Придвижении автомобиля в поворотах и по неровностям дороги колёса ведущей оси проходят путь разной длины. Чтобы шины не проскальзывали по поверхности дороги, колёса должны вращаться с разными скоростями. Дифференциал — механизм, позволяющий колёсам ведущей оси вращаться с разными скоростями и одинаковым (или разным), подводящимся к ним, крутящим моментом. В трансмиссии автомобилей с одной ведущей осью дифференциал устанавливается между приводами колёс (межколёсный дифференциал). В полноприводных автомобилях он может находиться и между ведущими осями (межосевой дифференциал).
Сила тяги на колесе зависит от радиуса колеса и подводимого к нему крутящего момента. Произведение силы тяги на динамический радиус колеса даёт тот крутящий момент, который дифференциал должен передать на колёса. Когда сцепление с дорогой слабое или одно колесо вывешено (разгружено), крутящий момент и сила тяги на колесе очень малы или отсутствуют, автомобиль не сможет продолжить движение. Это особенность дифференциала с коническими шестернями, получившего широкое распространение на легковых отечественных автомобилях. Этот вид дифференциала называют симметричным, так как он поровну распределяет крутящий момент между колёсами. Это происходит потому, что сателлит работает как равноплечий рычаг и передаёт только равные усилия к шестерням полуоси, а соответственно и к ведущим колёсам.
Если одно из колёс имеет малое сцепление с дорожным покрытием, то эффективный крутящий момент на нём небольшой, соответственно симметричный дифференциал подведёт такое же усилие к другому колесу. То есть, если одно колесо буксует, сила тяги на втором равна нулю, что отрицательно сказывается на проходимости. Для её улучшения на автомобилях применяют полную или частичную блокировку дифференциалов, степень которой оценивают коэффициентом блокировки. Коэффициент блокировки (Кб) — соотношение крутящего момента на отстающем колесе к моменту на забегающем колесе. Его величина для симметричного дифференциала всегда равна 1, для дифференциалов повышенного трения от 1 до 5. Чем больше Кб, тем лучше проходимость автомобиля. То есть, при Кб = 3 момент на отстающем колесе будет в три раза больше, чем на буксующем, а при Кб = 5 — в пять раз. Но момент на колесе в эту секунду будет возможным от 20 до 70%, в зависимости от возможности блокирующего механизма.
Существует несколько видов дифференциалов повышенного трения:
1. ДИФФЕРЕНЦИАЛ С ПОЛНОЙ БЛОКИРОВКОЙ.
Пример — блокировка межосевого дифференциала на ВАЗ-2121. Приводится в действие водителем принудительно. Угловые скорости колёс здесь всегда равны, что противоречит условиям движения автомобиля по кривой, приводит к износу резины и ухудшению управляемости по твёрдому покрытию.
2. МНОГОДИСКОВЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ.
Симметричные дифференциалы, имеющие в своей конструкции подпружиненные пакеты фрикционных дисков. Имеют статический преднатяг (момент срабатывания) от 2 до 12 кг/м. Используются в автоспорте, быстро изнашиваются, требуют вмешательства для восстановления рабочих характеристик после каждой гонки.
3. ВИСКОМУФТА.
Полностью герметичный агрегат, с фрикционными дисками, один из которых имеет жёсткую кинематическую связь с корпусом, другие с валом. Диски имеют отверстия и каналы для увеличения жидкостного трения. Всё это внутри заполнено силиконовой жидкостью, которая обладает высокой вязкостью и заполняет корпус на 80-90%. Узел неремонтируемый, т. к. количество и вязкость жидкости определяют характеристики вискомуфты. При утечке жидкости, муфта подлежит замене.
4. «ТОРСЕН».
От англ.»TORQUE»- крутящий момент и «SENSING»- чувствительный, то есть чувствительный к крутящему моменту. Сателлиты расположены в корпусе перпендикулярно его оси, объединены между собой попарно с помощью прямозубого зацепления, а с полуосевыми шестернями связаны червячным зацеплением. В повороте полуосевая шестерня, связанная с отстающим колесом, поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит, он, в свою очередь, вращает второй сателлит и шестерню полуоси. Такой жесткой кинематической связью колёсам автомобиля обеспечивается возможность вращаться с разной скоростью. Силы трения, возникающие в червячном зацеплении от разности моментов на колёсах, осуществляют блокировку дифференциала. Недостаток конструкции – сложность изготовления, сборки агрегата в целом и ремонта.
5. «КВАЙФ»
Конструкция зарегистрирована под торговой маркой «QUIFE». Сателлиты расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса. Причём они крепятся не на осях, а находятся в закрытых с обеих сторон отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов (их может быть от 3 до 5) входит в зацепление с правой шестерней полуоси, левый — с левой. Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой через один. Все зубчатые колёса имеют винтовые зубья, один и тот же модуль и угол профиля. Количество сателлитов и число зубьев шестерни полуоси должно быть связано условием собираемости агрегата в целом. Когда одно из колёс начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса дифференциала и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Он передаёт движение связанному с ним сателлиту, а тот в свою очередь, на полуосевую шестерню. Так обеспечиваются разные обороты колёс в повороте.
Благодаря разности крутящих моментов на колёсах в винтовом зацеплении возникают осевые и радиальные силы, прижимающие полуосевые шестерни и сателлиты торцами к корпусу или крышкам и разделителю. За счёт этого возникают силы трения, осуществляющие блокировку, что увеличивает силу тяги автомобиля, повышая его проходимость. Величина Кб зависит от угла наклона зубьев шестерен. Изменяя на стадии проектирования угол наклона зубьев («угол спирали»), изменяют Кб в зависимости от характеристик автомобиля и условий его эксплуатации и применения. Дифференциалы такого типа получили наибольшее распространение в тюнинге.
