Какво представляват диференциалът и главното предаване

Диференциалът представлява механично устройство, което предава въртящ момент от двигателя към двигателните колела. При движение в завой вътрешното колело за завоя изминава по-малък път от външното, но за едно и също време. Това означава, че двете колела трябва да се въртят с различна скорост, за да се избегне приплъзване. Благодарение на диференциала скоростта на въртене на колелата се променя така, че да не се получи нежелано плъзгане или заклинване на колелата, което подобрява стабилността.

Как работи диференциалът

В основни линии диференциалът представлява епицикличен механизъм, при който движението се вкарва през водилото, и посредством планетните колела се предава към две слънчеви колела, които са прикрепени към полуваловете на колелата. Водилото се нарича касета на диференциала и към нея, с помощта на болтове се закрепва короната – голямо зъбно колело, през което се предава движението към диференциала. Короната е зацепена към пиньона, заедно с който образуват главното предаване.

Понеже главното предаване и диференциалът са винаги заедно битува масовата заблуда, че диференциалът има предавателно число. Това обаче не е вярно, предавателно число има главното предаване и то се определя от разликата в броя на зъбите на пиньона и короната. Според главното предаване може да се регулира ускорението и максималната скорост на автомобила. Оборотите на короната винаги са средноаритметична стойност на оборотите на слънчевите колела.

Видове диференциали

Отворен тип диференциал – това е най-разпространения вид. Той позволява безпроблемното вземане на завои. Проблемът при него обаче е, че въртящият момент се предава към

колелото с най-ниско съпротивление. Това означава, че ако едното колело е на лед, а другото на сух асфалт, то ще се върти само това, което е на лед и автомобилът няма да може да потегли. При този тип диференциал ако повдигнете автомобила, така, че колелата да не докосват земята и завъртите едно от двигателните колела, то другото колело трябва да се завърти в противоположната посока. Ако се завъртят в една и съща посока това означава, че диференциалът е с повишено триене.

Реално най-голямото предимство на диференциала е и неговият най-голям недостатък. Нежеланото предаване на движение към колелото с по малко сцепление се компенсира по няколко начина. В съвременните автомобили най-лесният е използването на ASR система, която задържа спирачката на буксуващото колело. Този метод обаче води до загуба на мощност и въртящ момент и не е подходяща за товарни автомобили и автомобили на тежък офроуд.

Диференциалът с понижено приплъзване, отчасти преодолява този проблем, като използва няколко съединителя, които се самозацепват, ако ъгловата скорост на двете колела се различава драстично. При зацепване на съединителите въртящият момент започва да се предава към двете колела. Този тип диференциали се използва предимно при състезателни автомобили, защото с него при излизане от завой може да се получи пълно ускорение, без загуба на въртящ момент.

Блокируемият диференциал е в състояние да изравни напълно скоростта на двете колела. Ползата от това е, че при необходимост мощността се предава към всички колела. Недостатъкът е, че с него завиването се затруднява, като се увеличава и минималният радиус на завой. Поради тази причина при движение в завой блокировките трябва да се освободят, защото автомобилът може да стане неуправляем при по-високи скорости.

Заключването на диференциалите може да става механично, електрически или пневматично. Съществуват и автоматични блокировки. Блокируемите диференциали се използват предимно при високопроходими автомобили и почти никога при други видове пътни превозни средства. При тракторите блокировката на диференциала се осъществява чрез вал, който е монтиран паралелно на диференциала, като при зацепването на вала се получава директна връзка между двата полувала, повишавайки опорно-сцепната проходимост.

На жаргон диференциалите с блокаж се наричат шпердиференциали от немския глагол schperren (шперен), който означава блокирам.

За спортни цели, най-вече за дрифт или атракционни изпълнения с автомобили се практикува и заваряване на диференциала. Тогата механизмът се блокира напълно, като прави автомобила умишлено нестабилен.

Диференциалите могат бъдат осови, когато са монтирани между две колела на един и същи задвижващ мост и междуосови, когато са поставени между два различни задвижващи моста.

Особено впечатление прави диференциалът тип Torsen. Той представлява диференциал с ограничено приплъзване и е изобретен от американския инженер Върнън Глийсман. Названието Торсен идва от Torque-Sensing. Използва се най-често като междуосов диференциал, при автомобили със задвижване 4х4, но може да се използва и като осов диференциал.

Торсен функционира като обикновен диференциал, но се самоблокира при повишаване на разликата в ъгловите скорости. Тоест колкото е по-голяма разликата в оборотите на колелата, толко е по-малко приплъзването между тях. Вътрешните елементи на този тип диференциали са много по-различни от тези на конвенционалните. Зъбните двойки са конструирани на съвсем друг принцип. Слънчевите колела не са конусни, като при конвенционалните диференциали, а са цилиндрични със спираловидно нарязани зъби, или по-точно казано червяци.

Планетните колела също са червяци, но с по-малък диаметър и са свързани две по две, посредством цилиндрични зъбни колела с прави зъби. Идеята е, че червяк може да задвижи червячно колело, но червячно колело не може да задвижи червяк и червяк не може да задвижи червяк. За предаване на големи усилия в един диференциал се поставят по три червячни двойки.

Друг шедьовър в света на диференциалите е предложен от инженерите на чешката фирма Татра. Техните камиони са конструирани и с тръбна рама и артикулиращи полувалове. Това налага диференциалът да бъде със специфична конструкця, при която самият диференциал няма касета. Задвижващият вал преминава през кух вал, като достига до метален куб , за който са прикрепени планетните колела и техните оси, които са разположени напречно на надлъжната ос на автомобила, за разлика от конвенционалните диференциали.

Планетните колела задвижват слънчевите, чиито оси са успоредно на надлъжната. От там движението се отвежда посредством кухите валове към пиньони, които задвижват по една корона, която освен да се върти може да се отклонява и ъглово спрямо пиньона. Тази конструкция е доста сложна, както и Торсен диференциалите, но при нея се налага едното колело да е поставено малко по-напред или по-назад от другото на същата ос.

Друго реализиране на надлъжен диференциал е използването на такъв с цилиндрични колела, който се монтира отново в тръбната рама, но преди съответния вал. И пак посредством кухи валове движението се отвежда към два пиньона, зацепени за короните на полуваловете към ходовите колела. Артикулиращите полувалове позволяват много добра профилна проходимост.

Диференциал с електронно управление

Диференциалите с електронно управление могат да преразпределят въртящия момент динамично по време на движението, като подобряват поведението на автомобила. За да работят правилно тези диференциали се нуждаят от информация за поднасянето на автомобила, положението на волана, приплъзване на отделните колела и т.н.

Устройството им може да включва обикновен диференциал, на чиито изходи към колелата са монтирани електронноуправляеми многодискови съединители, но съществуват и варианти без конвенционален диференциал, а само с главно предаване. Диференциалите с електронно управление са много прецизни, но много скъпи, тежки и повишават разхода на гориво.

Според вида на планетите и слънчевите колела диференциалите могат са се разделят на такива с конусни зънби колела и с цилиндрични зъбни колела.

На снимката е показан разрез на електронноупраляем диференциал без епицикличен механизъм. В средата се вижда главното предаване, а от двете ми страни многодисковите съединители, които преразпределят въртящия момент.

Идеята за разпределяне на въртящия момент чрез съединители, а не с помощта на диференциал датира от 1958 г., когато холандската фирма DAF представя лек автомобил със системата Variomatic. По същество това е автоматична трансмисия, като движението се е предава към всяко колело чрез ремък, посредство вадиаторна предавка. Най-интересното, в този случай, че системата не използва електроника, а конусите на вариаторите се управляват чрез центробежни механизми, които според оборотите променят разстоянието между задвижващите конуси.

Според начина на предаване на въртящия момент могат да се разделят на симетрични и несиметрични. Симетричните предават еднакъв въртяш момент и се използват задължително за двете колела на една и съща ос, но могат да се използват и като междуосови диференциали. Несиметричните могат да използват само като междуосови и то обикновено само в товарни автомобили, при които се налага предаване на по-голям въртящ момент към задните колела, тъй като над тях пада основната тежест на товара.

Не всички превозни средсва обаче се нуждаят от диференциал. При разстояние между колелата на една ос по-малко от 60 см не е необходимо поставянето на диференциал.

Диференциалите не се прилагат само при автомобилите, автобусите и камионте. Те могат да бъдат открити и в часовници, както и в стари аналогови изчислителни машини от началото на двадесети век, които можели да събират и да изваждат. Една подобна машина можела да съдържа и до 160 диференциала. Диференциали могат да се използват и при машини, които имат два източника на въртящ момент.

При сглобяване и ремонт на диференциалите е необходим висококвалифициран персонал от специалисти, които фино да регулират хлабините между зъбните двойки, както и ориентацията им в пространството, което е особено важно за формата и размерите на петното на контакт между зъбите.

Повредите на диференциалите могат да бъдат от най-различно естество, като разбити лагери, износени или изронени зъби, както е възможно и дори счупване на диференциалната касета. За да се избегнат подобни проблеми се препоръчва редовна смяна на маслото на диференциала. Причина за повреда на диференциала може да бъде и продълшително използване на автомобила с различни по размер гуми на една и съща ос. Претоварване на автомобила също може да доведе до поврефи в диференциала.

Главно предаване

Според разположението на двигателя спрямо диференциала се определя и вида на главното предаване. При автомобилите с предно предаване и напречно разположен двигател диференциалът е разположен в предавателната кутия, като гледното предаване е реализирано с цилиндрични зъбни колела с наклонени зъби.

Ако двигателят е разположен надлъжно, то тогава диференциалът може да се монтиран отново в предавателната кутия, но тогава главното предаване е изпълнено с конусни зъбни колела с наклонени зъби, или така нареченото хипоидно предаване.

Ако диференциалът и двигателят не са монтирани на един и същ мост, то тогата диференциалът в повечето случаи е монтиран в собствен корпус, като главното предаване пак е хипоидно.

Когато не е в предавателната кутия диференциалът може да е монтиран в един корпус с полуваловете. Това се нарича конструкция твърд мост. Ако корпусът на диференциала е монтиран директно към купето на автомобила, то тогава от него излизат чупещи полувалове към колелата. Главното предаване и диференциалът са в обща маслена вана. Главното предаване може да е така конструирано, че да позволи снишаване или издигане на диференциала спрямо купето.