КАК РАБОТАЮТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ

В этой статье мы расскажем о работе дифференциалов, а также зачем он необходим автомобилю и о его недостатках.

Что такое дифференциал?

Дифференциал – это устройство, которое распределяет крутящий момент по двум направлениям, допуская вращение каждого выхода с разной скоростью. Он используется во всех современных автомобилях и грузовиках, а также на машинах с постоянным полным приводом. Причем в последних - между каждой парой колес, потому что передние проходят разный путь в повороте по сравнению с задними. Системы непостоянного полного привода не имеют дифференциала между передними и задними колесами; вместо этого во время механической блокировки передние и задние колеса вынуждены вращаться с одинаковой средней скоростью. Вот почему такие системы полного привода не рекомендуют использовать на сухом асфальте: с включенным полным приводом машина тяжело поворачивается на асфальте.

Дифференциал выполняет сразу 3 функции:

Направляет мощность двигателя на колеса;

Является последним этапом понижения передачи в машине, замедляя частоту вращения трансмиссии перед тем, как мощность пойдет на колеса;

Направляя мощность на колеса, позволяет им вращаться с разными скоростями (это свойство дало имя дифференциалу).

Зачем нужен дифференциал

Колеса машины вращаются с разными скоростями, особенно в поворотах - внутренние колеса проходят меньший путь, чем наружные, а значит, и с меньшей скоростью. При этом передние колеса проходят разное расстояние по сравнению с задними. Если бы машина не имела дифференциалов, то колеса вращались бы с одной и той же скоростью. Это сильно затруднило бы повороты: чтобы поворачивать, одно колесо должно было бы проскальзывать, т.е. буксовать. Усилие от одного колеса через ось переходило бы, серьезно нагружая ее компоненты.

Открытые дифференциалы

Начнем с простейшего варианта, называемого открытым дифференциалом. Когда машина едет по прямой, оба ведущих колеса вращаются с одинаковой скоростью. Первичная шестерня вращает коронную шестерню и корпус дифференциала, при этом ни одна из шестерен в корпусе не вращается – обе полуосевые шестерни заблокированы, так как движение идет по прямой. Обратите внимание, что пара “первичная шестерня и коронная шестерня” - это последнее передаточное число в машине, которое часто называют передаточным числом моста или передаточным числом главной передачи. Если оно составляет 4,10, тогда число зубьев коронной шестерни в 4,10 раза больше числа зубьев первичной шестерни. При повороте подключаются полуосевая и ведущая шестерни, обеспечивая разные скорости для колес.

Дифференциал в разрезе. Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче. Карданный вал (1 ) через коническую зубчатую передачу вращает ротор (2 ). Ротор через шестерни (3 ) вращает полуоси (4 ). Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей

Бездорожье

Это еще одна ситуация, когда простой дифференциал может привести к проблеме. Допустим, у вас полно¬приводный внедорожник или «паркетник» с открытым дифференциалом на передней и задней оси. Как мы упоминали ранее, открытые дифференциалы подают всегда одинаковый крутящий момент на оба колеса. Если одно из передних и одно из задних колес повиснут в воздухе одновременно, то они будут беспомощно крутиться в воздухе, а автомобиль вообще не сможет двигаться вперед. Решение этой проблемы – дифференциалы повышенного трения (limited slip differential (LSD)). Они используют различные механизмы, чтобы работать, как обычные дифференциалы при поворотах. При скольжении одного колеса дифференциалы повышенного трения позволяют подавать больше крутящего момента на колесо с тягой.

Дифференциалы с постоянным моментом блокировки

Этот вид дифференциалов повышенного трения использует все элементы открытого дифференциала, добавляя пружины и набор сцепления. В некоторых используется конусообразное сцепление, подобно синхронизаторам механической КПП. Пружины толкают полуосевые шестерни, которые закреплены на корпусе дифференциала, на сцепление. Сцепление срабатывает при возникновении разницы в скоростях вращения колес оси, например в повороте. Сцепление сопротивляется разнице в скорости вращения колес. Если одно колесо пытается вращаться быстрее другого, ему сначала надо преодолеть сцепление. Жесткость пружин и трение сцепления определяют значение крутящего момента на преодоление сопротивления. Вернемся к ситуации, когда одно колесо имеет сцепление с дорогой, а второе находится на льду. Дифференциалы с постоянным моментом блокировки даже при нахождении одного колеса на льду без тяги позволяют передать крутящий момент на другое колесо. Крутящий момент, идущий на колесо не на льду, равен максимальному усилию на преодоление сопротивления сцепления внутри дифференциала. В результате автомобиль продолжает движение с ограниченной мощностью.

Вискостная муфта

Вискостная муфта часто применяется в полноприводных автомобилях для соединения передней оси с задней. Когда передняя ось начинает буксовать, крутящий момент идет на заднюю. Вискостная муфта представляет собой набор дисков внутри закрытого корпуса, заполненного тягучей жидкостью. Каждый набор дисков соединен с выходной полуосью. В нормальных условиях оба набора дисков и жидкость вискомуфты вращаются с одинаковой скоростью. Когда один из мостов пытается вращаться быстрее, например при пробуксовке, соответствующий ему набор дисков начинает вращаться быстрее, чем другой. Вискостная жидкость, которая находится между дисками, пытается догнать ускорившиеся диски, увлекая за собой медленные диски, передавая больший крутящий момент на медленные колеса, то есть на те, которые не буксуют. Чем больше разница в скорости вращения между дисками, тем больший крутящий момент передает вискостная муфта. Она не вмешивается в повороты, потому что получаемый крутящий момент очень мал. Кстати, в этом состоит ее основной недостаток: крутящий момент не передается, пока колесо не начнет буксовать.

Блокирующийся дифференциал и Торсен (Torsen®)

Блокировка дифференциала используется для внедорожников. Она добавляет к свободному дифференциалу электрический, пневматический и гидравлический механизм, чтобы жестко соединить шестерни между собой. Этот механизм включается водителем вручную, и во включенном режиме оба колеса вращаются с одинаковой скоростью. Если одно из колес окажется в воздухе или на льду, это никак не влияет на второе. Оба колеса продолжают вращаться с одинаковой скоростью, как будто ничего не случилось. Дифференциал Torsen (означет – чувствующий момент – Torque Sensing) – это чисто механическое устройство; в нем нет электроники, сцеплений и вискостных жидкостей. Дифференциал Torsen – это несколько червячных передач, вращающихся внутри герметичного цилиндрического корпуса. От углов наклона червяков и применяемых материалов зависит коэффициент блокировки. Он определяет, когда и какой дополнительный момент должен перейти на ось, имеющую лучшее сцепление с дорогой. Но как только одно из колес теряет тягу, разница в крутящем моменте колес вынуждает зацепляться шестерни Torsen. Форма шестерен в этом дифференциале определяет коэффициент передачи крутящего момента. Например, если конкретный дифференциал Torsen сконструирован с передаточным числом 5:1, то он способен увеличивать вплоть до 5 раз крутящий момент на колесо с хорошей тягой. Дифференциал Torsen часто находит применение в спортивных полноприводных машинах. Подобно вискомуфте, он используется для передачи крутящего момента между передней и задней осью. В этом случае дифференциал предпочтительнее вискомуфты, потому что передает крутящий момент на колеса до того момента, как начинается пробуксовка. Определяющей характеристикой Torsen стало передаточное соотношение крутящего момента TBR (Torque Bias Ratio). Типичные значения – от 2 до 6.

Дифференциалы и тяга

Открытый дифференциал всегда подает одинаковый крутящий момент на каждое колесо. Существуют два фактора, от которых зависит количество крутящего момента на колеса: мощность и тяга. На сухой дороге, когда тяга в избытке, количество крутящего момента ограничено возможностями двигателя до колес; в условиях слабой тяги, например при езде по льду, количество максимального крутящего момента равно тому значению, при котором колесо начинает проскальзывать в данных условиях. Итак, даже если машина может произвести больше крутящего момента, необходима тяга, чтобы передать его к дороге. Если дать больше газа в момент пробуксовки, колеса просто начнут больше проскальзывать.

На льду

Рассмотрим, что происходит, если одно колесо буксует, а другое имеет хорошее сцепление со льдом. Вот тут проявляется слабость открытых дифференциалов. Дело в том, что открытые дифференциалы подают всегда одинаковый крутящий момент на оба колеса, а его максимальное значение – это момент начала пробуксовки. На льду не надо иметь большой крутящий момент, чтобы заставить колеса пробуксовывать. Когда колесо с хорошей тягой получает лишь тот ограниченный крутящий момент, который может быть направлен на колесо с меньшим сцеплением, машина не может быстро ехать.

Не каждый водитель задумывается о том, что при движении автомобиля на поворотах колёса каждой оси проходят путь, разный по длине. Именно поэтому вращение колёс имеет разную скорость. Необходимо это для того, не проскальзывали по асфальту, чтобы на повороте снизить нагрузку на привод колёс. Обеспечивает этот факт такой механизм, как дифференциал. Установленный на КПП механизм распределяет нагрузку так, что попадает под нагрузку именно самое разгруженное колесо.

95% производимых автомобилей не оснащаются блокировкой, которая позволяет сделать транспортное средство более проходимым.

Виды дифференциалов

Существуют разновидности дифференциалов. По месту нахождения разделяют межосевые и межколёсные. Однако любой свободный дифференциал не позволит автомобилю выбраться из ситуации, когда одно из ведущих колёс попадёт . Для решения подобных проблем разработчики придумали блокировку, которая, в свою очередь, подразделяется на следующие основные группы:

• блокирующиеся на 100%;
• механические устройства повышенного трения;
• самоблокирующиеся механизмы.

Каждый вид имеет как свои преимущества, так и свои недостатки. Например, «жёсткие» блокировки довольно часто приводят к износу резины, разрушению трансмиссии и быстрому выходу из строя коробки передач. И всё это закономерно, так как при эксплуатации машина постоянно попадает в ямы и наезжает на кочки, а это довольно пагубно сказывается на трансмиссии.

Чтобы выровнять недостатки обычного и жёсткого устройств, был создан цилиндрический самоблокирующийся дифференциал повышенного трения. Он имеет ещё второе название - дифференциал ограниченного проскальзывания.

Такой конструкции довольно прост. Если к сателлитам применить определённую силу и зажать их, не позволяя им вращаться между полуосевыми шестернями с довольно большой скоростью, то получится, что, с одной стороны, механизм позволит колёсам при повороте вращаться с разной скоростью. А с другой стороны, распределит крутящий момент таким образом, что колесо, у которого будет наилучшее сцепление с дорожным покрытием, будет иметь большую силу тяги.

Ещё стоит сказать о дисковом дифференциале повышенного трения. Чаще всего такая конструкция используется в заднеприводных автомобилях, которые планируется использовать на соревнованиях. Такая система блокирует колёса до определённого уровня нагрузок. Её недостатком является довольно частая необходимость в замене дисков и масла в КПП.

На видео - принцип работы блокировки дифференциала:

А вот для использования как в обычных условиях эксплуатации, так и в соревнованиях очень удачной является блокировка дифференциала с преднатягом (червячного типа). Преимуществ у такой системы гораздо больше, чем недостатков. Плюсами можно назвать:

• блокирование колёс до 70%;
• минимум обслуживания;
• отсутствие рывков на руле;
• не нужно заливать в КПП специальное масло;
• установка системы не сопровождается трудностями;
• высокая проходимость машины;
• длительный срок службы конструкции;
• прекрасная управляемость автомобилем;
• отличное чувство равновесия;
• более высокая скорость прохождения поворотов;
• лёгкость вывода транспортного средства из заноса.

Что касается недостатков конструкции, то и они есть:

• с течением времени падает преднатяг;
• для работоспособности конструкции придётся каждые 20–40 тыс. км менять регулировочные шайбы;
• если не проводить регулировочные работы, то система будет работать как свободный дифференциал.

Различие принципов действия

Часто имеют одновременно три вида конструкций: один межосевой дифференциал и два мостовых. Для качественной работы может быть использована как полная, так и частичная автоматическая или ручная блокировка межосевого типа конструкции.

Уже во многих стали применять всевозможные электронные системы контроля над движением автомобиля. Преимуществом электронной блокировки является более высокая тяга на поворотах и к тому же возможность настройки степени блокирования в зависимости от предпочтений водителя. Единственным недостатком можно назвать то, что такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.

Одним из видов самоблокирующегося механизма является блокирующийся межколёсный дифференциал. На ровной дороге, на твёрдом покрытии, такой механизм ведёт себя так, как обычная свободная система. И лишь тогда, когда колесо на оси вращается относительно другого с большей частотой, конструкция автоматически блокируется. при блокировании межколёсного типа устройства существенно повышается.

Принудительная блокировка

Наиболее простым способом является принудительная блокировка механизма. В этом случае только водитель принимает решение о её включении или выключении. Осуществляется это либо с помощью рычагов, либо посредством кнопок, расположенных в салоне автомобиля.

Этот вид блокирования просто идеален для внедорожников, которые эксплуатируются в условиях российского бездорожья. Система безупречно надёжна и практически непригодна в эксплуатации на ровных дорогах.

На видео - тест принудительной блокировки дифференциала:

В условиях бездорожья также эффективной будет блокировка заднего дифференциала. Она является просто незаменимой в случаях, когда одно из колёс оси вывешивается. Тогда крутящий момент от двигателя будет передаваться именно на колесо, которое касается грунта.

Подводя итог, можно сделать вывод, что оптимальным вариантом является именно самоблокирующийся дифференциал. Он во многом превосходит свободный механизм и не имеет недостатков жёсткой конструкции. При наличии такой системы автомобиль становится более проходимым.

Дифференциал – это устройство, которое управляет распределением вращательного момента от входного вала к выходным, при этом скорость каждого отдельного элемента может отличаться. Механизм широко применяется в автомобильной индустрии.

Дифференциалы различаются согласно месту установки, предназначению и особенностям конструкции:

1. В автомобилях с приводом на одну ось используется лишь один дифференциал, называемый межколесным. Его необходимость вызвана тем, что внешние и внутренние колеса проходят разное расстояние при повороте транспорта.
2. Автомобили с приводами 6×6 или 8×8 содержат в конструкции дополнительный межтележечный дифференциал.
3. В полноприводных же моделях устанавливается целых три дифференциала: два межколесных и один межосевой.

О том, как работает межосевой дифференциал, и какие межосевые дифференциалы вообще могут быть мы поговорим более подробно далее.

Предназначение межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между ведущими осями автомобиля и дает им возможность вращаться с разными угловыми скоростями. Такая потребность вызвана простым условием движения транспорта по неровным поверхностям, когда собственная масса конструкции давит на ось, находящуюся в более низком положении. Так, при езде под горку значительная часть момента подается на задние колеса. И, наоборот, в случае спуска.

Устройство межосевого дифференциала устанавливается, как правило, в раздаточной коробке автомобиля. Межосевой дифференциал может быть симметричным и несимметричным. Первый распределяет крутящий момент между осями поровну, а второй – в определенном соотношении.

Кроме того, существует межосевой дифференциал без механизма блокировки, который позволяет осям вращаться с различной скоростью, а также дифференциал самоблокируемый либо с механизмом ручной блокировки, который принудительно распределяет вращающий момент между приводными полуосями в зависимости от дорожных условий. При этом принудительная блокировка межосевого дифференциала подразумевает полное или частичное выключение дифференциала, обеспечивающее жесткое соединение передней и задней полуосей между собой.

Чаще всего для полной реализации полноприводных возможностей автомобиля применяется самоблокируемый дифференциал, который может иметь три вида конструкций и разные принципы работы соответственно.

Конструкции и принцип работы самоблокирующегося межосевого дифференциала

Итак, существует три вида самоблокирующегося межосевого дифференциала:

• вязкостная муфта;
• блокировка типа Torsen;
• фрикционная муфта.

Межосевой дифференциал с вискомуфтой

Схема межосевого дифференциала с вискомуфтой представляет собой планетарную симметричную схему на конических шестернях. Данная конструкция предполагает наличие управляющего элемента вязкостной муфты, которая состоит из следующих элементов:

1. корпус;
2. вал корпуса;
3. ведущий вал;
4. ведомый вал;
5. диски;
6. боковая шестерня;
7. уплотнения.

Муфта в своей конструкции имеет герметично закрытую полость, наполненную воздушно-силиконовой масляной смесью. Полость кинетически связана с двумя пакетами дисков, которые соединены с обеими полуосями.

Принцип работы:

При прямолинейном движении по ровной поверхности и с постоянной скоростью межосевой дифференциал передает крутящий момент двигателя на переднюю и заднюю ведущую ось в соотношении 50 на 50. В случае если один из пакетов дисков начинает вращаться быстрее другого, то в герметической полости муфты повышается давление, и она начинает механически тормозить (т.е. блокировать) этот пакет, тем самым уравнивая угловые скорости вращения.

Следующие примеры могут легко объяснить, зачем нужен межосевой дифференциал с вязкостной муфтой:

• В случае выезда транспортного средства на скользкую поверхность, что приводит к сильной пробуксовке передних колес, из-за значительно повышается давления в муфте. Как следствие, на задние колеса подается гораздо больший крутящий момент.
• Распределение момента в пользу переднего привода происходит в случае резкого разгона автомобиля на скользкой поверхности. В такой ситуации происходит смещение центра тяжести вперед, и передняя ось становится ведущей.

Широкое распространение конструкция с вискомуфтой получила благодаря простоте конструкции и ее дешевизне. К недочетам можно отнести отсутствие функции ручной блокировки, возможность перегрева при долговременной работе, неполное автоматическое блокирование, преобразование значительной части кинетической энергии в тепловую.

Межосевой дифференциал с блокировкой типа Torsen

Конструкция рабочего привода данной системы состоит из следующих единиц:

1. корпус;
2. правая полуосевая шестерня;
3. левая полуосевая шестерня;
4. сателлиты правой и левой полуосевых шестерен;
5. выходные валы.

Стоит отметить, что дифференциал Torsen имеет наиболее совершенную конструкцию.

Принцип работы:

Межосевой блокируемый дифференциал Torsen состоит из ведомых и ведущих червячных колес, иначе называемых полуосевыми и саттелитами. В такой системе блокировка случается вследствие особенностей функционирования шестерен данного типа. В нормальном состоянии им задается определенное передаточное число. Если колеса имеют хорошее сцепление с поверхностью и движутся плавно, работа дифференциала происходит точно так же, как и у симметричного. Но как только происходит резкое увеличение момента, саттелит пытается начать движение в обратную сторону. Полуосевая червячная шестерня перегружается, и происходит блокировка выходных валов. При этом лишний крутящий момент двигателя переходит на другую ось. Максимальная степень перераспределения момента для дифференциалов Torsen – 75 на 25.

Наиболее известной разновидностью данной системы является Torsen Audi Quattro. Это один из самых популярных механизмов в конструкциях современных полноприводных автомобилей. Его неоспоримыми преимуществами являются широкий спектр переброса вращающего момента, мгновенная скорость срабатывания и отсутствие негативного влияния на тормозную систему. А вот к недостаткам можно отнести сложность конструкции со всеми сопутствующими последствиями.

Межосевой дифференциал с фрикционной муфтой

Блокировка на базе фрикционной муфты серьезно превосходит описанные выше конструкции, потому что имеется возможность и автоматической, и ручной блокировки дифференциала. Конструктивно она очень схожа с вискомуфтой и отличается лишь основными рабочими элементами.

1. корпус;
2. вал корпуса;
3. ведущий вал;
4. ведомый вал;
5. фрикционные диски;
6. уплотнения.

Принцип работы:

Принцип работы межосевого дифференциала такого рода достаточно прост. При однообразном плавном движении угловые скорости распределяются между осями поровну. Если одна из полуосей начинает вращаться с увеличенной скоростью, фрикционные диски сближаются и притормаживают ее за счет сил трения.

Однако из-за сложности конструкции и особенностей обслуживания фрикционные дифференциалы не используются производителями серийных автомобилей, несмотря на свои очевидные преимущества. Кроме того, ощутимый минус такой системы – быстрый износ рабочих элементов, а значит малый ресурс ее работы.

Система блокировки Haldex

Но стоит сказать, что на базе конструкции межосевого дифференциала с фрикционной муфтой еще в 1998 году шведским заводом Haldex была выпущена собственная альтернативная система. Она основывалась на работе электрогидравлической связки элементов. Та старая версия системы была скорей провальной, чем удачной, но породило несколько модификаций, последняя из которых стала довольно востребованной.

Haldex 4 поколения, вышедший в 2007 году стал настоящим прорывом. Основными рабочими плоскостями системы являются фрикционные диски. Через них крутящий момент от двигателя передается на полуоси. Одним из новшеств стал полный отказ производителя от использования в качестве рабочего привода гидравлического насоса. Ему на смену пришел мощный полностью электрический насос.

А вот самым интересным изменением стало превращение системы в полностью электронную. Так, включение муфты и блокировка полуосей больше не зависит от скорости вращение отдельного колеса. Управление работой системы ведется через электронный блок управления, который получает всю необходимую информацию от датчиков движения. Кроме того, одним из главных сигналов включения муфты в работу является нажатие педали газа. Ускорения почти всегда сопровождается определенной пробуксовкой, поэтому блокировка как нельзя кстати.

Haldex 4 многими называется самой современной системой для автомобилей с подключаемым полным приводом. Особенно часто Haldex устанавливают на современные внедорожники с межосевым дифференциалом азиатского производства. Ее главными преимуществами являются простота конструкции, надежность и работа на протяжении всего времени езды. А вот главный недостаток – невозможность переноса более 50% мощности на заднюю ось вращения.

Основная задача трансмиссии в конструкции любого автомобиля – изменение передаточного числа, полученного от силовой установки и передача вращения на ведущие колеса.

Если рассматривать конструкцию заднеприводного автомобиля, то в состав его трансмиссии входит коробка передач (она меняет передаточное число), карданная передача (посредством ее осуществляется передача вращения на заднюю ведущую ось) и редуктор (передает вращение на полуоси, к которым крепятся колеса). Но в этой конструкции есть одна особенность – колеса в определенных случаях должны вращаться с различной скоростью. И чтобы это осуществить, в редуктор добавили еще один узел – дифференциал автомобиля.

Для чего нужен дифференциал

При прямолинейном передвижении дифференциал, в принципе и не нужен, поскольку ведущие колеса крутятся с одной скоростью. Но ведь часто возникает надобность проходить и повороты. При этом колеса идут по различным радиусам, то есть пройденное расстояние при повороте у колес одной оси отличаются. Движущееся по внутреннему радиусу колесо проходит значительно меньший путь, чем идущее по внешнему.

Если при этом обеспечить равную передачу вращения на каждое из колес, то одно из них начнет пробуксовывать, при этом и возникает большая нагрузка на элементы трансмиссии. В результате происходит повышенный и высока вероятность повреждения приводных элементов.

Чтобы этого не произошло, требуется перераспределение вращения на колеса в соответствии с условиями движения. Другими словами нужно, чтобы при прохождении поворота движущееся по внутреннему радиусу колесо – замедлилось, а идущее по внешнему – ускорилось. Именно это и обеспечивает добавленный в конструкцию трансмиссии авто дифференциал.

Виды и их особенности дифференциалов

Видео: GPS Навигатор — описание и тест

Видов дифференциалов по месту установки – два:

1. Межколесный.
2. Межосевой.

Первый используется на всех легковых авто с одной ведущей осью, и в его задачу входит только выполнение своей функции. На заднеприводных авто он располагается в заднем мосту и устанавливается на редуктор. То есть редуктор передает вращение на полуоси не напрямую, а через дифференциал.

Что касается переднеприводных авто, то из-за отсутствия карданной передачи и моста с редуктором, вращение от передается напрямую на дифференциал (они размещены в одном корпусе), а от него уже оно поступает на приводные валы.

Межосевой дифференциал используется на полноприводных авто, у которых обе оси являются ведущими. Там он нужен для того, чтобы правильно распределять получаемое вращение по осям при движении по неровностям. К примеру, авто движется на подъем, в результате чего задняя ось находится в низком положении относительно передней. В результате происходит перераспределение массы авто, она начинает больше давить на задок, и установленный узел в этом случае повышает крутящий момент на задних ведущих колесах. И все выполняется с точностью до наоборот на спусках.

При этом на полноприводных авто также требуется распределение вращения и на колесах, поэтому у них в общей сложности используется 3 дифференциала (1 – межосевой и 2 – межколесных).

Конструкция, принцип работы дифференциала

Дифференциалы, используемые на авто, делаются на основе обычного редуктора планетарного типа. Основными его составными компонентами являются:

• корпус, он же — чашка (выполняет роль ведущего элемента);
• сателлиты;
• ведомые шестеренки;

Видео: Как работает дифференциал / How Differential Steering Works (на русском)

Эта конструкция может использовать разные виды зубчатых передач:

1. Цилиндрические.
2. Конические.
3. Червячные;

Видео: Дифференциал, обзор конструкции, принцип действия

Редуктор состоит из двух шестерён (малой ведущей и большой ведомой). Часто ведомую из-за ее размера называют еще зубчатым колесом. Вот к ней и крепиться чашка при помощи болтового соединения. Внутри чашки сделаны оси для крепления сателлитов. Количество их может варьироваться в зависимости от значения крутящего момента. На легковых авто, где усилия не особо высокие, устанавливается по два сателлита, на внедорожниках же их количество может составлять 4 штуки.

Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с правой и левой ведомыми шестернями (вторые получаются зажатыми между первыми). Ведомые шестеренки закрепляются посредством шлицевого соединения на полуосях (в переднеприводных авто они соединены с приводными валами).

Количество зубьев на ведомых шестернях может быть как одинаковым (симметричный дифференциал), так и разным (ассиметричный). Первый тип обеспечивает распределение вращения по полуосям (приводным валам) в равном соотношении, а у второго это выполняется в строго определенных значениях.

Из-за этих особенностей симметричный тип используется в качестве межколесного, а ассиметричный – межосевого дифференциалов.

Работает планетарный узел так: во время прямолинейного движения оба колеса ведущей оси получают одинаковое сопротивление от дорожного полотна. Вращение, получаемое от коробки передач передается на ведомое зубчатое колесо редуктора, а вместе с ним и крутиться чашка дифференциала с размещенными в ней сателлитными осями. Поскольку сопротивление одинаково, то сателлиты осуществляют передачу крутящего момента на ведомые шестеренки в одинаковых соотношениях, то есть скорость вращения их, а вместе с ними и полуосей, равна. При этом сателлиты лишь передают вращение, сами же они остаются неподвижными относительно своих осей.

При вхождении в поворот, колеса начинают двигаться по разным радиусам. При этом, идущее по внутреннему радиусу получает большее сопротивление, чем внешнее. Это сопротивление обеспечивает замедление вращения ведомой шестеренки, из-за чего сателлиты начинают крутиться на осях. В результате начала движения сателлитов, скорость вращения полуоси наружного колеса возрастает, то есть происходит изменение угловых скоростей полуосей (приводных валов). Примечательно, что общая скорость вращения обеих полуосей соответствует скорости вращение зубчатого колеса редуктора, но увеличенной вдвое. При этом крутящий момент от разницы угловых скоростей не меняется, и он разделяется на ведущие колеса равномерно.

В результате такой работы узла при прохождении поворотов удается избежать появления пробуксовки и увеличения нагрузки на элементы трансмиссии.

Блокировка дифференциала

Блокировка дифферециала с гидроприводом включения

Но у автомобильного дифференциала есть существенный недостаток, который проявляется в случае, когда сопротивление вращению на одном из колес полностью пропадает (к примеру, оно попало на скользкий участок дороги). В результате особенностей работы, у колеса, потерявшего сопротивление дороги, максимально возрастает угловая скорость. То есть, по сути, все вращение передается только на него, в то время как второе колесо из-за сопротивления останавливается.

В результате автомобиль обездвиживается, поскольку из-за низкого сопротивления на одном колесе падает и крутящий момент на нем. А поскольку дифференциал работает симметрично, то на втором колесе момент тоже очень мал, и его явно недостаточно, чтобы заставить его вращаться. Чтобы решить такую проблему, достаточно лишь замедлить вращение буксующего колеса, тем самым повысив крутящий момент на нем, и соответственно, на втором колесе. И для этого применяются блокировки дифференциала.

Видео: GБлокировки дифференциала для УАЗа, разновидность и принцип работы

Все просто – если обеспечить жесткое соединение одной полуоси с чашкой дифференциала, то она просто не сможет вращаться быстрее, чем шестерня редуктора. Из-за этого не будет происходить перераспределение вращения, крутящий момент на обеих полуосях будет одинаковым, и его хватит, чтобы обеспечить вращение и колеса, на котором имеется сопротивление, то есть автомобиль сможет двигаться даже в случае потери сопротивления на одном из колес.

Блокировки дифференциала различаются по степени блокирования и бывают они с:

1. Полной.
2. Частичной блокировкой.

Полная описана выше и указывает она на то, что происходит жесткое соединение элементов дифференциала машины, по сути, он просто прекращает выполнять свои функции и крутящий момент подается равно на обе полуоси.

В частичной же блокировке передача усилия между составными элементами узла ограничена определенной величиной, что обеспечивает повышение крутящего момента на колесе, получающем повышенное сопротивление.

Управление блокировкой

Блокировка может устанавливаться на любой автомобильный дифференциал, как межколесный, так и межосевой. При этом в полноприводных авто передний межколесный дифференциал обычно не оснащают блокировкой, чтобы не оказывать влияние на управляемость авто. Задействование же блокировки, если она имеется, может осуществляться в ручном и автоматическом режиме.

Ручное включение подразумевает принудительное блокирование дифференциала, то есть оно задействуется только когда нужно. При этом водитель задействует привод, в результате чего происходит жесткое соединение составных элементов дифференциала между собой.

Привод блокировки может быть:

• механический;
• гидравлический;
• пневматический;
• электромеханический;

Основной недостаток ручного управления крыт в надобности соблюдения условий эксплуатации. Так, заблокированный дифференциал может повредить трансмиссию в случае, когда оба колеса окажутся на дороге с хорошими сцепными свойствами. Такое может произойти, к примеру, когда водитель забыл разблокировать дифференциал в авто после преодоления бездорожья.

Виды самоблокирующихся дифференциалов

Дифференциалы, у которых блокирование происходит в автоматическом режиме, называются самоблокирующимися. В них, при определенных условиях происходит самостоятельная блокировка, без какого-либо участия водителя. Точно также он и разблокируется.

Видео: Кардан Главная передача Дифференциал

Самый простой самоблокирующийся дифференциал – дисковый, имеющий в своей конструкции дополнительный элемент – пакет фрикционных дисков, одна часть которого жестко соединена с чашкой дифференциала, а вторая – с одной из осей. При этом диски прижаты друг к другу.

Действует такая блокировка очень просто: при прямолинейном движении машины чашка и полуось вращаются с одной скоростью, а вместе с ними и фрикционный пакет.

В случае повышения угловой скорости на одной из полуосей, она начинает вращаться быстрее чашки. При этом одна часть фрикционного пакета (закрепленная на оси) ускоряется относительно второй. А поскольку они прижаты, то между ними возникает сила трения, которая и препятствует повышению угловой скорости, соответственно крутящий момент на колесе с большим сопротивлением повышается.

Примерно так же действует и вязкостная муфта, она же вискомуфта, которая сейчас является достаточно распространенным способом заблокировать дифференциал в автоматическом режиме. Но из-за больших габаритных размеров ее в качестве межколесной блокировки не используют. Муфта устанавливается только на межосном дифференциале, как вспомогательное устройство, а в некоторых случаях она полностью его заменяет.

Конструкция этой муфты такая: имеется герметичный корпус, с помещенным в нее пакетом дисков, одна половина которого жестко связана с ведущим валом (от которого подается вращения) а вторая – с ведомым.

Вискомуфта в разобраном состоянии

Все пространство между дисками заполнено дилатантной жидкостью, особенность которой заключается в повышаемой вязкости при перемешивании.

Действует вискомуфта примерно также же, как и дисковая блокировка. Пока валы вращаются с одной скоростью, перемешивание жидкости, расположенной между дисками, не происходит. Но как только появляется разница в скоростях вращения, диски начинают мешать жидкость из-за чего она становиться более вязкой. В результате повышения вязкости жидкости, которая при большой разнице скоростей может стать практически твердой, выравнивается угловая скорость на валах.

Существует также электронная блокировка дифференциала, которая используется на межколесном дифференциале автомобиля. Причем в качестве основного рабочего элемента в ней выступает антиблокировочная система тормозов.

Такая блокировка имеет свое обозначение – , суть работы которой сводится к тому, что в случае увеличения угловой скорости на одном ведущем колесе, тормозная система притормаживает его, тем самым повышая крутящий момент на другом колесе.

Многие, кто собрался приобретать внедорожник, при выборе определённой модели, конечно могли столкнуться с термином «блокировка дифференциала». Но что это? Как это? И каков принцип работы и надобность этого самого дифференциала? Как показывает практика, знают не все будущие потенциальные «джиповоды».

В этой статье мы расскажем о том, что из себя представляет дифференциал и зачем он в автомобиле. Каких разновидностей он бывает и на какие автомобили предусмотрена его установка?

История дифференциала

Появление дифференциала в автомобильном мире не заставило себя ждать. Спустя лишь несколько лет, после того, как с конвейера стали сходить первые автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Давно ведь дело обстояло не так сладко, как сейчас и первые автомобильные образцы, которые работали при помощи двигателя, очень плохо управлялись.

Колёса, расположенные на одной оси, во время поворота вращались с одинаковой угловой скоростью, а это уже приводило к тому, что колесо, идущее по внешнему диаметру, сильно пробуксовывало. Решили эту проблему достаточно просто: заимствованием дифференциала у паровых повозок.

Этот механизм был изобретён во Франции в 1828 году инженером Оливером Пекке-Ром. Это было устройство, которое состояло из валов и шестерней. Через него крутящий момент от ДВС передавался на ведущие колёса.Но вот случилась ещё одна незадача – стали пробуксовывать колёса, которые утрачивали сцепление с дорожным покрытием. Зачастую это проявлялось во время движения по дороге с обледенелыми участками.

Колесо, которое находилось на льду, вращалось с большей скоростью, чем колесо, что оставалось на более пригодной для движения поверхности. Это и приводило к заносу. После конструкторы и стали думать о том, как настроить дифференциал, чтобы колёса вращались с одинаковой скоростью, дабы воспрепятствовать появлению заносов.

Первым человеком, проводившим эксперименты над дифференциалом с минимальным проскальзыванием, стал ни кто иной как Фердинанд Порше. Для того, чтобы рынок повидал кулачковый дифференциал – «детище» Порше с ограниченным проскальзыванием, потребовалось не менее трёх лет. Им оснащали первые модели автомобилей марки . В следующие десятилетия инженерами были разработаны разнообразные виды дифференциалов, о которых мы расскажем Вам далее.

Принцип работы и устройство

Давайте, пожалуй, начнём с типа дифференциала, который является самым простым для рассмотрения – открытого дифференциала. Мы начнем с простейшего типа дифференциала, называемого открытым дифференциалом. Итак, конструкция дифференциала включает в себя следующие части:

- Ведущий вал. Его задача заключается в передаче крутящего момента. Вал ведёт его от трансмиссии к самому началу дифференциала.

- Ведущая шестерня ведущего вала. Шестерня в форме косозубого конуса, необходимая для сцепки дифференциальных механизмов.

- Коронная шестерня. Элемент, являющийся ведомым. Так же имеет форму конуса и вращается ведущей шестернёй. Система вместе взятых ведущей и ведомой шестерней называется главной передачей. Она служит на завершающем этапе по уменьшению скорости вращения, которое достигает колёс в конечном счёте. Ведущая шестерня в своих размерах гораздо уступает коронной , поэтому для осуществления одного оборота ведомой, первой необходимо совершить не один оборот вокруг своей оси.

- Шестерни полуосей. Являются последним рубежом передачи вращения ведущего вала колёсам.

- Сателлиты – это планетарный механизм, осуществляющий ключевую роль в обеспечении разной угловой скорости колёс при осуществлении поворота.

Когда Вы двигаетесь по прямой на своём автомобиле, то весь дифференциальный механизм вращается с единой скоростью: входной вал вращается с идентичной скоростью, что и полуоси, соответственно, с той же скоростью происходит и вращение самих колёс. Но только Вы повернёте руль, ситуация моментально в корне изменяется. Главными игроками теперь выступают сателлиты, которые разблокировываются под воздействием разности нагрузок на колёса , когда, например, одно колесо начинает пробуксовывать и поэтому движется быстрее.

Вся мощность мотора проходит непосредственно через них. А в результате того, что сателлиты представляют из себя две шестерни, которые независимы, то происходит передача разной частоты вращения двум полуосям. Но мощность не разделяется поровну, а передаётся на колесо, что движется во внешнем крае поворота машины . Следовательно оно и начинает крутиться гораздо быстрее за счёт количественного прибавления оборотов. И разность в распределении мощностей между колёсами тем больше, чем меньше радиус поворота автомобиля, то есть чем сильнее Вы выворачиваете рулевое колесо.

Что такое блокировка дифференциала и как она работает

Блокировка дифференциала – это один из эффективнейших способов повышения внедорожных характеристик автомобиля. Любой автомобиль, который предназначается напрямую или косвенно для бездорожья, оснащается конструкторами на заводе механизмом, который блокирует межосевой дифференциал. Так же автомобили оснащают механизмами, блокирующими передний и задний мосты.

Блокировка данного механизма, как и любое технологическое решение имеет свои преимущества и недостатки. Чтобы понять, когда необходимо использовать блокировку дифференциалов, а какие случаи просто запрещают её использование, нужно разобраться в принципах, на которых её действие основывается.

Попробуйте в зимнее заснеженное время совершить с места прыжок в длину. Ага. А вот и не получается, а всё потому, что одна нога у вас оказалась на скользкой оледенелой поверхности, а вторая на сухом асфальте. Вот из-за этого и не получилось совершить чемпионский прыжок. Одна нога выскользнула из под Вас, а мозг не сориентировался вовремя и не дал команду вложить всю силу для толчка в другую ногу. Итог этого эксперимента достаточно весел и комичен: ноги разъехались и Вы чуть не рухнули на пятую точку.

Так что же сделать в данном случае, чтобы обе ноги возымели возможность прекрасно оттолкнуться от земли? А всё очень и очень просто. Необходимо просто две толчковые ноги превратить в одну, связав их прочно между собой прочным ремнём или жгутом. Теперь они будут работать, как одно целое и будет использоваться максимальная сила толчка от одной стабильной опорной поверхности с хорошим сцеплением. Аналогичный процесс происходит и в автомобиле в момент взаимодействия его ведущих колёс с дорогой.

Давайте представим ситуацию при которой заднеприводный автомобиль остановился случайным образом так, что его левое колесо оказалось на скользкой поверхности, а правое на асфальте. Как Вам известно, стандартный межосевой дифференциал малого трения , который находится на заднем мосту автомобиля, всегда предоставляет колёсам равную окружную силу. Левое колесо, находящееся на льду, не в состоянии сдвинуться со скользкой поверхности с применением больших усилий в силу недостаточности сцепления.

И-за этого дифференциал не в состоянии предоставить ему огромное усилие, так как это просто невозможно физически. А в этом случае аналогичная сила подведётся и к колесу , которое находится на асфальтированной поверхности. Он выровняет усилия, которые распределены между колёсами, ориентируясь на левое колесо.

В результате машина сдвинется с места с пробуксовкой, но медленно. Его колёса не смогут использовать достаточную для толчка силу, которая была бы необходима для сцепления правого колеса, которая в данных условиях будет ни много, ни мало, а в целых семь раз превышающую чем у левого. Из-за такого свойства распределять тяговую силу поровну, правое колесо будет использовать лишь седьмую часть его возможностей сцепления с асфальтом. Говоря проще, толчок мог бы случиться в семь раз мощнее, но дифференциалом не было подведено к нему достаточного количества силы для совершения этого манёвра.

Следовательно необходимо осуществить такую связь между колёсами, для обеспечения совместного вращения или пробуксовки, буд-то бы единого колеса. Для решения данной задачи используется специальный механизм, блокирующий вращение шестерней дифференциала и связывающий два колеса между собой условной жёсткой связью с постоянным вращением и одинаковой скоростью. Такой механизм называется «механизм блокировки (отключения) дифференциала», или в простонародье – блокировкой.

Дифференциал, что заблокирован не в состоянии выравнивать межколёсное усилие, тем самым делая их связанными единой осью. В результате чего каждое колесо получает максимально возможную силу, которая нужна для наилучшего сцепления колёс. Следовательно, где лучше сцепление колёс с дорожной поверхностью, туда и будет прилагаться большая сила.

Какие бывают дифференциалы

Основой дифференциала является планетарный редуктор. Вид зубчатой передачи, который используется, условно может разделить дифференциал на три вида:

- Червячный;

Цилиндрический;

Конический.

Червячный дифференциал является самым универсальным и устанавливается как между осями, таки между колёсами. Цилиндрический тип, зачастую, располагается во внедорожниках меж осей. Конический тип в основном применяется в качестве межколёсного дифференциала.

Выделяют так же симметричный и несимметричный дифференциалы. Несимметричная конструкция дифференциала устанавливается в полно приводных автомобилях между осями, распределяя крутящий момент в различных пропорциях. Симметричный тип передаёт на ось между двумя колёсами равный крутящий момент. Так же дифференциалы разделяют по виду блокирования: ручная блокировка и электронная блокировка.

Ручная блокировка дифференциала

Исходя из названия, блокировка дифференциала оси включается по инициативе водителя с помощью нажатия кнопки или переключения определённого тумблера. В данном случае происходит блокировка шестерней-сателлитов, в результате чего ведущие колёса начинают вращаться с одинаковой скоростью. Зачастую ручной блокировкой дифференциала оснащаются внедорожники. Включать её рекомендуется для преодоления тяжёлого бездорожья, а отключение производить при выезде на обычную асфальтированную дорогу.

Электронная или автоматическая блокировка дифференциала

Автоматическое блокирование дифференциала осуществляется путём команд электронного блока управления, который анализирует состояние, в котором находится дорожное покрытие, используя ABSи ESP. Затем ЭБУ самостоятельно блокирует шестерни-сателлиты. По степени блокирования это устройство можно условно подразделить на дифференциал с полной и частичной блокировками.

Полная блокировка дифференциала

Включение такой блокировки подразумевает под собой тот факт, что шестерни-сателлиты останавливаются полностью, а механизм берётся за выполнение функций обычной муфты, тем самым передавая равностепенный крутящий момент на две полуоси. Вследствие этого оба колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью. Если случится то, что хотя бы одно колесо потеряет сцепление с поверхностью, то крутящий момент с него в полной мере передаётся на другое колесо, которое осталось форсировать бездорожье. Такое дифференциальное устройство успешно реализовано на Toyota Land Cruiser, Mercedes-Benz G-Class и других.

Частичная блокировка дифференциала

Включение этой блокировки не полностью останавливает шестерни-сателлиты, а позволяет им проскальзывать. Такой эффект доступен благодаря самоблокирующимся дифференциалам. В зависимости от типа срабатывания данного механизма, делят его на два вида: Speed sensitive (задействуется, когда замечается разница в угловых скоростях вращения полуосей) и Torque sensitive (задействуется в случае уменьшения крутящего момента одной полуоси).Такой тип срабатывания дифференциального устройства можно встретить на внедорожниках Mitsubishi Pajero, Audi Q-серии и BMW X-серии.

Группа дифференциалов Speed sensitive различается строением конструкции. Одним из таких механизмов является тот, в котором дифференциальную функцию выполняет вискомуфта. Вискомуфта отличается от фрикционного дифференциала своей меньшей надёжностью. Именно из-за этого она имеет место устанавливаться на автомобили, которые не предназначены для преодоления непролазных дебрей и глубоких бродов или на автомобили со спортивным характером.

Ещё один механизм представляющий группу Speed sensitive называется героторный дифференциал. Роль блокирующих элементов здесь играют масляный насос и фрикционные пластины, монтируемые между корпусом дифференциала и шестернями-сателлитами полуосей. Хотя по принципу действия он схож с вискомуфтой.

Дифференциалы, которые относятся к группе Torque sensitive , также различны по своей конструкции. Например есть механизм с использованием фрикционного дифференциала. Особенность его заключается в разности угловых скоростей колёс в поворотах и при движении по прямой. Когда автомобиль движется по прямой, угловая скорость вращения обоих колёс одинакова, а во время прохождения поворота, крутящий момент для колёс различен.

Очередной тип дифференциалов - с гипоидным и косозубым зацеплением. Они условно подразделяются на три группы.

Первая – с гипоидным зацеплением

Здесь каждая полуось имеет свои собственные шестерни-сателлиты. Крепятся они между собой путём прямозубого зацепления, располагаясь перпендикулярно друг относительно друга. В случае возникновения разницы угловых скоростей ведущих колёс, происходит расклинивание шестерней полуосей. В результате чего шестерни трутся о корпус дифференциала. Дифференциал частично блокируется и происходит перераспределение крутящего момента на ось, с меньшей скоростью углового вращения. После выравнивания полуосевых скоростей, блокировка деактивируется.

Вторая – с косозубым зацеплением

Аналогична первой, но расположение шестерен-сателлитов параллельно относительно полуосей. Эти агрегаты крепятся между собой путём косозубого зацепления. Сателлиты этого механизма вмонтированы в специальные ниши на корпусе дифференциала.Когда наблюдается различие в угловой скорости колёсного вращения, шестерни расклиниваются и сопрягаются с шестернями, что находятся в нишах дифференциального корпуса. Происходит частичная блокировка. Направление крутящего момента определяется на ось с меньшей скоростью вращения.

Третья – с косозубыми шестернями полуосей и винтовыми шестернями сателлитов

Используется в межосевых дифференциалах. Принцип тот же – смещение крутящего момента на ось с меньшим вращением. Диапазон смещения этого вида достаточно велик - от 65/35 до 35/65. Когда угловая скорость колёсного вращения обоих осей стабилизируется и выравнивается, дифференциал разблокировывается. Эти дифференциальные группы широко применяются в автомобилестроении как на обычных моделях, так и на спортивных.

Преимущества и недостатки блокировки дифференциалов

+ возможность колёсного блокирования до 70%;

Минимальное обслуживание;

Отсутствие рывков на руле;

КПП не требует заливания специального масла;

Установка не влечёт никаких сложностей;

Обеспечение лучших внедорожных характеристик автомобиля;

Более длительный срок работы конструкции;

Лучшая управляемость автомобиля;

Способность прохождения поворотов на более высоких скоростях;

Автомобиль легче выводится из заноса.

По истечению времени падает преднатяг;

Требуется замена регулировочных элементов каждые 40 тысяч километров для лучшей работоспособности конструкции;

Не своевременное или запоздалое проведение регулировочных работ приведут к тому, что система будет работать не корректно.

Подписывайтесь на наши ленты в