Diferenciál vozidla. Odrody a vlastnosti fungovania
Obsah
zadarmo (bez blokovania);
s manuálnym ovládaním;
s automatickým zámkom.
Diferenciál je mechanizmus, ktorý prenáša krútiaci moment z jedného zdroja na dvoch spotrebiteľov. Jeho kľúčovou vlastnosťou je schopnosť prerozdeľovať výkon a poskytovať rôzne uhlové rýchlosti otáčania spotrebiteľov. S ohľadom na cestné vozidlo to znamená, že kolesá môžu dostávať rôzny výkon a otáčať sa rôznymi rýchlosťami cez diferenciál.
Diferenciál je dôležitým prvkom automobilovej prevodovky. Skúsme prísť na to, prečo.
Prečo sa nezaobídete bez diferenciálu
Presne povedané, vystačíte si s diferenciálom. Ale len dovtedy, kým sa auto pohybuje po bezchybnej trati, bez toho, aby sa kdekoľvek otáčalo, a jeho pneumatiky sú rovnaké a rovnomerne nahustené. Inými slovami, pokiaľ všetky kolesá prejdú rovnakú vzdialenosť a otáčajú sa rovnakou rýchlosťou.
Ale keď sa auto dostane do zákruty, kolesá musia prejsť inú vzdialenosť. Je zrejmé, že vonkajší oblúk je dlhší ako vnútorný oblúk, takže kolesá na ňom sa musia otáčať rýchlejšie ako kolesá na vnútornom oblúku. Keď náprava nevedie a kolesá nie sú na sebe závislé, tak nie je problém.
Ďalšia vec je vedúci most. Pre bežné ovládanie sa otáčanie prenáša na obe kolesá. S ich pevným spojením by mali rovnakú uhlovú rýchlosť a mali by tendenciu prekonať rovnakú vzdialenosť v zákrute. Zatáčanie by bolo náročné a malo by za následok preklzávanie, zvýšené opotrebovanie pneumatík a nadmerné namáhanie . Časť výkonu motora by šla do sklzu, čo znamená, že by sa plytvalo palivom. Niečo podobné, aj keď nie také samozrejmé, sa vyskytuje aj v iných situáciách – pri jazde po nerovných cestách, nerovnomernom zaťažení kolies, nerovnomernom tlaku v pneumatikách, rôznom stupni opotrebovania pneumatík.
Tu prichádza na rad záchrana. Prenáša otáčanie na oba nápravové hriadele, ale pomer uhlových rýchlostí otáčania kolies môže byť ľubovoľný a rýchlo sa meniť v závislosti od konkrétnej situácie bez zásahu vodiča.
Typy diferenciálov
Diferenciály sú symetrické a asymetrické. Symetrické zariadenia prenášajú rovnaký krútiaci moment na oba hnané hriadele, pri použití asymetrických zariadení sú prenášané krútiace momenty rozdielne.
Funkčne môžu byť diferenciály použité ako medzikolesové a medzinápravové diferenciály. Interwheel prenáša krútiaci moment na kolesá jednej nápravy. V aute s predným náhonom je umiestnený v prevodovke, v aute so zadným náhonom v skrini zadnej nápravy.
V aute s pohonom všetkých kolies sú mechanizmy umiestnené v kľukových skriniach oboch náprav. Ak je pohon všetkých kolies stály, v prevodovke je namontovaný aj stredový diferenciál. Prenáša rotáciu z prevodovky na obe hnacie nápravy.
Nápravový diferenciál je vždy symetrický, ale nápravový diferenciál býva asymetrický, typické percento krútiaceho momentu medzi prednou a zadnou nápravou je 40/60, aj keď sa môže líšiť.
Možnosť a spôsob blokovania určuje ďalšiu klasifikáciu diferenciálov:
Blokovanie môže byť úplné alebo čiastočné.
Ako funguje diferenciál a prečo ho blokovať
V skutočnosti je diferenciál mechanizmus planetárneho typu. V najjednoduchšom symetrickom medzinápravovom diferenciáli sú štyri kužeľové prevody – dve poloosové (1) plus dva satelity (4). Okruh funguje s jedným satelitom, ale druhý sa pridáva, aby bolo zariadenie výkonnejšie. V nákladných automobiloch a SUV sú nainštalované dva páry satelitov.
Miska (telo) (5) funguje ako nosič pre satelity. V ňom je pevne uchytené veľké hnané koleso (2). Prijíma krútiaci moment z prevodovky cez ozubené koleso rozvodovky (3).
Na rovnej ceste sa kolesá, a teda aj ich kolesá, otáčajú rovnakou uhlovou rýchlosťou. Satelity sa otáčajú okolo osí kolies, ale neotáčajú sa okolo vlastných osí. Takto otáčajú bočné ozubené kolesá, čím im dávajú rovnakú uhlovú rýchlosť.
V zákrute má koleso na vnútornom (menšom) oblúku väčší valivý odpor a preto ho spomaľuje. Keďže sa príslušný bočný prevod tiež začína otáčať pomalšie, spôsobuje to otáčanie satelitov. Ich otáčanie okolo vlastnej osi vedie k zvýšeniu otáčok ozubeného kolesa na hriadeli nápravy vonkajšieho kolesa.
Podobná situácia môže nastať v prípadoch, keď pneumatiky majú nedostatočnú priľnavosť k vozovke. Napríklad koleso narazí na ľad a začne sa šmýkať. Bežný voľný diferenciál prenesie rotáciu tam, kde je menší odpor. V dôsledku toho sa prešmykujúce koleso bude točiť ešte rýchlejšie, zatiaľ čo protiľahlé koleso sa prakticky zastaví. V dôsledku toho sa auto nebude môcť ďalej pohybovať. Obraz sa navyše v prípade pohonu všetkých kolies zásadne nezmení, keďže aj stredový diferenciál prenesie všetku silu tam, kde narazí na menší odpor, teda na nápravu s preklzovaným kolesom. Výsledkom je, že aj auto s pohonom všetkých štyroch kolies môže uviaznuť, ak prekĺzne len jedno koleso.
Tento jav vážne zhoršuje priechodnosť každého auta a pre terénne vozidlá je úplne neprijateľný. Situáciu môžete opraviť zablokovaním diferenciálu.
Typy zámkov
Úplné nútené blokovanie
Úplné manuálne blokovanie môžete dosiahnuť zaseknutím satelitov, aby ste ich zbavili schopnosti otáčať sa okolo vlastnej osi. Ďalším spôsobom je uviesť misku diferenciálu do tuhého záberu s hriadeľom nápravy. Obe kolesá sa budú otáčať rovnakou uhlovou rýchlosťou.
Na aktiváciu tohto režimu stačí stlačiť tlačidlo na prístrojovej doske. Pohonná jednotka môže byť mechanická, hydraulická, pneumatická alebo elektrická. Táto schéma je vhodná pre medzikolesové aj stredové diferenciály. Môžete ho zapnúť, keď vozidlo stojí, a mali by ste ho používať iba pri nízkej rýchlosti pri jazde po nerovnom teréne. Po opustení normálnej cesty musí byť zámok vypnutý, inak sa manipulácia výrazne zhorší. Zneužitie tohto režimu môže spôsobiť poškodenie hriadeľa nápravy alebo súvisiacich častí.
Väčšou zaujímavosťou sú samosvorné diferenciály. Nevyžadujú zásah vodiča a v prípade potreby fungujú automaticky. Pretože blokovanie v takýchto zariadeniach je neúplné, pravdepodobnosť poškodenia hriadeľov nápravy je nízka.
Diskový (trecí) zámok
Ide o najjednoduchšiu verziu samosvorného diferenciálu. Mechanizmus je doplnený sadou trecích kotúčov. Priliehajú tesne k sebe a cez jeden sú pevne pripevnené na jednom z hriadeľov nápravy a v miske.
Celá konštrukcia sa otáča ako celok, kým sa rýchlosť otáčania kolies nezmení. Potom sa medzi kotúčmi objaví trenie, ktoré obmedzuje rast rozdielu otáčok.
Viskózna väzba
Viskózna spojka (viskózna spojka) má podobný princíp činnosti. Iba tu sú disky s perforáciami umiestnené v zapečatenej krabici, ktorej celý voľný priestor je vyplnený silikónovou kvapalinou. Jeho charakteristickým znakom je zmena viskozity počas miešania. Keď sa kotúče otáčajú rôznymi rýchlosťami, kvapalina sa mieša a čím intenzívnejšie je miešanie, tým je kvapalina viskóznejšia a dosiahne takmer pevný stav. Keď sa rýchlosť otáčania vyrovná, viskozita kvapaliny rýchlo klesne a diferenciál sa odomkne.
Viskózna spojka má pomerne veľké rozmery, preto sa častejšie používa ako doplnok k stredovému diferenciálu a niekedy namiesto neho, v tomto prípade pôsobí ako pseudodiferenciál.
Viskózna spojka má množstvo nevýhod, ktoré výrazne obmedzujú jej použitie. Ide o zotrvačnosť, výrazné zahrievanie a slabú kompatibilitu s ABS.
Thorsen
Názov pochádza z Torque Sensing, teda „vnímanie krútiaceho momentu“. Je považovaný za jeden z najúčinnejších samosvorných diferenciálov. Mechanizmus využíva závitovkový prevod. Konštrukcia má tiež trecie prvky, ktoré dodatočne prenášajú krútiaci moment, keď dôjde k preklzávaniu.
Existujú tri typy tohto mechanizmu. Pri normálnej trakcii na ceste fungujú odrody T-1 a T-2 ako diferenciály symetrického typu.
Keď jedno z kolies stratí trakciu, T-1 dokáže prerozdeliť krútiaci moment v pomere 2,5 ku 1 ku 6 ku 1 a ešte viac. To znamená, že koleso s najlepšou priľnavosťou dostane v určenom pomere väčší krútiaci moment ako preklzujúce koleso. V odrode T-2 je toto číslo nižšie - od 1,2 do 1 až 3 až 1, ale je tu menšia vôľa, vibrácie a hluk.
Torsen T-3 bol pôvodne vyvinutý ako asymetrický diferenciál s mierou blokovania 20 ... 30 %.
QUAIFE
Diferenciál Quife je pomenovaný po anglickom inžinierovi, ktorý vyvinul toto zariadenie. Dizajnovo patrí k typu červa, ako Thorsen. Líši sa od nej počtom satelitov a ich umiestnením. Quaife je medzi nadšencami tuningu áut pomerne populárny.
