Как работают дифференциалы
В этой статье мы объясним работу дифференциалов – последней остановки мощности перед непосредственным вращением колес.
Бездорожье
Еще одна ситуация, когда простой дифференциал может привести к проблеме, бездорожье. Допустим у Вас полноприводной внедорожник или паркетник с открытым дифференциалом на передней и задней осях. Как мы упоминали ранее, открытые дифференциалы подают всегда одинаковый крутящий момент на оба колеса. Если одно из передних и одно из задних колес повиснут в воздухе одновременно, то они будут беспомощно крутиться в воздухе, а Вы вообще не сможете двигаться вперед.
Решение этой проблемы – дифференциалы повышенного трения (limited slip differential (LSD)). Дифференциалы повышенного трения используют различные механизмы, чтобы работать как обычные дифференциалы при поворотах. При скольжении колеса дифференциалы повышенного трения позволяют подавать больше крутящего момента на колесо с тягой.
Далее рассмотрим различные варианты дифференциалов повышенного трения, включая самоблокирущийся дифференциал повышенного трения LSD, вязкостную муфту, дифференциал с ручной блокировкой и Торсен.
Дифференциалы с постоянным моментом блокировки.
Этот вид дифференциалов повышенного трения использует все элементы открытого дифференциала, добавляя пружины и набор сцепления. Некоторые решения используют конусообразное сцепление подобно синхронизаторам механической КПП.
Пружины толкают полуосевые шестерни на сцепление, которые закреплены на корпусе дифференциала.
Сцепление срабатывает при возникновении разницы в скоростях вращения колес оси, например, в повороте. Сцепление сопротивляется разнице в скорости вращения колес. Если одно колесо пытается вращаться быстрее другого, ему сначало надо преодолеть сцепление. Жесткость пружин и трение сцепления определяют значение крутящего момента на преодоление сопротивления.
Вернемся к ситуации, когда одно колесо имеет сцепление с дорогой, а второе находится на льду: Дифференциалы с постоянным моментом блокировки даже при нахождении одного колеса на льду без тяги позволяют передать крутящий момент на другое колесо, чтобы оно двигалось. Крутящий момент, идущий на колесо не на льду, равен максимальному усилию на преодоление сопротивления сцепления внутри дифференциала. В результате Вы продолжаете движение с ограниченной мощностью.
Вискостная муфта
Вискостная муфта часто применяется в полноприводных автомобилях. Оно обычно соеднияет переднюю ось с задней. Когда передняя ось начинает буксовать, крутящий момент идет на заднюю.
Вискостная муфта представляет набор дисков внутри закрытого корпуса, заполненного тягучей жидкостью. Каждый набор дисков соединен с выходной полуосью. В нормальных условиях оба набора дисков и жидкость вискомуфты вращаются с одинаковой скоростью. Когда один из мостов пытается вращаться быстрее, например, при пробуксовке, соответствующий ему набор дисков начинает вращаться быстрее, чем другой. Вискостная жидкость, которая находится между дисками пытается догнать ускорившиеся диски, увлекая за собой медленные диски. В результате больший крутящий момент на медленные колеса, то есть на те, которые не буксуют.
Когда машина поворачивает, разница в скорости вращения колес не так велика, как при пробуксовке. Чем больше разница в скорости вращения между дисками, тем больший крутящий момент передает вискостная муфта. Вискостная муфта не вмешивается в повороты, потому что получаемый крутящий момент очень мал. Кстати, в этом состоит основной недостаток вискостной муфты: крутящий момент не передаются, пока колесо не начнет буксовать.
Простой опыт с яйцом поможет объяснить работу вискомуфты. Положите яйцо на стол, скорлупа и желток неподвижны. Если резко закрутить яйцо, короткое время скорлупа будет вращаться быстрее желтка, но последний быстро ее догонит. Чтобы доказать, что желток вращается, раскрутите яйцо, потом резко остановите и отпустите – оно начнет снова крутиться (при условии, что оно не сварено вкрутую). В этом опыте мы использовали трение между желтком и скорлупой, чтобы передать крутящий момент желтку при раскручивании яйца. Когда мы остановили яйцо, то же самое трение – между еще вращавшимя желтком и скорлупой – направило крутящий момент на скорлупу. В виской муфте происходит аналогичный процесс между наборами дисков и вискостной жидкостью.
