Диференціал: як працює?

Термін «блокування диференціала», або «самоблокирующейся диференціал» (самоблок), чули багато автомобілістів, а ось як цей процес виглядає на практиці, знають лише деякі. І якщо раніше такий «опцією» автовиробники обладнали переважно позашляховики, то зараз її можна зустріти і на цілком міському автомобілі. Крім того, часто власники машин, не обладнаних самоблоками, зрозумівши, яку користь вони приносять, встановлюють їх самостійно.


Але перш ніж розбиратися з тим, як працює диференціал, потрібно зрозуміти, як він функціонує без блокування.

Що таке диференціал

Диференціал (діфф) по праву можна вважати одним з головних елементів конструкції трансмісії автомобіля. З його допомогою відбувається передача, зміна, а також розподіл видається двигуном крутного моменту між парою споживачів: колесами, розташованими на одній осі машини або ж між її мостами. Причому сила потоку розподіляється енергії при необхідності може бути різною, а значить, і швидкість обертання коліс - різному. У трансмісії автомобіля діфф може бути встановлено: в картері заднього моста, КПП і роздавальної коробці, в залежності від пристрою привода(ів). Ті диффи, які встановлені в мосту або КПП, називаються міжколісними, а який знаходиться між осями машини, відповідно – міжосьовим.

Призначення диференціала

Як відомо, автомобіль під час руху здійснює різні маневри: повороти, перешикування, обгони і т. д. Крім того, поверхня дороги може містити нерівності, а це означає, що колеса автомобіля, в залежності від ситуації, в один і той же час можуть проходити різну відстань. Тому, наприклад, при повороті, якщо швидкість обертання коліс на осі буде однаковою, то одне з них неминуче стане пробуксовувати, що призведе до прискореного зносу покришок. Але це не найстрашніше. Набагато гірше те, що у транспортного засобу значно знижується керованість.


Ось для вирішення подібних проблем і придумали диференціал – механізм, який буде перерозподіляти енергію, що надходить від двигуна, між осями автомобіля у відповідності з величиною опору коченню: чим воно менше, тим більше буде швидкість обертання колеса, і навпаки.

Механізм диференціала

На сьогоднішній день існує безліч різновидів диффов, і їх пристрій досить складне. Однак принцип роботи в цілому однаковий, тому буде простіше для розуміння розглянути найпростіший тип – відкритий диференціал, який складається з наступних елементів:

Шестерень, закріплених на півосях.

Веденої (коронної) шестерні, виконаної у вигляді усіченого конуса.

Провідною шестерні, закріпленої на кінці ведучого вала, яка в сукупності з коронної утворює головну передачу. Так як ведена шестерня за розмірами більше ведучої, то останній доведеться зробити кілька обертів навколо своєї осі, перш ніж коронна виконає тільки один. Отже, саме ці два елементи диференціала знижують величину енергії (швидкості), яка в результаті дійде до коліс.

Сателітів, які утворюють планетарний механізм, що грає ключову роль у забезпеченні необхідної різниці в швидкості обертання коліс.

Корпусу.

Як працює диференціал

Під час прямолінійного руху автомобіля його півосі, а значить, і колеса обертаються з такою ж швидкістю, як і ведучий вал зі своєю косозубой шестірнею. Але під час повороту впливає навантаження на колеса стає різною (одне з них намагається крутитися швидше), і за рахунок цієї різниці звільняються сателіти. Тепер енергія двигуна проходить через них, а так як пара сателітів – це дві окремі, незалежні шестерні, то до піввісь передається різна за величиною частота обертання. Таким чином, потужність, що виробляється двигуном, розподіляється між колесами, але нерівномірно, а в залежності від діючої на них навантаження: те, що рухається по зовнішньому радіусу, відчуває менший опір коченню, тому діфф передає на нього більше енергії, розкручуючи швидше.
Різниці в тому, як працює міжосьовий диференціал і міжколісний, немає: принцип дії аналогічний, тільки в першому випадку розподілений крутний момент направлений до осей автомобіля, а в другому - до його колесам, розташованих на одній осі. Потреба в межосевом диффе стає особливо помітна під час руху машини по пересіченій місцевості, коли її вага тисне на ту вісь, яка знаходиться нижче іншої, наприклад, на підйомі або спуску.

Проблема диференціала

Незважаючи на те що диференціал, безумовно, грає велику роль в конструкції автомобіля, його робота іноді створює проблеми для водія. А саме: коли одне з коліс виявляється на слизькій ділянці дороги (бруду, льоду або снігу), то інше, що знаходиться на більш твердому ґрунті, починає відчувати підвищене навантаження, діфф намагається це виправити, перенаправляє енергію двигуна на ковзне колесо. Таким чином, виходить, що вона отримує максимальне обертання, в той час як інша, має щільне зчеплення з грунтом, просто залишається нерухомим.
Ось саме для вирішення таких проблем була придумана блокування (відключення) диференціала.

Принцип блокування та її види

Зрозумівши принцип роботи диференціала, можна укласти, що якщо заблокувати його, то збільшиться крутний момент на тому колесі або осі, яка має краще зчеплення. Це можна зробити, якщо з'єднати його корпус з однією з двох півосей або ж зупинити обертання сателітів. Блокування може бути повною, коли частини диференціала з'єднуються жорстко. Здійснюється, як правило, за допомогою кулачковою муфти і управляється водієм через спеціальний привід з кабіни автомобіля. Або ж вона може бути частковою, цьому випадку на колеса передається тільки обмежене зусилля – так працює диференціал, якому участь людини не потрібно.

Як працює диференціал

Диференціал, по суті, являє собою компроміс між повним блоком і вільним диффом і дозволяє знизити пробуксовку коліс машини в разі виникнення між ними різниці у коефіцієнті зчеплення з грунтом. Таким чином, значно підвищується прохідність, керованість на бездоріжжі, а також динаміка розгону автомобіля, причому незалежно від якості дороги. Самоблок виключає повну блокування коліс, що захищає півосі від критичних навантажень, які можуть виникнути на диференціалах з примусовим виключенням. Блокування з півосей знімається автоматично, якщо при прямолінійному русі швидкості обертання коліс вирівнюється.

Самі поширені типи самоблоков

Дисковий самоблок – це набір фрикційних (тертьових) дисків, встановлених між корпусом диффа і шестернею півосі. Зрозуміти, як працює диференціал з таким блоком, нескладно: поки машина їде по прямій, корпус диффа і обидві півосі обертаються разом, як тільки в швидкостях обертання з'являється різниця (колесо потрапило на слизьку ділянку), між дисками виникає тертя, що знижує її. Тобто колесо, що залишився на твердому грунті, продовжить обертатися, а не зупиниться, як у випадку вільного диференціала. Віскомуфта, або інакше вязкостная муфта, так само як і попередній діфф, містить два пакети дисків, тільки на цей раз перфорованих, встановлених між собою з невеликим зазором. Одна частина дисків має зчеплення з корпусом, інша – з валом приводу. Диски, поміщені в ємність, заповнену кремнійорганічної рідиною, яка при рівномірному їх обертанні залишається у незмінному стані. Як тільки між пакетами з'являється відмінність у швидкості, рідина починає швидко і сильно густіти. Між перфорованими поверхнями виникає опір. Надто раскрутившийся пакет таким чином гальмується, і швидкість обертання вирівнюється. Зубчастий (гвинтовий, черв'ячний) самоблок. Його робота базується на здатності черв'ячної пари расклиниваться і тим самим блокувати півосі при виникнення на них різниці в крутних моментах. Кулачковий самоблок. Щоб зрозуміти, як працює диференціал такого типу, досить уявити відкритий діфф, в якому замість планетарного шестеренчатого механізму встановлені зубчасті (кулачкові) пари. Кулачки провертаються (перескакують), коли швидкості обертання коліс практично однакові, і жорстко блокуються (заклинюються), як тільки якийсь з них починає пробуксовувати. Різниці в тому, як працює блокування міжосьового диференціала і міжколісного, ні – принцип дії однаковий, відмінності тільки в кінцевих точках: у першому випадку – два мости, у другому – два колеса, встановлених на одній осі.

Вітчизняна «Нива» та її диференціали

У лінійці вітчизняних Вазів «Нива» займає особливе місце: на відміну від своїх «родичів» по конвеєру, ця машина обладнана не виключаемим повним приводом. У трансмісії ВАЗовского позашляховика встановлено три диференціала: межколесние – в кожному мосту, і міжосьовий – в роздатці. Незважаючи на таку кількість, розбиратися заново в тому, як працюють диференціали на «Ниві», не доведеться. Все точно так само, як описувалося вище. Тобто, під час прямолінійного руху машини, за умови відсутності пробуксовок на колесах, тягове зусилля між ними розподілено рівномірно і має однакову величину. Коли якесь з коліс починає буксувати, то вся енергія від двигуна, пройшовши через диффи, направляється до цього колеса.

Блокування диференціалів «Ниви»

Перш ніж говорити про те, як працює блокування диференціалів на «Ниві», слід відзначити один момент, а саме уточнити призначення передній (маленької) ручки роздавальної коробки. Деякі водії вважають, що з її допомогою у машини включається передній привід – це не так: і передній, і задній приводи у «Ниви» задіяні завжди, а цією ручкою здійснюється управління диференціалом роздатки. Тобто поки вона встановлена в положенні «вперед», діфф працює в штатному режимі, а коли «назад» – відключається. А тепер безпосередньо про блокування: при виключенні диференціала вали роздавальної коробки замикаються між собою муфтою, тим самим примусово вирівнюючи швидкості їх обертання, тобто сумарна швидкість коліс передньої осі прирівнюється до сумарної швидкості задній. Розподіл тяги відбувається в бік більшого опору. Припустимо, буксує заднє колесо, якщо включити блокування, тягове зусилля піде на передню вісь, колеса якої витягнуть машину, але якщо одночасно з заднім забуксує і переднє колесо, то самостійно «Нива» вже не вибереться. Щоб такого не траплялося, автолюбителі в мости встановлюють самоблоки, які допоможуть витягнути застряглу машину. На сьогоднішній день найпопулярнішим серед власників «Ниви» є диференціал Нестерова.

Самоблок Нестерова

Саме в тому, як працює диференціал Нестерова, і полягає секрет його популярності. Конструкція дифа дозволяє не тільки оптимально регулювати кутову швидкість коліс машини при здійсненні маневрів, але і в разі пробуксовок або вивішування колеса пристрій віддає йому мінімальну кількість енергії від двигуна. Причому реакція самоблока на зміну дорожньої ситуації практично миттєва. Крім того, диференціал Нестерова значно поліпшує керованість машини навіть на слизьких поворотах, підвищує курсову стійкість, підвищує динаміку розгону (особливо в зимовий період), знижує витрату пального. А монтаж пристрою не вимагає ніяких змін у конструкції трансмісії і встановлюється точно так само, як класичний діфф. Диференціал знайшов застосування не тільки в автомобільній техніці, він виявився вельми корисний і на мотоблоки, значно полегшивши життя його власникам.

Диференціал для мотоблока

Мотоблок - агрегат досить важкий, і, щоб його повернути, потрібно чимало зусиль, а при нерегульованої кутової швидкості обертання коліс це стає ще складніше. Тому власники цих машин, якщо диффи не передбачалися спочатку конструкцією, купують і встановлюють їх самостійно. Як працює диференціал мотоблока? По суті, він лише забезпечує легкий розворот машини, зупиняючи одне з коліс. Інша його функція ніяк не пов'язана з перерозподілом потужності – це збільшення бази коліс. Конструкція диференціала передбачає його використання як подовжувача осей, що робить мотоблок більш маневреним і стійким до опрокидиваниям, особливо на поворотах. Словом, диференціал – річ дуже корисна і незамінна, а його блокування в рази підвищує прохідність автомобіля.