Корона механической империи: Тема: Дифференциал повышенного трения
Геометрия автомобильного шасси — весьма занятная штука. В повороте все четыре колеса машины движутся по разным траекториям. Внешние колеса совершают движение по бoльшему радиусу, чем внутренние, а передние — в силу своей способности поворачиваться — описывают бoльшую дугу, чем задние. В результате каждое колесо вращается со своей собственной скоростью.
Чтобы позволить колесам жить своей жизнью и при этом по-прежнему передавать на дорогу крутящий момент от двигателя, в автомобилях применяется дифференциал. Его устройство известно почти каждому выпускнику автошколы: в планетарном механизме водило (оно же корпус дифференциала) приводится валом коробки передач, а конические сателлиты передают момент от нее двум солнечным шестерням, приводящим полуоси колес. Такая схема позволяет полуосям вращаться относительно друг друга, при этом постоянно подпитываясь моментом от двигателя.
Дифференциалы применяются в большинстве легковых автомобилей, но имеют один серьезный недостаток: они передают максимум момента тому колесу, которому в данный момент легче вращаться. К примеру, если одно из ведущих колес попадет на скользкое покрытие, оно будет бешено буксовать, в то время как другое колесо, сохранившее контакт с земной твердью, будет покорно стоять на месте.
В полноприводных автомобилях на поворотах появляется необходимость обеспечить разницу в скоростях вращения не только внешних и внутренних колес, но и передней и задней осей. При этом применение свободного дифференциала без блокировки здесь абсолютно бесполезно, ведь преимущества полного привода проявляются как раз «на скользкой дорожке». Для автоматического распределения крутящего момента по осям на современных автомобилях применяются комплекты электрических фрикционов, вискомуфты (в том числе с электронным управлением) и механические самоблокирующиеся дифференциалы, о которых и пойдет речь.
Нестареющая классика
Первым массовым автомобилем с автоматической блокировкой межосевого дифференциала стал Audi Quattro. Дифференциал Torsen появился на нем в 1984 году. Напомним, что слово Torsen расшифровывается как Torque Sense, то есть «чувствительный к крутящему моменту». По компоновке он похож на обычный дифференциал: вал коробки передач вращает корпус узла, а солнечные шестерни приводят карданный вал и приводной вал, идущий к переднему межколесному дифференциалу. Разница в том, что солнечные шестерни здесь не конические, а косозубые цилиндрические и для каждой из них имеется собственный комплект сателлитов. Соответствующие сателлиты, отвечающие за заднюю и переднюю оси, связаны между собой прямозубыми шестернями.
Пока скорости вращения передней и задней осей совпадают, корпус дифференциала, сателлиты и солнечные шестерни неподвижны относительно друг друга. Представим себе, что передние колеса сорвались в пробуксовку. Отвечающая за них солнечная шестерня начинает вращаться быстрее корпуса дифференциала и приводит сателлиты. Вместе с ними приходят в движение сателлиты второй солнечной шестерни, а так как солнечная шестерня и сателлиты косозубые, при их вращении относительно друг друга возникает сила, направленная вдоль оси вращения. Эта сила прижимает шестерню к корпусу, и вот тут-то и начинается самое интересное, потому что между шестерней и корпусом установлен комплект фрикционов.
Чем больше разница в скорости вращения валов осей, тем быстрее вращаются сателлиты и тем сильнее сжимаются фрикционы, передавая на отстающую ось все больше крутящего момента. Если внимательно посмотреть на схему, становится ясно, что фрикционы сжимаются не синхронно, а именно со стороны отстающей оси. Дифференциал Torsen способен передавать до 75% крутящего момента именно туда, где он больше всего нужен в данный момент, — на ось с наилучшим сцеплением с дорогой.
Да здравствует король!
Дифференциал с коронными шестернями, появившийся на Audi RS 5 2010 модельного года, работает по тому же принципу, что и Torsen, при этом он на 2 кг легче и содержит меньше деталей. Комплект цилиндрических сателлитов здесь один, а приводные валы соединяются с коронными шестернями. Все свойства дифференциала определяются сложной формой зубьев этих шестерен.
Поперечный профиль каждого зуба представляет собой треугольник, одна сторона которого строго вертикальна, а вторая имеет пологий наклон. Если скорости вращения колес не совпадают и сателлиты приходят в движение, то та шестерня, на зубья которой сателлит воздействует с «наклонной» стороны, прижимается к корпусу через комплект фрикционов.
Некоторое различие в форме зубьев приводит к тому, что в отсутствие пробуксовок 40% крутящего момента направляется на переднюю ось, а 60% — на заднюю. В случае необходимости дифференциал с коронными шестернями может отдать до 70% момента вперед и до 85% назад.