Automobilový diferenciál: zariadenie, poruchy a metóda výberu
Obsah
V technickej dokumentácii plnohodnotných SUV, niektorých crossoverov a mestských automobilov s pohonom všetkých kolies sa nachádza slovné spojenie „uzávierka diferenciálu“. Poďme zistiť, čo to je, aký je jeho účel v automobile, ako to funguje, a tiež ako zvoliť nový, ktorý nahradí zlyhaný.
Čo je to strojový diferenciál
Diferenciál v automobile je prevodový prvok. Poskytuje nezávislé otáčanie hnacích kolies, ale súčasne prenáša na každé z nich rovnaký krútiaci moment.
Tento prvok je obzvlášť dôležitý pre stabilitu vozidla v zákrutách. Z fyziky vieme, že pri otáčaní vedie koleso na vnútornej strane polkruhu kratšiu cestu ako koleso na vonkajšej strane kruhu. V prípade hnaných kolies to vôbec nie je cítiť.
Pokiaľ ide o hnacie kolesá, ak by v prevodovke nebol diferenciál, každé auto by počas zákrut výrazne stratilo stabilitu. Problém je v tom, že vonkajšie a vnútorné kolesá sa musia v zákrutách otáčať rôznymi rýchlosťami, aby sa udržala priľnavosť. V opačnom prípade by jedno z kolies buď kĺzalo alebo šmýkalo.
Diferenciál je namontovaný na hnanej náprave. V prípade vozidiel s pohonom všetkých kolies (trieda SUV alebo 4x4) je tento mechanizmus k dispozícii na všetkých nápravách.
V niektorých automobiloch je diferenciál špeciálne zváraný, aby sa auto udržalo v pohybe. Príkladom toho sú súťažné vozidlá s pohonom všetkých kolies so zváraným diferenciálom. Na bežné jazdenie v meste je však lepšie použiť továrenský diferenciál, alebo ako sa mu hovorí aj otvorený diferenciál.
Diferenciálna história a účel
Dizajn diferenciálu sa objavil takmer súčasne so zahájením výroby vozidiel vybavených spaľovacím motorom. Rozdiel bol iba pár rokov.
Prvé autá boli v zákrutách také nestabilné, že sa inžinieri museli hádať, ako preniesť rovnaký ťah na hnacie kolesá, ale zároveň ich vyrobiť tak, aby sa v zákrutách mohli otáčať rôznymi rýchlosťami.
Aj keď sa nedá povedať, že samotný mechanizmus bol vyvinutý po objavení sa automobilov so spaľovacími motormi. Faktom je, že na vyriešenie manipulácie s prvými automobilmi bola vypožičaná vývojka, ktorá sa predtým využívala na parných vozňoch.
Samotný mechanizmus vyvinul francúzsky inžinier - Onesifor Pekker v roku 1825. Ferdinand Porsche pokračoval v prácach na klznom kolese v automobile. V spolupráci medzi jeho spoločnosťou a ZF AG (Friedrichshafen) bol vyvinutý vačkový diferenciál (1935).
Masívne používanie diferenciálov LSD sa začalo v roku 1956. Túto technológiu využívali všetky automobilky, pretože otvárali nové možnosti pre štvorkolesové vozidlá.
Diferenčné zariadenie
Diferenciál bol založený na planétovej prevodovke. Jednoduchá prevodovka sa skladá z dvoch prevodových stupňov, ktoré majú rozdielny počet zubov rovnakej veľkosti (pre neustále zaradenie).
Keď sa otáča väčší prevodový stupeň, menší robí viac otáčok okolo svojej osi. Planétová úprava poskytuje nielen prenos krútiaceho momentu na hnanú nápravu, ale ho tiež prevádza tak, aby boli odlišné rýchlosti hnacieho a hnaného hriadeľa. Okrem obvyklého prevodového stupňa v planétových prevodovkách sa používa niekoľko ďalších prvkov, ktoré interagujú s tromi hlavnými.
Diferenciál využíva celý potenciál planétových prevodoviek. Vzhľadom na to, že takýto mechanizmus má dva stupne voľnosti a umožňuje vám meniť prevodový pomer, tieto mechanizmy sa osvedčili ako účinné na zabezpečenie stability hnacích kolies rotujúcich pri rôznych rýchlostiach.
Diferenciálne zariadenie obsahuje:
- Puzdro diferenciálu alebo nádoba. Je v ňom upevnený celý planétový prevod a ozubené kolesá;
- Poloosové prevody (najčastejšie sa používa solárny typ). Prijímať krútiaci moment zo satelitov a prenášať na hnacie kolesá;
- Hnané a hnacie prevody hlavného prevodu;
- Satelity. Fungujú ako planetárne prevody. Ak je autom osobný automobil, budú v jednom mechanizme dve také časti. V SUV a nákladných vozidlách má planétová prevodovka 4 satelity.
Diferenčný prevádzkový diagram
Existujú dva typy takýchto mechanizmov - symetrický a asymetrický diferenciál. Prvá úprava je schopná prenášať krútiaci moment na hriadeľ nápravy rovnako. Ich činnosť nie je ovplyvnená uhlovými rýchlosťami hnacích kolies.
Druhá úprava poskytuje nastavenie krútiaceho momentu medzi kolesami hnacej nápravy, ak sa začnú otáčať rôznymi rýchlosťami. Takýto diferenciál sa často inštaluje medzi nápravy vozidla s pohonom všetkých kolies.
Viac podrobností o režimoch prevádzky diferenciálu. Mechanizmus funguje inak v takýchto situáciách:
- Auto ide rovno;
- Auto robí manéver;
- Hnacie kolesá začnú kĺzať.
Takto funguje diferenciál:
S priamym pohybom
Keď ide auto rovno, satelity sú jednoducho spojnicou medzi prevodmi náprav. Kolesá automobilu sa otáčajú rovnakou rýchlosťou, takže sa pohár otáča ako jedna rúra, ktorá spája oba hriadele hriadeľa.
Krútiaci moment je rovnomerne rozdelený medzi obe kolesá. Otáčky kolesa zodpovedajú otáčkam pastorka.
Pri otáčaní
Pri manévrovaní stroja robí koleso vo vonkajšom polomere otáčania viac otáčok ako koleso vo vnútornom polomere otáčania. Vnútorné koleso naráža na veľký odpor, pretože sa zvyšuje krútiaci moment vonkajšieho kolesa a cesta mu bráni v otáčaní príslušnou rýchlosťou.
V takom prípade prídu na rad satelity. Ozubené koleso vnútorného hriadeľa nápravy sa spomalí, kvôli čomu sa planétový prevod v pohári začne otáčať v opačnom smere. Tento mechanizmus umožňuje udržiavať stabilitu vozidla aj pri stiesnených zákrutách. Zabraňuje tiež nadmernému opotrebovaniu pneumatík na spomaľovacom kolese.
Pri šmyku
Treťou situáciou, v ktorej je diferenciál užitočný, je preklz kolies. Stáva sa to napríklad vtedy, keď sa auto dostane do bahna alebo sa pohybuje po ľade. V tomto režime pracuje diferenciál na úplne inom princípe ako v zákrutách.
Faktom je, že pri šmyku sa odpružené koleso začne voľne otáčať, čo vedie k strate krútiaceho momentu na kolese, ktoré má dostatočnú adhéziu k povrchu vozovky. Ak by diferenciál pracoval v režime zatáčania a dostal sa do blata alebo ľadu, auto by sa úplne zastavilo, pretože by sa úplne stratila trakcia.
Na odstránenie tohto problému vyvinuli inžinieri diferenciál s obmedzeným sklzom. O jeho práci si povieme niečo neskôr. Najprv stojí za zváženie existujúce modifikácie diferenciálov a ich rozdiely.
Diferenčné typy
Ak má auto jednu hnaciu nápravu, bude vybavené diferenciálom medzi nápravami. Vozidlo s pohonom všetkých kolies využíva stredový diferenciál. U automobilov s predným náhonom sa tento mechanizmus nazýva aj predný diferenciál a modelom automobilov s pohonom zadných kolies sa hovorí zadný diferenciál.
Tieto mechanizmy sú rozdelené do troch kategórií podľa typu prevodových stupňov:
- Skosený diferenciál;
- Diferenciál so závitovkovým prevodom;
- Valcový diferenciál.
Líšia sa medzi sebou tvarom hlavného a axiálneho prevodu. Kónické úpravy sú inštalované vo vozidlách s pohonom predných a zadných kolies. Valcové sa používajú v modeloch s pohonom všetkých kolies a závitovkové prevody sú vhodné pre všetky typy prevodoviek.
V závislosti od modelu automobilu a stavu vozovky, v ktorej je vozidlo prevádzkované, budú užitočné nasledujúce typy diferenciálov:
- Mechanické blokovanie;
- Samosvorný diferenciál;
- Elektrické blokovanie.
Mechanicky uzamknuté diferenciály
V tejto modifikácii blokuje satelity samotný vodič pomocou špeciálnych spínačov na kolesách. Ak je stroj v priamom smere alebo sa otáča, diferenciál bude pracovať normálne.
Len čo auto narazí na cestu s nestabilným povrchom, napríklad vjazdí do lesa s blatom alebo so zasneženou cestou, vodič presunie páky do požadovanej polohy, aby nedošlo k blokovaniu satelitov.
V tomto režime planétový prevod nefunguje a auto je v zásade bez diferenciálu. Všetky hnacie kolesá sa otáčajú rovnakou rýchlosťou, čo zabraňuje šmyku, a pri všetkých kolesách sa udržuje trakcia.
Takéto mechanizmy majú jednoduchšie zariadenie a sú inštalované na niektorých lacných SUV, napríklad v domácich vozidlách UAZ. Pretože sa pneumatiky pri pomalej jazde blatom nadmerne neopotrebúvajú, táto konštrukcia nepoškodzuje pneumatiky automobilu.
Samosvorný diferenciál
V tejto kategórii je niekoľko typov mechanizmov. Príklady takýchto zariadení sú:
- LSD. V takýchto prevodovkách sú pri nadmerne vysokej rotácii jedného z hriadeľov nápravy satelity automaticky zablokované. Takto sa zabráni strate trakcie stabilného kolesa;
- Viskózna spojka. Tieto diferenciály používajú viskóznu látku na báze silikónu. V chladnom stave zostáva v tekutom stave. Hneď ako sa začne zahrievať a miešať, vlastnosti látky sa zmenia a získa lepkavú štruktúru, ktorá zvyšuje jej viskozitu. Táto charakteristika sa zvyšuje so zväčšením rozdielu v otáčaní hriadeľov náprav. Viskózne spojky majú niekoľko významných nevýhod. Po prvé, nie sú opravené. Keď látka stratí svoje vlastnosti, je potrebné vymeniť celý blok. Po druhé, blokovanie nastane, keď dôjde k veľkému preklzu kolies, takže auto nie vždy účinne zvládne podmienky v teréne. Napriek týmto nedostatkom sa mechanizmus líši v cene rozpočtu. Väčšina lacných výhybiek je vybavená práve takýmito diferenciálmi.
- Torsen. Trup používa červí zámok. Keď sa koeficient krútiaceho momentu na jednom hriadeli nápravy zvýši alebo zníži v porovnaní s druhým hriadeľom nápravy, aktivuje sa zámok. Táto technológia sa používa napríklad vo vozidlách Audi. Zariadenie možno tiež klasifikovať ako mechanicky prepojené mechanizmy. Je považovaný za najspoľahlivejší zo všetkých typov diferenciálov a vyznačuje sa svojou jednoduchosťou. Z tohto dôvodu sú drahé.
Elektrické blokovanie
Takéto diferenciály sú spojené s elektronikou vozidla. Považujú sa za najdrahšie, pretože majú zložitú štruktúru a blokujú pohon. Tento mechanizmus je spojený s ECU vozidla, ktorá prijíma údaje zo systémov monitorujúcich otáčanie kolies, napríklad ABS. U niektorých vozidiel je možné automatické blokovanie deaktivovať. K tomu je na ovládacom paneli špeciálne tlačidlo.
Výhodou elektronických možností je, že umožňujú nastaviť niekoľko stupňov blokovania. Ďalším plusom takýchto mechanizmov je, že dokonale pomáhajú vyrovnať sa s pretáčavosťou. V takýchto modeloch sa krútiaci moment aplikuje na prevod nápravy, ktorý sa otáča pri nižšej rýchlosti.
Viac o uzávierke diferenciálu
Akýkoľvek diferenciál medzi nápravami má významnú nevýhodu - krútiaci moment sa automaticky dodáva na koleso, ktoré sa otáča silnejšie. Z tohto dôvodu druhé koleso, ktoré má dostatočnú trakciu, stráca trakciu. Z tohto dôvodu takáto prevodovka nebude poskytovať príležitosť na nezávislé vystúpenie z bahna alebo záveja.
Ako už bolo spomenuté skôr, problém sa rieši blokovaním satelitov. Existujú dva režimy blokovania:
- Úplné blokovanie sa vykonáva vďaka skutočnosti, že všetky prvky prevodovky sú pevne spojené. Takto je zaistené, že koleso s najlepším záberom má dostatočný krútiaci moment;
- Čiastočné blokovanie je možné zmenou blokovacieho faktora. Ak vozidlo jazdí v priamom smere, má tento faktor hodnotu 1. Len čo sú satelity zafixované v symetrickom diferenciáli, tento faktor sa zmení z 3 na 5. V tomto prípade sa kolovrátok stále točí, ale dostáva menší krútiaci moment.
Tu je video o dôvodoch blokovania diferenciálu:
Diferenciálne poruchy
Vzhľadom na to, že konštrukcia ľubovoľného diferenciálu využíva interakciu ozubených kolies a náprav, je tento mechanizmus náchylný na rýchle opotrebenie a poruchu. Prvky planetového mechanizmu sú vážne zaťažené, preto bez náležitej údržby rýchlo zlyhajú.
Aj keď sú prevodové stupne vyrobené z odolných materiálov, mechanizmu sa oplatí venovať pozornosť, ak sa počas jazdy zvýši hluk, klepanie a vibrácie, ktoré tam predtým neboli. Alarmujúcim momentom je tiež únik maziva. Najhoršie zo všetkého je, ak je mechanizmus zaseknutý. Pri správnej údržbe sa to však stáva málokedy.
Hneď ako sa objaví únik oleja z krytu prevodovky, musíte sa obrátiť na autoservis. Môžete skontrolovať uzol sami. Okrem vizuálnej kontroly po výlete môžete skontrolovať teplotu oleja v prevodovej skrini. Počas normálnej činnosti mechanizmu bude tento údaj asi 60 stupňov. Ak sa diferenciál oveľa viac zahrieva, mali by ste vyhľadať radu odborníka.
Hladina a kvalita maziva by sa mali kontrolovať v rámci bežnej údržby. Každý výrobca prevodového oleja stanovuje svoje vlastné predpisy pre jeho výmenu. Toto odporúčanie neignorujte, pretože olej môže obsahovať malé abrazívne častice, ktoré poškodia zuby ozubeného kolesa a tiež zničia olejový film, ktorý zabraňuje treniu kovových častí.
Ak v dôsledku vizuálnej kontroly zistíte netesnosť centrálneho diferenciálu alebo spozorujete podobný problém s analógmi automobilu s predným náhonom, je potrebné vymeniť olejové tesnenie. Zníženie hladiny maziva vedie k zvýšenému treniu častí, čo významne znižuje životnosť zariadenia. Ak prevádzkujete prevodovku nasucho, sú satelity, ložiskové a axiálne prevody nepoužiteľné.
Samodiagnostika diferenciálu sa uskutočňuje nasledovne. Najskôr zdvihnite hnaciu nápravu automobilu. Prevodovka je zaradená na neutrál. Jedno koleso sa otáča najskôr jedným smerom a potom druhým smerom. Rovnaký postup sa robí s druhým kolesom.
Pri fungujúcom diferenciáli sa kolesá budú točiť bez vôle a hluku. Niektoré poruchy tiež môžete odstrániť sami. Za týmto účelom je prevodovka demontovaná, demontovaná a všetky jej prvky sú umyté v benzíne (na identifikáciu chybných miest). Počas tohto postupu môžete zistiť vôľu satelitov a vývoj prevodových stupňov.
Opotrebované prvky sa odstránia a namiesto nich sa nainštalujú nové diely. Výmena sa týka v podstate satelitov, ložísk a olejových tesnení, pretože zlyhávajú rýchlejšie. Družice sa nastavujú voľbou prevodových stupňov s minimálnou vôľou medzi zubami.
Tu je ďalšie video o tom, ako nastaviť predpätie ložiska diferenciálu:
Hľadá sa nový diferenciál
Napriek tomu, že medzi kolesami alebo stredovým diferenciálom sa dá ľahko nájsť na trhu s náhradnými dielmi pre automobily, jeho cena je pomerne vysoká (nový diel môže stáť stovky až tisíce dolárov). Z tohto dôvodu väčšina motoristov zriedka súhlasí s úplnou výmenou mechanizmu.
Nový mechanizmus alebo jeho jednotlivé prvky možno nájsť rovnako ako bežné automobilové diely. Najjednoduchšie je ísť do obchodu a požiadať o konkrétny diel pre dané vozidlo. To však platí, ak vozidlo nebolo modernizované. V opačnom prípade sa diel vyberie podľa kódu jednotky alebo podľa modelu automobilu, z ktorého bol odstránený náhradný diel.
Najlepšie je vyhľadávať diel podľa údajov o automobile, a nie podľa kódu produktu, pretože tieto symboly nájdete až po demontáži mechanizmu. Tento uzol má veľa úprav. Aj pre rovnakú značku automobilu sa dajú použiť rôzne diferenciály.
Vzhľadom na tento okamih je mimoriadne ťažké nájsť dokonalý analóg z iného automobilu. Pokiaľ ide o nákup diferenciálu na sekundárnom trhu, je to ponechané na nebezpečenstvo a riziko samotného majiteľa automobilu, pretože nikto ho nerozoberie a nebude skontrolovať jeho stav. Zvyšuje sa tak riziko nákupu silne opotrebovaného mechanizmu.
Keď to zhrnieme, stojí za to povedať, že bez diferenciálu nie je možné vytvoriť bezpečné a efektívne auto, hoci fanúšikovia krútiacich sa drobností na suchom asfalte s tým budú polemizovať.
Otázky a odpovede:
Čo je to jednoducho diferenciál v aute? Ide o mechanický prvok, ktorý je inštalovaný medzi hriadeľmi náprav hnacieho kolesa. Krútiaci moment sa prenáša na skriňu diferenciálu cez kardan a potom sa privádza na kolesá prostredníctvom nezávislých prevodov.
Na čo slúži diferenciál v aute? Tento mechanizmus zabezpečuje prenos krútiaceho momentu na hnacie kolesá, no pri vykonávaní manévrov alebo pri prejazde nerovností umožňuje kolesám otáčať sa rôznymi rýchlosťami.
Kde je v aute diferenciál? Tento mechanizmus je inštalovaný na hnacej náprave medzi nápravovými hriadeľmi. V modeloch XNUMXWD a plug-in XNUMXWD sa inštaluje na každú nápravu.
Ktoré auto má stredový diferenciál? Všetky autá majú medzinápravový diferenciál (stojany medzi nápravovými hriadeľmi). Stredový diferenciál sa používa iba v modeloch áut s pohonom všetkých kolies (inštaluje sa medzi nápravy).
