Какви са различните видове автомобилни диференциали?

Подобно на повечето неща в съвременните автомобили, обикновената предавка, известна като диференциал, е имала непрекъснато усъвършенстване и експериментиране – което е довело до развитието на редица типове, всеки със свои предимства и недостатъци.

Какво е диференциал?

 Диференциалът в автомобил  е система, която предава въртящия момент на двигателя към колелата. Той предава мощността от двигателя и я разделя, като позволява на всяко колело да се върти с различна скорост. Може би си мислите, защо колелата на колата изобщо трябва да се въртят с различна скорост? Преди изобретяването на автомобили, вагони, колесници и каруци, всички са страдали от един и същ проблем а именно – влачене или плъзгане на едно колело, когато се опитват да завият. Индустриалната революция добави нов проблем за преодоляване – как да позволите на задвижваните от двигателя колела, монтирани на една и съща ос, да се въртят независимо един от друг? Най-ранните модели автомобили не са знаели как да подходят към тази дилема, те просто са задвижвали само едно колело на независима ос. Това далеч не е било идеалното решение, тъй като колелата често бяха подсилени и срещаха чести проблеми със сцеплението на нещо различно от твърда, равна земя. В крайна сметка през 1827 г. френският часовникар Onésiphore Pecqueur изобретява отворения диференциал, дизайнът, от който произлизат всички останали диференциални системи.

Когато колата ви завива под определен ъгъл на завоя, колелото отвътре трябва да се върти по-бавно от колелото отвън, тъй като изминава по-малко разстояние. Вашият диференциал разпределя равномерно въртящия момент към двете колела, което им позволява да реагират, за да осигурят сцепление или да реагират на съпротивление. Колелото, което има най-голямо съпротивление, ще се върти по-малко и колелото с най-малко съпротивление ще се върти по-бързо.

Различните типове диференциали (и как работят)

ОТВОРЕН ДИФЕРЕНЦИАЛ:

Отвореният диференциал е най-простият, надежден и често срещан дизайн, поставен в повечето съвременни превозни средства. Задвижваната зъбна предавка, намираща се в края на задвижващия вал, се зацепва с пръстеновидната предавка, която след това предава мощността към двете оси чрез друг набор от предавки. Той разделя въртящия момент на двигателя на два изхода, позволявайки на колелата да се въртят с различни скорости. При отворен диференциал нивото на въртящ момент зависи от количеството сцепление на гумата. Ако гумата загуби сцепление, по-малък въртящ момент се прилага към двете колела. Ето защо колата ви може да заседне, ако под едно колело има кал или лед. Диференциалът в най-основната си форма включва две половини на ос с зъбно колело на всеки край, свързани заедно с трета предавка, съставяща три страни на квадрат. Това обикновено се допълва от четвърта предавка за допълнителна здравина, завършваща квадрата. След това тази основна единица се увеличава допълнително чрез пръстеновидна предавка, която се добавя към корпуса на диференциала, който държи основните зъбни колела – и тази пръстеновидна предавка позволява задвижването на колелата чрез свързване към задвижващия вал чрез пиньон.

В този пример можете да видите трите страни на вътрешното зъбно колело, които съставляват основния механизъм, като по-голямото синьо зъбно колело представлява пръстеновидното зъбно колело, което ще се свърже с задвижващия вал. Лявото изображение показва диференциала с двете колела, въртящи се с еднаква скорост, докато дясното изображение илюстрира как вътрешните предавки се включват, когато едното колело се върти по-бавно от другото.

Предимства:

• Основният му дизайн означава сравнително евтино производство.

Недостатъци:

• Ако една гума загуби сцепление, противоположната гума също ще загуби мощността си. Поради тази причина отворените диференциали не са подходящи за превозни средства с висока производителност или неравни повърхности.

---

ЗАКЛЮЧЕН ДИФЕРЕНЦИАЛ:

Заключеният или заключващ диференциал е вариант, който се среща при някои превозни средства, предимно тези, които излизат извън пътя. По същество това е отворен диференциал с възможност за заключване на място, за да се създаде неподвижна ос, вместо независима. Това може да се случи ръчно или по електронен път в зависимост от технологията в автомобила. По дизайн и функция  заключеният диференциал  е почти идентичен с отворен диференциал. Той все още разпределя въртящия момент на двигателя между двете колела еднакво като отворен диференциал. И двете колела могат да се движат с еднаква скорост, независимо дали колелото има сцепление или не.

Предимството на блокирания диференциал е, че той може да постигне значително по-голямо сцепление от отворения диференциал . Тъй като въртящият момент не е разделен по равно 50/50, той може да насочи повече въртящ момент към колелото, което има по-добро сцепление – и не е ограничен от по-ниското сцепление на другото колело във всеки един момент. Тъй като е малко вероятно да пътувате със висока скорост и обикновено пътувате по неравна земя, проблемът със съпротивлението и износването на гумите около ъглите на неподвижна ос е по-малък. Един недостатък на блокираните различия се нарича свързване, което се случва, когато излишната ротационна енергия (въртящ момент) се натрупва в задвижващия механизъм и се нуждае от освобождаване – обикновено се постига чрез напускане на колелата от земята за нулиране на позицията. Или просто като освободите ключалките, след като вече не са необходими. Представете си дълга картонена тръба, държана на всеки край, и след това усукване на тръбата в противоположни посоки до точката, в която тръбата вече не може да издържи на силата и се сгъва и разкъсва – това е обвързващо. Това се случва, защото колелата се движат с различна скорост, което усуква осите и оказва повишено налягане върху зъбните колела – но натоварването на колелата и тяхното повишено сцепление е достатъчно, за да се предотврати плъзгането на гумите, за да се освободи налягането.

Предимства:

• Заключеният диференциал може да постигне по-голямо сцепление от отворения диференциал. 

Недостатъци:

• Обвързването може да възникне, когато излишният въртящ момент се натрупа в задвижващата система и се нуждае от освобождаване. Това се случва, когато колелата се движат с различна скорост и усукват осите. 
• Може да бъде много трудно да шофирате върху повърхности с високо сцепление, тъй като и двете задвижвани колела се въртят с еднаква скорост. 

---

ЗАВАРЕН / МАКАРЕН ДИФЕРЕНЦИАЛ:

Заварените диференциали по същество са същите като заключен диференциал, само че той е заварен трайно от отворен диференциал в неподвижна ос (известен също като макарен дриф.) Това обикновено се прави само при специфични обстоятелства, /  неподвижна ос, която улеснява едновременното въртене на двете колела – например в автомобили, предназначени за дрифт.

Обикновено не се препоръчва, тъй като топлината от заваряването може да компрометира здравината на компонентите и да увеличи риска от катастрофална повреда на частта – потенциално дори да доведе до счупени диференциални предавки, които експлодират през корпуса на диференциала и представляват опасност за другите участници в движението и пешеходците.

ДИФЕРЕНЦИАЛ С ОГРАНИЧЕНО ПРИПЛЪЗВАНЕ:

Диференциалите с ограничено приплъзване  съчетават предимствата както на заключени, така и на отворени диференциали чрез по-сложен дизайн. Той използва интегрирана система на съединителя, която автоматично заключва лявата и дясната страна на оста заедно, когато колелото започне да губи сцепление и да се плъзга. Диференциалите с ограничено приплъзване са предпочитаният дизайн на диференциала за високопроизводителни и тежки теглещи превозни средства.

Предимства:

• Автоматично се заключва, когато възникне подхлъзване.

Недостатъци :

• Не може да се заключи напълно. Системата изисква разлика в скоростта между двете страни, за да предава въртящ момент.
• Чисто механичните диференциали с ограничено приплъзване реагират – те не започват да се блокират, докато не се случи приплъзване на колелото.
• Често се изисква редовна смяна на маслото, а съединителят е по-вероятно да се износва и да изисква подмяна.
  

  МЕХАНИЧЕН СЪЕДИНИТЕЛ LSD:

  Този тип LSD обгражда същите зъбни колела, наблюдавани при отворения диф с двойка пръстени за притискане, които упражняват сила върху два комплекта плочи на съединителя, разположени до зъбните колела. Това осигурява устойчивост на независимото въртене на колелата, променящо ефекта на диференциала от отворен на заключен – и му осигурява повишено сцепление, когато този тип се възползва от отворен диференциал.

  LSD на механичния съединител също са допълнително разделени на подтипове, които се държат по малко по-различен начин и се променят, когато се упражнява натиск върху плочите на съединителя и притискащите пръстени:

  • При еднопосочен LSD налягането се упражнява само при ускорение. Това означава, че при завиване и изключване на мощността разликата се държи като отворен тип, което им позволява да се въртят независимо – но при ускорение принудителното въртене на диференциала се създава триене в пластините на съединителя, като ги заключва на място, за да се постигне повече сцепление.

  Недостатъкът на механичните LSD е, че те изискват редовна поддръжка, за да продължат да функционират и са склонни да се износват напълно, което прави скъпа подмяната на части.

  ВИСКОЗЕН LSD:

  Вторият тип диференциал с ограничено приплъзване, използват гъста течност вместо съединители, за да създадат съпротивлението, необходимо за промяна на поведението на диференциалите между отворено и заключено. Поради наличието на по-малко движещи се части от механичния LSD, VLSD са по-прости, но имат и по-широк спектър от предимства и недостатъци.

  При основната им работа ефектът е по-плавен в приложение от механичните LSD, тъй като съпротивлението се увеличава в унисон със скоростта, с която се движат колелата в сравнение с диференциалния случай – осигурявайки много постепенно увеличение.

  VLSD също са в състояние да насочват въртящия момент по-ефективно към колелото, което има повече сцепление . Тъй като течността действа устойчиво при скорост, ако някое колело изгуби сцепление и завърти разликата в скоростта между двете колела вътре в диференциала, създава по-голямо съпротивление на по-бавно движещото се колело – насочвайки повече въртящ момент от задвижващия вал към него.

  VLSD стават по-малко ефективни при продължителна употреба, тъй като течността се нагрява, става по-малко вискозна и осигурява по-малко съпротивление. Той също така не може да се заключи толкова пълноценно, колкото механичен LSD, поради това, че течността не е в състояние да осигури абсолютна устойчивост в рамките на достатъчно пространство.

  Недостатък както на механичните, така и на вискозните LSD е, че системата не винаги насочва ефективно въртящия момент по време на завиване при висока скорост, тъй като може да интерпретира по-бързо движещото се външно колело като загуба на сцепление. След това насочва въртящия момент към вътрешното колело, генерирайки прекомерно / недозавиващо движение в противоположния момент, когато това е необходимо.

  ДИФЕРЕНЦИАЛ НА TORSEN:

  Диференциалът Torsen ( Tor que – Sen sing) използва някои интелигентни зъбни колела, за да постигне същия ефект като диференциал с ограничено приплъзване без необходимост от съединители или устойчивост на течност.

  Той постига това чрез добавяне на слой червячна предавка към традиционната предавка, настроена на отворен диференциал. Тези комплекти червячни зъбни колела, действащи на всяка ос, осигуряват съпротивлението, необходимо за осигуряване на пренос на въртящ момент, като червячните зъбни колела са в постоянна мрежа помежду си чрез свързани зъбни зъбни колела.

  Постоянната мрежа между двете страни на диференциала има допълнителното предимство от незабавното предаване на въртящия момент, което го прави изключително реагиращ на променящите се условия на пътя и шофиране.

  Докато отвореният диференциал винаги трябва да разделя разделянето на въртящия момент 50/50 между всяко колело, то диференциалът Torsen е способен да насочва по-голям процент въртящ момент през едно колело в зависимост от съотношенията на предавките. Това премахва ограничението на мощността, от което страдат от отворените диференциали, тъй като наличният въртящ момент не е ограничен от количеството сцепление на двете колела.

  Освен това, зъбното колело може също да бъде обработено по такъв начин, че да предаде различно съотношение на съпротивление при ускоряване и забавяне по същия начин, както това прави един и половина диференциал с ограничено приплъзване. Всичко това се постига механично, без използването на електроника или каквато и да е форма на нетрайни части, които са жертва на триенето, и като цяло диференциалът Torsen е превъзходната механична система, която съчетава основните предимства на всички предишни диференцирани типове.

  АКТИВЕН ДИФЕРЕНЦИАЛ:

  Много подобен на диференциала с ограничено приплъзване, активният диференциал все още използва механизми за осигуряване на съпротивлението, необходимо за прехвърляне на въртящия момент от едната страна на другата – но вместо да разчитат на чисто механична сила, тези съединители могат да бъдат активирани по електронен път. Активният диференциал може да използва електроника за изкуствено изменение на механичните сили, които системата изпитва чрез промяна на условията на шофиране. Това ги прави контролируеми и по този начин програмируеми и използвайки набор от сензори в автомобила, компютърът може автоматично да разпознае към кои задвижващи колела да насочи захранването и кога.

  Това драстично подобрява производителността, особено върху несъвършените пътни настилки, и е особено предпочитано от рали шофьорите, чиито автомобили издържат на бързо променящи се условия на шофиране и се нуждаят от система, която може да бъде в крак с непрекъснатите им настройки на автомобила.

  ДИФЕРЕНЦИАЛ ЗА ВЕКТОРИЗИРАНЕ НА ВЪРТЯЩИЯ МОМЕНТ:

  TVD отвежда тази електронно подобрена система още по-далеч, като я използва за манипулиране на ъгъла или вектора на превозното средство при и извън завоите, като насърчава конкретни колела да получават повече въртящ момент в ключови моменти – подобрявайки ефективността при завиване. Чрез активиране на противоположния съединител на това, което обикновено механично задвижван LSD би включил, можете да използвате ефекта, за да подпомогнете управлението, като същевременно намалите повече мощност, преодолявайки недостатъците в LSD системата.

  При влизане в ъгъла, многопосочен LSD оказва съпротивление и на двете колела, за да блокира поне частично оста и да я стабилизира при спиране – което след това се освобождава, когато скоростта на колелото падне и автомобилът се завърти, позволявайки на колелата да се въртят при различни скорости.

  Въпреки това, вместо да освободи съпротивлението и на двете колела, TVD продължава да активира съединителя само на външното колело – увеличавайки съпротивлението, изпитвано от това колело и правейки системния канал по-голям въртящ момент през него. Този външен дисбаланс на мощност насърчава превозното средство да завие по-рязко в завоя и да намали недозавиването. Продължавайки да прилага това съпротивление през ъгъла, докато превозното средство премине върха и започне да ускорява, то ще продължи да отменя нормалния многопосочен LSD – което отново би интерпретирало по-бързо движещото се външно колело като плъзгане и отклоняване на въртящия момент по време на ускорението към вътрешно колело, което възприема като по-голямо сцепление. Тъй като TVD оказва по-голямо съпротивление върху съединителя на външните колела, той подвежда системата да отклонява повече въртящ момент през него – увеличавайки количеството мощност, която може да бъде приложена и намалявайки недозавиването при ускорение извън ъгъла.

  Диференциалът за вектора на въртящия момент е способен да канализира 100% от наличния въртящ момент през едно колело, когато е необходимо при най-екстремни обстоятелства.

  Недостатъкът на системата е, че е много сложна и много скъпа и обикновено се използва само за състезателни / пистови приложения поради нейния потенциал за високоскоростно завиване.

  Всяка система притежава предимства и недостатъци и въпреки че по-сложните системи обикновено са по-добри, те имат свързана цена, която далеч надхвърля по-опростените системи. Няма да имате особена нужда от диференциал за векториране на въртящия момент, когато отивате до супермаркета – но може да искате заключващ диференциал, ако случайно живеете в селско населено място и да имате по-добър достъп от офроуд превозно средство.

  Как можете да се погрижите за диференциала

  Както при всеки компонент в превозно средство, редовното обслужване се равнява на оптимална производителност. Специалистите по трансмисии често използват диференциално масло  за смазване на диференциалите и ръчните трансмисии, така че да функционират безопасно и безпроблемно. 

  С течение на времето диференциалната течност може да се замърси. Продължаването на шофирането със замърсена диференциална течност е рисковано, тъй като може да доведе до ненужно износване на компонентите. В най-лошия случай замърсената течност може да доведе до трайна повреда на превозното средство. 

  Признаците, че вашият диференциал може да се нуждае от обслужване, са:

  • Въртящ шум при забавяне на автомобила ви.
  • Хленчене или вой при ускоряване с големи или малки скорости. 
  • Хъркане или бръмчене със скорост над 30 км / ч
  • Звънтящи звуци на всеки няколко метра или когато колата ви започне да се движи.
  • Устойчиви вибрации, които се увеличават със скоростта на автомобила.

  Планирайте диференциалното ви масло да се сменя на всеки 50 000 км от обучен техник. Чистото, прясно масло ще защити диференциала ви и ще доведе до по-безопасно пътуване.