Дифференциал: разделять и раздавать

ЭКСКУРС В ИСТОРИЮ

Первые конструкции, принципом работы напоминающие дифференциал, появились в Китае еще до нашей эры. В 1720 году Джозеф Вильямсон использовал дифференциальный механизм в часах, чуть больше века спустя Ричард Робертс запатентовал дифференциал для дорожной техники. 1897 год: дифференциал впервые установлен на паровой автомобиль Ширера. Начало 80-х годов прошлого века: самоблокирующиеся дифференциалы приходят в автоспорт, а потом постепенно переселяются и на дорожные версии. На сегодняшних автомобилях распределение крутящего момента по колесам все чаще контролирует электроника.

ЧТО ТАКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛ?

Устройство свободного дифференциала:

1 – шестерни полуосей;

2 – ведомая шестерня главной передачи;

3 – ведущая шестерня главной передачи;

4 – сателлиты;

5 – корпус.

В автомобиле это устройство делит крутящий момент между правым и левым колесами (такой дифференциал называют межколесным) либо между передней и задней осями (межосевой дифференциал). Устройство полезное, например, в поворотах, когда внутреннее колесо вращается медленнее наружного. И одновременно вредное, когда автомобиль беспомощно буксует в грязи или на льду.

КАК РАБОТАЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛ

Крутящий момент через ведомую шестерню главной передачи передается на корпус и сателлиты, которые находятся в зацеплении с шестернями полуосей. Когда колеса крутятся с одинаковой скоростью, сателлиты неподвижны относительно своей оси (рис. а):

Но едва угловые скорости начинают различаться – одна из покрышек пробуксовывает или автомобиль проходит поворот, – сателлиты приходят в движение, компенсируя разницу в оборотах правого и левого колес (рис. б):

СПОРНЫЕ МОМЕНТЫ

Чтобы реализовать крутящий момент на колесе, должна быть противодействующая сила. Один из самых наглядных примеров – колодец. Противодействующую силу в этом случае создает ведро с водой, тянущее своим весом веревку вниз. Чтобы поднять ведро, нужно приложить достаточное усилие к ручке. Как раз это усилие, помноженное на плечо (в этом случае – длина ручки колодца), и называют крутящим моментом.

А что произойдет, если веревка оборвется? Ведро упадет, а вместе с ним уйдет и противодействующая сила. А коли нет противодействия, нет и крутящего момента. Барабан будет крутиться вхолостую, не совершая никакой полезной работы. Точно так же происходит, когда одно из колес попадает на скользкое покрытие. Противодействующая сила практически отсутствует, ведь колесу не за что зацепиться, следовательно, падает до нуля и крутящий момент. Так как свободный дифференциал делит тягу пополам, то же происходит и на соседнем колесе.

Поднять крутящий момент просто: нужно создать противодействующую силу, например придержать, создав блокировку, противоположное буксующее колесо.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

Перед вами схема классического постоянного полного привода с тремя свободными симметричными дифференциалами (например, трансмиссия «Шевроле-Нива»):

В обычных условиях момент равномерно расходится на все четыре колеса – по 25% на каждое. Одно из колес попало на идеально гладкий лед. Коэффициент сцепления падает до нуля, крутящий момент тоже. А каково будет его значение на трех других колесах? Изменится ли что-то, если заблокировать межосевой дифференциал?

Свободный симметричный дифференциал делит крутящий момент между колесами поровну. Соответственно, если он не реализован на одном колесе, то нет его и на другом. Между осями установлен такой же симметричный дифференциал. Значит, если на задней оси крутящий момент равен нулю, то такое же значение и на передней. Таким образом, тяга на всех ведущих отсутствует – одно колесо беспомощно крутится, а остальные стоят неподвижно.

Заблокируем дифференциал – получилась жесткая связь между осями. Теперь на передних колесах крутящий момент по-прежнему ноль, а вся тяга идет назад – соответственно по 50% на каждое колесо.

КАКИЕ ЕЩЕ БЫВАЮТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ?

Свободный симметричный дифференциал на современных автомобилях чаще всего используют как межколесный. Между осями крутящий момент обычно перераспределяют несимметричные дифференциалы (делят тягу не поровну) – повышенного трения и управляемые электроникой. Они сложнее и дороже, чем классический вариант, но в большинстве случаев при правильной настройке помогают эффективнее распределять крутящий момент. Дифференциалы устанавливают даже на радиоуправляемые модели. Устройство и принцип их работы – как у настоящих (на фото).

Подробнее о дифференциалах смотри в нашей Энциклопедии: ссылка