Все об автомобиле. Автомобиль на вираже

Судя по заголовку, можно подумать, что речь будет идти о том, как надо вести автомобиль на поворотах. Представьте себе автогонки. Мчится на последней скорости автомобиль Опытный водитель на большой скорости берет один поворот за другим. Зрители, стоящие недалеко от гоночной дорожки, видят как поворачиваются в нужную сторону передние колеса. Нас, техников, интересует, что же происходит в это время с задними колесами, на которые передается от двигателя вращающее усилие. Это-то и будет основным вопросом, которым мы займёмся в нашей статье.

Рис. 38. Когда автомобиль едет по дуге, внутренние его колеса преодолевают меньший путь, чем внешние.

На предыдущих занятиях мы с вами узнали, что карданная шестерня главной передачи непосредственно укреплена на ведущей (в данном случае задней) оси автомобиля, изготовленной из сплошного стального стержня. На обоих концах этой оси жестко укреплены колеса автомобиля. Крепление колес на оси нужно для того, чтобы колеса вращались вместе с осью.

К чему же это приводит, когда поворачивает автомобиль? Внутреннее колесо, совершая путь по дуге, проходит расстояние меньшее, чем внешнее колесо. Это видно на рисунке 38. Следовательно, внутреннее колесо должно вращаться медленнее, чем внешнее, так как за это же самое время ему надо пройти меньший путь. Если бы оба колеса были укреплены на одной оси, они не могли бы вращаться с различной скоростью, а автомобиль не мог бы делать поворотов.

Неудобство такого крепления обнаруживается во многих случаях, например, когда автомобиль одним колесом едет по гладкому шоссе, а другим — по ухабам. В таком случае оба колеса преодолевали бы разные пути, а им пришлось бы вращаться с различной скоростью. И опять тот же самый вывод: если бы колеса были укреплены на одной оси, одно из колес начало бы скользить, что очень вредно для автомобиля.

Что делать в подобных случаях? Ведущую ось автомобиля конструкторы как бы разрезали на две полуоси. Каждая из них приводится независимо, а укрепленные колеса могут вращаться с различной скоростью. Главную роль выполняет здесь дифференциал, приводящий во вращение обе полуоси.

Чтобы лучше понять, как работает дифференциал, посмотрите на рис. 39а. Задняя ось автомобиля, как видно на рисунке, разрезана посередине, а на её концы насажены две полуосевые шестерни. Шестерни, расположенные на разъединенных полуосях, могут вращаться независимо друг от друга. Между ними находятся две конические шестерни, зацепляющиеся одновременно с обеими полуосевыми шестернями (рис. 39 в). Последние называются сателитами. Сателиты вращаются на оси, прикрепленной к коронной шестерне (рис. 39 с). Вот и весь дифференциал.

Рис. 39. а) Ось разрезаем посредине и на смежные концы насаживаем две полуосевые шестерни: 1 — полуосевые шестерни; 2 — полуоси, б) между полуосевыми шестернями располагаем сателиты: 1 — сателиты. с) сателиты устанавливаем на осях и прикрепляем к коронной шестерне.

Осталось самое трудное: изучить принцип работы дифференциала. Рассмотрим случай, когда двигатель не работает, карданный вал не вращается, а следовательно, не вращается и карданная шестерня. Попробуем вручную повернуть только одну полуось. Что же произойдет? Начнёт вращаться насаженная на полуось шестерня, затем оба сателита, сцепляющиеся с ней. Сателиты зацеплены и со второй полуосевой шестерней, которая тоже будет вращаться. Присмотритесь внимательно, в какую сторону вращаются сателиты. Оказывается, сателиты второй полуосевой шестерни вращаются в обратную сторону.

Рис. 40. Модель дифференциала

На практике такой случай не может произойти, так как ни одно колесо не вращается в обратную сторону, если автомобиль едет вперед. Этот пример нам позволил только рассмотреть принцип действия дифференциала.

Как только автомобиль трогается с места, начинает вращаться коронная шестерня, а сателиты, как спутники, тоже вращаются вокруг полуосевых шестерен. Пока автомобиль едет прямо, обе полуосевые шестерни вращаются с одинаковой скоростью. Обратите внимание на то, что сателиты, вращаясь вокруг полуосевых шестерен, сами на своих осях не вращаются. Как только одно из колес замедляет скорость вращения (например, внутреннее колесо на повороте), сателиты начинают вращаться одновременно вокруг своих осей. Их вращение передается через полуосевую шестерню на вторую полуось. Благодаря замечательному свойству дифференциала передавать и изменять вращение одной оси на обратное вращение второй, последняя начинает вращаться быстрее. Иногда, например, если одно из колес попадёт на обледеневшую полосу шоссе, а второе— на песчаный участок дороги, может случиться, что одно колесо вообще не крутится, а другое вращается очень быстро, но вхолостую. Говорят в таком случае «автомобиль буксует», так как одна полуосевая шестерня стоит, а вторая вращается в два раза быстрее, чем следовало бы. Сателиты начинают вращаться вокруг своей оси, передавая вращение второй вращающейся полуосевой шестерне, ускоряя её вращение.

Дифференциал регулирует работу колес: как только одно из них замедляет вращение, механизмы дифференциала ускоряют вращение другого колеса. Колеса приспособляются к дороге, по которой едет автомобиль.

«Но ведь если одно из колес попадёт на ледяную дорожку, автомобиль будет буксовать и не двинется с места. Почему же мы так восхищаемся умным дифференциалом?» — скажете вы.

В этом-то, ребята, и самый большой недостаток дифференциала. Его положительные качества настолько велики, что, к сожалению, без дифференциала нельзя обойтись. К тому же случаи, когда автомобиль въезжает одним колесом на ледяную полосу шоссе, бывают довольно редко, а повороты приходится делать очень часто.

Чтобы лучше усвоить материал сегодняшней беседы, давайте сами себя проэкзаменуем. Представьте себе, что мы на момент задержим работу одних частей дифференциала. Как будут себя вести остальные части дифференциала? Ну-ка, ребята, ответьте.

Без дифференциала нет ни одного автомобиля в мире. Нам, будущим водителям и автоконструкторам, стыдно было бы не знать, как построен и как работает дифференциал.

Если в этой статье вам не всё было ясно, посмотрите на рис 40. Вы видите 2 параллельные пластинки, между которыми на оси расположен валик. Передвигайте пластинку 1 в направлении, указанном стрелкой. Валик начнет вращаться вокруг своей оси, передвигая пластинку 2 в обратном направлении. Теперь, придерживая пластинку 1 (рис. 40 в), перемещаем ось валика. Валик, вращаясь, передвигает плитку 2 в направлении, указанном стрелкой.

Возьмем два кольца (см. рис. 40с) и вставим между ними валики. Придерживая кольцо 1, будем вращать ось валиков. Как показывают стрелки, при вращении валиков начинает вращаться и кольцо 2. Это уже почти дифференциал, в котором кольца — это полуосевые шестерни, а валики — сателиты.

Если появятся у вас, ребята, ко мне вопросы, пишите по адресу:
Польша, Варшава, ул. Чацкого, 3/5.
Редакция журнала «Горизонты техники для детей».

Инженер Тадеуш Рихтер