3.11. Диференціал
Дифференціал – механічний пристрій, який передає крутний момент з головної передачі до двох ведучих коліс, або з коробки передач (роздавальної коробки) до двох мостів, забезпечуючи різну або одинакову кутову швидкість джерела передачі крутного моменту та споживачів.
Під час руху автомобіля на повороту дороги шлях пройдений колесом, що рухається по внутрішньому радіусу, меньше, ніж шлях колеса тієї ж осі, яке рухається по зовнішньому радіусу. Для руху ведучих коліс без ковзання, кутова швидкість внутрішнього колеса повинна бути менше кутової швидкості зовнішнього колеса. Під час руху коліс по нерівностях дороги на деяких відрізках шлях пройдений колесами передньої осі може відрізнятися від довжини шляху пройденого колесами задньої осі. Якщо автомобіль повнопривідний, то це теж може привести до руху автомобіля з ковзанням коліс.
На автомобілях використовують міжколісні та міжосьові диференціали, які забезпечують передачу крутного моменту на вісі мостів та ведучі вали коліс через планетарний механізм з любим співвідношення кутових швидкостей привідних валів коліс під час руху у різноманітних дорожніх умовах.
Призначення
Слугує для розподілу крутного моменту, який до нього підводиться, між двома веденими елементами та рух цих елементів з різними кутовими швидкостями, тобто диференціал забезпечує передавання крутного моменту від роздавальної коробки ( коробки передач ) до головних передач (мостів ) повноприводних автомобілів, а також від головної передачі до приводних валів ( півосей ) коліс та розподіл його між валами, рух коліс з різними кутовими швидкостями при повороту автомобіля та при русі по нерівностях дороги.
Вимоги
- Забезпечення кочення коліс без ковзання під час руху автомобіля на повороті та по не рівній дороги.
- Забезпечення кочення коліс різних осей без ковзання під час руху автомобіля по нерівностях дороги.
- Виключення ковзання одного з коліс однієї вісі (коліс одного з мостів повно-приводного автомобіля) на початку руху та при знаходженні коліс на слизькій дорозі.
- Автоматичний перерозподіл крутного моменту між колесами, залежно від зчеплення коліс з дорогою.
- Забезпечення передачі крутного моменту до коліс при невеликих розмірах.
Класифікація
- За забезпеченням прохідності: Підвищеного тертя і прості.
- За конструкцією: Конічні, червячні, циліндричні, гідравлічні, планетарні з дисками, тощо.
- За місцем встановлення: Міжколісні, міжбортові та міжосьові.
- За способом розподілу крутного моменту: Симетричні та несиметричні.
- За способом керування: Некеровані, з ручним керуванням, з автоматичним електронним керуванням та самоблокувальні, що спрацьовують від різниці у кутових швидкостях приводних валів (speed sensitive), або від різниці передаваємих на приводні вали крутних моментів (torque sensitive), що виключають буксування коліс однієї сторони.
Конструкція диференціала
- Ведучі елементи: Корпус, хрестовина.
- Ведені елементи: Шестерні, муфти напівосей.
- Проміжні (зв’язкові) елементи: Сателіти, кулачки, диски підвищеного тертя, тощо.
- Протибуксувальні елементи та системи: Активні, неактивні.
Рис. 3.11.1. Будова міжколісного конічного диференціала
Диференціали з конічними зубчатими колесами застосовується на більшості автомобілів загального призначення.
Недоліком конічного планетарного механізму є те, що він при різному коефіцієнту зчеплення коліс з поверхнею дороги не забезпечує рівномірний розподіл крутного моменту між колесами, а передає крутний момент на колесо з меншим зчепленням з поверхнею дороги, що приводить до зниження швидкості руху автомобіля, або відсутністю можливості рухатись дальше. Так, якщо обидва колеса моста мають одинакове зчеплення з поверхнею дороги і якщо зусилля, необхідне для руху кождого колеса одинакове то дифференціал буде розподіляти крутний момент рівномірно між колесами. Під час знаходження одного з коліс вісі на льоду, а іншого на поверхні дороги з добрим зчепленням, диференціал перерозподіляє крутний момент до колеса на льоду і воно починає обертатися з великою кутовою швидкістю. Інше колесо не отримуючи крутний момент обертатись не буде.
Все це погіршує прохідність та керованість автомобіля.
Рис.3.11.2. Деталі міжколісного диференціалу та подвійної
головної передачі автомобіля ЗИЛ-131:
1-Права чашка диференціала; 2,4 - Опорні шайби; 3 - Конічна шестірня півосі; 5 - Шестірня сателіта; 6 - Втулка сателіта; 7 - Циліндрична ведена шестірня головної передачі; 8 - Ліва чашка диференціала; 9 - Конічна ведуча шестірня головної передачі; 10 - Конічна ведена шестірня головної передачі;
11 - Підшипник веденої конічної шестірні головної передачі4 13 – Шпонка;
14 - Вал циліндричної ведучої шестірні; 15 - Ведуча шестірня циліндричної головної передачі; 16 - Підшипник ведучого вала циліндричної передачі;
14 - Вал циліндричної ведучої шестірні; 3 - Конічна шестірня півосі4
17 - Гайка затягування підшипника; 18 - Хрестовина диференціала.
Рис. 3.11.3. Конічний міжколісний диференціал автомобіля Тойота
Рис. 3.11.4. Конічний міжколісний диференціал Тойота з віскозною муфтою
Рис. 3.11.5. Віскозна муфта, сателіти конічного диференціала
та ведена шестірня головної передачі автомобіля Тойота
Рис. 3.11.6. Диски віскозної муфти диференціала
Рис. 3.11.7. Конструкція віскозної муфти:
Корпус; 2- вал корпуса; 3,6- ведучий та ведений вали; 4- диски;
5- ущільнення.
Рис. 3.11.8. Диференціал з ручним керуванням lockarb
При увімкненні блокувальної муфти шестірні приводних валів коліс блокуються і обертаються з однаковою кутовою швидкістю.
Рис. 3.11.9. Диференціал з фрикціонами friction based LSD задніх мостів автомобілів позашляховиків Toyota 4 Runner, Nissan Terrano, KIA Sportage
Спрацьовують від різниці у кутових швидкостях та різниці в крутному моменту автоматично.