Для чего нужен дифференциал в автомобиле: что это, значение, принцип работы

Что такое дифференциал в автомобиле, принцип его работы и что такое блокировка дифференциала. Просто о сложном

Содержание статьи:

Добрый день, дорогие друзья. Сегодня простыми слова объясню, что такое дифференциал, зачем он нужен и как он работает в автомобиле. В чем его плюсы, минусы и зачем придумали его блокировать. Добавлю видео, чтобы лучше понять материал, написанный в этой статье.

Что такое автомобильный дифференциал

Это механическое устройство, разделяющее крутящий момент между двумя полуосями ведущих колес. Разделение происходит в неравных пропорциях, в зависимости от условий, в которых находятся колеса, а точнее от коэффициента сцепления с поверхностью и направлению движения автомобиля. Он позволяет вращаться колесам с разной скоростью, передавая мощность на оба колеса.

Из чего он состоит

Конструкцию рассмотрим на примере простого дифференциала. Он состоит:

1. Ведущей шестерни. Она передает крутящий момент от коробки передач, через кардан на главную шестерню.
2. Ведомой (главной) шестерни. Заставляет вращаться сателлит (спутник)
3. Шестерня сателлита. Она жестко закреплена с ведомой шестеренкой и вращается вместе с ней в одном направлении. Кроме этого, она может совершать вращения вокруг своей оси в разные стороны.
4. Две полуосевые шестерни, каждая из которых соединена со своим колесом. Через них мощность и момент передается с сателлита на ведущие колеса.

Конструкция схематически представлена на картинке:

Зачем он нужен

Он нужен, чтобы колеса вращались с разными скоростями при прохождении поворотов. Зачем это нужно? Смотрим на скрин снизу. При повороте автомобиля ведущие колеса проходят разное расстояние S1 и S2, где S1<S2. Одно колесо, проходящее по внутренней траектории, проходит расстояние меньше, чем колесо, движущееся по внешнему радиусу. Чтобы равномерно пройти эти расстояния, колеса должны обладать разной скоростью вращения.

Если оба колеса соединить жестко между собой одной осью, то скорость вращения будет одинаковой, а при прохождении разных расстояний с одной скоростью, какое-то из колес будет отставать, а другое буксовать. Другими словами не колесо будет тащить машину, а машина будет его тянуть. В этом случае, плавность прохождения поворота автомобилем будет нарушена, что может вызвать неожиданное поведения машины – снос или занос ведущей оси, разворот авто, а как следствие – ДТП.

Чтобы колеса имели разные скорости вращения, они должны быть разделены полуосями, жестко не соединенными между собой. Но как в таком случае передавать одновременно на них мощность от двигателя? – Для этого был придуман автомобильный дифференциал. Давайте разберем, как у него получается делить крутящий момент между двумя независимыми осями.

Дифференциал автомобиля принцип работы

Момент передается от коробки передач на ведущую шестерню. В зависимости от компоновки привода она находится или на кардане, или на угловом редукторе. Будем рассматривать на примере заднеприводного автомобиля. Здесь она расположена в корпусе механизма.

Через нее момент передается ведомой шестеренки, которая не имеет прямой связи с осями колес. Она закреплена на подшипнике внутри кожуха агрегата. На ней закреплена шестерня сателлита, спутника, которая крутиться вместе с ведомой звездочкой и вокруг своей оси. Таких спутников может быть несколько, в зависимости от мощности, которую нужно передать. Зубья сателлита соединены с шестернями полуосей, на которых находятся колеса. Вращения передается через него на полуоси. Именно работа сателлита играет важную роль в распределении скорости вращения между осями. Существует несколько типов его работы в зависимости от направления движения авто. Рассмотрим их подробно

Прямолинейное движение

В этом случае крутящий момент равномерно передается на колеса. Шестерня «спутника» не вращается вокруг своей оси. Вращение происходит только вместе с ведомой шестеренкой в том же направление. Мощность поровну делится между ведущими колесами. Они крутятся с одинаковой скоростью.

Видео как работает дифференциал при прямолинейном движении:

Поворачиваем налево или направо

Так как скорости колес должны быть разными для лучшего и безопасного прохождения поворота, в работу вступает сателлит. Он начинает крутиться вокруг своей оси, разделяя момент между полуосями в нужных пропорциях, для обеспечения необходимых скоростей вращения колес, чтобы ни одно из них не буксовало и не тормозило.

Направление вращения сателлита вокруг себя зависит от направления поворота. Влево – крутится в одну сторону, увеличивая скорость вращения правого колеса, вправо – в другую, придавая левому больший момент.

Видео как работает дифференциал при повороте автомобиля:

Движение по поверхности с разным коэффициентом сцепления

Я думаю, вы неоднократно видела, как автомобиль, находясь на льду, или грязи одним колесом буксовал. При этом второе колесо находилось на твердой поверхности, но оно стояло, и машина не могла тронуться с места. В этом «заслуга» дифференциала.

Нажимая на педаль газа, момент передается через механизм на сателлит, который сцеплен с полуосями. Колеса находятся на разных поверхностях с разными сцепными свойствами (лед и асфальт), ведомая шестерня начинает вращать «спутник». Он своими зубьями упирается в полуоси и пытается их провернуть. Так как для вращения одного колеса, стоящего на льду сил нужно меньше, а для асфальта больше, то сателлит начинает вращаться вокруг себя в сторону колеса с хорошим сцепления, не передавая на него мощности. Вся энергия уходит на проворот колеса с меньшим сцеплением. Получается, что колесо в ледяной ловушке крутиться, буксует свободно, а колесо на асфальте спокойно стоит без движения.

Именно такой принцип работы дифференциала заставило задуматься инженеров над модернизацией механизма. Что нужно сделать, чтобы не попасть в такую ситуацию? – Правильно, нужно заблокировать сателлит от вращения вокруг своей оси. В этом случае момент будет равномерно делиться между двумя колесами и то, которое находится на жесткой поверхности (асфальте), сможет вытянуть весь автомобиль. Таким образом, люди дошли до изобретения механизма блокировки дифференциала.

Что такое блокировка дифференциала в автомобиле

Это способ заблокировать сателлиты, чтобы исключить их вращение вокруг своей оси или соединить шестерню полуоси с корпусом дифференциала. Крутящий момент будет передаваться равномерно или в определенном соотношении между двумя полуосями ведущих колес. Существует два вида блокировок – жесткая и частичная.

В первом случае, все части дифференциала будут заблокированы, момент будет передаваться на все ведущие колеса. На многих внедорожниках этот режим называется «Lock». Второй вид – в нем используются дифференциалы повышенного трения. В них мощность передается в определенной пропорции между буксующим колесом и заблокированным. Чем быстрее вращается свободная ось, тем больше крутящего момента идет на «стоячее» колесо.

Жесткая или принудительная блокировка

Она активируется принудительным нажатием кнопки в салоне или физическим перемещением определенного элемента в механизме. В последнем случае водителю нужно было перемещать рычаг и при помощи тросов происходило смещение муфты, блокирующей ось колеса с корпусом дифференциала. В современных авто применяются пневматические, гидравлические или электрические привода. В некоторых случаях используется не межколесная блокировка, а межосевая, мощность передается между передними и задними колесами машины в соотношении 50:50, 50:40, в зависимости от настроек.

Частичная блокировка или LSD

LSD – этот термин означает, что в авто применяется дифференциалы ограниченного, частичного проскальзывания.

Они бывают:

Вязкостная муфта (вискомуфта). Состоит из набора дисков, часть которых закреплена с корпусом, вторая – с ведущим валом. Вся конструкция находится в герметичном корпусе, заполненном специальным силиконом. При увеличении скорости вращения ведущего вала выше скорости корпуса, диски на валу начинают мешать собой силикон. Он меняет свои свойства, становится вязким. Тем самым повышается коэффициент трения между дисками, дифференциал блокируется. При уравнивании скоростей, силиконовая смазка восстанавливает свою вязкость и диски разблокируются.

Дисковые муфты повышенного трения. В них вместо силикона применяются фрикционные диски. Часть находится на полуоси, часть на корпусе дифференциала. При прямолинейном движении колес весь механизм работает как одно целой. При проскальзывании одной из осей, за счет силы трения дисков он блокируется, передавая момент на оба колеса.

Червячные. Ярким примером является дифференциал Торсен. В его конструкции применяются сателлиты червячного типа, которые могут вращаться от червячных шестерен полуосей, а сами вращать их не могут – блокируются. При повышении угловой скорости одной оси происходит блокировка сателлитов и перераспределение мощности на колесо с хорошим сцеплением с дорогой. Чем быстрее проскальзывает колесо, тем больше момента передается на другую ось. Происходит автоматическая частичная блокировка дифференциала, без участия водителя. При выравнивании скоростей, червячные сателлиты разблокируются и механизм вернется в исходное состояние.

В последнее время на современных автомобилях появилась третий вид блокировок – имитация блокировки межколесного дифференциала. Здесь все происходит в автоматическом режиме. Система считывает данные с датчиков ABS о скорости вращения ведущих колес. Если они сильно различаются, то тормозная система «прикусывает» колесо, которое быстрее крутится, буксует, часть энергии вращения передается на колесо с хорошим сцеплением. В данных системах не применяются дорогие и сложные конструкции для блокировок, используется свободный дифференциал и электронная система с датчиками АБС – это удешевляет конструкцию и конечную стоимость автомобиля. Но эффективности в ней меньше, чем настоящих, физических блокировок. Подробнее о принципах работы разных типов дифференциалов поговорим в других статьях. Сейчас приведем основные недостатки таких блокировочных механизмов.

Недостатки

1. Сложная конструкция, ведущая к дорогому ремонту
2. Повышенные требования к обслуживанию
3. Большой нагрев механизма, в результате повышенного трения элементов. При длительном использовании сокращается срок службы деталей и всего агрегата в целом
4. Установка дополнительной электроники, контролирующей температуру элементов муфты и другие параметры, обеспечивающие надежность, долговечность механизма

Поэтому рекомендуется использовать блокировки только в тех случаях, когда нужно вытащить машину из снежной «ловушки» или грязи. Длительное применение этой технологии ведет к повышенному износу и выходу из строя дифференциала, а как следствие – дорогостоящему ремонту.

Заключение

Мы разобрались с вопросом, что такое дифференциал, как он работает и зачем он нужен. Узнали о его недостатках, и с какой целью его решили блокировать. Вкратце прошлись по существующим типам блокировок. Более детальный обзор будет в следующих статьях. Так что подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.

Видео по теме:

Работа дифференциала в разных режимах:

Документальный фильм 1937 года зачем нужен дифференциал в авто и как он работает:

что такое дифференциал и зачем он нужен

Автор Дмитрий Шипицын На чтение 7 мин. Просмотров 2.3k. Опубликовано 20.10.2020

Дифференциал в автомобиле — это конструкция в авто, представляющая собой часть трансмиссии. Узел обеспечивает возможность обеспечить разные угловые скорости для колес машины. При повороте колёса – находящиеся с внешней стороны, движутся со своей скоростью, а внутренние – со своей.

Это естественно, ведь диаметр поворота у них различается. Это легко проследить, если нарисовать схему перемещения авто на повороте или в круговом движении. Внешние колеса всегда описывают бОльший круг, чем внутренние.

Соответственно для плавного, комфортного передвижения они должны вращаться по- разному. В этом как раз назначение дифференциала.

Содержание

Как работает дифференциал

4x4action.ru

На языке специалистов устройство занимается распределением крутящего момента, из карданного вала на ведущие колеса. Передние или задние — это зависит от типа привода. Для чего нужен дифференциал? — Он предотвращает пробуксовку какого-либо колеса, позволяя движение колес с разной скоростью, чтобы проделывать необходимый им путь на повороте.

Можно сформулировать принцип работы этого механизма:

1. Обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя на колеса.
2. Вслед за коробкой передач уменьшает число оборотов на пути к колесам, благодаря чему растет крутящий момент.
3. При передаче энергетического движения на колеса механизм за счет сложного шестереночного сцепления создает свою скорость на каждом из них.

Прекрасный узел имеет свои недостатки, которые являются продолжением его достоинств — способность передавать до 100% мощности на одно колесо.

Когда авто съезжает с ровной дороги на ледяную поверхность или пересеченную местность, начинаются пробуксовки. Одно ведущее колесо дрифтует на месте, а второе крутится с большой скоростью. Машину лишает возможности передвижения тот же самый дифференциал.

Какие типы дифференциалов бывают

Устройства различаются по нескольким критериям

Расположение

• Межколёсный узел монтируется на оси, соединяющей два колеса.
• Межосевой дифференциал в автомобиле монтируется так, чтобы была передача крутящего момента между мостами: передним и задним – это прерогатива полноприводных авто.

Разновидность зубчатой передачи

• Конического типа.
• Цилиндрического типа.
• Червячного типа.

Количество зубьев шестерен

• Симметричного вида.
• Несимметричного вида.

tdiesel.ru

Где применяются различные типы дифференциалов

Устройства устанавливаются в соответствии с типом автопривода

• Конический симметричный узел стоит на задне- и переднеприводных машинах;
• Цилиндрический несимметричный дифференциал устанавливается на полноприводных;
• Червячный тип передачи допустим на всех типах авто.

Характерной особенностью полноприводных автомашин является то, что для них необходимы дифференциалы между парой ведущих колес на одной оси в количестве двух и один межосевой – между двумя мостами. Но не всегда конструктивно предусмотрен именно такой расклад, устройство между мостами отсутствует.

В этой ситуации производители дают рекомендацию владельцам авто не подключать полный привод на гладкой, ровной дороге, а активизировать его только в условиях бездорожья.

Дифференциал как часть трансмиссии

studiplom.ru

Поскольку передачей крутящего момента от двигателя на колеса занимается трансмиссионная система автомобиля, узел входит как составная часть в эту систему.

Наряду с ним в стандартный набор трансмиссии входят:

• Сцепление.
• Коробка передач.
• Полуоси колесного привода.
• Главная передача.
• Шарниры угловых скоростей (ШРУС).

Узел функционирует совместно с главной передачей. Важная характеристика устройства – коэффициент блокировки – это отношение крутящего момента одного колеса к другому. Чем он выше, тем более высоко можно оценить характеристику проходимости машины.

studiplom.ru

Устройство дифференциала

В узле расположен комплекс шестерен, которые имеют 2 степени свободы вращения. Действует принцип планетарной передачи: в пределах одной оси существует возможность складывать и раскладывать угловые скорости.

Конструктивно схема дифференциала выглядит следующим образом:

• Корпус, к нему ведет главная ось, передавая крутящий момент от мотора.
• Шестерни полуосей, на которых крепятся колеса, они передают крутящий момент.
• Сателлиты – небольшие шестеренки, связанные с корпусом осями. При необходимости они входят в зацепление с основными шестернями. Так обеспечивается работа дифференциала.

salecar.pro

Схема работы дифференциала

Работу механизма можно отследить на примере симметричного межколесного конического устройства. Оно функционирует на большинстве автомашин, бороздящих дороги: передне- или заднеприводных.

techautoport.ru

1. Когда автомобиль движется прямо, нагрузка между колесами равномерна, это касается и угловой скорости. Шестерня главной передачи передает крутящий момент на полуоси, через зубчатое сцепление, которое неподвижно.
2. Поворот приводит к неравномерному распределению усилий на колеса. Внутреннее, которому нужно пройти по меньшему радиусу, подвергается большему сопротивлению, чем наружное. Ему нужно снизить вращательный момент и скорость вращения.
   Наружное, напротив, должно двигаться с большей угловой скоростью по большему радиусу. Это необходимо, чтобы избежать пробуксовки или дрифта, то есть отсутствия вращения на колесе.
   Приводятся в действие сателлиты – шестерни, расположенные под 90 градусов к основным, они увеличивают крутящий момент внешних колес и, соответственно, их скорость.
3. Пробуксовка возникает, когда на дороге образуется местами лед, или когда движение происходит по бездорожью. На колеса оказывается разная нагрузка – одно из них начинает буксовать.
   Случай, похожий на ситуацию поворота. Разница следующая: теперь буксующее колесо получает усиленный крутящий момент от дифференциала, а второе перестает двигаться. Стоп — машина ‑ происходит остановка транспортного средства.

Чтобы компенсировать проблемы, возникающие в условиях пробуксовки, изобретены способы преодоления этих неприятностей.

Блокировка дифференциала и система курсовой устойчивости

Преодоление отрицательных моментов работы происходит с посредством блокировки, либо подключением группы устройств, обеспечивающих курсовую устойчивость.

Блокировка дифференциала

Блокировка означает отключение сателлитов.

Для различных видов транспортных средств способы блокировки разные.

В кроссоверах практикуют установку самоблокирующихся устройств.

Для большинства автомобилей с электронной системой управления подключаются электронные блокираторы, совмещенные с системой курсовой устойчивости.

Система курсовой устойчивости

cardefence.ru

Электронная система активной безопасности ESC -Electronic Stability Control (Электронный контроль устойчивости) предназначена для поддержания курса автомобиля, чтобы он не уходил в заносы при маневрировании. Она тормозит авто в ситуациях значительного отклонения от траектории перемещения.

Объединяет возможности ABS – антиблокировочной системы и противобуксовочной системы TCS (Traction Control System), которая предназначена для предотвращения проскальзывания ведущих колес.

Виды дифференциалов

Автомобильные дифференциалы подразделяются на несколько основных видов:

Дифференциал с полной блокировкой	Включается водителем путем нажатия соответствующей кнопки. Проблемы: снижение управляемости и истирание покрышек
LSD Limited Slip Differential	Самоблокирующееся устройство: блокирование срабатывает в ситуации, когда разница в скоростях колес достигает больших величин. Благодаря такому устройству авто плавно преодолевает участки с наледями и грязью.
Дифференциал Торсен. Разработана Co Siemens	Вариант самоблокирующегося устройства. Устройство дифференциала: узел, в котором соединены конический и червячный принципы. Червячный тип перестает работать при определенном соотношении крутящих моментов.
Дифференциал Квайф	Особенность конструкции: расположение сателлитов параллельно к оси вращения корпуса
Вискомуфта	Вариант самоблокирующегося устройства. Работает как гидротрансформатор. Заливается силикон. При нормальной t он находится в жидком состоянии. При повышении температуры расширяется и становится вязким. Недостаток: подобные конструкции неремонтопригодны.
Электронный блокатор	Блок осуществляется бортовым компьютером при определенных условия, которые можно задать.

4x4action.ru

Неисправности и обслуживание

Дифференциал – это надежный узел. Сломать его может сам водитель, если предпринимает неправильные действия в условиях буксования.

Ремонт сводится к замене узла в сборе.

Исправное устройство нуждается в замене масла, необходимо использовать специальные или качественные универсальные масла.

А на этом, дорогие мои товарищи автолюбители, всё.

Предлагаю в тему повышения своих знаний об автомобиле статью про автоматические системы экстренного торможения. Жмите сюда.

Если с чем-то не согласны, или есть замечания по тексту и по теме пишите в комментариях. Буду весьма признателен за общение и за помощь.

Удачи вам и вашему автомобилю.

Пока, пока.

Что такое дифференцированный сервис и насколько он важен?

Что такое дифференциал и что он делает?

Сегодня мы поговорим об обслуживании дифференциала после того, как объясним, что такое дифференциал и насколько он важен для вашего автомобиля. Вашему автомобилю нужны двигатель, трансмиссия, колеса и шины, чтобы ваш автомобиль двигался. Внутри или прикреплены к этим вещам другие важные компоненты, такие как оси и дифференциал.

Дифференциал — это механизм, который разделяет крутящий момент двигателя на две части. Это позволяет использовать разную скорость для вращения каждого выхода. Все последние модели и полноприводные автомобили имеют дифференциал между каждой парой ведущих колес.

Компенсация разницы — это работа дифференциала, особенно разницы скорости вращения колес. Хороший пример: когда вы поворачиваете за угол, внутреннему колесу не так далеко, как внешнему колесу. Это означает, что внешнее колесо движется с большей скоростью, чтобы не отставать от внутреннего колеса.

Дифференциал позволяет двигаться на разных скоростях и при этом поддерживает мощность вашего автомобиля. Вся мощность двигателя проходит через дифференциалы. Итак, есть ли разница между задним и передним дифференциалом? Да, поскольку передние колеса движутся с другой скоростью, чем задние колеса, существует разница между двумя передними колесами и одной между двумя задними колесами.

Необходимо ли дифференциальное обслуживание?

Да! В дифференциале используется масло, более густое, чем масло в двигателе. Замена масла в дифференциале так же важна, как и замена масла в двигателе, потому что со временем масло изнашивается и загрязняется. Как и в двигателе, без масла дифференциал начнет контактировать металл-металл, что приведет к износу дифференциала.

Дифференциалы на большинстве автомобилей следует менять примерно через 50 000 миль. Однако это может варьироваться в зависимости от пробега автомобиля и условий движения, таких как грунтовые дороги, поэтому вашему автомобилю может потребоваться дифференциальное обслуживание чаще.

Что такое дифференциальное обслуживание?

Обслуживание дифференциалов механиком или техническим специалистом будет включать слив старой жидкости из дифференциалов и замену ее новой жидкостью в соответствии с рекомендациями и спецификациями производителя автомобиля.

Обслуживание заднего дифференциала немного отличается тем, что механик или технический специалист выполняет обслуживание дифференциала и промывку перед заливкой новой жидкости. Обычно это рекомендуется делать каждые 30 000–35 000 миль и, безусловно, до 50 000 миль. Многие механики предлагают проводить обслуживание дифференциала и перестановку шин одновременно, что облегчает запоминание своевременного обслуживания дифференциала.

Можно ли переполнить дифференциал?

На большинстве дифференциалов имеется заливное отверстие, которое может быть закрыто резиновой заглушкой. Это облегчает механику или технику проверку жидкости. Переполнение дифференциала может привести к тому, что уплотнения выдавят вентиляционную трубку. В этом случае необходимо заменить сальники осей. Поскольку это может быть слишком просто сделать, а слив старой жидкости чрезвычайно грязен, всегда рекомендуется привлекать профессионального механика или техника для выполнения дифференциального обслуживания.

Как звучит плохой дифференциал?

Точно так же, как вы обращаете внимание на замену масла в двигателе, дифференциал требует такого же внимания. Дифференциал в вашем автомобиле должен работать правильно для долговечности вашего автомобиля и безопасности. Некоторыми признаками проблем с дифференциалом вашего автомобиля могут быть: 

• Утечка масла: если вы видите, что масло капает из-под автомобиля на одну из осей, вам немедленно требуется профессиональное обслуживание дифференциала.
• Странные звуки: неисправный дифференциал часто издает громкие дребезжащие или жужжащие звуки. Если вы слышите эти шумы из-под машины, обратитесь в дифференциальный сервис.
• Вибрация: Если вы заметили необычную вибрацию во время движения, это может быть дифференциал, и вам стоит обратиться к механику для проверки дифференциала.
• Необычный запах: По мере старения масла дифференциала оно может начать пахнуть гарью. Когда вы чувствуете запах горелого масла, пришло время провести дифференциальное обслуживание.

Можно ли ездить с неисправным дифференциалом?

Дифференциал не выходит из строя без предупреждения. Признаки, которые мы перечислили выше, могут быть тем, что удерживает ваш автомобиль на дороге, если вы выполняете профессиональное дифференциальное обслуживание. Если вы следуете рекомендованному графику замены жидкости и масла в вашем автомобиле, включая дифференциал, у вас никогда не должно возникнуть этих проблем.

Технически да, вождение автомобиля с неисправным дифференциалом возможно, но не рекомендуется. Езда с плохим дифференциалом только усугубит ситуацию, и вы можете оказаться где-нибудь на обочине. Другие компоненты вашего автомобиля также могут быть повреждены, что может стоить вам еще больше денег при капитальном ремонте.

Ваш автомобиль рядом с вашим домом является дорогой и важной инвестицией. Как и в вашем доме, вы должны следовать рекомендуемому графику обслуживания основных компонентов, таких как обслуживание дифференциала, замена масла и перестановка шин. Это считается профилактическим обслуживанием и продлит срок службы вашего автомобиля. Позвоните сегодня по номеру 941-493-6511, чтобы заказать ремонт дифференциала в Венеции, штат Флорида.

Опубликовано в Без рубрики 22 октября 2020 г. в 14:19 автором Rolling Auto Service.

Дифференциал

: почему ваша машина может поворачивать? | Automotive Technology

Дифференциал почти так же стар, как и сам автомобиль, а вполне возможно, даже старше. Без него практически невозможно приручить любую двухгусеничную машину, поэтому найти такую ​​можно в любой машине. Или два… или даже три. Без «дифференциала» мы бы ехали прямо, куда бы мы ни поворачивали руль. И, как вы, вероятно, согласитесь, это было бы не очень практично.

Точно неизвестно, когда был спроектирован и изготовлен первый дифференциал. Некоторые источники говорят, что уже в 100 году до нашей эры древние римляне использовали подобный механизм в морских навигационных устройствах. Однако первое полностью задокументированное механическое устройство с функцией дифференциала было найдено в Китае около 1100 г. н.э. и оно также использовалось в навигационных целях. Эти устройства были встроены в искусно сделанные и довольно причудливые двухколесные экипажи, в которых использовались невероятно продвинутые и сложные механизмы внутри, чтобы их луч всегда был направлен на юг.

В любом случае, и без всяких сомнений, первый современный «автомобильный» дифференциал был запатентован французским часовщиком Онесифором Пеккером в 1827 году как часть «паровой повозки» — предшественника сегодняшних грузовиков и одной из первых машин, которые можно считать легковым автомобилем.

И в безвестных компасовских вагонах Китая, и в паровой повозке Пеккера дифференциал служил тем же двум целям, что и в современных автомобилях. Принцип проще всего понять на автомобиле с продольно расположенным двигателем в переднем и заднем приводе, схема, которая использовалась для первых «настоящих» автомобилей около века назад и до сих пор широко популярна в автомобильной промышленности.

Первая задача дифференциала — распределить мощность между колесами и, в случае с нашей моделью, повернуть ее на 90°. Это можно было бы сделать с помощью простого набора конических шестерен, но тогда автомобиль будет двигаться только по прямой, как по рельсам. Кстати, на железных дорогах традиционно стараются не использовать дифференциалы, так как повороты обычно имеют большой радиус, а трение достаточно низкое, так что не стоит заморачиваться со сложными передачами.

Вторая задача дифференциала — обеспечить управляемость автомобиля. Как следует из названия, дифференциал решает проблему разница  между расстоянием, пройденным внутренним и внешним колесом. В повороте внутреннее колесо, очевидно, проходит меньшее расстояние, чем внешнее, а значит, оно должно делать меньше оборотов.

Если бы на оси не было дифференциала, оба колеса вращались бы с одинаковой скоростью. Следовательно, они будут иметь тенденцию преодолевать одинаковое расстояние друг с другом, что приведет к тенденции идти по прямой линии. Автомобиль с задним приводом толкал передние колеса, а их шины беспомощно скользили. Вот что происходит с внедорожниками, если их водители забывают отключить блокировку заднего дифференциала (об этом позже).

Есть несколько возможных решений этой проблемы. Один из них — сузить заднюю колею (расстояние между колесами на задней оси), что позволило бы уменьшить разницу между пробегами отдельных колес. Чем уже дорожка, тем меньше проблема. Однако при таком подходе мы в конечном итоге получим что-то вроде Velorex или Morgan Three-Wheeler, уменьшив заднюю ось до одного колеса. Отсюда непредсказуемая управляемость и весьма неприятная склонность к переворачиванию.

Еще одно решение — оставить два колеса, но только одно из них будет ведущим. Это использовалось на первых гоночных автомобилях с цепным приводом снаружи кузова. Это простая конструкция с двумя существенными недостатками. Первая — мы теряем 50 % сцепления с дорогой, вторая — машина медленнее в правом повороте и быстрее в левом (или наоборот, в зависимости от того, какое из колес ведущее. Мы, наверное, можем согласитесь, что это тоже нежелательное решение, когда речь идет о безопасности и управляемости — по крайней мере, по современным меркам.^-го -го и 20-го ^-го -го века многие гоночные автомобили не имели даже надлежащих тормозов (хотя некоторые и развивали скорость до 150 км/ч), так что зачем заморачиваться такой мелочью, как неравномерное ускорение в поворотах. Третье и самое элегантное решение — использовать дифференциал, который позволит колесам на одной оси вращаться с разной скоростью, что позволит нам передавать крутящий момент на оба колеса и двигать автомобиль вперед. Умный! Но как это сделать?

Внутри простейшего дифференциала находится набор конических шестерен с карданным валом с шестерней, соединенной с зубчатым венцом под углом 90°, с зубчатым венцом, несущим корпус дифференциала. Вращающаяся клетка оснащена двумя сателлитными шестернями, опять же под прямым углом, которые соединяются с планетарными шестернями, прикрепленными к полувалам, приводящим в движение колеса. Поскольку все устройство включает в себя ряд шестерен, очевидно, что передаточные числа могут быть изменены различными способами.

Применяется и в автоспорте – замена дифференциала является достаточно простой задачей для раллийных механиков и позволяет модифицировать машину для различных условий. На гравийном этапе с большим количеством поворотов и шпилек они будут использовать «короткие» дифференциалы для лучшего ускорения, на асфальтовом ралли с длинными прямыми они пожертвуют частью динамики для увеличения максимальной скорости и установят «длинные» дифференциалы, которые позволяют автомобиль для достижения более высокой скорости при тех же максимальных оборотах двигателя.

Калле Рованпера / Йонне Халттунен, ŠKODA FABIA R5, ŠKODA Motorsport. Ралли Аргентины 2018

Звучит сложно? Возможно, но это все еще самый простой из возможных дифференциалов. Блокируемые дифференциалы, самоблокирующиеся дифференциалы или дифференциалы с векторизацией крутящего момента на порядки сложнее. Причина их существования в том, что базовый «открытый» дифференциал имеет два существенных недостатка. Во-первых, есть значительные механические потери, но они случаются в любом механическом устройстве. Их можно свести к минимуму, но вы никогда не избавитесь от них.

На двоих есть «открытость» дифференциала. Принципиально дифференциал передает больший крутящий момент на колесо с меньшим трением (в свою очередь внешнее). Представьте, что вы останавливаете машину одним ведущим колесом на идеально гладком льду, а другим — на сухом липком асфальте. Вы не сможете двигаться. В этой ситуации одно из колес будет беспомощно крутиться, а другое даже не будет двигаться.

В повседневном использовании обычного автомобиля такой сценарий встречается редко, и с ним всегда можно как-то справиться или обойти его. Однако на пересеченной местности приоритетом является не скорость или точность управления, а способность покорять бездорожье и пересеченность. Вот почему настоящие внедорожники оснащены блокируемыми дифференциалами, которые, как следует из названия, могут блокироваться и превращаться в простой конический редуктор, упомянутый в начале.

Калле Рованпера / Йонне Халттунен, ŠKODA FABIA R5, ŠKODA Motorsport. Ралли Аргентины 2018

Гоночным или раллийным автомобилям, напротив, приходится справляться с низким сцеплением внутреннего колеса, не говоря уже о ситуациях, когда колеса находятся в воздухе. Когда вы боретесь за секунды, вы не можете позволить себе потерять тягу. И поскольку управляемость — это все для гоночного автомобиля, используются дифференциалы повышенного трения. В них используются различные инженерные принципы для предотвращения проскальзывания внутри дифференциала, таким образом передавая некоторый крутящий момент на колесо с меньшим сцеплением, плавно реагируя на условия.

Степень блокировки самоблокирующегося дифференциала измеряется в процентах. 0 % LSD — это открытый дифференциал вашего сада, 100 % — полностью заблокированный дифференциал или ось без дифференциала. Дифференциал повышенного трения 50 % означает, что крутящий момент делится в соотношении 25 % на колесо с меньшей тягой и 75 % на нагруженное.

Существуют также системы, использующие современные технологии для имитации эффекта самоблокирующегося дифференциала. Например, автомобили ŠKODA оснащены XDS+, системой, которая использует автомобильные тормоза для замедления вращающегося колеса. Даже открытый дифференциал затем «думает», что у него есть сцепление с дорогой, и передает крутящий момент на это колесо. Однако для энергичного вождения более сложное решение с механическим дифференциалом повышенного трения по-прежнему является лучшим вариантом. Вот почему самая быстрая OCTAVIA, RS245, использует усовершенствованный дифференциал повышенного трения VAQ на передней оси.

В начале мы упомянули, что у автомобиля может быть не один дифференциал, а два или даже три. Это случай раллийного автомобиля FABIA R5, в котором используется два. Раллийная FABIA, конечно же, полноприводная и поэтому нуждается в дифференциалах на обеих ведущих осях, потому что им обоим нужно решить проблему с разными радиусами — хотя водители ŠKODA Motorsport часто ездят с педалью до упора и все четыре колеса крутятся.

Понтус Тайдеманд / Йонас Андерссон, ŠKODA FABIA R5, ŠKODA Motorsport. Ралли Аргентина 2018

Что касается конкретного использования в ралли, лучшим решением для FABIA R5 является использование двух дифференциалов и жесткого карданного вала между осями. Однако есть автомобили, которые используют третий дифференциал для распределения крутящего момента между отдельными осями. В прошлом большинство полноприводных автомобилей имели эти центральные дифференциалы, но с достижениями в области материаловедения и электроники решение с фрикционной муфтой вместо нее стало более популярным, поскольку оно не только способно имитировать функцию дифференциала, но и может также отсоедините одну ось, если это необходимо.