Automobilový diferenciál: zařízení, poruchy a způsob výběru
Obsah
V technické dokumentaci plnohodnotných SUV, některých crossoverů a městských automobilů s pohonem všech kol je výraz „uzávěrka diferenciálu“. Pojďme zjistit, co to je, jaký je jeho účel v autě, jak to funguje, a také jak zvolit nový, který nahradí vadný.
Co je to diferenciál stroje
Diferenciál v automobilu je převodový prvek. Poskytuje nezávislé otáčení hnacích kol, ale současně přenáší stejný točivý moment na každé z nich.
Tento prvek je obzvláště důležitý pro stabilitu vozu v zatáčkách. Z fyziky víme, že při otáčení kolo na vnitřní straně půlkruhu cestuje kratší cestou než kolo na vnější straně kruhu. U hnaných kol to není vůbec cítit.
Pokud jde o hnací kola, pokud by v převodovce nebyl žádný diferenciál, jakékoli auto by během zatáček výrazně ztratilo stabilitu. Problém je v tom, že vnější a vnitřní kola se musí v zatáčkách otáčet různými rychlostmi, aby byla zachována přilnavost. Jinak by jedno z kol buď sklouzlo, nebo proklouzlo.
Diferenciál je namontován na hnané nápravě. U vozidel s pohonem všech kol (třída SUV nebo 4x4) je tento mechanismus k dispozici na všech nápravách.
U některých automobilů je diferenciál svařen speciálně pro unášení vozu. Příkladem toho jsou soutěžní vozy s pohonem všech kol se svařovaným diferenciálem. Pro běžnou jízdu ve městě je však lepší použít tovární diferenciál nebo, jak se také říká, otevřený diferenciál.
Diferenciální historie a účel
Konstrukce diferenciálu se objevila téměř současně se zahájením výroby vozidel vybavených spalovacím motorem. Rozdíl byl jen pár let.
První vozy byly v zatáčkách tak nestabilní, že si inženýři museli lámat hlavu nad tím, jak přenést stejný tah na hnací kola, ale zároveň je vyrobit tak, aby se mohli v zatáčkách otáčet různými rychlostmi.
I když nelze říci, že samotný mechanismus byl vyvinut po příchodu automobilů se spalovacími motory. Faktem je, že k vyřešení manipulace s prvními vozy byla vypůjčena vývojka, která se dříve používala na parních vozech.
Samotný mechanismus vyvinul francouzský inženýr - Onesifor Pekker v roce 1825. Ferdinand Porsche pokračoval v práci na prokluzu v autě. Ve spolupráci mezi jeho společností a ZF AG (Friedrichshafen) byl vyvinut vačkový diferenciál (1935).
Masivní používání diferenciálů LSD začalo v roce 1956. Tuto technologii používali všichni výrobci automobilů, protože otevírala nové možnosti pro čtyřkolová vozidla.
Diferenciální zařízení
Diferenciál byl založen na planetové převodovce. Jednoduchá převodovka se skládá ze dvou rychlostních stupňů, která mají různý počet zubů stejné velikosti (pro konstantní velikost oka).
Když se větší ozubené kolo otáčí, menší otáčí kolem své osy. Planetová modifikace zajišťuje nejen přenos točivého momentu na hnanou nápravu, ale také jej převádí tak, aby se rychlosti hnacího a poháněného hřídele lišily. Kromě obvyklého převodového stupně v planetových převodovkách se používá několik dalších prvků, které interagují se třemi hlavními.
Diferenciál využívá plný potenciál planetových převodovek. Vzhledem k tomu, že takový mechanismus má dva stupně volnosti a umožňuje měnit převodový poměr, ukázalo se, že tyto mechanismy jsou účinné pro zajištění stability hnacích kol rotujících při různých rychlostech.
Diferenciální zařízení zahrnuje:
- Pouzdro diferenciálu nebo nádoba. Je v něm upevněno celé planetové kolo a ozubená kola;
- Poloosová ozubená kola (nejčastěji se používá solární typ). Přijímat točivý moment ze satelitů a přenášet na hnací kola;
- Hnané a hnací převody hlavního převodu;
- Satelity. Fungují jako planetová kola. Pokud je automobil osobním automobilem, budou v jednom mechanismu dvě takové části. U SUV a nákladních vozidel má planetová převodovka 4 satelity.
Diferenční provozní diagram
Existují dva typy takových mechanismů - symetrický a asymetrický diferenciál. První modifikace je schopna přenášet točivý moment na hřídel nápravy stejně. Jejich činnost není ovlivněna úhlovou rychlostí hnacích kol.
Druhá úprava poskytuje nastavení točivého momentu mezi koly hnané nápravy, pokud se začnou otáčet různými rychlostmi. Často se takový diferenciál instaluje mezi nápravy vozidla s pohonem všech kol.
Více podrobností o režimech provozu diferenciálu. Mechanismus funguje jinak v takových situacích:
- Auto jede rovně;
- Auto dělá manévr;
- Hnací kola začínají prokluzovat.
Takto funguje diferenciál:
Přímočarým pohybem
Když auto jede rovně, satelity jsou jednoduše spojovacím článkem mezi nápravami. Kola vozu se otáčejí stejnou rychlostí, takže šálek se otáčí jako jediná trubka, která spojuje oba hřídele nápravy.
Točivý moment je rovnoměrně rozdělen mezi obě kola. Otáčky kola odpovídají otáčkám pastorku.
Při otáčení
Při manévrování stroje kolo ve vnějším poloměru otáčení provádí více otáček než kolo ve vnitřním poloměru otáčení. Vnitřní kolo naráží na velký odpor, protože se zvyšuje točivý moment vnějšího kola a silnice mu brání v otáčení příslušnou rychlostí.
V tomto případě vstoupí do hry satelity. Ozubené kolo vnitřního hřídele nápravy zpomalí, kvůli čemuž se planetové kolo v misce začne otáčet v opačném směru. Tento mechanismus vám umožňuje udržovat stabilitu vozu, a to i při ostrých zatáčkách. Zabraňuje také nadměrnému opotřebení pneumatik na zpomalujícím kole.
Při uklouznutí
Třetí situací, ve které je diferenciál užitečný, je prokluz kol. To se například stane, když se auto dostane do bláta nebo se pohybuje po ledu. V tomto režimu pracuje diferenciál na úplně jiném principu než v zatáčkách.
Faktem je, že při prokluzu se odpružené kolo začne volně otáčet, což vede ke ztrátě točivého momentu na kole, které má dostatečnou přilnavost k povrchu vozovky. Pokud by diferenciál pracoval v režimu zatáčení a dostal se do bláta nebo ledu, auto by se úplně zastavilo, protože by se úplně ztratila trakce.
K odstranění tohoto problému vyvinuli inženýři diferenciál s omezeným prokluzem. O jeho práci si povíme o něco později. Nejprve stojí za zvážení stávající úpravy diferenciálů a jejich rozdílů.
Diferenciální typy
Pokud má vůz jednu hnanou nápravu, bude vybaven diferenciálem mezi nápravami. Vozidlo s pohonem všech kol využívá středový diferenciál. U automobilů s pohonem předních kol se tento mechanismus nazývá také přední diferenciál a modely v automobilech s pohonem zadních kol se nazývají zadní diferenciál.
Tyto mechanismy jsou rozděleny do tří kategorií podle typu ozubení:
- Zkosený diferenciál;
- Diferenciál šnekového převodu;
- Válcový diferenciál.
Liší se navzájem tvarem hlavního a axiálního převodu. Kónické úpravy jsou instalovány ve vozidlech s pohonem předních a zadních kol. Válcové se používají u modelů s pohonem všech kol a šnekové převody jsou vhodné pro všechny typy převodovek.
V závislosti na modelu automobilu a stavu vozovky, ve kterém je vozidlo provozováno, budou užitečné následující typy diferenciálů:
- Mechanické blokování;
- Samosvorný diferenciál;
- Elektrické blokování.
Mechanicky zajištěné diferenciály
V této modifikaci jsou satelity blokovány samotným řidičem pomocí speciálních spínačů na kolech. Pokud je vozidlo v přímém směru nebo se otáčí, diferenciál bude fungovat normálně.
Jakmile auto narazí na silnici s nestabilním povrchem, například najede do lesa s blátem nebo zasněženou vozovkou, řidič přesune páky do požadované polohy, aby byly satelity blokovány.
V tomto režimu planetová převodovka nefunguje a auto je v zásadě bez diferenciálu. Všechna hnací kola se otáčejí stejnou rychlostí, což brání prokluzování, a na všech kolech je udržována trakce.
Tyto mechanismy mají jednodušší zařízení a jsou instalovány na některých levných SUV, například v domácích vozidlech UAZ. Jelikož se pneumatiky při pomalé jízdě blátem příliš neopotřebovávají, nepoškozuje tato konstrukce pneumatiky automobilu.
Samosvorný diferenciál
V této kategorii je několik typů mechanismů. Příklady takových zařízení jsou:
- LSD. V takových převodovkách se při příliš vysokém otáčení jednoho z hřídelů nápravy satelity automaticky zablokují. To zabrání ztrátě trakce stabilního kola;
- Viskózní spojka. Tyto diferenciály používají viskózní látku na bázi silikonu. V chladném stavu zůstává v kapalném stavu. Jakmile se začne zahřívat a mísit, změní se vlastnosti látky a získá lepkavou strukturu, která zvýší její viskozitu. Tato charakteristika se zvyšuje se zvětšením rozdílu v otáčení hřídelů nápravy. Viskózní spojky mají několik významných nevýhod. Nejprve nejsou opraveny. Když látka ztratí své vlastnosti, je třeba vyměnit celý blok. Zadruhé, k zablokování dochází, když dojde k silnému prokluzu kol, takže vůz ne vždy účinně zvládne terénní podmínky. Přes tyto nedostatky se mechanismus liší v rozpočtové ceně. Většina levných výhybek je vybavena právě takovými diferenciály.
- Torsen. Trup používá červí zámek. Když se součinitel točivého momentu na hřídeli jedné nápravy zvýší nebo sníží ve vztahu k hřídeli druhé nápravy, aktivuje se zámek. Tato technologie se používá například u vozidel Audi. Zařízení lze také klasifikovat jako mechanicky blokované mechanismy. Je považován za nejspolehlivější ze všech typů diferenciálů a vyznačuje se svou jednoduchostí. Z tohoto důvodu jsou drahé.
Elektrické blokování
Tyto rozdíly jsou spojeny s elektronikou vozidla. Jsou považovány za nejdražší, protože mají složitou strukturu a blokující pohon. Tento mechanismus je spojen s ECU vozidla, která přijímá data ze systémů, které monitorují otáčení kol, jako je ABS. U některých vozidel lze automatické zamykání deaktivovat. K tomu je na ovládacím panelu speciální tlačítko.
Výhodou elektronických možností je, že umožňují nastavit několik stupňů blokování. Další výhodou takových mechanismů je, že dokonale pomáhají zvládat přetáčivost. U těchto modelů je točivý moment aplikován na nápravu, která se otáčí při nižší rychlosti.
Více o uzávěrce diferenciálu
Jakýkoli diferenciál s příčnou nápravou má významnou nevýhodu - točivý moment se automaticky dodává kolu, které se silněji otáčí. Z tohoto důvodu druhé kolo, které má dostatečnou trakci, ztrácí trakci. Z tohoto důvodu taková převodovka neposkytne příležitost samostatně vystoupit z bláta nebo závěje.
Jak již bylo zmíněno dříve, problém je vyřešen blokováním satelitů. Existují dva režimy blokování:
- Plné blokování se provádí díky skutečnosti, že všechny prvky převodovky jsou pevně spojeny. Tím je zajištěno, že kolo s nejlepší přilnavostí dostává dostatečný točivý moment;
- Částečné blokování je možné změnou faktoru blokování. Když auto jede v přímém směru, je tento faktor 1. Jakmile se satelity zablokují v symetrickém diferenciálu, tento faktor se změní z 3 na 5. V tomto případě se točící kolo pokračuje v otáčení, ale dostává menší točivý moment.
Zde je video o tom, proč je diferenciál zablokován:
Diferenciální poruchy
Vzhledem k tomu, že konstrukce jakéhokoli diferenciálu využívá interakci ozubených kol a náprav, je takový mechanismus náchylný k rychlému opotřebení a poruše. Prvky planetového mechanismu jsou pod velkým zatížením, proto bez řádné údržby rychle selžou.
Přestože jsou ozubená kola vyrobena z odolných materiálů, stojí za to věnovat pozornost mechanismu, pokud se během jízdy zvýší hluk, klepání a vibrace, které tam dříve nebyly. Alarmujícím momentem je také únik maziva. Nejhorší ze všeho je, když je mechanismus zaseknutý. Při správné údržbě se to však zřídka stává.
Jakmile se objeví únik oleje z krytu převodovky, musíte kontaktovat autoservis. Uzel můžete zkontrolovat sami. Kromě vizuální kontroly po jízdě můžete zkontrolovat teplotu oleje ve skříni převodovky. Během normálního provozu mechanismu bude toto číslo asi 60 stupňů. Pokud se diferenciál zahřívá mnohem více, měli byste vyhledat radu odborníka.
V rámci běžné údržby je třeba kontrolovat hladinu a kvalitu maziva. Každý výrobce převodového oleje stanoví pro svou výměnu vlastní předpisy. Toto doporučení ignorujte, protože olej může obsahovat malé abrazivní částice, které poškodí zuby převodovky a zničí olejový film, který zabrání tření kovových částí.
Pokud v důsledku vizuální kontroly dojde k úniku centrálního diferenciálu nebo dojde k podobnému problému u analogů automobilu s pohonem předních kol, je třeba vyměnit olejové těsnění. Snížení hladiny maziva vede ke zvýšenému tření součástí, což výrazně snižuje životnost zařízení. Po suchém provozu převodovky jsou satelity, ložiskové a axiální převody nepoužitelné.
Samodiagnostika diferenciálu se provádí následovně. Nejprve zvedněte hnací nápravu automobilu. Převodovka je zařazena na neutrál. Jedno kolo se otáčí nejprve v jednom směru a poté ve druhém směru. Stejný postup se provádí u druhého kola.
S fungujícím diferenciálem se kola budou otáčet bez vůle a hluku. Některé poruchy můžete také odstranit sami. Za tímto účelem je převodovka demontována, demontována a všechny její prvky jsou omyty benzínem (k identifikaci vadných míst). Během tohoto postupu můžete zjistit vůli satelitů a vývoj převodových stupňů.
Opotřebené prvky jsou odstraněny a místo nich jsou instalovány nové díly. V zásadě jsou satelity, ložiska a olejová těsnění vyměněny, protože selžou rychleji. Družice se nastavují výběrem rychlostních stupňů s minimální vůlí mezi zuby.
Zde je další video o tom, jak upravit předpětí diferenciálního ložiska:
Nalezení nového diferenciálu
Navzdory skutečnosti, že na trhu s autodíly lze snadno najít mezinápravový nebo středový diferenciál, jeho cena je poměrně vysoká (nový díl může stát stovky až tisíce dolarů). Z tohoto důvodu většina motoristů zřídka souhlasí s úplnou výměnou mechanismu.
Nový mechanismus nebo jeho jednotlivé prvky lze najít stejným způsobem jako běžné automobilové díly. Nejjednodušší je jít do obchodu a požádat o konkrétní součást pro dané vozidlo. To však platí, pokud vozidlo nebylo upgradováno. Jinak je díl vybrán podle montážního kódu nebo podle modelu automobilu, ze kterého byl náhradní díl odstraněn.
Nejlepší je vyhledat součást podle údajů o vozidle, nikoli podle kódu produktu, protože tyto symboly najdete až po demontáži mechanismu. Tento uzel má spoustu úprav. I pro stejnou značku automobilu lze použít různé diferenciály.
Vzhledem k tomuto okamžiku je extrémně obtížné najít dokonalý analog z jiného automobilu. Pokud jde o nákup diferenciálu na sekundárním trhu, je to ponecháno na nebezpečí a riziku samotného majitele automobilu, protože nikdo nebude rozebírat a kontrolovat stav dílu. To zvyšuje riziko nákupu silně opotřebeného mechanismu.
Stručně řečeno, stojí za to říci, že bez diferenciálu není možné vytvořit bezpečné a efektivní auto, ačkoli ti, kteří rádi točí desetníky na suchém asfaltu, s tím budou argumentovat.
Otázky a odpovědi:
Co je to zjednodušeně řečeno diferenciál v autě? Jedná se o mechanický prvek, který se instaluje mezi hřídele náprav hnacích kol. Točivý moment je přenášen do skříně diferenciálu přes kardan a poté je přiváděn na kola prostřednictvím nezávislých převodů.
K čemu je v autě diferenciál? Tento mechanismus zajišťuje přenos točivého momentu na hnací kola, ale při provádění manévrů nebo při přejíždění nerovností umožňuje kolům rotovat různou rychlostí.
Kde je v autě diferenciál? Tento mechanismus je instalován na hnací nápravě mezi nápravové hřídele. U modelů XNUMXWD a plug-in XNUMXWD se instaluje na každou nápravu.
Které auto má středový diferenciál? Všechny vozy mají mezinápravový diferenciál (stojany mezi nápravovými hřídeli). Středový diferenciál se používá pouze u modelů automobilů s pohonem všech kol (je instalován mezi nápravami).
