Дифференциал автомобиля это: устройство, виды и принцип работы

Дифференциал что это такое в автомобиле

Содержание

Дифференциал как автомобильный механизм скоро отметит двухвековой юбилей, однако его конструкция за эти долгие годы хоть и совершенствовалась, но сохранила ключевые особенности. Что же такое дифференциал, и какую роль он выполняет в автомобиле?

1. ЧТО ТАКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛ?

Дифференциал в автомобиле – это механизм, который позволяет передавать мощность и, следовательно, вращение от коробки передач к колесам, разделяя поток этой мощности на два, для каждого из колес одной оси, с возможностью изменять соотношение передаваемой к ним мощности, и, следовательно, позволяя колесам вращаться с разной скоростью. Проще говоря, дифференциал разделяет 100% мощности, передаваемой коробкой передач, на два потока для каждого из колес на одной оси, и эти потоки могут перераспределяться в зависимости от условий движений от 50:50 до 100:0.

2. ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ДИФФЕРЕНЦИАЛ?

Основное предназначение дифференциала – обеспечить возможность вращения колес на одной оси с разной скоростью с сохранением неразрывного потока крутящего момента. Для автомобиля это важно прежде всего в поворотах: ведь при движении по дуге колеса на внешней стороне поворота проходят больший путь, чем колеса на внутренней, а значит, должны вращаться с большей скоростью для сохранения стабильности машины.

Если же колеса на оси будут соединены жестко, то внутреннее колесо в повороте будет пробуксовывать. Для заднеприводного автомобиля это повышает риск заноса, а для переднеприводного радикально ухудшает управляемость и контроль автомобиля в повороте. Таким образом, обеспечение свободного и независимого вращения колес на одной оси с сохранением постоянства передачи на них крутящего момента от двигателя было одной из принципиальных задач с момента создания автомобиля – и это задача была успешно решена.

3. КАК УСТРОЕН ДИФФЕРЕНЦИАЛ?

Дифференциал являет собой частный случай планетарной передачи. Физически он обычно представляет собой набор из четырех шестерней, вращение к которым передается пятой – ведомой шестерней главной передачи, объединенной с корпусом дифференциала, выполняющим роль водила. Главная передача – это набор из двух шестерней: ведущая получает вращение от КПП и передает его ведомой. Ведомая же шестерня главной передачи передает вращение через корпус на шестерни-сателлиты, а они, в свою очередь, находятся в зацеплении с солнечными шестернями, жестко закрепленными на приводных полуосях колес.

Когда автомобиль движется по прямой, шестерни-сателлиты неподвижны, и скорость вращения шестерни главной передачи равна скоростям вращения солнечных шестерней: колеса вращаются с одинаковой скоростью. В повороте же шестерни-сателлиты начинают вращаться, обеспечивая разницу скоростей солнечных шестерней и, следовательно, колес на внешней и внутренней стороне поворота.

4. КАКОВЫ НЕДОСТАТКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА?

Главным недостатком дифференциала одновременно является его главное преимущество – возможность передавать до 100% мощности на одно из колес. Исходя из этого, в условиях, когда одно колесо имеет недостаточное сцепление с поверхностью, основная часть мощности будет передаваться именно на него. Таким образом, порой даже имея одно колесо на поверхности с достаточным сцеплением, автомобиль не может тронуться с места.

Для устранения этой проблемы были разработаны разнообразные конструкции – дифференциалы с повышенным внутренним сопротивлением (так называемые самоблоки) и дифференциалы с принудительной блокировкой, ручной или автоматизированной. В зависимости от конструкции и назначения они могут как изменять перераспределение потока мощности в пользу колеса с хорошим сцеплением с поверхностью, так и полностью замыкать дифференциал, заставляя колеса на оси вращаться с одинаковой скоростью. Разные типы таких дифференциалов мы рассмотрим в отдельных материалах.

Крутящий момент, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, передается колесам с помощью различных механизмов – валов, шлицевых и шестеренчатых передач, дифференциалов. Последние вызывают наибольший интерес у любителей экстремальной езды по бездорожью, поскольку принимают участие в распределении мощности. Многие автолюбители слабо представляют работу данного узла, поэтому стоит рассмотреть вопрос, что такое дифференциал в автомобиле, объяснить его устройство и принцип действия.

Назначение механизма

Чтобы понять роль дифференциала, применяющегося в транспортных средствах всех типов, нужно рассмотреть конструкцию обычного планетарного редуктора, передающего усилие от карданного вала двум полуосям. Алгоритм работы агрегата прост:

1. Кардан вращает хвостовик с косозубой шестеренкой на конце.
2. От хвостовика крутится большая планетарная шестерня, соединенная с двумя полуосями.
3. Крутящий момент передается от планетарной шестерни полуосям и закрепленным на концах колесам.

Без дифференциала редуктор поровну распределяет крутящий момент на 2 оси, в результате колеса вертятся с одинаковой скоростью. Такое разделение вполне годится для прямолинейного движения, которое в реальности встречается довольно редко – даже при езде по ровным участкам трассы автомобиль отклоняется от прямой линии.

Чтобы машина идеально прошла поворот, колеса одного моста должны вращаться с разными скоростями, поскольку внешнее катится по более широкой дуге.

Простой редуктор, обеспечивающий одинаковое вращение обеих полуосей, на повороте заставит одну шину скользить, вторую – буксовать, что заметно ухудшает маневренность авто.

Справка. Проблема весьма актуальна для внедорожников с постоянным полным приводом. В данном случае крутящий момент делится не только между колесами, но и между осями, вращающими редукторы переднего и заднего моста.

Совмещенный с планетарным редуктором дифференциал нужен для изменения угловых скоростей правого и левого колеса в зависимости от крутизны поворота. Механизм автоматически распределяет крутящий момент на полуоси, позволяя колесным покрышкам совершать разное число оборотов при движении автомобиля по дуге. Без дифференциала нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна по таким причинам:

• недостаточная управляемость;
• быстрое истирание шин;
• ускоренный износ деталей редуктора, валов и полуосей.

Как работает свободный дифференциал?

Механизмами данного типа оснащается подавляющее большинство машин с приводом на переднюю либо заднюю ось. В первом случае узел размещается внутри коробки передач, во втором является частью планетарного редуктора заднего моста.

Конструкция планетарной передачи подразумевает использование шестеренок конической формы. Существуют и другие разновидности автомобильных редукторов – цилиндрические, конусно-цилиндрические и червячные.

Устройство дифференциала свободного типа предусматривает совмещение с главной передачей. Механизм заднего моста включает следующие детали:

• хвостовик с конической ведущей шестерней, соединенный с карданным валом;
• ведомая планетарная шестеренка;
• корпус ведомой шестерни оборудован двумя проушинами, куда вставляются оси сателлитов;
• сателлитные шестеренки конической формы;
• ведомые шестерни полуосей;
• подшипники;
• корпус редуктора.

В легковых авто устанавливается 2 сателлита, на грузовиках – четыре.

Изучить принцип работы свободного дифференциала предлагается на примере:

1. Пока машина едет прямо, колеса крутятся с одинаковой скоростью. Хвостовик вращает «планетарку» вместе с закрепленными на ней сателлитами, причем последние остаются неподвижными и передают равный крутящий момент обеим осям за счет давления на зубья.
2. Автомобиль входит в поворот. Крутящиеся вместе с большой шестерней сателлиты начинают вращаться вокруг собственной оси, причем в разные стороны.
3. Мощность на валу делится не пополам, а в зависимости от крутизны дуги. Благодаря комбинированному вращению сателлитов полуоси и колеса совершают разное число оборотов, машина успешно преодолевает поворот без проскальзывания и пробуксовки резины.

Дифференциал получил название свободного, поскольку передает больший крутящий момент на колесо, которое вращается легче. Понятно, что на повороте шина внутри дуги сопротивляется вращению, поэтому дифференциал отдает больше мощности другой оси – противоположное колесо крутится быстрее.

Примечание. Полноприводные авто и внедорожники оснащаются тремя дифференциальными разделителями мощности – межосевым (ставится в раздаточной коробке) и двумя межколесными.

Свободный механизм решает главную проблему, но создает побочную. Когда одна покрышка начинает контактировать со скользким покрытием – льдом, укатанным снегом, грязью, начинается пробуксовка. Причина – дифференциальный механизм, отдающий максимум мощности в сторону наименьшего сопротивления. Для предотвращения подобных ситуаций на многих автомобилях задействована временная блокировка дифференциала.

Разновидности механизмов

Чтобы избавиться от пробуксовок на скользком дорожном покрытии либо в условиях бездорожья, производители комплектуют транспортные средства дифференциальными устройствами следующих конструкций:

• механизм свободного типа с принудительной блокировкой от привода;
• частично блокирующийся дифференциал повышенного сопротивления;
• самоблокирующаяся червячная передача типа Torsen.

В первом варианте применяется рассмотренный выше шестеренчатый узел, дополнительно оснащенный блокировочным устройством. Система функционирует просто: в случае необходимости водитель активирует привод, фиксирующий сателлиты в неподвижном состоянии. Крутящий момент начинает делиться ровно пополам, оси вращаются с одинаковой скоростью и транспортное средство успешно преодолевает проблемное место.

Принудительная блокировка межосевого дифференциала включается с помощью различных приводов:

• механический – от рычага раздаточной коробки;
• электрический;
• пневматический;
• гидравлический.

Аналогичные приводные элементы применяются для остановки и удержания сателлитов переднего либо заднего моста.

Автомобили дорогой комплектации производители оснащают антипробуксовочной системой. Она «обманывает» дифференциальное устройство другим способом: по сигналу датчика, фиксирующего быстрое вращение одного колеса, электроника отдает команду его притормозить. Тогда сателлитные шестеренки начинают передавать больше мощности на другую ось и авто прекращает «грестись» на месте.

Устройство повышенного сопротивления

Помимо сателлитов, ведущих и ведомых шестерен, дифференциал повышенного трения включает такие элементы:

• корпус, жестко прикрепленный к планетарной шестеренке;
• пакет фрикционных дисков, установленных на каждой полуоси;
• стальные диски, чьи выступы зафиксированы в корпусе;
• распорная пружина, вставленная между коническими шестернями полуосей.

Стальные и фрикционные диски (похожие применяются в сцеплении) установлены поочередно, первые вращаются вместе с корпусом, вторые – с осями. Конусообразная шестеренка надета на шлицы оси и способна смещаться на определенное расстояние. Пружина поддавливает 2 противоположных осевых шестерни.

Частичная блокировка дифференциала происходит следующим образом:

1. На прямолинейном сухом участке дороги сателлиты неподвижны, а диски вращаются друг относительно друга.
2. При попадании одной шины на скользкий участок начинается пробуксовка. Благодаря конусной форме зубьев шестеренки со стороны остановившегося колеса начнут взаимно отталкиваться.
3. Шестерня полуоси сдвинется и сожмет пакет дисков. Возникнет сила трения, заставляющая ось вращаться вместе с корпусом напрямую от «планетарки» в обход сателлитов.

Подобное устройство самостоятельно регулирует степень блокировки – чем медленнее крутится покрышка с хорошим сцеплением, тем сильнее сжимаются диски и подается больше крутящего момента.

Самоблокирующиеся передачи Torsen

Принцип работы данных механизмов базируется на одной особенности червячной пары: шестеренка способна передавать вращение сателлиту, но обратное действие невозможно. Все шестерни, включая сателлитные, сделаны в виде цилиндров с косыми дугообразными зубьями. Всего в механизме применяется 3 пары червячных сателлитов, установленных вокруг шестеренок полуосей.

Самоблокирующийся дифференциал работает так:

1. Во время прямолинейного движения червячные сателлиты ведут себя аналогично конусным – не крутятся сами, но вращают оси от главной передачи.
2. На повороте число оборотов одной полуоси вырастет и она придаст вращение парам сателлитов – мощность начнет распределяться по-разному.
3. Поскольку каждая пара сателлитов связана между собой прямозубой передачей, пробуксовка одного колеса исключается. Ось способна крутить свой сателлит, тот вращает соседний, который уже не может поворачивать вторую полуось. Механизм блокируется автоматически.

Устройство Torsen – самое надежное и передовое, но слишком дорогое, поэтому ставится на машины максимальной комплектации. В остальных применяются более доступные механизмы повышенного трения.

В среде любителей экстремальной езды по бездорожью известен простейший способ избежать пробуксовок – блокировка заднего дифференциала с помощью сварки. Сателлиты намертво привариваются к осям и всегда находятся в неподвижном состоянии. Правда, подобные автомобили предназначены только для езды по грунту и снегу – эксплуатировать их на твердом покрытии чересчур неудобно и дорого.

Многие покупатели при выборе внедорожника наверняка сталкивались в описании той или иной модели с термином «электронная блокировка дифференциала». Но что это такое, и как работает этот самый дифференциал, знают далеко не все потенциальные владельцы автомобилей этого класса. В нашем сегодняшнем материале мы подробно расскажем, для чего машине дифференциал, каковы его разновидности и на какие автомобили он устанавливается.

История создания и назначение дифференциала

На автомобилях, оснащенных двигателем внутреннего сгорания, дифференциал появился через несколько лет после их изобретения. Дело в том, что первые экземпляры машин, приводимых в действие двигателем, имели очень плохую управляемость. Оба колеса на одной оси при повороте вращались с одинаковой угловой скоростью, что приводило к пробуксовке колеса, идущего по внешнему, большему, чем внутренний, диаметру. Решение проблемы было найдено просто: конструкторы первых автомобилей с ДВС позаимствовали у паровых повозок дифференциал – механизм, изобретенный в 1828 году французским инженером Оливером Пекке-Ром. Он представлял собой устройство, состоящее из валов и шестерней, через которые крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса. Но после установки на автомобиль дифференциала обнаружилась еще одна проблема – пробуксовка колеса, утратившего сцепление с дорогой.

Обычно это проявлялось, когда автомобиль двигался по дороге, покрытой участками льда. Тогда колесо, попавшее на лед, начинало вращаться с большей скоростью, чем то, которое находилось на грунте или бетоне, что в итоге приводило к заносу автомобиля. Тогда конструкторы задумались об усовершенствовании дифференциала с тем, чтобы при подобных условиях оба колеса вращались с одинаковой скоростью и автомобиль не заносило. Первым, кто проводил эксперименты с созданием дифференциала с ограниченным проскальзыванием, стал Фердинанд Порше.

Ему понадобилось три года, чтобы разработать, протестировать и выпустить на рынок так называемый кулачковый дифференциал – первый механизм с ограниченным проскальзыванием, который устанавливался на первые модели марки Volkswagen. Впоследствии инженеры разработали различные виды дифференциалов, о которых речь пойдет ниже.

В автомобиле дифференциал выполняет три функции: 1) передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам, 2) задает колесам разные угловые скорости, 3) служит понижающей передачей в сочетании с главной передачей.

Устройство дифференциала

Усовершенствованный автомобильными конструкторами дифференциал устроен в виде планетарной передачи, где крутящий момент от двигателя передается через карданный вал и коническую зубчатую передачу на корпус дифференциала. Тот, в свою очередь, направляет крутящий момент на две шестерни, а уже они распределяют момент между полуосями. Сцепление между шестернями-сателлитами и полуосями имеет две степени свободы, что позволяет им вращаться с разными угловыми скоростями.

Таким образом, дифференциал обеспечивает разную скорость вращения колес, расположенных на одной оси, что предотвращает и пробуксовку при повороте. После того, как был изобретен полный привод, у автомобиля появилось два, а впоследствии и три (с межосевым) дифференциала, которые распределяли крутящий момент между ведущими осями.

Уже понятно, что без дифференциала не обходится ни один автомобиль. В передне- и заднеприводных автомобилях он расположен на ведущей оси. Если у автомобиля сдвоенная ведущая ось, то здесь в конструкции трансмиссии применяют два дифференциала — по одному на каждую ось. В полноприводных машинах дифференциалов два (для моделей с подключаемым полным приводом – по одному на каждую ось) или три (для моделей с постоянным полным приводом – по одному на каждую ось, плюс межосевой дифференциал, который распределяет крутящий момент между осями). Кроме количества механизмов, устанавливаемых на автомобили с разными типами приводов, дифференциалы различают по виду блокировки.

Разновидности дифференциалов

По виду блокировки дифференциалы делятся на два – ручная и электронная блокировка. Ручная, как следует из названия, производится водителем вручную при помощи кнопки или тумблера. В этом случае шестерни-сателлиты механизма блокируются, ведущие колеса двигаются с одинаковой скоростью. Обычно ручная блокировка дифференциала предусмотрена на внедорожниках.

Ее рекомендуется включать при преодолении сложного бездорожья и отключать при выезде на обычные дороги.

Электронная или автоматическая блокировка дифференциала осуществляется при помощи электронного блока управления, который, анализируя состояние дорожного покрытия (используется информация с датчиков ABS и антипробуксовочной системы), сам блокирует шестерни-сателлиты.

По степени блокировки это устройство делится на дифференциал с полной блокировкой и дифференциал с частичной блокировкой шестерен-сателлитов.

Полная блокировка дифференциала предполагает 100%-ную остановку вращения шестерен-сателлитов, при которой сам механизм начинает выполнять функцию обычной муфты, передавая равнозначный крутящий момент на обе полуоси. Вследствие этого оба колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью. Если же одно из колес теряет сцепление с дорогой, весь крутящий момент передается на колесо с лучшим сцеплением, что позволит преодолеть бездорожье. Такое устройство дифференциала используется на внедорожниках Toyota Land Cruiser, Mercedes-Benz G-Class и других.

Частичная блокировка дифференциала предполагает неполную остановку вращения шестерен-сателлитов, то есть с проскальзыванием. Достигается такой эффект за счет так называемых самоблокирующихся дифференциалов. В зависимости от того, каким образом срабатывает этот механизм, их делят на два вида: Speed sensitive (функционируют при разнице в угловых скоростях вращения полуосей) и Torque sensitive (функционируют при уменьшении крутящего момента на одной из полуосей). Такое устройство дифференциала используется на внедорожниках Mitsubishi Pajero, Audi с системой полного привода Quattro, BMW с системой X-Drive и так далее.

Дифференциалы, относящиеся к группе Speed sensitive, имеют разную конструкцию. Существует механизм, в котором роль дифференциала играет вискомуфта. Она представляет собой резервуар, расположенный между полуосью и ротором карданного вала, заполненный специальной вязкой жидкостью, в которую, в свою очередь, погружены диски, сочлененные с полуосью и ротором. Когда угловая скорость вращения колес разнится (одно колесо вращается быстрее другого), диски в резервуаре тоже начинают вращаться с разными скоростями, но вязкая жидкость постепенно выравнивает их скорость, и, соответственно, крутящий момент. Как только угловые скорости обоих колес сравняются, вискомуфта отключается. По своим характеристикам вискомуфта менее надежна, чем фрикционный дифференциал, поэтому ее устанавливают на машины, предназначенные для преодоления бездорожья средней степени или спортивные модификации автомобилей.

Еще один механизм дифференциала, относящийся к группе Speed sensitive – героторный дифференциал. Здесь роль блокировки, в отличие от вискомуфты, играет масляный насос и фрикционные пластины, которые монтируются между корпусом дифференциала и шестерней-сателлитом полуосей. Но принцип действия во многом схож с таковым у вискомуфты: при возникновении разницы в угловых скоростях ведущих колес насос нагнетает масло на фрикционные пластины, которые под давлением блокируют корпус дифференциала и шестерню полуоси до тех пор, пока скорости вращения колес не сравняются. Как только это происходит, насос перестает работать и блокировка отключается.

Дифференциалы, относящиеся к группе Torque sensitive, тоже имеют разную конструкцию. К примеру, есть механизм, в котором используется фрикционный дифференциал. Его особенностью является разность угловых скоростей вращения колес при движении автомобиля на прямой и в повороте. При езде по прямой дороге угловая скорость обоих колес одинаковая, а при прохождении поворота ее значение различно для каждого колеса. Это достигается за счет установки между корпусом дифференциала и шестерней-саттелитом фрикциона, который способствует улучшению передачи крутящего момента на колесо, утратившее сцепление с дорогой.

Еще один тип дифференциалов — с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением. Их условно делят на три группы.

Первая – с гипоидным зацеплением, в которой у каждой полуоси есть собственные шестерни-сателлиты. Они объединятся между собой при помощи прямозубого зацепления, причем ось шестерни располагается по отношению к полуоси перпендикулярно. При возникновении разницы в угловых скоростях ведущих колес, шестерни полуосей расклиниваются, образуется трение между корпусом дифференциала и шестернями. Происходит частичная блокировка дифференциала и крутящий момент передается на ту ось, угловая скорость вращения которой меньше. Как только угловые скорости колес выровняются, происходит деактивация блокировки.

Вторая – с косозубым зацеплением, в которой у каждой полуоси также есть свои шестерни-сателлиты (они винтовые), но их оси располагаются параллельно полуосям. А объединяются эти агрегаты между собой при помощи косозубого зацепления. Сателлиты в этой механизме установлены в специальных нишах на корпусе дифференциала. Когда угловая скорость вращения колес различается, происходит расклинивание шестерен, и они, сопрягаясь с шестернями в нишах корпуса дифференциала, частично блокируют его. При этом крутящий момент направляется на ту полуось, скорость вращения которой меньше.

Третья – с косозубыми шестернями полуосей и винтовыми шестернями сателлитов, которые располагаются параллельно друг другу. Такой тип используется в конструкции межосевого дифференциала. Благодаря планетарной конструкции дифференциала, имеется возможность посредством частичной блокировки смещать крутящий момент на ту ось, угловая скорость вращения колес которой меньше. Диапазон такого смещения весьма широк – от 65/35 до 35/65. При установлении равнозначной угловой скорости вращения колес передней и задней оси дифференциал разблокируется.

Эти группы дифференциалов получили самое широкое применение в автомобилестроении: их устанавливают как на «гражданские» модели, так и на спортивные.

устройство и принцип работы, преимущества и недостатки, виды

Интересное механическое устройство, известное человечеству с давних времен. Несколько лет назад ученые считали, что первый механизм, работающий по типу дифференциала, был использован в антикитерском механизме – удивительной находке, поднятой со дна моря, и оказавшейся самым настоящим древним калькулятором для астрономических вычислений. Так что сама идея дифференциала не нова, однако настоящее признание она получила только с появлением первых автомобилей.

Содержание

1. Что такое дифференциал и для чего он нужен?
2. Устройство и принцип работы
3. Преимущества и недостатки
4. Виды дифференциалов
5. Заключение

Что такое дифференциал и для чего он нужен?

Дифференциал – это механизм, отвечающий за распределение момента вращения и угловых скоростей от главной передачи на колёса автомобиля (или на оси, если говорить про межосевой дифференциал). Зачем это нужно? Затем, чтобы дать возможность транспорту нормально поворачивать, не нарушая равномерного сцепления с дорогой каждого колеса.

Если попробовать развернуть на ходу любую повозку с жесткой осью, выяснится, что колесо, находящееся внутри радиуса поворота, пробуксовывает. Одновременно с этим другое колесо, которое находится на наружной дуге и должно двигаться быстрей, теряет сцепление с поверхностью. Другими словами, поворачивать вот так, с двумя колесами, насаженными на одну ось, очень сложно. Можно только посочувствовать лошадям, вынужденным таскать неповоротливые телеги…

Однако автомобиль – давно уже не телега, в том числе и потому, что во время поворота срабатывает дифференциал, который распределяет скорость вращения так, чтобы замедлить колесо внутри дуги поворота и ускорить второе, которое движется по внешней дуге. Всё это происходит без вмешательства водителя, только за счет механического распределения момента вращения.

Где находится дифференциал?

Расположение дифференциалов

Размещение дифференциала зависит от того, какой тип привода использован в автомобиле.

1. В переднеприводных автомобилях установлен передний дифференциал, который находится внутри коробки передач.
2. В заднеприводных моделях установлен в заднем мосту на ведущей оси.
3. В полноприводных автомобилях с постоянным полным приводом ставится межосевой дифференциал в раздаточной коробке (он распределяет усилия между передней и задней осью) и межколесные на каждую ось.
4. А вот подключаемый полный привод не требует межосевого распределителя, в таких автомобилях устанавливается межколесный дифференциал на каждую из осей.

Почему только на ведущую ось (внедорожников это тоже касается, у них обе оси ведущие)? Просто потому, что дифференциал предназначен для того, чтобы распределять момент вращения, идущий от двигателя, а значит, на ведущей оси.

Устройство и принцип работы

С технической точки зрения дифференциал устроен достаточно просто, но при этом он способен выдерживать огромные нагрузки. Что внутри этого узла и как он работает?

Устройство типового дифференциала

По своему типу это планетарный редуктор со всеми необходимыми элементами.

1. Шестерня главной передачи – подает вращение от КПП на дифференциал.
2. Ведомая шестерня связана и с главной передачей, и с шестернями-сателлитами.
3. Сателлиты – закреплены в «чашке» ведомой шестерни, так что вращаются вместе с ней.
4. Шестерни полуосей – соединены с сателлитами и не контактируют с остальными элементами дифференциала.

Как это работает?

Детально показано на видео-ролике, ниже.

1. От КПП выходит вал главной передачи, от которого вращение передается на ведомую шестерню.
2. Ведомая шестерня и скрепленная с ней «чашка» (водило) принимают крутящий момент.
3. Вращаясь, ведомая шестерня и чашка приводят в движение шестерни-сателлиты.
4. Сателлиты, в свою очередь, передают вращение на полуоси.
5. При равной нагрузке на полуоси (когда автомобиль движется по прямой дороге с равномерным покрытием) сателлиты не вращаются. Работает только ведомая шестерня, в чашке которой закреплены сателлиты, и они описывают обороты вместе с ней, при этом не совершая вращения вокруг своей оси. Таким образом, момент вращения распределяется на полуоси поровну, 50:50.
6. Когда автомобиль поворачивает и одно из колес должно замедлить, а второе – ускорить движение, сателлиты приходят в движение. За счет конической зубчатой передачи они, вращаясь, замедляют одну полуось и ускоряют вторую. Другими словами, перераспределяют момент вращения в нужной пропорции, вплоть до 0:100 без потери усилия.
7. При пробуксовке одного колеса включается механизм блокировки, без которого на то колесо, которое вращается быстрее, ушел бы весь момент вращения. Без блокировки автомобиль останавливается при попадании хотя бы одного колеса на скользкую поверхность.

Основное преимущество дифференциала – это то, что он дал возможность выполнять повороты. Скорость движения каждого колеса на ведущей оси подстраивается под дорожную ситуацию совершенно автоматически, без участия водителя, так что безопасность и маневренность транспортного средства выросли в десятки раз после внедрения этого механизма. Сегодня дифференциал той или иной конструкции используется во всех видах автомобильного транспорта.

Еще одно преимущество – довольно высокая надежность узла. Планетарная передача выдерживает большие нагрузки, а особенности некоторых типов дифференциала еще дополнительно повышают его мощность и стойкость к износу

Основным недостатком можно назвать необходимость использовать механизм блокировки, чтобы автомобиль мог двигаться и по льду, и по сложным дорогам. Ручная, автоматическая или электронная – любой тип блокировки должен применяться обязательно, а это означает, что появляется дополнительный механизм, который может выйти из строя.

И, конечно, нельзя забывать о контроле за техническим состоянием узла. Это еще один узел, в котором нужно менять масло, хоть и не часто, и отслеживать износ деталей. И, кстати, о необходимости этой процедуры многие автовладельцы забывают.

Виды дифференциалов

За годы эволюции это устройство менялось и совершенствовалось. Так что теперь в автомобилестроении используют различные виды дифференциалов, в зависимости от того, на какие нагрузки рассчитан автомобиль, для каких дорожных условий предназначен, какую цель ставили перед собой конструкторы.

1. По особенностям конструкции различают конический, цилиндрический и червячный типы. Название зависит от того, какой тип передачи используется для вращения полуосей. В настоящее время самый распространенный вид – конический.

   Конический дифференциал

   Цилиндрический дифференциал

   Червячный дифференциал

2. По распределению усилия на полуоси различают симметричный и несимметричный. В первом случае количество зубцов на шестернях равное, получаем симметричное распределение вращения. При неравном количестве зубцов усилие распределяется несимметрично, что выгодно для внедорожников высокой проходимости.

Виды блокировки дифференциала. Система блокировки разрабатывалась для внедорожников, для которых пробуксовка любого колеса означает полную остановку автомобиля. На видео, ниже, подробно рассказано о системах блокировки.

Существует три основных типа блокировки.

1. Ручная блокировка дифференциала – это система, при которой водитель самостоятельно включает и выключает блокировку по своему усмотрению. Возле водительского места находится рычаг или кнопка управления блокировкой, с помощью которых принудительно останавливается вращение сателлитов вокруг свой оси. Фактически, дифференциал начинает работать так же, как при движении по прямой, распределяя усилие на обе полуоси поровну. При этом ухудшается управляемость, ведь повороты с заблокированным дифференциалом выполнить крайне сложно.
2. Автоматическая блокировка или самоблокировка – система, которая облегчает управление автомобилем, снимая с водителя необходимость самостоятельно блокировать дифференциал. Самоблокирующийся тип называют еще дифференциалом повышенного трения.
3. Электронная блокировка – это, по сути, имитация работы дифференциала, используемая в антипробуксовочных электронных системах. При необходимости забуксовавшее колесо принудительно замедляется тормозом, после чего дифференциал перераспределяет усилие, давая больше нагрузки на вторую полуось, которая имеет лучшее сцепление с дорогой.

Самоблокирующийся делятся на два основных типа.

1. Тип Torque – блокировка, срабатывающая от разницы крутящего момента на полуосях. При пробуксовке срабатывают гасители скорости, подтормаживающие ту полуось, скорость вращения которой выше.
2. Тип Speed Sensitive – блокировка с помощью вискомуфты, которая срабатывает, если одна из полуосей движется быстрее другой.

На сегодняшний день существует несколько видов дифференциалов, используемых в современных автомобилях.

1. Квайф (Quaife) – самая простая конструкция, главной особенностью которой является использование нескольких пар сателлитов, сцепляющихся между собой попарно. Благодаря возникающим силам трения механизм автоматически подстраивается под дорожные условия, правильно распределяя момент вращения при поворотах и пробуксовке.
2. Вискомуфта – устройство блокировки, основанное на применении жидкости с переменной вязкостью. Чем выше скорость ее перемешивания (соотношение скоростей вращения левой и правой полуосей), тем выше вязкость жидкости, вплоть до полной блокировки контактных дисковых блоков. Вискомуфта устанавливается на кроссоверы и легковые автомобили, то есть она не рассчитана на условия жесткого бездорожья.

   Вискомуфта

3. Дисковая блокировка – конструкция с дополнительными коническими шестернями, муфтами и дисками. При разнице в скорости вращения полуосей разъединяются стыки между шестернями и система блокируется, после чего скорости вращения полуосей выравниваются.

   Дисковая блокировка

4. Полная блокировка (кулачковая) – это тип с ручной блокировкой из салона автомобиля. Несмотря на некоторые неудобства его продолжают использовать во внедорожниках и есть много поклонников именно этого типа блокировки.
5. Торсен (Torsen) – агрегат комбинированного, коническо-червячного типа. Это один из самых мощных и надежных типов механизма, используемый для условий жесткого бездорожья. Принцип его работы подробно описан на видео, ниже.

 

Заключение

Сегодня дифференциал используется на всех без исключения автомобилях, что говорит о его незаменимости. Многие автовладельцы и не задумываются о том, что там у них под днищем автомобиля, а обо всех нюансах и тонкостях этого узла знают только поклонники автоспорта и сурового бездорожья. Но от того, насколько качественно выполняет свою работу этот узел, зависит уверенность в маневрах и безопасность на дороге.

Все, что вы хотели узнать о дифференциалах, но боялись спросить…

Главная \ Это интересно \ Все, что вы хотели узнать о дифференциалах, но боялись спросить…

по материалам журналов «4х4Club» (7-8`99) и «5 Колесо» (11`99)

Что такое дифференциал
Принудительная блокировка
Самоблокирующиеся дифференциалы
• Дисковая блокировка
• Вязкостная блокировка
• Винтовая блокировка
• Кулачковая блокировка
• Особенности управления
Межосевой дифференциал и его блокировки
• Подключаемый передний мост

---

Что такое дифференциал

Дифференциал — это устройство, распределяющее поток мощности от двигателя к другим элементам трансмиссии. В автомобиле с приводом на одну ось используется только один дифференциал, межколесный, в полноприводном их целых три — два межколесных и межосевой.  

Рассмотрим для примера классический дифференциал (в отличие от блокируемых, его называют «открытым» или «свободным»). Он устанавливается в картере главной передачи и получает крутящий момент от ее ведомой шестерни. В коробке дифференциала расположены конические шестерни-сателлиты. Они входят в зацепление с шестернями, закрепленными на полуосях, а те, в свою очередь, вращают ведущие колеса. При движении по ровной и прямой дороге угловые скорости колес одинаковы, и сателлиты не вращаются вокруг своей оси. Во время поворота или движения по неровностям, когда колеса правого и левого борта проходят разный путь, сателлиты начинают вращаться и перераспределять крутящий момент.

Главная передача заднего моста ВАЗ-2101:
1 – фланец карданного вала;
2 – сальник;
3 – маслоотражательное кольцо;
4 – передний подшипник ведущей шестерни;
5 – задний подшипник ведущей шестерни;
6 – регулировочное кольцо;
7 – опорное кольцо шестерни полуоси;
8 – шестерня полуоси;
9 – сателлит;
10 – палец сателлитов;
11 – ведомая шестерня главной передачи;
12 – коробка дифференциала;
13 – болт крепления стопора регулировочной гайки;
14 – стопор регулировочной гайки;
15 – подшипник коробки дифференциала;
16 – регулировочная гайка ведомой шестерни;
17 – болт крепления ведомой шестерни к фланцу коробки дифференциала;
18 – ведущая шестерня главной передачи;
19 – картер редуктора главной передачи;
20 – распорная втулка;
21 – шайба;
22 – гайка ведущей шестерни заднего моста.

Существует простая формула, отражающая связь между частотами вращения коробки дифференциала и полуосевых шестерен. Если через а1 и а2 обозначить частоты вращения полуосевых шестерен, а через а — частоту вращения коробки дифференциала, то: а = (а1+а2)/2. Формула показывает, что если одно из колес автомобиля неподвижно, то другое колесо вращается с удвоенной частотой. Если одно из двух ведущих колес попадает на скользкую поверхность дороги (мокрый асфальт, масляные пятна, лед), сопротивление его вращению резко падает, уменьшается и сцепление с дорогой, а значит, колесо не в состоянии иметь необходимую силу тяги. Такое колесо начнет быстрее вращаться и пробуксовывать. К другому ведущему колесу, имеющему достаточное сцепление с дорогой, будет подводиться такой же крутящий момент, как и к буксующему. Имея возможность образовать большую силу тяги, второе колесо не сможет этого сделать потому, что дифференциал передаст ему только половину крутящего момента от главной передачи. Если сопротивление движению автомобиля превысит силу тяги у небуксующего колеса, то машина не сможет двигаться. Частота вращения буксующего колеса резко возрастет, а второе колесо остановится. Возникнет буксование автомобиля. Попытка водителя повысить силу тяги на колесах за счет увеличения подачи топлива приведет только к увеличению частоты вращения одного из колес. В такой ситуации проявляется существенный недостаток обычного дифференциала, снижающего проходимость автомобиля как на скользких дорогах, так и на грунтах, оказывающих большое сопротивление качению колес (пeсок, снег, распутица). 

Принудительная блокировка

На автомобилях, предназначенных для движения по бездорожью, приходится устанавливать дифференциалы специальных конструкций. Блокировки Часто применяют дифференциалы с принудительной блокировкой. В них водитель с помощью специального привода (чаще всего пневматического) останавливает на время вращение сателлитов, и колeca автомобиля начинают вращаться с одинаковой скоростью. Следует учесть, что автомобиль с заблокированным дифференциалом на извилистой дороге расходует больше топлива и у него происходит интенсивный износ шин. Как только взаимный поворот колес на общей оси с заблокированным дифференциалом будет больше, чем это допускает упругая деформация шин, произойдет буксование колес, продолжающееся до тех пор, пока какое-либо колесо на неровности не оторвется от дороги. Это говорит о том, что водитель не должен забывать выключать блокировку дифференциала после преодоления тяжелого участка. В ряде конструкций предусмотрена его автоматическая разблокировка или ограничение возможности включения блокировки по скорости.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Для упрощения процесса управления применяются так называемые самоблокирующиеся дифференциалы. В настоящее время, в основном, используют четыре вида блокировок: дисковая (фрикционная, повышенного трения, LSD), вязкостная (вискомуфты) и винтовая (червячная). В самых современных разработках используются электронные системы контроля проскальзывания колес, основанные на применении датчиков вращения и использовании штатных тормозов (как правило, эти системы совмещаются с антиблокировочными и противопробуксовочными).

Дисковая блокировка

Существуют две наиболее характерные конструкции дифференциалов с фрикционными муфтами. В первом применяют одну, во втором — две муфты. В первом случае фрикционная дисковая муфта 1 введена между одной из полуосей и коробкой дифференциала. Бронзовые диски установлены в шлицах гильзы 2, связанной с коробкой дифференциала, стальные диски сидят на шлицах полуоси 3. Диски прижимаются друг к другу пружинами 4. Когда оба колеса испытывают одинаковое сопротивление, весь дифференциал вращается как одно целое и трение в муфте 1 отсутствует.

Вторая конструкция представляет из себя дифференциал повышенного трения с двойными фрикционными муфтами, получивший широкое распространение на американских автомобилях. В этой конструкции крестовина заменена двумя отдельными, пересекающимися под прямым углом осями 5 сателлитов 6. Оси 5 имеют возможность перемещаться одна относительно другой как в осевом, так и в угловом направлении, для чего их концы имеют скосы соответственно А и Б, которыми они опираются на коробку 9 дифференциала. Кроме того, в дифференциал введены промежуточные чашки 7, так же как и полуосевые шестерни, надетые на шлицы полуосей. При невращающихся сателлитах усилие к полуосям передается как и в простом дифференциале. При вращении сателлитов последние будут сдвигать концевые скосы осей 5 так, что усилие на фрикционную муфту 8, передаваемое через чашку 7, будет увеличиваться для отстающей полуоси и уменьшаться для оси, вращающейся быстрее. При этом величина подтормаживающего момента не будет постоянной, как в дифференциале с одной дисковой муфтой, а будет пропорциональна моменту, передаваемому колесами. 

Для нормальной работы такого дифференциала требуется использование специального трансмиссионного масла для LSD или соответствующих присадок к обычному маслу. Кроме того, со временем возникает необходимость регулировки из-за износа дисков.

Вязкостная блокировка

Принцип ее действия такой же, как у дисковой. Гидравлическая муфта состоит из большого числа дисков с липкими рабочими поверхностями. Благодаря свойствам особой вязкой жидкости на силиконовой основе отвердевать при нагреве диски передают крутящий момент в зависимости от разности частот вращения входных и выходных валов. Нагрев происходит, когда одна полуось начинает вращаться быстрее другой. Характерной особенностью конструкции является то, что в случае длительного буксования колес блокирующая муфта с вязкой жидкостью работает вначале мягко, а затем происходит значительный рост эффективности блокировки. В затвердевшем силиконе диски получают жесткое зацепление и полуоси блокируются. Вискомуфты не требуют обслуживания и считаются весьма надежными, однако для их продолжительной работы необходимо сохранение полной герметичности устройства. 

Винтовая блокировка

Принцип ее действия таков: в обычном режиме винты (или червяки, как их называют из-за характерной формы) свободно обкатываются вокруг центральной шестерни. В случае изменения момента винты проскальзывают в крайнее положение и фиксируются в эксцентричных пазах. Когда момент выравнивается, винты возвращаются в исходное положение. Момент срабатывания винтовых блокировок определяется профилем винтов. Такие дифференциалы мало подвержены износу (срок службы сопоставим со сроком коробки или классического дифференциала), а масло используется обычное трансмиссионное.

Кулачковая блокировка

Такая блокировка срабатывает при возникновении разности в скоростях вращения колес. Рассмотрим пример реализации дифференциала от компании Tractech. В корпусе дифференциала между парами корончатых шестерен установлены поворотные кулачки. В обычных условиях они не участвуют в работе, но, как только одно их колес начинает пробуксовывать (т.е., вращаться существено быстрее другого), кулачки поворачиваются и пары шестерен входят в зацепление, обеспечивая тем самым полную блокировку. Блокировка выключается, когда буксующее колесо прекратит проскальзывание. Этот тип дифференциалов также довольно долговечен и не требует специальных масел.

Особенности управления

Управление автомобилем, оборудованным самоблокирующимся межколесным дифференциалом имеет некоторые особенности. В частности, автомобиль в повороте на скользком покрытии может обладать избыточной поворачиваемостью, при слишком интенсивном разгоне на смешанном покрытии возможен увод в сторону от предполагаемой траектории и т.д. Особенно это касается разработок, предлагаемых в качестве дополнительного оборудования третьими фирмами. Однако грамотное использование свойств таких дифференциалов позволяет уверенно перемещаться в сложных дорожных условиях, и существенно повышает проходимость вне дорог. 

 

Межосевой дифференциал и его блокировки

При отсутствии межосевого разделения мощности (межосевого дифференциала или отключающего механизма) необходимо отключить передний мост, чтобы стало возможно вращение передних и задних колес с разными угловыми скоростями. По условиям движения требуется, чтобы колеса как переднего и заднего мостов, так и колеса одного моста могли вращаться с разной частотой и проходить различные пути. Особенно характерно это для поворотов: передние колеса при повороте проходят большее расстояние, чем задние. На изменение пути колес влияют различные факторы: скольжение шин, их углы увода, давление воздуха, нагрузка на колеса, кинематика подвески. При этом очевидно, что соотношение между путями, проходимыми колесами переднего и заднего мостов, также меняется во время движения. Это обстоятельство исключает возможность применения разных передаточных чисел в главных передачах мостов для компенсации разности проходимых путей.

Колеса разных осей автомобиля, кинематически жестко связанные одно с другим, имеют при вращении одинаковые угловые скорости. На твердой поверхности дороги при движении автомобиля с приводом на все колеса (при отсутствии межосевого дифференциала) могут возникнуть условия, при которых колеса разных осей будут стараться двигаться с различными линейными скоростями, а жесткая мехаческая связь между ними станет преградой к достижению этого. При прямолинейном движении описанное явление может быть вызвано, например, разностью радиусов качения связанных между собой колес. Качение колес в этом случае должно сопровождаться относительным перемещением точек площадки контакта шины по поверхности дороги (со скольжением или буксованием). Подобное же возможно и при одинаковых радиусах качения, но при движении по дороге с неровной поверхностью или на повороте. Возникающее в этих условиях скольжение или 6yксовaние шин сопровождается увеличеным их износом, износом механизмов трансмиссии и непроизводительной затратой энергии двигателя на движение автомобиля. Для того чтобы колеса катились без вредных сопровождающих явлений в трансмиссии, кроме дифференциалов межколесных устанавливают дифференциалы межосевые.

Однако, в условиях внедорожного движения автомобиль может лишиться подвижности в тот момент, когда колеса одного из мостов потеряют сцепление с дорогой и начнут буксовать. В такой ситуации дифференциал обычного типа будет не в состоянии передать требуемую для движения величину крутящего момента задним колесам, опирающимся на твердый грунт. Для избежания этого на внедорожниках устанавливают межосевые дифференциалы с принудительной блокировкой. Примером подобного конструктивного решения может служить «Нива» ВА3-2121, оснащенная раздаточной коробкой с принудительно блокируемым межосевым дифференциалом. 

Блокировкой пользуется водитель автомобиля для преодоления труднопроходимого участка дороги. При возвращении на шоссе межосевой дифференциал необходимо разблокировать. В современных конструкциях, кроме механического, применяются и другие приводы (пневматический, гидравлический, электрический), при этом сам процесс включения сводится к простому нажатию кнопки на панели. 

Следующим шагом стало появление самоблокирующихся межосевых дифференциалов. Принципы их работы сходны с межколесными, но условия и задачи несколько другие. Так, при поворотах машины забегающим относительно корпуса дифференциала всегда будет вал, передающий момент на управляемую ось, что определяется кинематикой поворота машины с колесной формулой 4х4. Исходя из этого, при забегании приводного вала управляемого моста коэффициент блокировки желательно иметь невысоким, а при забегании (буксовании) неуправляемого моста — несколько большим. Такой дифференциал называют самоблокирующимся с несимметричными блокирующими свойствами.

В настоящее время на легковых внедорожниках широко используются межосевые дифференциалы с автоматической блокировкой с помощью гидравлической муфты с вязкой жидкостью. Они обеспечивают оптимальную силу тяги во всех условиях движения, в связи с чем отпадает необходимость в принудительной блокировке. Есть у них и другие преимущества. Этот узел предохраняет трансмиссию от перегрузки, которая может возникнуть, например, при внезапном ударе колеса.Дифференциал, автоматически блокирующийся гидравлической муфтой с вязкой жидкостью, чутко реагирует на состояние дорожной поверхности и обеспечивает более равномерную скорость автомобиля, а также уменьшает вероятность его застревания. При торможении межосевой дифференциал такого типа предотвращает блокировку колеса одного моста относительно колеса другого, приводящую к потере устойчивости. К тому же перераспределение избыточной тормозной силы с одной пары колес на другую значительно сокращает тормозной путь и сохраняет полный контроль над машиной.

Рассмотрим, как работает автоматически блокируемый межосевой дифференциал фирмы GKN с гидравлической муфтой. Изменение момента трения в ней рассчитано так, чтобы при маневрировании на поверхности с хорошими сцепными свойствами ( асфальт, бетон и т.д.) имелся малый момент трения между выходными валами. С ростом разности частот их вращения трение между звеньями муфты значительно возрастает. Блокировка с помощью муфты с вязкой жидкостью происходит точно в соответствии с распределением крутящего момента в межосевом дифференциале.

Испытания подтвердили, что распределение моментов между передними и задними колесами обеспечивает почти нейтральную поворачиваемость автомобиля. По легкости вождения и безопасности полноприводные автомобили с таким приводом превосходят даже переднеприводные легковые автомобили. Однако, при всех достоинствах такого рода блокировки, необходимо отметить, что фактическое включение блокировки после начала пробуксовки колес, характерное для вискомуфты, существенно снижает шансы на успешное преодоление серьезных внедорожных препятствий в виде слабого грунта, грязи или снега, поскольку буксующее колесо способно быстро зарываться. В результате возможностей автомобиля даже с заблокированным межосевым дифференциалом может оказаться недостаточно для самостоятельного выезда. 

Подключаемый передний мост

Очень многие производители внедорожников используют схему с подключаемым передним мостом (так называемый part time 4WD). В этом случае межосевой дифференциал, как правило, отсутствует, и в режиме полного привода между мостами устанавливается жесткая кинематическая связь. Производители рекомендуют подключать передний мост только в сложных дорожных условиях, когда колеса склонны к пробуксовке. Продолжительное движение в таком режиме по дорогам с твердой поверхностью вызывает повышенный износ шин и трансмиссии (в частности, в раздатках с цепной передачей перегружается цепь), повышенный расход топлива, а также ухудшает управляемость на высоких скоростях. Для избежания этих отрицательных последствий многие контрукции предусматривают не только отключение переднего моста, но и отсоединение передних колес от полуосей. Для этого применяются колесные хабы (муфты свободного хода), которые могут быть автоматическими и ручными, рассоединение полуосей при помощи электрического или пневматического привода и т.д.

Устройство автомобиля. Дифференциал. Свобода вращения

В повороте все колеса автомобиля движутся по своей траектории. Причем задние крутятся медленнее передних, а внешние к повороту – быстрее внутренних. Но как это возможно, если ведущие колеса жестко связаны с валом двигателя? Ответ: с помощью дифференциала

Что же такое дифференциал? Это механизм, который разделяет крутящий момент по двум выходным валам, позволяя каждому из них вращаться с различной скоростью. Число дифференциалов в автомобиле зависит от типа привода: на моделях с единственной ведущей осью устанавливается только один – межколесный, разделяющий тягу между левым и правым колесом. Если же машина оснащена, например, постоянным полным приводом, то требуются уже три дифференциала – один межосевой, передающий момент от коробки передач к ведущим осям, и два межколесных.

Внутреннее устройство дифференциалов бывает различным, но наибольшее распространение получил открытый, или, по-другому, свободный дифференциал. Это чисто механическое устройство отличается простотой (обычно в нем всего четыре конические шестерни), компактностью и полностью соответствует своему названию, то есть делит крутящий момент в фиксированном соотношении (чаще 50:50) и никак не препятствует вращению выходных валов с разной скоростью. Но здесь-то и скрыта опасность. Если одно из колес попадет на скользкую поверхность и забуксует, то без тяги останется и второе колесо, а сам автомобиль не сможет сдвинуться с места. Знакомая картина?

От этого недостатка избавлены блокируемые дифференциалы. В отличие от свободных они уже с некоторым усилием стараются замедлить опережающий по скорости вал, увеличивая крутящий момент на отстающем. И хотя звучит это несколько сложно, на самом деле принцип работы подобных устройств прост: проворачиванию валов относительно друг друга препятствует возникающая между ними сила трения, и чем она больше, тем в большей степени крутящий момент смещается в сторону отстающего вала.

Включить-выключить

Крайний случай – дифференциал с жесткой блокировкой, который по команде водителя может намертво соединить выходные валы друг с другом, полностью исключив проскальзывание отдельных колес на бездорожье. В «свободном» же состоянии, когда блокировка отключена, он ничем не отличается от открытого дифференциала, обеспечивая такую же независимость вращения валов.

Подобные модели довольно широко распространены, возможность передать на один вал все 100% крутящего момента двигателя весьма востребована в среде внедорожников, где дифференциалы с жесткой блокировкой встречаются как в качестве межколесных, так и межосевых. В то же время далеко выйти за обозначенные границы этим дифференциалам не суждено, ведь на асфальте блокировку надо каждый раз отключать, иначе трансмиссия будет испытывать чрезмерные нагрузки в поворотах. А значит, автомобиль остается безоружен против проскальзывания колес на неожиданно возникших скользких участках дороги.

Разумеется, это не годится для мощных легковых машин, способных провернуть колеса даже на асфальте – для них существуют различные самоблокирующиеся дифференциалы. К примеру, механизмы с дисковой блокировкой, часто применяемые в автоспорте и в форсированных версиях дорожных машин. Устроены они почти так же, как и свободные дифференциалы, но валы в них связаны друг с другом посредством подпружиненных фрикционов. То есть в случае пробуксовки дисковая блокировка может добавить на отстающий вал лишь столько ньютон-метров, сколько фрикционы способны выдержать до начала проскальзывания. Как правило, это совсем немного – всего несколько десятков Нм, что позволит компенсировать лишь незначительное падение крутящего момента, например при попадании колеса на пыльный или мокрый асфальт.

А что мешает увеличить силу трения фрикционов? Проблема в том, что, будучи постоянно поджатыми, эти фрикционы препятствуют свободному вращению колес в повороте, что ведет к ускоренному износу шин, самого дифференциала и неоднозначно сказывается на управляемости.

Хитро придумано

Этих недостатков лишены дифференциалы, блокируемые вискомуфтой. В данном случае перераспределение крутящего момента возникает не в результате трения фрикционов, а за счет свойств особой жидкости на силиконовой основе, которая «умеет» затвердевать при нагреве. В нее помещаются два набора пластин, каждый из которых связан со своим выходным валом дифференциала. И пока автомобиль движется без пробуксовок, а соответственно, и разница в скорости вращения валов невелика, муфта себя никоим образом не проявляет, но как только один вал начинает существенно обгонять другой, пластины взбивают жидкость, ее давление и температура возрастают, вязкость повышается – и вискомуфта тормозит вал. При этом сопротивление может быть столь велико, что блокировка становится практически жесткой, на каждый вал может передаваться 100% крутящего момента!

Почему же тогда вискомуфту не часто встретишь на внедорожниках? Тому есть две причины: первая – склонность к перегреву во время длительной пробуксовки, вторая – задержка срабатывания, ведь на нагрев жидкости нужно время. Последнее настораживает и производителей мощных легковых автомобилей – медлительность не идет на пользу управляемости. Но есть и те, кому все же удается достичь отличных ездовых характеристик, это и Subaru Impreza, и Nissan 370Z, и полноприводный Lexus IS.

Куда более совершенными являются дифференциалы с винтовой блокировкой, в частности Torsen и Quaife. В отличие от всех предыдущих, созданных по принципу «открытый дифференциал с коническими шестернями + блокировка», эти модели устроены совсем по-другому. Особенность – в хитрых червячных передачах: когда на одном из валов падает крутящий момент, шестерни начинает расклинивать и момент тут же перебрасывается на другую ось. То есть дифференциал даже не дожидается начала проскальзывания колеса – он реагирует на ухудшение сцепления с дорогой! И чем сильнее водитель жмет на «газ», тем жестче связь между валами, в пределе на одну ось может приходиться до 80% крутящего момента. Выходит, что дифференциал «зажимается» тогда, когда надо, – в момент разгона, а под сброс «газа» никак не мешает независимому вращению валов.

Столь логичное поведение и молниеносное быстродействие пригодились в совершенно различных областях, эти дифференциалы можно встретить и на скоростных автомобилях Audi с полным приводом Quattro, и на признанном внедорожнике Toyota Land Cruiser. Недостаток же подобных устройств один – беспомощность против диагонального вывешивания, ведь расклинивание шестерен возможно только при наличии хоть какой-то силы сопротивления на проскальзывающем колесе. В тех же условиях дифференциал с дисковой блокировкой хоть как-то будет пытаться помочь, а вискомуфта, «схватившись» после нескольких проворотов колеса, и вовсе передаст большую часть момента на противоположный вал.

Электронный век

Получается, что все дифференциалы – некий компромисс между проходимостью и управляемостью? Да, но так продолжалось лишь до тех пор, пока электроника наконец не добралась и до этого узла автомобиля. Произошло это в середине 80-х, когда Mercedes-Benz и Porsche почти одновременно оснастили свои модели дифференциалами с электронноуправляемыми многодисковыми сцеплениями. Конструктивно они напоминали механизмы с дисковой блокировкой, но фрикционы в них поджимались уже не пружиной, а гидроприводом, который по команде блока управления мог ослаблять или, наоборот, усиливать натяг.

В результате характеристики дифференциала стали определяться сточками программного кода, а конструкторы получили огромные возможности для настройки. Так, для лучшей маневренности можно ослаблять связь между валами на входе в поворот, а на выходе, наоборот, зажимать сцепление для максимально эффективного разгона. Можно и полностью заблокировать дифференциал, и тогда автомобилю не страшно никакое диагональное вывешивание.

Казалось бы, у такого дифференциала нет слабых мест. Но, как и все остальные, он перераспределяет крутящий момент, выравнивая частоту вращения валов. А что если бы дифференциал заставлял один вал вращаться быстрее другого? Ведь тогда он мог бы добавить момент на внешнее к повороту колесо и тем самым помочь «заправить» автомобиль на дугу…

Так появилась идея активного дифференциала – самого совершенного на данный момент. Пионером в этой области является Mitsubishi, оснастившая им свой Lancer Evolution. Взяв за основу обычный открытый дифференциал, японцы дополнительно соединили выходные валы через две передачи – повышающую и понижающую, включением которых управляет электроника при помощи мокрых сцеплений. Таким образом, задействуя ту или иную передачу, компьютер может заставить один вал крутиться быстрее или медленнее другого! Усилие же, а точнее, величина перебрасываемого крутящего момента регулируется изменением степени проскальзывания сцепления.

Активный дифференциал устанавливается на заднюю ось автомобиля, наделяя его невиданной устойчивостью в поворотах. Там, где любой другой в ответ на прибавление «газа» уже давно бы повис в заносе, автомобиль с таким дифференциалом лишь активнее ввинчивается в вираж. Не страшно и бездорожье – если забуксовало одно колесо, второе будет стремиться вращаться еще быстрее.

Означает ли это, что в будущем каждый автомобиль станет оснащаться подобным дифференциалом? Скорее всего, нет, и дело не столько в цене этого высокотехнологичного устройства, сколько в целесообразности. Простой и надежный открытый дифференциал никак не ограничивает скоростные возможности большинства легковых машин, а для внедорожников более чем достаточно и механизмов с дополнительной блокировкой многодисковым сцеплением. Остается сегмент мощных спортивных автомобилей, где до сих пор правили бал агрегаты Torsen и дифференциалы с дисковой блокировкой. Вот здесь-то и могут пригодиться выдающиеся характеристики активных дифференциалов. 

• устройство автомобиля

Автор

Олег Карелов, эксперт по подбору автомобилей AutoTechnic.su

Издание

Автопанорама №8 2015

Вам понравилась эта статья?

Рассказать друзьям:
Рассказать во ВКонтакте Рассказать в Одноклассниках

ИЛИ

Комментировать

---

Рекомендуем также почитать:

05 декабря 2021

«Правый или левый?»

21 августа 2021

«Пилота вызывали?»

26 ноября 2019

«Широкоэкранное кино»

---

02 ноября 2019

«Вступать ли в партию «зеленых»?»

30 июля 2019

«Срочная служба»

25 мая 2019

«Верить ли спидометру?»

22 декабря 2018

«В полном порядке!»

---

Тест-драйвы, которые читают с этой статьей:

Тест драйв

23 сентября 2009

Nissan GT-R

«Оправданный риск (GT-R)»

---

Интересные новости по теме

Представлен новый интерфейс Apple CarPlay

Сегодня, подключить телефон к мультимедийной системе легко – достаточно воспользоваться обычным Bluetooth соединением. Проблема в том, что функционал устройства будет неполным – только воспроизведение музыки и громкая связь. Хочется большего – пожалуйста, протоколы Android Auto и Apple CarPlay 07 июня 2022 0

Автомобильный CD-проигрыватель уходит в историю

Разве существуют еще автомобили с таким древним музыкальным «приводом». Как оказалось, да! Речь идет об автомобилях компании General Motors. Правда, и там CD-плеер скоро канет в лету 05 июля 2021 0

Toyota предотвратит кражи катализаторов

Воровство катализаторов по всему миру приняло какие-то угрожающие масштабы. Нечистые на руку люди, прознав о том, что в них содержатся драгоценные металлы, начинают активно заниматься вандализмом чужих машин ради добычи ценного компонента 14 мая 2021 0

Мультимедийным системам пришел конец

Мультимедийные системы в автомобилях часто страдают ограниченными возможностями. Взять, к примеру, штатные системы навигации — обновления сюда поступают не так оперативно, а порой их вообще приходится загружать вручную. 25 марта 2021 0

Основатель Rimac назвал неэффективной коробку передач электрического Porsche Taycan

Мате Римак — основатель специализирующейся на производстве гиперкаров хорватской компании Rimac, — считает неэффективной концепцию двухскоростной трансмиссии, которая, к слову, применена в электромобиле Porsche Taycan 31 июля 2020 0

Сенсорные экраны признали причиной повышения смертности на дорогах

Тачскрины представляют опасность, поскольку они заставляют водителей больше отвлекаться от дороги. Эти выводы теперь подтвердили в Министерстве транспорта Великобритании, где признали сенсорные экраны виновными в смертях и серьезных травмах в ДТП 17 июля 2020 0

Правительство покроет расходы при переводе машины с бензина на метан

Правительство планирует увеличить субсидии на перевод автомобилей с бензина на сжатый природный газ (метан) с 30 до 60% от суммы расходов на конвертацию. С таким предложением выступил министр энергетики Александр Новак 16 июня 2020 0

Двигатели внутреннего сгорания проживут еще 20-30 лет

Так считают представители компании BMW, которая не собирается отказываться от использования традиционных моторов, несмотря на активную разработку электрических двигателей 14 января 2020 0

---

Оставить комментарий

Обзоров машин на сайте:

5 0 9 6

что такое дифференциал и зачем он нужен

Дифференциал в автомобиле — это конструкция в авто, представляющая собой часть трансмиссии. Узел обеспечивает возможность обеспечить разные угловые скорости для колес машины. При повороте колёса – находящиеся с внешней стороны, движутся со своей скоростью, а внутренние – со своей.

Это естественно, ведь диаметр поворота у них различается. Это легко проследить, если нарисовать схему перемещения авто на повороте или в круговом движении. Внешние колеса всегда описывают бОльший круг, чем внутренние.

Соответственно для плавного, комфортного передвижения они должны вращаться по- разному. В этом как раз назначение дифференциала.

Как работает дифференциал

4x4action.ru
На языке специалистов устройство занимается распределением крутящего момента, из карданного вала на ведущие колеса. Передние или задние — это зависит от типа привода. Для чего нужен дифференциал? — Он предотвращает пробуксовку какого-либо колеса, позволяя движение колес с разной скоростью, чтобы проделывать необходимый им путь на повороте.

Можно сформулировать принцип работы этого механизма:

1. Обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя на колеса.
2. Вслед за коробкой передач уменьшает число оборотов на пути к колесам, благодаря чему растет крутящий момент.
3. При передаче энергетического движения на колеса механизм за счет сложного шестереночного сцепления создает свою скорость на каждом из них.

Вязкостная муфта (Вискомуфта, Viskodrive)

Рис.5Упрощенный вариант фрикционного дифференциала. На одной из полуосей имеется резервуар, заполненный вязкой жидкостью. В эту жидкость погружены два пакета дисков; один соединен с ротором, второй с полуосью. Чем больше разница в скоростях колес, тем больше разница в скоростях вращения дисков, и тем больше вязкое сопротивление.Достоинство такой конструкции в простоте и дешевизне. Недостаток в том, что вязкостная муфта довольно инерционна и отказывается работать на полном бездорожье. Хороших ходовых качеств вязкостная муфта не обеспечивает и применяется только в «паркетниках» (вседорожниках, которые жертвуют проходимостью ради комфорта) между осями. Для установки в качестве осевого дифференциала такая конструкция слишком громоздка. Иногда вместо дифференциала ставят коническую зубчатую передачу с вязкостной муфтой на одной из полуосей.Кулачковый/зубчатый самоблокирующийся дифференциалРис.6Рис.7Рис.8На картинках изображены: кулачковая блокировка отечественного производства (БТР 60), Detroit Locker и Detroit E-Z Locker (компания Tractech).Принцип действия аналогичен, но полуоси соединяются зубчатой или кулачковой парой. Таким образом, при пробуксовке одного из колес дифференциал резко блокируется. Поэтому такая система применяется только в военной и специальной технике (например, в бронетранспортерах), где нужно большое тяговое усилие и высокая долговечность в ущерб управляемости.

Гидророторный самоблокирующийся дифференциал

Попытка повысить эффективность и долговечность фрикционного дифференциала. При возникновении разницы в угловых скоростях насос закачивает жидкость в цилиндр, и поршень сжимает фрикционный пакет, блокируя дифференциал.Довольно часто фрикционные блоки подпружинивают. Такие дифференциалы штатно устанавливаются в задний мост многих внедорожников — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage и. т. п. Американская компания ASHA Corp. пошла дальше, снабдив пакет фрикционов LSD дифференциала устройством блокировки, состоящего из насоса с поршнем (Героторный дифференциал). При возникновении разности в угловых скоростях полуоси и чашки насос нагнетает масло (жидкость) на поршень и сдавливает фрикционный блок, тем самым блокируя дифференциал. Данная конструкция получила название Gerodisk (Hydra-Lock) и штатно устанавливается на внедорожники Chrysler (на картинке слева). Практически для всех friction based дифференциалов необходимо применять специальное масло, которое содержит присадки, обеспечивающие нормальную работу фрикционных блоков. Рис.9

Какие типы дифференциалов бывают

Устройства различаются по нескольким критериям

Расположение

• Межколёсный узел монтируется на оси, соединяющей два колеса.
• Межосевой дифференциал в автомобиле монтируется так, чтобы была передача крутящего момента между мостами: передним и задним – это прерогатива полноприводных авто.

Разновидность зубчатой передачи

• Конического типа.
• Цилиндрического типа.
• Червячного типа.

Количество зубьев шестерен

• Симметричного вида.
• Несимметричного вида.

tdiesel.ru

Где применяются различные типы дифференциалов

Устройства устанавливаются в соответствии с типом автопривода

• Конический симметричный узел стоит на задне- и переднеприводных машинах;
• Цилиндрический несимметричный дифференциал устанавливается на полноприводных;
• Червячный тип передачи допустим на всех типах авто.

Характерной особенностью полноприводных автомашин является то, что для них необходимы дифференциалы между парой ведущих колес на одной оси в количестве двух и один межосевой – между двумя мостами. Но не всегда конструктивно предусмотрен именно такой расклад, устройство между мостами отсутствует.

В этой ситуации производители дают рекомендацию владельцам авто не подключать полный привод на гладкой, ровной дороге, а активизировать его только в условиях бездорожья.

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.

Дифференциал как часть трансмиссии

studiplom.ru
Поскольку передачей крутящего момента от двигателя на колеса занимается трансмиссионная система автомобиля, узел входит как составная часть в эту систему.

Наряду с ним в стандартный набор трансмиссии входят:

• Сцепление.
• Коробка передач.
• Полуоси колесного привода.
• Главная передача.
• Шарниры угловых скоростей (ШРУС).

Узел функционирует совместно с главной передачей. Важная характеристика устройства – коэффициент блокировки – это отношение крутящего момента одного колеса к другому. Чем он выше, тем более высоко можно оценить характеристику проходимости машины.

studiplom.ru

Обратить внимание!

Тип привода определяет, где будет расположен дифференциал в автомобиле: Монтируется в раздаточной коробке – это вариант полноприводных авто. Ставится в коробку передач – такой вариант характерен для переднего привода. Монтируется в картере заднего моста – это происходит на машинах, на которых установлен задний привод.

Распределение моментов

Соотношение моментов при распределении бывает разным – симметричным и несимметричным. Первый вариант описан выше – такой узел при движении на ровном участке дороги распределяет момент одинаково на обе полуоси, а его изменение происходи только при изменении условий движения.

Все межколесные дифференциалы являются симметричными

Несимметричные дифференциалы отличаются тем, что передача вращения между двумя осями осуществляется в определенной пропорции, причем неравной. К примеру, на многих кроссоверах используется межосевой дифференциал с соотношением 40/60. Это означает, что крутящий момент, поступающий на раздаточную коробку, делится и на передний ведущий мост поступает 40% вращения, а на задний – 60%. В этом случае передняя ось является больше вспомогательной, позволяющей повысить проходимость, основным же выступает задний мост.

Несимметричное распределение вращения обеспечивают и муфты, которые устанавливаются вместо межосевого дифференциала. При этом муфты позволяют обеспечивать распределение вращения не в строго заданной пропорции, а в целом диапазоне. То есть, на ряде авто с постоянным полным приводом, в зависимости от условий движения, муфта может менять соотношение от 40/60 до 0/100.

Устройство дифференциала

В узле расположен комплекс шестерен, которые имеют 2 степени свободы вращения. Действует принцип планетарной передачи: в пределах одной оси существует возможность складывать и раскладывать угловые скорости.

Конструктивно схема дифференциала выглядит следующим образом:

• Корпус, к нему ведет главная ось, передавая крутящий момент от мотора.
• Шестерни полуосей, на которых крепятся колеса, они передают крутящий момент.
• Сателлиты – небольшие шестеренки, связанные с корпусом осями. При необходимости они входят в зацепление с основными шестернями. Так обеспечивается работа дифференциала.

salecar.pro

Конструктивное исполнение

Все дифференциалы, используемые на авто, построены по единому принципу – на основе планетарной передачи. Но конструктивных исполнений узла – несколько:

1. Конический
2. Цилиндрический
3. Червячный
4. Кулачковый

Виды конструкций дифференциалов

Во всех их, кроме кулачкового, разница сводится только к форме и конструктивному исполнению шестерен.

В конических и цилиндрических дифференциалах используются шестеренки соответствующей формы.

Более интересны в плане конструкции червячный и кулачковый узлы. В первом варианте используется червячное зацепление между сателлитами и полуосевыми шестеренками. Такие дифференциалы получили общее название Torsen. Примечательно, что разработано несколько видов конструкции Torsen. Вариант Т1 отличается тем, что сателлиты в нем располагаются перпендикулярно оси вращения. Во втором варианте – Т2, сателлиты располагаются уже параллельно полуосям. Существует еще один тип червячного дифференциала – Quaife. В нем, как и Torsen Т2, сателлиты расположены параллельно, а отличие сводится к форме самих шестеренок.

В кулачковом узле шестеренок вообще нет. В них основными рабочими элементами выступают специальные сухари, установленные между двумя звездочками (кулачковыми шайбами) – внутренней и наружной. Из-за особенностей функционирования этот узел является – дифференциалом повышенного трения.

Схема работы дифференциала

Работу механизма можно отследить на примере симметричного межколесного конического устройства. Оно функционирует на большинстве автомашин, бороздящих дороги: передне- или заднеприводных.

techautoport.ru

1. Когда автомобиль движется прямо, нагрузка между колесами равномерна, это касается и угловой скорости. Шестерня главной передачи передает крутящий момент на полуоси, через зубчатое сцепление, которое неподвижно.
2. Поворот приводит к неравномерному распределению усилий на колеса. Внутреннее, которому нужно пройти по меньшему радиусу, подвергается большему сопротивлению, чем наружное. Ему нужно снизить вращательный момент и скорость вращения. Наружное, напротив, должно двигаться с большей угловой скоростью по большему радиусу. Это необходимо, чтобы избежать пробуксовки или дрифта, то есть отсутствия вращения на колесе. Приводятся в действие сателлиты – шестерни, расположенные под 90 градусов к основным, они увеличивают крутящий момент внешних колес и, соответственно, их скорость.
3. Пробуксовка возникает, когда на дороге образуется местами лед, или когда движение происходит по бездорожью. На колеса оказывается разная нагрузка – одно из них начинает буксовать. Случай, похожий на ситуацию поворота. Разница следующая: теперь буксующее колесо получает усиленный крутящий момент от дифференциала, а второе перестает двигаться. Стоп — машина ‑ происходит остановка транспортного средства.

Чтобы компенсировать проблемы, возникающие в условиях пробуксовки, изобретены способы преодоления этих неприятностей.

Разновидности механизмов

Чтобы избавиться от пробуксовок на скользком дорожном покрытии либо в условиях бездорожья, производители комплектуют транспортные средства дифференциальными устройствами следующих конструкций:

• механизм свободного типа с принудительной блокировкой от привода;
• частично блокирующийся дифференциал повышенного сопротивления;
• самоблокирующаяся червячная передача типа Torsen.

В первом варианте применяется рассмотренный выше шестеренчатый узел, дополнительно оснащенный блокировочным устройством. Система функционирует просто: в случае необходимости водитель активирует привод, фиксирующий сателлиты в неподвижном состоянии. Крутящий момент начинает делиться ровно пополам, оси вращаются с одинаковой скоростью и транспортное средство успешно преодолевает проблемное место.

Принудительная блокировка межосевого дифференциала включается с помощью различных приводов:

• механический – от рычага раздаточной коробки;
• электрический;
• пневматический;
• гидравлический.

Аналогичные приводные элементы применяются для остановки и удержания сателлитов переднего либо заднего моста.

Автомобили дорогой комплектации производители оснащают антипробуксовочной системой. Она «обманывает» дифференциальное устройство другим способом: по сигналу датчика, фиксирующего быстрое вращение одного колеса, электроника отдает команду его притормозить. Тогда сателлитные шестеренки начинают передавать больше мощности на другую ось и авто прекращает «грестись» на месте.

Устройство повышенного сопротивления

Помимо сателлитов, ведущих и ведомых шестерен, дифференциал повышенного трения включает такие элементы:

• корпус, жестко прикрепленный к планетарной шестеренке;
• пакет фрикционных дисков, установленных на каждой полуоси;
• стальные диски, чьи выступы зафиксированы в корпусе;
• распорная пружина, вставленная между коническими шестернями полуосей.

Стальные и фрикционные диски (похожие применяются в сцеплении) установлены поочередно, первые вращаются вместе с корпусом, вторые – с осями. Конусообразная шестеренка надета на шлицы оси и способна смещаться на определенное расстояние. Пружина поддавливает 2 противоположных осевых шестерни.

Частичная блокировка дифференциала происходит следующим образом:

1. На прямолинейном сухом участке дороги сателлиты неподвижны, а диски вращаются друг относительно друга.
2. При попадании одной шины на скользкий участок начинается пробуксовка. Благодаря конусной форме зубьев шестеренки со стороны остановившегося колеса начнут взаимно отталкиваться.
3. Шестерня полуоси сдвинется и сожмет пакет дисков. Возникнет сила трения, заставляющая ось вращаться вместе с корпусом напрямую от «планетарки» в обход сателлитов.

Подобное устройство самостоятельно регулирует степень блокировки – чем медленнее крутится покрышка с хорошим сцеплением, тем сильнее сжимаются диски и подается больше крутящего момента.

Самоблокирующиеся передачи Torsen

Принцип работы данных механизмов базируется на одной особенности червячной пары: шестеренка способна передавать вращение сателлиту, но обратное действие невозможно. Все шестерни, включая сателлитные, сделаны в виде цилиндров с косыми дугообразными зубьями. Всего в механизме применяется 3 пары червячных сателлитов, установленных вокруг шестеренок полуосей.

Самоблокирующийся дифференциал работает так:

1. Во время прямолинейного движения червячные сателлиты ведут себя аналогично конусным – не крутятся сами, но вращают оси от главной передачи.
2. На повороте число оборотов одной полуоси вырастет и она придаст вращение парам сателлитов – мощность начнет распределяться по-разному.
3. Поскольку каждая пара сателлитов связана между собой прямозубой передачей, пробуксовка одного колеса исключается. Ось способна крутить свой сателлит, тот вращает соседний, который уже не может поворачивать вторую полуось. Механизм блокируется автоматически.

Устройство Torsen – самое надежное и передовое, но слишком дорогое, поэтому ставится на машины максимальной комплектации. В остальных применяются более доступные механизмы повышенного трения.

В среде любителей экстремальной езды по бездорожью известен простейший способ избежать пробуксовок – блокировка заднего дифференциала с помощью сварки. Сателлиты намертво привариваются к осям и всегда находятся в неподвижном состоянии. Правда, подобные автомобили предназначены только для езды по грунту и снегу – эксплуатировать их на твердом покрытии чересчур неудобно и дорого.

Блокировка дифференциала и система курсовой устойчивости

Преодоление отрицательных моментов работы происходит с посредством блокировки, либо подключением группы устройств, обеспечивающих курсовую устойчивость.

Блокировка дифференциала

Блокировка означает отключение сателлитов.

Для различных видов транспортных средств способы блокировки разные.

В кроссоверах практикуют установку самоблокирующихся устройств.

Для большинства автомобилей с электронной системой управления подключаются электронные блокираторы, совмещенные с системой курсовой устойчивости.

Система курсовой устойчивости

cardefence.ru
Электронная система активной безопасности ESC -Electronic Stability Control (Электронный контроль устойчивости) предназначена для поддержания курса автомобиля, чтобы он не уходил в заносы при маневрировании. Она тормозит авто в ситуациях значительного отклонения от траектории перемещения.

Объединяет возможности ABS – антиблокировочной системы и противобуксовочной системы TCS (Traction Control System), которая предназначена для предотвращения проскальзывания ведущих колес.

Безопасность прежде всего

Дифференциал создан для обеспечения безопасного комфортного маневрирования на трассе. Описанные выше недостатки касаются езды в экстремальных условиях, а также по пересеченной местности. Поэтому если на автомобиле установлен привод ручной блокировки, использовать его нужно исключительно в соответствующих дорожных условиях. А шоссейные автомобили, которые сложно «уговорить» ехать медленнее 100 км/час, эксплуатировать без дифференциала вообще невозможно и даже опасно. Такой вот нехитрый, но бесконечно важный механизм в трансмиссии.

Виды дифференциалов

Автомобильные дифференциалы подразделяются на несколько основных видов:

Дифференциал с полной блокировкой	Включается водителем путем нажатия соответствующей кнопки. Проблемы: снижение управляемости и истирание покрышек
LSD Limited Slip Differential	Самоблокирующееся устройство: блокирование срабатывает в ситуации, когда разница в скоростях колес достигает больших величин. Благодаря такому устройству авто плавно преодолевает участки с наледями и грязью.
Дифференциал Торсен. Разработана Co Siemens	Вариант самоблокирующегося устройства. Устройство дифференциала: узел, в котором соединены конический и червячный принципы. Червячный тип перестает работать при определенном соотношении крутящих моментов.
Дифференциал Квайф	Особенность конструкции: расположение сателлитов параллельно к оси вращения корпуса
Вискомуфта	Вариант самоблокирующегося устройства. Работает как гидротрансформатор. Заливается силикон. При нормальной t он находится в жидком состоянии. При повышении температуры расширяется и становится вязким. Недостаток: подобные конструкции неремонтопригодны.
Электронный блокатор	Блок осуществляется бортовым компьютером при определенных условия, которые можно задать.

4x4action. ru

Преимущества и недостатки

Основное преимущество дифференциала – это то, что он дал возможность выполнять повороты. Скорость движения каждого колеса на ведущей оси подстраивается под дорожную ситуацию совершенно автоматически, без участия водителя, так что безопасность и маневренность транспортного средства выросли в десятки раз после внедрения этого механизма. Сегодня дифференциал той или иной конструкции используется во всех видах автомобильного транспорта.

Еще одно преимущество – довольно высокая надежность узла. Планетарная передача выдерживает большие нагрузки, а особенности некоторых типов дифференциала еще дополнительно повышают его мощность и стойкость к износу

Основным недостатком можно назвать необходимость использовать механизм блокировки, чтобы автомобиль мог двигаться и по льду, и по сложным дорогам. Ручная, автоматическая или электронная – любой тип блокировки должен применяться обязательно, а это означает, что появляется дополнительный механизм, который может выйти из строя.

И, конечно, нельзя забывать о контроле за техническим состоянием узла. Это еще один узел, в котором нужно менять масло, хоть и не часто, и отслеживать износ деталей. И, кстати, о необходимости этой процедуры многие автовладельцы забывают.

Введение в системы полного привода. Дифференциалы.

Содержание

1. Введение
2. Определения
3. Дифференциалы
4. Блокировка дифференциалов
5. Управление тягой (Traction Control)
6. Распределение момента
7. Точка зрения потребителя
8. Системы с ручным подключением полного привода в сравнении с системами постоянного полного привода

Введение

Первая редакция настоящей статьи была написана осенью 1992 года. Тогда, также как и сейчас, ощущался значительный недостаток информации об автомобилях с постоянным полным приводом и их отличиях от традиционных внедорожных автомобилей с отключаемым полным приводом. Предыдущие редакции статьи были дополнены информацией о последних разработках в этом направлении. Настоящая статья получила очень хорошие отзывы в сети Интернет.

Определения

Очень важно с самого начала определиться с терминологией поскольку для любого четырехколесного транспортного средства AWD и4WD означают в общем одно и то же.

Говоря обобщенно AWD подразумевает постоянный

или
автоматически подключаемый полный привод
, а
4WD — полный привод, подключаемый и отключаемый вручную
. В автомобильной индустрии эта терминология обычно соблюдается, но не во всех случаях. Так например новоиспеченные
AWDFord Tempo и Subaru Justy на самом деле являются автомобилями с ручным подключением полного привода, как и более ранняя Subaru GLs. К этим моделям больше подошел бы термин 4WD. Существует еще достаточно двусмысленный термин — полный привод, подключаемый при необходимости (on demand four wheel drive), который может означать либо автоматически подключаемый полный привод, либо
полный привод, подключаемый и отключаемый вручную.

Автомобильная пресса несет на себе большую часть ответственности за путаницу в этом вопросе. Ошибки подобного рода встречаются довольно часто и вызваны неаккуратным использованием этих двух терминов.

В настоящей статье вышеупомянутые термины используются свободно. Там, где это необходимо вносятся дополнительные уточнения.

Дифференциалы

Дифференциалом называется набор шестерен, который распределяет крутящий момент приходящий от трансмиссии между двумя исходящими валами.У переднеприводных или заднеприводных автомобилей он позволяет обоим ведущим колесам вращаться с различными скоростями для того, чтобы автомобиль мог поворачивать без сопротивления.

Полноприводные системы постоянного действия должны иметь три дифференциала которые передают мощность ко всем четырем колесам и обеспечивают поворот без сопротивления — это передний, задний и центральный дифференциалы. Центральный дифференциал необходим, потому что расстояние, которое проходят в повороте передние поворачиваемые колеса не равно расстоянию, проходимому задними колесами.

Мощность отбираемая у коробки передач распределяется центральным дифференциалом между приводными валами идущими к переднему и заднему дифференциалам. Полноприводные системы с ручным подключением полного привода как правило не имеют центрального дифференциала поэтому их использование на сухой дороге связано с определенными неудобствами. Когда полный привод включен передняя и задняя ось связаны напрямую и будут вращаться с одинаковыми скоростями. Поэтому разница скоростей вращения между передними и задними колесами в повороте будет обеспечиваться за счет проскальзывания покрышек, что приводит к повышенному их износу.

Блокировка дифференциалов

Является основным камнем преткновения в технологии полного привода поскольку оказывает огромное влияние на поведение автомобиля на дороге. Если рассмотреть простейший пример AWD с тремя «свободными» дифференциалами, то становится ясно, что автомобиль может быть обездвижен при потере сцепления хотя бы одного из четырех колес. Особенностью простого «свободного» дифференциала является то, что он перераспределяет мощность в пользу оси, имеющей меньшее сопротивление. Таким образом если одно колесо теряет сцепление с дорогой вся развиваемая мощность передается на него. При этом полноприводный автомобиль имеет вдвое больше шансов потерять сцепление одного ведущего колеса с дорогой, чем автомобиль с приводом на одну ось. А поскольку использование полноприводного автомобиля предполагает более частую езду в плохих дорожных условиях для него становится очень важным наличие какой-либо блокировки дифференциалов. Все автомобили с постоянным полным приводом предлагающиеся на рынке сегодня такую блокировку имеют. Для лучшего понимания этой концепции стоит проследить эволюцию полноприводных систем с самого начала до современных высокотехнологичных образцов.

Audi был первым автопроизводителем, который успешно начал продавать автомобили с постоянным полным приводом под торговой маркой quattro с 1981 года в Европе и с 1983 года в США. (В США этот автомобиль более известен под именем Turbo Quattro Coupe, а в мире под названием Ur Quattro). Эти автомобили добились больших успехов в ралли, выиграли несколько титулов в мировых первенствах и поразили мир автомобильной промышленности поскольку до этого полноприводная схема никогда не ассоциировалась с высокими техническими характеристиками. Хотя еще в 1966 году появился Jensen FF с постоянным полным приводом и антиблокировочной системой тормозов он не имел коммерческого успеха и оставил Audi честь совершить технический переворот в общественном мнении и оставить свое имя в истории как родоначальника постоянного полного привода.

В восьмидесятых годах руководство Audi приняло решение оснастить полным приводом и присвоить имя quattro всей выпускаемой гамме моделей. Первое поколение quattro имело простые блокировки центрального и заднего дифференциалов, которые жестко блокировали один или оба дифференциала (не допуская разных скоростей вращения) для преодоления самых сложных дорожных ситуаций. Когда центральный дифференциал заблокирован, то для обездвиживания автомобиля необходимо, чтобы сцепление с дорогой потеряли одно

переднее и
одно
заднее колесо. При двух заблокированных дифференциалах для обездвиживания необходима потеря сцепления уже трех —
двух
задних и
одного
переднего — колес. Блокировки на этих моделях
Audi включались и выключались вручную, что было не очень удобно, поскольку требовало от водителя дополнительного внимания. Как выяснилось многое водители забывали выключать блокировки после преодоления трудных участков.
Дальнейшие разработки постоянного полного привода двигались в направлении автоматически блокируемых дифференциалов. Первой появилась вязкостная муфта (в дальнейшем — ВМ), в корпусе которой находилась

специальная силиконовая жидкость, которая позволяла поддерживать небольшую разницу скоростей вращения между двумя осями, но увеличение проскальзывания приводило к резкому увеличению вязкости этой жидкости, которая блокировала муфту. Было изобретено два совершенно разных способа применения вискомуфты в полноприводной трансмиссии.

Некоторые производители использовали обычные дифференциалы в паре с ВМ, которая при необходимости автоматически блокировала дифференциал. Такая схема используется в трансмиссии современных Mitsubishi Eclipse GSX и полноприводных Subaru с ручной коробкой передач, а так же снятых с производства BMW325ix и полноприводной Toyota Celica turbo.

В процессе разработки полноприводной трансмиссии инженеры Audi тоже пытались использовать ВМ, но совершенно другим образом.В их схеме автоматически отключаемого полного привода ВМ использовалась вместо

центрального дифференциала. В этом случае автомобиль в основном имеет передний привод и незначительная разница скоростей вращения между передней и задней осью в повороте корректируется работой ВМ. При проскальзывании колес передней оси разница скоростей вращения увеличивается до того момента, когда ВМ начинает передавать часть крутящего момента на заднюю ось и автомобиль становится полноприводным. Разница между этой схемой и предыдущей в том, что в первом случае мы имеем постоянный полный привод с автоматической блокировкой дифференциала, а во втором — автоматически включаемый и отключаемый полный привод. Такая система никогда в последствии на использовалась в автомобилях
Audi, но была взята на вооружение фирмой Volkswagen, которая выпустила на рынок полноприводную схему Syncro. Простота этой схемы привела к тому, что она использовалась большим количеством производителей в огромном диапазоне моделей — от минивэнов до такой экзотики, как современные Porsche 911 Turbo и Carrera 4 и Lamborghini Diablo VT (они, конечно имеют постоянный привод на задние колеса). Самая свежая версия полного привода от Volvo тоже построена по этой схеме с необычной примесью устройств ограниченного трения — система управления тягой (traction control) в передней оси и механический дифференциал ограниченного трения — в задней.
Следующим этапом было использование дифференциала Torsen (от TORque SENsing — чувствительный к моменту) в конструкции второго поклоения quattro. В конце семидесятых, в процессе разработки первой схемы quattro

специалисты Audi даже вели переговоры с владельцем патента на ВМ — FF Development, но впоследствии схема с ВМ была отклонена по причинам, которые станут понятными дальше. Дифференциал Torsen был изобретен американской фирмой Gleason Сorp., имел все достоинства ВМ и не имел ее недостатков. Это полностью механическое устройство, работа которого основана на принципе червячной передачи, а подробное описание выходит за рамки настоящей статьи. Однако его характеристики достаточно интересны. В нормальных условиях Torsen распределяет крутящий момент в пропорции 50:50. Но если колеса одной из осей начнут проскальзывать момент начнет перераспределяться в пользу оси, колеса которой имеют лучшее сцепление с дорогой, другими словами работа дифференциала Torsen прямо противоположна работе обычного дифференциала. Максимальное достижимое перераспределение момента — 80:20 в зависимости от шага червячной передачи. А поскольку конструкция Torsen полностью механическая процесс блокировки происходит моментально в отличие от ВМ, которой нужно некоторое время, пока жидкость «схватится». Поэтому Torsen более чувствителен к пробуксовке, чем ВМ. Процесс блокировки Torsen имеет более прогрессивную характеристику. (Инженеры Porsche отказались от ВМ в трансмиссии 964 Carrera 4 потому, что ВМ имеет экспоненциальную, а не линейную характеристику блокировки, чем объясняется ее худшая управляемость).

Еще более важным преимуществом Torsen является то, что он не блокируется и не пытается выровнять разности скоростей при торможении позволяя всем четырем колесам вращаться независимо при отсутствии тяги. Torsen блокируется только под тягой в то время, как ВМ и под тягой и при ее отсутствии. Torsen реагирует на крутящий момент, в то время как ВМ на обороты.

Реакция ВМ на обороты вызывает много инженерных проблем. Антиблокировочная система тормозов, например, определяет начало блокировки одного из колес по разнице скоростей вращения всех четырех колес. Наличие в трансмиссии механизма, который пытается выровнять скорости вращения всех четырех колес создает серьезные проблемы для АБС.

Для преодоления этой проблемы инженеры вынуждены идти на разные ограничения. Специалисты Mitsubishi отложили внедрение АБС на первом поколении модели GSX, а в дальнейшем АБС и ВМ в заднем дифференциале ограниченного трения стали взаимоисключающими опциями. В системе VW Syncro полный привод при нажатии на педаль тормоза просто отключался посредством второго сцепления. Подобную же особенность имеет большинство других автомобилей использующих схожую схему с ВМ. Доходило даже до того, что управляющий компьютер победителя мирового чемпионата по ралли Lancia Delta Integrale увеличивал крутящий момент двигателя, чтобы уменьшить сопротивление ВМ при торможении. В самых примитивных системах использовалась обгонная муфта. В результате с одной стороны при торможении полный привод отключался, с другой — он не работал при движении задним ходом.

Самым простым способом уменьшения сопротивления ВМ было уменьшение эффективной вязкости жидкости. Это в свою очередь означает, что уменьшится эффективность блокировки ВМ, что в принципе приемлемо для автомобилей, эксплуатирующихся преимущественно в нормальных дорожных условиях. В общем привлекательность ВМ не в ее высоких характеристиках, а в простоте и дешевизне.

В конце восьмидесятых Porsche и Mercedes вывели на рынок системы полного привода различавшиеся по своей степени сложности. Система 4Matic фирмы Mercedes использовала датчики АБС для определения проскальзывания колес. На нормальном сухом покрытии Mercedes был нормальным заднеприводным автомобилем. Когда сенсоры АБС определяли начало скольжения колес задней оси они выдавали на управляющий процессор сигнал заблокировать гидравлическую многодисковую муфту, передающую тягу на переднюю ось. Степень блокировки изменялась процессором по прогрессивной характеристике. Когда процессор определял необходимость в еще больших сцепных качествах он посылал управляющий сигнал на вторую муфту, блокирующую задний дифференциал. При нажатии на педаль тормоза обе муфты разъединялись одновременно для того, чтобы обеспечить песперебойную работу АБС.

Таким образом Mercedes 4Matic представляет собой систему автоматически подключаемого полного привода. Причина, по которой Mercedes пошел на разработку такой сложной системы заключалась по словам представителей фирмы в том, что они не хотели отпугнуть своих почитателей постоянным полным приводом, который по причине передачи части крутящего момента на переднюю ось может «изменить традиционное ощущение от управления Mercedes». Можно также предположить что Mercedes не мог себе позволить использовать более простую схему, чем Audi, которая на рынке занимает более низкую позицию. Практически же система 4Matic работала не лучше и не хуже других систем постоянного полного привода, но ее стоимость и сложность снижали ее привлекательность. Сейчас Mercedes отказался от такой системы и новые полноприводные машины, включая перспективный M класс оборудуются постоянным полным приводом. А система, подобная первой версии 4Matic нашла свое применение на автомобиле Nissan Skyline GTR.

Инженеры Porsche использовали в конструкции модели 959 подобную Mercedes (но иным способом реализованную) схему с дополнительными муфтами, где центральный дифференциал (в общем то просто гидравлическая муфта) был заблокирован постоянно, и разблокировался только для облегчения парковки. Распределение момента у Porsche 959 изменялось в зависимости от нагрузки и дорожных условий при помощи переменной степени блокировки муфты с прогрессивной характеристикой. В этой системе в отличие от всех других схем полного привода распределение момента не зависело от проскальзывания ведущих колес. В любой другой системе полного привода момент распределяется в постоянной пропорции до тех пор пока не наступает проскальзывание колес, после чего различные механизмы ограниченного трения изменяют эту пропорцию. В Porsche 959 компьютер системы полного привода получал информацию из многих источников, включая положение заслонки, угол поворота руля, ускорения и даже датчика давления турбонаддува. При движении по прямой с максимальным ускорением система отдавала до 80% тяги на задние колеса (при нормальном распределении 40% впереди60% сзади) даже если все четыре колеса вращались с одинаковой скоростью. Эта система была наиболее сложной и изощренной среди всех когда либо сконструированных систем полного привода.

После 959 пришла модель 964, которая была представлена в 1989 году как 911 Carrera 4. Представители Porsche заявляли, что ее система полного привода была дальнейшим развитием системы, применявшейся в 959 и соответственно более передовой. Но на самом деле это была система с постоянным раздаточным соотношением, такая же как все остальные, с компьютерным управлением муфтами, используемыми в качестве устройств ограниченного трения. Изюминкой этой системы было то, что совместное использование датчиков скорости и ускоренияи управляемой компьютером блокировки заднего дифференциала было призвано предотвращать свойственную 911 модели чрезмерную избыточную поворачиваемость при добавлении газа в повороте. Когда компьютер определял неминуемость заноса задней оси задний дифференциал начинал блокироваться. Таким образом благодаря использованию системы полного привода с «умными» дифференциалами инженерам Porsche удалось превратить бенгальского тигра в котенка. В общем то это и было главной причиной внедрения системы полного привода в конструкцию 911, поскольку Porsche 911 с ее распределением веса в пользу задней ведущей оси не очень то нуждалась в увеличении сцепления.

В 1993 году инженеры Porsche представили совершенно новую конструкцию задней подвески для модели 911. Заднеприводная версия стала вполне управляемой и необходимость сложной компьютеризованной системы полного привода отпала. Полноприводная версия этой машины (модель 993) имеет более простую, легкую и дешевую автоматически подключаемую систему полного привода с ВМ, похожую на ту, которая используется в VW Golf Syncro и большинстве минивэнов. Тем не менее «умный» задний дифференциал, который победил чрезмерную избыточную поворачиваемость этой машины был сохранен для подавления любых рецидивов этой особенности.

Subaru так же заслуживает особого упоминания в этой статье, поскольку в трансмиссии моделей Legacy и Impreza (включая и Outback) с автоматической коробкой передач используется система полного привода с микропроцессорным управлением подобная Mercedes 4Matic, Audi A8/V8 с АКПП и ранним моделям Porsche. Использование такой сложной системы, которая к тому же хорошо себя зарекомендовала, в автомобилях стоимостью менее $30000 действительно впечатляет. VW Golf Syncro 1999 модельного года и его братья по платформе, такие как Audi TT тоже будут оснащены подобной системой.

В трансмиссии Audi V8 и A8 с АКПП также используется управляемая микропроцессором муфта, которая блокирует центральный дифференциал подобно описанным выше системам. Одной из причин использования такой схемы является то, что АКПП предоставляет готовый источник гидрожидкости под давлением, которая необходима для блокировки муфты. Эта система представляет собой первый успешный опыт Audi по совмещению автоматической трансмиссии с полноприводной схемой quattro. За исключением Audi A8 современные модели quattro с АКПП используют центральный дифференциал Torsen.

Управление тягой (Traction Control)

Несмотря на все технологическое разнообразие в восьмидесятых годах полноприводные автомобили в конечном итоге не оправдали себя в коммерческом плане и оставили сегмент рынка в котором прочно укрепились только Audi и Subaru. В конце восьмидесятых годов любой крупный автопроизводитель предлагал полноприводные версии своих автомобилей, что можно объяснить просто тогдашней модой. С тех пор многие из них переключились на производство высокоприбыльных автомобилей для активного отдыха (SUV — Sport Utility Vehicles). И была придумана более простая и дешевая альтернатива AWD.

Все АБС имеют датчики на двух или всех колесах, для определения разницы их скоростей вращения, чтобы компьютер мог вмешаться и ослабить тормозное усилие на заблокированном колесе. При помощи несложного расширения системы ее можно заставить притормозить проскальзывающее колесо и таким образом перераспределить тягу в пользу колеса с лучшим сцеплением. Более сложные системы могут уменьшить мощность двигателя, чтобы более эффективно препятствовать проскальзыванию ведущих колес. В общем системы управления тягой представляют из себя оптимизацию привода колес одной оси с использованием технологии АБС.

Современная версия Audi quattro четвертого поколения использует полный привод совместно с управлением тягой всех четырех колес. В нормальных условиях тяга распределяетсямежду осями в соотношении 50:50 при помощи центрального дифференциала Torsen, который обеспечивает ограниченное проскальзывание между осями. Система управления тягой обеспечивает ограниченное проскальзывание между колесами одной оси. Таким образом, впервые в схеме quattro, автомобиль должен потерять сцепление всех четырех колес с дорогой для того, чтобы лишиться подвижности.

Предыдущее поколение quattro имело центральный дифференциал Torsen и ручную блокировку заднего дифференциала, которая автоматически отключалась при скоростях движения выше 15 миль/час, чтобы помочь забывчивому водителю. Audi V8 quattro имела задний дифференциал Torsen и управляемую микропроцессором муфту (АКПП) либо Torsen (ручная КПП) в качестве центрального дифференциала.

Новый Mercedes ML320 (также, как и ML430) использует относительно простой вариант трансмиссии с тремя свободными дифференциалами и управлением тягой на всех четырех колесах. Такой вариант был подвергнут критике из разных источников, как неудовлетворительный. Главным недостатком полного привода на M классе является то, что тормозная система подвергается чрезмерным нагрузкам в сложных дорожных условиях. Инженеры фирмы Zexel рассчитали, что при использовании в этой системе центрального дифференциала Torsen, который будет действовать до

начала проскальзывания колес использование тормозов системой контроля тяги снизится на более чем на 50%. Эти данные свидетельствуют, что
Mercedes зашел слишком далеко в попытках снизить стоимость трансмиссии путем исключения из центрального дифференциала механизма чувствительного к моменту или устройства ограниченного трения.

Распределение момента

Вопрос о распределении момента всегда был слегка запутанным. В общем распределение момента между осями в условиях, когда ни одно из колес не проскальзывает, остается постоянным у всех автомобилей с полным приводом (за исключением Porsche 959). Для автомобилей с постоянным полным приводом наиболее распространенным отношением является 50:50, хотя бывают и варианты 30+% — на переднюю ось, 60+% — на заднюю. Вторая пропорция обычно применяется на автомобилях, которые изначально были заднеприводными, в то время, как первая — на автомобилях изначально переднеприводных.

Для систем с подключаемым полным приводом с ВМ распределение момента обычно выбирается как 95% — на переднюю ось, 5% — на заднюю. В связи с этим существует мнение, что постоянно имея 5% крутящего момента на задней оси такие системы должны рассматриваться, как системы с постоянным полным приводом. Вне зависимости от весомости этого аргумента фактом является то, что основной причиной передачи части крутящего момента на заднюю ось является желание обеспечить некоторое скольжение в ВМ и тем самым поддерживать ее в состоянии начала блокировки, для того, что бы минимизировать ее «задумчивость» при начале скольжения передних колес. При такой схеме ВМ всегда «думает», что передние колеса слегка проскальзывают относительно задних, даже если все колеса вращаются с одинаковой скоростью, что достигается слегка различными отношениями главной передачи для передних и задних колес.

Стандартная идея о скольжении предполагает сценарий, когда одно или более колес проскальзывает при движении автомобиля на скользком покрытии. Существует тем не менее еще одна ситуация, которую нужно принимать во внимание, говоря о скольжении. Вспомним, что передние колеса в повороте проходят большее расстояние, чем задние. Таким образом устройству, ограничевающему трение в центральном дифференциале «кажется», что передние колеса проскальзывают по отношению к задним и это устройство перераспределяет момент в пользу задней оси. Для машин с большей долей веса, приходящейся на переднюю ось, как, например, Audi этот эффект позволяет увеличить поворачивающую силу на передних колесах. Такая небольшая оптимизация распределения момента позволяет Audi значительно уменьшить недостаточную поворачиваемость присущую Audi quattro первого поколения.

Рассмотрим Mercedes ML 320 где используется свободный центральный дифференциал и система контроля тяги на всех четырех колесах. Когда перед или зад полностью потеряют сцепление с дорогой система перебросит весь момент на другую сторону. Теоретически, если поднять заднюю часть автомобиля домкратом, то система передаст 100% крутящего момента на переднюю ось, превращая автомобиль в переднеприводный и наоборот. В действительности, поскольку контроль тяги просто повышает давление в соответствующем тормозном контуре, а не блокирует колесо полностью, на переднюю соь будет передаваться меньше, чем 100% момента.

Но самое главное — запомнить, что указанное для этого автомобиля распределение момента 37:63 в пользу задней оси действует только

тогда, когда ни одно из колес не проскальзывает. В приведенном выше примере с поддомкрачиванием одной из осей система
AWD с любым типом блокировки может теоретически изменить перераспределение момента с 50:50 (или любого другого) до 0:100 или 100:0 в зависимости от того, насколько полно осуществляется блокировка. Mercedes не указывает коэффициент блокировки, который обеспечивает система контроля тяги, поэтому невозможно сказать каков реальный диапазон перераспределения момента в предельных условиях. Системы с ручным подключением полного привода без центрального дифференциала, так же как и первые системы постоянного полного привода с ручными блокировками имеют диапазон распределения момента от 100:0 до 0:100. Эти экстремальные значения также означают, что между осями не допускается разницы скоростей, вот почему большинство современных систем никогда не достигают 100% перераспределения тяги. Коэффициент блокировки 80% позволит беспрепятственно обеспечить небольшую разницу скоростей между осями.
В случае, если система имеет полную блокировку центрального дифференциала это приводит к тому, что каждая ось должна иметь запас прочности, чтобы передать все 100% мощности, выдаваемой двигателем, хотя большую часть времени они не будут загружены более, чем на 50%. Это приводит к практически неубиенной трансмиссии срок службы которой может намного превысить срок службы автомобиля. Негативной стороной этой особенности является то, что удвоение вращающихся масс приводит к снижению разгонных показателей автомобиля, что становится особенно заметным для автомобилей с АКПП, так как они обычно имеют более высокую первую передачу.

Точка зрения потребителя

Многие потенциальные покупатели полноприводных автомобилей интересуются приводит ли большее количество «железа» к большим проблемам или значительному повышению расхода топлива. Мировая практика показывает, что системы постоянного полного привода не приносят никаких специфических проблем. Вероятность отказа дополнительных приводных валов и шестерен не более вероятности того, что восьмицилиндровый двигатель откажет только потому, что в нем в два раза больше цилиндров, чем в четырехцилиндровом. Это неплохая аналогия, потому что при распределении тяги между четырьмя колесами нагрузки на трансмиссию меньше.

Те схемы, которые основаны на использовании датчиков АБС для блокировки диффернциалов будут страдать от технических проблем не более, чем любой другой автомобиль оснащенный АБС.

На самом деле недоверие к постоянному полному приводу вызвано использованием автомобилей с ручным подключением полного привода, где делаются постоянные попытки упростить этот процесс при помощи различных автоматически блокирующихся ступиц и/или разных дополнительных приспособлений. Системы постоянного полного привода проще по конструкции поскольку в нет необходимости в этих «упрощающих» приспособлениях и всех деталях, связанных с ними.

Обвинения в том, что автомобили с полным приводом расходуют много горючего справедливы только по отношению к системам с ручным подключением полного привода. Системы с постоянным полным приводом и центральным дифференциалом в отличие от систем с подключаемым полным приводом не приводят к чрезмерной деформации покрышек при повороте. Более того исследования Audi показали, что потери на сопротивление качению у автомобиля с приводом на одну ось превосходят потери вызванные большим весом и инерцией автомобилей с постоянным полным приводом.

Системы с ручным подключением полного привода в сравнении с системами постоянного полного привода

Использование в трансмиссии автомобиля ручного включения полного привода приводит к значительным трудностям в настройке подвески. Для автомобилей с управляемыми передними колесами передние колеса в повороте должны проходить большее расстояние, чем задние. Из-за отсутствия центрального дифференциала задние колеса должны проскальзывать для выравнивания скоростей вращения и таким образом частично теряют сцепление с дорогой в повороте. При этом автомобиль получает излишнюю поворачиваемость, что для среднестатистического водителя не является безопасным. Для корректировки этого передним колесам придается большой положительный угол развала. В результате передние колеса имеют меньшее пятно контакта с дорогой и соответственно меньшее сцепление в повороте. И все это только для того, чтобы обеспечить автомобилю нейтральную поворачиваемость при включенном полном приводе. Когда полный привод отключен, что в общем-то является более частой ситуацией, автомобиль приобретает значительную недостаточную поворачиваемость, поскольку тенденция к проскальзыванию задних колес в повороте уменьшается. АБС в режиме полного привода, когда она бывает очень нужна, тоже будет отключена.

Нет необходимости приводить дополнительные аргументы, чтобы понять, что подключаемый вручную полный привод имеет массу недостатков по сравнению с постоянным или автоматически подключаемым полным приводом, которые способны динамически перераспределять тягу между осями в зависимости от того, какая из них имеет худшее сцепление с дорогой. Системы постоянного и автоматически подключаемого полного привода полностью предсказуемы и могут быть настроены под каждый конкретный автомобиль для достижения максимального эффекта.

Средний потребитель обычно имеет тенденцию недооценивать необходимость высокой управляеости. Выражение «Я не собираюсь участвовать в гонках на моей машине» можно услышать довольно часто. Тем не менее, если оценивать автомобиль, как средство передвижения нельзя не оценить его управляемость. Автомобиль с хорошей управляемостью, такой как перечисленные выше полноприводные модели, снижает трудность прохождения поворотов, делает этот процесс более предсказуемым. При этом среднестатистический водитель будет чувствовать себя более комфортабельно и уверенно, будет меньше снижать скорость при прохождении поворотов, что приведет к меньшим потерям крутящего момента и в свою очередь меньшим потерям энергии на очередное ускорение автомобиля. Другими словами такой автомобиль будет более энергетически эффективным. К сожалению такая точка зрения вообще никогда не рассматривается при обсуждении достоинств тех или иных схем.

К несчастью до сих пор нередко посредственные системы с ручным подключением полного привода используются в современных автомобилях для активного отдыха, что отнюдь не соответствует их высокой цене. С концептуальной точки зрения ничего не препятствует этим машинам иметь постоянный полный привод. По мнению автора основными причинами отсутствия прогресса на рынке малых грузовиков и автомобилей для активного отдыха являеюся безразличие к потребителю и отсутствие критики со стороны средств массовой информации.

Утверждение о том, что системы постоянного полного привода не способны работать в тяжелых внедорожных условиях так же успешно, как и устаревшие системы с отключаемым полным приводом далеко от истины. Range Rover к примеру начал оборудовать свои автомобили постоянным полным приводом с центральным дифференциалом с первой машины сошедшей с конвейера в 1976 году. И в трансмиссии военного Hummer вместо жесткого соединения осей используется Torsen дифференциал. Как известно внедорожные способности этих автомобилей не вызывают никаких сомнений.

Отдельно должен быть упомянут Jeep Grand Cherokee 1999 модельного года, который стал первым из производимых большой серией автомобилей для активного отдыха с намного более современной системой полного привода, чем имеют большинство его собратьев. Все три дифференциала Grand Cherokee имеют прогрессивную блокировку с гидравлическим приводом в результате чего трансмиссия этого автомобиля может передать весь крутящий момент к одному колесу, которое имеет наилучшее сцепление с дорогой. К сожалению эта очень современная система полного привода предлагается только, как опция и покупатели, которые сомневаются или не доверяют достижениям технологии могут купить автомобиль с обычной системой 4WD/AWD, которая не обязательно будет надежнее из-за большого количества выбираемых опций.

Источник https://4×4.aaa13.ru/cars/4wd_diff.shtml

Дифференциал автомобиля. Разновидности и особенности функционирования

Почему нельзя обойтись без дифференциала

Виды дифференциалов

Как функционирует дифференциал и зачем его блокировать

Типы блокировок

• Полная принудительная блокировка
• Дисковая (фрикционная) блокировка
• Вискомуфта
• Торсен
• QUAIFE

Дифференциалом называется механизм, передающий вращающий момент от одного источника двум потребителям. Его ключевой особенностью является способность перераспределять мощность и обеспечивать разные угловые скорости вращения потребителей. Применительно к дорожному транспортному средству это означает, что посредством дифференциала колеса могут получать разную мощность и вращаться с разной скоростью.

Дифференциал является важным элементом автомобильной трансмиссии. Попробуем разобраться, почему так.

Почему нельзя обойтись без дифференциала

Строго говоря, без дифференциала можно обойтись. Но только до тех пор, пока автомобиль движется по безупречной трассе, никуда не сворачивая, а шины у него одинаковые и равномерно накачанные. Иными словами, пока все колеса проезжают одинаковый путь и вращаются с одинаковой скоростью.

Но когда машина входит в поворот, колесам приходится преодолевать разное расстояние. Очевидно, что внешняя дуга поворота длиннее внутренней, поэтому колесам, движущимся по ней, приходится крутиться быстрее, чем колесам, проезжающим по внутренней дуге. Когда ось не является ведущей, а колеса не зависят одно от другого, то никакой проблемы нет.

Иное дело — ведущий мост. Для осуществления нормального управления вращение передается на оба колеса. При их жесткой связи они имели бы одинаковую угловую скорость и в повороте стремились бы проехать одинаковое расстояние. Поворот был бы затруднен и приводил бы к пробуксовке, повышенному стиранию шин и излишней нагрузке на трансмиссию. Часть мощности двигателя уходила бы на пробуксовку, а значит и топливо расходовалось бы понапрасну. Нечто подобное, хотя и не столь очевидно, происходит и в других ситуациях — при езде по неровной дороге, неравномерной нагрузке на колеса, неодинаковом давлении в шинах, различной степени износа покрышек.

Вот тут и приходит на помощь дифференциал. Он передает вращение на обе полуоси, но соотношение угловых скоростей вращения колес может быть произвольным и меняться оперативно в зависимости от конкретной ситуации без вмешательства водителя.

Виды дифференциалов

Дифференциалы бывают симметричными и несимметричными. Симметричные передают на оба ведомых вала одинаковый вращающий момент, при использовании несимметричных устройств передаваемые моменты различны.

Функционально дифференциалы могут применяться в качестве межколесных и межосевых. Межколесный передает вращающий момент колесам одной оси. В переднеприводном авто он размещен в КПП, в заднеприводном — в картере заднего моста.

В полноприводной машине механизмы находятся в картерах обоих мостов. Если полный привод является постоянным, в раздаточной коробке монтируется еще и межосевой дифференциал. Он передает вращение от коробки передач на оба ведущих моста.

Межколесный дифференциал всегда симметричный, а вот межосевой обычно бывает несимметричным, типовое процентное соотношение моментов между передней и задней осью — 40/60, хотя может быть и иным. 

Возможность и способ блокировки определяет еще одну классификацию дифференциалов:

Блокировка может быть как полной, так и частичной.

Как функционирует дифференциал и зачем его блокировать

По сути дифференциал — это механизм планетарного типа. В самом простом симметричном межколесном дифференциале четыре конические шестерни — две полуосевые (1) плюс два сателлита (4). Схема работает и с одним сателлитом, но второй добавлен, чтобы сделать устройство более мощным. В грузовиках и внедорожниках ставят две пары сателлитов.

Чашка (корпус) (5) выполняет роль водила для сателлитов. В ней жестко закреплена большая ведомая шестерня (2). Она получает вращающий момент от КПП посредством ведущей шестерни главной передачи (3).

На прямой дороге колеса, а значит, и их полуоси крутятся с одинаковой угловой скоростью. Сателлиты совершают обороты вокруг колесных полуосей, но вокруг собственных осей не вращаются. Таким образом они вращают полуосевые шестерни, придавая им одинаковую угловую скорость.

В повороте у колеса, идущего по внутренней (меньшей) дуге, сопротивление качению больше и потому оно замедляется. Поскольку соответствующая полуосевая шестерня также начинает вращаться медленнее, она заставляет крутиться сателлиты. Их вращение вокруг собственной оси приводит к увеличению оборотов шестерни на полуоси наружного колеса.   

Подобная ситуация может возникнуть и в тех случаях, когда покрышки имеют недостаточное сцепление с дорогой. К примеру, колесо попадает на лед и начинает проскальзывать. Обычный свободный дифференциал станет передавать вращение туда, где сопротивление меньше. В результате проскальзывающее колесо будет вращаться еще быстрее, а противоположное практически остановится. Машина в итоге не сможет продолжить движение. Причем картина принципиально не изменится и в случае полного привода, поскольку межосевой дифференциал также передаст всю мощность туда, где встретит меньшее сопротивление, то есть на мост с проскальзывающим колесом. В итоге даже полноприводный автомобиль может застрять, если забуксует всего одно колесо.

Данное явление серьезно ухудшает проходимость любого автомобиля и совершенно неприемлемо для внедорожников. Исправить ситуацию можно блокированием дифференциала.

Типы блокировок

Полная принудительная блокировка

Добиться полной ручной блокировки можно, заклинив  сателлиты так, чтобы лишить их возможности крутиться вокруг собственной оси. Другой способ — ввести чашку дифференциала в жесткое зацепление с полуосью. Оба колеса станут крутиться с равной угловой скоростью.

Для включения данного режима нужно всего лишь нажать кнопку на приборной панели. В приводном устройстве может быть задействована механика, гидравлика, пневматика либо электромотор. Такая схема годится и для межколесных и для межосевых дифференциалов. Включать ее можно, когда машина стоит на месте, а пользоваться следует лишь на малой скорости при езде по пересеченной местности. Выехав на нормальную дорогу, блокировку обязательно нужно отключить, иначе управляемость заметно ухудшится. Злоупотребление этим режимом может стать причиной поломки полуоси или сопряженных с ней деталей.

Больший интерес представляют самоблокирующиеся дифференциалы. Они не требуют вмешательства водителя и срабатывают автоматически, когда возникает надобность. Поскольку блокировка в таких устройствах неполная, то вероятность повреждения полуосей невелика.

Дисковая (фрикционная) блокировка

Это наиболее простой вариант самоблокирующегося дифференциала. Механизм дополнен набором фрикционных дисков. Они плотно прилегают друг к другу и через один жестко закреплены на одной из полуосей и в чашке.

Вся конструкция крутится как единое целое, пока скорость вращения колес не становится разной. Тогда между дисками появляется трение, ограничивающее рост разности скоростей.

Вискомуфта

Подобный принцип функционирования имеет и вискомуфта (вязкостная муфта). Только здесь диски с нанесенной на них перфорацией размещены в герметичном боксе, все свободное пространство которого заполнено силиконовой жидкостью. Ее отличительная особенность — изменение вязкости при перемешивании. Когда диски крутятся с разной скоростью, жидкость перемешивается, и чем интенсивнее перемешивание, тем более вязкой становится жидкость, доходя почти до твердого состояния. Когда скорость вращения выравнивается, вязкость жидкости быстро падает, и дифференциал разблокируется.  

Вискомуфта имеет довольно большие габариты, потому используется чаще как дополнение к межосевому дифференциалу, а иногда и вместо него, выполняя в этом случае роль псевдодифференциала.

У вискомуфты есть ряд недостатков, которые существенно ограничивают ее применение. Это инерционность, значительный нагрев и плохая совместимость с ABS.

Торсен

Название происходит от Torque Sensing, то есть «воспринимающий вращающий момент». Считается одним из наиболее эффективных самоблокирующихся дифференциалов. В механизме используется червячная передача. В конструкции также есть фрикционные элементы, дополнительно передающие вращающий момент при возникновении пробуксовки.

Имеется три типа данного механизма. При нормальном сцеплении с дорогой разновидности T-1 и T-2 функционируют как дифференциалы симметричного типа.

Когда одно из колес теряет сцепление, Т-1 способен перераспределить крутящий момент в соотношении от 2,5 к 1 до 6 к 1 и даже больше. То есть колесо, имеющее лучшее сцепление с дорогой, будет получать момент больший, чем у проскальзывающего колеса, в указанной пропорции. У разновидности Т-2 этот показатель ниже — от 1,2 к 1 до 3 к 1, зато меньше люфт, вибрации и шум.

Torsen Т-3 изначально разрабатывался как несимметричный дифференциал с показателем блокирования 20…30 %.

QUAIFE

Дифференциал Квайф назван по фамилии английского инженера, разработавшего данное устройство. По конструкции относится к червячному типу, как и Торсен. Отличается от него количеством сателлитов и их размещением. Quaife весьма популярен среди энтузиастов автомобильного тюнинга.

Дифференциал

: почему ваша машина может поворачивать? | Automotive Technology

Дифференциал почти так же стар, как и сам автомобиль, а вполне возможно, даже старше. Без него практически невозможно приручить любую двухгусеничную машину, поэтому найти такую ​​можно в любой машине. Или два… или даже три. Без «дифференциала» мы бы ехали прямо, куда бы мы ни поворачивали руль. И, как вы, вероятно, согласитесь, это было бы не очень практично.

Точно неизвестно, когда был спроектирован и изготовлен первый дифференциал. Некоторые источники говорят, что уже в 100 году до нашей эры древние римляне использовали подобный механизм в морских навигационных устройствах. Однако первое полностью задокументированное механическое устройство с функцией дифференциала было найдено в Китае около 1100 г. н.э. и оно также использовалось в навигационных целях. Эти устройства были встроены в искусно сделанные и довольно причудливые двухколесные экипажи, в которых использовались невероятно продвинутые и сложные механизмы внутри, чтобы их луч всегда был направлен на юг.

В любом случае, и без всякого сомнения, первый современный «автомобильный» дифференциал был запатентован французским часовщиком Онесифором Пеккером в 1827 году как часть «паровой повозки» — предшественника сегодняшних грузовиков и одной из первых машин, которые можно считать легковым автомобилем.

И в безвестных компасовских вагонах Китая, и в паровой повозке Пеккера дифференциал служил тем же двум целям, что и в современных автомобилях. Принцип проще всего понять на автомобиле с продольно расположенным двигателем в переднем и заднем приводе, схема, которая использовалась для первых «настоящих» автомобилей около века назад и до сих пор широко популярна в автомобильной промышленности.

Первая задача дифференциала — распределить мощность между колесами и, в случае с нашей моделью, повернуть ее на 90°. Это можно было бы сделать с помощью простого набора конических шестерен, но тогда автомобиль будет двигаться только по прямой, как по рельсам. Кстати, на железных дорогах традиционно стараются не использовать дифференциалы, так как повороты обычно имеют большой радиус, а трение достаточно низкое, так что не стоит заморачиваться со сложными передачами.

Вторая задача дифференциала — обеспечить управляемость автомобиля. Как следует из названия, дифференциал решает проблему разница  между расстоянием, пройденным внутренним и внешним колесом. В повороте внутреннее колесо, очевидно, проходит меньшее расстояние, чем внешнее, а значит, оно должно делать меньше оборотов.

Если бы на оси не было дифференциала, оба колеса вращались бы с одинаковой скоростью. Следовательно, они будут иметь тенденцию преодолевать одинаковое расстояние друг с другом, что приведет к тенденции идти по прямой линии. Автомобиль с задним приводом толкал передние колеса, а их шины беспомощно скользили. Вот что происходит с внедорожниками, если их водители забывают отключить блокировку заднего дифференциала (об этом позже).

Есть несколько возможных решений этой проблемы. Один из них — сузить заднюю колею (расстояние между колесами на задней оси), что позволило бы уменьшить разницу между пробегами отдельных колес. Чем уже дорожка, тем меньше проблема. Однако при таком подходе мы в конечном итоге получим что-то вроде Velorex или Morgan Three-Wheeler, уменьшив заднюю ось до одного колеса. Отсюда непредсказуемая управляемость и весьма неприятная склонность к переворачиванию.

Другое решение — оставить два колеса, но только одно из них будет ведущим. Это использовалось на первых гоночных автомобилях с цепным приводом снаружи кузова. Это простая конструкция с двумя существенными недостатками. Первая — мы теряем 50 % сцепления с дорогой, вторая — машина медленнее в правом повороте и быстрее в левом (или наоборот, в зависимости от того, какое из колес ведущее. Мы, наверное, можем согласитесь, что это тоже нежелательное решение, когда речь идет о безопасности и управляемости — по крайней мере, по современным меркам.^-й -й и 20-й ^-й -й век, многие гоночные автомобили не имели даже надлежащих тормозов (хотя некоторые и развивали скорость до 150 км/ч), так что зачем заморачиваться такой мелочью, как неравномерное ускорение в поворотах. Третье и самое элегантное решение — использовать дифференциал, который позволит колесам на одной оси вращаться с разной скоростью, что позволит нам передавать крутящий момент на оба колеса и двигать автомобиль вперед. Умный! Но как это сделать?

Внутри простейшего дифференциала находится набор конических шестерен с карданным валом с шестерней, соединенной с зубчатым венцом под углом 90°, с зубчатым венцом, несущим корпус дифференциала. Вращающаяся клетка оснащена двумя сателлитными шестернями, опять же под прямым углом, которые соединяются с планетарными шестернями, прикрепленными к полувалам, приводящим в движение колеса. Поскольку все устройство включает в себя ряд шестерен, очевидно, что передаточные числа могут быть изменены различными способами.

Применяется и в автоспорте – замена дифференциала является достаточно простой задачей для раллийных механиков и позволяет модифицировать машину для различных условий. На гравийном этапе с большим количеством поворотов и шпилек они будут использовать «короткие» дифференциалы для лучшего ускорения, на асфальтовом ралли с длинными прямыми они пожертвуют частью динамики для увеличения максимальной скорости и установят «длинные» дифференциалы, которые позволяют автомобиль для достижения более высокой скорости при тех же максимальных оборотах двигателя.

Калле Рованпера / Йонне Халттунен, ŠKODA FABIA R5, ŠKODA Motorsport. Ралли Аргентины 2018

Звучит сложно? Возможно, но это все еще самый простой из возможных дифференциалов. Блокируемые дифференциалы, самоблокирующиеся дифференциалы или дифференциалы с векторизацией крутящего момента на порядки сложнее. Причина их существования в том, что базовый «открытый» дифференциал имеет два существенных недостатка. Во-первых, есть значительные механические потери, но они случаются в любом механическом устройстве. Их можно свести к минимуму, но вы никогда не избавитесь от них.

На двоих есть «открытость» дифференциала. Принципиально дифференциал передает больший крутящий момент на колесо с меньшим трением (в свою очередь внешнее). Представьте, что вы останавливаете машину одним ведущим колесом на идеально гладком льду, а другим — на сухом липком асфальте. Вы не сможете двигаться. В этой ситуации одно из колес будет беспомощно крутиться, а другое даже не будет двигаться.

В повседневном использовании обычного автомобиля такой сценарий встречается редко, и с ним всегда можно как-то справиться или обойти его. Однако на пересеченной местности приоритетом является не скорость или точность управления, а способность покорять бездорожье и пересеченность. Вот почему настоящие внедорожники оснащены блокируемыми дифференциалами, которые, как следует из названия, могут блокироваться и превращаться в простой конический редуктор, упомянутый в начале.

Калле Рованпера / Йонне Халттунен, ŠKODA FABIA R5, ŠKODA Motorsport. Ралли Аргентины 2018

Гоночные или раллийные автомобили, с другой стороны, должны справляться с низким сцеплением внутреннего колеса, не говоря уже о ситуациях, когда колеса находятся в воздухе. Когда вы боретесь за секунды, вы не можете позволить себе потерять тягу. И поскольку управляемость — это все для гоночного автомобиля, используются дифференциалы повышенного трения. В них используются различные инженерные принципы для предотвращения проскальзывания внутри дифференциала, таким образом передавая некоторый крутящий момент на колесо с меньшим сцеплением, плавно реагируя на условия.

Степень блокировки самоблокирующегося дифференциала измеряется в процентах. 0 % LSD — это открытый дифференциал вашего сада, 100 % — полностью заблокированный дифференциал или ось без дифференциала. Дифференциал повышенного трения 50 % означает, что крутящий момент делится в соотношении 25 % на колесо с меньшей тягой и 75 % на нагруженное.

Существуют также системы, использующие современные технологии для имитации эффекта самоблокирующегося дифференциала. Например, автомобили ŠKODA оснащены XDS+, системой, которая использует автомобильные тормоза для замедления вращающегося колеса. Даже открытый дифференциал затем «думает», что у него есть сцепление с дорогой, и передает крутящий момент на это колесо. Однако для энергичного вождения более сложное решение с механическим дифференциалом повышенного трения по-прежнему является лучшим вариантом. Вот почему самая быстрая OCTAVIA, RS245, использует усовершенствованный дифференциал повышенного трения VAQ на передней оси.

В начале мы упомянули, что у автомобиля может быть не один дифференциал, а два или даже три. Это случай раллийного автомобиля FABIA R5, в котором используется два. Раллийная FABIA, конечно же, полноприводная и поэтому нуждается в дифференциалах на обеих ведущих осях, потому что им обоим нужно решить проблему с разными радиусами — хотя водители ŠKODA Motorsport часто ездят с педалью до упора и все четыре колеса крутятся.

Понтус Тайдеманд / Йонас Андерссон, ŠKODA FABIA R5, ŠKODA Motorsport. Ралли Аргентина 2018

Что касается конкретного использования в ралли, лучшим решением для FABIA R5 является использование двух дифференциалов и жесткого карданного вала между осями. Однако есть автомобили, которые используют третий дифференциал для распределения крутящего момента между отдельными осями. В прошлом большинство полноприводных автомобилей имели эти центральные дифференциалы, но с достижениями в области материаловедения и электроники решение с фрикционной муфтой вместо нее стало более популярным, поскольку оно не только способно имитировать функцию дифференциала, но и может также отсоедините одну ось, если это необходимо. Это снижает потери в трансмиссии и снижает расход топлива. Новейшие такие системы с 7 9Муфты Haldex 0021-го поколения также используются в автомобилях ŠKODA, таких как OCTAVIA 4X4 и SUPERB 4X4 или внедорожники KAROQ и KODIAQ.

Объяснение дифференциалов | CarExpert

При повороте автомобиля внутренние колеса проходят меньшее расстояние, чем внешние. Фундаментальная проблема, которую призван решить дифференциал, заключается в том, чтобы позволить внешним колесам вращаться быстрее, чем те, что находятся внутри, и предотвратить их волочение, чтобы не отставать.

Дифференциал состоит из ряда шестерен, соединяющих карданный вал автомобиля (вал, передающий мощность от двигателя) к разъемной оси. Помимо изменения скорости вращения колес, дифференциал также распределяет крутящий момент между ними.

В автомобильном контексте стандартный тип дифференциала известен как открытый дифференциал. Однако доступны и другие типы, включая блокируемые дифференциалы, дифференциалы повышенного трения (LSD) и дифференциалы с вектором крутящего момента, которые будут рассмотрены в отдельной статье.

Открытый дифференциал

Открытый дифференциал — это самый простой тип дифференциала, который сегодня можно найти на неэффективных автомобилях. Он состоит из трех ключевых компонентов, а именно внутренней шестерни 9.0062 , зубчатый венец и шестерня .

Внутренняя передача состоит из шестерен, позволяющих колесам автомобиля вращаться с разной скоростью. Вместо сплошной балки, соединяющей колеса, оси разделены на две половины, каждая из которых закрыта шестерней. Затем их соединяет другая шестерня, параллельная оси.

Зубчатый венец заключает в себе узел внутреннего зубчатого колеса и соединяет его с приводным валом через другую шестерню, известную как Шестерня .

Ищете автомобиль для буксировки или для тяжелого бездорожья? Вы можете рассмотреть его передаточное число .

Это отношение количества оборотов, которое должна сделать ведущая шестерня к каждому обороту зубчатого венца. Например, передаточное число оси , равное 3:1 , будет означать, что ведущая шестерня поворачивается 3 раза за 1 оборот зубчатого венца.

Транспортные средства, такие как Jeep Wrangler и некоторые легковые автомобили и пикапы (особенно американские варианты, такие как Chevrolet Silverado и Ram 1500), могут предлагать выбор передаточных чисел осей. Чем выше передаточное отношение оси, тем больше увеличение крутящего момента.

Как правило, это означает, что автомобили с более высоким передаточным числом осей (при условии, что все остальное одинаково) имеют больший крутящий момент на более низких скоростях и, следовательно, больше подходят для буксировки за счет худшей экономии топлива и более низкой максимальной скорости.

Наряду с возможностью обеспечения вращения колес с разной скоростью ключевые преимущества открытого дифференциала по сравнению с описанными ниже типами заключаются в его меньшем весе, простоте и стоимости изготовления.

Основным недостатком открытого дифференциала является то, что в любой момент времени он может распределять крутящий момент между колесами только 50/50. Это означает, что крутящий момент по-прежнему передается на колесо без сцепления с дорогой, заставляя его вращаться без движения автомобиля.

Блокировка дифференциала

Блокируемые дифференциалы способны «блокировать» внутреннюю передачу и другие компоненты дифференциального механизма, так что колеса вращаются с одинаковой скоростью на оси.

Блокируемые дифференциалы

часто используются во внедорожниках, основное преимущество которых по сравнению с открытым аналогом заключается в том, что до 100 % доступного крутящего момента может быть направлено на колесо с тягой.

Для получения дополнительной информации о блокировке дифференциалов см. более раннюю статью Пола Марика здесь .

Дифференциал повышенного трения (LSD)

Дифференциал повышенного трения призван предложить лучшее из обоих миров, обеспечивая разную скорость вращения колес по оси, а также большую долю крутящего момента, передаваемую на колесо с большей тягой.

Три основных типа LSD: механические LSD (с муфтой), вязкостные LSD и винтовые LSD /Torsen (с измерением крутящего момента) .

Механический LSD использует сцепление с несколькими дисками (также известное как многодисковое сцепление ) в сочетании с нажимными кольцами и ведущей шестерней. Если автомобиль ускоряется, ведущая шестерня оказывает усилие на нажимные кольца, которые заставляют их блокировать диски сцепления за счет трения, тем самым обеспечивая большее сцепление колес.

В двухстороннем механическом LSD давление также оказывается при торможении автомобиля, чтобы обеспечить большую стабильность торможения.

Электронный LSD (eLSD) — это тип механического LSD, в котором компьютеры (а не механическая сила от ведущей шестерни) могут управлять взаимодействием между сцеплением и нажимными кольцами для более быстрой реакции на движение автомобиля.

Как следует из названия, в вязкостных LSD используется вязкостная муфта, в которой многодисковая муфта омывается густым маслом (вязкой жидкостью).

Жидкость служит той же цели, что и прижимные кольца в механическом LSD. В случае, если колесо вращается быстрее своего аналога (например, на скользкой поверхности), жидкость действует как источник трения, уравнивая скорость вращения обоих колес и повторяя эффект заблокированного дифференциала.

Несмотря на то, что вязкий LSD работает более плавно и требует меньше обслуживания, чем его механический аналог, он не может полностью заблокироваться, чтобы направить 100% крутящего момента на колесо с тягой, поскольку для жидкость для работы.

Torsen/винтовой LSD — это еще один тип LSD, в котором вместо использования трения через нажимные кольца (которые в конечном итоге потребуют замены) используется набор червячных передач для обеспечения необходимого сопротивления для блокировки внутреннего зацепления и, таким образом, распределения крутящего момента между колеса.

Помимо обслуживания, основное преимущество дифференциала Torsen заключается в его отзывчивости. В отличие от механического LSD «включено-выключено», червячная передача всегда находится в зацеплении с внутренним дифференциалом, что значительно улучшает реакцию.

Некоторые примеры автомобилей, использующих различные типы LSD, включают Mazda MX-5 (механический LSD в ручном исполнении), Nissan 370Z (вязкий LSD) и Ford Mustang (Torsen LSD с 2,3-литровым высокопроизводительным вариантом).

Все, что вам нужно знать о работе дифференциала

Знание дифференциала начинается с работы автомобильного двигателя и заканчивая системой трансмиссии. Ну, краткое объяснение заключается в том, что мощность от двигателя передается на колесо с помощью системы трансмиссии. Преимущество дифференциала в том, что он разделяет мощность двигателя, заставляя колеса двигаться с разной скоростью.

Сегодня мы рассмотрим определение, функции, работу, детали, применение, а также преимущества и недостатки дифференциальной системы в автомобиле.

Прочтите: Принцип работы механической и автоматической коробки передач

Содержание

• 1 Что такое дифференциал?
• 2 Функции дифференциала в автомобиле:
• 3 Основные части системы дифференциала:
• 4 Типы дифференциала:
• 5 Применение дифференциала в автомобиле:
• 6 Принцип работы дифференциала
• 7 Преимущества и недостатки Дифференциал:
  • 7.1 Преимущества
  • 7.2 Недостатки
  • 7.3 Пожалуйста, поделитесь!

Что такое дифференциал?

Дифференциал — это механизм, который передает крутящий момент двигателя на колеса с целью распределения мощности, позволяя колесам двигаться с различной скоростью. дифференциал не действует, когда автомобиль движется прямо. Эффект возникает, когда автомобиль пытается повернуть, в результате чего колесо движется с другой скоростью.

Полная схема дифференциала и его маркировка

Функции дифференциала в автомобиле:

Дифференциал выполняет следующие три функции на колесах автомобиля:

• Для увеличения мощности двигателя на колесах
• Передача мощности на колеса, когда они вращаются с разной скоростью
• Действовать в качестве конечной передачи в автомобиле, замедляя скорость вращения трансмиссии в последний момент перед переходом к колесу
• Еще одной функцией дифференциала является поворот потока мощности на 90-градус

Основные части дифференциальной системы:

Ниже приведены части дифференциала:

• Ведущая шестерня: часть дифференциала передает мощность от приводного вала (карданный вал) к зубчатому венцу.
• Зубчатый венец: зубчатый венец передает мощность на корпус дифференциала в сборе.
• Spider Gears: этот компонент лежит в основе дифференциала.
• Корпус дифференциала в сборе: эта часть удерживает шестерню и приводит в движение ось.
• Задний ведущий мост: передает крутящий момент от дифференциала в сборе на ведущие колеса.

Типы дифференциала:

Ниже приведены типы дифференциала:

• Открытый дифференциал : открытый дифференциал разделяет крутящий момент двигателя на две части и позволяет колесам вращаться с разной скоростью. Часто встречается в семейных седанах и автомобилях эконом-класса. При его работе, когда одна шина теряет сцепление с дорогой, противоположная шина также теряет мощность.
• Блокируемый дифференциал : в блокируемом дифференциале соединенные колеса вращаются с одинаковой скоростью, что делает поворот очень трудным для любого транспортного средства, на котором он установлен. Его часто можно увидеть на джип-рэнглерах и большинстве полноразмерных грузовиков.
• Дифференциал повышенного трения : этот тип дифференциала сочетает в себе открытый и блокируемый дифференциалы. Он часто используется в спортивных автомобилях, таких как Nissan 370Z и Mazda MX-5 Miata. Дифференциал обычно действует как открытый дифференциал, но автоматически блокируется при пробуксовке. В самоблокирующемся дифференциале блокировка достигается одним из трех способов: вязкой жидкостью, парком сцепления или сложной зубчатой ​​передачей.
• Дифференциал с вектором крутящего момента : этот тип дифференциала использует дополнительную зубчатую передачу. Он точно настраивает крутящий момент, подаваемый на каждое ведущее колесо. Часто встречается в BMW x5 M или Lexus RC F. Замедлить или ускорить поворот автомобиля на повороте может быть проще.

Прочтите: Типы дифференциалов и их функции

Применение дифференциала в автомобиле:

В автомобиле дифференциал предназначен для привода пары колес, поскольку они могут вращаться с разной скоростью. Транспортным средствам без дифференциала, таким как «карты», трудно выполнить подходящий поворот, поскольку оба ведущих колеса вынуждены вращаться с одинаковой скоростью. в этом случае ось приводится в движение простым механизмом цепного привода. При повороте на таком транспортном средстве внутреннее колесо проходит меньшее расстояние, чем внешнее колесо. Это делает дифференциал бесполезным, потому что либо внутреннее колесо вращается слишком быстро, либо внешнее колесо вращается слишком медленно. Однако это приводит к сложному и непредсказуемому управлению, повреждению шин и дорог, а также появлению пятен на трансмиссии.

Применение дифференциала в автомобилях с задним приводом, карданный вал помогает в зацеплении. Это достигается с помощью гипоидной передачи (кольцо и шестерня). Зубчатый венец установлен на водиле планетарной цепи, образующей дифференциал. Эта гипоидная передача представляет собой коническую передачу, изменяющую направление вращения привода.

Принцип работы дифференциала

Принцип работы дифференциала в автомобиле достаточно сложен для современной версии, но интересен. Позвольте мне привести описательный пример; если автомобиль поворачивает направо, главная передача может сделать 10 полных оборотов. В это время левое колесо совершит больше оборотов, потому что ему нужно больше хода, а правое колесо сделает меньше оборотов, так как ему нужно пройти меньшее расстояние. Солнечные шестерни, приводящие в движение полуоси оси, вращаются с разной скоростью относительно зубчатого венца (одна быстрее, другая медленнее). Это означает по 2 полных оборота каждый (4 полных оборота друг относительно друга), в результате чего левое колесо совершает 12 оборотов, а правое колесо — 8 оборотов.

Вращение зубчатого венца является средним вращением боковых солнечных шестерен. Это приводит к тому, что включенная передача препятствует вращению зубчатого венца внутри дифференциала, когда автомобиль выключен.

При работе дифференциала входной крутящий момент передается на зубчатый венец (синий), который вращает все водило (синий). Водило соединено с обеими солнечными шестернями только через планетарную шестерню (зеленая). Крутящий момент передается на солнечные шестерни через планетарную шестерню. Планетарная шестерня вращается вокруг оси водила, приводящего в движение солнечные шестерни. Планетарная передача вращается без вращения собственной оси, если сопротивление на обоих колесах одинаково, что приводит к вращению обоих колес с одинаковой скоростью. Однако, если левая солнечная шестерня (красная) испытывает сопротивление, планетарная шестерня (зеленая) вращается так же, как и вращается. Замедление левой солнечной шестерни с одинаковым ускорением правой солнечной шестерни (желтая).

На видео ниже показано, как работает дифференциал:

Преимущества и недостатки дифференциала:

Преимущества

Ниже перечислены преимущества дифференциала:

Преимущества дифференциала:

900 дифференциальные сигналы передаются по симметричным линиям.

помогает свести к минимуму электронные перекрестные помехи.

Может использоваться для высокоскоростных линий электропередачи с хорошим качеством благодаря устранению шума и меньшему излучению. Следовательно, может быть достигнуто подавление синфазного сигнала, а также улучшенное подавление источника питания.

Могут быть достигнуты более высокие общие колебания сигнала.

Предлагает подавление гармоник четного порядка. Некоторые методы предварительного искажения используются для уменьшения нечетных гармоник.

Недостатки

Несмотря на большие преимущества дифференциала, некоторые ограничения все же имеют место. ниже приведены недостатки дифференциала:

Это все, что касается этой статьи, которая содержит определение, типы, принцип работы, функции, части, применение дифференциала. Я надеюсь, вам понравилось чтение, если вы так любезны, прокомментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим студентам технических специальностей. Спасибо!

Причины и способы устранения – Rx Mechanic

Знание признаков неисправного заднего дифференциала избавит вас от многих проблем с управляемостью. Дифференциал является важным компонентом, который помогает управлять вашей колесной системой. Он передает мощность от трансмиссии и двигателя автомобиля на отдельные колеса. Вместо того, чтобы колеса вращались с одинаковой скоростью, дифференциал обеспечивает более точное управление вашим автомобилем.

Если вы начинаете слышать странные звуки от колес или ощущаете необычные вибрации, проверьте это. Скорее всего, это признаки плохого дифференциала. Продолжительная езда с неисправным передним дифференциалом может привести к аварии.

Автомобили с задним приводом оснащены задним дифференциалом. Передние приводы оснащены передним дифференциалом или коробкой передач, которые выполняют ту же функцию, что и дифференциалы. Полноприводные (AWD) и полноприводные (4WD) автомобили оснащены как передним, так и задним дифференциалом.

Независимо от того, какой у вас дифференциал, вы должны убедиться, что он работает правильно. Так что, если вы когда-нибудь задумывались над тем, каковы признаки неисправного заднего дифференциала, сядьте и прочитайте 5 минут.

Симптомы неисправного заднего дифференциала

Как и любой другой механический компонент, неисправный или неисправный задний дифференциал проявляет некоторые симптомы, уведомляющие водителя о проблеме. Вот некоторые из симптомов неисправности дифференциала.

Чрезмерный шум:

Неисправный дифференциал [как передний, так и задний] будет издавать жужжащий, скулящий, воющий и жужжащий шум. Эти шумы будут постепенно меняться во время ускорения, торможения или при повороте за угол.

Когда автомобиль издает гудящий или жужжащий шум, это обычно вызвано поврежденным или изношенным подшипником в оси или водиле. И когда он издает скулящий или воющий шум, это обычно вызвано поврежденным или изношенным зубчатым венцом и шестернями.

Неисправность зубчатого венца и шестерни обычно возникает из-за износа, задиров или неправильной регулировки.

Кроме того, при слишком большом зазоре или зазоре между кольцом и шестерней вы услышите лязг при переключении с парковки на драйв. Вы можете использовать телескоп, чтобы определить, является ли причиной шума проблема с дифференциалом или задним мостом.

Кроме того, когда дифференциал требует обслуживания или ремонта, сама ось также требует обслуживания и осмотра на предмет возможных повреждений, которые могут возникнуть в результате неисправности подшипника задней оси. Проще говоря, чрезмерный шум является распространенным признаком плохой работы задней полуоси.

Выход из строя дифференциала из-за отсутствия смазки:

Во-первых, необходимо убедиться в отсутствии утечек вокруг прокладки заднего дифференциала. Затем проверьте наличие утечек в районе заднего моста. Утечки могут возникать на уплотнениях шестерни, а когда утечка достаточно сильная, грязь и масло скапливаются прямо под водилом, шестерней или в зонах тормозной системы.

Перегрев дифференциала:

Перегрев дифференциала может быть вызван использованием неподходящего типа масла, отсутствием смазки, изношенными шестернями, чрезмерным предварительным натягом подшипника, люфтом между кольцом и шестерней или перегрузкой при буксировке тяжелого прицепа или погрузочного оборудования. Перегрев дифференциала является важным признаком низкого дифференциала жидкости.

Проблемы с управлением колесами:

Предположим, вам трудно управлять колесами, особенно в поворотах. В этом случае вам, возможно, придется остановиться и осмотреть дифференциал и другие компоненты, прикрепленные к нему, такие как гребной винт и универсальный подшипник. Управление вашим автомобилем может стать проблематичным, если ваш дифференциал изношен, что может привести к аварии.

Вибрация:

Ощущение необычной вибрации от вашего автомобиля должно насторожить. Это может быть симптомом заднего дифференциала или признаком других автомобильных проблем с задними колесами. Всякий раз, когда вы чувствуете вибрацию задних колес, быстро осмотрите дифференциал или обратитесь к механику для тщательного осмотра.

Что вызывает выход из строя дифференциала?

Поскольку дифференциал представляет собой не сложное, а простое механическое устройство, немногие симптомы могут привести к его отказу. Давайте исследуем эти причины.

Отсутствие масла:

Наиболее распространенной причиной неисправности дифференциала является отсутствие масла, что может привести к трению на высокой скорости, поломке шасси или, в большинстве случаев, к блокировке задних колес. Низкий дифференциал жидкости или отсутствие масла могут возникать в результате нескольких причин. Это часто происходит, когда у вас есть изношенное уплотнение дифференциала или треснувший корпус, что может привести к утечке масла.

Неправильный тип масла:

Другая причина выхода из строя дифференциала — использование неподходящего типа масла. Вы можете заметить масляную лужу под автомобилем или масляные пятна на корпусе дифференциала, потому что неправильный тип масла может вызвать утечку. Или вы можете почувствовать запах гари во время вождения.

Если масло не работает должным образом, оно не сможет хорошо смазывать дифференциал, крестовины, зубчатые венцы и шестерни. Как только это произойдет, это приведет к трению, что приведет к выходу из строя дифференциала, кольца и шестерни.

Примеры неподходящего типа масла включают использование жидкости для автоматических трансмиссий (ATF) и моторного масла. Есть масла специально для дифференциалов и механических коробок передач. Если вы не знаете, какой тип масла следует использовать, обратитесь к буклету владельца.

Нормальный износ:

Нормальный износ может привести к выходу из строя дифференциала. Что такое нормальный износ? Это естественный износ, который происходит на механических компонентах из-за частого или регулярного использования с течением времени.

Не следует путать нормальный износ с результатом плохого технического обслуживания и ремонта, отсутствия смазки или неподходящего типа масла. Это происходит естественным образом при использовании вашего автомобиля.

Безрассудное вождение:

Наконец, дифференциалы могут выйти из строя, если на них надавить слишком сильно, что означает, что они претерпели несколько дрэг-рейсингов, выгораний и так далее. Кроме того, дифференциалы могут выйти из строя, если они изготовлены из легкой стали, которая не может выдерживать мощность и крутящий момент двигателя в течение длительного периода времени.

Важные советы и рекомендации по долговечному заднему дифференциалу

Теперь, когда мы прояснили ситуацию и ответили на этот ошеломляющий вопрос; как понять, что задний дифференциал неисправен? Давайте рассмотрим основные советы и рекомендации, чтобы продлить срок службы заднего дифференциала.

Плановая замена масла:

Первый и самый важный совет и прием для продления срока службы дифференциала — регулярная плановая замена жидкости дифференциала. Дифференциальная жидкость намного гуще моторного масла. Интервал замены масла должен составлять от 30 до 60 тысяч миль.

Рекомендуемое масло:

Во время обслуживания убедитесь, что вы используете рекомендованное масло. Использование неподходящего типа масла так же плохо, как и его полное отсутствие, и может нанести еще больший вред.

Безопасное вождение:

Поскольку дифференциал расположен под автомобилем, всегда ведите машину осторожно, особенно на плохой дороге, чтобы не удариться о камни. Удары о камни могут сломать корпус дифференциала и привести к утечкам.

Часто задаваемые вопросы

В: Что происходит, когда выходит из строя задний дифференциал?

Обычно дифференциал начинает издавать странные звуки, когда выходит из строя или выходит из строя подшипник. Вы услышите жужжание, скулящий шум, рычащий шум или воющий шум. Шум будет увеличиваться или уменьшаться по мере ускорения или замедления автомобиля. Иногда вы можете не слышать шума, когда нажимаете на панель дроссельной заслонки.

Помимо этих шумов, вы можете испытывать трудности в обращении, вибрацию, дифференциальный перегрев и, в некоторых случаях, запах гари.

В: Какой шум издает неисправный задний дифференциал?

Неисправный задний дифференциал издает серию странных шумов. Это может быть жужжание, жужжание, рычание или скулящий звук. Однако наиболее распространенным звуком неисправного дифференциала является воющий или воющий шум, указывающий на поврежденные или изношенные зубчатые колеса и шестерни.

В: Можно ли ездить с неисправным задним дифференциалом?

Вы все еще можете управлять автомобилем с неисправным задним дифференциалом, но это может привести к серьезным повреждениям. Проблема может увеличиться до такой степени, что остановит вас в глуши. И, если вы спрашиваете о вождении с полностью сломанным дифференциалом, нет, не делайте этого, если вы не хотите повредить всю систему трансмиссии.

В: Как часто нужно промывать дифференциал?

Автопроизводители устанавливают разные интервалы замены и обслуживания для каждого компонента, и промывка дифференциала не является исключением. Тем не менее, большинство автопроизводителей рекомендуют промывать дифференциал каждые 30 000–60 000 миль пробега. Это грязная работа, и ее должен выполнять опытный механик.

В: Каков срок службы дифференциалов?

Срок службы дифференциала зависит от различных факторов, таких как манера вождения, уровень технического обслуживания, тип масла, используемого при обслуживании, и многое другое. При регулярном использовании и надлежащем обслуживании дифференциалы должны прослужить 150 000 миль или весь срок службы автомобиля.

В: Может ли плохой дифференциал вызвать проблемы с коробкой передач?

Дифференциал выполняет одну важную функцию; для передачи мощности от трансмиссии и двигателя автомобиля на отдельные колеса. Дифференциал позволяет водителю оптимизировать управление и контроль над автомобилем. Он предлагает более точный контроль над вашими колесами, вместо того, чтобы колеса вращались с одинаковой скоростью.

Заключительные мысли

Это не заканчивается знанием симптомов неисправного заднего дифференциала, но знанием признаков неисправности ведущего подшипника и своевременным выявлением проблемы. После того, как вы выясните неисправность, следующим делом будет обращение к механику для правильной диагностики и устранения.

На данном этапе, я считаю, что этот контент раскрыл признаки неисправного дифференциала, его причины, способы предотвращения этого, а также важные советы и рекомендации по продлению срока службы дифференциала.

Подробнее:

• Как снять подшипник заднего моста без съемника
• Признаки неисправности ШРУСа/оси
• Признаки или симптомы низкого уровня трансмиссионной жидкости

Tech Talk — Что такое дифференциалы? • Скручивание автомобилей

Когда мы думаем об основных элементах трансмиссии автомобиля, двигатель, коробка передач и ведущие колеса являются нашими первыми и часто единственными мыслями как критическими элементами, отвечающими за управление автомобилем. Но есть меньшая мысль об устройстве, которое играет большую, большую роль — дифференциал. Дифференциал играет большую роль не только во всем процессе трансмиссии, но и в управлении транспортным средством. В конце концов, сила — ничто, если вы не можете ее использовать.

Но что такое дифференциал? Как это работает? Какую пользу он приносит автомобилю, и есть ли недостатки? Читайте дальше…

 

Что такое дифференциал и для чего он нужен?

 

Дифференциал представляет собой узел, состоящий из нескольких различных типов шестерен, который находится между коробкой передач и приводными валами ведомых колес. Его физическое положение обычно находится на оси ведущих колес — по крайней мере, в самой базовой конфигурации — по сути, разделяя ведущую ось на две части. Он выполняет три основные функции:

 

1. Он направляет крутящий момент на ведущие колеса, часто преобразовывая крутящий момент через 90°
2. Действует как конечный редуктор, регулируя скорость вращения в последний раз, прежде чем вращение достигнет ведущих колес.
3. Однако третья и основная функция дифференциала, от которой он и получил свое название, заключается в том, что он позволяет двум ведущим колесам на одной оси вращаться с разными скоростями.

 

Эта последняя функция чрезвычайно важна для эксплуатации транспортного средства и управления им. При движении по прямой колеса, левое и правое, проходят одинаковое расстояние и вращаются с одинаковой скоростью. Однако при повороте автомобиля внутреннее и внешнее колеса проходят разные расстояния.

 

Рассмотрим приведенный ниже пример диаграммы:

 

 

Если колеса автомобиля находятся на расстоянии 1,5 метра друг от друга (от центра до центра каждой шины), и автомобиль движется по кругу постоянного радиуса – в этом примере 1,5 метра на внутреннем колесе — внешнее колесо движется по кругу с радиусом 3,0 метра. Окружность двух пройденных кругов — общее расстояние путей внутреннего и внешнего колес — можно рассчитать по математической формуле: Окружность = 2 x π x радиус

 

Расстояние, пройденное внутренним колесом, составляет 9,4 метра, а внутреннее колесо проходит 18,8 метра. Внешнему колесу необходимо преодолеть большее расстояние — в данном случае удвоенное расстояние — за то же время, которое требуется внутреннему колесу, чтобы преодолеть более короткое расстояние. Для этого внешнее колесо должно вращаться быстрее, чем внутреннее. Вот где дифференциал вступает в игру.

 

Как работает дифференциал?

 

Стандартный дифференциал, часто называемый открытым дифференциалом , является наиболее простым и распространенным типом дифференциала. Он состоит из четырех основных компонентов:

 

• Шестерня на входном валу
• Зубчатый венец
• Зубчатая передача/ шестерни
• Боковые шестерни, соединенные с валами ведущих колес

Стандартный/открытый дифференциал

Шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом, преобразуя крутящий момент под углом 90° в передачу мощности на ведущие колеса. Крестовина крепится к зубчатому венцу и вращается вместе с ним, в свою очередь вращая боковые шестерни и ведомые колеса. На прямой крестовина находится в фиксированном положении и оба колеса вращаются с одинаковой скоростью. Однако при повороте крестовина может вращаться вокруг своей оси — процесс, при котором одна боковая шестерня вращается быстрее, а другая замедляется. Это позволяет колесам вращаться независимо друг от друга, и каждая сторона транспортного средства движется с разной скоростью. По сути, это простейшая форма векторизации крутящего момента — тема, которую мы вскоре обсудим в другом выпуске Tech Talk.

 

В приведенном ниже видео просто показаны основы дифференциала:

 

Но открытый дифференциал, являющийся простейшим по своей конструкции типом, имеет несколько недостатков.

 

Недостатки открытого дифференциала…

 

Основной принцип открытого дифференциала отдает предпочтение колесу с наименьшим сопротивлением, что позволяет ему вращаться быстрее. В принципе, это звучит хорошо — и в идеальном мире, в пределах повседневного использования, это было бы хорошо — вот почему многие пригородные автомобили используют открытые дифференциалы. Но в сценариях, когда одному колесу не хватает сцепления с поверхностью, это может стать проблемой.

 

Если одно колесо начнет проскальзывать – из-за дождя, гололеда или даже рыхлого песка – открытый дифференциал позволит проскальзывающему колесу свободно вращаться, а другое колесо вообще лишит привода. Такая же ситуация может возникнуть при прохождении поворотов на высокой скорости, когда отдельные колеса могут потерять сцепление с дорогой из-за дорожного покрытия или дроссельной заслонки. В таких ситуациях управление и даже поступательный импульс затруднены, а реакции на управление не такие острые и прямые, как необходимо.

 

Однако существуют разные типы различий, некоторые из которых созданы для решения этой проблемы. Они известны как дифференциалы повышенного трения и являются лишь одним из многочисленных типов дифференциалов.

 

Какие еще типы дифференциалов существуют?

 

Дифференциал повышенного трения (LSD) — это наиболее распространенный альтернативный тип дифференциала, который часто используется в высокопроизводительных автомобилях для улучшения управляемости и общего уровня сцепления с дорогой. Внутри группы ЛСД есть два основных подраздела:

 

• Механический LSD . В механических LSD используется подпружиненная система на выходных валах, которая реагирует на центростремительную силу (силу, действующую по прямой линии от центра вращения). Они допускают проскальзывание и разные скорости колес до определенного момента, но когда скорость одного колеса сильно отличается от скорости другого, включается пружинная система, частично или полностью блокирующая дифференциал. Эта система накладывает ограничения на принцип наименьшего сопротивления, допуская это только до определенного момента. Механические LSD нашли хорошее применение во многих автомобилях, например, в Renault Megane RS, для улучшения управляемости.
• Электронный LSD — Электронный LSD, или e-diff , использует компьютерные датчики, определяющие скорость вращения колес. Когда обнаруживается, что одно колесо вращается слишком быстро по отношению как к скорости движения (км/ч или миль/ч), так и к скорости другого ведущего колеса, компьютер запускает электронный привод, который либо частично, либо полностью блокирует дифференциал, регулируя индивидуальное колесо. скорость соответственно. Volkswagen Golf GTI особенно использовал электронный дифференциал, начиная с Golf 7 GTI Performance Pack.

 

Блокируемые дифференциалы — еще один распространенный тип дифференциалов, чаще встречающийся на внедорожниках, таких как Jeep Wrangler и Mercedes-Benz G-Class. Это традиционно открытые дифференциалы, но с возможностью блокировки дифференциала для распределения фиксированного крутящего момента на любое колесо. В грязных условиях они обеспечивают постоянный привод каждого колеса, что обеспечивает максимальное сцепление на скользких поверхностях. Блокируемые дифференциалы могут быть как с механическим, так и с электронным управлением.

 

Mercedes-Benz G-Class оснащен тремя переключателями для блокировки дифференциалов

Межосевые дифференциалы — это тип дифференциалов, традиционно используемых как в полноприводных автомобилях, так и в полноприводных (AWD). Там, где дифференциалы традиционно используются для распределения крутящего момента между колесами на одной ведущей оси, центральные дифференциалы позволяют распределять крутящий момент между передней и задней осями. Межосевые дифференциалы обычно встречаются в двух основных вариантах:

 

• В полноприводных автомобилях центральный дифференциал часто позволяет полностью отключить переднюю или заднюю ось, что снижает расход топлива и общий износ. Неведущая ось может быть повторно включена – как правило, в состоянии покоя – при пересечении пересеченной местности, требующей дополнительных ведущих колес. Это чаще всего встречается в бакки / пикапах и внедорожниках 4 × 4.

Subaru WRX STi — полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом

 

Заключение

 

Хотя базовая концепция дифференциала может быть довольно простой, многочисленные различные типы дифференциалов были разработаны, чтобы адаптировать базовую конструкцию к конкретным потребностям. В то время как все современные автомобили имеют по крайней мере один дифференциал, нередко можно найти высокопроизводительные или внедорожные автомобили с двумя или даже тремя дифференциалами. Хотя все они могут выполнять разные функции, их основная функция остается неизменной — позволять распределять крутящий момент в различной степени либо спереди назад, либо из стороны в сторону.

 

Обязательно следите за нами в социальных сетях, чтобы не пропустить наш следующий сегмент Tech Talk:   Что такое Torque Vectoring?   Скоро…

 

---

Автор Роджер Бирманн

2kviews

Вам также может понравиться

• Что такое Турбо-лаг?

• SA-Bound Alfa Romeo Giulia GTA стоит денег суперкара!

• Mazda в Южной Африке убила MX-5

• Я облажался с Aston Martin — моя самая большая неудача в карьере автожурналиста

Что такое дифференциал?

14 ноя 2016

Галерея9

ЗАЧЕМ нужны дифференциалы?

Все просто: при повороте внешнее колесо на оси движется по большей дуге, чем внутреннее колесо, поэтому дифференциальная передача позволяет одному колесу двигаться с другой скоростью, чем другому, в то время как оба остаются под напряжением. Но у дифференциальной передачи также есть недостаток, заключающийся в том, что мощность направляется по пути наименьшего сопротивления, как вода и электричество.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ И МОЩНОСТЬ

ЧТОБЫ правильно понять, как работает дифференциал, вам необходимо понять мощность и крутящий момент, а также то, как они соотносятся друг с другом.

Крутящий момент можно определить как силу, стремящуюся повернуть объект вокруг своей оси. Крутящий момент в автомобильных приложениях измеряется в ньютон-метрах (Нм). 1 Нм — это крутящий момент на оси, возникающий в результате действия силы в один ньютон (около 0,1 кг) на руку длиной 1 м.

Сила — это движение. Единицей измерения мощности является ватт (Вт).

Один ватт равен одному джоулю в секунду. Для наших целей один джоуль равен 1 Нм. Мощность двигателей измеряется в кВт (киловатт): 1кВт = 1000Вт.

Если вы посмотрите на приведенное ниже простое уравнение, то увидите, что между крутящим моментом, мощностью и числом оборотов существует взаимосвязь: кВт= Нм x об/мин/ 9549

ЧТО ВНУТРИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА?
В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ дифференциалом называют весь узел привода, включая корпус, тормоза, оси и т.  д. Но на самом деле он относится к узлу дифференциала, расположенному внутри сердцевины (водила) дифференциала.

Обычный дифференциал состоит из четырех передач. Два прикреплены непосредственно к осям, два других могут свободно вращаться вокруг своей оси, но закреплены на водиле, которое, в свою очередь, приводится во вращение зубчатым венцом.

Как передать мощность вращения карданного вала водилу? Обычно используются два типа зубчатых колес:

Гипоидные спирально-конические зубчатые колеса
Гипоидное зубчатое колесо похоже на спирально-коническое зубчатое колесо, за исключением шестерни, которая не имеет той же оси, что и кольцо. шестерня — в заднем дифференциале она обычно устанавливается ниже.

Преимущество зацепления ведущей шестерни с нижней осью заключается в том, что большее количество зубьев шестерни одновременно находится в зацеплении с зубчатым венцом, а это означает, что мощность двигателя распределяется по большей площади, чем при конической передаче. Таким образом, для передачи того же размера она способна передавать больше мощности и крутящего момента. Однако шестерни скользят друг по другу, когда входят в зацепление, что создает трение. Это трение требует мощности, поэтому гипоидная передача, хотя и мощнее, не так эффективна.

Есть еще одно соображение с гипоидной спирально-конической передачей: у шестерни есть две стороны, сторона привода и сторона выбега, причем сторона выбега на 30-40 процентов слабее, чем ведущая. Это лишь одна из причин, по которой не следует выполнять подъем рывковым ремнем в обратном направлении.

Спиральные конические шестерни
В дифференциале небольшая шестерня вращается приводным валом. Затем он входит в зацепление с зубчатым венцом, поворачивая водило. Шестерня и зубчатый венец имеют одну и ту же ось.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

ОБЫЧНЫЙ дифференциал постоянно распределяет крутящий момент поровну налево и направо (за вычетом небольших потерь на трение). Это происходит независимо от того, несут ли вас оба колеса по дороге со скоростью 100 км/ч или одно колесо бешено крутится в воздухе на гусенице с низким радиусом действия.

9

ТРУДНАЯ СИТУАЦИЯ
ПРОВЕРЬТЕ трафик на кольцевой развязке. Обратите внимание, что передние колеса более крупных транспортных средств будут находиться ближе к внешней стороне кольцевой развязки, а задние колеса — ближе к внутренней. Это говорит вам о том, что при повороте передние колеса делают большую дугу, чем задние.

Когда мы блокируем центральный дифференциал на постоянном 4WD с обычным дифференциалом (или включаем 4WD на неполный 4WD), мы удаляем способность межосевого дифференциала компенсировать разницу скоростей между передним и задним колесами, когда согласование углов.

Это проблема только на поверхностях с высоким сцеплением, таких как битум и скользкая порода. На рыхлых поверхностях, таких как грязь или гравий, дифференциал скорости не представляет проблемы, так как поверхность позволяет колесам немного проскальзывать и снимать напряжение.

На дорогах с высоким сцеплением дифференциал скорости при прохождении поворотов будет создавать скручивающую силу между передним и задним дифференциалами, что в конечном итоге приведет к выходу из строя трансмиссии.

Первым признаком неисправности является то, что машина не выходит из режима 4WD. Или, может быть, вы ездите на полноприводном автомобиле неполный рабочий день и не можете перевести рычаг обратно в режим 2WD. Это связано с тем, что вы не можете отключить 4WD из-за силы скручивания в трансмиссии, связывающей механизм.

Чтобы вывести машину из режима 4WD, у вас есть два варианта. Во-первых, вы можете развернуться по дуге. Это заставит передние колеса двигаться быстрее, чем задние, и уменьшит напряжение до такой степени, что центральный дифференциал перестанет мигать, или вы сможете нажать на рычаг, чтобы включить 2WD.

Второй вариант — свернуть на обочину, въехать двумя колесами в гравий и продолжить движение вперед. Проскальзывание, допускаемое рыхлой поверхностью, рассеивает крутящую силу, позволяя вам вернуть автомобиль в дорожный режим.

ЗАЧЕМ БЛОКИРОВАТЬ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ДИФФЕР?
БЛОКИРОВКА центрального дифференциала гарантирует передачу мощности на передний и задний дифференциалы.

Еще одна причина блокировки межосевого дифференциала – избежать проблем, связанных с застреванием в автомобиле с автоматической коробкой передач. Если вы идете в гору и застреваете, вам придется выполнить обратное восстановление.

Если вы попытаетесь сделать это без блокировки межосевого дифференциала, передние колеса останутся заблокированными до самого подножия холма из-за смещения веса на заднюю часть и того факта, что все автомобили имеют смещение торможения вперед.

БЛОКИРОВКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ДИФФЕРЕНЦИАЛА
КОГДА вы включаете блокировку, она эффективно снимает действие дифференциала с дифференциала. Итак, теперь вы вернулись к твердой оси между колесами, и не имеет значения, находится ли одно колесо на твердой земле, а другое находится на высоте 50 см в воздухе, оба колеса будут вращаться с одинаковой скоростью.

Чтобы объяснить, как заблокированный дифференциал может изменять величину крутящего момента на каждом колесе, нам придется использовать математику. Позвольте представить вам стандартное уравнение трения:

F_r = сила сопротивления трения
μ = коэффициент трения шины о поверхность, по которой вы едете.
Н = нормальная сила (в ньютон-метрах), представляющая собой вес автомобиля, толкающего шину на землю.
Давайте рассмотрим сценарий, в котором одна шина находится в грязи, а другая — на дорожном покрытии. На обе шины действует усилие 1000 Н.

Дорога μ = 1 Грязь μ = 0,3
Грязь
F_r=μN F_r=0,3 x 1000 F_r=300
Дорога
F_r=μN F_r=1 x 1000 F_r=1000

Сложив оба этих параметра, вы получите общую силу сопротивления трения 1300 Н, что означает, что 77 % крутящего момента передается шиной, предназначенной для движения по обочине дороги, и 23 %, шиной, предназначенной для движения по грязи.

ОБЫЧНОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
Давайте теперь рассмотрим тот же сценарий, но на этот раз оставим шкафчик в покое. Помните маленькие шестеренки, которые свободно вращаются внутри держателя и соединены с каждой осью? Что ж, они обеспечивают равномерное распределение крутящего момента между обеими осями и отсутствие смещения крутящего момента в обе стороны.

У вас по-прежнему есть потенциальная сила сопротивления трения 300 Н со стороной в грязи, но сторона на дороге также получит только 300 Н благодаря маленьким свободно вращающимся шестерням в середине дифференциала. Итого 600 Н. Но на этом хорошие новости не заканчиваются.

Вы замечали, что когда вы толкаете большой тяжелый предмет, например диван, его трудно тронуть, но когда он движется, вам кажется, что толкать его не так сложно? Что ж, на самом деле это измеримое явление, известное как скольжение или кинетический коэффициент трения, и оно будет заметно меньше статического коэффициента трения.

Теперь, когда вы нажмете на педаль и начнете крутить колесо в грязи, коэффициент трения упадет с μ, равного 0,3, до 0,2. Не забывайте, что при открытом дифференциале крутящий момент на одной стороне равен крутящему моменту на другой, так что теперь вместо 600 Н мы получаем 400 Н. В том же сценарии мы перешли от 1300 Н с заблокированным дифференциалом к ​​400 Н со стандартным открытым дифференциалом.

ДИФФЕРЕНЦИАЛ С ОГРАНИЧЕННЫМ ПРОСКОЛЬЖЕНИЕМ

Целью, как следует из названия, является ограничение проскальзывания колес. Однако существует несколько различных вариаций с разной степенью эффективности.

9

МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ LSD
Этот тип имеет многодисковый пакет сцепления, аналогичный мотоциклетному. Одна сторона узла сцепления соединена с карданными валами, а другая — с картером дифференциала. Различные методы, такие как рампы или естественная сила разделения между
зубьями шестерни, используются для включения пакета сцепления, когда в дифференциале одно колесо вращается быстрее, чем другое, что затем передает часть мощности на колесо с более медленным вращением.

9

ОДНОСТОРОННЯЯ, ПОЛУТОРОННЯЯ И БУКСИРОВОЧНАЯ
Односторонняя LSD обеспечивает ограниченное скольжение только в одном направлении – например, при ускорении, но не при торможении.
В отличие от этого, 1,5-позиционный LSD обеспечивает различное ограничение проскальзывания при ускорении и торможении, что может повысить устойчивость при резком торможении.
Двусторонняя LSD обеспечивает одинаковый эффект ограниченного проскальзывания как при ускорении, так и при торможении.

9

TORSEN
Дифференциал, чувствительный к крутящему моменту, представляет собой самоблокирующийся дифференциал, в котором для ограничения проскальзывания используется одностороннее действие червячной передачи. Они также могут быть изготовлены с TBR (коэффициент смещения крутящего момента), где есть возможность передавать больший крутящий момент на заднее колесо в приложении межосевого дифференциала.

9

АВТОБЛОКИРОВКА
Говоря об автоматических блокировках, многие думают о «блокировках для ланч-боксов», которые заменяют механизм крестовины в середине картера дифференциала. Вероятно, лучше называть их разблокирующими шкафчиками, так как шкафчики для ланч-боксов запираются при движении под напряжением по прямой. Когда они испытывают различные нагрузки по крутящему моменту, например, при повороте накатом, они разблокируются. Это может обеспечить интересные характеристики управляемости на дороге, а при установке спереди они намного лучше в сочетании с системой полного привода.

9

ВЫБИРАЕМЫЙ ШКАФЧИК
Выбираемые шкафчики, которые многие считают Святым Граалем, бывают двух основных видов: пневматические (TJM/ARB) и электромагнитные (ELocker). В обоих пневматических шкафчиках используется простой механизм типа кулачковой муфты, который устраняет действие дифференциала при активации. Тем не менее, ELocker использует механизм штифта и рампы для управления серией штифтов, которые блокируют дифференциал. При переходе с прямого на задний ход они разблокируются, а затем снова блокируются из-за используемых рамп активации прямого и обратного хода.

9

КОНТРОЛЬ ТЯГИ
Существует два основных типа контроля тяги: один снижает мощность двигателя, а другой снижает характеристику дифференциала «мощность по пути наименьшего сопротивления». Современные системы отслеживают скорость отдельных колес, и если два колеса на одной оси движутся с разной скоростью, они тормозят вращающееся колесо — для этого требуется больший крутящий момент от двигателя. Поскольку крутящий момент всегда одинаков с обеих сторон обычного дифференциала, более медленное колесо получает дополнительный крутящий момент. Ранние системы были не очень хороши, но теперь противобуксовочная система стала почти жизнеспособной альтернативой шкафчикам — последние модели LandCruiser и Pajero особенно хороши.

ШКАФЧИКИ ПРОТИВ ТЯГИ?
ЕСЛИ ВЫ едете вниз по крутому холмистому склону, автомобиль с двойной блокировкой не может быть лучше, так как он уменьшает вес, приходящийся на чередующиеся колеса. Разблокированный автомобиль блокирует тормоза и периодически скользит, прежде чем схватиться с дорогой, когда вес вернется на колесо. Заблокированная машина не будет блокировать колеса, а затем скользить вниз по склону, так как оба колеса механически заблокированы вместе, действуя как единое целое.

Если идти в гору, шкафчики снова имеют решающее значение. Система контроля тяги ожидает, когда ось начнет терять сцепление с дорогой, прежде чем противодействовать торможению пробуксовывающего колеса.

No related posts.