Вибираємо блокування диференціала на ваз (частина 1)
Мал. 1. Диференціал.
Отже, диференціал служить для передачі крутного моменту від двигуна автомобіля до провідних коліс, його (моменту) збільшення і для розподілу потоку потужності між провідними колесами.
Найважливішою функцією диференціала також є можливість забезпечити різну швидкість обертання правого і лівого ведучого колеса автомобіля при проходженні поворотів.
Пристрій найпростішого диференціала показано на рис.1: обертання від двигуна передається через провідну шестерню головної пари до відомою шестерні, яка жорстко закріплена на корпусі диференціала. Потім через встановлені в корпусі шестерні-сателіти обертання передається на напівосьові шестерні які в свою чергу через приводні вали передають обертання коліс автомобіля.
Ключовим моментом в пристрої диференціала є те, що встановлені в корпусі диференціала шестерні-сателіти можуть обертатися навколо своєї осі.
При русі автомобіля по прямій обертання від двигуна через головну пару шестерень передається на корпус диференціала, який обертаючись зраджує крутний момент провідним колесам через шестерні-сателіти і напівосьові шестерні. При цьому сателіти в корпусі диференціала не обертається навколо своєї осі, тому що колеса автомобіля обертаються з однаковою швидкістю і проходять однаковий шлях.
Мал. 2. Траєкторії руху коліс автомобіля в повороті.
При русі в повороті (рис. 2) внутрішнє провідне колесо рухається по дузі меншої довжини, ніж зовнішнє відповідно для того щоб пройти шлях різної довжини за однаковий час провідні колеса повинні обертатися з різною швидкістю. У цій ситуації збільшується опір обертанню у внутрішнього колеса і його приводу, внутрішня шестерні піввісь обертається повільніше зовнішньої, змушуючи сателіти в корпусі диференціала повертатися навколо своєї осі, дозволяючи приводам і колесам обертатися з різною швидкістю.
При русі по покриттю з однорідними зчіпними властивостями диференціал прекрасно справляється зі своїми основними функціями, однак, Уявіть ситуацію, коли автомобіль з звичайним, або, як прийнято його називати, вільним, диференціалом рухається прямо по асфальту і одне з його ведучих коліс потрапляє на ділянку дороги зі слабкими зчіпними властивостями (сніг, лід, рідка грязь, пляма масла, і тд.). В такому випадку колесо з поганим зчепленням з дорогою почне пробуксовувати, в той час як колесо, яке стоїть на асфальті і має краще зчеплення з дорогою, залишиться нерухомим. Вся потужність від двигуна через диференціал буде передаватися на колесо, що буксує і автомобіль втратить хід і не зможе продовжити рух. Схожа ситуація виникає при «агресивному» проходженні поворотів, коли внутрішньо повороту колесо має найгірше зчеплення з покриттям, ніж зовнішнє і починає пробуксовувати. В результаті значна частина потужності двигуна витрачається на пробуксовку одного з провідних коліс, а швидкість проходження повороту падає.
Один із способів вирішення описаних проблем - обмеження відносної свободи обертання між приводами правого і лівого провідних коліс. Для цього і служать Диференціали Підвищеного Тертя (далі ДПТ). Нижче ми розглянемо диференціал підвищеного тертя гвинтового типу.
Одним з найбільш поширених типів ДПТ є гвинтовий (черв'ячний) диференціал підвищеного тертя.
Існує кілька різновидів таких диференціалів, розглянемо докладніше диференціал системи Quaife, названий так по імені його винахідника, англійського інженера Rod Quaife.
Мал. 4. Сили діючі в гвинтовому диференціалі.
На малюнку 4 показано внутрішній устрій такого диференціала. Серцем конструкції є шестерні сателіти. Вони розташовані в посадочних місцях корпусу диференціала. Всього в найпростішому гвинтовому диференціалі сателітів шість штук. Вони знаходяться в постійному зачепленні з шестерні піввісь, також сателіти лівого боку попарно зачеплені з сателітами правого боку. Всі шестерні в диференціалі мають спіральні або гвинтові зуби, звідси і назва такого типу диференціала.
Давайте докладніше розглянемо, як він працює. В умовах, коли обидва ведучі колеса автомобіля мають однакове зчеплення з дорожнім покриттям гвинтовий диференціал, працює як звичайний, вільний. Головна пара обертає корпус диференціала, сателіти і напівосьові шестерні при цьому нерухомі щодо корпусу диференціала і один одного, крутний момент рівномірно розподіляється між провідними колесами.
Тепер, розглянемо приклад, коли зчеплення правого ведучого колеса автомобіля з покриттям погіршується і воно починає пробуксовувати, в такій ситуації опір обертанню лівого колеса щодо правого збільшується (для того щоб провернути його потрібен більший крутний момент) і ліва шестерні піввісь починає обертатися щодо корпусу диференціала проти годинникової стрілки (напрямок обертання показано зеленими стрілками на рис.), передаючи обертання на які перебувають з нею в зачепленні сателіти лівого боку, які оберт аются за годинниковою стрілкою, а сателіти правого боку проти годинникової і відповідно права шестерні піввісь обертається на ліву за годинниковою стрілкою. При цьому в зубчастих парах виникають сили, які прагнуть розсунути шестерні (напрямки сил показані червоними стрілками на малюнку). Сателіти як ми пам'ятаємо встановлені в гніздах корпусу диференціала, під впливом виникають в зубчастих парах сил сателіти притискаються торцями і вершинами зубів до стінок посадочних гнізд в корпусі диференціала. Що виникає при цьому тертя ускладнює обертання сателітів, а відповідно і лівої шестерні піввісь щодо корпусу диференціала чим і досягається ефект часткової блокування диференціала.
Сили, що виникають в зубчастих з'єднаннях і прагнуть притиснути сателіти до їх посадочних місць при цьому безпосередньо залежать від величини крутного моменту, що проходить в даний час через диференціал і від різниці в опорі обертанню між провідними колесами. Іншими словами, як тільки крутний момент, необхідний для обертання одного колеса стає менше (колесо буксує), ніж момент потрібний для обертання іншого гвинтовий диференціал автоматично перерозподіляє його на користь колеса з кращим зчепленням. Перерозподіл моменту відбувається плавно і на колесо з кращим зчепленням при цьому передається рівно стільки моменту, скільки необхідно для того щоб воно почало обертатися.
Максимальний коефіцієнт блокування гвинтового диференціала залежить від профілю зубів сателітів і кількості сателітів в диференціалі (чим більше кількість сателітів, тим більшою буде сумарна площа плями контакту їх з корпусом диференціала) і як правило знаходиться в межах 3-5. Тут необхідно пояснити, що ж таке коефіцієнт блокування диференціала.
Коефіцієнт блокування - це відношення крутного моменту на відстаючому (з кращим зчепленням з покриттям) колесі, до моменту на колесі, забігали (пробуксовує).
Значення коефіцієнта К = 5, наприклад, означає що диференціал здатний направити в п'ять разів більший момент до того ведучого колеса, яке має краще зчеплення з дорогою в даний момент.
У випадках, коли різниця крутних моментів між провідними колесами відсутня, але ведучі колеса обертаються з різною швидкістю наприклад, в повороті черв'ячний диференціал підвищеного тертя поводиться так само, як і звичайний, «відкритий» диференціал. Таким чином робота гвинтового диференціала практично не впливає на керованість автомобіля при проходженні поворотів.
На відміну від інших типів ДПТ гвинтовий диференціал не має в своїй конструкції швидкозношуваних частин, таких як фрікціони і не вимагає використання спеціальних масел в експлуатації.
У гвинтового диференціала і є один недолік. У разі, коли момент, необхідний для обертання буксує колеса дорівнює нулю, наприклад, при діагональному вивішуванні диференціалу стає нічого перерозподіляти і колесо просто буксує. В сучасних гвинтових ДПТ від цього недоліку вдалося частково позбутися, ввівши в конструкцію пакет розпірних тарілчастих шайб встановлених між шестернями піввісь.
Рис.5. Пакет тарілчастих шайб.
Створюване шайбами зусилля притискає шестерні піввісь до корпусу диференціала, не даючи їм зовсім вже вільно провертатися в корпусі, завдяки цьому навіть якщо одне з провідних коліс висить в повітрі для повороту шестерні приводу цього колеса щодо корпусу диференціала потрібно певний момент. Відповідно, диференціал частково заблокується і передасть на інше провідне колесо момент від двигуна. Що розвивається шайбами распорное зусилля називається «преднатягом» диференціала, що самоблокується. Тарілчасті шайби по суті єдина підвладна зносу і вимагає періодичної заміни деталь гвинтової «блокування», при їх зносі зусилля преднатяга знижується і з часом при діагональному вивішуванні він почне вести себе як звичайний відкритий диференціал, якщо одне з провідних коліс повисне в повітрі. Втім, у всіх інших випадках гвинтовий диференціал продовжить виконувати свої функції.
Підсумуємо все вище сказане:
Гвинтовий диференціал дає наступні переваги:
- Збільшення прохідності автомобіля на покриттях з різним рівнем зчеплення.
- Диференціал не вимагає спеціальних мастильних матеріалів
- Не потрібно періодичне обслуговування диференціала
- Чи не втрачається комфорт і простота управління автомобіля
Цей диференціал не допоможе Вам, якщо одне з провідних коліс вивішено. Однак, цей недолік може усунутий, якщо використовувати диференціал з преднатягом.