Дифференциал – планетарный механизм в автомобиле, призванный перераспределять (разделять/суммировать) потоки мощности в трансмиссии. Основная задача дифференциала – убрать жесткую связь между его выходными звеньями, позволить валам вращаться с разной частотой! Как это достигается?
Рассмотрим конструкцию дифференциала
В общем виде дифференциал состоит из:
1. корпуса (в котором жестко закрепляется ось сателлитов);
2. сателлитов (вращающихся на закрепленных осях);
3. шестерён (находящихся в зацеплении с сателлитами).
Помимо конических дифференциалов (название соответствует форме сателлита и шестерни), которые чаще всего отвечают за распределение крутящего момента между колесами одной оси, существуют и цилиндрические дифференциалы, которые плотно прописались в роли межосевых.
Как видите, конструкция при внешних различиях очень схожа по своей сути. Существуют и другие кинематические схемы дифференциалов, но эти - самые распространенные.
Как работает дифференциал?
1. Крутящий момент от зубчатого зацепления главной передачи передается на корпус дифференциала;
2. Корпус дифференциала давит на оси сателлитов и через них на сами сателлиты;
3. Сателлиты с равным усилием действуют на полуосевые шестерни по обе стороны от них.
Потоки мощности в дифференциале можно визуализировать так:
Симметричный или несимметричный
Понять, симметричный перед нами дифференциал или несимметричный, можно достаточно просто. Проделаем это на примере цилиндрического дифференциала.
Если Вы внимательно читали предыдущий раздел, то уже знаете как распределяются потоки мощности.
Представим, что шестерни дифференциала зафиксированы. Подведенный крутящий момент действует на ось сателлита силой F. Сателлит через плечи r1 и r2 давят на зубья шестерен силами F1 и F2. Какое между ними соотношение? Т.к. для сателлита ось - собственная ось симметрии и вращения, то r1 = r2, отсюда F1 = F2 = F / 2 . Т.е. сателлиты всегда разделяют силы пополам!
Так откуда берется несимметричность в дифференциале? Силы F1 = F2 = F / 2 действуют на разных плечах R1 и R2 относительно оси вращения шестерен. А мы знаем, что крутящий момент - это произведение силы на радиус его действия, т.е. в нашем случае M1 = F1 ⋅ R1 и M2 = F2 ⋅ R2 , где F1 = F2 . Например, в указанном дифференциале R1 = 2 ⋅ R2 , т.е. получим M1 = 2 ⋅ М2 (распределение крутящего момент 1/3 к 2/3) . Т.е. крутящий момент шестерен прямо пропорционален радиусам, на которых происходит зацепление сателлита и шестерен.
Попробуйте представить кинематическую схему конического дифференциала и разобраться, в каких точках будет приложение сил, и на каких радиусах они будут действовать.
Основные уравнения, по которым работает дифференциал
Распределение крутящего момента:
М=М1+М2
В этом уравнении М - крутящий момент, на корпусе дифференциала, М1 и М2 - на шестернях. Для симметричного дифференциала М1=М2. Для несимметричного - читайте предыдущий раздел.
Распределение скорости вращения:
ω =( ω 1 + ω 2) / 2
В этом уравнении ω - скорость вращения корпуса дифференциала, ω 1 и ω 2 - шестерней. Т.е. скорость корпуса дифференциала равна половине суммы скоростей вращения двух шестерён.
Тренируемся применять эти формулы на практике:
Представим гипотетическую ситуацию, когда одно из колес приводной оси автомобиля с симметричным дифференциалом находится на скользком льду с коэффициентом сцепления 0, а второе колесо стоит на отличном асфальте (0,8), а скорость вращения корпуса дифференциала ω.
Какой крутящий момент будет на корпусе дифференциала, и с какой скоростью будет вращаться каждое из колес?
Проверьте себя - ответ пишите в комментариях к статье!
В качестве послесловия
Теперь Вы знаете, как работают самые распространенные дифференциалы! Но человечество не стояло на месте и придумало множество вариантов, как эти дифференциалы наделить новыми качествами. В следующей статье я расскажу про блокировки дифференциалов, а также про самоблокирующиеся дифференциалы и дифференциалы повышенного трения!
А пока можете почитать по теме:
Статья про устройство полного привода
Статья про раздаточные коробки
P.S. Подписывайтесь на канал, комментируйте эту статью, делитесь в соцсетях - это поможет мне понять, на чем стоит остановиться подробнее, какие темы осветить, что Вам, читатели, интересно!
