Diferenciál je zjednodušeně řečeno složitý mechanismus, díky kterému je vůz flexibilní a ovladatelný.

Hlavní převodovka je navržena ke zvýšení točivého momentu přenášeného na hnací kola. Jeho provedení je na první pohled vcelku jednoduché – dva převody. Jeden, menší velikosti, je vůdce, druhý, větší, je otrok. Ale konstrukce hlavního převodu do značné míry určuje trakční a rychlostní charakteristiky vozidla a spotřebu paliva.

U vozidel s pohonem zadních kol Používá se hypoidní koncový převod, protože točivý moment musí být přenášen na hnací kola pod úhlem 90 stupňů. Proč se místo jednoduchého kuželového kola používá složitější hypoidní ozubené kolo? Ano, protože jedinou výhodou kuželového převodu je jeho jednoduchost. Nevýhod je ale více: hlučnost, malá únosnost, vysoké umístění kardanu (a potažmo i převodového tunelu v karoserii vozu). V hypoidní převodovce je osa hnacího ozubeného kola přesazena vzhledem k ose hnaného ozubeného kola o velikost hypoidního přesazení. Proto je hřídel vrtule umístěn níže, což umožňuje snížit výšku převodového tunelu. Tím se sníží těžiště vozu, čímž se zlepší jeho stabilita.
Zuby ozubeného kola jsou šikmé nebo křivočaré. Díky tomu, že v hypoidní převodovka současně je zapojeno více zubů než u kuželového převodu, což zajišťuje hladký a tichý chod a zvyšuje nosnost. Kvůli těsnějšímu usazení zubů se však zvyšuje riziko zaseknutí, zejména při změně směru otáčení. Hypoidní ozubená kola proto vyžadují vysokou přesnost seřízení a použití speciálního převodového oleje. Do olejů pro hypoidní převody se přidávají přísady proti opotřebení a extrémní tlaky.

U vozidel s pohonem předních kol, kde není potřeba měnit směr přenášeného točivého momentu, jsou v hlavním převodu použita jednoduchá válcová kola. Konstrukčně je hlavní ozubené kolo instalováno ve společné skříni s převodovkou. Válcová ozubená kola se snadno vyrábějí, jsou levná a mají nízké riziko oděru. K jejich mazání se proto ve většině případů používá spíše motorový olej než speciální převodový olej.

Jak konečný převodový poměr ovlivňuje trakci a dynamické vlastnosti? Čím je vyšší, tím je zrychlení rychlejší, ale maximální rychlost je nižší. Naopak s klesajícím převodovým poměrem vůz zrychluje pomaleji, ale dosahuje vyšší maximální rychlosti. Hodnota převodového poměru pro konkrétní model vozu se vybírá s ohledem na vlastnosti motoru, velikost kol a schopnosti brzdového systému.

ROZDÍL

Diferenciál je mechanismus, který umožňuje (v případě potřeby) hnacím kolům vozidla otáčet se různými rychlostmi.. k čemu to je? Při přímém pohybu kola urazí stejnou vzdálenost, ale při otáčení vnější kolo urazí větší vzdálenost než kolo vnitřní. Proto, aby „drželo krok“ s autem, musí se vnější kolo otáčet rychleji.

Konstrukce diferenciálu je jednoduchá: skříň, satelitní náprava a dva satelity (převody). Skříň je připevněna k hnanému ozubenému kolu hlavního páru a otáčí se společně s ním. Satelity zabírají s ozubenými koly nápravových hřídelů, které přímo roztáčí kola.

V tomto provedení přenášejí satelity více točivého momentu na hřídel nápravy, který má menší odpor vůči otáčení. To znamená, že kolo, které se snadněji protáčí diferenciálem, se bude otáčet vyšší rychlostí. Při pohybu v přímém směru jsou kola zatížena rovnoměrně, diferenciál rozděluje točivý moment rovnoměrně a satelity se neotáčejí kolem své osy. Při zatáčení je vnitřní kolo více zatíženo, zatímco vnější kolo je nezatížené. Proto se satelity začnou otáčet kolem osy, roztočí méně zatížené kolo, čímž se zvýší jeho rychlost otáčení.

Tato vlastnost diferenciálu však někdy vede k velmi nepříjemným následkům. Pokud například jedno z kol narazí na kluzký povrch, diferenciál jej pouze protočí a zcela ignoruje kolo, které má normální kontakt s vozovkou. To znamená, že auto „uklouzne“.

K boji proti tomuto jevu se používají následující: uzávěrky diferenciálů. Bylo vynalezeno mnoho metod blokování, od jednoduchých mechanických po sofistikované elektronické.
Kompletní uzávěrka diferenciálu

Používá se v SUV. U této konstrukce jsou hřídele náprav navzájem pevně spojeny, takže se otáčejí stejnou rychlostí. Zámek je ručně aktivován řidičem před přejezdem náročného úseku, poté je nutné jej vypnout, aby nedošlo k přetížení převodovky, zvýšenému opotřebení pneumatik a snížení kontroly nad vozidlem. Při jízdě v běžných podmínkách vozovky nelze samozřejmě plné zamykání použít.
Částečná uzávěrka diferenciálu

U takových diferenciálů se uzávěrka aktivuje automaticky, proto se jim také říká samosvorné. V tomto případě se blokovací síla zvyšuje postupně, úměrně rozdílu v rychlosti otáčení nebo hodnotě točivého momentu. Podle návrhu diferenciály s omezeným prokluzem lze rozdělit do čtyř typů: viskózní, kotoučové, šroubové, elektronicky řízené.

Viskózní spojka

Viskózní spojka (viskózní spojka) Jedná se o utěsněné pouzdro obsahující dvě spojkové sady. Prostor uvnitř pouzdra je vyplněn silikonovou kapalinou, jejíž viskozita závisí na teplotě. Jedna spojková sada je spojena se skříní diferenciálu, druhá s jedním z nápravových hřídelů. Za normálních podmínek, kdy se hřídele náprav točí stejnou rychlostí, nebo s nepatrným rozdílem, se viskózní spojka nijak neprojevuje. Když jedno z kol prokluzuje, rychlost otáčení hřídele nápravy se prudce zvyšuje, kapalina se intenzivně zahřívá a její viskozita se zvyšuje. V důsledku toho se třecí bloky „slepí“ a otáčky hřídele se vyrovnají. Při chlazení se viskozita snižuje a hřídele se opět samostatně otáčejí. Viskózní spojka je schopna poskytovat pouze malý blokovací koeficient; při delším prokluzu se přehřívá a pracuje se zpožděním (dokud se kapalina nezahřeje). Oblastí jeho použití jsou proto běžná městská auta; není vhodný pro jízdu v terénu.

Diskové diferenciály

Diskové diferenciály — jedná se o konvenční diferenciály, do kterých je dodatečně zabudována jedna nebo dvě spojkové sady a distanční pružina vytvářející předpětí (stlačení paketů). U třecí sady jsou některé kotouče připevněny k hřídeli nápravy a druhé ke skříni diferenciálu. Když se kola otáčejí stejnou rychlostí, disky ve stohu se otáčejí jako jeden celek. Při rozdílné rychlosti otáčení mezi nimi vznikají třecí síly, které mají tendenci vyrovnat rychlosti. Tímto způsobem je dosaženo částečné uzávěrky diferenciálu. Je zřejmé Nevýhody zamykání disku — konstantní, i malý třecí moment vytvářený předpětím zhoršuje ovladatelnost, pneumatiky se rychleji opotřebovávají a zvyšuje se spotřeba paliva. A životnost spojek je poměrně krátká. S jejich opotřebením klesá i míra uzamčení a po úplném opotřebení diferenciál funguje jako volný. Z toho plyne závěr: čím častěji „prokluzujete“, tím rychleji diferenciál „umře“. Diskové diferenciály vyžadují použití speciálního převodového oleje.

Síla předpětí určuje stupeň zablokování a minimální točivý moment přenášený na kolo za jakýchkoli podmínek vozovky. Úpravou stupně předpětí můžete najít ten správný kompromis mezi průchodností terénem a ovladatelností. Diskové diferenciály s nízkým předpětím se používají na běžných silničních vozech, zatímco ty s vysokým předpětím se používají na sportovních vozech.

Gerotorův diferenciál

„Pokročilejší“ verze diskového diferenciálu je gerotorový diferenciál. Zubové olejové čerpadlo v něm pohání píst, který stlačuje spojkovou sadu. A výkon čerpadla závisí na rozdílu v rychlosti otáčení nápravových hřídelů. Čím větší je tento rozdíl, tím silnější je kompresní síla, a tedy i stupeň blokování.

Šnekové diferenciály

Šnekové diferenciály – využívají uzamykacích vlastností šnekových převodů. Nejběžnější diferenciály jsou Torsen a Quaife. Šnekové kolo se skládá ze šneku a šnekového kola. Šnek (satelit) je hnacím článkem, kolo (nápravové kolo) je hnacím článkem. Účinnost převodu pro dopřednou rotaci je mnohem vyšší než pro zpětnou rotaci a závisí na úhlu sklonu závitů šneku. Zjednodušeně řečeno, červ snadno otáčí kolem, ale kolo točí šnekem jen obtížně. Při určitém úhlu natočení šneku je zpětný převod zcela nemožný – to znamená, že kolo nebude schopno otočit šnek (dojde k samobrzdění). Volbou úhlu sklonu šnekového převodu se tedy reguluje stupeň uzamčení diferenciálu Torsen. Uzamykací vlastnosti Torsenu závisí také na velikosti přenášeného točivého momentu. Existují tři typy diferenciálu Torsen. Typy T1 a T2 se liší tvarem satelitů a používají se jako mezikolové. Torsen T3 se používá u vozidel s pohonem všech kol jako středový diferenciál.

U diferenciálu Quaife nejsou satelity namontovány na nápravě, ale jsou volně umístěny v objímkách skříně. Když dojde k rozdílu v rychlosti otáčení hřídelí náprav, satelity se zablokují, posunou ve svých objímkách a jsou přitlačeny ke karoserii. Vznikající třecí síla je úměrná rozdílu rychlostí otáčení. Stupeň blokování se nastavuje výběrem satelitů s různými úhly sklonu zatáček.

Šnekové diferenciály jsou spolehlivější a mají vyšší součinitel uzávěrky než diferenciály kotoučové a jsou méně náchylné na prokluzování (dlouhé a časté prokluzování se však stále nedoporučuje). Takové diferenciály jsou však na rozdíl od kotoučových a viskózních spojek proti diagonálnímu zavěšení zcela bezmocné.

Elektronicky řízené diferenciály

Elektronika, která se aktivně zavádí do všech součástí a systémů vozidla, neobešla ani diferenciál. Typická konstrukce elektronicky řízeného diferenciálu připomíná konstrukci běžného kotoučového diferenciálu, avšak stlačení třecích spojek je prováděno hydraulickým nebo elektrickým pohonem na povel z řídící jednotky. Tímto způsobem lze nastavit míru blokování v nejširším rozsahu – od 0 do 100%. Vše závisí na programu vloženém do bloku.

Zdálo by se, že ideálu bylo dosaženo! Ale ne, zvídaví Japonci šli ještě dále a navrhli aktivní diferenciál – v současnosti nejpokročilejší. Konvenční elektronicky řízený diferenciál pouze vyrovnává rychlost otáčení nápravových hřídelů při prokluzu. Aktivní diferenciál může otáčet hřídelemi náprav různými rychlostmi v závislosti na situaci na silnici. Například při zatáčení přidejte točivý moment na vnější nezatížené kolo a pomozte vozu „zatočit“.

Co takový diferenciál strukturně představuje? Obvyklý volný diferenciál je doplněn o dva stupně – řazení nahoru a dolů. Řídicí jednotka řadí rychlostní stupně pomocí mokrých spojek. Velikost přenášeného točivého momentu je regulována stupněm stlačení spojek. Vůz s aktivním diferenciálem tak dokáže suverénně projíždět ostré zatáčky a v terénu nepropadne. Další otázkou je, zda hra stojí za svíčku: cena diferenciálu není malá. Proto je jeho použití omezeno na výkonné sportovní vozy.

Simulace blokád. V poslední době se rozšířily elektronické systémy, které při prokluzu přibrzďují prokluzující kolo pomocí standardního brzdového systému simulujícího uzávěrku diferenciálu. Pro běžné městské auto, které se nepoužívá v terénu, je to nejpraktičtější řešení. Pomůže na kluzké vozovce a nebojí se ani diagonálního zavěšení.

Výhody a nevýhody

Vůz s diferenciálem s omezenou svorností zvyšuje trakci na kolech, a tím zlepšuje výkon v terénu a na kluzké vozovce (proč se samozřejmě trápit?). Zlepšila se také dynamika zrychlení. Takové diferenciály jsou široce používány ve silných sportovních autech a při ladění pro úplnější realizaci výkonu a pro zatáčení ve smyku.
Co je ale dobré pro sportovní auto, nemusí být vždy dobré pro běžné auto. Ostatně diferenciál s omezenou svorností, zatímco zvyšuje průchodnost terénem, ​​zhoršuje ovladatelnost. Například při akceleraci na kluzké vozovce je obtížnější udržet vůz v přímém směru. Pokud není zámek, auto jednoduše ztrácí zrychlení prokluzem. Pokud dojde k aktivaci zámku, protiskluzové kolo (nebo kola) nadále posouvá vůz dopředu, čímž jej stahuje z přímé trajektorie.
Zámky instalované na přední nápravě zvyšují nedotáčivost (trajektorie v zatáčce má tendenci se narovnávat), zatímco zámky instalované na zadní nápravě zvyšují přetáčivost (zvyšuje se tendence ke smyku v zatáčce).
Samosvorné diferenciály nazývané také diferenciály s omezeným prokluzem. A zvýšené tření vede ke zvýšené spotřebě paliva a snížení životnosti pneumatik a součástí převodovky.

Je těžké si představit auto bez diferenciálu: řekněme jízdu v zatáčce. Všechna 4 kola se otáčejí s různými poloměry otáčení a jezdí na různé vzdálenosti. Pokud se hnací kola nemohou protáčet nesynchronizovaně, jedno nebo druhé (nebo obě) budou muset prokluzovat; auto bude obtížně ovladatelné. Vzpomeňte si, jak se chová vozidlo s pohonem všech čtyř kol, když je uzamčen středový diferenciál.

Dělič

Ukazuje se, že se bez něj neobejdeme; a jaký je rozdíl? Dělič je jedním z nejjednodušších mechanismů – někde po páce a bráně: rozděluje točivý moment (ale ne výkon!) mezi 2 výstupní hřídele v daném poměru – a umožňuje jim otáčet se různými rychlostmi. Když diferenciál rozděluje vstupní točivý moment na polovinu, nazývá se symetrický. Ale jsou také asymetrické: 60/40 %, 70/30 % – co říkáte. Vše závisí na počtu zubů na hnaných kolech – stejných nebo různých. Ale po sestavení diferenciálu se jeho vlastnosti již nemění – 50 na 50 (nebo jak je konstruován).

Princip činnosti diferenciálu je znázorněn na schématu: 2ramennou vahadlovou páku zatáhneme za střed – silou F. Jaké síly vznikají na jejích koncích? Správně: identické (protože paprsek má stejná ramena)

Podle třetího Newtonova zákona: každá akce má stejnou a opačnou reakci. Navíc, pokud se vahadlo otáčí kolem osy, pak jedno rameno předbíhá druhé. To, co máte před sebou, je takříkajíc lineární diferenciál – mimochodem symetrický. Není těžké udělat to asymetrické – s nerovnými rameny. Představte si, jak se potom rozdělí síla F. Zbývá složit lineární konstrukci do rotačního mechanismu, který již nerozděluje sílu, ale vstupní točivý moment; To je vše.

“bolest zubů”

Diferenciál je tedy převodový mechanismus a ozubená kola jsou vyrobena jinak. A také diferenciály – kuželový (nejběžnější), válcový, šnekový. Podle toho, ale myšlenka je vždy stejná. Brilantní jednoduchost: namontujeme diferenciál do hnací nápravy (symetrický) a – jedeme! Na přímce se kola po stranách otáčejí stejnou frekvencí a v zatáčce umožňuje diferenciál uhánět vnější kolo dopředu (nebo vnitřní kolo zaostávat). Navíc je trakce neustále přenášena na obě hnací kola; No není to harmonie?

A skutečně – dokud jedno z hnacích kol neodskočí na nerovném povrchu nebo nenarazí na kluzký povrch. Viděli jste, jak jedno z hnacích kol brousí led se vztekem na hlavě, zatímco druhé je nehybné? To je celý charakter diferenciálu (jako špinavé vědro): tak je to navrženo. Diferenciál nerozděluje pouze vstupní moment, ale (pokud je symetrický) vyrovnává moment na výstupních hřídelích. A kdy – nedej bože! – moment valivého odporu na jednom z kol klesne téměř na 0 (zavěšené na zvedáku), svědomitě vyrovná momenty na obou. To znamená, že kolo, které se bezpečně opírá o skluznici, také ztratí trakci. Veškerý výkon (diferenciál ho nedělí [Výkon je, jak víme, roven součinu točivého momentu a otáček hřídele. Pokud je tedy jeden z hřídelů zastaven, výkon na něm je podle definice roven 0 (ač točivý moment je docela slušný]) odletí do zběsilého roztočení “volnoběžného” kola; je to to, co jste chtěli?

Uvolněný diferenciál dělá spoustu problémů, i když je jen jeden – v (zadní nebo přední) hnací nápravě. A v převodovce s pohonem všech kol jsou až 3 z nich: přední, zadní a střední (centrální)! A každé z těchto tří je připraveno kdykoli udělat něco ošklivého: pokud jedno ze čtyř kol ztratí trakci, všechna síla okamžitě přejde na něj. To znamená, že převodovka 3WD s centrálním diferenciálem (bez uzamčení tak či onak) je prakticky nefunkční: volné diferenciály nepřetržitě pohání nejprve jedno, pak druhé z kol. Nebo dokonce pár (na palubě) současně – marně.

A nejde jen o ztrátu trakce; kolo vyskočilo do vzduchu – a okamžitě se začalo zběsile točit s celou silou motoru. Při přistání je nevyhnutelné jeho prudké brzdění a smyk – s narušením stability vozu na trajektorii, a to se děje téměř každou sekundu. A tak dále, ale zkuste se obejít bez centrálního diferenciálu: auto se v zatáčkách stává extrémně obtížně ovladatelným. Proto jsou převodovky s pohonem všech kol vybaveny diferenciály, ale vždy jsou vybaveny uzávěrkami (alespoň mezinápravovými) – nucenými nebo automatickými. A u pohonu zadních kol je často instalován diferenciál s omezenou svorností (zvýšené vnitřní tření).

Uzávěrka diferenciálu

Volnost diferenciálu musí být omezena pomocí uzávěrky. Nejjednodušší je tuhá nucená uzávěrka centrálního (a také zadního) diferenciálu: stisknutím tlačítka se zapne vačková spojka – a je to. „Kbelík“ je zavřený, ale v rychlosti se auto těžko ovládá – nechce do zatáček a vůbec [Objevuje se další problém – tzv. cirkulace výkonu mezi hnacími nápravami]. Diferenciály se proto zamykají jen krátce a uvolňují se při zvyšování otáček.

S tuhou uzávěrkou (středového) diferenciálu je spojeno časté nedorozumění: obvykle se má za to, že se pak točivý moment dělí 50/50. Školácká chyba, ač to tak na první pohled vypadá. První dojem je však na místě v lásce a přátelství, ale v technice je lepší přemýšlet. Jednoduchý experiment: zablokovali jsme diferenciál v hnací nápravě a zvedli jedno ze dvou kol na zvedáku. Kam ten okamžik půjde? Správně: vše (2 %) jde na podpůrné kolo! Naprostý opak diferenciálu, tuhá spojka zabraňuje nesynchronizovanému protáčení kol. Točivý moment se však nedělí v daném poměru, ale samovolně se přerozděluje podle valivého odporu hnacích kol. Jak se říká, podle konstrukce. Každou chvíli; sen!

Jezděte s auty přísně v přímém směru, nejsou potřeba žádné diferenciály. A hlava mě nebolí; Bez škodlivého zařízení to bohužel nejde. Musíte se smířit s nedostatky diferenciálu a dovybavit jej uzávěrkami. Ne nutně tuhé – možné je i měkké zamykání: například ne vačková spojka, ale lamelová spojka (v oleji). Hydraulický nebo elektrický pohon sevře spojku – mírně nebo silněji (v zásadě až do úplného zablokování). A diferenciál už nemůže přenést všechnu sílu na volnoběžku; něco z toho – víceméně – stále jde na podporu. Navíc vše závisí na spojkové svorce: sevřete ji slabě, aby sama procházela, řekněme, ne více než 40 Nm točivého momentu. A podpůrné kolo dostane do 40 Nm. Pozor, ne přesně 40, ale do 40 Nm!

Zatlačte silněji: v rozmezí 100, 200 Nm atd. – až do úplného zablokování. Zde se začínají projevovat nepříjemné vlastnosti tuhého spojení a výrazně se zhoršuje ovladatelnost vozu.

Zajímavá hra: elektronika hlídá jízdní podmínky (rychlost a zrychlení vozidla – příčné a podélné, úhel natočení volantu a rychlost otáčení, prokluz kol atd.) – a posílá příkazy lamelové spojce centrálního diferenciálu. A ten zadní taky; Spojky se utahují a uvolňují mnohokrát za sekundu. Takto jsou uspořádány převodovky bojových soutěžních vozidel 4WD. Nebo vozy jako Mitsubishi Lancer Evo (což je mírně „zdomácnělý“ soutěžní vůz) a Nissan Sky. Tři diferenciály (z nichž dva jsou řízené elektronicky) jim nebrání v úžasné dynamice a skvělé ovladatelnosti. Pěkné, ale složité a drahé.

Nebo něco jednoduššího?

Dá se to udělat ještě jednodušeji: vícelamelová spojka místo (ne vedle, ale místo) středového diferenciálu. Automatické spojení druhé nápravy (přední nebo zadní) – měkké-tuhé spojení mezi hnacími nápravami. Je jasné, že spojení jsou krátkodobá – jinak vznikají všechny stejné problémy tuhého spojení kol (byť ve změkčené podobě). Spojka hraje – na rozdíl od dřívějších konstrukcí s viskózními spojkami (vnitřní automatika) – nepřetržitě: zavírá a otevírá. Auto neustále mění své chování – někdy je to pohon předních kol, někdy pohon všech kol se zdánlivě uzamčeným centrálním diferenciálem. Což z principu není dobré.

Ale jak víme, pokud nemůžete, ale opravdu chcete, můžete. Hlavní je frekvence odezvy; digitální nahrávání hudby je koneckonců diskrétní a přerušované. Samostatné digitální „balíčky“; navazují však na sebe tak často, že hudební nahrávku vnímáme jako vcelku „uhlazenou“ a kvalitní.

Zde jsou moderní převodovky 4WD – bez středového diferenciálu, ale s elektronicky řízenou lamelovou spojkou, která pracuje mnohokrát za sekundu. Navíc je lepší připojit nikoli zadní nápravu, ale přední nápravu (jako u BMW X3): nevyhnutelné změny v chování vozu jsou ve své podstatě příznivější. A v unikátní převodovce Honda SH-AWD (Legend a další) je pouze jeden diferenciál (vpředu) – se 2 lamelovými spojkami v zadní nápravě.

Jak vidíte, vozidla s pohonem všech kol směřují k tomu, že se bez tohoto škodlivého mechanismu obejdou. Ale přesto mi ukaž vůz WRC bez centrálního diferenciálu – možná tomu pak uvěřím.