Diferentialul

Autovehiculele sunt dotate cu diferential pentru a permite turatii diferite ale rotilor puntii motoare la parcurgerea virajelor, atunci cand roata aflata inspre interior parcurge un drum mai scurt decat cea aflata catre exterior. Daca miscarea s-ar transmite direct iar rotile ar fi solidare la rotatie, ca in cazul karturilor, acestea ar trebui sa patineze si, pe langa solicitarile suplimentare asupra pneurilor si elementelor mecanice, masina ar tinde mereu sa ruleze drept, fiind astfel puternic subviratoare.

Diferentialul este cel care preia miscarea de rotatie de la arborele de iesire din cutia din viteze si o repartizeaza, prin arborii planetari, catre rotile motoare.

Schematic, un diferential se prezinta si functioneaza astfel:

1. Carcasa diferentialului

2. Coroana de antrenare

3. Pinion satelit

4. Pinioane planetare

5. Arbori planetari

La rularea in linie dreapta, carcasa, fiind solidara cu coroana antrenata de arborele de iesire al cutiei de viteze, se roteste impreuna cu intreg ansamblul si antreneaza pinioanele planetare, mai departe miscarea ajungand prin arbori la rotile motoare. In acesta situatie, pinioanele satelit 3 nu se rotesc in jurul axului propriu (X-ul rosu).

Atunci cand una dintre roti patineaza, in timpul miscarii carcasei, in interior se vor roti si pinioanele satelit in jurul propriului lor ax, cealalta roata a vehiculului ramanand imobila.

De aici rezulta principalul inconvenient al diferentialului: daca una dintre roti pierde aderenta, aceasta se va invarti in gol, cuplu motor nu se va mai transfera catre cealalta roata iar vehiculul nu va mai putea inainta. Pentru eliminarea acestui neajuns, se folosesc dispozitive care distribuie cuplul catre ambele roti.

Diferentialele autoblocante

Acest tip de diferential elimina neajunsul transferarii intregului cuplu catre roata care se invarte in gol, permitand in acelasi timp virarea normala a vehiculului. Este folosit la aproape toate automobilele destinate competitiilor sportive, la autoturisme cu performante ridicate, precum si la unele modele echipate cu tractiune integrala.

Diferentiale cu alunecare limitata – L.S.D. (Limited Slip Differential)

Cea mai simpla solutie de a realiza un asemenea diferential consta in presarea pinioanelor planetare spre carcasa prin intermediul unor elemente elastice (1) aflate in “miezul” diferentialului. Frecarea dintre suprafate va asigura transmiterea unui cuplu catre roata care are aderenta si poate fi sporita fie prin realizarea unor suprafete de contact conice, asemenea celor de la sincroanele cutiilor de viteze, fie prin introducerea unor discuri de frictiune (2) si realizarea unui ambreiaj multidisc in spatele fiecarui pinion.

Solutia are o eficienta redusa pentru ca va exista permanent o frecare atunci cand turatia rotilor motoare este catusi de putin diferita, iar cuplul care se transfera nu poate fi bine controlat, fiind de asemenea limitat de forta elementelor elastice.

Diferentialul autoblocant cu lamele

Este fara indoiala cel mai raspandit in aria motorsportului, datorita atat eficacitatii cat si a dimensiunilor reduse, care il recomanda pentru inlocuirea diferentialului de serie fara modificari suplimentare. Cuplul nu se transmite direct de la carcasa la axul satelitilor ca la un diferential simplu, ci prin intermediul a doua inele de presiune solidare la rotatie cu carcasa diferentialului. Atunci cand creste momentul aplicat, axele celor 4 sateliti se deplaseaza pe planurile inclinate ale inelelor departandu-le, iar acestea preseaza asupra pachetelor de discuri. Marimea si numarul discurilor de frictiune determina cuplul care poate fi transferat, iar unghiul la care sunt prelucrate planurile inclinate determina momentul cuplarii diferentialului, o panta mai lina determinand blocarea la diferente mai mici intre vitezele de rotatie ale pinioanelor planetare.

1. carcasa
2. saibe elastice
3. disc angrenat cu carcasa
4. disc angrenat cu pinionul planetar
5. inele de presiune
6. pinion planetar
7. ax portsateliti
8. pinion satelit
9. saiba de reglaj al strangerii pachetului
10. capac
11. surub de fixare

 

Vascocuplajele de tip Ferguson

Vascocuplajul este un mecanism compact care transmite miscarea prin intermediul unui fluid siliconic si al unor discuri perforate, aflate foarte aproape unele de altele. In conditiile in care discurile se rotesc cu turatii egale, nu apar decat forte reduse intre acestea. Atunci cand apare o alunecare, fluidul siliconic din interiorul cuplajului se incalzeste si isi mareste vascozitatea, reducand viteza relativa dintre arbori si realizand transferul cuplului. Poate fi utilizat singur, ca diferential interaxial la vehiculele cu tractiune integrala (ca in cazul modelelor VW Golf Country sau Fiat Panda 4x4 2003), sau in combinatie cu un diferential conventional, caz in care poate fie echipa o punte motoare ca in figura a., fie servi ca diferential central – fig. b.

Cu verde in fig a. este evidentiata calea de transmitere a cuplului motor, putandu-se observa ca vascocuplajul, fiind conectat intre carcasa diferentialului conventional si unul din arborii de iesire, preia doar o parte din efort.

Solicitarile mari aplicate timp indelungat asupra vascocuplajelor pot duce la supraincalzirea fluidului din interior si la distrugerea cuplajului, acesta nemaifiind in masura de a transmite cuplu catre arborele de iesire.

Diferentialul Torsen

Denumirea ii vine de la TORque SENsitive – sensibil la cuplu. Este o adevarata bijuterie mecanica, avand in componenta sa trei grupuri de angrenaje formate din pinioane elicoidale sau cu dantura dreapta. Transferul cuplului este realizat de fortele radiale si axiale care apar intre pinioane, distributia acestuia fiind data de unghiurile danturii si stabilita de la proiectare.

Poate fi montat atat ca diferential interaxial cat si pentru puntile motoare, fiind potrivit pentru echiparea vehiculelor cu tractiune fata care, la echiparea cu un diferential cu lamele, de exemplu, ar transmite reactii violente asupra directiei in momentul transferului de cuplu. Diferentialul Torsen este proactiv, intervenind inainte ca patinarea sa se produca, iar celelalte mecanisme reactive, intrand in functiune dupa ce apare patinarea. Modul sau de lucru completeaza cu succes functiile sistemelor electronice de control al stabilitatii si nu influenteaza negativ ABS-ul.

Complexitatea sa si necesitatea unor prelucrari mecanice de precizie il fac insa costisitor si limiteaza raspandirea pe modele de volum. Audi este unul din putinii constructori care monteaza acest tip de diferential.

Cuplajul Haldex

Utilizat de asemenea preponderent ca diferential interaxial, insa la autoturismele cu tractiune integrala semipermanenta sau, mai corect, TOD (Torque On Demand – cuplu atunci cand este solicitat), si pe multe din categoria SUV (spre exemplu, pe modelele din gama VW cu tractiune fata si disponibile in variante 4x4), este practic un ambreiaj multidisc in baie de ulei comandat de catre o centrala electronica prin intermediul unui actuator hidraulic care asigura cuplarea celor doi arbori,  de intrare si respectiv de iesire.

Acest cuplaj sta la baza asa numitelor diferentiale active, cum este si diferentialul interaxial care echipeaza Mitsubishi Lancer Evo VII si urmatoarele. O aplicatie interesanta este asa numitul AYC (Active Yaw Control), introdus pentru prima data pe Mitsubishi Evo IV si care, prin utilizarea unui diferential activ similar, livreaza un cuplu mai mare pe roata spate dinspre exteriorul virajelor pentru a permite parcurgerea mai rapida a acestora.

Unele autovehicule utilizeaza o solutie similara dar cu un actuator electric. De exemplu, modelele BMW cu tractiune integrala xDrive fabricate dupa 2003 realizeaza cuplarea ambreiajului multidisc cu ajutorul unui servomotor electric care actioneaza un disc cu came.

Vehicule 4x4, tractiunea integrala

Vehiculele destinate cu adevarat terenurilor accidentate folosesc de regula o transmisie integrala nepermanenta, cuplarea puntii fata realizandu-se la comanda soferului printr-o cutie de transfer. Transmisia acestora imprima aceeasi turatie arborilor fata si spate, avand cate un diferential pe fiecare punte motoare. Acestea pot fi libere, autoblocante sau blocabile la comanda prin sisteme similare celor care cupleaza treptele in cutiile de viteze. Autoturismele 4x4 si SUV-urile necesita insa cate trei diferentiale, unul pentru fiecare punte si altul interaxial care sa permita viteze de rotatie diferite ale rotilor fata si spate la parcurgerea virajelor. Aceste trei diferentiale pot fi libere sau cu alunecare limitata, in una din variantele prezentate mai sus, in diferite combinatii.

In prezent, foarte multi constructori ce urmaresc reducerea costurilor suplinesc montarea unor diferentiale cu alunecare limitata prin functii ale sistemelor electronice de control al tractiunii, realizand transferul cuplului motor catre rotile cu aderenta mai buna prin franarea celor care tind sa patineze. Aceasta solutie de compromis a folosit-o o scurta perioada si BMW (pe prima serie X5 si modelele 4x4 ale seriei 3 din 2001), inlocuind cu functii ale sistemului DSC vascocuplajele utilizate anterior la diferentialele interaxiale si spate ale modelelor 4x4 din seriile 3 si 5 mai vechi. Constructorul german a renuntat insa la ea in scurt timp si a adoptat mult mai performantul sistem xDrive, amintit anterior.