Ce este diferenţialul? Tot ce trebuie să ştiţi despre această componentă importantă

Ce este diferenţialul la o maşină? Cu siguranţă aţi auzit despre un astfel de termen, însă unii nici până în prezent nu cunosc de înseamnă. Să aflăm deci un răspuns în acest articol.

Pe scurt, diferenţialul este o componentă extrem de importantă a lanţului cinematic al fiecărui automobil, localizat fie în carcasa cutiei de viteze, fie în propria carcasă. Diferenţialul are mai multe roluri – transmite puterea la roţi, defineşte demultiplicarea finală a transmisiei şi, cel mai important, permite rotirea roţilor axei pe care este montat cu viteze diferite.

Acest lucru se întâmplă mai ales la parcurgerea virajelor, când roţile a căror parte interioară şi exterioară parcurg distanţe diferite, deci se rotesc cu viteze diferite, însă şi în cazul în care există o diferenţă de aderenţă între roţile stânga şi dreapta ale axei în chestiune, moment în care roata aflată pe o suprafaţă cu aderenţă scăzută se învârte mai repede decât cea aflată pe o suprafaţă cu aderenţă mai bună.

În anumite cazuri extreme, roată aflată pe suprafaţă puţin aderentă poate să preia întreaga putere a motorului rotindu-se singură, iar astfel automobilul nu avansează.

Acum să dezvoltăm pe larg subiectul şi să aflăm ce tipuri de diferențial există în industria auto.

Autovehiculele sunt dotate cu diferențial pentru a permite turaţii diferite ale roţilor punţii motoare la parcurgerea virajelor, atunci când roată aflată înspre interior parcurge un drum mai scurt decât cea aflată către exterior. Dacă mişcarea s-ar transmite direct, iar roţile ar fi solidare la rotaţie, că în cazul kart-urilor, acestea ar trebui să patineze şi, pe lângă solicitările suplimentare asupra pneurilor şi elementelor mecanice, maşină ar tinde mereu să ruleze drept, fiind astfel puternic subviratoare.

Diferențialul este cel care preia mişcarea de rotaţie de la arborele de ieşire din cutia din viteze şi o repartizează, prin arborii planetari, către roţile motoare.

Schematic, un diferențial se prezintă şi funcționează astfel:

1. Carcasa diferențialului. 2. Coroana de antrenare. 3. Pinion satelit. 4. Pinioane planetare. 5. Arbori planetari.

La rularea în linie dreaptă, carcasa, fiind solidară cu coroana antrenată de arborele de ieşire al cutiei de viteze, se roteşte împreună cu întreg ansamblul şi antrenează pinioanele planetare, mai departe mişcarea ajungând prin arbori la roţile motoare. În acesta situaţie, pinioanele satelit 3 nu se rotesc în jurul axului propriu (X-ul roşu).

Atunci când una dintre roţi patinează, în timpul mişcării carcasei, în interior se vor roţi şi pinioanele satelit în jurul propriului lor ax, cealaltă roată a vehiculului rămânând imobilă.

De aici rezultă principalul inconvenient al diferențialului: dacă una dintre roţi pierde aderenţa, această se va învârti în gol, cuplu motor nu se va mai transferă către cealaltă roată iar vehiculul nu va mai putea înainta. Pentru eliminarea acestui neajuns, se folosesc dispozitive care distribuie cuplul către ambele roţi.

• Diferențialele autoblocante

Acest tip de diferenţial elimină neajunsul transferării întregului cuplu către roată care se învârte în gol, permiţând în acelaşi timp virarea normală a vehiculului. Este folosit la aproape toate automobilele destinate competiţiilor sportive, la autoturisme cu performanţe ridicate, precum şi la unele modele echipate cu tracţiune integrală.

• Diferenţiale cu alunecare limitată – L.S.D. (Limited Slip Differential)

Cea mai simplă soluţie de a realiza un asemenea diferenţial constă în presarea pinioanelor planetare spre carcasa prin intermediul unor elemente elastice (1) aflate în “miezul” diferențialului. Frecarea dintre suprafeţe va asigura transmiterea unui cuplu către roată care are aderența şi poate fi sporită fie prin realizarea unor suprafeţe de contact conice, asemenea celor de la sincroanele cutiilor de viteze, fie prin introducerea unor discuri de fricţiune (2) şi realizarea unui ambreiaj multidisc în spatele fiecărui pinion.

Soluţia are o eficienţă redusă pentru că va există permanent o frecare atunci când turaţia roţilor motoare este câtuşi de puţin diferită, iar cuplul care se transferă nu poate fi bine controlat, fiind de asemenea limitat de forţa elementelor elastice.

• Diferenţialul autoblocant cu lamele

Este fără îndoială cel mai răspândit în aria motorsportului, datorită atât eficacităţii cât şi a dimensiunilor reduse, care îl recomandă pentru înlocuirea diferențialului de serie fără modificări suplimentare. Cuplul nu se transmite direct de la carcasa la axul sateliţilor că la un diferenţial simplu, ci prin intermediul a două inele de presiune solidare la rotaţie cu carcasa diferențialului.

Atunci când creşte momentul aplicat, axele celor 4 sateliţi se deplasează pe planurile înclinate ale inelelor depărtându-le, iar acestea presează asupra pachetelor de discuri.

Mărimea şi numărul discurilor de fricţiune determină cuplul care poate fi transferat, iar unghiul la care sunt prelucrate planurile înclinate determină momentul cuplării diferențialului, o pantă mai lină determinând blocarea la diferenţe mai mici între vitezele de rotaţie ale pinioanelor planetare.

1. carcasa. 2. şaibe elastice. 3. disc angrenat cu carcasa. 4. disc angrenat cu pinionul planetar. 5. inele de presiune. 6. pinion planetar. 7. ax portsateliţi. 8. pinion satelit. 9. şaibă de reglaj al strângerii pachetului. 10. capac. 11. șurub de fixare

• Vascocuplajele de tip Ferguson

Vascocuplajul este un mecanism compact care transmite mişcarea prin intermediul unui fluid siliconic şi al unor discuri perforate, aflate foarte aproape unele de altele. În condiţiile în care discurile se rotesc cu turaţii egale, nu apar decât forţe reduse între acestea.

Atunci când apare o alunecare, fluidul siliconic din interiorul cuplajului se încălzeşte şi îşi măreşte vâscozitatea, reducând viteză relativă dintre arbori şi realizând transferul cuplului. Poate fi utilizat singur, ca diferenţial interaxial la vehiculele cu tracţiune integrală sau în combinaţie cu un diferenţial convenţional, caz în care poate echipa o punte motoare ca în figura A de mai jos, fie servi ca diferenţial central – fig. B.

Cu verde în fig A. este evidenţiată calea de transmitere a cuplului motor, putându-se observa că vascocuplajul, fiind conectat între carcasa diferentialului convenţional şi unul din arborii de ieşire, preia doar o parte din efort.

Solicitările mari aplicate timp îndelungat asupra vascocuplajelor pot duce la supraîncalzirea fluidului din interior si la distrugerea cuplajului, acesta nemaifiind în măsură de a transmite cuplu către arborele de ieșire.

• Diferențialul Torsen

Denumirea îi vine de la TORque SENsitive – sensibil la cuplu. Este o adevărată bijuterie mecanică, având în componenţa sa trei grupuri de angrenaje formate din pinioane elicoidale sau cu dantură dreapta. Transferul cuplului este realizat de forţele radiale şi axiale care apar între pinioane, distribuţia acestuia fiind dată de unghiurile danturii şi stabilită de la proiectare.

Poate fi montat atât ca diferenţial interaxial cât şi pentru punţile motoare, fiind potrivit pentru echiparea vehiculelor cu tracţiune faţă care, la echiparea cu un diferenţial cu lamele, de exemplu, ar transmite reacţii violente asupra direcţiei în momentul transferului de cuplu.

Diferenţialul Torsen este proactiv, intervenind înainte că patinarea să se producă, iar celelalte mecanisme reactive, intrând în funcţiune după ce apare patinarea. Modul său de lucru completează cu succes funcţiile sistemelor electronice de control al stabilităţii şi nu influenţează negativ ABS-ul.

Complexitatea sa şi necesitatea unor prelucrări mecanice de precizie îl fac însă costisitor şi limitează răspândirea pe modele de volum. Audi este unul din puţinii constructori care montează acest tip de diferenţial.

• Cuplajul Haldex

Utilizat de asemenea preponderent ca diferenţial interaxial, însă la autoturismele cu tracţiune integrală semi permanentă sau, mai corect, TOD (Torque On Demand – cuplu atunci când este solicitat), şi pe multe din categoria SUV (de exemplu, pe modelele din gama VW cu tracţiune faţă şi disponibile în variante 4×4), este practic un ambreiaj multidisc în baie de ulei comandat de către o centrală electronică prin intermediul unui actuator hidraulic care asigură cuplarea celor doi arbori, de intrare şi respectiv de ieşire.

Acest cuplaj stă la baza aşa numitelor diferenţiale active, cum este şi diferenţialul interaxial care se echipează de exemplu Mitsubishi Lancer Evo VII şi următoarele. O aplicaţie interesantă este aşa numitul AYC (Active Yaw Control), introdus pentru prima dată pe Mitsubishi Evo IV şi disponibil pe cel mai nou Eclipse Cross, care, prin utilizarea unui diferenţial activ similar, livrează un cuplu mai mare pe roată spate dinspre exteriorul virajelor pentru a permite parcurgerea mai rapidă a acestora.

Unele autovehicule utilizează o soluţie similară dar cu un actuator electric. De exemplu, modelele BMW cu tracţiune integrală xDrive fabricate după 2003, realizează cuplarea ambreiajului multidisc cu ajutorul unui servomotor electric care acţionează un disc cu came.

• Vehicule 4×4, tracțiunea integrală

Vehiculele destinate cu adevărat terenurilor accidentate folosesc de regulă o transmisie integrală nepermanentă, cuplarea punţii faţă realizându–se la comanda şoferului printr-o cutie de transfer. Transmisia acestora imprimă aceeaşi turaţie arborilor faţă şi spate, având câte un diferenţial pe fiecare punte motoare. Acestea pot fi libere, autoblocante sau blocabile la comandă prin sisteme similare celor care cuplează treptele în cutiile de viteze.

Autoturismele 4×4 şi SUV-urile necesită însă câte trei diferenţiale, unul pentru fiecare punte şi altul interaxial care să permită viteze de rotaţie diferite ale roţilor faţă şi spate la parcurgerea virajelor. Aceste trei diferenţiale pot fi libere sau cu alunecare limitată, în una din variantele prezentate mai sus, în diferite combinaţii.

În prezent, foarte mulţi constructori ce urmăresc reducerea costurilor suplinesc montarea unor diferenţiale cu alunecare limitată prin funcţii ale sistemelor electronice de control al tracţiunii, realizând transferul cuplului motor către roţile cu aderenă mai bună prin frânarea celor care tind să patineze.

Sursă: autosaga