Rodos dar visai nesenai norint suremontuoti sugedusį automobilį užtekdavo darbštumo, užsispyrimo ir šiek tiek elementarių žinių, tačiau tai buvo maždaug prieš 20 metų, o per tą laiką automobiliai smarkiai evoliucionavo ir dabar bet koks savarankiškas remontas, išskyrus galbūt rato pakeitimą tapo sunkiai įgyvendinama užduotimi. Techninis aptarnavimas ir remontas tapo itin sudėtingu specifinių žinių, įrankių, o labai dažnai dar ir programinės įrangos reikalaujančiais procesais, kurie netgi atliekami specialistų ne visada praeina greitai ir sklandžiai.
Diferencialas (nuotr. Gamintojo)
Taip pat, vis mažiau vairuotojų gerai pažįsta savo automobilius, žino, kur yra, kaip atrodo ir veikia vienas ar kitas mazgas, kadangi atsirinkti reikalingą informaciją be galo sunku. Kai kam gali atrodyti, kad elektronika dabar yra viskas, tačiau jis nors atlieka vis daugiau naujų naudingų funkcijų, daugeliu atvejų mėgdžioja mechaninę įrangą arba jai padeda. Tiems, ką domina automobilio konstrukcijos pagrindai, pateikiame vieną iš svarbiausių mazgų – diferencialą.
Kam jis reikalingas?
Derėtų pradėti nuo fakto, kad visi automobilio ratai sukasi skirtingais greičiais. Jei kelio danga būtų idealiai lygi, o trajektorija tiesi visi jie judėtų sinchroniškai, tačiau kadangi paviršius nelygus ir vingiuotas, taip nėra. Tai ypač gerai matoma posūkiuose - vidiniai ratai nuvažiuoja mažesnį atstumą negu išoriniai, o kadangi atstumai įveikiami per tą patį laiką, savaime suprantama, išoriniai ratai turi suktis didesniu greičiu. Tiems ratams, kurie nėra varomi, tai menka problema, jie nėra sujungti tarpusavyje, taigi gali suktis kaip tik jiems patinka.
Diferencialas (nuotr. Gamintojo)
Savo ruožtu varomieji ratai yra susiję vienas su kitu tam, kad juos sukti užtektų vieno variklio ir vienos transmisijos. Jei automobilis neturėtų diferencialo abu jie būtų paprasčiausiai sujungti tarpusavyje ir nepriklausomai nuo aplinkybių suktųsi vienodu greičiu. Tokiu atveju įveikti posūkius būtų sudėtinga, kadangi vidinis ratas visada turėtų prasisukti. Esant švariai asfalto dangai ir geroms šiuolaikinėms padangoms tam reikėtų didelės galios, be to būtų laužomi pusašiai ir pakabos detalės. Problemą išsprendusio mechaninio diferencialo išradėju laikomas Prancūzijos laikrodžių meistras Onésiphore'as Pecqueuras savąjį kūrinį patentavo dar 1827 metais, t.y. gerokai anksčiau negu keliuose pasirodė pirmieji vidaus degimo varikliais varomi automobiliai.
Konstrukcija ir veikimo principas
Iš esmės, diferencialas paskirsto pagrindinės pavaros perduodamą sukimo momentą į pusašius ir leidžia varantiesiems ratams suktis skirtingais greičiais. Šį mazgą rasite bet kuriame šiuolaikiniame automobilyje ar sunkvežimyje, taip pat daugelyje važiavimui bekele pritaikytų transporto priemonių. Nuolatinę keturių ratų pavarą turintiems modeliams taip pat reikalingas ir papildomas tarpašinis diferencialas, kadangi posūkyje priekiniai ir galiniai ratai nuvažiuoja skirtingą atstumą. Šie mazgai skiriasi savo darbo mechanizmais, sukimo momento paskirstymo būdais ir blokavimo laipsniu, taigi skirtingų tipų netrūksta, tačiau kol kas panagrinėkime tokius, kuriuos turi absoliuti dauguma gatvėje važinėjančių transporto priemonių, t.y. krumpliaratinius simetrinius, kurie visiškai neblokuojami.
Diferencialo konstrukcija (iliustracija iš Kazimiero Giedros, Aleksandro Kirkos, Stasio Slavinsko knygos „Automobiliai“, 2006 m.)
1 – varantysis krumpliaratis
2 – varomasis krumpliaratis
3 – varantysis velenas
4 ir 6 – pusašiai
5 – satelitas
7 – diferencialo korpusas
8 ir 10 – pusašių kūginiai krumpliaračiai
9 – satelito ašis
Proporcijos, konstrukcija ir dizainas taip pat gali šiek tiek skirtis, tačiau iš esmės tolygiai sukimo momentą paskirstantys diferencialai beveik nepasikeitė nuo devyniolikto amžiaus pabaigos. Pagrindinės sudedamosios dalys taip pat išliko tos pačios – varantysis ir varomasis krumpliaračiai, satelitai ir pusašių kūginiai krumpliaračiai. Kai automobilis važiuoja tiesiai abiejų ratų sukimosi greitis beveik vienodas ir išsiskyrus nedidelius pasisukimus minučių dydžio kampais satelitai nejuda atstodami pleištus. Automobiliui pradėjus posūkį, vidinis ratas ima suktis lėčiau, t.y. vienas iš kūginių krumpliaračių juda lėčiau negu varomasis. Savo ruožtu satelitai pradeda riedėti nuo veiksmo atsiliekančiu krumpliaračiu ir greičiau sukti kitą kūginį krumpliaratį bei jo pusašį. Reikia pažymėti, kad pokytis visada yra proporcingas – kiek vienas ratas sulėtėja, tiek kitas pagreitėja.
Diferencialo konstrukcija (nuotr. Gamintojo)
1 – varantysis velenas
2 – diferencialo korpusas
3 – satelitai
4 – pusašio krumpliaratis
Traukos problemos
Simetriniai neblokuojami diferencialai sukimo momentą abiems ašims paskirto po lygiai ir kai kuriais atvejais tai gali būti didelė problema. Automobilio išjudinimui reikalinga trauka priklauso nuo tokių faktorių, kaip automobilio svoris, oro pasipriešinimas, riedėjimo trintis, įkalnės kampas ir keleto kitų, kuriuos įveikti reikalingas tam tikras ribinis sukimo momentas. Išskyrus tuos atvejus, kai apkrova yra nepaprastai didelė variklis ir transmisija tiekia visą išvystomą sukimo momentą, taigi galimybę pajudėti dažniausiai riboja tik sukibimas su kelio danga.
„Land Rover“ bekelėje (nuotr. Gamintojo)
Patogumo dėlei sukibimo jėgą tarp padangos ir kelio galime įvardinti, kaip maksimalų sukimo momentą, kuris gali būti gaunamas prieš tai, kai padanga praras kontaktą. Jei bendra trauka po abiem abiem varomais ratais bus didesnė už ribinį sukimo momentą, automobilis pajudės iš vietos, o jei ne – jie paprasčiausiai suksis vietoje. Sausos asfaltuotos kelio dangos atveju sukibimas yra labai geras ir ratams perduodamą sukimo momentą riboja tik variklio ir transmisijos galimybės. Visai kitokia situacija susidaro važiuojant slidžiu keliu. Pavyzdžiui, visai nedidelio sukimo momento užteks tam, kad ant ledo patekęs ratas pradėtų suktis vietoje, tačiau kadangi simetriniame diferenciale jis dalijamas po lygiai, geresnį sukibimą turinčiai pusei nebus skiriama daugiau traukos ir automobilis gali sustoti.
Ta pati problema aktuali ir atvirus diferencialus turintiems keturiais ratais varomiems padidinto pravažumo modeliams. Jei vienas priekinis ir vienas galinis ratas pakyla nuo žemės, jie tiesiog beviltiškai sukasi ore, o automobilis nejuda iš vietos. Išspręsti šią „ligą“ padeda ribotos trinties diferencialai, kurie gali skirti didesnį sukimo momentą nepraslystančiam ratui, arba blokuojami, kuriuose įrengti mechanizmai blokuoja satelitus ir leidžia ratams suktis vienodu greičiu bet kokiomis sąlygomis.
