Diferencial padrão. Princípio de funcionamento diferencial

Antes de prosseguirmos com a consideração dos diferenciais, seus tipos e nuances de trabalho, primeiro nos voltamos para a teoria. Por que precisamos de um diferencial nos carros modernos e qual o princípio de seu funcionamento?

O diferencial, como diz a teoria, é dispositivo mecânico com tipo especial planetário transmissão de engrenagem momento de compartilhamento eixo de entrada(no nosso caso eixo cardan) entre os eixos de saída (semieixos) do carro, transmitindo o momento de força do eixo da hélice para semi-eixos traseiros na versão com tração traseira ou diretamente do motor diretamente no semieixo em carro com tração dianteira assim (o diferencial está localizado na caixa de câmbio) que as velocidades angulares de rotação desses semi-eixos podem ser diferentes entre si e as rodas do carro percorrem um caminho diferente (por exemplo, em uma curva). Novamente, tudo desde a teoria, durante a passagem da curva, as rodas do carro passam por trajetórias diferentes, ou seja, ao longo do interior e exterior, portanto, consequentemente, verifica-se que a roda girando ao longo do raio exterior faz (corre) um caminho mais longo do que a roda que gira ao longo do raio interno, o que significa que a velocidade de tal rotação das rodas será diferente, ou seja, a velocidade da roda girando (rodando) ao longo do raio interno deve ser menor que a velocidade da roda que gira ao longo do raio externo.

Essa é justamente a principal tarefa do diferencial, ou seja, distribuir corretamente a velocidade de rotação dos eixos na saída e, consequentemente, das próprias rodas.

O objetivo do diferencial do carro:

- permite que as rodas motrizes girem em diferentes velocidades angulares;

- transfere inseparavelmente o torque do motor para as rodas motrizes.

O principal problema que surgia no alvorecer da era automotiva foi resolvido com a utilização de um diferencial, agora o carro consegue fazer curvas com mais segurança e sem patinagem, portanto, consequentemente, sem carga excessiva na transmissão, nos pneus e nos próprios rolamentos das rodas. Mas havia outro inconveniente.

O diferencial mais simples tem uma "característica" marcante, graças à qual é categoricamente inadequado para situações de estrada difíceis e extremas.

Quando as rodas motrizes têm 100% de tração, tudo correrá bem e o diferencial desempenhará sua função perfeitamente, mas assim que uma das rodas entrar em uma situação em que (o pneu) perca a tração ou caia em um tipo diferente de solo ou gelo, então a roda que perdeu aderência começará a girar, e a roda oposta, que está em solo mais tenaz, simplesmente permanecerá imóvel.

Sem entrar nas próprias nuances do mecanismo, pode-se simplesmente afirmar o fato de que o diferencial não altera seu torque, ele simplesmente redistribui a potência entre as rodas e essa potência estará sempre mais na roda que gira mais rápido. Quando a roda está escorregando, sua resistência e torque serão mínimos, o que significa que o torque transmitido do próprio motor diretamente para a roda será extremamente pequeno, o que significa que na roda oposta este torque lhe corresponderá, ou seja, será mínimo.

Nesse sentido, engenheiros e montadoras da maioria das montadoras começaram a buscar uma nova solução para esse problema. Um grande número de ( tipos diferentes dispositivos) diferenciais. Os principais tipos de pessoas que gostaríamos de consagrar neste artigo. E também gostaríamos de falar aos nossos leitores sobre as principais vantagens e desvantagens específicas de certos tipos desses dispositivos, e também, em que carros modernos podemos encontrar hoje este ou aquele tipo de diferencial.

Diferencial livre (diferencial aberto).

A essência de seu trabalho.

Divide o torque do motor em dois eixos, cada um capaz de girar em uma velocidade diferente.

Desvantagens.

Quando a roda perde aderência na estrada, o torque na roda oposta também diminui (cai). V pior caso, um carro preso terá uma roda girando livremente, enquanto a roda oposta com melhor aderência não pode simplesmente transferir torque suficiente para a superfície (estrada) para mover o carro.

Os modernos sistemas de controle de tração compensam isso aplicando freios à roda que perdeu a tração. Mas essa abordagem do problema ajuda apenas em parte, um diferencial mais complexo, via de regra, atua mais rápido e é mais eficaz do que o mesmo tipo padrão desse mecanismo.

Instalado na maioria dos carros com "nenhuma reclamação" por falta alto poder(eles são poderosos o suficiente), ou que "não têm ambição" para qualquer off-road (SUVs), bem como sobre sedans familiares etc.

Diferencial de bloqueio.

Como ele trabalha.

Quando o diferencial está travado, as rodas da máquina girarão constantemente em velocidades iguais. Na areia, lama e neve, um diferencial bloqueado garante que o torque continue a fluir para as rodas com maior tração.

Desvantagens.

Desbloqueado este mecanismo se comporta exatamente como um diferencial livre. Bloqueio diferencial na superfície com alto nível As propriedades de tração, como no mesmo asfalto seco, impedem a direção do veículo e podem danificar seriamente a transmissão do veículo.

Em quais carros ele pode ser encontrado.

Wrangler ,; ele pode ser instalado opcionalmente na maioria dos jipes e pickups de tamanho normal.

Diferencial de deslizamento limitado. Diferencial de deslizamento limitado.

Como ele trabalha.

O diferencial de deslizamento limitado combina dois conceitos, um sistema de diferencial livre e outro com fechadura. É capaz de funcionar na maioria das vezes como diferencial convencional e em o momento certo bloquear automaticamente, ou seja, no momento em que uma das rodas está escorregando. O bloqueio é alcançado por acoplamento viscoso, ou embreagem de fricção, ou devido a um sistema complexo do tipo hidro-rotor. Em veículos militares, diferenciais de deslizamento limitado por engrenagem ou came são instalados.

Desvantagens.

Diferenciais puramente mecânicos aumento do atrito são reativos. Ou seja, eles não são bloqueados até que ocorra um deslizamento da roda.

Em quais carros ele pode ser encontrado.

com Pacote esportivo(com acoplamento viscoso), (tipo embreagem), (engrenagens helicoidais).

Diferencial de deslizamento limitado controlado eletronicamente.

Como ele trabalha.

As vantagens de tal controle eletrônico no sentido de que aumenta a tração em um canto e o grau de bloqueio do diferencial pode ser ajustado.

Por exemplo, se o computador de um carro detectar que está sobrevirando ao fazer uma curva, ele pode travar o diferencial com mais força para estabilizar o carro.

O que é um diferencial?- Esta é uma parte da transmissão, cujo trabalho é distribuir o torque estritamente igual entre as rodas motrizes de um eixo (fornecido movimento direto carro, bem como com o mesmo diâmetro de roda, aderência e pressão dos pneus), e o diferencial central - na distribuição de torque entre os eixos motrizes, igualmente ou em proporção ótima (diferencial assimétrico).

Diferencial livre (tipo simples)

Organização interna diferenciais são diferentes, e mais difundido obteve um diferencial aberto ou, em outras palavras, um diferencial livre. Este dispositivo puramente mecânico é simples (geralmente existem apenas quatro engrenagens cônicas), compacto e corresponde totalmente ao seu nome: ou seja, ele divide o torque em uma proporção fixa (geralmente 50:50) e não interfere na rotação do eixos de saída em velocidades diferentes. Mas é aí que reside o perigo: se uma das rodas atingir uma superfície escorregadia e pular, a segunda roda também ficará sem tração e o próprio carro não será capaz de se mover. Isso soa familiar?

Os diferenciais de travamento são liberados dessa desvantagem. Ao contrário dos livres, eles já com algum esforço tentam diminuir a velocidade do eixo dianteiro, aumentando o torque do retardado. E embora isso pareça um pouco complicado, na verdade o princípio de operação de tais dispositivos é simples: a força de fricção que surge entre eles impede que os eixos girem em relação um ao outro, e quanto maior for, mais o torque é deslocado em direção ao atraso eixo.

Diferencial com bloqueio rígido

Caso extremo- um diferencial com bloqueio rígido, que, ao comando do motorista, pode conectar os eixos de saída entre si, eliminando completamente o deslizamento de rodas individuais na estrada. No estado "livre", quando a trava está desabilitada, ela não se diferencia de um diferencial aberto, ou seja, oferece a mesma independência de rotação dos eixos.

Esses modelos são bastante difundidos: a capacidade de transferir 100% do torque do motor para um eixo é uma grande demanda no ambiente de SUV, onde diferenciais com travamento rígido são encontrados tanto como diferenciais de eixo cruzado quanto centro-roda.

Ao mesmo tempo, esses diferenciais não estão destinados a ir muito além dos limites designados, pois no asfalto a trava deve ser sempre desligada, caso contrário a transmissão sofrerá cargas excessivas nas curvas. Isso significa que o carro permanece desarmado contra patinagem inesperada áreas escorregadias estradas.

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Diferencial com bloqueio de disco

Claro, isso não é adequado para poderosos carros de passageiros capaz de girar rodas até no asfalto - há vários diferenciais de deslizamento limitado para eles.

Por exemplo, mecanismos de travamento de disco, frequentemente usados ​​no automobilismo e em versões forçadas carros de estrada... Eles são dispostos quase da mesma maneira que os diferenciais livres, mas os eixos deles são conectados uns aos outros por meio de embreagens com mola. Ou seja, no caso de escorregamento, o bloqueio do disco pode adicionar apenas tantos newtonômetros ao eixo de revestimento quanto as embreagens podem suportar antes do início do escorregamento. Como regra, isso é muito pequeno - apenas algumas dezenas de Nm, o que compensará apenas uma ligeira queda no torque, por exemplo, quando uma roda atinge asfalto empoeirado ou úmido.

E o que impede aumentar a força de atrito das embreagens? O problema é que, sendo constantemente apertadas, essas embreagens impedem a rotação livre das rodas em uma curva, o que leva ao desgaste acelerado dos pneus, do próprio diferencial e tem um efeito ambíguo no manuseio.

Diferencial com acoplamento viscoso

Os diferenciais de acoplamento viscosos são desprovidos dessas deficiências. V nesse caso a redistribuição do torque ocorre não por atrito das embreagens, mas pelas propriedades de um fluido especial à base de silicone, que “sabe” solidificar quando aquecido. Ele acomoda dois conjuntos de placas, cada uma delas conectada a seu próprio eixo de saída diferencial. E enquanto o carro está se movendo sem escorregar, e, consequentemente, a diferença na velocidade de rotação dos eixos é pequena, a embreagem não se manifesta de forma alguma, mas assim que um eixo começa a ultrapassar significativamente o outro, o placas agitam o líquido, sua pressão e temperatura aumentam, a viscosidade aumenta - e o acoplamento viscoso freia o eixo. Ao mesmo tempo, a resistência pode ser tão grande que o bloqueio fica quase rígido - 100% do torque pode ser transmitido para cada eixo!

Por que, então, o acoplamento viscoso não é freqüentemente encontrado em SUVs? Existem duas razões para isso: a primeira é a tendência de superaquecimento durante o escorregamento prolongado, a segunda é o atraso na resposta, porque leva tempo para aquecer o fluido. Este último também preocupa fabricantes de potentes carros de passageiros: A lentidão não beneficia o manuseio. Mas há quem ainda consiga atingir excelentes características de condução: isto é Subaru Impreza e Nissan 370Z, Nissan Cefiro e Lexus IS com tração nas quatro rodas.

Mais sofisticados são os diferenciais de travamento de parafuso, como o Torsen e o Quaife. Ao contrário de todos os anteriores, criados com base no princípio do "diferencial aberto com engrenagens cônicas + travamento", esses modelos estão dispostos de uma forma completamente diferente. Característica em astúcia engrenagens sem-fim: quando o torque cai em um dos eixos, as engrenagens começam a travar e o momento é imediatamente transferido para o outro eixo. Ou seja, o diferencial nem espera o início da patinagem - ele reage à deterioração da tração! Além disso, o que motorista mais forte pressiona o gás, mais "dura" é a conexão entre os eixos: no limite, um eixo pode responder por até 80% do torque. Acontece que o diferencial é “travado” quando é necessário - no momento da aceleração, e não interfere na rotação independente dos eixos quando o gás é liberado.

Esse comportamento lógico e desempenho extremamente rápido veio a calhar em áreas completamente diferentes: esses diferenciais podem ser encontrados em carros de alta velocidade Audi com full Quattro drive, e em um SUV reconhecido Toyota Land Cruzador.

A desvantagem de tais dispositivos é uma - impotência contra suspensão diagonal, porque o calçamento das engrenagens só é possível se houver pelo menos alguma força de resistência na roda deslizante. Nas mesmas condições, o diferencial com travamento de disco tentará de alguma forma ajudar, e o acoplamento viscoso, “agarrado” após várias voltas da roda, transferirá completamente a maior parte do momento para o eixo oposto.

Embreagem de disco

Acontece que todos os diferenciais são algum tipo de compromisso entre a habilidade off-road e o manuseio? Sim, mas isso só durou até que a parte eletrônica finalmente chegasse a esta parte do carro. Isso aconteceu em meados da década de 1980, quando a Mercedes e a Porsche equiparam quase simultaneamente seus modelos com diferenciais de embreagem de múltiplas placas controlados eletronicamente. Estruturalmente, assemelhavam-se a mecanismos com travamento de disco, mas as embreagens neles não eram mais pressionadas por uma mola, mas por um acionamento hidráulico, que, ao comando da unidade de controle, poderia enfraquecer ou, ao contrário, aumentar a pré-carga.

Com isso, as características do diferencial passaram a ser determinadas com pontos código do programa, e os designers receberam uma enorme quantidade de customização. Por exemplo, para melhor manobrabilidade, pode-se afrouxar a conexão entre os eixos na entrada para a curva, e então, na saída, ao contrário, travar a embreagem para o máximo overclocking efetivo... Você pode bloquear completamente o diferencial, e então o carro não tem medo de qualquer travamento diagonal.

Parece que tal diferencial não tem pontos fracos... Mas, como todo mundo, ele redistribui o torque, equalizando a velocidade de rotação dos eixos. E se o diferencial, por outro lado, fizesse um eixo girar mais rápido do que o outro? Afinal, ele poderia adicionar um momento à roda externa para a curva e, assim, ajudar a “reabastecer” o carro no arco ...

Diferenciais ativos

Foi assim que surgiu a ideia de um diferencial ativo - o mais perfeito no este momento... A pioneira nesta área é a Mitsubishi, que equipou o seu Evolução do lanceiro... Tomando o diferencial aberto usual como base, os japoneses conectaram adicionalmente os eixos de saída por meio de duas engrenagens - para cima e para baixo, cuja inclusão é controlada pela eletrônica usando embreagens molhadas... Assim, ao engatar uma determinada marcha, o computador pode fazer um eixo girar mais rápido ou mais devagar do que o outro! O esforço, ou melhor, a quantidade de torque transferido, é regulado pela alteração do grau

derrapagem da embreagem.

Diferencial ativo é definido como eixo traseiro carro, dotando-o de estabilidade sem precedentes nas curvas: onde qualquer outro em resposta à adição de gás teria há muito tempo “pendurado” em uma derrapagem, um carro com tal diferencial só é aparafusado mais ativamente em uma curva. O off-road também não é assustador - se uma das rodas parar de funcionar, a segunda tenderá a girar ainda mais rápido.

O diferencial é nó importante no projeto da transmissão do veículo. O objetivo do diferencial é dividir a potência proveniente do motor em dois fluxos separados.

O que é um diferencial e para que serve

Ao girar, as rodas do carro percorrem um caminho diferente. Isto leva a desgaste pesado pneus, escorregões e deterioração do manuseio da máquina. O diferencial é necessário para compensar a diferença nas velocidades angulares das rodas.

Alguns carros não possuem esta unidade. Por que você precisa de um diferencial se, por exemplo, cada uma das rodas motrizes de um carro tem um motor separado? Se o giro da roda for aceitável (por exemplo, em carros de rally), o conjunto é soldado.

Como funciona um diferencial?

O diferencial é simples em princípio. É baseado em engrenagem planetária, que consiste em engrenagens de semieixo, engrenagens satélites, engrenagens acionadas e motrizes (a rotação é transmitida através da engrenagem motriz).

Existem 3 modos:

• Dirigindo em uma estrada reta. As rodas do carro encontram a mesma resistência - isso impede que as engrenagens do satélite se movam. Portanto, a potência é distribuída em uma proporção de 50/50 - igualmente para cada roda. Neste caso, o período de rotação das rodas é igual ao período de rotação da engrenagem acionada.
• Vez. Uma situação diferente surge ao girar. Devido às diferentes resistências, a velocidade angular de uma das rodas diminui, como resultado, a engrenagem do meio eixo também diminui. Isso coloca os satélites em movimento. Sua rotação proporciona um aumento na velocidade da segunda marcha dos semi-eixos. É por isso que a relação das velocidades de rotação das rodas muda (o torque é distribuído em proporções iguais), e seu giro está ausente.
• Escorregar. Se o carro ficar preso ou bater em uma superfície dura, uma das rodas pode escorregar. A roda deslizante quase não encontra resistência e, para uma roda presa, ela é máxima. Devido ao diferencial do carro, a potência é redistribuída. A proporção pode ir até 0/100 (uma roda gira e a outra gira em velocidade dupla). Então o carro se levanta e não consegue se mover. Portanto, muitos carros modernos equipado com um bloqueio do diferencial.

Por tipo de tipo de transmissão de engrenagem diferenciais do carro são: cilíndricos, cônicos e sem-fim. O mais universal é o último tipo - é instalado como nos sistemas tração nas quatro rodas e em veículos com 1 eixo motor. Cilíndrico é mais adequado para instalação entre pontes carro com tração nas quatro rodas... E os carros com tração dianteira e traseira são equipados com carros cônicos.

Bloqueio diferencial

O mais importante é o bloqueio em um carro com tração nas quatro rodas. E a razão não é apenas que eles são explorados com mais frequência off-road. Devido às características de design de tais veículos, se uma roda perder tração, o torque pode ser reduzido nas outras três. Por causa disso, o carro não anda.

O bloqueio ocorre devido ao "desligamento" das engrenagens satélites ou transferência de potência para o semi-eixo carregado. Dependendo do método de redistribuição, os mecanismos de bloqueio podem ser totais ou parciais. Diferenciais de travamento automático são comuns - eles são instalados em cruzamentos. Seu trabalho permite que você distribua o torque de maneira ideal.

O dispositivo mais complexo é o bloqueio eletrônico. É combinado com o sistema estabilidade direcional... Nesse caso, os parâmetros de movimento do carro são determinados pelos sensores. E o computador do carro é responsável pela distribuição da energia.

Localização

Existem 2 tipos de diferenciais: intereixo e interwheel (localizado na carcaça do eixo motor). Esses tipos de diferenciais têm várias diferenças. A localização da montagem depende do tipo de acionamento do veículo.

Interwheel é instalado em carros com um ou dois eixos motores. Em carros com tração dianteira devido à falta de transmissão cardan o nó está localizado imediatamente atrás do ponto de verificação (ou eles são combinados em um caso). Em máquinas com Tração Traseira ele é instalado na caixa de engrenagens.

O eixo central é instalado em carros com tração nas quatro rodas. Já não distribui potência entre as rodas, mas entre os dois eixos. Esta unidade é usada para subidas e descidas. Devido à inclinação do carro, a massa é redistribuída e um dos eixos fica mais carregado.

Maioria carros com tração nas quatro rodas equipado com 3 diferenciais ao mesmo tempo (2 - interwheel e 1 - intereixo). Ao mesmo tempo, para uma máquina com um eixo motriz, apenas 1 unidade de eixo transversal é suficiente.

Tipos de diferenciais de carros

Os tipos de diferenciais de acordo com o princípio de operação são os seguintes:

Conclusão

Um carro com diferencial é mais seguro. O dispositivo permite não só andar confortavelmente na pista, mas também realizar manobras difíceis... No entanto, ao dirigir fora de estrada e em superfícies escorregadias, a controlabilidade de um veículo com diferencial pode se deteriorar. Nesse caso, bloquear o componente ajudará. A maioria dos carros são equipados com bloqueio automático, portanto, não há dificuldade em usá-lo. Se for ativado manualmente, só deve ser ativado em seções de estrada particularmente difíceis. Caso contrário, existe o risco de danos graves aos pneus.

Quando o veículo se move em curvas, as rodas do eixo motor cobrem um caminho de comprimentos diferentes. Para evitar que os pneus escorreguem, as rodas devem girar em velocidades diferentes. Considere: o que é um diferencial e como funciona, quais são as variedades.

O que é isso?

O produto da força de tração pelo raio da roda dá o torque que o diferencial deve transmitir às rodas. Quando a tração é fraca ou uma roda está suspensa, o torque e a tração na roda são muito pequenos ou nulos, o veículo não será capaz de continuar a dirigir. Esta é uma característica do diferencial de engrenagem cônica amplamente difundido. Esse tipo de diferencial é denominado simétrico, pois distribui o torque igualmente entre as rodas.

Isso ocorre porque o satélite funciona como uma alavanca de braço igual e transfere apenas forças iguais para as engrenagens do eixo e, consequentemente, para as rodas motrizes. Se uma das rodas tiver pouca aderência superfície da estrada, então o torque efetivo sobre ele é pequeno, respectivamente, o diferencial simétrico fornecerá a mesma força para a outra roda. Ou seja, se uma roda está escorregando, a força de tração na segunda é zero, o que afeta negativamente a habilidade de cross-country.

Para melhorá-lo nos carros, são usados ​​bloqueios de diferencial total ou parcial, cujo grau é estimado pelo coeficiente de bloqueio.

Existem vários tipos de diferenciais.

Diferencial com bloqueio total

Exemplo - bloqueio diferencial central no VAZ-2121. Operado à força pelo motorista. Velocidades angulares As rodas são sempre iguais aqui, o que contradiz as condições de direção do carro ao longo de uma curva, leva ao desgaste da borracha e à deterioração do manuseio em uma superfície dura.

Acoplamento viscoso

O princípio de operação do acoplamento viscoso Baseia-se nas propriedades especiais de um fluido especial de silicone: quando a temperatura sobe, sua viscosidade não diminui, como, por exemplo, com o óleo, mas aumenta. O acoplamento viscoso é um cilindro cheio de fluido de silicone. Em seu interior está um pacote de discos perfurados, conectados por um, respectivamente, aos eixos acionador e acionado.

V transmissão com tração nas quatro rodas no condições normais de movimento, os eixos giram aproximadamente à mesma velocidade: o eixo de entrada é movido pelo torque do eixo motriz principal e o eixo de saída gira as rodas com as quais está conectado. Quando as rodas do eixo motriz principal escorregam, o eixo de entrada gira mais rápido do que o eixo de saída (a máquina está praticamente estacionária), o fluido se aquece com o atrito contra os discos e a embreagem começa a transmitir mais torque ao eixo de saída.

Uma desvantagem significativa do acoplamento viscoso: a atuação do acoplamento leva tempo e sua característica ótima é difícil de encontrar. Portanto, muitos fabricantes estão abandonando o uso de embreagens viscosas em favor de embreagens de placas múltiplas controladas eletronicamente.

Thorsen

Essa conexão cinemática rígida permite que as rodas do carro girem em velocidades diferentes. As forças de atrito que surgem na engrenagem helicoidal da diferença de momentos nas rodas realizam o bloqueio do diferencial. A falha de projeto é a complexidade de fabricação, montagem da unidade como um todo e reparo.

Quife

Quando uma das rodas começa a ficar para trás, a engrenagem de meio eixo associada a ela começa a girar mais lentamente do que a caixa do diferencial e gira o satélite que a engata. Ele transfere o movimento para o satélite a ele associado, e este, por sua vez, para a engrenagem de meio eixo. Isso garante diferentes rpm da roda no canto.

Devido à diferença de torque nas rodas, surgem forças de atrito, que realizam um bloqueio, o que aumenta a força de tração do carro, aumentando sua capacidade de cross-country. Diferenciais desse tipo são mais amplamente usados ​​em afinação.