Via de regra, o segredo da resistência off-road está em seu design especial, que se baseia em um quadro de maior rigidez, um motor potente, além da presença de um sistema de tração integral e de uma caixa de transferência que distribui o torque aos eixos de automóveis e, se necessário, aumenta-o para o valor desejado. Por sua vez, o “razdatka” da nova geração é composto por elementos como diferencial central, transmissão tipo corrente que serve para transmitir o torque do motor ao eixo dianteiro do carro e caixa de redução.
Ao mesmo tempo, é a presença do diferencial central que pode ser considerada o principal diferencial da estrutura da caixa de transferência, que é parte integrante do sistema de tração integral. Este elemento é necessário para garantir a possibilidade de rotação dos eixos motores do veículo em diferentes velocidades. E, para aproveitar plenamente as capacidades do sistema, ele tem a função de diferencial central de travamento, que é a forma mais eficaz de melhorar a patência do veículo.
A implementação desta função pode ser realizada de forma automática e manual. No segundo caso, o bloqueio é feito pelo próprio motorista. Isso acontece com o auxílio de um dispositivo especial - um acionamento, que pode ser mecânico, hidráulico, elétrico ou pneumático. Este tipo de bloqueio é denominado forçado.
O travamento forçado do diferencial central implica, de fato, a cessação total do desempenho de suas funções e a transformação em uma embreagem convencional que acopla rigidamente os semi-eixos ou eixos cardan do carro e lhes transmite a mesma quantidade de torque com o mesmo velocidade angular. É utilizado para superar trechos difíceis do carro e, quando eles passam, deve ser desligado.
O travamento automático, também conhecido como travamento do diferencial de deslizamento parcial, é realizado usando estruturas como:
- acoplamento viscoso,
- Diferencial Torsen,
- Embreagem de fricção.
Acoplamento viscoso, sua estrutura e mecanismo de ação
O acoplamento viscoso é fixado com um acionamento ao copo do diferencial, enquanto sua segunda extremidade é fixada ao semi-eixo do carro. Quando o carro está no modo de condução normal, o copo e o semi-eixo giram na mesma velocidade angular. Esses indicadores podem diferir apenas ligeiramente entre si nas curvas. Ou seja, os próprios planos de trabalho do acoplamento viscoso neste momento apresentam um percentual mínimo de discrepância, e ele próprio está na forma aberta. Se, no entanto, um valor maior de torque for transmitido a algum dos eixos do carro, fazendo com que a velocidade de sua rotação seja muito maior que a dos outros eixos, ocorre atrito no acoplamento viscoso, devido ao qual ele está bloqueado.
Acontece que quanto mais as velocidades angulares de rotação dos eixos do carro diferem entre si, mais atrito ocorre no acoplamento viscoso e mais forte se torna o grau de seu bloqueio. Por sua vez, após o seu alinhamento, o atrito diminui gradativamente, o que leva a uma abertura suave do acoplamento viscoso e ao desengate da trava.
Este diferencial de bloqueio entre eixos tem melhor desempenho ao usar o carro em superfícies de baixa qualidade, porém, em condições off-road reais, não tem o melhor desempenho. O fato é que o acoplamento viscoso simplesmente não consegue lidar com as mudanças rápidas e frequentes no estado de aderência das pontes do carro ao solo, por isso superaquece e falha.
Características do dispositivo diferencial Torsen e seus tipos
Por sua vez, o diferencial autotravante Torsen é uma das formas de travamento mais tecnológicas e eficientes. Distingue-se por uma melhor resposta e pela capacidade de “responder” às alterações no valor do torque no menor tempo possível, respondendo a isso alterando o grau de bloqueio. São os SUVs com diferencial central desse tipo de trava que são os mais confiáveis. Sua ação é baseada nas propriedades de um par de engrenagens hipóides ou helicoidais, que, se necessário, podem “encravar”. Este tipo de construção possui três variedades:
Tipo 1
Como pares hipóides, engrenagens e satélites dos semi-eixos principais estão envolvidos aqui. Os satélites dos semieixos opostos, localizados em relação a eles em posição perpendicular, são interligados por engates do tipo spur.
No modo de condução normal, quando os torques são distribuídos igualmente nos eixos do carro, esses pares ficam em posição estacionária ou se movem em baixa intensidade, garantindo a diferença ideal nas velocidades angulares dos eixos nas curvas. Nos casos em que há um “escorregamento” de um dos eixos, que se expressa na queda do torque sobre o mesmo, os pares de “eixo-eixo satélite” iniciam movimentos rotacionais, o que leva ao atrito e bloqueio parcial do diferencial. Por sua vez, no mesmo momento, o torque é distribuído em favor do semi-eixo de trabalho menos intenso.
Vale ressaltar que o diferencial Torsen Tipo 1 possui o design mais robusto da classe, pois opera na mais ampla faixa de relações de torque de 2,5/1 a 5,0/1.
Tipo 2
O desenho deste diferencial, criado pelo designer inglês Rod Quife, é baseado em engrenagens helicoidais semieixos e engrenagens helicoidais satélites localizadas paralelamente aos semieixos. Quando comparado com o tipo anterior, percebe-se que o circuito diferencial central deste tipo possui menor taxa de travamento, compensada por uma velocidade de resposta mais rápida e maior sensibilidade às mudanças no torque transmitido. Mecanismos semelhantes são usados em carros produzidos internamente, incluindo UAZs.
Tipo 3
O dispositivo diferencial central Torsen do terceiro tipo da Zexel Torsen é em muitos aspectos semelhante ao segundo tipo em termos de características de design e princípio de operação. Aqui também estão envolvidas engrenagens semieixos do tipo helicoidal e engrenagens helicoidais satélites, cujos eixos estão em posição paralela em relação aos semieixos.
Graças à estrutura planetária deste projeto, é proporcionada uma mudança na distribuição nominal do torque em favor de um ou outro eixo do carro. A principal vantagem deste tipo de dispositivo de bloqueio é a sua funcionalidade e compacidade, o que permite simplificar o desenho da caixa de transferência e reduzir o seu tamanho.
Diferenças estruturais das embreagens de fricção
O projeto da embreagem de fricção inclui um tambor que está diretamente conectado ao cubo do carro, vários discos de fricção (dois ou mais), um pistão que comprime esses discos e uma mola que retorna o pistão à sua posição original.
Existe uma conexão rígida entre o tambor e o cubo. Ao mesmo tempo, no seu interior existe um anel que funciona como batente, sobre o qual se encontra uma mola Belleville apoiada no pistão. Por sua vez, o cubo é equipado com canais especiais que realizam a movimentação do óleo entre o pistão e o tambor. Em carros de passeio, as embreagens de fricção de disco são mais usadas, tendo duas superfícies de fricção, consistindo de um disco e dois meios-acoplamentos, e um design multi-placa pode ser frequentemente encontrado em veículos especializados, incluindo tratores.
Vejamos como funciona o diferencial central com embreagem de fricção: no momento em que o carro está em modo de direção normal e suave, a distribuição das velocidades angulares entre os eixos do carro ocorre uniformemente. Porém, quando qualquer um dos semieixos começa a girar mais rápido, os discos de fricção começam a se aproximar, desacelerando com a ajuda das forças de fricção emergentes.
Esse sistema de travamento é altamente eficiente, mas raramente é visto em carros de passageiros de série. Esta tendência é explicada pela complexidade do projeto e pela manutenção específica dos diferenciais de fricção, bem como pela curta vida útil causada pelo rápido desgaste de seus componentes.
O princípio de funcionamento do diferencial central do tipo fricção é utilizado na embreagem Haldex, que, desde 1998, é produzida pela empresa sueca de mesmo nome. No centro da operação deste dispositivo, os fabricantes utilizaram o trabalho de um conjunto eletro-hidráulico de elementos. Mas, apesar da progressividade e do espírito inovador do acoplamento Haldex, suas primeiras versões foram mais um fracasso do que um sucesso, o que exigiu inúmeras melhorias no design, e os desenvolvimentos mais recentes revelaram-se muito bem-sucedidos e muito procurados.
A 5ª geração do acoplamento Haldex está agora em produção, apresentando recursos aprimorados, incluindo:
- a capacidade de controlar o dispositivo independentemente do modo de condução;
- a capacidade de aumentar rapidamente o torque usando controle preditivo;
- a possibilidade de operação permanente da engrenagem principal traseira;
- compatibilidade com vários sistemas de controle de freio automático, incluindo ABS.
Conclusão
Depois de analisar essas informações, você poderá entender por que precisa de um diferencial central. Em termos simples, pode ser chamado de distribuidor de torque nas rodas de um carro, funcionando segundo o princípio das balanças de farmácia: se a mesma carga for colocada em ambos os braços do mecanismo, então ao “levantar pela cauda”, eles sobem da mesma forma, mas se um deles estiver sob uma carga pesada, o segundo ombro se levantará para manter o equilíbrio.