривчаста. Окремими цифровими «пакетами»; проте вони слідують один за іншим так часто, що ми сприймаємо музичний запис як цілком «гладку» і якісну.
Ось і сучасні трансмісії 4WD - без міжосьового диференціала, але з електронноуправляємой багатодисковою муфтою, яка спрацьовує багато разів в секунду. Причому краще підключати не задній міст, а передній (як у BMW X3): неминучі зміни в поведінці машини сприятливіші за характером. А в своєрідною хондовской трансмісії SH-AWD (Legend і ін.) І зовсім один-єдиний діфер (спереду) - при 2-х багатодисковим муфтах в задньому мосту.
Як бачите, повнопривідні автомобілі йдуть до того, щоб обходитися без шкідливого механізму. І все ж покажіть болід WRC без центрального диференціала. - може, тоді повірю.
