Дифференциал - это неотъемлемая часть любого, в том числе полноприводного автомобиля, но многие ли знают, как он работает?
При повороте автомобиля его внешние и внутренние колёса за один и тот же отрезок времени проходят разные пути. Колесо, катящееся по внутренней кривой, проходит меньший путь, чем колесо, катящееся по внешней кривой. Следовательно, внешнее колесо автомобиля должно вращаться несколько быстрее внутреннего. Для неведущих колёс это - не проблема. Они вращаются индивидуально. Но если оба колеса жёстко привязаны к мосту, они будут стараться вращаться с одинаковой скоростью. Таким образом, ось будет вращаться до тех пор, пока одно из колес не проскользнет и не ослабит напряжение. Если этого не произойдет, ось переломится.
Кроме того, из-за того, что ведущие колеса стараются пройти одинаковое расстояние, автомобиль выталкивается на прямую траекторию, что приводит к недостаточному поворачиванию.
Далеко не каждый производитель машин заботится об этом! В 20-е гг. в Великобритании выпускался автомобиль под названием Троян, оснащенный жесткой ведущей осью. На задних колёсах автомобиля стояла износоустойчивая резина, что позволяло колёсам прокручиваться при повороте без ущерба для автомобиля. Срок службы автомобиля увеличивался также благодаря тому, что предельная его скорость была лишь 40 км/час, да и она достигалась достаточно редко.
Дифференциал
Дифференциал пропорционально распределяет крутящий момент между ведущими колёсами, а также автоматически компенсирует разницу в их скорости вращения. Идея дифференциала стара. Хотя его изобретение обычно приписывают де Диону (конец ХIХ века), фактически разработка механизма дифференциала, соответствующая современному его устройству, была предложена Леонардо да Винчи за четыре столетия до создания средств передвижения, которым необходим дифференциал.
Но, как это часто бывает в случае внедрения новых технологий, решая одни проблемы, дифференциал создает другие. Его основной недостаток состоит в следующем: дифференциал передает большую часть крутящего момента на то колесо, у которого в данный момент хуже сцепление с дорогой; если колесо полностью теряет сцепление, на него передается весь крутящий момент.
Это не имеет смысла. Если одно из колес пробуксовывает в грязи или находится в подвешенном состоянии, другое колесо не вращается вовсе, даже несмотря на то, что его сцепление с дорогой увеличено за счет перенесения на него массы всей машины.
Дифференциал и полноприводный автомобиль
Четыре ведущих колеса - лишь частичное решение проблемы. И в этом случае каждый мост имеет собственный дифференциал, соединенный с "раздаткой", которая и распределяет на мосты крутящий момент. Но так как каждый из дифференциалов распределяет большую часть крутящего момента на колесо, имеющее меньшее сцепление с дорогой, полноприводный автомобиль в грязи может остаться совсем "без колес", если пробуксовывать начинают одновременно одно переднее и одно заднее колесо, или хотя бы одно колесо при разблокированном межосевом дифференциале.
Но это - не единственный минус. В полноприводных автомобилях раздаточная коробка равномерно распределяет крутящий момент на все колеса, до тех пор пока они имеют нормальное сцепление с дорогой. На не слишком грязной или ухабистой дороге особых проблем не возникает, так как шины надолго не отрываются от земли и пробуксовка колес не велика. Но если вы любитель острых ощущений и "серьезного бездорожья", есть риск, что вы попадете в канаву и произойдет вывешивание колеса. В этом случае разница во вращении колес становится опасной, так как может вывести дифференциал из строя. Большинство производителей внедорожников признают этот минус, предупреждая в руководстве по эксплуатации об опасности вывешивания колеса.
Внедорожники с постоянным приводом на 4 колеса имеют третий (межосевой) дифференциал, чтобы сбалансировать разницу вращения передних и задних колес. Это, однако, чревато другими сложностями, которые будут описаны ниже.
Единственно возможный выход (не считая трицикла, ведомого одним задним колесом) - это, с одной стороны, обеспечить колесам, находящимся на одной оси, возможность вращения при необходимости с разной скоростью, а с другой стороны, обеспечить вращение колеса, имеющего сцепление с дорогой, даже в том случае, когда другое колесо пробуксовывает.
Одним из способов добиться этого является использование ручного тормоза для того, чтобы дать нагрузку пробуксовывающему колесу. Делать это, однако, надо осторожно, чтобы не сдерживать вращение второго колеса. Этот способ достаточно эффективен и ничего не стоит. Он используется давно, но может быть, вы узнали о нем впервые.
Хорошим выходом может быть также использование отдельных рычагов ручного тормоза для каждого из ведущих колес. Дешево и эффективно. Этот способ часто применяют любители внедорожной езды. Он также используется на некоторых видах специально сконструированных внедорожников.
Самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения с частичной блокировкой
Принцип работы дифференциала повышенного трения ясен из его названия. В зависимости от дорожных условий и замысла производителя, работа дифференциала ограничена. Такие дифференциалы призваны обеспечивать равномерное распределение крутящего момента на оба колеса в зависимости от уровня сцепления шин с дорогой. Однако, как и в случае применения обычного дифференциала, если одно из колес вывешивается (т.е. возникает значительная разница в сопротивлении колес), практически вся мощность передается на него, и второе колесо становится бесполезным.
К сожалению, в определенной мере автомобили, оснащенные таким дифференциалом, копируют поведение пресловутого Трояна. Так как при вхождении в поворот дифференциал стремится крутить ведущие колеса с одинаковой скоростью (к счастью, в данном случае блокировка дифференциала ограничена), то автомобиль норовит поехать прямо, несмотря на то что вы поворачиваете руль.
Таким образом, принцип работы дифференциала повышенного трения, неизбежно приводит к дилемме - либо хорошее сцепление с дорогой, либо управляемость. Этот дифференциал не может полностью предотвратить пробуксовку колес без серьезного и непредсказуемого влияния на управление. Конечно существуют свои плюсы. Такой дифференциал недорог и его легко установить. Он улучшает сцепление с дорогой и не требует от водителя дополнительных действий (кроме повышенного внимания при маневрировании). К тому же он не может передать весь крутящий момент на одно колесо, что снижает вероятность поломки полуосей неопытным водителем, что может произойти при использовании дифференциала с полной блокировкой.
Дифференциалы с полной блокировкой
Суть работы такого дифференциала также достаточно хорошо передается его названием. В случае применения подобных конструкций дифференциал может быть заблокирован, если это необходимо, обеспечивая работу обоих колес, даже если одно колесо имеет плохое сцепление с дорожным покрытием, или полноценную работу одного колеса, если сцепление другого с дорогой полностью потеряно. Существуют несколько видов таких дифференциалов.
Дифференциал с автоматической блокировкой
Такой дифференциал передает крутящий момент через фрикционы (диски сцепления), которые автоматически прекращают передачу на то колесо, которое начинает крутиться быстрее. Если одно из колес потеряло сцепление с дорогой или начинает крутиться быстрее при повороте, крутящий момент автоматически направляется на другое колесо.
Оборотной стороной является то, что работа фрикционов лишена плавности и мягкости. Это выражается в том, что в моменты прекращения и начала передачи крутящего момента (во время поворота или при выходе из него) существует вероятность внезапного изменения предполагаемой траектории движения автомобиля, что к тому же может сопровождаться ( по крайней мере такое происходит порой со столь популярным блокиратором Detroit Locker) звуками, напоминающими пальбу из пистолета с близкого расстояния! Помимо того, нужно постоянно помнить о том, что автоматически блокирующийся дифференциал может передать весь крутящий момент на одну полуось. В данной ситуации существует возможность повреждений или даже серьезной поломки этой полуоси, особенно на первой пониженной передаче.
Плюс данных дифференциалов в том, что они обеспечивают максимально хорошее сцепление с дорогой, и при этом они не баснословно дороги.
Дифференциал распределенной нагрузки.
В дифференциалах распределенной нагрузки (самый известный из подобных дифференциалов - Truetrac) такой недостаток как возможность внезапной потери управляемости, являющийся основным для автоматических дифференциалов, решается путем контроля со стороны водителя. В этом случае от человека, сидящего за рулем, требуется выполнение определенных действий.
Такая конструкция предусматривает перераспределение крутящего момента на колесо, которое сохраняет сцепление с дорогой, но не полностью и не автоматически. Если одно из колес начинает проскальзывать водитель должен слегка нажать на тормоз, чтобы нагрузить это колесо, что обеспечит передачу крутящего момента на колесо, сохраняющее сцепление с дорогой. В сущности это автоматизированная, усовершенствованная конструкция, разработанная на основе идеи раздельных рычагов ручного тормоза. И точно также как и раздельные рычаги, такой дифференциал не оказывает отрицательного влияния на управляемость.
Дифференциалы с ручной блокировкой.
Наиболее популярными на сегодняшний день являются дифференциалы с пневмоблокираторами фирмы ARB. В обычном режиме дифференциал полностью выполняет свои функции, а при включении пневмоблокиратора происходит полная блокировка. В зависимости от производителя механизм может быть электрическим, вакуумным или пневматическим. Он приводится в действие вмонтированной в приборную панель кнопкой. Дифференциалы с ручной блокировкой не оказывают отрицательного влияния на управляемость автомобиля в обычном режиме, и в то же время обеспечивают максимально эффективную работу колес при блокировке. Многие водители отдают предпочтение таким дифференциалам, так как считают их оптимальным решением. Хотя некоторые журналисты, освещающие проблемы езды по бездорожью, придерживаются мнения, что подобные дифференциалы не следует устанавливать на передний мост, так как они влияют на управление в заблокированном режиме, совершенно очевидно, что если вы застряли в болоте, четкость управления не играет для вас первостепенной роли. Просто всегда нужно помнить о том, что дифференциал активизирован и соблюдать соответствующие меры безопасности.
Постоянный полный привод.
Полный привод окружают удивительные легенды - порой люди ожидают от него чуда, но результатом такой безоговорочной веры иногда становятся лишь "разбитые надежды". Постоянный полный привод на все 4 колеса (4 Wheel Drive или 4WD) не всегда помогает, так как он имеет смысл только в том случае, когда сцепление всех колес с дорожным покрытием в норме. Но иногда он становиться неуместным, то есть просто-напросто не решает проблемы, а создает их.
Проблема состоит в следующем. Для равномерного распределения крутящего момента на передний и на задний мост в различных ситуациях, оси должны иногда вращаться с разной скоростью ( например, при вхождении в поворот).
Чтобы обеспечить это на автомобиль устанавливается третий - межосевой дифференциал. Но так как дифференциал не перестает быть дифференциалом, то и здесь остается верной пословица "где найдешь - там потеряешь". Крутящий момент передается на те колеса, у которых хуже сцепление с дорогой, и если одно из 4 колес полностью теряет сцепление, то 4WD немедленно превращается в 0WD, то есть вся его хваленая "суперпроходимость" и гроша ломаного не стоит в такой ситуации.
Ликвидировать этот недостаток можно частичной или полной блокировкой межосевого дифференциала, то есть принудительно заставляя оба полуосевых зубчатых колеса, вращаться с одинаковой скоростью, соединив их между собой или одно из них с корпусом дифференциала. Обычно это делается вручную, но на многих "свежих" внедорожниках эта функция автоматизирована (с разной степенью успешности).
Но даже если на вашем автомобиле присутствует блокировка межосевого дифференциала, вам не помешают блокировки на осях. Тогда ваш внедорожник наверняка не разочарует вас!
Вискомуфты.
Альтернативой вышеперечисленным способам блокировки дифференциалов является вискомуфта. Принцип ее действия основывается на необычном свойстве некоторых жидкостей (например, силикона) - их вязкость увеличивается или уменьшается в зависимости от скорости взбалтывания. Блокировка у этого устройства срабатывает от разности скоростей вращения валов.
Вискомуфта обеспечивает нормальную работу дифференциала в том случае, когда разница в скорости вращения колес невелика. При увеличении разницы вращения, функционирование дифференциала ограничивается. Такой механизм прост и надежен, но имеет тот же минус, что и традиционный дифференциал повышенного трения (ведущий к тому же результату, только другими средствами) - чем больше блокируется дифференциал, тем сложнее становиться управлять автомобилем.
Вискомуфта, которая сейчас преподноситься как новейшая разработка, была придумана Фергюсоном более 40 лет назад. Несколько автомобилей Jensen с приводом на 4 колеса по системе Фергюсона сохранились до наших дней. Из современных автомобилей можно выделить два: межосевой дифференциал с вискомуфтой устанавливается на последнюю модель Land Rover Defender, а на Cherokee все три дифференциала имеют гидравлические вискомуфты.
Отключаемый привод передних колес.
Некоторые внедорожники устроены таким образом, что передний дифференциал и соответствующие части трансмиссии вращаются передними колесами, независимо от того задействован ли полный привод или нет. Это повышает расход топлива и шум. Отключаемый привод передних колес (отключаемая ступица) позволяет передним колесам вращаться свободно. При необходимости полный привод подключается вручную или автоматически.
Новейшие разработки.
В последнее время производители все чаще используют электронику, которая опираясь на показания различных датчиков, "следит" за сцеплением колес с дорожным покрытием, и соответственно блокирует и разблокирует дифференциал. Применение такой электроники на внедорожниках не всегда оказывается удачным. Например, попытка использования ABS при спуске с крутого склона, приводит к плачевным результатам вследствие отсутствия необходимой пониженной передачи. Пока эти нововведения редко оказываются лучше, чем привычный внедорожник с полным приводом, раздаточной коробкой с понижающими передачами и блокировкой на мостах.
Взято с http://www.g-class.ru/
