Дифференциал как автомобильный механизм скоро отметит свое второе столетие, и хотя его конструкция за эти годы претерпела изменения, он продолжает сохранять свои ключевые особенности. Так что же такое дифференциал и какую роль он играет в автомобиле?
1. Что такое дифференциал?
Дифференциал в автомобиле - это механизм, который делит поток мощности на два потока для каждого колеса на одной оси и изменяет соотношение между ними таким образом, чтобы мощность передавалась от коробки передач к колесам, а колеса вращались с разной скоростью. Проще говоря, дифференциал делит 100% мощности, передаваемой от коробки передач, на два потока для каждого колеса на одной оси. Эти потоки могут быть перераспределены между 50:50 и 100:0 в зависимости от ситуации вождения.
2. Для чего нужен дифференциал?
Основное назначение дифференциала - позволить колесам на одной оси вращаться с разной скоростью, обеспечивая при этом бесперебойную передачу крутящего момента. Это особенно важно для автомобилей на поворотах. При движении в повороте колеса с внешней стороны проходят большее расстояние, чем колеса с внутренней стороны, поэтому для стабилизации автомобиля они должны вращаться с большей скоростью.
Если колеса на оси жестко соединены, внутреннее колесо будет проскальзывать на поворотах. В заднеприводных автомобилях риск заноса возрастает, а в переднеприводных автомобилях управляемость и контроль на поворотах сильно ухудшаются. Поэтому с момента появления автомобиля одной из главных задач было обеспечить свободное и независимое вращение колес одной оси при сохранении постоянной передачи крутящего момента от двигателя, и это было успешно достигнуто.
3. Как устроены дифференциалы?
Дифференциалы - это особый случай планетарных передач. Физически они обычно представляют собой набор из четырех шестерен, вращение передается пятой шестерней (ведомой шестерней главной передачи) и соединяется с корпусом дифференциала, который выступает в роли водила. Главная передача состоит из двух шестерен, шестерня получает вращение от коробки передач и передает его на вспомогательную шестерню. Ведомая шестерня передает вращение через корпус на сателлитную шестерню, которая, в свою очередь, передает его на солнечную шестерню, закрепленную на валу привода колеса.
При движении по прямой сателлитная передача неподвижна, скорость главной передачи и скорость солнечной передачи равны, и колеса вращаются с одинаковой скоростью. Однако на повороте сателлитная шестерня начинает вращаться и создает разницу в скорости с солнечной шестерней, так что колеса снаружи и внутри поворота вращаются с одинаковой скоростью.
4. Каковы недостатки дифференциалов?
Главный недостаток дифференциалов также является их главным преимуществом: До 100 процентов мощности может быть передано на одно колесо. В результате, если одно колесо не имеет достаточного сцепления с дорогой, большая часть мощности будет передаваться на это колесо. В результате автомобиль может не сдвинуться с места даже на дорожном покрытии, где одно колесо имеет достаточное сцепление с дорогой.
Для решения этой проблемы были разработаны различные конструкции, такие как дифференциалы с повышенным внутренним сопротивлением (так называемые самоблокирующиеся узлы) и дифференциалы с ручной или автоматической принудительной блокировкой. В зависимости от конструкции и назначения, поток мощности может быть перераспределен в пользу колес с лучшим сцеплением с дорогой, или дифференциал может быть полностью заблокирован, чтобы колеса на оси вращались с одинаковой скоростью.