Колеса на повороте
Решим небольшую арифметическую задачу. Автомобиль «Москвич» сделал левый поворот, совершив круг радиусом в десять метров. Требуется подсчитать, какой путь прошло колесо автомобиля?
Пытливый ученик сразу же попросит разъяснений: какое колесо, правое или левое?
А разве не все равно? В том его и дело, что не все равно. Ведь колеса удалены друг от друга. При левом повороте правое колесо пройдет большее расстояние.
Может разница в пройденном пути небольшая, и с ней не стоит считаться? Давайте проверим это, произведя несложный расчет.
Сначала подсчитаем путь левого колеса. Допустим, радиус окружности, описанной им, равен десяти метрам. Длину окружности, то есть путь, пройденный этим колесом, получим по формуле 2πR или 2×3,14×10 = 62,8 метра.
Правое колесо удалено от левого на 1,2 метра. Значит, радиус круга, который оно сделало, составит 11,2 метра. А длина окружности 2×3,14×11,2 = 70,3 метра.
Выходит, за одно и то же время правое колесо прошло путь на 7,5 метра больше, чем левое. И, значит, оно вращалось быстрее.
Соответственно при развороте направо по кругу радиусом 10 метров левое колесо пройдет путь на 7,5 метра больше правого.
Если колеса автомобиля закрепить на одной оси, чтобы они вращались с одинаковой скоростью, разворот будет осуществляться с лишней затратой сил. Скажем, при повороте вправо левое колесо пойдет по более длинному пути и «не успеет» катиться за правым. В то же время правое будет скользить по дороге, «скрести» ее. При этом резина станет быстрее изнашиваться, а сопротивление повороту резко возрастет.
И не только на поворотах. Вот автомобиль двинулся по прямой, но дорога ухабистая, неровная. Правое колесо катится по гладкому участку, а левое то и дело попадает в ямки. Теперь, наоборот, левому выпало идти по гладкой поверхности, зато правое попало в ухаб. Если измерить все вертикальные неровности, которые описывают колеса в пути, то окажется, что даже при движении по прямой они совершают разный путь, и будь насажены на общую ось, очень часто им пришлось бы волочиться.
Конструкторы позаботились о том, чтобы задние колеса могли вращаться с разной скоростью. Насажены они не на общую ось, а на полуоси. Задний мост автомобиля к тому же снабдили особым механизмом, который назван дифференциалом.
Он состоит из двух конических шестерен, каждая из которых связана с соответствующими полуосями, и двух или четырех, в зависимости от типа автомобиля, малых конических шестеренок-сателлитов. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с полуосевыми шестернями, связывая их воедино, как клинья.
Полуосевые шестерни с сателлитами находятся в металлической коробке, привернутой к ведомой шестерне главной передачи. Шипы сателлитов закреплены в коробке, поэтому они, а вместе с ними и полуосевые шестерни вращаются вместе с коробкой.
Допустим, автомобиль движется прямо по совершенно ровной дороге. Большая шестерня главной передачи будет вращать коробку дифференциала вместе с механизмом. И правое, и левое ведущие колеса автомобиля крутятся с одинаковой скоростью. Сателлиты только скрепляют полуосевые шестерни, и те вращаются, как бы составляя одно целое.
Но вот появилась необходимость сделать правый поворот. При этом правое колесо, проходя по более короткой внутренней дуге, встретит большее сопротивление со стороны дороги и снизит скорость вращения. Полуосевая шестерня притормозится, а сателлиты, поворачиваясь, начнут как бы «подгонять» полуосевую шестерню левого колеса. Получится то, что и требуется: правое колесо, проходящее более короткий путь, замедлит вращение, а левое, которому предстоит проделать больший круг за то же время, ускорит.
Так же и при повороте налево. Только все произойдет в обратном порядке. Подобно этому сателлиты будут вести себя и при езде по ухабистой дороге. Они позволяют колесам вращаться по-разному.
Но не всегда дифференциал полезен. При езде в распутицу автомобиль может попасть одним ведущим колесом на скользкое место и забуксовать. Тут уж водитель может сколько угодно «газовать», двигатель пусть надрывно гудит на всю округу, а машина ни с места. Кто виновник? Дифференциал.
В чем дело? Почему автомобиль оказался беспомощным? А потому, что колесо, стоящее на дороге, имеет хорошее сцепление, а другое скользит бесцельно, проворачивается, как говорят, буксует.