Diferencial vozila. Sorte in značilnosti delovanja

Diferencial je mehanizem, ki prenaša navor iz enega vira na dva porabnika. Njegova ključna lastnost je sposobnost prerazporeditve moči in zagotavljanja različnih kotnih hitrosti vrtenja porabnikov. Pri cestnem vozilu to pomeni, da lahko kolesa skozi diferencial prejemajo različno moč in se vrtijo z različnimi hitrostmi.

Diferencial je pomemben element avtomobilskega menjalnika. Poskusimo ugotoviti, zakaj.

Zakaj brez diferenciala ne gre

Strogo gledano, lahko storite brez diferenciala. A le dokler se avto pelje po brezhibni stezi, ne da bi nikamor zavil, in so njegove gume enake in enakomerno napolnjene. Z drugimi besedami, dokler vsa kolesa prevozijo enako razdaljo in se vrtijo z enako hitrostjo.

Ko pa avto vstopi v ovinek, morajo kolesa prevoziti drugačno razdaljo. Očitno je zunanja krivina daljša od notranje krivulje, zato se morajo kolesa na njej vrteti hitreje kot kolesa na notranji krivini. Ko os ni vodilna in kolesa niso odvisna eno od drugega, potem ni problema.

Druga stvar je vodilni most. Za normalno krmiljenje se vrtenje prenaša na obe kolesi. S togo povezavo bi imeli enako kotno hitrost in bi v zavoju težili k enaki razdalji. Zavijanje bi bilo težavno in bi povzročilo zdrs, povečano obrabo pnevmatik in prekomerno obremenitev . Del moči motorja bi šel na zdrs, kar pomeni, da bi porabljali gorivo. Nekaj ​​podobnega, čeprav ne tako očitno, se zgodi v drugih situacijah – pri vožnji po slabih cestah, neenakomerni obremenitvi koles, neenakomernem tlaku v pnevmatikah, različni stopnji obrabe pnevmatik.

Tukaj pride na pomoč. Prenaša vrtenje na obe gredi osi, vendar je razmerje kotnih hitrosti vrtenja koles lahko poljubno in se hitro spreminja glede na specifično situacijo brez posredovanja voznika.

Vrste diferencialov

Diferenciali so simetrični in asimetrični. Simetrične naprave prenašajo enak navor na obe gnani gredi, pri uporabi asimetričnih naprav pa so preneseni navori različni.

Funkcionalno se diferenciali lahko uporabljajo kot medkolesni in medosni diferenciali. Interwheel prenaša navor na kolesa ene osi. V avtomobilu s pogonom na prednja kolesa se nahaja v menjalniku, v avtomobilu s pogonom na zadnja kolesa pa v ohišju zadnje osi.

V avtomobilu s pogonom na vsa kolesa so mehanizmi nameščeni v ohišjih obeh osi. Če je pogon na vsa kolesa stalen, je v prenosnem ohišju nameščen tudi sredinski diferencial. Prenaša vrtenje z menjalnika na obe pogonski osi.

Osni diferencial je vedno simetričen, vendar je osni diferencial običajno asimetričen, tipičen odstotek navora med sprednjo in zadnjo osjo je 40/60, čeprav je lahko drugačen. 

Možnost in način blokiranja določata drugo klasifikacijo diferencialov:

• brezplačno (brez blokiranja);

• z ročnim zaklepanjem;

• s samodejnim zaklepanjem.

Blokada je lahko popolna ali delna.

Kako deluje diferencial in zakaj ga blokirati

Pravzaprav je diferencial mehanizem planetarnega tipa. V najpreprostejšem simetričnem prečnem diferencialu so štirje stožčasti zobniki - dva pol-osna (1) in dva satelita (4). Vezje deluje z enim satelitom, drugi pa je dodan, da je naprava močnejša. V tovornjakih in terenskih vozilih sta nameščena dva para satelitov.

Skodelica (telo) (5) deluje kot nosilec za satelite. V njem je togo pritrjen velik gnani zobnik (2). Prejema navor od menjalnika prek končnega pogonskega zobnika (3).

Na ravni cesti se kolesa in s tem tudi njihova kolesa vrtijo z enako kotno hitrostjo. Sateliti se vrtijo okoli kolesnih osi, vendar se ne vrtijo okoli lastnih osi. Tako vrtijo stranske zobnike in jim dajejo enako kotno hitrost.

V ovinku ima kolo na notranjem (manjšem) loku večji kotalni upor in ga zato upočasni. Ker se tudi ustrezen stranski zobnik začne vrteti počasneje, povzroči vrtenje satelitov. Njihovo vrtenje okoli lastne osi vodi do povečanja vrtljajev zobnika na gredi osi zunanjega kolesa.  

Podobna situacija lahko nastane v primerih, ko pnevmatike nimajo zadostnega oprijema na cestišču. Na primer, kolo zadene led in začne drseti. Navaden prosti diferencial bo prenesel vrtenje tja, kjer je manjši upor. Zaradi tega se bo drseče kolo vrtelo še hitreje, medtem ko se bo nasprotno kolo praktično ustavilo. Posledično se avto ne bo mogel nadaljevati. Poleg tega se slika pri štirikolesnem pogonu ne bo bistveno spremenila, saj bo tudi sredinski diferencial prenašal vso moč tja, kjer naleti na manjši upor, torej na premo z drsnim kolesom. Posledično se lahko tudi štirikolesno gnani avtomobil zatakne, če samo eno kolo zdrsne.

Ta pojav resno poslabša prehodnost katerega koli avtomobila in je popolnoma nesprejemljiv za terenska vozila. Situacijo lahko popravite z blokado diferenciala.

Vrste ključavnic

Popolna prisilna blokada

Popolno ročno blokado lahko dosežete tako, da motite satelite, tako da jim odvzamete možnost vrtenja okoli lastne osi. Drug način je, da spravite skodelico diferenciala v togo povezavo z osjo. Obe kolesi se bosta vrteli z enako kotno hitrostjo.

Če želite omogočiti ta način, morate samo pritisniti gumb na armaturni plošči. Pogonska enota je lahko mehanska, hidravlična, pnevmatska ali električna. Ta shema je primerna za medkolesne in sredinske diferenciale. Vklopite ga lahko, ko avto stoji, pri vožnji po neravnem terenu pa ga uporabljajte le pri nizki hitrosti. Ko zapustite normalno cesto, je treba ključavnico izklopiti, sicer se bo vodljivost opazno poslabšala. Zloraba tega načina lahko povzroči poškodbe osi ali povezanih delov.

Bolj zanimivi so samozaporni diferenciali. Ne zahtevajo posredovanja voznika in delujejo samodejno, ko se pojavi potreba. Ker je blokada v takšnih napravah nepopolna, je verjetnost poškodbe gredi osi majhna.

Disk (torna) ključavnica

To je najpreprostejša različica samozapornega diferenciala. Mehanizem je dopolnjen s kompletom tornih diskov. Tesno se prilegajo drug drugemu in skozi enega so togo pritrjeni na eno od osnih gredi in v skodelici.

Celotna struktura se vrti kot celota, dokler se hitrost vrtenja koles ne spremeni. Nato se med diski pojavi trenje, ki omejuje rast razlike v hitrosti.

Viskozna sklopka

Viskozna sklopka (viskozna sklopka) ima podoben princip delovanja. Samo tukaj so diski z nanešenimi perforacijami nameščeni v zaprti škatli, katere ves prosti prostor je napolnjen s silikonsko tekočino. Njegova značilnost je sprememba viskoznosti med mešanjem. Ko se diski vrtijo z različnimi hitrostmi, se tekočina meša, in bolj ko je mešanje intenzivno, bolj viskozna postane tekočina in doseže skoraj trdno stanje. Ko se hitrost vrtenja umiri, viskoznost tekočine hitro pade in diferencial se sprosti.  

Viskozna sklopka ima precej velike dimenzije, zato se pogosteje uporablja kot dodatek sredinskemu diferencialu, včasih pa namesto njega, v tem primeru pa deluje kot psevdodiferencial.

Viskozna sklopka ima številne pomanjkljivosti, ki znatno omejujejo njeno uporabo. To so vztrajnost, znatno ogrevanje in slaba združljivost z ABS.

Thorsen

Ime izvira iz Torque Sensing, to je "zaznavanje navora". Velja za enega najučinkovitejših samozapornih diferencialov. Mehanizem uporablja polžasto gonilo. Zasnova ima tudi torne elemente, ki dodatno prenašajo navor, ko pride do zdrsa.

Obstajajo tri vrste tega mehanizma. Pri običajnem oprijemu na cestah različici T-1 in T-2 delujeta kot diferenciala simetričnega tipa.

Ko eno od koles izgubi oprijem, lahko T-1 prerazporedi navor v razmerju 2,5 proti 1 do 6 proti 1 in celo več. To pomeni, da bo kolo z najboljšim oprijemom prejelo večji navor kot kolo, ki drsi, v določenem razmerju. Pri sorti T-2 je ta številka nižja - od 1,2 do 1 do 3 do 1, vendar je manj zračnosti, vibracij in hrupa.

Torsen T-3 je bil prvotno razvit kot asimetrični diferencial s stopnjo blokade 20 ... 30%.

QUAIFE

Diferencial Quife je poimenovan po angleškem inženirju, ki je razvil to napravo. Po zasnovi spada v vrsto črvov, kot je Thorsen. Od njega se razlikuje po številu satelitov in njihovi postavitvi. Quaife je precej priljubljen med ljubitelji uglaševanja avtomobilov.