Как работает дифференциал: основные принципы передачи механической работы на колеса автомобиля

Каждый узел автомобиля по-своему уникален, техническое решение создавалось и  с течением времени и, при ужесточении требований к характеристикам вождения, совершенствовалось. Для повышения актуальности автомобилей в 30-е годы прошлого столетия были созданы небольшие документальные фильмы на эту тему, рассказывающие о работе узлов автомобиля. Сейчас мы покажем, как работает дифференциал, на практике, что это станет понятным даже новичку в этой области.

Дифференциал – что это?

Понятие дифференциала для многих любителей автомобиля имеет общие и слишком расплывчатые контуры. По мнению ряда владельцев, это один из узлов транспортного средства. На практике это механизм в составе трансмиссии, устанавливаемой в транспортных средствах и технологических машинах, участвующий в передаче механической работы на колеса автомобиля. Тем не менее, определение не совсем понятно, пока не будут раскрыты его функции.

В техническом плане с помощью дифференциала передается мощность с одновременным ее делением на два дифференциальных (независимых) потока мощности, которые впоследствии связываются и суммируются. В результате этот делать трансмиссии помогает колесам двигаться в разных плоскостях и с разной скоростью, то есть помогает выполнять разные фигуры при движении.

Предлагаем вам ознакомиться с двумя видами видео – прошлого века и одного из авторов автомобильных каналов, раскрывающих тему, как работает дифференциал, с разных точек зрения.

Дифференциал глазами наших предков

На заре автомобильной эры обучающие видео строились на основе объяснения физического явления на прототипе. Для описания дифференциала делалось сравнение взаимодействия мотоциклистов, выполняющих групповые пилотажные фигуры, и автомобильной трансмиссии. Водитель на внешнем радиусе проезжает большую длину пути, чем мотоциклист, движущийся по внутреннему радиусу круга. Кроме того, их движение отличается и разной скоростью. Это же касается и колес, которые движутся по криволинейной траектории, например, на повороте. Именно такое движение предназначен обеспечивать дифференциал трансмиссии.

При выполнении фигур каждое колесо вращается на своей оси. В ранних автомобилях колеса вращались независимо, и только одно из них соединялось с двигателем. Но в случае одного ведущего колеса автомобиль имеет меньшую тягловую силу и рано или поздно застрянет в какой-нибудь яме. Если же оба колеса присоединить к трансмиссии без дифференциала, они будут зависимы, что также не является желательным решением, так как уровень управляемости и устойчивости такого транспортного средства резко падает.

Дифференциал является частью задней или передней оси двигателя. Путем распределения мощности в процессе передачи мощности с маховика двигателя на трансмиссию колеса получают возможность вращаться с разной скоростью. На словах это воспринимается довольно сложно, но сам принцип позволяет разобраться с характером работы, на первый взгляд, сложного устройства.

Процесс организации дифференциала в трансмиссии

В видео мы вам показываем тестовый пример модельной ходовой. Колеса закреплены на независимых осях:

• если добавить спицы к осям они также продолжают вращаться независимо;
• если добавить поперечную планку к спицам, то они будут вращаться одинаково и согласовано. В одном направлении и с одинаковой скоростью;
• если использовать подобие кронштейна, который будет удерживать планку, затем присоединить его к одной из осей и поворачивать одновременно платформу, то опять же колеса будут вращаться равномерно. Но в данном случае есть отличие, что при установке крестовины вместо кронштейна и начале вращения платформы удается передать на одно колесо большую механическую работу, чем на второе. В результате колеса двигаются с разными скоростями, что и требуется для обеспечения нормального плавного тяглового движения.
• причем в случае с крестовиной есть своя особенность. Если она неподвижна (автомобиль едет прямо), колеса двигаются согласовано и с одинаковой скоростью. Но если крестовина делает поворот, то уже работа передается на колеса по-разному и обеспечивает разные скорости движения.

Усовершенствование конструкции простого дифференциала

В реальном автомобиле на дифференциале, если рассматривать принцип передачи механической работы, увеличивается количество спиц на планке и независимых осях колес. В результате передача передает усилие более точно и обеспечивает более мягкое движение с согласованной передачей разных скоростей на разные колеса.

Если изменять и совершенствовать форму, можно получить современный дифференциал, установленный в каждой машине. Он обеспечивает сглаженные углы, мягкое и тихое движение. Замена спиц на шестерню, а затем и распределение функций между двумя шестернями делает процесс передачи работы с разделением скорости более мягким и адаптивным к условиям вождения.

Для более согласованной работы в механическое устройство инженеры вводят большую шестерню. Она присоединена посредством передачи к двум другим шестерням, соединенным с осями. В показанном примере двигатель соединен с дифференциалом через центральную ось. Если уменьшить узел, то нужно еще учитывать и размеры вала, к которому будет присоединен дифференциал. Вал, соответственно, должен учитывать дорожный просвет и особенности размещения. Если занизить крышу и днище, вал будет находиться в салоне, что будет очень неудобно.

Этого можно избежать, если зацепить приводной вал ниже центральной оси. Решение позволяет достигнуть более плавного контакта между всеми шестернями. В результате передача становится и более тихой.

В результате можно сделать вывод, что любой дифференциал влияет на три основных параметра движения автомобиля:

• бесшумность;
• плавность езды;
• обеспечивает более высокую мощность и проходимость транспортного средства.

Причем в данном случае конструкция узла делает устойчивыми оба задних моста автомобиля.

Как работает современный дифференциал?

Современная трансмиссия имеет, прежде всего, дифференциал с двумя ведущими осями. Если вращается один вал, то движение равномерно, если начинает вращаться вторая ось, то обеспечивается распределение мощностей между колесами, но не совсем обычным образом. На одном колесе скорость будет равняться сумме скоростей валов, а на другой – разнице. Что обеспечивает улучшенную маневренность ведущим колесам и всему автомобилю в целом.

Шестерни могут вращаться с разной скоростью, это усложняет алгоритм передачи работы на оси, но и делает движение более плавным. Количество шестерней разработчики увеличивают, чтобы улучшить не только маневренность, но и тягловую силу тягловую силу. Например, для грузовиков используется 6 и более штук.

Подробно, ознакомиться с работой современного дифференциала вы можете в видео. Чем сложнее его конструкция, тем лучше распределение скоростей между колесами и маневренность автомобиля на поворотах и при движении по криволинейной траектории. Также на способность делать крутые виражи существенно влияет конструкционное решение дифференциала. И, соответственно, сложная конструкция увеличивает стоимость узла и самого транспортного средства.

Заключение

Рассмотренный тип дифференциала называется свободным, у него есть свои достоинства и недостатки. Такое устройство часто используется в электрокарах, в частности, в моделях Тесла. Многие компании совершенствуют свои технические решения, именно это уникализирует их автомобили и придает им особые технические качества, прежде всего, улучшающие надежность движения и снижающие риски аварий.

Если вас интересуют возможности по тюнингу установленной у вас трансмиссии и дифференциала, рекомендуем вам обратиться к специалистам «Элит-Авто». Мы подберем самый оптимальный вариант для вашего автомобиля из существующего на рынке ассортимента.