Avtomobilski diferencial: naprava, okvare in način izbire
Vsebina
V tehnični dokumentaciji polnopravnih športnih terencev, nekaterih križancev in mestnih avtomobilov s štirikolesnim pogonom je besedna zveza "zapora diferenciala". Ugotovimo, kaj je, kakšen je njegov namen v avtomobilu, kako deluje in tudi, kako izbrati novega, ki bo nadomestil propadlega.
Kaj je strojni diferencial
Diferencial v avtomobilu je prenosni element. Omogoča neodvisno vrtenje pogonskih koles, hkrati pa na vsakega od njih prenese enak navor.
Ta element je še posebej pomemben za stabilnost avtomobila v ovinkih. Iz fizike vemo, da pri obračanju kolo na notranji strani polkroga prevozi krajšo pot kot kolo na zunanji strani kroga. Pri gnanih kolesih to sploh ni čutiti.
Kar zadeva pogonska kolesa, če v menjalniku ne bi bilo diferenciala, bi kateri koli avto med zavoji občutno izgubil stabilnost. Težava je v tem, da se morata zunanja in notranja kolesa v ovinkih vrteti z različno hitrostjo, da ohranita oprijem. V nasprotnem primeru bi eno od koles bodisi zdrsnilo ali zdrsnilo.
Diferencial je nameščen na pogonski osi. Pri vozilih s štirikolesnim pogonom (SUV ali razred 4x4) je ta mehanizem na voljo na vseh oseh.
V nekaterih avtomobilih je diferencial privarjen posebej, da avtomobil neha viseti. Primer tega so dvokolesni reli avtomobili z varjenim diferencialom. Za redno mestno vožnjo pa je bolje uporabiti tovarniški diferencial ali, kot mu pravijo tudi odprti diferencial.
Zgodovina in namen diferenciale
Dizajn diferenciala se je pojavil skoraj sočasno z začetkom proizvodnje vozil, opremljenih z motorjem z notranjim zgorevanjem. Razlika je bila le nekaj let.
Prvi avtomobili so bili v ovinkih tako nestabilni, da so se morali inženirji sestavljati, kako prenesti enak potisk na pogonska kolesa, hkrati pa jih narediti tako, da so se lahko v ovinkih vrteli z različno hitrostjo.
Čeprav ni mogoče trditi, da je bil sam mehanizem razvit po pojavu avtomobilov z motorji z notranjim zgorevanjem. Dejstvo je, da so si za reševanje ravnanja s prvimi avtomobili izposodili razvoj, ki so ga prej uporabljali na parnih vagonih.
Sam mehanizem je leta 1825 razvil inženir iz Francije - Onesifor Pekker. Ferdinand Porsche je nadaljeval z delom na drsnem kolesu v avtomobilu. V sodelovanju med njegovim podjetjem in ZF AG (Friedrichshafen) je bil razvit odmični diferencial (1935).
Masovna uporaba diferencialov LSD se je začela leta 1956. Tehnologijo so uporabljali vsi proizvajalci avtomobilov, saj je odprla nove možnosti za štirikolesna vozila.
Diferencialna naprava
Diferencial je temeljil na planetarnem menjalniku. Preprost menjalnik je sestavljen iz dveh zobnikov, ki imata različno število zob enake velikosti (za konstantno mrežo).
Ko se večja prestava vrti, manjša naredi več vrtljajev okoli svoje osi. Planetarna modifikacija ne zagotavlja le prenosa navora na pogonsko os, temveč jo tudi pretvori, tako da sta hitrosti pogonske in gnane gredi različni. Poleg običajnega zobniškega menjalnika v planetarnih menjalnikih je uporabljenih še nekaj dodatnih elementov, ki sodelujejo s tremi glavnimi.
Diferencial izkoristi ves potencial planetarnih menjalnikov. Ker ima tak mehanizem dve stopnji prostosti in omogoča spreminjanje prestavnega razmerja, so se takšni mehanizmi izkazali za učinkovite pri zagotavljanju stabilnosti pogonskih koles, ki se vrtijo pri različnih hitrostih.
Diferencialna naprava vključuje:
- Diferencialno ohišje ali skodelica. Vanj so pritrjeni celotni planetarni zobniki in zobniki;
- Semiaxis zobniki (najpogosteje se uporablja solarni tip). Sprejemajte navor iz satelitov in ga prenašajte na pogonska kolesa;
- Pogonski in pogonski zobniki glavnega prenosa;
- Sateliti. Delujejo kot planetna orodja. Če je avto osebni, bosta v enem mehanizmu dva taka dela. Pri SUV-jih in tovornjakih ima planetarno orodje 4 satelite.
Diagram diferencialnega delovanja
Obstajata dve vrsti takih mehanizmov - simetrični in asimetrični diferencial. Prva sprememba lahko enakomerno prenaša navor na gred osi. Na njihovo delovanje ne vplivajo kotne hitrosti pogonskih koles.
Druga sprememba omogoča nastavitev navora med kolesi pogonske osi, če se začnejo vrteti z različno hitrostjo. Pogosto je tak diferencial nameščen med osmi polno gnanega vozila.
Več podrobnosti o načinih delovanja diferenciala. Mehanizem v takih situacijah deluje drugače:
- Avto gre naravnost;
- Avto naredi manever;
- Pogonska kolesa začnejo zdrsniti.
Tako deluje diferencial:
Z ravnim gibanjem
Ko gre avto naravnost, so sateliti preprosto povezava med prestavami osi. Kolesa avtomobila se vrtijo z enako hitrostjo, zato se skodelica vrti kot ena cev, ki povezuje obe osni gredi.
Navor se enakomerno porazdeli med dve kolesi. Število vrtljajev koles ustreza vrtljajem zobnika.
Pri obračanju
Ko stroj manevrira, kolo v zunanjem polmeru obračanja naredi več vrtljajev kot tisto v notranjem polmeru obračanja. Notranje kolo naleti na velik upor, ko se navor zunanjega kolesa poveča in cesta preprečuje njegovo vrtenje s primerno hitrostjo.
V tem primeru pridejo v poštev sateliti. Zobnik notranje gredi osi se upočasni, zaradi česar se planetarni zobnik v skodelici začne vrteti v nasprotni smeri. Ta mehanizem vam omogoča, da ohranite stabilnost avtomobila tudi pri tesnih in tesnih zavojih. Prav tako preprečuje prekomerno obrabo pnevmatik na pojemku.
Pri zdrsu
Tretji primer, ko je diferencial koristen, je zdrs koles. To se na primer zgodi, ko avto zaide v blato ali se premika po ledu. V tem načinu diferencial deluje po povsem drugačnem principu kot v ovinkih.
Dejstvo je, da se ob zdrsu obešeno kolo začne prosto vrteti, kar vodi do izgube navora na kolesu, ki ima dovolj oprijema na površino ceste. Če bi diferencial deloval v ovinkih, zašel v blato ali led, bi se avto popolnoma ustavil, saj bi bil oprijem popolnoma izgubljen.
Da bi odpravili to težavo, so inženirji razvili diferencial z omejenim zdrsom. O njegovem delu se bomo pogovorili malo kasneje. Najprej je vredno razmisliti o obstoječih spremembah diferencialov in njihovih razlikah.
Diferencialni tipi
Če ima avto eno pogonsko os, bo opremljen z medosnim diferencialom. Vozilo na vsa kolesa uporablja sredinski diferencial. Pri avtomobilih s pogonom na sprednji kolesi se temu mehanizmu reče tudi prednji diferencial, modelom v avtomobilih z zadnjim pogonom pa zadnji diferencial.
Ti mehanizmi so glede na vrsto zobnikov razdeljeni v tri kategorije:
- Konični diferencial;
- Polžni diferencial;
- Cilindrični diferencial.
Med seboj se razlikujejo po obliki glavnega in aksialnega zobnika. Stožčaste modifikacije so nameščene v vozilih s pogonom na sprednji in zadnji kolesi. V modelih s pogonom na vsa kolesa se uporabljajo cilindrični, polžasti zobniki pa so primerni za vse vrste menjalnikov.
Odvisno od modela avtomobila in cestnih razmer, v katerih vozilo deluje, bodo uporabne naslednje vrste diferencialov:
- Mehanska blokada;
- Samoblokirajoči diferencial;
- Električno zaklepanje.
Mehansko zaklenjeni diferenciali
Pri tej spremembi voznike s posebnimi stikali na kolesih blokira satelite. Ko je stroj v ravni črti ali se obrača, diferencial deluje normalno.
Takoj, ko avtomobil zaide na cesto z nestabilno površino, na primer zapelje v gozd z blatom ali zasneženo cesto, voznik ročice premakne v želeni položaj, tako da so sateliti blokirani.
V tem načinu planetarna prestava ne deluje, avtomobil pa je načeloma brez diferenciala. Vsa pogonska kolesa se vrtijo z enako hitrostjo, kar preprečuje zdrs, na vseh kolesih pa se ohranja oprijem.
Takšni mehanizmi imajo preprostejšo napravo in so nameščeni na nekaterih proračunskih športnih terencih, na primer v domačih UAZ-jih. Ker se pnevmatike pri počasni vožnji po blatu ne obrabijo pretirano, ta zasnova ne škoduje pnevmatikam avtomobila.
Omejen diferencialni zdrs
V tej kategoriji obstaja več vrst mehanizmov. Primeri takih naprav so:
- LSD. V takih menjalnikih se s pretirano visokim vrtenjem ene od gredi osi samodejno zaklenejo sateliti. To preprečuje, da bi stabilno kolo izgubilo oprijem;
- Viskozna sklopka. Te razlike uporabljajo viskozno snov na osnovi silikona. V hladnem stanju ostane v tekočem stanju. Takoj, ko se začne segrevati in mešati, se lastnosti snovi spremenijo in dobi lepljivo strukturo, kar poveča njeno viskoznost. Ta značilnost se poveča s povečanjem razlike v vrtenju gredi osi. Viskozne sklopke imajo več pomembnih pomanjkljivosti. Prvič, niso popravljeni. Ko snov izgubi lastnosti, je treba zamenjati celoten blok. Drugič, do blokade pride, ko pride do močnega zdrsa koles, zato se avtomobil vedno ne spopade učinkovito s terenskimi razmerami. Kljub tem pomanjkljivostim se mehanizem razlikuje po proračunski ceni. Večina poceni križancev je opremljenih prav s takimi diferenciali.
- Torsen. Trup uporablja polžasto ključavnico. Ko se koeficient navora na eni osni gredi poveča ali zmanjša glede na drugo osno gred, se aktivira zaklepanje. Ta tehnologija se uporablja na primer v vozilih Audi. Napravo lahko uvrstimo tudi med mehansko povezane mehanizme. Velja za najbolj zanesljivo od vseh vrst diferencialov in se odlikuje po svoji preprostosti. Zaradi tega so dragi.
Električno zaklepanje
Takšni diferenciali so povezani z elektroniko vozila. Veljajo za najdražje, ker imajo zapleteno strukturo in blokirni pogon. Ta mehanizem je povezan z ECU-jem vozila, ki sprejema podatke iz sistemov, ki spremljajo vrtenje koles, kot je ABS. V nekaterih vozilih lahko samodejno zaklepanje onemogočite. Za to obstaja poseben gumb na nadzorni plošči.
Prednost elektronskih možnosti je, da omogočajo nastavitev več stopenj blokiranja. Še en plus takšnih mehanizmov je, da popolnoma pomagajo obvladovati pretiravanje. Pri takih modelih navor deluje na osi, ki se vrti z nižjo hitrostjo.
Več o zaklepanju diferenciala
Vsak medosni diferencial ima pomembno pomanjkljivost - navor se samodejno dovaja na kolo, ki se močneje vrti. Zaradi tega drugo kolo, ki ima dovolj oprijema, izgubi oprijem. Iz tega razloga takšen menjalnik ne bo dal možnosti samostojnega izstopanja iz blata ali snežnega zameta.
Kot smo že omenili, se težava reši z blokiranjem satelitov. Obstajata dva načina blokiranja:
- Popolna blokada se izvede zaradi dejstva, da so vsi elementi menjalnika trdno povezani. To zagotavlja, da kolo z najboljšim oprijemom dobi dovolj navora;
- Delno blokiranje je možno s spremembo faktorja blokiranja. Ko avtomobil vozi po ravni črti, je ta faktor 1. Takoj ko se sateliti zaklenejo v simetrični diferencial, se ta faktor spremeni s 3 na 5. V tem primeru se vrteče kolo še naprej vrti, vendar prejme manjši navor.
Tukaj je video o tem, zakaj je diferencial blokiran:
Diferencialne okvare
Glede na to, da zasnova katerega koli diferenciala uporablja medsebojno delovanje zobnikov in osi, je tak mehanizem občutljiv na hitro obrabo in okvaro. Elementi planetarnega mehanizma so pod resno obremenitvijo, zato bodo brez ustreznega vzdrževanja hitro odpovedali.
Čeprav so zobniki izdelani iz trpežnih materialov, je mehanizem vreden pozornosti, če med vožnjo pride do povečanega hrupa, trkanja in tresljajev, ki jih prej ni bilo. Zaskrbljujoč trenutek je tudi puščanje maziva. Najhuje pa je, če je mehanizem zataknjen. Vendar se ob pravilnem vzdrževanju to zgodi le redko.
Takoj, ko se iz ohišja menjalnika pojavi puščanje olja, se morate obrniti na avtoservis. Vozlišče lahko preverite sami. Poleg vizualnega pregleda po potovanju lahko preverite tudi temperaturo olja v ohišju menjalnika. Med normalnim delovanjem mehanizma bo ta številka približno 60 stopinj. Če se diferencial veliko bolj segreje, se posvetujte s strokovnjakom.
V okviru rednega vzdrževanja je treba preveriti raven in kakovost maziva. Vsak proizvajalec prenosnega olja določi svoje predpise za njegovo zamenjavo. Ne prezrite tega priporočila, saj lahko olje vsebuje majhne abrazivne delce, ki bodo poškodovali zobnike zobnikov in uničili oljni film, ki preprečuje trenje kovinskih delov.
Če je bil zaradi vizualnega pregleda opažen uhajanje sredinskega diferenciala ali je podobna težava opažena pri analogih avtomobila s prednjim pogonom, je treba zamenjati oljno tesnilo. Zmanjšanje ravni maziva vodi do povečanega trenja delov, kar bistveno zmanjša življenjsko dobo naprave. Suho delovanje menjalnika pomeni, da sateliti, ležajni in aksialni zobniki niso uporabni.
Samodiagnostika diferenciala se izvede na naslednji način. Najprej dvignite pogonsko os avtomobila. Menjalnik je prestavljen v nevtralni položaj. Eno kolo se vrti najprej v eno smer, nato pa v drugo smer. Enak postopek se naredi z drugim kolesom.
Z delujočim diferencialom se bodo kolesa vrtela brez zračnosti in hrupa. Nekatere napake lahko odpravite tudi sami. Da bi to naredili, se menjalnik odstrani, razstavi in vsi njegovi elementi operejo v bencinu (za prepoznavanje okvarjenih mest). Med tem postopkom lahko najdete odmik satelitov in razvoj na zobnikih.
Izrabljeni elementi se odstranijo, namesto njih pa se namestijo novi deli. V bistvu so sateliti, ležaji in tesnila predmet zamenjave, saj hitreje odpovedo. Satelite nastavljamo z izbiro prestav z najmanjšim razmikom med zobmi.
Tu je še en video o tem, kako prilagoditi prednapetost diferencialnega ležaja:
Iskanje novega diferenciala
Kljub temu da je medkolesni ali sredinski diferencial enostavno najti na trgu avtomobilskih delov, so njegovi stroški precej visoki (nov del lahko stane od sto do tisoč dolarjev). Iz tega razloga se večina voznikov redko strinja s popolno zamenjavo mehanizma.
Nov mehanizem ali njegove posamezne elemente lahko najdemo na enak način kot običajne avtodele. Najlažje je iti v trgovino in zahtevati določen del za določeno vozilo. Vendar to velja, če vozilo ni bilo nadgrajeno. V nasprotnem primeru je del izbran glede na montažno kodo ali glede na model avtomobila, iz katerega je bil odstranjen rezervni del.
Najbolje je, če del iščete po avtomobilskih podatkih in ne po kodi izdelka, saj je te simbole mogoče najti šele po demontaži mehanizma. To vozlišče ima veliko sprememb. Tudi za isto znamko avtomobila se lahko uporabljajo različni diferenciali.
Glede na ta trenutek je izjemno težko najti popoln analog iz drugega avtomobila. Kar zadeva nakup diferenciala na sekundarnem trgu, je to prepuščeno nevarnosti lastnika avtomobila, saj nihče ne bo razstavil in preveril stanja dela. To povečuje tveganje za nakup močno obrabljenega mehanizma.
Če povzamemo, velja povedati, da brez diferenciala ni mogoče ustvariti varnega in učinkovitega avtomobila, čeprav se bodo s tem strinjali ljubitelji sukanja penijev na suhem asfaltu.
Vprašanja in odgovori:
Kaj je diferencial v avtomobilu preprosto povedano? Je mehanski element, ki je nameščen med osi pogonskih koles. Navor se preko kardana prenaša na ohišje diferenciala, nato pa se preko neodvisnih prestav napaja na kolesa.
Za kaj je diferencial v avtu? Ta mehanizem zagotavlja prenos navora na pogonska kolesa, vendar pri izvajanju manevrov ali med vožnjo čez neravnine omogoča, da se kolesa vrtijo z različnimi hitrostmi.
Kje je diferencial v avtu? Ta mehanizem je nameščen na pogonski osi med osnimi gredi. Pri modelih XNUMXWD in plug-in XNUMXWD je nameščen na vsaki osi.
Kateri avto ima sredinski diferencial? Vsi avtomobili imajo prečni diferencial (stoji med osnimi gredi). Sredinski diferencial se uporablja samo pri modelih avtomobilov s pogonom na vsa kolesa (nameščen je med osema).
