AUTOTECHNIC.SU
Ќовости
“ест-драйвы
–ейтинги
“ехнологии
јксессуары
ќфициально
 аталог
¬прок
‘ото
реклама на сайте
о сайте
RSS RSS
√лавна€ / “ехнологии / ƒифференциалы

ƒифференциальное исчисление

ƒифференциал ¬ повороте все колеса автомобил€ движутс€ по своей траектории. ѕричем задние крут€тс€ медленнее передних, а внешние к повороту быстрее внутренних. Ќо как это возможно, если ведущие колеса жестко св€заны с валом двигател€? ќтвет: с помощью дифференциала.

“екст:  арелов ќлег.

„то же такое дифференциал? Ёто механизм, который раздел€ет крут€щий момент по двум выходным валам, позвол€€ каждому из них вращатьс€ с различной скоростью. „исло дифференциалов в автомобиле зависит от типа привода: на модел€х с единственной ведущей осью устанавливаетс€ только один Ц межколесный, раздел€ющий т€гу между левым и правым колесом. ≈сли же машина оснащена, например, посто€нным полным приводом, то требуютс€ уже три дифференциала: один межосевой, передающий момент от коробки передач к ведущим ос€м, и два межколесных.

—вободный дифференциал

—вободный дифференциал

”стройство свободного дифференциала.  рут€щий момент от мотора подводитс€ к ведомому зубчатому колесу (1), которое через конические колеса-сателлиты (2) передает усилие на выходные валы (3). Ќезависимость же вращени€ выходных валов обеспечиваетс€ за счет проворота сателлитов вокруг своей оси.

¬нутреннее устройство дифференциалов бывает различным, а наибольшее распространение получил открытый или, по-другому, свободный дифференциал. Ёто чисто механическое устройство отличаетс€ простотой (обычно в нем всего четыре конических шестерни), компактностью и полностью соответствует своему названию: то есть делит крут€щий момент в фиксированном соотношении (обычно 50:50) и никак не преп€тствует вращению выходных валов с разной скоростью. Ќо здесь-то и скрыта опасность: если одно из колес попадет на скользкую поверхность и забуксует, то без т€ги останетс€ и второе колесо, а сам автомобиль не сможет сдвинутьс€ с места. «накома€ картина?

ќт этого недостатка избавлены блокируемые дифференциалы. ¬ отличие от свободных, они уже с некоторым усилием стараютс€ замедлить опережающий по скорости вал, увеличива€ крут€щий момент на отстающем. » хот€ звучит это несколько сложно, на самом деле принцип работы подобных устройств прост: проворачиванию валов относительно друг друга преп€тствует возникающа€ между ними сила трени€, и чем она больше, тем в большей степени крут€щий момент смещаетс€ в сторону отстающего вала.

 уда пропадает момент?

јвтомобиль разгон€етс€ благодар€ силе трени€, возникающей между шиной и дорогой. ѕока эта сила превышает силу т€ги на колесе (равную крут€щему моменту, поделенному на радиус колеса), машина движетс€ без пробуксовки. Ќо как только сцепление с дорогой падает, и сила трени€ оказываетс€ меньше силы т€ги Ц избыток крут€щего момента срывает колесо в скольжение. ј что дальше? —корость вращени€ колеса быстро увеличиваетс€, соответственно, растут и обороты мотора. “еперь возможны два сценари€: либо сработает ограничитель частоты вращени€ коленвала, то есть уменьшитс€ подача топлива, и крут€щий момент мотора упадет, либо, просто снижа€сь по мере нарастани€ оборотов (развиваемый мотором момент непосто€нен и достигает максимума примерно на средних оборотах), избыток крут€щего момента исчезнет, и колесо станет вращатьс€ с посто€нной скоростью. Ќо в любом случае развиваемый двигателем момент падает, а вместе с ним и сила т€ги колесах. ѕриехали.

ƒифференциал с жесткой блокировкой

 райний случай Ц дифференциал с жесткой блокировкой, который по команде водител€ может намертво соединить выходные валы друг с другом, полностью исключив проскальзывани€ отдельных колес на бездорожье. ¬ Ђсвободномї же состо€нии, когда блокировка отключена, он ничем не отличаетс€ от открытого дифференциала, то есть обеспечивает такую же независимость вращени€ валов.

ѕодобные модели довольно широко распространены: возможность передать на один вал все 100% крут€щего момента двигател€ весьма востребована в среде внедорожников, где дифференциалы с жесткой блокировкой встречаютс€ как в качестве межколесных, так и межосевых.

¬ то же врем€, далеко выйти за обозначенные границы этим дифференциалам не суждено, ведь на асфальте блокировку нужно каждый раз отключать, иначе трансмисси€ будет испытывать чрезмерные нагрузки в поворотах. ј значит, автомобиль остаетс€ безоружен против проскальзывани€ колес на неожиданно возникших скользких участках дороги.

ƒифференциал с дисковой блокировкой

ƒифференциал с дисковой блокировкой

«а исключением фрикционов и поджимающей пружины дифференциал с дисковой блокировкой почти не отличаетс€ от свободного.

–азумеетс€, это не годитс€ дл€ мощных легковых машин, способных провернуть колеса даже на асфальте - дл€ них существуют различные самоблокирующиес€ дифференциалы.

Ќапример, механизмы с дисковой блокировкой, часто примен€емые в автоспорте и на форсированных верси€х дорожных машин. ”строены они почти так же, как и свободные дифференциалы, но валы в них св€заны друг с другом посредством подпружиненных фрикционов. “о есть в случае пробуксовки дискова€ блокировка может добавить на отстающий вал лишь столько ньютоно-метров, сколько фрикционы способны выдержать до начала проскальзывани€.  ак правило, это совсем немного Ц всего несколько дес€тков Ќм, что позволит компенсировать лишь незначительное падение крут€щего момента, например, при попадании колеса на пыльный или мокрый асфальт.

ј что мешает увеличить силу трени€ фрикционов? ѕроблема в том, что, будучи посто€нно поджатыми, эти фрикционы преп€тствуют свободному вращению колес в повороте, что ведет к ускоренному износу шин, самого дифференциала и неоднозначно сказываетс€ на управл€емости.

ƒифференциалы с блокировкой вискомуфтой

вискомуфта

Ёффект блокировки вискомуфты достигаетс€ в результате того, что силиконова€ жидкость "склеивает" между собой ведущие и ведомые диски муфты, которые до этого скользили друг по другу и трением обеспечивали нагрев жидкости.

Ётих недостатков лишены дифференциалы, блокируемые вискомуфтой. ¬ данном случае перераспределение крут€щего момента возникает не в результате трени€ фрикционов, а за счет свойств особой жидкости на силиконовой основе, котора€ УумеетФ затвердевать при нагреве. ¬ неЄ помещаетс€ два набора пластин, каждый из которых св€зан со своим выходным валом дифференциала. » пока автомобиль движетс€ без пробуксовок, а, соответственно, и разница в скорости вращени€ валов невелика, муфта себ€ никоим образом не про€вл€ет, но, как только один вал начинает существенно обгон€ть другой, пластины взбивают жидкость, еЄ давление и температура возрастают, в€зкость повышаетс€ Ч и вискомуфта тормозит вал. ѕри этом сопротивление может быть столь велико, что блокировка становитс€ практически жесткой Ц на каждый вал может передаватьс€ 100% крут€щего момента!

ѕочему же тогда вискомуфту не часто встретишь на внедорожниках? “ому есть две причины: перва€ Ц это склонность к перегреву во врем€ длительной пробуксовки, втора€ Ц задержка срабатывани€, ведь на нагрев жидкости нужно врем€. ѕоследнее настораживает и производителей мощных легковых автомобилей: медлительность не идет на пользу управл€емости. Ќо есть и те, кому все же удаетс€ достичь отличных ездовых характеристик: это и Subaru Impreza, и Nissan 370Z, и полноприводный Lexus IS.

ƒифференциалы с винтовой блокировкой

Torsen

—тепень блокировки дифференциала Torsen определ€етс€ углом нарезки зубцов на черв€чной передаче. ќднако чем жестче блокировка, тем резче она срабатывает, а потому на практике Torsen обеспечивает только четырехкратную разницу в крут€щем моменте между валами.

 уда более совершенными €вл€ютс€ дифференциалы с винтовой блокировкой, в частности Torsen и Quaife. ¬ отличие от всех предыдущих, созданных по принципу Уоткрытый дифференциал с коническими шестерн€ми + блокировкаФ, эти модели устроены совсем иначе. ќсобенность в хитрых черв€чных передачах: когда на одном из валов падает крут€щий момент, шестерни начинает расклинивать и момент тут же перебрасываетс€ на другую ось. “о есть дифференциал даже не дожидаетс€ начала проскальзывани€ колеса Ц он реагирует на ухудшение сцеплени€ с дорогой! ѕри этом чем сильнее водитель жмет на газ, тем УжестчеФ св€зь между валами: в пределе на одну ось может приходитс€ до 80% крут€щего момента. ѕолучаетс€, что дифференциал Узажимаетс€Ф тогда, когда надо Ц в момент разгона, а под сброс газа никак не мешает независимому вращению валов.

—толь логичное поведение и молниеносное быстродействие пригодились в совершенно различных област€х: эти дифференциалы можно встретить и на скоростных автомобил€х Audi с полным приводом Quattro, и на признанном внедорожнике Toyota Land Cruiser.

Ќедостаток же у подобных устройств один Ц беспомощность против диагонально вывешивани€, ведь расклинивание шестерен возможно только при наличии хоть какой-то силы сопротивлени€ на проскальзывающем колесе. ¬ тех же услови€х дифференциал с дисковой блокировкой будет хоть как-то будет пытатьс€ помочь, а вискомуфта, УсхватившисьФ после нескольких проворотов колеса, и вовсе передаст большую часть момента на противоположный вал.

ƒифференциалы с блокировкой многодисковым сцеплением

ѕолучаетс€, что все дифференциалы Ц это некий компромисс между проходимостью и управл€емостью? ƒа, но так продолжалось лишь до тех пор, пока электроника, наконец, не добралась и этого узла автомобил€. ѕроизошло это в середине 80-ых годов, когда Mercedes и Porsche почти одновременно оснастили свои модели дифференциалами с электронноуправл€емыми многодисковыми сцеплени€ми.  онструктивно они напоминали механизмы с дисковой блокировкой, но фрикционы в них поджимались уже не пружиной, а гидроприводом, который по команде блока управлени€ мог ослабл€ть или наоборот усиливать нат€г.

¬ результате характеристики дифференциала стали определ€тьс€ сточками программного кода, а конструкторы получили огромные возможности дл€ настройки. Ќапример, дл€ лучшей маневренности можно ослабл€ть св€зь между валами на входе в поворот, а, затем, на выходе, наоборот зажимать сцепление дл€ максимально эффективного разгона. ћожно и полностью заблокировать дифференциал, и тогда автомобилю не страшно никакое диагональное вывешивание.

јктивные дифференциал

ƒифференциал AYC (active yaw control) от Mitsubishi Lancer Evo в разрезе. ћожно видеть планетарный р€д и фрикционы, зажима€ которые электроника включает нужную передачу.

јктивные дифференциал јктивные дифференциал

Ћевый поворот. Ёлектроника зажимает правое сцепление, включа€ повышающую передачу, и на правую полуось поступает дополнительный крут€щий момент.

ѕравой поворот. «ажимаетс€ левое сцепление, и через понижающую передачу момент передаетс€ на левую полуось.

 азалось бы, у такого дифференциала нет слабых мест. Ќо, как и все остальные, он перераспредел€ет крут€щий момент, выравнива€ частоту вращени€ валов. ј что если бы дифференциал наоборот заставл€л бы один вал вращатьс€ быстрее другого? ¬едь тогда он мог бы добавить момент на внешнее к повороту колесо и тем самым помочь УзаправитьФ автомобиль на дугуЕ

јктивные дифференциалы

“ак по€вилась иде€ активного дифференциала Ц самого совершенного на данный момент. ѕионером в этой области €вл€етс€ Mitsubishi, оснастивша€ им свой Lancer Evolution. ¬з€в за основу обычный открытый дифференциал, €понцы дополнительно соединили выходные валы через две передачи - повышающую и понижающую, включением которых управл€ет электроника при помощи мокрых сцеплений. “аким образом, задейству€ ту или иную передачу, компьютер может заставить один вал крутитьс€ быстрее или медленнее другого! ”силие же, а точнее величина перебрасываемого крут€щего момента, регулируетс€ изменением степени проскальзывани€ сцеплени€.

јктивный дифференциал устанавливаетс€ на заднюю ось автомобил€, надел€€ его невиданной устойчивостью в поворотах: там, где любой другой в ответ на прибавление газа уже давно бы УповисФ в заносе, автомобиль с таким дифференциалом лишь активнее ввинчиваетс€ в вираж. Ќе страшно и бездорожье Ц если забуксовало одно колесо, то второе будет стремитьс€ вращатьс€ еще быстрее.

ќзначает ли это, что в будущем каждый автомобиль станет оснащатьс€ подобным дифференциалом? —корее всего, нет, и дело не столько в цене этого высокотехнологичного устройства, сколько в целесообразности. ѕростой и надежный открытый дифференциал никак не ограничивает скоростные возможности большинства легковых автомобилей, а дл€ внедорожников более чем достаточно и механизмов с дополнительной блокировкой многодисковым сцеплением. ќстаетс€ сегмент мощных, спортивных машин, где до сих пор правили бал агрегаты Torsen и дифференциалы с дисковой блокировкой. ¬от здесь-то и могут пригодитьс€ выдающиес€ характеристики активных дифференциалов.

08.06.2009



¬опросы?  омментарии? (67)


√лавна€ / “ехнологии / ƒифференциалы
–еклама:


ƒетали:

поворот

¬ повороте каждое колесо движетс€ по индивидуальной траектории и вращаетс€ со своей собственной скоростью. »з-за этого приходитс€ устанавливать дифференциалы: один дл€ моноприводного автомобил€ и три дл€ полноприводного.


»митаци€ блокировок

»митаци€ блокировок

ѕоследнее врем€ все чаще насто€щую блокировку дифференциала замен€ют электронной системой, подтормаживающей буксующее колесо. », на первый взгл€д, она ничем не хуже механической: на проскальзывающем валу возрастает сопротивление, поднимаетс€ крут€щий момент, а, соответственно, возрастает и сила т€ги на противоположном колесе. ќднако в действительности никакого перераспределени€ крут€щего момента здесь не происходит! ¬едь проскальзывающа€ ось уже не Ђподталкиваетї отстающую, а просто нагружает рычаги подвески. ¬ результате на противоположном колесе сила т€ги будет в точности равна тормозному усилию, в то врем€ как с жесткой блокировкой она могла бы быть в два раза выше (если изначально дифференциал делит момент в соотношении 50:50)!


автомобиль с дисковой блокировкой

ѕример автомобил€ с дисковой блокировкой Ц Mercedes GLK, где встроенный в межосевой дифференциал фрикцион может добавл€ть на небуксующую ось до 50Ќм. Ќемного, но, например, дл€ движени€ по песку в самый раз.


ƒифференциал, блокируемый вискомуфтой

ƒифференциал, блокируемый вискомуфтой, не часто встретишь на современных мощных автомобил€х. Ќовый заднеприводный Nissan 370Z Ц одно из исключений.


”правл€емость

”правл€емость

¬ли€ние блокировок дифференциала на управл€емостьЦ вопрос очень непростой.  онечно, автомобиль будет увереннее разгон€тьс€ на сколькой дороге, но при этом удержать его на пр€мой станет гораздо сложнее. ¬едь в отсутствие блокировок проскальзывание одного ведущего колеса автоматически уменьшает силу т€ги и на остальных, а автомобиль просто тер€ет ускорение, продолжа€ пр€молинейное движение. ≈сли же блокировки есть, то сила т€ги на других колесах сохран€етс€, а значит, по€вл€етс€ момент, который стремитс€ развернуть автомобиль.
¬ поворотах все тоже неоднозначно: в общем случае блокировка ведет к недостаточной поворачиваемости и даже снижает предельную скорость прохождени€ поворота, поскольку часть сцепных свойств шин Ђрасходуетс€ї на преодоление еЄ сопротивлени€. ќдновременно с этим заднеприводный автомобиль может раньше и резче срыватьс€ в занос.


Honda SH-AWD

Ќар€ду с Mitsubishi у истоков управлени€ т€гой сто€ла и Honda со своей трансмиссией SH-AWD. ≈Є особенность - отдельные фрикционы, Ђподключающиеї задние полуоси, и необычный планетарный редуктор задней оси, способный переходить на повышенную передачу. “аким образом, в повороте электроника может поджать фрикцион внешнего заднего колеса, ослабить нат€г внутреннего, включить повышенную передачу и тем самым подруливать т€гой, помога€ заправл€ть автомобиль в вираж.

Honda SH-AWD

–еклама:

Rambler's Top100


© 2008-2011 "Autotechnic.su". ¬се права защищены.
¬се материалы, опубликованные на http://magazine.autotechnic.su, €вл€ютс€ собственностью авторов. Ћюбое использование текстов и изображений возможно только при условии наличи€ ссылки autotechnic.su р€дом с опубликованным материалом.