Потрібен диференціал машині. З електронним керуванням

Диференціал - механізм розподілу крутного моменту вхідного валу між двома вихідними півосями провідних коліс або, на автомобілях підвищеної прохідності, для розподілу крутного моменту між передньою та задньою провідними осями.
Це частина трансмісії, яка на автомобілях класичного і передньопривідного компонування зазвичай виконується у вигляді єдиного блоку з головною передачею, а на позашляховиках вбудовується в роздавальну коробкуВільний диференціал завжди ділить момент, що на нього крутить, порівну - незалежно від того, з рівними або з різними швидкостями обертаються провідні колеса (або провідні осі).

Призначення диференціалу

При русі автомобіля по криволінійних ділянках дороги – наприклад, у поворотах – колеса провідної осі котяться по колах різної довжини. Зовнішнє (стосовно центру повороту автомобіля) колесо проходить більший шлях, ніж внутрішнє. Ця різниця тим більше, чим крутіше поворот. Аналогічна проблема виникає і в русі по прямій, якщо використовуються провідні колеса різної розмірності тощо. Якщо в цих ситуаціях колеса з'єднати жорсткою віссю, виявиться, що одне колесо обертається швидше, ніж потрібно для проходження заданої траєкторії, а інше повільніше. Значить, обидва колеса будуть пробуксовувати, відчувати підвищені навантаження, сильніше нагріватися та зношуватися. Збільшиться і витрата палива. Нарешті, це порушує курсову стійкість автомобіля і веде до його занесення або знесення - особливо на слизьких дорогах.
Для компенсації різниці шляху, що проходить провідними колесами, використовується особливий механізм - диференціал. Найпростіший, вільний диференціал зрівнює моменти, що крутять (або тягові сили) обох провідних коліс, і якщо швидкості їх обертання (або лінійного руху) різні, то і потужності на них пропорційні цій різниці. Колесо, що обертається швидше, витрачає на це трохи більшу потужність, ніж те, що обертається повільніше.
Таким чином диференціал призначений для забезпечення обертання провідних коліс з різними кутовими швидкостями при постійно передачі моменту, що крутить, на обидва колеса провідної осі. Ця ж логіка є і в роботі міжосьового диференціала.

Пристрій та принцип дії

Диференціал класичної конструкції влаштований просто. Наприклад, на задньопривідному автомобілі обертання від веденого валу коробки передач передається через карданний вал на провідну конічну шестерню головної передачі, яка знаходиться в постійному зачепленні з шестернею ведучої головної передачі. Ведена шестерня є одночасно корпусом диференціала, в якому перпендикулярно осі веденої шестерні закріплена вісь сателітів - малих конічних шестерень. Останні обертаються разом із корпусом диференціала щодо осі веденої шестернею головної передачі. Сателіти знаходяться у постійному зачепленні з конічними шестернями лівої та правої півосей провідних коліс.
При прямолінійному русі автомобіля сателіти щодо власної осі не обертаються. Але кожен, подібно до рівноплечого важеля, ділить крутний момент веденої шестерні головної передачі порівну між шестернями півосей.
Коли автомобіль рухається по криволінійній траєкторії, внутрішнє по відношенню до центру колу, що описується автомобілем, колесо обертається повільніше, зовнішнє швидше - при цьому сателіти обертаються навколо своєї осі, оббігаючи шестерні півосей. Але принцип розподілу моменту порівну між колесами зберігається. Потужність, що подається на колеса, перерозподіляється, адже вона дорівнює добутку крутного моменту на кутову швидкість колеса. Якщо радіус повороту настільки малий, що внутрішнє колесо зупиняється, тоді зовнішнє обертається з удвічі більшою швидкістю, ніж під час руху автомобіля прямолінійною траєкторією. Отже, диференціал не змінює момент, що крутить, але перерозподіляє між колесами потужність. Остання завжди більша на тому колесі, яке обертається швидше.

Застосування диференціалів

У автомобілях з однією провідною віссю встановлюється один диференціал, поєднаний із головною передачею. У автомобілях з двома та більше провідними осями диференціали встановлюються у кожну провідну вісь (наприклад, у тривісній вантажівці або автобусі з двома задніми провідними осями диференціали встановлені в середню та задню осі). У автомобілях з повним приводом, що підключається, диференціали встановлюються в кожну провідну вісь (у двовісного повнопривідного джипа з підключається переднім провідним мостом два диференціали - по одному в кожній провідній осі), але експлуатація цих машин з постійно підключеною передньою віссю не рекомендується з причини підвищеного і коліс із-за нерівномірно розподіленої потужності між осями. У свою чергу в автомобілях підвищеної прохідності з постійно підключеними провідними осями застосовують три диференціали - по одному в кожній провідній осі та один міжосьовий, встановлений у роздавальної коробки. Міжосьовий диференціал розподіляє потужність між провідними осями залежно від довжини прохідного колесами осі колії. Наприклад, передні колеса можуть долати піднесення, задні ще рухатися по прямій - передні колеса описують більш довгий шлях, ніж задні, відповідно, міжосьовий диференціал забезпечує передачу більшої частини потужності двигуна на передню вісь, ніж на задню. На багатовісних транспортних засобах з декількома провідними осями застосовують дистанційний диференціал.
Диференціал не застосовується на транспортних засобах з одним провідним колесом – зокрема, на мотоциклах та трициклах із двома передніми керованими колесами. Якщо трицикл побудований за схемою з одним переднім керованим колесом і двома задніми провідними, то на ньому застосовують автомобільний провідний міст з диференціалом. Зазвичай подібні трицикли будують на замовлення на базі популярних важких моделей (приклад - кастомні трицикли на базі «Харлей-Девідсон»).
На гоночних автомобілях на основі серійних моделей (наприклад, на ралійних або кільцевих гонок) диференціал перед гонками блокують, оскільки повороти такі машини проходять на великій швидкості і з занесенням. В даному випадку схильність автомобіля до занесення через відсутність диференціала вважається перевагою.

Нестача диференціалу

Головним недоліком диференціалу класичної конструкції є проблема пробуксовування колеса, що втратив контакт із поверхнею дорожнього полотна. Коли одне з провідних коліс обертається у вивішеному стані його швидкість вдвічі більша, ніж була б при цих оборотах веденої шестерні диференціала при нормальному русі по прямій. Натомість друге колесо взагалі не обертається. Причина проста. Момент опору обертанню вивішеного колеса мізерний, відповідно малий і момент, що підводиться до нього. Значить, настільки ж малий момент, що крутить, і на протилежному колесі - воно стоїть. Якщо ж одне з коліс буксує - з підвищеними оборотами, але з суттєвим опором (наприклад, у бруді, піску тощо), то такий же момент, що крутить, надходить і на інше, не буксуюче, колесо. В результаті автомобіль може рухатися із невеликою швидкістю. При цьому на колесо, що буксує, подається більш висока потужність - вона витрачається на нагрівання шини, дороги і т.д. Ефект пробуксовки знижує прохідність автомобіля із вільним диференціалом. Для вирішення цієї проблеми автомобілі оснащують механізмами блокування диференціала – ручної чи автоматичної – різної конструкції.

Механізми блокування диференціалу

• Ручне блокування диференціалу

Найпростішим способом блокування диференціала є застосування механізму з ручним керуванням. Цей вид блокування застосовується на автомобілях підвищеної прохідності. Блокування проводиться блокувальними муфтами, які фіксують сателіти. Диференціал вимикається. До переваг даного типу блокування можна віднести простоту і надійність конструкції, до недоліків - необхідність точно оцінювати дорожню обстановку і відключати блокування диференціала при русі якісними дорогами, щоб уникнути поломок головної передачі і провідного мосту в цілому.

• Блокування диференціалу з електронним керуванням

На сучасних повнопривідних легкових автомобілях підвищеної прохідності з розвиненим комп'ютерним керуванням роботою агрегатів та механізмів встановлюють антипробуксовочну систему з електронним керуванням. Як тільки бортовий комп'ютеравтомобіля (або електронний блок антипробуксової системи) отримує від датчика обертання сигнал про те, що одне колесо осі обертається значно швидше за друге, вільне колесопригальмовується робочим гальмом – завдяки вільному диференціалу потужність передається на колесо, яке не втратило контакту з дорожнім покриттям. Ця система вимагає наявності системи роздільного приводу гальм всіх чотирьох коліс і точного налагодження датчиків.
Антипробукувальні системи дозволяють досить тонко регулювати розподіл потужності залежно від стану дорожнього покриття та уникнути втрат потужності двигуна при спрацьовуванні диференціала. З іншого боку, система керування з датчиків і виконавчих приводів гальм (на соленоїдах) має інерційність, тому працює з деяким запізненням, що доводиться враховувати водію.
На гоночних автомобілях іноді застосовуються фрикційні диференціали з гальмівними стрічковими механізмами, керованими електронікою.

• Автоматичне блокування із застосуванням фрикційної муфти

На спортивні автомобілі, що випускаються малими серіями або на замовлення, іноді встановлюють фрикційні диференціали, що самоблокуються. На серійних машинах ці диференціали рідкість, оскільки вони вимагають особливого обслуговування і схильні до інтенсивного зносу.
Фрикційні муфти встановлюються між напівосьовими шестернями та корпусом диференціала. При прямолінійному русі автомобіля півосі обертаються з однаковою кутовою швидкістю – сила тертя у фрикційних муфтах дорівнює нулю, диференціал розподіляє потужність між колесами провідної осі порівну. Як тільки одна з півосей починає обертатися швидше, диски фрикційної муфти зближуються, за рахунок сил тертя муфта, що виникають, пригальмовує обертання вільної півосі. Цей тип диференціала відрізняється невисокою ефективністю при великій різниці у кутових швидкостях провідних коліс (наприклад, на поворотах з малим радіусом закруглення).

При русі автомобіля крутний момент передається і потім, через головну передачу і диференціал, на провідні колеса. дозволяє збільшувати або зменшувати момент, що крутить, переданий і одночасно зменшувати і відповідно збільшувати швидкість обертання коліс. Передатне число в головній передачі підбирається таким чином, що максимальний момент, що крутить, і частота обертання провідних коліс знаходяться в найбільш оптимальних значеннях для конкретного автомобіля. Крім того, головна передача дуже часто є об'єктом тюнінгу автомобіля.

Пристрій головної передачі

По суті, головна передача - це не що інше, як шестерний понижувальний редуктор, у якому провідна шестерня пов'язана з вторинним валом КПП, а ведена з колесами автомобіля. За типом зубчастого з'єднанняОсновні передачі різняться на такі різновиди:

• циліндрична – в більшості випадків застосовується на автомобілях з поперечним розташуванням та коробки передач та переднім приводом;
• конічна - застосовується дуже рідко, тому що має великі габарити і високий рівеньшуму;
• гіпоїдна - найбільш затребуваний різновид головної передачі, що застосовується на більшості автомобілів з класичним заднім приводом. Гіпоїдна передача відрізняється малими розмірами та низьким рівнем шуму;
• черв'ячна – практично не застосовується на автомобілях через трудомісткість виготовлення та високу вартість.

Також варто відзначити, що автомобілі з переднім та заднім приводом мають різне розташування головної передачі. У передньопривідних автомобілях із поперечним розташуванням КПП та силового агрегату, циліндрична головна передача розташовується безпосередньо в картері КПП.

У автомобілях із класичним заднім приводом головна передача встановлена ​​в корпусі провідного мостуі з'єднана з коробкою за допомогою . У функціонал гіпоїдної передачізадньопривідного автомобіля також входить і розворот обертання на 90 градусів за рахунок конічних шестерень. Незважаючи на різні типи та розташування, призначення головної передачі залишається незмінним.

Диференціал автомобіля

Диференціал автомобілянайчастіше поєднаний з головною передачею і розташовується відповідно в картері коробки або корпусі заднього моста. Однак диференціал може бути встановлений між провідними осями повнопривідного автомобіля. Диференціал є і ділиться на такі різновиди:

• конічний – здебільшого встановлюється разом із головною передачею між колесами однієї приводної осі;
• циліндричний – найчастіше застосовується для розв'язування провідних осей повнопривідних автомобілів;
• черв'ячний – є універсальним та встановлюється як між колесами, так і між провідними осями.

Основне призначення диференціала полягає в розподілі моменту, що крутить, між колесами автомобіля і зміни їх частоти обертанні відносно один одного. Так наприклад поворот автомобіля без диференціала був би просто неможливим, тому що при повороті зовнішнє колесо обов'язково має обертатися з більшою частотою, ніж внутрішнє.

Диференціали існують симетричні та несиметричні. Симетричний диференціал передає рівний момент, що крутить, на обидва колеса і встановлюється найчастіше спільно з головною передачею. Несиметричний диференціал дозволяє передати момент, що крутить, в різних пропорціях і встановлюється між .

Диференціал складається з корпусу, шестерень сателітів та півосьових шестерень. Корпус зазвичай поєднаний із веденою шестернею головної передачі. Шестірні сателіти відіграють роль планетарного редуктора і з'єднують півосьові шестерні з корпусом диференціалу. Напівосьові (сонячні) шестерні з'єднані з провідними колесами за допомогою півосей на шліцевих з'єднаннях.

При всіх плюсах у найпростішого диференціалу існує і недолік. Справа в тому, що частота обертання може бути розподілена на колеса не тільки у співвідношенні, наприклад 50/50, 40/60 або 35/65, а й 0/100. Тобто, на одне колесо автомобіля може бути переданий абсолютно весь момент, що крутить, в той час як друге колесо буде абсолютно статично. Таке трапляється, якщо автомобіль застряг у бруді або на льоду.

Однак сучасні диференціали більш досконалі та практично позбавлені цього недоліку. Багато диференціалів мають жорстке автоматичне або ручне блокування. Крім того, сучасні легкові повнопривідні автомобілі забезпечуються системою. курсової стійкості, яка заснована на оптимальному розподілі моменту, що крутить, між осями і окремими колесами в залежності від траєкторії руху.

Диференціал математичний

Неформальний опис математичного диференціала

Визначення

Для функцій

Для відображення

Пов'язані визначення

Властивості

диференціалавтомобільний

Проблема буксируючого колеса

Способи розв'язання проблеми колеса, що буксує.

Ручне блокування диференціалу

Електронне керування диференціалом

Самоблокований диференціал

Фрикційний диференціал, що самоблокується.

В'язкова муфта

Кулачковий/зубчастий диференціал, що самоблокується.

Гідророторний диференціал, що самоблокується.

Гіпоїдні диференціали, що самоблокуються.

Dual Pump System

Диференціал Torsen

Примусове блокування диференціалу

Дискове блокування диференціала

Кулачкове блокування диференціалу

В'язкі блокування диференціалу

Гвинтове блокування диференціалу

Підключивши мізки

Самоблокований диференціал

Диференціали підвищеного тертя

Коефіцієнт блокування

Диференціали з повним блокуванням

Багатодискові диференціали

Диференціал "Квайф"

Диференціал "Торсен"

Героторний диференціал (Gerodisk чи Hydra-lock)

Torque Sensitive LSD. Диференціали з фрикційними блоками попереднього натягу

Самоблокуються диференціали з гіпоїдним (черв'ячним або гвинтовим) та косозубим зачепленням

Управління роботою диференціалів за допомогою електронних систем контролю гальмівних зусиль (Traction Control і т.п.)

Диференціали, що самоблокуються від різниці швидкостей.

Механічні, змішаного типу

Диференціали, що самоблокуються від різниці крутних моментів

Які блокування існують для мостів Jeep Cherokee та Grand Cherokee?

Як визначити чи варто локер у Вашому мості?

Яке мастило використовувати в мостах із локерами?

Електричний диференціал

Диференціал математичний

Диференціал- Це (від лат. differentia - різниця - відмінність)

Диференціал- Це (від лат. differetia різниця, відмінність) в математиці, головна лінійна частина збільшення функції.

Диференціал- це мала зміна величини в математичному вираженні внаслідок такого ж незначної змінизмінної.

Теорія диференціальних рівнянь одна із найбільших розділів сучасної математики. Щоб охарактеризувати її місце в сучасній математичній науці, насамперед необхідно підкреслити основні особливості теорії диференціальних рівнянь, що складається з двох широких галузей математики: теорії звичайних диференціальних рівнянь та теорії рівнянь з приватними похідними.

Перша особливість - це безпосередній зв'язок теорії диференціальних рівнянь із додатками. Характеризуючи математику як метод проникнення таємниці природи, можна сказати, що основним шляхом застосування цього методу є формування та вивчення математичних моделей реального світу. Вивчаючи будь-які фізичні явища, дослідник перш за все створює його математичну ідеалізацію або, іншими словами, математичну модель, тобто, нехтуючи другорядними характеристиками явища, він записує основні закони, що керують цим явищем, у математичній формі. Дуже часто ці закониможна висловити як диференціальних рівнянь. Такими виявляються моделі різних явищ механіки суцільного середовища, хімічних реакцій, електричних та магнітних явищ та ін.

Досліджуючи отримані диференціальні рівняння разом з додатковими умовами, які, як правило, задаються у вигляді початкових і граничних умов, математик отримує відомості про явище, що відбувається, іноді може дізнатися його минуле і майбутнє. Вивчення математичної моделі математичними методами дозволяє як отримати якісні характеристики фізичних явищ і розрахувати із заданим ступенем точності хід реального процесу, а й дає можливість проникнути у суть фізичних явищ, інколи ж передбачити й нові фізичні ефекти. Буває, що сама природа фізичного явища нагадує і підходи, і методи математичного дослідження. Критерієм правильності вибору математичної моделі є практика, зіставлення данихматематичного дослідження із експериментальними даними.

Для складання математичної моделі у вигляді диференціальних рівнянь потрібно, як правило, знати лише локальні зв'язки та не потрібна інформаціяпро все фізичне явище загалом. Математична модель дає можливість вивчати явище загалом, передбачити його розвиток, робити кількісні оцінки змін, які у ньому з часом. Нагадаємо, що на основі аналізу диференціальних рівнянь були відкриті електромагнітні хвилі, і тільки після експериментального підтвердження Герцем фактичного існування електромагнітних коливань стало можливим розглядати рівняння Максвелла як математичну модель реального фізичного явища.

Як відомо, теорія звичайних диференціальних рівнянь почала розвиватися XVII столітті одночасно з виникненням диференціального та інтегрального обчислення. Можна сміливо сказати, необхідність вирішувати диференціальні рівняння потреб механіки, тобто шукати траєкторії рухів, своєю чергою, стала поштовхом до створення Ньютоном нового обчислення. Органічний зв'язок фізичного та математичного ясно проявилася у методі флюксій Ньютона. ЗакониНьютона є математичною моделлю механічного руху. Через прості диференціальні рівняння йшли додатки нового числення до завдань геометрії та механіки; при цьому вдалося вирішити завдання, які протягом тривалого часу не піддавалися вирішенню. У небесній механіці виявилося можливим як отримати і пояснити вже відомі факти, а й зробити нові відкриття (наприклад, відкриття Леверье в 1846 року планети Нептун з урахуванням аналізу диференціальних рівнянь).

Прості диференціальні рівняння виникають тоді, коли невідома функція залежить лише від однієї незалежної змінної. Співвідношення між незалежною змінною, невідомою функцією та її похідними до певного порядку становить диференціальне рівняння. Нині теорія звичайних диференціальних рівнянь є багату, широко розгалужену теорію. Одними з основних завдань цієї теорії є існування у диференціальних рівнянь таких рішень, які задовольняють додатковим умовам (початкові дані Коші, коли потрібно визначити рішення, що приймає задані значення в деякій точці та задані значення похідних до деякого кінцевого порядку, крайові умови та інші), єдиність рішення, його стійкість. Під стійкістю рішення розуміють малі зміни рішення за малих змін додаткових даних завдання та функцій, що визначають саме рівняння. Важливими додатків є дослідження характеру рішення, чи, як кажуть, якісного поведінки рішення, знаходження методів чисельного рішення рівнянь. Теорія повинна дати в руки інженера та фізика методи економного та швидкого вичифізика рішення.

Рівняння з приватними похідними почали вивчати значно пізніше. Потрібно підкреслити, що теорія рівнянь з окремими похідними виникла на основі конкретних фізичних завдань, що призводять до дослідження окремих рівнянь з окремими похідними, які отримали назву основних рівнянь математичної фізики. Вивчення математичних моделей конкретних фізичних завдань призвело до створення в середині XVIII століття нової галузі аналізу - рівнянь математичної фізики, яку можна розглядати як науку про математичні моделі фізичних явищ.

Основи цієї науки були закладені працями Д'Аламбера (1717 – 1783), Ейлера (1707 – 1783), Бернуллі (1700 – 1782), Лагранжа (1736 – 1813), Лапласа (1749 – 1827), Пуассона Фур'є (1768 - 1830) та інших вчених Цікаво те, що багато з них були не тільки математиками, а й астрономами, механіками, фізиками, розроблені ними при дослідженні конкретних завдань математичної фізики ідеї та методи виявилися застосовними до фізикиня широких класів диференціальних рівнянь, що і послужило наприкінці XIX століття основою для розвитку загальної теорії диференціальних рівнянь.

Найважливішими рівняннями математичної фізики є: рівняння Лапласа, рівняння фізикипровідності, хвильове рівняння.

Тут припускаємо, що функція u залежить від t і трьох змінних x1, x2, x3. Рівняння з приватними похідними – це співвідношення між незалежними змінними, невідомою функцією та її приватними похідними до певного порядку. Аналогічно визначається система рівнянь, коли є кілька невідомих функцій.

Хіба не дивним є той факт, що таке просте за формою рівняння, як рівняння Лапласа, містить у собі величезне багатство чудових властивостей, має найрізноманітніші додатки, про нього написано багато книг, йому присвячено багато сотень статей, опублікованих протягом останніх століть, і незважаючи на це, залишилося ще багато важких пов'язаних з ним невирішених проблем.

До вивчення рівняння Лапласа приводять найрізноманітніші фізичні завдання зовсім різної природи. Це рівняння зустрічається в задачах електростатики, теорії потенціалу, гідродинаміки, теорії теплопередачі та багатьох інших розділах фізики, а також теорії функцій комплексного змінного та в різних галузях математичного аналізу. Рівняння Лапласа є найпростішим представником широкого класу про еліптичних рівнянь.

Тут, можливо, доречно згадати слова А. Пуанкаре: " Математика - це мистецтво давати різним речам одне найменування " . Ці слова висловлюють те, що математика вивчає одним методом, з допомогою математичної моделі, різні явища дійсного світу.

Так само як і рівняння Лапласа, важливе місце в теорії рівнянь із приватними похідними та її додатках займає рівняння теплопровідності. Це рівняння зустрічається в теорії теплопередачі, теорії дифузії і багатьох інших розділах фізики, а також відіграє важливу роль в теорії ймовірностей. Воно є найпростішим представником класу про параболічних рівнянь. Деякі властивості рішень рівняння теплопровідності нагадують властивості рішень рівняння Лапласа, що у згоді зі своїм фізичним змістом, оскільки рівняння Лапласа описує, зокрема, стаціонарне розподіл температури. Рівняння теплопровідності було виведено і вперше досліджено у 1822 році у знаменитій роботіЖ. Фур'є "Аналітична теорія тепла", яка відіграла важливу роль у розвитку методів математичної фізики та теорії тригонометричних рядів.

Хвильове рівняння описує різні хвильові процеси, зокрема поширення звукових хвиль. Воно відіграє у акустиці. Це представник класу про гіперболічних рівнянь.

Вивчення основних рівнянь математичної фізики дало можливість провести класифікацію рівнянь та систем похідними фізики. І.Г. Петровським у 30-ті роки були виділені та вперше вивчені класи еліптичних, параболічних та гіперболічних систем, які тепер носять його ім'я. В даний час це найбільш добре вивчені класи рівнянь.

Важливо відзначити, що з перевірки правильності математичної моделі дуже важливі теореми існування рішень відповідних диференціальних рівнянь, оскільки математична модель який завжди адекватна конкретному явищу і з вирішення реальної завдання (фізичної, хімічної, біологічної) не слід існування рішення відповідної математичної задачи.

Нині важливу роль розвитку теорії диференціальних рівнянь грає застосування сучасних електронних обчислювальних машин. Дослідження диференціальних рівнянь часто полегшує можливість провести обчислювальний експеримент виявлення тих чи інших властивостей їх рішень, які потім можуть бути теоретично обгрунтовані і послужать фундаментом для подальших теоретичних досліджень.

Обчислювальний експеримент став потужним засобом теоретичних досліджень у фізиці. Він проводиться над математичною моделлю фізичного явища, але при цьому за одними параметрами моделі обчислюються інші параметри і робляться висновки про властивості фізичного явища, що вивчається. Мета обчислювального експерименту - побудова з необхідною точністю за допомогою ЕОМ за якомога менший машинний час адекватного кількісного опису фізичного явища, що досліджується. В основі такого експерименту дуже часто лежить чисельне рішення системи рівнянь із приватними похідними. Звідси походить зв'язок теорії диференціальних рівнянь з обчислювальною математикою і, зокрема, з її важливими розділами, як метод кінцевих різниць, метод кінцевих елементів та інші.

Отже, перша риса теорії диференціальних рівнянь – її тісний зв'язок із додатками. Інакше кажучи, можна сказати, що теорія диференціальних рівнянь народилася з додатків. У своєму розділі - теорії диференціальних рівнянь - математика передусім постає як невід'ємна частина природознавства, де грунтується висновок і розуміння кількісних і якісних закономірностей, складових зміст наук про природу.

Саме природознавство для теорії диференціальних рівнянь чудовим джерелом нових проблем, воно значною мірою визначає напрямок їх досліджень, дає правильну орієнтацію цим дослідженням. Понад те, диференціальні рівняння що неспроможні плідно розвиватися у відриві від фізичних завдань. І не тільки тому, що природа багатша за людську фантазію. Розвинена в останні роки теорія про нерозв'язність деяких класів рівнянь з приватними похідними показує, що навіть дуже прості формою лінійні рівняння з приватними похідними з нескінченно диференційованими коефіцієнтами можуть не мати жодного рішення не тільки в звичайному розумінні, але також і в класах узагальнених функцій, й у класах гіперфункцій, і, отже, їм може бути побудована змістовна теорія (теорія узагальнених функцій, узагальнююча основне поняття математичного аналізу - поняття функції, було створено середині нашого століття працями С.Л. Соболєва і Л. Шварца).

Вивчення рівнянь з приватними похідними в загальному випадку - настільки складне завдання, що якщо хтось навмання напише якесь навіть лінійне диференціальне рівняння з приватними похідними, то з великою ймовірністю жоден математик не зможе про нього сказати що-небудь і, зокрема , з'ясувати, чи має це рівняння хоча одне рішення.

Завдання фізики та інших природничих наук постачають теорію диференціальних фізики і проблемами, з яких виростають багаті змістом теорії. Однак буває і так, що математичне дослідження, народжене в рамках самої математики, через значний час після його проведення знаходить додаток у конкретних фізичних проблемах внаслідок їх глибшого вивчення. Таким прикладом може бути завдання Трікомі для рівнянь змішаного типу, яка понад чверть століття після її вирішення знайшла важливі застосування в завданнях сучасної газової динаміки при вивченні надзвукових течій газу.

Ф. Клейн у книзі "Лекції про розвиток математики в XIX столітті" писав, що "математика супроводжувала по п'ятах фізичне мислення і, нарешті, отримала найбільш потужні імпульси з боку проблем, що висувалися фізикою".

Другою особливістю теорії диференціальних рівнянь є її зв'язок з іншими розділами математики, такими як функціональний аналіз, алгебра і теорія ймовірностей. Теорія диференціальних рівнянь і особливо теорія рівнянь із приватними похідними широко використовують основні поняття, ідеї та методи цих галузей математики і, більше того, впливають на їхню проблематику та характер досліджень. Деякі великі та важливі розділи математики були викликані життям завданнями теорії диференціальних рівнянь. Класичним прикладом такої взаємодії з іншими областями математики є дослідження коливань струни, що проводилися в середині XVIII ст.

Рівняння коливань струни було виведено Д"Аламбером в 1747 році. Він отримав також формулу, яка дає вирішення цього рівняння: u(t, x) = F1(x + t) + F2(x - t), де F1 і F2 - довільні Ейлер отримав для нього формулу, яка дає для нього рішення із заданими початковими умовами (завдання Коші).(Ця формула в даний час називається формулою Д "Аламбера.) Виникло питання, які функції вважати рішенням. Ейлер вважав, що це може бути довільно накреслена крива. Д"Аламбер вважав, що рішення має записуватися аналітичним виразом. Д. Бернуллі стверджував, що всі рішення подаються у вигляді тригонометричних рядів. З ним не погоджувалися Д"Аламбер та Ейлер. У зв'язку з цим суперечкою виникли завдання про уточнення поняття функції, найважливішого поняття математичного аналізу, а також питання умов представності функції у вигляді тригонометричного ряду, який пізніше розглядали Фур'є, Діріхле та інші великі математики і вивчення якого призвело до створення теорії тригонометричних рядів. Як відомо, потреби розвитку теорії тригонометричних рядів призвели до створення сучасної теорії міри, теорії множин, теорії функцій.

При вивченні конкретних диференціальних рівнянь, що виникають у процесі вирішення фізичних завдань, часто створювалися методи, що мають велику спільність і застосовувалися без суворого математичного обґрунтування до широкого кола математичних проблем. Такими методами є, наприклад, метод Фур'є, метод Ритца, метод Галеркіна, методи теорії збурень та інші. Ефективність застосування цих методів стала однією з причин спроб їхнього суворого математичного обґрунтування. Це призводило до створення нових математичних теорій, нових напрямів досліджень. Так виникла теорія інтеграла Фур'є, теорія розкладання за власними функціями і далі спектральна теорія операторів та інші теорії.

У першому розвитку теорії звичайних диференціальних рівнянь однією з основних завдань було знаходження загального рішення в квадратурах, тобто через інтеграли від відомих функцій (цим займалися Ейлер, Ріккаті, Лагранж, Д"Аламбер та ін.). Завдання інтегрування диференціальних рівнянь з постійними коефіцієнтами надали Великий вплив на розвиток лінійної алгебри.У 1841 Ліувіль показав, що рівняння Ріккаті y" + a(x)y + b(x)y2 = c(x) не може бути в загальному випадку дозволено в квадратурах. Вивчення безперервних груп перетворень у зв'язку із завданнями інтегрування диференціальних рівнянь призвело до створення теорії груп Лі.

Початок якісної теорії диференціальних рівнянь було покладено в роботахзнаменитий французький математик Пуанкаре. Ці дослідження Пуанкаре за звичайними диференціальними рівняннями привели його до створення основ сучасної топології.

Отже, диференціальні рівняння перебувають хіба що перехресті математичних доріг. З одного боку, нові важливі досягнення в топології, алгебрі, функціональному аналізі, теорії функцій та інших галузях математики відразу ж призводять до прогресу теорії диференціальних рівнянь і тим самим знаходять шлях до додатків. З іншого боку, проблеми фізики, сформульовані мовою диференціальних рівнянь, викликають до життя нові напрями в математиці, призводять до необхідності вдосконалення математичного апарату, дають початок новим математичним теоріям, які мають внутрішні закони розвитку, свої проблеми.

У своїх "Лекціях про розвиток математики в XIX столітті" Ф. Клейн писав: "Математика в наші дні нагадує збройове виробництво у мирний час. Зразки захоплюють знавця. Призначення цих речей відходить на задній план."

Незважаючи на ці слова, можна сказати, що не можна стояти за "роззброєння" математики. Згадаймо, наприклад, що древні греки вивчали конічні перерізи задовго до того, як було відкрито, що рухаються планетами. Справді, створена стародавніми греками теорія конічних перерізів не знаходила свого застосування майже дві тисячі років, поки Кеплер не скористався нею створення теорії руху небесних тіл. Виходячи з теорії Кеплера, Ньютон створив механіку, яка є основою всієї фізики та техніки.

Іншим таким прикладом може бути теорія груп, що зародилася наприкінці XVIII століття (Лагфізики 1771) в надрах самої математики і знайшла лише наприкінці XIX століття плідне застосування спочатку в кристалографії, а пізніше в теоретичній фізиці та інших природничих науках. Повертаючись до сучасності, зауважимо, що найважливіші науково-технічні завдання, такі, як оволодіння атофізикенергією, космічні польоти, були успішно вирішені в Союзі Радянських Соціалістичних Республік також завдяки високому теоретичному рівню розвитку математики в нашій країні.

Таким чином, у теорії диференціальних рівнянь ясно простежується основна лінія розвитку математики: від конкретного та приватного через абстракцію до конкретного та приватного.

Як мовилося раніше, у XVIII і ХІХ століттях вивчалися переважно конкретні рівняння математичної фізики. Із загальних результатів теорії рівнянь із приватними похідними в цей періодСлід зазначити побудову теорії рівнянь із приватними похідними першого порядку (Монж, Коші, Шарпі) та теорему Ковалевської.

Теореми про існування аналітичного (тобто представленого у вигляді статечного ряду) рішення для звичайних диференціальних рівнянь, а також для лінійних систем рівнянь з похідними приватними були доведені раніше Коші (Cauchy, 1789 - 1857). Ці питання розглядалися їм у кількох статтях. Але роботи Коші були відомі Вейерштрассу, який запропонував С.В. Ковалевській вивчити питання про існування аналітичних рішень рівнянь із приватними похідними як докторську дисертацію. (Зазначу, що Коші опублікував 789 статей і багато монографій; його спадщина величезна, тому не дивно, деякі його результати могли залишитися деякий час непоміченими.) С.В. Ковалевська у своїй роботі спиралася на лекції Вейєрштраса, де розглядалося завдання з початковими умовами для звичайних диференціальних рівнянь. Дослідження Ковалевської надало питанню про розв'язання задачі Коші для рівнянь та систем із приватними похідними у певному сенсі завершальний характер. Пуанкаре високо цінував роботу Ковалевської. Він писав: "Ковалевська значно спростила доказ і надала теоремі остаточної форми".

Теорема Ковалевської займає важливе місце у сучасній теорії рівнянь із приватними похідними. Їй, мабуть, належить одне з перших місць за кількістю застосувань у різних галузях теорії рівнянь з приватними похідними: теорема Хольмгрена про єдиність розв'язання задачі Коші, теореми існування розв'язання задачі Коші для гіперболічних рівнянь (Шаудер, Петровський), сучасна теорія розв'язності Інші результати використовують теорему Ковалевської.

p align="justify"> Важливим досягненням теорії рівнянь з приватними похідними стало створення на рубежі XIX століття теорії інтегральних рівнянь Фредгольма і вирішення основних крайових завдань для рівняння Лапласа. Можна вважати, що основні підсумки розвитку теорії рівнянь із приватними похідними ХІХ століття підведені в підручнику Е. Гурса "Курс математичного аналізу", виданому у 20-ті роки ХХ століття. Слід зазначити великий внесок, який внесли у теорію диференціальних рівнянь та математичну фізику праці М.В. Остроградського за варіаційними методами, праці А.М. Ляпунова з теорії потенціалу та з теорії стійкості руху, праці В.А. Стеклова з обозфіфікії методу Фур'є та інші.

Тридцяті та наступні роки нашого століття були періодомбурхливого розвитку загальної теорії рівнянь із приватними похідними. У роботах І.Г. Петровського було закладено основи загальної теорії систем рівнянь із приватними похідними, виділено класи систем рівнянь, які нині звуться еліптичних, гіперболічних і параболічних по Петровскому систем, досліджено їх властивості, вивчено характерні їм завдання.

У теорію рівнянь із приватними похідними дедалі глибше стали проникати ідеї функціонального аналізу. Було введено поняття узагальненого рішення елемента деякого функціонального простору. Ідея узагальненого рішення систематично проводилася роботах С.Л. Соболєва. У зв'язку з дослідженням диференціальних рівнянь Соболєвим у 30-ті роки була створена теорія узагальнених функцій, що грає виключно важливу роль у сучасній математиці та фізиці. С.Л. Соболєвим була побудована теорія вкладенняфункціональних просторів, які нині звуться просторів Соболєва. О.М. Тихоновим було побудовано теорія некоректних завдань.

Визначний внесокдо сучасної теорії диференціальних рівнянь внесли російські математики Н.Н. Боголюбов, О.М. Колмогоров, І.Г. Петровський, Л.С. Понтрягін, С.Л. Соболєв, О.М. Тихонов та інші.

Вплив на розвиток теорії рівнянь з приватними похідними у нашій країнінадав семінар, яким у 40-ті та 50-ті роки керували І.Г. Петровський, С.Л. Соболєв, О.М. Тихонов. Значну роль розвитку теорії рівнянь із приватними похідними відіграла проблемно-оглядова стаття І.Г. Петровського " Про деякі проблеми теорії рівнянь із приватними похідними " , опублікована 1946 року у журналі " Успіхи математичних наук " . У ній викладено стан теорії рівнянь із приватними похідними того часу та намічені шляхи її подальшого розвитку. Тепер, майже через 50 років, можна сказати, що розвиток теорії рівнянь з приватними похідними йшов саме тим шляхом, який був накреслений в цій чудовій статті.

В даний час теорія диференціальних рівнянь з приватними похідними є багатою, сильно розгалуженою теорією. Побудовано теорію крайових завдань для еліптичних операторів на основі новоствореного нового апарату - теорії псевдодиференціальних операторів, вирішено проблему індексу, вивчено змішані завдання для гіперболічних рівнянь. Важливу роль сучасних дослідженнях гіперболічних рівнянь грають інтегральні оператори Фур'є, які узагальнюють оператор перетворення Фур'є тоді, коли фазова функція у показнику експоненти, взагалі кажучи, нелінійно залежить від незалежних змінних і частот. За допомогою інтегральних операторів Фур'є вивчено питання поширення особливостей рішень диференціальних рівнянь, що веде початок від класичних робіт Гюйгенса. В останні десятиліття знайдено умови коректної постановки крайових завдань, досліджено питання гладкості рішень для еліптичних та параболічних систем. Вивчено нелінійні еліптичні та параболічні рівняння другого порядку та широкі класи нелінійних рівнянь першого порядку, досліджено для них завдання Коші, побудовано теорію розривних рішень. Глибокому вивченню були піддані система Нав'є-Стокса, система рівнянь прикордонного шару, рівняння теорії пружності, рівняння фільтрації та багато інших важливих рівнянь математичної фізики.

Цікавим прикладом залучення ідей та засобів з інших галузей математики є вирішення останніми роками завдання Коші для рівняння Кортевега-де Фріса за допомогою зворотного завдання теорії розсіювання. На основі методу, що виник при цьому, знайдені нові класи інтегрованих нелінійних рівнянь і систем. При цьому істотну роль відіграло застосування методів геометрії алгебри, що дозволило, зокрема, проінтегрувати рівняння Янга-Міллса, що відіграють важливу роль у квантовій теорії поля.

Останні десятиліття виникла і інтенсивно розвивається новий розділ теорії рівнянь із приватними похідними - теорія усереднення диференціальних операторів. Ця теорія виникла під впливом завдань фізики, механіки суцільного середовища та техніки, зокрема, пов'язаних з вивченням композитів (сильно неоднорідних матеріалів, що широко використовуються в даний час в інженерній техніці), пористих середовищ, перфорованих матеріалів. Такі завдання призводять до рівнянь із приватними похідними з швидко осцилюючими коефіцієнтами або в областях зі складним кордоном. Чисельне вирішення таких завдань вкрай важко. Необхідний асимптотичний аналіз завдання, що призводить до завдань усереднення.

Багато робіт останніми роками присвячено вивченню поведінки рішень еволюційних рівнянь (тобто рівнянь, що описують процеси, що розвиваються у часі) при необмеженому зростанні часу і які виникають у своїй про аттракторов. Продовжує привертати увагу дослідників питання про характер гладкості рішень крайових завдань у галузях з негладким кордоном, велика кількість робіт останніми роками присвячено вивченню конкретних нелінійних завдань математичної фізики.

За останні півтора - два десятки років сильно змінилося обличчя якісної теорії звичайних диференціальних рівнянь. Одним із важливих досягнень є відкриття граничних режимів, які отримали назву атракторів.

Виявилося, що поряд зі стаціонарними та періодичними граничними режимами можливі граничні режими зовсім іншої природи, а саме такі, в яких кожна окрема траєкторія нестійка, а явище виходу на даний граничний режим структурно стійке. Відкриття та докладне вивчення для систем звичайних диференціальних рівнянь таких граничних режимів, званих атракторами, зажадало залучення засобів диференціальної геометрії та топології, функціонального аналізу та теорії ймовірностей. В даний час відбувається інтенсивне впровадження цих математичних понять у додатки. Так, наприклад, явища, що відбуваються при переході ламінарного перебігу в турбулентне при підвищенні чисел Рейнольдса, описуються атрактором. Вивчення атракторів також і для рівнянь з приватними похідними.

Іншим важливим досягненням теорії звичайних диференціальних рівнянь стало вивчення структурної стійкості систем. При використанні будь-якої математичної моделі виникає питання коректності застосування математичних результатів до реальної дійсності. Якщо результат дуже чутливий до найменшої зміни моделі, то як завгодно малі зміни моделі приведуть до моделі з іншими властивостями. Такі результати не можна поширювати на реальний досліджуваний, оскільки при побудові моделі завжди проводиться деяка ідеалізація і параметри визначаються лише приблизно.

Це спричинило А.А. Андронова та Л.С. Понтрягіна до поняття грубості системи звичайних диференціальних рівнянь чи поняття структурної стійкості. Це поняття виявилося дуже плідним у разі мінімальної розмірності фазового простору (1 або 2), і в цьому випадку питання структурної стійкості були детально вивчені.

У 1965 році Смейл показав, що при великій розмірності фазового простору існують системи, в околицях яких немає жодної структурно стійкої системи, тобто такої, що при малій зміні векторного поля вона залишається в певному сенсі еквівалентної початкової. Цей результат має фундаментальне значення для якісної теорії звичайних диференціальних рівнянь, оскільки показує нерозв'язність задачі топологічної класифікації систем звичайних диференціальних рівнянь, і може бути порівняний за своїм значенням з теоремою Ліувіля про нерозв'язність диференціальних рівнянь у квадратурах.

До важливих здобутків можна віднести побудову О.М. Колмогорова теорія збурень гамільтонових систем, обґрунтування методу усереднення для багаточасткових систем, розвиток теорії біфуркацій, теорії збурень, теорії релаксаційних коливань, подальше глибоке вивчення показників Ляпунова, створення теорії оптимального управління процесами, що описуються диференціальними рівняннями.

Таким чином, теорія диференціальних рівнянь в даний час є виключно багатим змістом, швидко розвивається розділ математики, тісно пов'язаний з іншими областями математики і з її додатками.

Бурбаки, говорячи про архітектуру математики, так характеризує її сучасний стан:

"Дати в даний час загальне уявлення про математичну науку - значить займатися такою справою, яка, як здається, з самого початку наштовхується на майже непереборні труднощі завдяки обширності і різноманітності матеріалу, що розглядається. Статті з чистої математики, що публікуються в усьому світі в середньому протягом одного року, становлять багато тисяч сторінок.Не всі вони, звичайно, мають однакову цінність, проте, після очищення від неминучих покидьків виявляється, що кожен рік математична наука збагачується масою нових результатів, набуває все більш різноманітного змісту і постійно дає відгалуження у вигляді теорій , які невпинно видозмінюються, перебудовуються, зіставляються і комбінуються один з одним, жоден математик не в змозі простежити цей розвиток у всіх подробицях, навіть якщо він присвятить цьому всю свою діяльність. не прагнуть вийти і не тільки по майже повністю ігнорують усе те, що не стосується предмета їх досліджень, але не в змозі навіть зрозуміти мову і термінологію своїх побратимів, спеціальність яких далека від них». (Н. Бурбаки, "Нариси з історії математики", М.: ІЛ, 1963)

Однак не можна, як мені здається, заперечувати значення для математичних досліджень навіть тих, хто знаходиться "в закутку" математичної науки. Основне русло математики, як і річки, живлять передусім невеликі струмки. Великі відкриття, прорив фронту досліджень часто-густо забезпечуються і готуються копіткою працею багатьох дослідників. Все сказане відноситься не тільки до всієї математики, але і до одного з найширших її розділів - теорії диференціальних рівнянь, яка в даний час є важкою для огляду сукупності фактів, ідей і методів, дуже корисних для додатків і стимулюють теоретичні дослідження у всіх інших розділах математики.

Багато розділів теорії диференціальних рівнянь настільки розрослися, що стали самостійними науками. Можна сміливо сказати, що більшість шляхів, пов'язують абстрактні математичні теорії та природничі додатки, проходить через диференціальні рівняння. Все це забезпечує теорію диференціальних рівнянь почесне місце в сучасній науці.

Зазвичай диференціал f позначається df, яке значення в точці x позначається dxf, інколи ж dfx і df[x]. Деякі автори вважають за краще позначати df шрифтом прямого зображення, бажаючи підкреслити, що диференціал є оператором.

Неформальний опис математичного диференціалу

Розглянемо гладку функцію f(x). Проведемо дотичну до неї в точці x, і відкладемо на цій дотичній відрізок, такої довжини, щоб його проекція на вісь x дорівнювала Δx. Проекція цього відрізка на вісь y називається диференціалом функції f(x) у точці x від Δx.

Таким чином, диференціал може розумітися як функція двох змінних x і x,

df/(x, ∆x)→dxf(∆x)

визначається співвідношенням

dxf(Δx) = f"(x)Δx.

Визначення.

Для функцій

Диференціал гладкої речовиннозначної функції f, визначеної на M (M - гладке різноманіття), являє собою 1-форму, зазвичай позначається df і визначається співвідношенням

де Xf позначає похідну f у напрямку вектора X у дотичному розшаруванні M.

Для відображення

Диференціал гладкого відображення з гладкого різноманіття у різноманіття F/M→N є відображення між їх дотичними розшаруваннями, dF/TM→TN таке, що для будь-якої гладкої функції g/N→R маємо

dF(X) g = X(Fog)

де Xf позначає похідну f у напрямку X. (У лівій частині рівності береться похідна в N функції g по dF(X); у правій — M функції F o g по X).

Це природно узагальнює диференціал функції.

Пов'язані визначення

Гладке відображення F/M →N називається субмерсією, якщо для будь-якої точки x Є M, диференціал d x F / T x M → T F(x) N сюр'єктивний.

Гладке відображення F / M → N називається гладким зануренням, якщо для будь-якої точки, x Є M диференціал d x F / T x M → T F(x) N ін'єктивний.

Властивості

Диференціал композиції дорівнює композиції диференціалів:

d (F o G) = d F o d G або d x (F o G) = d G (x) F o d x G

Автомобільний диференціал

Диференціал— це механічний пристрій, який передає обертання з одного джерела на два незалежні набувачі таким чином, що кутові швидкості обертання джерела та обох споживачівможуть бути різними щодо один одного та їх співвідношення може бути непостійним.

Диференціал- Це (від латинського differentia - різниця, відмінність), одне з основних понять диференціального обчислення. … (Сучасна енциклопедія)

Диференціал— це назва диференціального механізму у приводі провідних коліс автомобіля, трактора чи інших колісних машин. Найбільш поширений диференціал з конічними зубчастими колесами. (Великий Енциклопедичний словник)

Призначення автомобільного диференціалу

У моделях автомобілів та картах провідні колеса знаходяться на одній спільній осі. Це нормально, коли автомобільїде прямою. Однак у повороті внутрішнє колесо проходить менший шлях, ніж зовнішнє, тому така конструкція призводить до пробуксовування внутрішнього колеса, що негативно позначається на керованості автомобіля, особливо під час руху на великих швидкостях. Щоб провідні колеса оберталися несинхронно, і застосовується диференціал.

Призначення диференціалу:

Передає момент, що крутить, з двигуна на провідні колеса.

Служить додатковою знижувальною передачею.

Дозволяє колесам обертатися з різними кутовими швидкостями (через це диференціал і отримав свою назву).

Розташування автомобільного диференціала

На автомобілях з однією провідною віссю диференціал розміщується на провідній осі. На автомобілях із здвоєною провідною віссю два диференціали, по одному на кожній осі. На всюдиходах з повним приводом, що відключається, по одному диференціалу на кожній осі. На таких машинах не рекомендується їздити дорогами з увімкненим повним приводом. На повнопривідних автомобілях є три диференціали: по одному на кожній осі (міжколесний) плюс один розподіляє крутний момент між осями (міжосьовий). При трьох або чотирьох провідних мостах (колісна формула 6Ч6 або 8Ч8) додається ще міжвізковий диференціал.

Влаштування автомобільного диференціала

Класичні автомобільні диференціали ґрунтуються на планетарній передачі. Карданний валчерез конічну зубчасту передачу обертає редуктор, редуктор через незалежні один від одного шестерні обертає півосі. Таке зачеплення має не одну, а два ступені свободи, і кожна з півосей обертається з такою швидкістю, з якою може. Постійна лише сумарна швидкість обертання півосей.

Проблема буксируючого колеса

У звичайного диференціала, якщо одне з коліс знаходиться на льоду або в повітрі, крутитися буде саме це колесо (при цьому друге колесо, що стоїть на твердій землі, нерухоме; логічніше було б передавати момент, що крутить, на нього).

Аналогічно, у гоночного автомобіля в повороті внутрішнє колесо завантажене слабше зовнішнього, тому на зовнішнє колесо передається недостатній момент, що крутить, в той час як внутрішнє знаходиться на межі пробуксовки.

Таким чином, проблема колеса, що буксує, погіршує керованість і прохідність автомобіля.

Способи розв'язання проблеми колеса, що буксує. Ручне блокування диференціалу

За командою з кабіни шестірні диференціалу блокуються і колеса обертаються синхронно. Таким чином, диференціал можна заблокувати на в'язкому ґрунті, та відключити блокування на асфальті. Застосовується у всюдиходах та позашляховиках.

При їзді на таких автомобілях не можна включати блокування, коли автомобільрухається. Також потрібно знати, що момент, що крутить, створюваний мотором, настільки великий, що може зламати механізм блокування або піввісь. На заблокованому диференціалі можна їздити тільки на малих швидкостях і тільки на важкопрохідній місцевості. Включене блокування, особливо в передньому мосту, негативно впливає на керованість.

Електронне керування диференціалом

На позашляховиках, забезпечених антипробуксовувальною системою (TRC та інші), якщо одне з коліс буксує, воно підгальмовується робочим гальмом.

Схоже рішення було застосовано у «Формулі-1» у 1998 р. у команді «Макларен»: у повороті внутрішнє колесо гальмувалося робочим гальмом. Цю систему швидко заборонили, проте у Формулі-1 прижилася конструкція фрикційного диференціалу, В якому фрикціон додатково керується комп'ютером. У 2002 році технічний регламент був жорсткішим; з цього року і до цього дня у Формулі-1 дозволені лише диференціали найпростішого типу.

Перевага електронного управління в тому, що підвищується потяг в повороті, і ступінь блокування можна налаштувати в залежності від переваг гонщика. На прямій зовсім не втрачається потужність двигуна. Недолік в тому, що датчики і виконавчі механізми мають деяку інерцію, і такий диференціал нечутливий до дорожніх умов, що швидко змінюються.

Диференціал, що самоблокується, як і випливає з його назви, сам вирішує, коли йому слід включитися. Визначається це різницею швидкостей обертання провідних коліс. Якщо ця Різницяневелика (рухається в повороті), то диференціал поводиться як звичайний «відкритий», але варто одному з коліс забуксувати, різницю кутових швидкостей коліс різко збільшується, і включається блокування. Технічно це може бути реалізовано різними способами, але найпоширеніші - дискова (фрикційна, підвищеного тертя, LSD), в'язкісна (вискомуфти) та гвинтова (черв'ячна).

Фрикційний самоблокований диференціал

Цей тип Диференціала (як, втім, і муфта в'язка) заснований на тому, що на прямій півосі обертаються синхронно з ротором, але в повороті з'являється Різницяу кутових швидкостях.

Між ротором 2 та піввіссю 4 зроблено фрикціон (залежно від конструкції, фрикціон може бути на одній півосі або на двох; на ходові якості це не впливає). Коли автомобіль рухається по прямій, ротор і піввісь обертаються з однією і тією ж швидкістю, і тертя немає. Чим більша різниця у швидкості півосей, тим вища сила тертя.

Найбільш ефективний вид Диференціала, він вимагає періодичного обслуговуванняі тому ніколи не встановлюється на серійні машини(тільки на спортивні та тюнінговані).

В'язкова муфта Отримала свою назву від лат. viscosus - в'язкий. Її основними елементами є:

Корпус та вал, герметизовані за допомогою ущільнень.

Диски, половина яких з'єднана шлицами з корпусом, інша з валом. Диски мають канали та отвори для збільшення в'язкості тертя рідини.

Силіконова (кремнійорганічна) рідина, яка має високою в'язкістюта заповнює корпус на 80-90%.

Спрощений варіант фрикційного диференціалу. На одній із півосей є резервуар, заповнений в'язкою рідиною. У цю рідину занурено два пакети дисків; один з'єднаний із ротором, другий із піввіссю. Чим більше Різниця у швидкостях коліс, тим більше Різниця у швидкостях обертання дисків, і тим більший в'язкий опір.

Гідність такої конструкції у простоті та дешевизні. Недолік в тому, що муфта в'язка досить інерційна і відмовляється працювати на повному бездоріжжі. Хороших ходових якостейВ'язкісна муфта не забезпечує, і застосовується тільки в «паркетниках» (позашляховиках, які жертвують прохідністю заради комфорту) між осями. Для установки як осьовий Диференціал така конструкція занадто громіздка.

Іноді замість Диференціала ставлять конічну зубчасту передачу з в'язкістною муфтою на одній із півосей.

Вона добре підходить для експлуатації в умовах нестабільного дорожнього покриття (сніг, ожеледиця, неглибокий бруд), проте в умовах справжнього бездоріжжя її здібності далеко не визначні: віскомуфта не справляється з постійними змінами станів зчеплення мостів з ґрунтом, запізнюється при включенні, перегрівається і виходить з ладу. Тому застосовується таке рішення найчастіше на суто «громадянських», дорожніх автомобілях, де блокування потрібно неповне і ненадовго. Натомість, на відміну від дискової, вона є штатним обладнанням багатьох повнопривідних машин. Така схема була, наприклад, у трансмісії Mitsubishi Eclipse GSX, повнопривідних Subaru з ручною коробкою передач, а також у BMW325ix та повнопривідною Toyota Celica turbo.

Віскомуфта передає крутний момент, що підводиться до неї, за рахунок внутрішнього тертя в рідині, що знаходиться між дисками. Коли їх швидкість однакова, муфта передає невелику частину зусилля (5-7%). При відставанні ведених дисків від провідних рідина перемішується, температура та в'язкість її зростають, вона розширюється та стискає повітря. Коли він майже повністю стиснутий, тиск у муфті різко зростає, що викликає осьове переміщення дисків шліцами до їх механічного контакту. Це призводить до різкого зростання моменту, що передається ("хамп-ефект"), що може негативно позначитися на керованості автомобіля. В результаті обертання передається за рахунок механічного тертя, температура і тиск рідини поступово знижуються, диски виходять з механічного контакту. Віскомуфт може встановлюватися як самостійний вузол між провідними осями або "вбудовуватися" в конічний Диференціал.

Кулачковий/зубчастий самоблокований диференціал

Принцип дії аналогічний, але півосі з'єднуються зубчастою або кулачковою парою. Таким чином, при пробуксуванні одного з коліс диференціал різко блокується. Тому така система застосовується тільки у військовій та спеціальній техніці (наприклад, у бронетранспортерах), де потрібне велике тягове зусилля та висока довговічність на шкоду керованості.

Замість класичного шестерні планетарного механізму використовуються кулачкові або зубчасті пари, які при невеликій різниці в кутових швидкостях півосей мають можливість взаємно прокручуватися (перескакувати), а при пробуксовці заклинюються і блокують півосі один з одним. Неважко уявити, що відбувається з автомобілем при спрацьовуванні такого блокування в повороті. Деякі екземпляри просто відключають одну з півосей у момент виникнення невеликої різниці швидкостей (за рахунок використання обгінних муфт). Саме тому штатно такими блокуваннями обладнуються тільки Диференціали військової та спеціальної техніки (БТР і.т.п.)

Гідророторний самоблокований диференціал

Спроба підвищити ефективність та довговічність фрикційного Диференціалу. При виникненні різниці в кутових швидкостях насос закачує рідину в циліндр і поршень стискає фрикційний пакет, блокуючи диференціал.

Гіпоїдні самоблоковані Диференціали

Існує три типи таких диференціалів. Всі вони засновані на властивості гіпоїдної зубчастої або черв'ячної передачі «заклинювати» при певному співвідношенні моментів, що крутять. Такі Диференціали передають більшу частину моменту, що крутить (до 80 %) небуксуючому колесу.

Є ще два типи диференціалів, заснованих на цій же властивості: диференціал типу Quaife і планетарний диференціал.

Застосовуються у позашляховиках та гоночних автомобілях. Недоліки: складність; велика втратапотужності, ніж у звичайного диференціалу.

Dual Pump System

Dual Pump System - система з двома насосами, що автоматично підключає другу вісь, коли не вистачає однієї. Застосовується в системах повного приводуХонда. Позитивні якості: працює автоматично, на хорошій дорозі економить. Недоліки: обмежена прохідність, складність, обмеження буксирування.

Диференціал Torsen

Диференціал типу Torsen винайдено 1958 р. американцем Верноном Глізманом. Має переваги в'язкісної муфти і не має її недоліків. Назва Torsenпоходить від англ. Torque sensitive («чутливий до моменту, що крутить»). Torsen - JTEKT Torsen North America Inc.

Конструкція Диференціалу Торсен заснована на черв'ячних шестернях, що обертаються різних осях. Кожна бічна шестерня є черв'ячною шестернею з шліцевим з'єднанням з вихідними чашками. Усередині знаходиться 2 або 3 набори планетарних черв'ячних шестерень (званих елементними шестернями), перпендикулярних до осі бічних шестерень. Кожен набір складається з 2-х черв'ячних шестерень, з'єднаних між собою за допомогою ведених шестерень, та зачеплених з бічними шестернями. Таким чином, дві бічні шестерні з'єднані між собою за допомогою елементних шестерень черв'ячних.

При зміні зчеплення на колесі, тиск між елементними шестернями і бічними шестернями змінюється, викликаючи контробертання елементної пари, зміщуючи крутний момент на інший бік. На відміну від інших конструкцій, датчики моменту, що обертає, працюють практично в будь-яких умовах. Навіть якщо колеса обертаються з різними швидкостями (поворот, проходження через вибоїни), вони завжди отримують крутний момент заснований на зчепленні.

Диференціальне обчислення для позашляховика

В автомобілі з приводом на одну вісь використовується тільки один Диференціал, міжколісний, у повнопривідному автомобілі їх цілих три - два міжколісні та один міжосьовий. Пристрій це потрібне та корисне. Справа в тому, що Автомобіль призначений не тільки для руху прямою, але може рухатися і по криволінійній траєкторії - тобто повертати. Будь-хто, хто дав собі працю задуматися над цим питанням, легко помітить, що при повороті два колеса однієї осі проходять різну відстань, а значить і швидкість їхнього обертання теж має бути різною. Ось цю Різницю забезпечує Диференціал. Ця важлива функція, що підвищує керованість машини у повороті, збільшує «ходимість» покришок, знижує Ймовірністьзанесення і так далі.

Тим не менш, бувають в автомобільному житті моменти, коли Диференціал починає заважати руху. Якщо одне з двох провідних коліс потрапляє на слизьку поверхню, опір обертанню його різко падає, зменшується зчеплення з дорогою, і колесо не в змозі забезпечити необхідну силу тяги. Таке колесо почне пробуксовувати і обертатися швидше, ніж треба. Друге колесо може взагалі зупинитися. Ось і все - вилазь і штовхай! І тут-то добре б цей самий Диференціал якось «вимкнути», щоб дати можливість машині відштовхнутися всіма провідними колесами. І власне для цього існує таке технічне явище, як «блокування Диференціала». Блокування використовуються на машинах підвищеної прохідності, а також на спортивних автомобілях — тобто там, де різних причинвелика Ймовірністьпробуксування. Технічних принципів блокування безліч, але для початку освіжити в пам'яті пристрій звичайного, тобто «відкритого» Диференціала.

Диференціал встановлюється в картері головної передачі і отримує момент, що крутить, від її веденої шестерні. У коробці диференціалу розташовані конічні шестерні-сателіти. Вони входять у зачеплення із шестернями, закріпленими на півосях, а ті, у свою чергу, обертають провідні колеса. При русі рівною і прямою дорогою кутові швидкості коліс однакові, і сателіти не обертаються навколо своєї осі. Під час повороту або руху по нерівностях, коли колеса правого та лівого борту проходять різний шлях, сателіти починають обертатися і перерозподіляти момент, що крутить. Загалом пристрій не дуже складний. Принцип блокування теж виглядає очевидним — зупинити обертання сателітів і все. Однак реалізувати це можна різними способами

Примусове блокування диференціалу

Найпростіший спосіб блокування Диференціала – примусовий. Водій спеціальним приводом (механічним, пневматичним або навіть електричним) зупиняє на якийсь час обертання сателітів, і колеса автомобіля починають обертатися з однаковою швидкістю. Це спосіб найчастіше застосовується на позашляховиках. Система проста, надійна та дуже ефективна. Єдиний недолік — пучок важелів у салоні, якими водій повинен своєчасно вмикати та вимикати блокування, залежно від дорожніх умов. Втім, у сучасних машинах важелі найчастіше замінюються кнопками. Однак головна особливість зберігається – рішення про включення блокування приймає та реалізує водій.

Примусове блокування хороше для справжніх позашляховиків, які штурмують глибокі хляби російських просторів. Ефективна і надійна в бруді, вона зовсім не годиться для руху по дорогах, тому вимикати блокування вчасно так само важливо, як включати, оскільки із заблокованим Диференціалом Автомобіль витрачає більше палива, у нього відбувається інтенсивний Зношування шин, а в крутому повороті заблоковану вісь неодмінно занесе . Тому в епоху загальної автоматизації природно з'явився диференціал, що самоблокується.

При такому типі блокування, Диференціал фактично перестає виконувати свої функції і перетворюється на просту муфту, що жорстко зв'язує півосі (або кардани) між собою і постійно передає їм обертання з рівною кутовою швидкістю. Щоб повністю заблокувати класичний Диференціал, достатньо або заблокувати можливість осьового обертання сателітів, або жорстко з'єднати між собою чашку Диференціала з однією з півосей. При цьому, планетарний механізмблокований і не розподіляє момент, що крутить, по осях. Передані на півосі моменти, що крутять, залежать безпосередньо від зчеплення кожного з коліс з дорогою. На зображенні зображено схему блокування Організації ARB для мостового Диференціала, в якій блокуються сателіти. Підключення блокування реалізовано за допомогою приводу, керованого водієм із салону автомобіля. В основному використовуються такі типи приводів: пневматичний, електричний, гідравлічний або механічний. Даний тип блокування застосовується як для мостових, так і для міжосьових диференціалів. Зважаючи на те, що повністю блокований Диференціал НЕ розподіляє отриманий крутний момент порівну між осями, у разі різкої втрати зчеплення одного з коліс, переданий крутний момент на піввісь колеса з гарним зчепленням різко зросте. Тому користуватися такими блокуваннями треба вкрай акуратно, тому що зусилля мотора цілком достатньо для того, щоб «зірвати» механізм блокування або поламати піввісь. Застосовувати такі блокування бажано тільки на невеликих швидкостях для пересування важкопрохідної місцевості, так як при їх застосуванні в мостах (особливо в рульових), Автомобіль дуже сильно втрачає в керованості. Включати подібні блокування можна тільки на зупиненому автомобілі. Як правило, жорсткими блокуваннями мостових та міжосьових Диференціалів обладнуються повноцінні рамні позашляховики, такі як Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class і.т.п.

Дискове блокування Диференціала

Головна деталь у такому пристрої – фрикційна муфта. Її вводять між однією з півосей та коробкою Диференціала. Бронзові диски встановлені у шліцях гільзи, пов'язаної з коробкою Диференціала, сталеві диски сидять на шліцях півосі. Диски притискаються один до одного пружинами. Коли обидва колеса зазнають однакового опору, весь Диференціал обертається як одне ціле і тертя в муфті відсутнє, якщо момент на колесах різний, муфта починає гальмувати обертання більш швидкого колеса.

Більш складна конструкція з подвійними фрикційними муфтами набула поширення на американських автомобілях. У ній хрестовина замінена двома окремими осями сателітів, що перетинаються під прямим кутом. Осі можуть переміщатися щодо один одного, навіщо їх кінці мають скоси. При сателітах, що не обертаються, зусилля до півосей передається так само, як і в простому Диференціалі. При обертанні сателітів останні зрушуватимуть кінцеві скоси осей так, що зусилля на фрикційну муфту буде збільшуватися для півосі, що відстає, і зменшуватися для осі, що обертається швидше. При цьому величина моменту, що підгальмовує, буде не постійною, як у Диференціалі з однією дисковою муфтою, а пропорційною моменту, що передається колесам.

Для нормальної роботи такого диференціала потрібне використання спеціальної трансмісійної олії. Крім того, диски досить швидко зношуються, і пристрій вимагає частого регулювання. Дискове блокування - улюблене рішення автогонщиків-кросовиків. Насамперед через можливість налаштування спрацьовування під конкретні умови на трасі. Однак для рядового користувача мають значення неслабкі ривки, які це блокування дає на кермо при розгоні (на передньому приводі). Гонщики готові до цього, а рядовий водій може і не впоратися.

Кулачкове блокування Диференціала

На цивільних автомобілях блокування цього використовується рідко. У кулачкових блокувань замість класичного шестерні планетарного механізму використовуються кулачкові пари, які при невеликій різниці в кутових швидкостях півосей мають можливість взаємно прокручуватися (перескакувати), а при пробуксовці заклинюються і блокують півосі один з одним. Деякі види пристроїв при спрацьовуванні такого блокування в повороті просто відключають одну з півосей у момент виникнення невеликої різниці швидкостей. Блокування вимикається, коли колесо, що буксує, припинить прослизання. Цей тип диференціалів досить довговічний і не вимагає спеціальних масел. Саме тому такими блокуваннями обладнуються штатно-диференціали військової та спеціальної техніки (БТР тощо).

Кулачкове блокування надійне та ефективне, але спрацьовує різко, дуже жорстко і блокує намертво. Для легкового автомобіля таке рішення неприйнятне - при високій швидкості руху спрацювання блокування майже неминуче викличе моментальне занесення. Тому кулачкові системи використовують, в основному, екстремальні джипери та військові.

В'язкі блокування Диференціала

Принцип її дії дуже схожий на дискову, тут навіть є самі диски. Однак зчеплення їх відбувається не за рахунок тертя поверхонь, а за рахунок властивостей особливої ​​в'язкої рідини на силіконовій основі, яка «вміє» тверднути при нагріванні. Гідравлічна муфта складається з великої кількості дисків з липкими робочими поверхнями, які передають момент, що крутить, залежно від різниці частот обертання вхідних і вихідних валів. Нагрів відбувається, коли одна піввісь починає обертатися швидше за іншу. У силіконі, що затвердів, диски отримують жорстке зачеплення і півосі блокуються. Віскомуфти не вимагають обслуговування і вважаються досить надійними, проте для їхньої тривалої роботи необхідне збереження повної герметичності пристрою.

Гвинтове блокування Диференціалу

Принцип її дії такий: у звичайному режимі гвинти (або черв'яки, як їх називають через характерну форму) вільно обкатуються навколо центральної шестерні. При цьому кожна піввісь має власні сателіти, які парно пов'язані із сателітами протилежної півосі звичайним прямозубим зачепленням. Вісь сателіта перпендикулярна півосі.

При нормальному русі і рівності моментів, що передаються на півосі, гіпоїдні пари, що складаються з сателіту і провідної шестерні, або зупинені, або повертаються, забезпечуючи Різницю кутових швидкостей в повороті. Як тільки Диференціал намагається віддати момент на одну із півосей, то гіпоїдну пару цієї півосі починає розклинювати і в крайньому положенні блокувати з чашкою Диференціала. Це призводить до часткового блокування Диференціалу. Коли момент вирівнюється, гвинти повертаються у вихідне положення.

Дана конструкція працює у найбільшому діапазоні відносин крутного моменту (від 2,5:1 до 5,0:1). Діапазон спрацьовування регулюється кутом нахилу гвинтових зубів. Такі Диференціали мало схильні Зносу(Термін служби пристрою можна порівняти з ресурсом коробки або класичного Диференціала), а масло використовується звичайне трансмісійне.

Гвинтове блокування (типи Torsen та Quaife) добре підійде звичайним автомобілям взимку, а також дачникам та туристам. Вона не така ефективна, як інші типи, і не годиться для серйозного бездоріжжя, зате працює м'яко і не вимагає від водія спеціальних навичок керування. Довгий час Torsen був традиційним рішенням для Audi QuattroАле потім його змінили електронні системи.

Підключивши мізки

Тенденція перекладати як можна більше системв автомобілі на керування з проводів не минула і блокування дифренціалу. механічні системи, що Грубо працюють, зараз успішно замінюють «розумні» пристрої, що включають блокування по команді комп'ютера. Схема VTD (Variable Torque Distribution), наприклад, застосовується на зірці світового ралі - Subaru Impreza. Блокування там здійснюються гідромеханічними муфтами з електронним керуванням. Принцип їх дії нагадує дискові, але за командою комп'ютера ступінь притискання дисків змінюється за допомогою гідравліки, змінюючись від «вільного» до повного блокування. Це забезпечує машині приголомшливу свободу управління на будь-якому покритті. Схожим чином реалізований і знаменитий xDrive - там теж є пакет дисків, ступінь стиснення яких визначається електронікою. Причому технічно ця система реалізована напрочуд витончено — малопотужний електромотор, за ним два понижуючі редуктори, черв'ячний і планетарний, потім ексцентрик, який, повертаючись, зміщує довгий важіль. А той у свою чергу затискає пакет фрикціонів.

Але найдивовижніший і найочевидніший спосіб реалізації блокування це… не блокувати Диференціал взагалі! Як це можливо? Так запросто! Сучасні системи АБС дозволяють керувати гальмівними механізмами кожного колеса окремо, і цим можна скористатися. Адже досить пригальмувати колесо, що прослизає, і звичайний «вільний» Диференціал сам перекине крутний момент на інше, без будь-якого втручання в свою Роботу! Так, наприклад, працює електронна система управління трансмісією 4ETS, що входить до комплекту «розумного» повного приводу 4Matic на автомобілях Mercedes.

Якщо Автомобіль не намагалися оснастити блокуваннями на заводі - не впадайте у відчай. На більшість поширених марок існують тюнінгові набори, що замінюють штатний диференціал на самоблокуючий - як правило, для цього використовують гвинтові системи Torsen і Quaife. Однак треба розуміти, що всяке технічна змінаТак, самоблокуючі диференціали мають менший термін служби, збільшують навантаження на трансмісію і змінюють поведінку автомобіля в критичних режимах. Тож є сенс задуматися — чи варто воно того?

Самоблокований Диференціал

Дуже багато хто, напевно, чув про таку штучку як LSD. Для студентів медиків пояснюю: це не наркотик, це Limited Slip Differencial, а по-нашому – диференціал підвищеного тертя. Пристрій, який дозволяє частково компенсувати головний недолік вільного Диференціала, а саме його повну безпорадність при наїзді одного колеса на слизьке покриття.

Диференціали підвищеного тертя

Під час руху автомобіля на повороті, по нерівностях дороги і т.д. колеса проходять шлях різної довжини. Це відбувається через різницю радіусів при повороті і через різницю прохідного шляху при переїзді перешкоди. Отже колеса повинні обертатися з різними швидкостями, інакше це призведе до підвищеного. Зносушин.

У трансмісії Автомобілів з однією провідною віссю Диференціал встановлюється між приводами коліс (напівосями, ШРУСами тощо), тому його називають міжколісним. У повнопривідних автомобілях (з усіма провідними колесами) він може перебувати і між провідними осями (міжосьовий диференціал).

В ідеальному випадку автомобіль стоїть на бетонному покритті і зчеплення в обох коліс однаково. Інша річ, коли одне колесо стоїть на льоду, а інше на сухому асфальті. Тут і проявляється нестача Диференціалу. Одне колесо безбожно буксує, а друге тихенько курить "боку" і посміюється, дивлячись, як перше намагається зірвати машину з місця. Ситуація знайома практично всім автолюбителям, хто хоч раз виїжджав із засніженого подвір'я.

На легкових автомобілях, призначених для руху дорогами з твердим покриттям, найбільшого поширенняотримав Диференціал із конічними шестернями.

Є зубчастою передачею з рухомими осями зубчастих коліс (такі передачі називають планетарними). Її основними елементами є:

Корпус, з яким жорстко з'єднане ведене зубчасте колесо головної передачі (що передає крутний момент від карданного валу на корпус Диференціала). На легкових автомобілях, як правило, корпус має нероз'ємну конструкцію та вікна для монтажу шестерень.

Сателіти – конічні зубчасті колеса, які можуть повертатися навколо осі. У диференціалах легкових автомобілів зазвичай встановлюються два сателіти;

Вісь сателітів, жорстко закріплена в корпусі і обертається разом із ним. На ній розташовані спіральні канавки для покращення мастила сателітів;

Дві конічні шестерні, що входять у зачеплення із сателітами і жорстко з'єднані з вихідними валами Диференціала (напівосями, ШРУСами тощо). Ці шестерні прийнято називати напівосьовими.

Цей вид диференціалів називають також симетричним, так як вони порівну розподіляють крутний момент між колесами. Це відбувається тому, що сателіт працює як рівноплечий важіль і передає лише рівні зусилля до шестерень та колес. Як сказано вище, якщо одне з коліс має мале зчеплення з дорогою, момент, що крутить, на ньому невеликий, відповідно симетричний Диференціал підводить таке ж зусилля до іншого колеса. Тобто, якщо одне з коліс буксує, значить, сила тяги на другому колесі незначна, що негативно позначається на прохідності. Для її покращення на автомобілях застосовують повне або часткове блокування Диференціалів, ступінь якого оцінюють коефіцієнтом блокування.

Коефіцієнт блокування

Коефіцієнт блокування (Кb) - це відношення крутного моменту на колесі, що відстає, до моменту на забігає. Його величина для симетричного диференціалу дорівнює 1 (моменти на обох колесах рівні), для диференціалів підвищеного тертя Кb - 3-5.

Чим більше Кb, тим краще прохідність автомобіля, але гірша керованість.

При великому коефіцієнті блокування погіршуються керованість та стійкість транспортного засобу під час руху асфальтом. Це пов'язано з тим, що на колесі, що відстає, момент у кілька разів більший і воно намагається як би "виштовхнути" Автомобіль з повороту. Або, говорячи зрозумілішою мовою, з'являється недостатня повертаність. До того ж зростає Зношування шин через часткове пробуксування, навантаження на елементи приводу, знижується к.п.д., що призводить до збільшення Витрати палива.

Диференціали з повним блокуванням

Мають муфту, що жорстко з'єднує (блокує) корпус Диференціала і шестерню вихідного валу. Привід муфти може бути механічним, гідравлічним або пневматичним, а управління блокуванням здійснюється водієм (блокування міжосьового Диференціала на ВАЗ-21213). Після подолання важкопрохідної ділянки водію необхідно одразу відключати блокування, що вимагає від нього додаткової уваги. Інакше на шини та трансмісію діятимуть надлишкові навантаження. Вони можуть призвести до поломки півосей або диференціалу.

У механізмів підвищеного тертя - багатодискових диференціалів, віскомуфт, диференціалів "Квайф" і "Торсен" блокування (часткове) здійснюється автоматично, без участі водія.

Багатодискові Диференціали

Його основна відмінність від симетричного Диференціала полягає в наявності пружного пакету фрикційних дисків, одна з яких жорстко пов'язана з корпусом, а інша з півосьовими шестернями.

При різних обертах коліс напівосьові шестерні Диференціала обертаються швидше або повільніше за корпус. За рахунок цього між фрикційними дисками виникають сили тертя, що перешкоджають вільному обертанню шестерень, тобто часткове блокування. Відповідно на колесі, що відстає, збільшується крутний момент і сила тяги.

Схожого ефекту можна досягти, трохи затягнувши ручник на задньопривідних автомобілях.

Фрикційні диски в деяких конструкціях не пружні, а стискаються тиском рідини, що створюється насосом. Наприклад, одна з таких конструкцій зветься "героторний диференціал" (від англ. Gear - шестерня). Він має шестерний насос, що створює тиск рідини при різних швидкостях обертання напівосьових шестерень корпусу.

Диференціал "Квайф"

Конструкція механізму, зареєстрованого під Товарною (торговельною) маркою"Квайф"(Quaife). Сателіти у нього розташовані у два ряди паралельно осі обертання корпусу. Причому вони кріпляться не на осях, а знаходяться в закритих з обох кінців отворах корпусу. Правий ряд сателітів входить у зачеплення з правої шестернею півосьової, лівий - з лівої. Крім того, сателіти з різних рядів зачіплюються попарно. Всі зубчасті колеса мають гвинтові зубці.

Коли одне з коліс починає відставати, пов'язана з ним півосьова шестерня починає обертатися повільніше корпусу і повертати сателіт, що входить з нею в зачеплення. Він передає рух пов'язаному з ним сателіту з іншого ряду, а той, своєю чергою, на півосьову шестірню. Так забезпечуються різні оберти коліс на повороті. Завдяки різниці крутних моментів на колесах у гвинтовому зачепленні виникають осьові та радіальні сили, що притискають півосьові шестірні та сателіти торцями до корпусу. Останні також притискаються вершинами зубів до поверхні отворів, де вони розташовані. За рахунок цього виникають сили, що здійснюють часткове блокування, що збільшує силу тяги на колесі, що відстає, і, відповідно, сумарну силу тяги автомобіля, підвищуючи його прохідність.

Величина коефіцієнта блокування залежить від кута нахилу зубів сателітів та півосьових шестерень. Встановлюючи в корпус комплекти сателітів та шестерень з різним кутом нахилу зубів, змінюють коефіцієнт блокування залежно від характеристик автомобіля та умов його застосування.

Диференціал "Торсен"

Отримали свою назву від англ. Torque - крутний момент і sensitive - чутливий, тобто чутливий до моменту, що крутить. Механізми, що випускаються під цією Товарною (торговельною) маркою, мають два типи конструкцій.

Перший подано на рис.8. Сателіти розташовані в корпусі перпендикулярно його осі і поєднано між собою попарно за допомогою прямозубого зачеплення, а з півосьовими шестернями пов'язані черв'ячним зачепленням.

На повороті півосьова шестерня, пов'язана з відстаючим колесом, повертає сателіт, що входить з нею в зачеплення, він, у свою чергу, обертає другий сателіт і іншу напівосьову шестерню. Такий "ланцюжком" колесам автомобіля забезпечується можливість обертатися з різною швидкістю. Сили тертя, що у черв'ячному зачепленні від різниці моментів на колесах, здійснюють часткове блокування Диференціала.

Застосування комплектів сателітів та шестерень із різним профілем черв'ячного зачеплення дає можливість змінювати коефіцієнт блокування. Недолік цього варіант - складність конструкції та її складання.

Другий тип " Торсена " представлений на рис.9. Сателіти розташовані паралельно осі корпусу Диференціала в його отворах і з'єднані попарно між собою та з півосьовими шестернями гвинтовим зачепленням. Робота механізму на поворотах та часткове блокування здійснюються так само, як у "Квайфу". Цей варіант конструкції менш складний, крім того, дає змогу зменшити діаметр корпусу Диференціала.

Ось що пишуть про застосування подібних конструкцій ті, для кого вони створювалися.

"Існують різні способи блокування Диференціалів, але в основному блокування діляться на дві великі групи: Диференціали, які блокуються жорстко, на 100% (так звані локери, від англійського locker - "замок"), та Диференціали підвищеного тертя (в англомовному варіанті -" обмеженого прослизання", або LSD - Limited Slip Differencial). У кожного з цих варіантів є свої переваги і недоліки. Головний недолік "жорстких" блокувань - це їхня дивовижна здатність до руйнування трансмісії.

Що ж до Диференціалів підвищеного тертя, то їхній головний недолік - відсутність 100-відсоткового блокування Диференціалу і недолік крутного моменту, що перекидається на навантажене колесо. Плюс підвищений Зношування подібних механізмів.

"...Нам на випробування було передано два механізми блокування підвищеного тертя для редукторних мостів "УАЗу": один - типу "Торсен", другий - типу "Квайф". Механізми були розроблені та адаптовані для редукторних мостів ульянівського позашляховикаінженером І. А. Плахотіним ділянки підготовки Автомобілів "УАЗ" автокомбінату № 40 спільно з Організацією SVR Convertions. До речі, ще до редакційного тесту ці пристрої пройшли довідкові випробування на автомобілях УАЗ, які брали участь у важких трофі-рейдах. Ну що, побачимо, як це господарство працює? Для порівняння було взято два "УАЗи": один із звичайними "відкритими" Диференціалами, а другий - з Диференціалом типу "Квайф" у передньому мосту та Диференціалом типу "Торсен" у задньому.

Моя перша думка була наступною: механізми, що самоблокуються в мостах повинні надавати помітний вплив на керованість автомобіля (особливо на радіус розвороту). Сідаю за кермо машини без блокувань, виконую на асфальтованому майданчику кілька "вісімок", і одразу ж - за кермо "блокованого" автомобіля. Повторюю вправу - і, як це не дивно, ніякої різниці. А тепер те ж саме, але спритніше. Знову ніякого ефекту... Роблю "переставку" по черзі то однією машиною, то іншій - Різниці не відчуваю. І тільки при розвороті, виконаному в "екстремальному" режимі, злегка зросла зусилля на кермі, але при цьому сам маневр на "блокованій" машині вийшов начебто спритнішим."

"На сухому путівці по дорозі до нашого традиційного полігончика дія блокувань ніяк не виявлялася. Однак при переїзді першої ж канави по діагоналі "блокована" машина відразу ж виявила свою перевагу (Автомобіль зі звичайними Диференціалами подолав канаву, відчайдушно буксуючи). Слизьке піднесення "УАЗ" з диференціалами, що самоблокуються, подолав, не напружуючись, з першої спроби, а звичайний - тільки з розгону... Виїжджаємо на глинисту колію... Зрозуміло, "УАЗ" з редукторними мостами на таких перешкодах і без блокувань йде дуже добре. ґрунт або поки не спробуєш із цієї самої колії виїхати... Так от, "УАЗ" з механізмами блокувань у міжколісних Диференціалах їде не просто краще - він спокійно рухається там, де машина без блокувань вже починає зупинятися та буксувати.

Якщо зафіксувати машину в положенні "класичної діагоналі", то спочатку нічого не відбувається (вивішені колеса повільно і безпорадно обертаються), але варто плавно збільшити обороти двигуна, як машина починає спочатку помітно посмикуватися, а потім, зі збільшенням оборотів, плавно рушає з місця.З Диференціалів при цьому лунають звуки характерного низького тону.Перешкоди "тріального" типу взагалі показали повну перевагу "блокованих" мостів перед звичайними. Але мені все- таки хотілося знайти таке становище, при якому ступеня блокування Диференціалів не вистачить, для цього довелося впертись правим переднім колесом у великий земляний бугор (ліве переднє колесобуло в ямі, а праве заднє на купині). Машина встала! Колеса безпорадно гребли по діагоналі, Диференціали завивали, як поранені звірі, а позашляховик не рухався... "А спробую я трохи порізче", - подумалося мені. Відпускаю педаль акселератора, потім різко її утоплюю, і – о диво! - ривок, машинка перелітає через бугор, що здавався неприступним..."

Найцікавіше, що подібні механізми давно застосовуються для дорожніх автомобілів. По-перше, такий пристрій сильно підвищує прохідність автомобіля у складних умовах. Особливо задньопривідного під час руху по слизькому покриттю.

По-друге, використання часткового блокування може стати в нагоді при гонках у зимових умовах або по гравійних дорогах, де при розгоні дуже важливо використовувати навіть мале зчеплення.

Ось і підібралися до головної теми цієї статті, а саме – використання такого Диференціалу на Москвічі.

Я давно зустрічав в інтернеті інформацію про те, що дехто з тюнінгових контор пропонує власні розробкицих Диференціалів для перевагав. Один із моїх улюблених та шанованих журналів "За кермом" свого часу навіть влаштовував тест двох дев'яток, на одній з яких було встановлено LSD.

Висновок був приблизно такий: для снігової цілини та переднього приводу прохідність практично не змінювалася. Зате на крижаному покритті дев'ятка з LSD значно швидше проходила слизькі ділянки та управління було приємнішим.

Про користь подібної ситуації говорить також такий факт, що в ралійних машинах на союзних змаганнях також застосовувалися такі механізми.

Я ж дізнався про їхнє існування на Москвичах випадково – від механіка нашої мінської швидкої допомоги;).

Їм десять років тому дали Політичну партію мостів, обладнаних такими Диференціалами. Їх ставили на санітарні ІЖ-каблук. Прохідність таких машин була порівнянна тоді лише з королями бруду – УАЗами.

Колесо, заховане на 2/3 в глибокий сніг, зледеніла колія, бруд і глибокі калюжі - все це було лише дрібною неприємністю на шляху ІЖаків.

Мене дуже зацікавило, хто ж робив такі диффи. Відповідь знайшлася в інтернеті - знаменитий Омський завод коробок передач та редукторів. Як у них тепер справи, мені не відомо, сайту свого завод не має, але деякі Продавці мають таку позицію у своїх прайс-листах.

Тому я зайнявся посиленими пошуками кінців, де можна хоч щось дізнатися про те, де можна дістати LSD на Москвича.

Обійшовши більшість знайомих залізничників та розбиральників Москвичів, я знайшов те, що шукав. В одного з них завалявся необхідний мені дифф. Стан редуктора практично ідеальний.

У автомобілебудуванні, Диференціал є одним із ключових деталей трансмісії. Насамперед він служить передачі обертання від коробки до колес провідного моста. Чому для цього потрібний Диференціал? У будь-якому повороті, шлях колеса осі, що рухається по короткому (внутрішньому) радіусу, менше, ніж шлях іншого колеса тієї ж осі, що проходить довгим (зовнішнім) радіусом. В результаті цього, кутова швидкість обертання внутрішнього колеса повинна бути меншою за кутову швидкість обертання зовнішнього колеса. У випадку з провідним мостом, виконати цю умову досить просто, так як обидва колеса не пов'язані один з одним і обертаються незалежно. Але якщо міст ведучий, то необхідно передавати обертання одночасно на обидва колеса (якщо передавати обертання тільки одне колесо, то тягові властивостіавтомобіля та його керованість будуть неприйнятними). При жорсткому зв'язку коліс ведучого мосту та передачі обертання на єдину вісь обох коліс, Автомобіль не зможе нормально повертати, оскільки колеса, маючи рівну кутову швидкість, прагнутимуть пройти той самий шлях у повороті. Диференціал дозволяє вирішити цю проблему: він передає обертання на окремі осі обох коліс (напівосі) через свій планетарний механізм з будь-яким співвідношенням кутових швидкостей обертання півосей. В результаті цього, автомобіль може нормально рухатися і добре керується як на прямому шляху, так і в повороті. Схема Роботи Диференціалу та планетарного механізму на картинці праворуч. Проте, конструкція планетарного механізму має дуже неприємну властивість: планетарний механізм прагне передати отримане від чашки Диференціала обертання туди, куди легше. Наприклад, якщо обидва колеса моста мають однакове зчеплення з дорогою та зусилля, необхідне для розкручування кожного з коліс однакове, Диференціал розподілятиме обертання рівномірно між колесами. Але варто тільки з'явиться відчутною різницею в зчепленні коліс з дорогою (наприклад, одне колесо потрапило на лід, а інше залишилося на асфальті), як диференціал відразу почне перерозподіляти обертання на те колесо, зусилля для обертання якого найменше (тобто на те, яке знаходиться на льоду). В результаті, колесо, що знаходиться на асфальті, перестане отримувати обертання і зупиниться, а колесо, що знаходиться на льоду, отримає все обертання від Диференціала. Чому і як це відбувається?

Справа в тому, що планетарний механізм передає обертання на шестірні півосей через сателіти. Сателіт передає рівний момент, що крутить, одночасно на дві півосі, так як є важелем з рівними плечима щодо власної осі обертання, через яку сателіт і отримує тягове зусилля. При прямолінійному русі з гарним дорожнім зчепленням обох коліс сателіти не обертаються навколо своєї осі і передають максимальний момент, що крутить, з чашки Диференціала на півосі. Чашка Диференціалу, планетарний механізм та півосі обертаються з рівною кутовою швидкістю як єдине ціле. При повороті автомобіля, сателіти починають повертатися навколо своєї осі, приводячи в дію планетарний механізм і забезпечуючи Різницю в кутових швидкостях півосей, проте продовжують передавати оптимальний момент, що крутить, на обидві півосі, так як дорожнє зчеплення обох коліс залишається високим. Як тільки одне з коліс починає втрачати зчеплення з дорогою, зусилля, необхідне для його обертання, відразу знижується і момент, що крутить, на його півосі падає. Так як сателіти передають рівний момент, що крутить, півосям обох коліс, крутний момент падає і на півосі колеса з хорошим дорожнім зчепленням, а так само і на чашці Диференціала, і на всій трансмісії в цілому. У цій ситуації, що впав крутного моменту вже не достатньо для обертання колеса з хорошим дорожнім зчепленням, зате його цілком достатньо для обертання колеса з поганим дорожнім зчепленням, яке і продовжує обертатися (буксувати) завдяки осьовому обертанню сателітів. При цьому планетарний механізм виконує роль редуктора, що збільшує кутову швидкість обертання колеса, що буксує. В результаті, колесо з хорошим дорожнім зчепленням зупиняється (як і Автомобіль), а колесо, що буксує, обертається з подвоєною кутовою швидкістю, щодо кутової швидкості чашки Диференціала. Двигун працює практично без навантаження, так як сумарне зусилля (крутний момент) по всій трансмісії впало.

У повнопривідних автомобілях диференціалом зазвичай обладнані два мости, а найчастіше диференціал можна виявити ще й між мостами (міжосьовий диференціал). Таким чином, ми отримуємо схему трансмісії, в якій присутні цілих три Диференціали: два мостові та один міжосьовий. Останній необхідний для постійного руху з повним приводом і передачею обертання на всі чотири колеса, оскільки в повороті колеса переднього рульового моста мають зовсім інші кутові швидкості, ніж колеса заднього моста. Міжосьовий Диференціал покликаний передавати обертання від коробки до обох провідних мостів з різним співвідношенням кутових швидкостей. Така схема з трьома диференціалами є однією з найпоширеніших схем для постійного повного приводу (Full time 4WD). Однак це вже тема іншого розділу. У цьому розділі нас цікавить Диференціал та його властивості. Повертаючись до вищеописаної проблемної властивості планетарного механізму, цікаво розглянути ситуацію, коли повнопривідний автомобіль з міжосьовим диференціалом одним із чотирьох коліс потрапив на той самий лід (або в слизьку яму). Що тоді станеться? Диференціал моста, колесо якого знаходиться на льоду, віддасть все отримане обертання на колесо. Міжосьовий Диференціал, своєю чергою, теж прагне передати обертання туди, куди легше. Природно, міжосьовому Диференціалу легше обертати міст з колесом, що прокручується на льоду, ніж міст, колеса якого мають хороше зчеплення з дорогою і можуть рухати Автомобіль. В результаті, крутний момент у всій трансмісії впаде, а обертання буде передаватися єдиному колесу, що знаходиться на льоду, так як для обертання трьох коліс з хорошим зчепленням цього моменту, що крутить, буде недостатньо. У підсумку: з чотирьох провідних коліс залишилося лише одне, яке буксує на льоду – повнопривідний автомобіль «застряг».

Цілком ясно, що властивість Диференціала завжди розподіляти отриманий момент, що крутить, порівну між осями (50/50), сильно погіршує прохідність і керованість автомобіля. Так як для продовження руху автомобіля в розглянутих вище ситуаціях, необхідно передавати більше моменту, що крутить, на колеса з найкращим дорожнім зчепленням. Як змусити Диференціали перерозподіляти крутний момент на користь таких коліс? Для цього були розроблені різні способичасткового та повного, ручного та автоматичного блокування Диференціалів, які будуть розглянуті нижче.

Speed ​​Sensitive LSD. Автоматичне блокування з використанням Віскомуфти як "Slip Limiter".

В даному випадку застосовується блокування однієї з піввісь із чашкою Диференціала. Віскомуфта монтується непогано півосі таким чином, що один її привід жорстко кріпиться до чашки Диференціала, а інший - до півосі. При нормальному русі кутові швидкості обертання чашки та півосі однакові або незначно відрізняються (у повороті). Відповідно, робочі площини вискомуфти мають таку ж невелику розбіжність у кутових швидкостях і муфта залишається розімкнутою. Як тільки одна з осей починає отримувати більш високу кутову швидкість обертання щодо іншої, у вискомуфті з'являється тертя і починає блокуватися. Причому, чим більша різниця у швидкостях, тим сильніше тертя всередині вискомуфти та ступінь її блокування, а отже і ступінь блокування диференціала. За рахунок отриманого моменту тертя між чашкою Диференціала і піввіссю, Диференціал перерозподіляє момент, що крутить, на користь осі з найкращим дорожнім зчепленням (відстаючу піввісь). У міру збільшення ступеня блокування вискомуфти і вирівнювання кутових швидкостей чашки і півосі, тертя всередині вискомуфти починає падати, що веде до плавного розмикання вискомуфти і відключення блокування. Дана схема застосовується для міжосьових диференціалів, так як її конструкція занадто масивна для установки на бруківку. Подібний механізм блокування добре підходить для експлуатації в умовах поганого дорожнього покриття, однак, в умовах справжнього бездоріжжя його здібності далеко не видатні: віскомуфта не справляється з постійними змінами станів зчеплення мостів з ґрунтом, запізнюється при включенні, перегрівається і виходить з ладу. Даний тип блокування міжосьового Диференціала можна зустріти як в якості основного і єдиного засобу блокування на «паркетних» позашляховиках: Toyota Rav4, Lexus RX300 і.т.п., так і в якості додаткового блокування (на додаток до 100% примусового блокування) на повнорозмірних позашляховиках Toyota Land Cruiser

Героторний диференціал (Gerodisk або Hydra-lock)

Американська Організація ASHA Corp. забезпечила класичний диференціал пристроєм блокування, що складається з масляного насоса з поршнем і комплекту фрикційних пластин (фрикційного блоку), встановленого між чашкою диференціала і шестернею однієї з півосей. Принцип дії даного блокування практично ні чим не відрізняється від розглянутого вище блокування за допомогою вискомуфти. Масляний насос монтується співвісно півосі таким чином, що його корпус кріпиться до чашки Диференціала, а ротор, що нагнітає, - до півосі. При виникненні різниці в кутових швидкостях півосі та чашки Диференціала, насос починає нагнітати масло на поршень і здавлювати фрикційний блок, тим самим блокуючи шестерню півосі з чашкою Диференціала. За рахунок отриманого моменту тертя, Диференціал перерозподіляє крутний момент на піввісь, що відстає (напіввісь з найкращим зчепленням). Дана конструкція отримала назву Gerodisk (Hydra-Lock) і штатно встановлюється на позашляховики Chrysler. Детальне компонування пристрою можна побачити, натиснувши на картинку. Практично для всіх friction based диференціалів необхідно застосовувати спеціальна оліящо містить присадки, що забезпечують нормальну роботу фрикційних блоків.

Torque Sensitive LSD. Диференціали із фрикційними блоками попереднього натягу.

Пристрій таких диференціалів досить простий і принципово ні чим не відрізняється від пристрою звичайного відкритого диференціала. Для створення додаткового тертя між півосями і чашкою Диференціала додані комплекти блоків фрикційних пластин (які позначені на картинці праворуч червоними точками). Саме тому, подібні Диференціали часто називають "friction based LSD". Досить часто, фрикційні блоки пружні. Коли починається забігання однієї з півосей (буксування колеса), Диференціал перерозподіляє крутний момент на користь півосі, що відстає, за рахунок моменту тертя на фрикційних пластинах. Даний тип блокування має дуже великий недолік - під дією тертя пластин Диференціал перешкоджає виникненню навіть невеликої різниці в кутових швидкостях півосей (яка необхідна в поворотах), що негативно впливає на керованість автомобіля, а так само Витратапокришок та палива. У зв'язку з цим коефіцієнт блокування Даних Диференціалів зазвичай вибирають невеликим (інакше, Автомобіль матиме неадекватну керованість на дорозі). Тим не менш, для автоспорту випускаються моделі таких диференціалів з досить високим конструктивно закладеним тертям пластин і відповідно високим коефіцієнтом блокування. Крім перерахованих вище недоліків, можна виділити ще один - термін служби фрикційних блоків в таких Диференціалах невеликий і з часом, фрикційні блоки зношуються, знижуючи тим самим коефіцієнт блокування Диференціала. Для всіх friction based диференціалів необхідно застосовувати спеціальне масло, яке містить присадки, що забезпечують нормальну роботу фрикційних блоків. Дані диференціали штатно встановлюються в задній міст багатьох позашляховиків - Toyota 4Runner (Hilux Surf), Toyota Land Cruiser, Nissan Terrano, Kia Sportageі т.п.

Диференціали, що самоблокуються, з гіпоїдним (черв'ячним або гвинтовим) і косозубим зачепленням.

Це одна з найцікавіших, ефективних, технологічних та практично застосовуваних форм блокування Диференціалів. Принцип Роботи заснований на властивості гіпоїдної або косозубої пари "розклинюватися". У зв'язку з цим основні (або всі) зачеплення в таких диференціалах косозубі або гіпоїдні. Різновидів конструкцій не так вже й багато - можна виділити три основні типи.

Першийтип виробляє Організація Zexel Torsen. (T-1) Гіпоїдними парами є шестерні провідних півосей та сателіти. При цьому кожна піввісь має власні сателіти, які парно пов'язані із сателітами протилежної півосі звичайним прямозубим зачепленням. Слід зазначити, що вісь сателіта перпендикулярна до півосі. При нормальному русі та рівності переданих на півосі крутних моментів, гіпоїдні пари "сателіт / провідна шестерня" або зупинені, або провертаються, забезпечуючи різницю кутових швидкостей півосей у повороті. Як тільки одна з півосей починає буксувати і крутний момент на ній падає, гіпоїдні пари «напіввісь/сателіт» починають обертатися і розклинюватися, створюючи тертя з чашкою Диференціала та один з одним, що призводить до часткового блокування Диференціала. За рахунок моменту тертя, Диференціал перерозподіляє крутний момент на користь півосі, що відстає. Дана конструкція працює у найбільшому діапазоні розподілу крутного моменту - від 2.5/1 до 5.0/1. Діапазон спрацьовування регулюється кутом нахилу зубців хробака.

Автором другоготипу є англієць Rod Quaife. У цьому Диференціалі використовуються косозубі шестірні півосей та гвинтові шестерні сателітів. Осі сателітів паралельні півосям. Сателіти розташовані у своєрідних кишенях чашки диференціалу. При цьому парні сателіти мають не прямозубе зачеплення, а утворюють між собою ще одну гіпоїдну пару, яка розклинюючись, так само бере участь у Процесіблокування. Подібний пристрій має також Диференціал True Trac Організації Tractech. Навіть у нас у Російській Федерації з'явилося виробництво аналогічних Диференціалів під вітчизняні АвтомобіліУАЗ і.т.д. А ось Організація Zexel Torsenу своєму Диференціалі T-2 запропонувала трохи інше компонування по суті того самого пристрою (на картинці праворуч). Завдяки своїй незвичайній конструкції парні сателіти з'єднані між собою із зовнішнього боку сонячних шестерень. У порівнянні з першим типом, ці Диференціали мають менший коефіцієнт блокування, проте вони більш чутливі до Різниці моменту, що передається, і спрацьовують раніше (починаючи від 1.4/1). Організація Tractechнещодавно випустила бруківку torque sensitive Диференціал Electrac, з примусовим електроприводним блокуванням.

Третійтип проводиться Організацією Zexel Torsen(Т-3) і використовується в основному для міжосьових диференціалів. Як і в другому типі, в даному Диференціалі використовуються косозубі шестерні півосей та гвинтові шестерні сателітів. Осі сателітів паралельні півосям. Планетарна структура конструкції дозволяє змістити номінальний розподіл крутного моменту на користь однієї з осей. Наприклад, Диференціал Т-3, що використовується на 4Раннері 4-го покоління, має номінальний розподіл моменту 40/60 на користь задньої осі. Відповідно, зміщений і весь діапазон роботи часткового блокування: від (front/rear) 53/47 до 29/71. Загалом зсув номінального розподілу моменту між осями можливий в діапазоні від 65/35 до 35/65. Спрацювання часткового блокування забезпечує 20-30% перерозподіл моментів, що передаються на півосі. Так само, подібна структура Диференціала робить його компактним, що у свою чергу, спрощує конструкцію та покращує компонування роздавальної коробки.

Вищеописані диференціали дуже популярні в автоспорті. Більше того, багато виробників встановлюють такі Диференціали на свої моделі штатно, як міжосьові, так і міжколесні Диференціали. Наприклад, Toyota встановлює такі Диференціали як на легкові Автомобілі (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 тощо), так і на позашляховики (4Runner (Hilux Surf), Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) та автобуси (Coaster Mini-Bus). Дані диференціали не вимагають застосування спеціальних присадок до масла (на відміну від friction-based диференціалів), проте краще використовувати якісну олію для навантажених гіпоїдних передач.

Управління Роботою Диференціалів за допомогою електронних систем контролю гальмівних зусиль (Traction Control і т.п.)

У сучасне автомобілебудуваннязастосовується все більше електронних систем контролю за рухом автомобіля. Вже рідко можна зустріти автомобілі, не оснащені системою ABS (що не дає колесам заблокуватися при гальмуванні). Більше того, вже з кінця 80-х років минулого століття передові виробники стали комплектувати свої флагманські моделі системами контролю тяги та зчеплення коліс – Traction Control. Наприклад, Toyota встановила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) році. Принцип Роботи такої системи простий: універсальні (так само обслуговують ABS) датчики обертання, встановлені на контрольованих колесах, фіксують початок пробуксовки одного колеса осі щодо іншого і система автоматично пригальмовує колесо, що забуксовує, тим самим збільшуючи на нього навантаження і змушуючи диференціал еквівалент колеса з гарним дорожнім зчепленням. При сильному пробуксуванні система так само може обмежувати подачу палива в циліндри. Робота такої системи дуже ефективна, особливо на задньопривідних автомобілях. Як правило, таку систему можна примусово деактивувати кнопкою на панелі приладів. Згодом, електронна система контролю гальмівних зусиль удосконалювалася і до неї додавалися нові функції, що працюють поряд з ABS і TRAC. (наприклад керування різницею розблокування рульових коліс для більш успішного проходженняповоротів). У всіх виробників ці функції називалися по-різному, проте зміст при цьому залишався однаковим. І ось, Дані системи стали встановлюватися на повнопривідні Автомобілі та позашляховики, причому в деяких випадках вони є єдиним засобом контролю тяги та перерозподілу крутного моменту між осями та колесами (Mercedes ML, BMW X5). У випадку, якщо позашляховик оснащений більш серйозними засобами розподілу крутного моменту (диференціалами, що самоблокуються, і жорсткими блокуваннями), то електронна система контролю гальмівних зусиль дуже вдало доповнює ці кошти. Хороший приклад тому - чудова керованістьта прохідність останнього покоління Тойотівських позашляховиків 4Runner (Hilux Surf), Prado, Lexus GX470. Будучи представниками однієї платформи, вони мають міжосьовий Диференціал Torsen T-3 з можливістю жорсткого блокування, а так само електронною системою контролю гальмівних зусиль і тяги з безліччю функцій, що допомагають водієві керувати автомобілем.

Диференціали, що самоблокуються від різниці швидкостей. Засновані на роботі сили тертя:

Англійська назва: Friction Based Traction Adding Devices (FBTAD) або limited Slip Differential (LSD).

Диференціал підвищеного тертя. Зазвичай використовуються фрикційні диски, конуси або шестерні для зниження взаємного прослизання коліс. Не блокують диференціал на 100%.

Диференціали, що виробляються:

Eaton Limited Slip Differential

Auburn (принцип конусів)

Vari-Lok Організації Dana

Traction Equalizer Організації Meritor (колишній Rockwell International)

LSD Організації KAAZ

А також різні автомобільні компанії тільки для своїх автомобілів.

Механічні, змішаного типу та інші:

Англійська назва: Speed ​​Sensing Traction Adding Devices (SSTAD) чи Automatic Locking.

Принцип дії:

a)механічний.

Диференціал з автоматичним блокуванням (англ. Locker). Як механізм блокування використовуються кулачкові муфти. При появі взаємного прослизання коліс, Диференціал автоматично блокується на 100%.

Диференціали, що виробляються:

Lock-Right Організації PowerTrax, Detroit Locker, Detroit Soft Locker, Detroit EZ-Locker Організації TracTech, Gov-Lock Організації Eaton (всі Автомобілі GM) - у конструкції використовуються і фрикційні диски та шестерні

б)силіконова рідина (віскомуфта);

в)датчики швидкості коліс та гальмівні механізми. Приклад використання: ML-320 Організації Мерседес.

Диференціали, що самоблокуються від різниці крутних моментів

Англійська назва: Torque Sensing Traction Adding Devices (TSTAD).

Принцип дії: шестерні черв'якові. Винайдений Організацією Gleason у 50-ті роки. Не блокують диференціал на 100%.

Диференціали, що виробляються: TorSen, TrueTrac, Quaife, Powr-Trak

Диференціали, що блокуються вручну

Англійська назва: Manual Operated Traction Adding Devices (MOTAD)

Принцип дії: стиснене повітря, соленоїд, електромотор.

Диференціал із ручною, тобто примусовою , блокуванням (англ. Manual Locking). Як механізм блокування використовуються кулачкові муфти. При вмиканні кнопки Диференціал блокується на 100%.

Диференціали, що виробляються:

ARB Air Locker (майже для всіх марок),

KAM Axle Differential Locker (для Land Rover та Suzuki). Включається стисненим повітрям або тросиком

Vacuum Differential Locking Unit Організації Jack McNamara Differential Specialist Pty. Ltd. (для Land Rover та Toyota). Включається вакуумом

Ox Locker Організації OX TRAX, INC. Включається тросиком

Блокований Диференціал з електричним приводомКомпанії TracTech

K&S Vacuum Locker

Заблокований Диференціал Компанії Tochigi Fuji Sangyo. Встановлюється на Jeep Rubicon

А також автомобільні компанії тільки для своїх автомобілів (Mercedes, Toyota, Mitsubishi)

Які блокування існують для мостів Jeep Cherokee та Grand Cherokee?

	передній міст	задній міст
Power Locker (LSD)

Примітка:

На Cherokee (деякі моделі) ставили задній міст моделі DANA-44 (комплектація – tow package).

На Cherokee з 1995 року (але іноді зустрічається і на більш ранніх моделях) стали ставити міст Chrysler 8.25. Двох різновидів: з 27 та 29 шліцями на кінцях півосей. Для моделі з 27 шліцами підходить все, що йде для мостів DANA-30 і 35. З моделлю, що має 29 шліців, все складніше: міст AMC-20 (CJ 80-х років) має теж 29 шліців і можна цим скористатися, застосовуючи кмітливість.

На Grand Cherokee опціонально йде DANA-44 (з алюмінієвим корпусом), що не дуже добре показує себе при важких навантаженнях (слабкий та "любить" лопатися, гнеться при сильних навантаженнях).

Багато хто, хто зібрався купувати позашляховик, при виборі певної моделі, звичайно, могли зіткнутися з терміном «блокування диференціала». Але що ж це? Як це? І який принцип роботи та потреба цього самого диференціала? Як показує практика, знають не всі майбутні потенційні «джипівники».

У цій статті ми розповімо про те, що собою являє диференціалі навіщо він у автомобілі. Яких різновидів він буває і на які автомобілі передбачено його встановлення?

Історія диференціалу

Поява диференціала в автомобільному світі не забарилася. Тільки через кілька років, після того, як з конвеєра стали сходити перші автомобілі з двигуном внутрішнього згоряння (ДВС). Адже давно було не так солодко, як зараз і перші автомобільні зразки, які працювали за допомогою двигуна, дуже погано справлялися.

Колеса, розташовані на одній осі, під час повороту оберталися з однаковою кутовою швидкістю, а це вже призводило до того, що колесо, що йде зовнішнім діаметром, сильно пробуксовувало. Вирішили цю проблему досить просто: запозичення диференціала у парових возів.

Цей механізм був винайдений у Франції 1828 рокуінженером Олівер Пекке-Ром.Це був пристрій, що складався з валів та шестерень. Через нього крутний момент від ДВС передавався на провідні колеса. Але ось трапилася ще одна невдача - стали пробуксовувати колеса, які втрачали зчеплення з дорожнім покриттям. Найчастіше це виявлялося під час руху дорогою з обмерзлими ділянками.

Колесо, яке знаходилося на льоду, оберталося з більшою швидкістю, ніж колесо, що залишалося більш придатною для руху поверхні. Це й призводило до занесення. Після цього конструктори і почали думати про те, як налаштувати диференціал, щоб колеса оберталися з однаковою швидкістю, щоб перешкодити появі заметів.

Першою людиною, яка проводила експерименти над диференціалом з мінімальним ковзанням, став ні хто інший як Фердінанд Порше.Для того, щоб ринок побачив кулачковий диференціал – «дітище» Порше з обмеженим ковзанням, знадобилося не менше трьох років. Їм оснащували перші моделі автомобілів марки. У наступні десятиліття інженерами були розроблені різноманітні види диференціалів, про які ми розповімо далі.

Принцип роботи та пристрій

Давайте, мабуть, почнемо з типу диференціала, який є найпростішим для розгляду – відкритого диференціалу. Ми почнемо з найпростішого типу диференціалу, що називається відкритим диференціалом. Отже, конструкція диференціала включає наступні частини:

- Ведучий вал.Його завдання полягає у передачі крутного моменту. Вал веде його від трансмісії до початку диференціала.

- Провідна шестерня провідного валу.Шестерня у формі косозубого конуса, необхідна для зчеплення диференціальних механізмів.

- Коронна шестерня.Елемент, що є веденим. Також має форму конуса і обертається провідною шестернею. Система разом узятих провідною та веденою шестернею називається головною передачею. Вона служить на завершальному етапі зменшення швидкості обертання, яке досягає коліс в кінцевому рахунку. Ведуча шестерня у своїх розмірах значно поступається короннійтому для здійснення одного обороту веденою, першою необхідно здійснити не один оборот навколо своєї осі.

- Шестерні півосей.Є останнім рубежемпередачі обертання провідного валу коліс.

- Сателіти– це планетарний механізм, який здійснює ключову рольу забезпеченні різної кутової швидкості коліс при здійсненні повороту.

Коли Ви рухаєтеся прямою на своєму автомобілі, весь диференціальний механізм обертається з єдиною швидкістю: вхідний вал обертається з ідентичною швидкістю, що і півосі, відповідно, з тією ж швидкістю відбувається і обертання самих коліс. Але тільки Ви повернете кермо, ситуація моментально докорінно змінюється. Головними гравцями тепер виступають сателіти, які розблоковуються під впливом різниці навантажень на колесаколи, наприклад, одне колесо починає пробуксовувати і тому рухається швидше.

Вся потужність двигуна проходить безпосередньо через них. А в результаті того, що сателіти являють собою дві шестерні, які незалежні, то відбувається передача різної частоти обертання двом півосям. Але потужність не поділяється порівну, а передається на колесо, що рухається у зовнішньому краї повороту машини. Отже воно і починає крутитися набагато швидше за рахунок кількісного збільшення оборотів. І різниця в розподілі потужностей між колесами тим більше, чим менше радіус повороту автомобіля, тобто чим сильніше Ви вивертаєте кермо.

Що таке блокування диференціалу і як воно працює

Блокування диференціалу– це один із найефективніших способів підвищення позашляхових характеристикавтомобіля. Будь-який автомобіль, який призначається безпосередньо чи опосередковано для бездоріжжя, оснащується конструкторами на заводі механізмом, який блокує міжосьовий диференціал. Також автомобілі оснащують механізмами, що блокують передній і задній мости.

Блокування даного механізму, Як і будь-яке технологічне рішення має свої переваги та недоліки. Щоб зрозуміти, коли необхідно використовувати блокування диференціалів, а які випадки просто забороняють її використання, потрібно розібратися в принципах, на яких його дія ґрунтується.

Спробуйте в зимовий засніжений час зробити з місця стрибок у довжину. Ага. А ось і не виходить, а все тому, що одна нога у вас опинилася на слизькій заледенілій поверхні, а друга на сухому асфальті. Ось через це й не вдалося зробити чемпіонський стрибок. Одна нога вислизнула з-під Вас, а мозок не зорієнтувався вчасно і не дав команду вкласти всю силу для поштовху в іншу ногу. Підсумок цього експерименту досить веселий і комічний: ноги роз'їхалися і Ви мало не звалилися на п'яту точку.

Так що ж зробити в даному випадку, щоб обидві ноги мали змогу чудово відштовхнутися від землі? А все дуже просто. Необхідно просто дві поштовхові ноги перетворити на одну, зв'язавши їх міцно між собою міцним ременем або джгутом.Тепер вони будуть працювати як одне ціле і використовуватиметься максимальна сила поштовху від однієї стабільної опорної поверхні з гарним зчепленням. Аналогічний процес відбувається і в автомобілі в момент взаємодії його провідних коліс із дорогою.

Давайте уявимо ситуацію, при якій задньопривідний автомобіль зупинився випадковим чином так, що його ліве колесо опинилося на слизькій поверхні, а праве на асфальті. Як Вам відомо, стандартний міжосьовий диференціал малого тертя, який знаходиться на задньому мостуавтомобіля, що завжди надає колесам рівну окружну силу. Ліве колесо, що знаходиться на льоду, не в змозі зрушити зі слизької поверхні із застосуванням великих зусиль через недостатність зчеплення.

Через це диференціал неспроможна надати йому величезне зусилля, оскільки це неможливо фізично. А в цьому випадку аналогічна сила підведеться і до колеса, що знаходиться на асфальтовій поверхні. Він вирівнює зусилля, розподілені між колесами, орієнтуючись на ліве колесо.

В результаті машина зрушить з місця з пробуксовкою, але повільно. Його колеса не зможуть використовувати достатню для поштовху силу, яка була б необхідна для зчеплення правого колеса, яка в цих умовах буде ні багато, ні мало, а в сім разів перевищує ніж у лівого. Через таку властивість розподіляти тягову силу порівну, праве колесо використовуватиме лише сьому частину його можливостей зчеплення з асфальтом. Говорячи простіше, поштовх міг би статися в сім разів потужнішим, але диференціалом не було підведено до нього. достатньої кількостісили для здійснення цього маневру.

Отже необхідно здійснити такий зв'язок між колесами, для забезпечення спільного обертання або пробуксовування, ніби єдиного колеса. Для вирішення даної задачі використовується спеціальний механізм, що блокує обертання шестерень диференціала і зв'язує два колеса між собою умовним жорстким зв'язком з постійним обертанням і однаковою швидкістю. Такий механізм називається "механізм блокування (відключення) диференціала", або в народі - блокуванням.

Диференціал, що заблокований неспроможна вирівнювати міжколесне зусилля, цим роблячи їх пов'язаними єдиною віссю. Внаслідок чого кожне колесо отримує максимально можливу силу, яка потрібна для найкращого зчеплення коліс. Отже, де краще зчеплення коліс із дорожньою поверхнею, туди і додаватиметься велика сила.

Які бувають диференціали

Основою диференціалу є планетарний редуктор. Вид зубчастої передачі, який використовується, умовно може розділити диференціал на тривиду:

- черв'ячний;

Циліндричний;

Конічний.

Черв'яковий диференціал є найуніверсальнішим і встановлюється як між осями, так і між колесами. Циліндричний тип, найчастіше, розташовується у позашляховиках між осями. Конічний тип переважно застосовується як межколесного диференціала.

Виділяють так само симетричнийі несиметричнийдиференціали. Несиметрична конструкція диференціала встановлюється в повно приводних автомобілях між осями, розподіляючи момент, що крутить, в різних пропорціях. Симетричний тип передає на вісь між двома колесами рівний момент, що крутить. Також диференціали поділяють за видом блокування:ручне блокування та електронне блокування.

Ручне блокування диференціалу

Виходячи з назви, блокування осі диференціала включається з ініціативи водія за допомогою натискання кнопки або перемикання певного тумблера. В даному випадку відбувається блокування шестерен-сателітів, в результаті чого провідні колеса починають обертатися з однаковою швидкістю. Найчастіше ручним блокуванням диференціала оснащуються позашляховики. Включати її рекомендується для подолання важкого бездоріжжя, а відключення проводити при виїзді на асфальтовану дорогу.

Електронне або автоматичне блокування диференціалу

Автоматичне блокування диференціала здійснюється шляхом команд електронного блоку управління, який аналізує стан, в якому знаходиться дорожнє покриття, використовуючи ABS та ESP. Потім ЕБУ самостійно блокує шестерні-сателіти. За ступенем блокування цей пристрій можна умовно поділити на диференціал з повним і частковим блокуванням.

Повне блокування диференціалу

Включення такого блокування має на увазі під собою той факт, що шестерні-сателіти зупиняються повністю, а механізм береться за виконання функцій звичайної муфти, тим самим передаючи рівноважний момент, що крутить, на дві півосі. Внаслідок цього обидва колеса обертаються з однаковою кутовою швидкістю. Якщо трапиться те, що хоча б одне колесо втратить зчеплення з поверхнею, то момент, що крутить, з нього повною мірою передається на інше колесо, яке залишилося форсувати бездоріжжя. Такий диференціальний пристрій успішно реалізовано на Toyota Land Cruiser, Mercedes-Benz G-Classта інших.

Часткове блокування диференціалу

Увімкнення цього блокування не повністю зупиняє шестерні-сателіти, а дозволяє їм прослизати. Такий ефект доступний завдяки диференціалам, що самоблокуються. Залежно від типу спрацьовування даного механізму ділять його на два види: Speed ​​sensitive(задіюється, коли помічається різниця в кутових швидкостях обертання півосей) та Torque sensitive(задіяний у разі зменшення крутного моменту однієї півосі). Такий тип спрацьовування диференціального пристрою можна зустріти на позашляховиках Mitsubishi Pajero, Audi Q-серії та BMW X-серії.

Група диференціалів Speed ​​sensitiveвідрізняється будовою конструкції. Одним з таких механізмів є той, у якому диференціальну функцію виконує віскомуфта. Віскомуфта відрізняється від фрикційного диференціала своєю меншою надійністю. Саме тому вона має місце встановлюватися на автомобілі, які не призначені для подолання непролазних нетрів і глибоких бродів або на автомобілі зі спортивним характером.

Ще один механізм, що представляє групу Speed ​​sensitive, називається героторний диференціал. Роль блокуючих елементів тут відіграють масляний насоста фрикційні пластини, що монтуються між корпусом диференціалу та шестернями-сателітами півосей. Хоча за принципом дії він схожий на вискомуфту.

Диференціали, що належать до групи Torque sensitive, також різні за своєю конструкцією. Наприклад, є механізм з використанням фрикційного диференціала. Особливість його полягає в різниці кутових швидкостей коліс в поворотах і під час руху по прямій. Коли автомобіль рухається по прямій, кутова швидкість обертання обох коліс однакова, а під час проходження повороту, момент, що крутить, для коліс різний.

Черговий тип диференціалів - з гіпоїдним та косозубим зачепленням. Вони умовно поділяються на три групи.

Перша – з гіпоїдним зачепленням

Тут кожна піввісь має свої власні шестерні-сателіти. Кріпляться вони між собою шляхом прямозубого зачеплення, розташовуючись перпендикулярно один щодо одного. У разі виникнення різниці кутових швидкостей провідних коліс відбувається розклинювання шестерень півосей. Внаслідок чого шестерні труться об корпус диференціала. Диференціал частково блокується і відбувається перерозподіл моменту, що крутить, на вісь, з меншою швидкістю кутового обертання. Після вирівнювання півосьових швидкостей блокування деактивується.

Друга – з косозубим зачепленням

Аналогічна перша, але розташування шестерень-сателітів паралельно щодо півосей. Ці агрегати кріпляться між собою шляхом косозубого зачеплення. Сателіти цього механізму вмонтовані в спеціальні ніші на корпусі диференціала. Відбувається часткове блокування. Напрямок моменту, що крутить, визначається на вісь з меншою швидкістю обертання.

Третя – з косозубими шестернями півосей та гвинтовими шестернями сателітів

Використовується в міжосьових диференціалах. Принцип той самий – зміщення моменту, що крутить, на вісь з меншим обертанням. Діапазон усунення цього виду досить великий – від 65/35 до 35/65. Коли кутова швидкість колісного обертання обох осей стабілізується та вирівнюється, диференціал розблоковується. Ці диференціальні групи широко застосовують у автомобілебудуванні як у звичайних моделях, і на спортивних.

Переваги та недоліки блокування диференціалів

+ можливість колісного блокування до 70%;

Мінімальне обслуговування;

Відсутність ривків на кермі;

КПП не вимагає заливання спеціальної олії;

Установка не спричиняє жодних складнощів;

Забезпечення найкращих позашляхових характеристик автомобіля;

Більше тривалий термін роботи конструкції;

Найкраща керованість автомобіля;

Здатність проходження поворотів більш високих швидкостях;

Автомобіль легше виводиться із замету.

Після закінчення часу падає преднатяг;

Потрібна заміна регулювальних елементів кожні 40 тисяч кілометрів для кращої працездатності конструкції;

Чи не своєчасне або запізнене проведення регулювальних робітприведуть до того, що система працюватиме не коректно.

Підписуйтесь на наші стрічки в

Диференціал в автомобілі працює з метою здійснення наступних трьох завдань:

1. Диференціал передає потужність двигуна на колеса машини.
2. Робить останній крок у зменшенні числа оборотів до коліс (адже ми пам'ятаємо, що перший такий крок робить коробка передач) і, отже, збільшуючи крутний момент, що передається тим же провідним колесам.
3. Передаючи потужність на провідні колеса (завжди на парну кількість коліс на одній осі: на два або на чотири), диференціал дозволяє кожному з них обертатися з різними швидкостями (це саме те, від чого диференціал заробив свою назву).

У цій статті Ви дізнаєтеся, чому Ваш автомобіль потребує різних обертів колес, як це забезпечується, що таке диференціал, як диференціал працює і які його основні недоліки. Ми також розглянемо кілька типів.

Навіщо потрібен диференціал?

Автомобільні колеса обертаються з різною швидкістю, особливо помітно при повороті. Ви можете бачити в анімації нижче, що кожне колесо проїжджає дуже різну відстань, коли автомобіль повертає, і що внутрішні колеса проїжджають набагато короткішу відстань, ніж зовнішні. Оскільки швидкість дорівнює відстані, поділеній на час, необхідний для проїзду цієї відстані, то виходить, що колеса, які проїжджають меншу відстань, обертаються з нижчою швидкістю: так, при повороті ліворуч ліві колеса будуть крутитися повільніше, ніж праві, і навпаки. Також слід зазначити, що передні колеса проїжджають відстань, яка відрізняється від того, що проїжджають задні колеса.

Клацніть для перегляду анімації

Для автомобілів з приводом тільки на одну вісь коліс - будь то на задні колеса або на передні - різниця обертання передніх коліс до задніх це не проблема. Немає жодного зв'язку між ними, тому вони обертаються незалежно. Але провідні колеса пов'язані між собою так, щоб один двигун і трансмісія повинні надавати руху обидва колеса, при цьому, з різною швидкістю їх обертання. Але як же бути, якщо двигун у нас лише один?! Якщо Ваш автомобіль не оснащений диференціалом, колеса повинні бути заблоковані разом, будучи змушеними обертатися з тією самою швидкістю. Це зробило б маневри поворотів - навіть під невеликим кутом - складними: у таких автомобілів, щоб мати можливість повернути, одній із шин обов'язково доведеться ковзати, або іншою обов'язково пробуксовувати. А з сучасними покришками та асфальтовими дорогами для цього знадобиться чимало сил. Ця сила повинна буде передаватися через вісь від одного колеса до іншого, поклавши таким чином дуже важкий тягар на компоненти осі.

Саме з цією проблемою бездоганно справляється диференціал.

Що таке диференціал?

Диференціал- це пристрій, який розділяє момент двигуна, що крутить, на два шляхи з виходами, що дозволяє кожному виходу обертатися з різною швидкістю.

Диференціал є на всіх сучасних легкових та вантажних автомобілях, а також на багатьох повнопривідних машинах. Причому всі повнопривідні авто повинні мати диференціал між кожним набором провідних коліс на одній осі, і, крім того, вони потребують диференціалу між парами передніх і задніх коліс (пам'ятайте початок статті - тому що передні колеса проходять іншу дистанцію, на відміну від задніх коліс при русі автомобіля за напрямком, відмінним від прямого?).

Тим не менш, деякі повнопривідні машини не мають диференціала між передніми та задніми колесами, і, замість цього, ці пари коліс тісно пов'язані між собою так, що передні та задні колеса повинні крутитися з однією і тією ж швидкістю. Ось чому на таких автомобілях виробники не рекомендують їздити твердим покриттям в режимі повного приводу, а включати його тільки на бездоріжжя.

А тепер давайте з'ясуємо, де автомобіля зазвичай розташовується диференціал залежно від типу приводу автомобіля:

Як працює диференціал?

Ми почнемо з найпростішого типу диференціалу відкритим диференціалом. Але спочатку ми повинні вивчити деякі терміни – подивіться на малюнок нижче, там Ви знайдете основні компоненти роботи диференціалу:

Таким чином, диференціал складається з наступних основних частин:

1. Ведучий вал - передає крутний момент, ведучи його від коробки до початку диференціала
2. Провідна шестерня ведучого валу - косозуба невелика шестерня у формі конуса, яка використовується для зчеплення з механізмом диференціалу
3. Коронна шестерня - ведена шестерня також у формі конуса, яка рухається (обертання) провідною шестернею. Ведуча та ведена шестерня, разом узяті, називаються головною передачеюі саме вони є останнім етапом зменшення швидкості обертання, яке в кінцевому рахунку досягне коліс (коронна шестерня завжди менше ведучої, а, отже, провідної шестерні доведеться зробити набагато більше обертів, поки ведена зробить всього один оборот навколо себе).
4. Шестерні півосей – це останні шестерні на шляху передачі обертання від ведучого валу до коліс.
5. Сателіти - планетарний механізм, який і здійснює ключову роль забезпеченні різниці обертання коліс при повороті.
6. Півосі - вали, що йдуть від диференціала безпосередньо до коліс.

А тепер давайте перейдемо до ключового і найважливішого розумію, як працює диференціал, і подивимося на анімації нижче, як перераховані вище компоненти відкритого диференціалу працюють у двох випадках:

• Коли автомобіль їде прямо.
• Коли автомобіль повертає.

Подивіться самі – все досить просто:

Натисніть кнопку "Повертаємо", щоб побачити, як працює диференціал під час повороту, і "Їдемо прямо", щоб подивитися, як рухаються його компоненти під час прямолінійного руху

Як ми бачимо, коли ми їдемо прямо на своїй машині, то фактично весь механізм диференціала крутиться з однією швидкістю: частота обертання вхідного валу дорівнює частоті обертання півосей і відповідно частоті обертання коліс. Але варто нам трохи повернути кермо, як ситуація змінюється, і в свою головну роль вступають тепер сателіти, які розблокуються за рахунок різниці навантаження на колеса (коли одне колесо намагається пробуксувати, крутячися швидше), і вся потужність двигуна тепер проходить через них. А за рахунок того, що два сателіти - це дві незалежні шестірні, виходить, що вони і передають різну частоту обертання півосям, як би роздвоюючи її, але не ділячи всю потужність порівну, а передаючи найбільшу потужність тому колесу, яке рухається по зовнішньому краю час повороту автомобіля і, відповідно, розкручуючи його сильніше (підвищуючи кількість оборотів). І різниця потужності, що передається, при цьому тим сильніше, чим крутіше повертає машина (точніше, чим менше радіус повороту цієї машини).

Який головний недолік диференціалу?

Відкритий диференціал передає обертання тому чи іншому колесу практично в будь-якому співвідношенні, у тому числі й у співвідношенні 100%/0% - коли одне з провідних коліс приймає весь момент, що крутить, на себе. У той же час розподіл такого обертання між колесами відбувається при зміні навантаження на ці колеса (а разом з ними на півосі) - тобто колесо з меншим навантаженням в повороті отримує більше обертів. Але тут криється один істотний недолік, Який має місце за певних умов, а саме, коли обидва ведучі колеса знаходяться в бруді, снігу або на льоду, і автомобіль починає буксувати - в цьому випадку те колесо, яке має менше зчеплення з поверхнею, отримуватиме левову частку обертання. Простіше кажучи, якщо Ви, наприклад, застрягли в снігу, сівши "на пузо" - коли одне колесо зчеплене з поверхнею снігу, а друге зовсім висить у повітрі, то отримувати потужність за рахунок відповідного розподілу по півосях диференціала буде саме те колесо, яке знаходиться на вазі, і саме воно безпорадно крутиться в повітрі. Особливо гостро ця проблема стоїть у позашляховиків та всюдиходів.

Які види диференціалів бувають?

Вирішенням цих проблем є диференціал підвищеного тертя(LSD, його ще називають диференціалом з обмеженим ковзанням). Диференціали підвищеного тертя використовують різні механізми для забезпечення нормальної диференціальної дії у різних умовах їзди. Коли колесо ковзає, такий диференціал дозволяє передати більше моменту, що крутить, якраз на нековзне колесо.

На позашляховиках та всюдиходах також застосовуються диференціали з ручним відключенням, які, втім, дуже часто не захищені від випадкового відключення або відключення не в той час через незнання - справа в тому, що можливість відключення диференціала на ходу тягне за собою можливу його поломку, і це поширена проблема.

Що таке віскомуфта (в'язка муфта)?

Віскомуфта найчастіше зустрічається у всіх повнопривідних машинах. І, якщо Ви читали статтю про принцип роботи гідротрансформатора, то знайте, що віскомуфта має схожу з ним схему роботи. Вона широко використовується для зв'язку задніх коліс з передніми таким чином, що коли один набір коліс починає прослизати, момент, що крутить, буде переданий на інший набір, тим самим вирішуючи злободенну проблему буксуючого колеса, описану вище.

В'язка муфта має два набори пластин усередині герметичного корпусу, який заповнений в'язкою рідиною (дещо більш в'язкою, ніж трансмісійне масло, наприклад). Один набір пластин з'єднаний із кожним вихідним валом. В нормальних умовах обидва набори пластин та їх порція в'язкої рідини рухаються з тією самою швидкістю. Але коли одна вісь намагається обертатися швидше, можливо, тому що вона прослизає, безліч пластин, що відповідають колі цієї осі, обертаються швидше, ніж інші. В'язка рідина, що знаходиться між пластинами, намагається наздогнати швидші диски, тим самим ведучи за собою до цього й повільні диски. Це передає більший крутний момент на колеса, що повільніше обертаються, які якраз і не ковзають.

Пристрій віскомуфти

Коли автомобіль повертає, різниця в швидкості між колесами на одній осі не така велика, як тоді, коли одне з коліс просто прослизає. Чим швидше пластини обертаються відносно один одного, тим більше моменту, що крутить, припадає на муфту. Муфта не заважає виткам крутитися, тому що величина моменту, що крутить, передається під час повороту, мала.

Простий експеримент із яйцем допоможе пояснити поведінку віскомуфти. Якщо ви поставите яйце на кухонний стіл, шкаралупа, білок і жовток будуть нерухомі. Але коли Ви почнете розкручувати яйце, шкаралупа яйця буде рухатися з вищою швидкістю, ніж білок, а білок трохи швидше, їм жовток, але жовток потім швидко надолужить втрачене. До речі, щоб переконатися в цих словах, проведіть експеримент, як тільки у Вас з'явиться яйце: розкрутіть його досить швидко, а потім зупиніть його, потім просто відпустіть яйце, і воно почне знову обертатися (ну, або хоча б смикнеться у бік попереднього обертання) . У цьому експерименті ми використовували тертя між шкаралупою, білком та жовтком, застосовуючи силу лише на шкаралупу. Спочатку ми розкрутили практично шкаралупу, і з деякою затримкою за шкаралупою за рахунок тертя почали розкручуватися білок, а потім жовток. А коли ми зупинили шкаралупу, то те ж тертя - між жовтком, що все ще рухається, білком і шкаралупою - застосувало силу до шкаралупи, змушуючи його прискоритися. Так і у випадку вискомуфти, сила передається між рідиною та наборами пластин таким же чином, як між жовтком, білком та шкаралупою.

Що таке диференціал Torsen?

Диференціал Torsen є чисто механічним пристроєм: він не зав'язаний ніякою, а також муфтами або в'язкими рідинами і по своїй суті є досить простим механізмом, дуже схожим на відкритий диференціал.

Torsen працює так само, як і відкритий диференціалколи величина крутного моменту між двома провідними колесами рівна. Але як тільки одне з коліс починає втрачати зчеплення з дорогою, різниця в моменті, що крутить, призводить до блокування разом шестерень в диференціалі Torsen.

Такий диференціал часто використовується в потужних та дуже потужних повнопривідних машинах. Як і вискомуфта, він часто використовується для передачі потужності між передніми та задніми колесами. І в цьому застосуванні диференціал Torsen перевершує віскомусту, тому що передає крутний момент на колеса стабільно перед тим, як фактично починається ковзання. Однак, якщо один набір коліс втрачає зчеплення з дорогою повністю, то диференціал Torsen буде не в змозі перенести момент, що крутить, на інший набір коліс через свою конструкцію і принцип роботи такого диференціала.

Такий вигляд має сучасний диференціал Torsen

До речі, майже всі автомобілі Hummer використовують диференціал Torsen між передньою та задньою осями. При цьому керівництво користувача для Hummer пропонує нове рішення проблеми, коли одне колесо повністю втрачає зчеплення з дорогою: натискайте на гальмо педаль . Застосовуючи гальмо, момент, що крутить, подається на колеса, які знаходяться в повітрі, а потім переходять до коліс, які зможуть витягнути автомобіль з "каші".