ЧТО ТАКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛ И КАК ОН РАБОТАЕТ?
Дифференциал в автомобиле работает с целью осуществления следующих трёх задач:
- Дифференциал передаёт мощность двигателя на колёса машины.
- Делает последний шаг в уменьшении числа оборотов к колёсам (мы ведь помним, что первый такой шаг делает коробка передач) и, следовательно, увеличивая крутящий момент, передаваемый тем же ведущим колёсам.
- Передавая мощность на ведущие колёса (всегда на чётное количество колёс на одной оси: на два или на все четыре), дифференциал позволяет каждому из них вращаться с разными скоростями (это именно то, от чего дифференциал заработал своё название).
В этой статье Вы узнаете, почему Ваш автомобиль нуждается в разных оборотах вращения колёс, как это обеспечивается, что такое дифференциал, как дифференциал работает и каковы его основные недостатки. Мы также рассмотрим несколько его типов.
Для чего нужен дифференциал?
Автомобильные колёса вращаются с разной скоростью, особенно это заметно при повороте.
Для автомобилей с приводом только на одну ось колёс — будь то на задние колёса или же на передние — разность вращения передних колёс к задним это не проблема. Нет никакой связи между ними, поэтому они вращаются независимо. Но ведущие колёса связаны между собой так, чтобы один двигатель и трансмиссия должны приводить в движение оба колеса, при этом, с разной скоростью их вращения.
Именно с этой проблемой безукоризненно справляется дифференциал.
Что такое дифференциал?
Дифференциал — это устройство, которое разделяет крутящий момент двигателя на два пути с выходами, что позволяет каждому выходу вращаться с различной скоростью.
Дифференциал имеется на всех современных легковых и грузовых автомобилях, а также на многих полноприводных машинах.
Причём, все полноприводные авто должны иметь дифференциал между каждым набором ведущих колёс на одной оси, и, кроме того, они нуждаются в дифференциале между парами передних и задних колёс (помните начало статьи — потому что передние колёса проходят другую дистанцию, в отличие от задних колёс при движении автомобиля по направлению, отличному от прямого?).
Тем не менее, некоторые полноприводные машины не имеют дифференциала между передними и задними колёсами, и, вместо этого, эти пары колёс тесно связаны между собой так, что передние и задние колёса должны крутиться с одной и той же скоростью. Вот почему на таких автомобилях производители не рекомендуют ездит по твёрдому покрытию в режиме полного привода, а включать его только на бездорожье.
А теперь давайте выясним, в каком месте автомобиля обычно располагается дифференциал в зависимости от типа привода автомобиля:
Как работает дифференциал?
Мы начнем с простейшего типа дифференциала, называемого открытым дифференциалом.
Но сначала мы должны изучить некоторые термины — посмотрите на рисунок ниже, там Вы найдёте основные компоненты работы дифференциала:
Таким образом, дифференциал состоит из следующих основных частей:
- Ведущий вал — передаёт крутящий момент, ведя его от коробки передач к началу дифференциала
- Ведущая шестерня ведущего вала — косозубая небольшая шестерня в форме конуса, которая используется для сцепки с механизмом дифференциала
- Коронная шестерня — ведомая шестерня также в форме конуса, которая приводится в движение (вращение) ведущей шестерней. Ведущая и ведомая шестерня, вместе взятые, называются
- Шестерни полуосей — это последние шестерни на пути передачи вращения от ведущего вала к колёсам.
- Сателлиты — планетарный механизм, который как раз и осуществляет ключевую роль в обеспечении разности вращения колёс при повороте.
- Полуоси — валы, идущие от дифференциала непосредственно к колёсам.
А теперь давайте перейдём к ключевому и самому важному понимаю, как работает дифференциал, и посмотрим на анимации ниже, как вышеперечисленные компоненты открытого дифференциала работают в двух случаях:
- Когда автомобиль едет прямо.
- Когда автомобиль поворачивает.
Какой главный недостаток дифференциала?
Открытый дифференциал передаёт вращение тому или иному колесу практически в любом соотношении, в том числе и в соотношении 100%/0% — когда одно из ведущих колёс принимает весь крутящий момент на себя. В то же время распределение такого вращения между колёсами происходит при изменении нагрузки на эти колёса (а вместе с ними на полуоси) — то есть колесо с меньшей нагрузкой в повороте получает больше вращения. Но здесь кроется один существенный недостаток, который имеет место при определённых условиях, а именно, когда оба ведущих колеса находятся в грязи, снегу или на льду, и автомобиль начинает буксовать — в этом случае то колесо, которое имеет меньшее сцепление с поверхностью, будет получать львиную долю вращения.
Проще говоря, если Вы, к примеру, застряли в снегу, сев «на пузо» — когда одно колесо сцеплено с поверхностью снега, а второе вовсе висит в воздухе, то получать мощность за счёт соответствующего распределения по полуосям дифференциала будет как раз то колесо, которое находится на весу, и именно оно будет беспомощно крутиться в воздухе. Особенно остро данная проблема стоит у внедорожников и вездеходов.
Какие виды дифференциалов бывают?
Решением этих проблем является дифференциал повышенного трения (LSD, его ещё называют дифференциалом с ограниченным проскальзыванием). Дифференциалы повышенного трения используют различные механизмы для обеспечения нормального дифференциального действия в различных условиях езды. Когда колесо скользит, такой дифференциал позволяет передать больше крутящего момента как раз на нескользящее колесо.
На внедорожниках и вездеходах также применяются дифференциалы с ручным отключением, которые, впрочем, очень часто не защищены от случайного отключения или отключения не в то время по незнанию — дело в том, что возможность отключения дифференциала на ходу влечёт за собой возможную его поломку, и это распространённая проблема.
Что такое вискомуфта (вязкая муфта)?
Вискомуфта чаще всего встречается во всех полноприводных машинах. И, если Вы читали статью о принципе работы гидротрансформатора, то знайте, что вискомуфта имеет схожую с ним схему работы. Она широко используется для связи задних колёс с передними таким образом, что когда один набор колёс начинает проскальзывать, крутящий момент будет передан на другой набор, тем самым решая злободневную проблему буксующего колеса, описанную выше.
Вязкая муфта имеет два набора пластин внутри герметичного корпуса, который заполнен вязкой жидкостью (несколько более вязкой, чем трансмиссионное масло, к примеру). Один набор пластин соединён с каждым выходным валом. В нормальных условиях оба набора пластин и их порция вязкой жидкости движутся с одной и той же скоростью. Но когда одна ось пытается вращаться быстрее, возможно, потому что она проскальзывает, множество пластин, соответствующих колёсам этой оси, вращаются быстрее, чем другие. Вязкая жидкость, находящаяся между пластинами, пытается догнать более быстрые диски, тем самым ведя за собой к этому и медленные диски.
Устройство вискомуфты
Когда автомобиль поворачивает, разница в скорости между колёсами на одной оси не так велика, как тогда, когда одно из колёс попросту проскальзывает. Чем быстрее пластины вращаются относительно друг друга, тем больше крутящего момента приходится на муфту. Муфта не мешает виткам крутиться, потому что величина крутящего момента, передаваемого во время поворота, мала.
Простой эксперимент с яйцом поможет объяснить поведение вискомуфты. Если Вы поставите яйцо на кухонный стол, скорлупа, белок и желток будут неподвижны. Но когда Вы начнёте раскручивать яйцо, скорлупа яйца будет двигаться с более высокой скоростью, чем белок, а белок немного быстрее, ем желток, но желток затем быстро наверстает упущенное. Кстати, чтобы убедиться в этих словах, проведите эксперимент, как только у Вас появится яйцо: раскрутите его достаточно быстро, а затем остановите его, потом просто отпустите яйцо, и оно начнёт снова вращаться (ну, или хотя бы дёрнется в сторону предыдущего вращения).
В этом эксперименте мы использовали трение между скорлупой, белком и желтком, применяя силу только на скорлупу. Сначала мы раскрутили фактически скорлупу, и с некоторой задержкой за скорлупой за счёт трения начали раскручиваться белок, а затем и желток. А когда мы остановили скорлупу, то то же трение — между всё еще движущимся желтком, белком и скорлупой — применило силу к скорлупе, заставляя его ускориться. Так и в случае вискомуфты, сила передаётся между жидкостью и наборами пластин таким же образом, как между желтком, белком и скорлупой.
Что такое дифференциал Torsen?
Дифференциал Torsen является чисто механическим устройством: он не завязан никакой электроникой, а также муфтами или вязкими жидкостями и по своей сути представляет собой довольно простой механизм, очень схожий с открытым дифференциалом.
Torsen работает также, как и открытый дифференциал, когда величина крутящего момента между двумя ведущими колёсами равная. Но как только одно из колёс начинает терять сцепление с дорогой, разница в крутящем моменте приводит к блокировке вместе шестерен в дифференциале Torsen.
Такой дифференциал часто используется в мощных и очень мощных полноприводных машинах. Как и вискомуфта, он часто используется для передачи мощности между передними и задними колёсами. И в этом применении дифференциал Torsen превосходит вискомусту, потому что передаёт крутящий момент на колёса стабильно перед тем, как фактически начинается скольжение. Однако, если один набор колёс теряет сцепление с дорогой полностью, то дифференциал Torsen будет не в состоянии перенести крутящий момент на другой набор колёс из-за своей конструкции и принципа работы такого дифференциала.
Так выглядит современный дифференциал Torsen
Кстати, почти все автомобили Hummer используют дифференциал Torsen между передней и задней осями. При этом, руководство пользователя для Hummer предлагает новое решение проблемы, когда одно колесо полностью теряет сцепление с дорогой: нажимайте на педаль тормоза. Применяя тормоз, крутящий момент подаётся на колёса, которые находятся в воздухе, а затем переходят к колёсам, которые смогут вытащить автомобиль из «каши».
Что такое дифференциал и как он работает
22 июня 2020
Авторамблер
Двигатель, коробка передач, рулевое управление, подвеска и, конечно, кузов — важнейшие составляющие конструкции автомобиля. Но не только. Не следует забывать про дифференциал, без которого ездить было бы очень сложно. Итак, что такое дифференциал?
Фото: АвторамблерАвторамблер
О дифференциале знают не все водители, но ощущают его работу постоянно. Дело в том, что при прохождении поворотов колеса автомобиля проходят разный по длине путь. Внешнее по отношению к центру поворота колесо преодолевает более длинное расстояние И разница между путем его и внутреннего колеса по мере увеличения крутизны поворота только увеличивается. Соответственно, каждое из колес вращается с разной скоростью.
Видео дня
Если между колесами существует жесткая связь, то в поворотах они будут проскальзывать и, как следствие, покрышки начнут быстро изнашиваться, расход топлива увеличится, а управляемость и курсовая устойчивость перейдут в разряд условных понятий.
На машине, у которой колеса одной оси зафиксированы друг относительно друга получится хорошо ездить боком — к слову, некоторые дрифтеры используют так называемую заварку, приваривая полуоси к сателлитам дифференциала. Но мы все-таки говорим о гражданской, а не спортивной эксплуатации.
Для чего нужен дифференциал
Данное устройство, будучи установленным между колесами (межколесный дифференциал) позволяет ведомым валам вращаться с разными угловыми скоростями. Кроме того, он участвует в передаче крутящего момента на колеса — распределяет тягу или, если речь идет о межосевом дифференциале, то делит ее между передними и задними колесами (ведущей передней и задней осью).
Как устроен дифференциал
Традиционный дифференциал устроен просто и гениально. Принципиальная схема его единая, но некоторые сопутствующие технические нюансы могут отличаться в зависимости от типа привода автомобиля.
Depositphotos
Наиболее распространенный конический симметричный дифференциал состоит из следующих основных компонентов — корпус, сателлиты (малые конические шестерни), ось сателлитов и полуосевые шестерни.
Ведущая шестерня ведущего вала имеет форму конуса и обеспечивает контакт с механизмом дифференциала, а ведомая шестерня приводится ведущей шестерней. Вместе они представляют собой главную передачу или главную пару.
Кстати, дифференциал называется симметричным, поскольку распределяет подводимую тягу поровну вне зависимости от соотношения угловых скоростей колес.
Как работает дифференциал
При прямолинейном движении сателлиты не вращаются относительно своей оси, при этом каждый из них поровну делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи между шестернями полуосей. Все меняется, когда автомобиль движется в повороте, а колесам приходится преодолевать разное расстояние и вращаться с различной скоростью (внешнее вращается быстрее, а внутреннее медленнее). Происходит вращение сателлитов — они обегают шестерни полуосей и делят крутящий момент пополам между колесами, перераспределяя при этом мощность.
Сколько дифференциалов применяется
Количество дифференциалов может отличаться в зависимости от типа привода.
На автомобилях, имеющих одну ведущую ось, присутствует один межколесный дифференциал, который объединен с главной передачей. На полноприводных автомобилях межколесные дифференциалы устанавливаются в каждой ведущей оси. Также устанавливается межосевой дифференциал — он распределяет мощность между ведущими осями в зависимости от длины пути, который проходят колеса.
В системе полного привода типа парт-тайм межосевой дифференциал не применяется — передняя ось подключается жестко и со всеми ведущими колесами эксплуатация допустима только в условиях, когда возможно их взаимное проскальзывание. То есть, в снегу, в грязи, в песке. На ровной твердой поверхности езда с подключенной передней осью провоцирует повышенный износ элементов системы полного привода типа парт-тайм.
Недостаток дифференциала
Применение блокировок, речь о которых пойдет ниже, обусловлено главным недостатком конструкции дифференциала. Дело в том, что дифференциал способен передавать до 100% мощности на одно из ведущих колес.
Соответственно, если колесо теряет сцепление с дорогой, то автомобиль не сможет тронуться с места, так как второе не вращается. Происходит это из-за того, что момент сопротивления вращению свободно вращающегося колеса минимален, а, соответственно минимален и крутящий момент, который к нему подводится. Значит, минимальна тяга и на противоположном колесе. И пусть вас это не удивляет, ведь крутящего момента без сопротивления не бывает.
Механизмы блокировки дифференциала
Наиболее простой считается так называемая ручная принудительная блокировка дифференциала, которую обычно можно увидеть на внедорожниках. Происходит блокировка сателлитов благодаря блокировочным муфтам. Система простая и надежная, от водителя требуется лишь не забывать ее отключать при движении по ровному твердому покрытию, иначе можно вывести из строя главную пару и мост.
Противоположностью ручной механической блокировке является электронная блокировка или электронная имитация. Применяется она на современных автомобилях, чьи вспомогательные системы позволяют реализовать данный принцип, собственно, без дополнительного механизма в дифференциале.
Одно из колес начинает «обгонять» другое, управляющий блок антипробуксовочной системы получает соответствующий сигнал и колесо замедляется тормозными механизмами. Так как у автомобилей с электронной имитацией блокировки применяется свободный дифференциал, то мощность передается на колесо, имеющее недостаточное сцепление с поверхностью. Электронная имитация позволяет преодолевать пересеченную местность и бороться с диагональным вывешиванием, но ее эффективность может снижать недостаточное быстродействие.
Вопросы касательно быстроты срабатывания есть и к вязкостной муфте (вискомуфте). Устроена она следующим образом. В корпус главной пары установлены два пакета дисков, соединенные с левой и правой полуосью, пространство между которыми заполнено вязкостной жидкостью. При нагреве она меняет свои свойства. Когда одна из полуосей начинает вращаться с более высокой угловой скоростью чем другая, вязкость жидкости прогрессивно возрастает. Она сцепляет диски и выравнивает угловые скорости.
Эффективными типами блокировок дифференциалов является Torsen (сложно устроенный механический самоблокирующийся дифференциал с набором червячных шестерен) и винтовые, дисковые, кулачковые и другие механизмы на основе планетарной передачи, которым мы посвятим отдельный материал.
Автоэксперт,Тест-драйвы,
Дифференциал: как это работает? | Блог
Что такое дифференциал? Зачем он нужен транспортному средству? И как это работает? Узнайте все, что вам нужно знать, прямо здесь.
Автомобиль состоит из сотен компонентов; один из них, о котором вы, возможно, слышали, — это дифференциал, или «диф», как его часто ласково называют.
Что такое дифференциал и для чего он нужен?Проще говоря, дифференциал — это компонент, который позволяет колесам вашего автомобиля вращаться с разной скоростью, чтобы он мог проходить повороты.
Говоря более технически, дифференциал представляет собой зубчатую передачу, которая используется в автомобилях, грузовиках и других современных транспортных средствах и позволяет приводной оси (обычно задней оси) вращаться независимо.
Кто изобрел дифференциал? Дифференциал был изобретен в 1827 году французом по имени Онесифор Пеккер. Впервые использованный в автомобилях с паровым двигателем, дифференциал стал стандартным компонентом автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, когда они были изобретены.
Когда мощность передается на пару колес, сила распределяется между ними поровну, но для поворота автомобиля внутренние и внешние колеса должны вращаться с разной скоростью, так как они проходят разное расстояние вокруг угла. Внутренние колеса проходят меньшее расстояние, чем внешние.
Если бы транспортное средство всегда двигалось только по прямой, в дифференциале не было бы необходимости. Но поскольку транспортное средство должно иметь возможность поворачивать, требуется дифференциал.
Транспортные средства могут иметь передние и/или задние дифференциалы в зависимости от привода колес вашего автомобиля. Например, у заднеприводного автомобиля будет только задний дифференциал, а у полноприводного — оба.
Как работает дифференциал?Дифференциал выполняет три основные функции:
- Для передачи мощности от двигателя автомобиля к колесам.
- Для замедления скорости вращения трансмиссии перед тем, как она перейдет на колеса.
- Для передачи мощности на колеса, позволяя им вращаться с разной скоростью.
Дифференциал представляет собой комбинацию шестерен, предназначенных для совместной работы, чтобы свести к минимуму потерю тяги с одной стороны автомобиля при повороте. Но чтобы понять, как шестерни работают вместе, чтобы создать разную скорость вращения колеса, лучше всего увидеть наглядный пример.
Один из лучших примеров того, как работает дифференциал, был произведен еще в 1937 году. Смотрите сейчас:
Разница становится меньше? В некоторых моделях автомобилей размеры дифференциала постепенно изменялись. Например, начиная с эпохи E30, за исключением дифференциала с регулируемой блокировкой M, размер дифференциала в BMW стал меньше.
Шестерня и ее роликовый подшипник стали меньше, а объем масла в дифференциале также стал меньше в каждом поколении автомобилей 3-й серии.
Компания BMW также отказалась от использования конических роликоподшипников в пользу устаревших шарикоподшипников. И теперь они используют пластиковые сепараторы подшипников.
Хороший ход? Время покажет.
Магазин автозапчастей Run Auto предлагает запасные части для всех типов европейских автомобилей. Нажмите здесь, чтобы увидеть весь ассортимент нашей продукции.
Автомобильный дифференциал: что это такое и как он работает
Что такое дифференциал в автомобиле?Автомобильный дифференциал является важным компонентом, передающим крутящий момент на ведущие колеса автомобиля. Дифференциал автомобиля отличается от трансмиссии. Он является частью оси в сборе и соединяется с трансмиссией через карданный вал.
Слово «дифференциал» в дифференциале относится к системе, которая позволяет колесам вашего автомобиля вращаться с разной скоростью.
Когда вы думаете о дифференциале, подумайте о слове «другой». Внешнее колесо должно двигаться быстрее, чем внутреннее колесо, когда вы делаете поворот, поэтому дифференциальная передача очень важна. Всего автомобили с полным приводом будут иметь два дифференциала: один спереди и один сзади.
Автомобильный дифференциал состоит из многих частей, в том числе зубчатого венца, шестерни и водила в сборе. Шестерня приводит в движение зубчатый венец, который затем заставляет водило вращаться. Когда водило вращается, меньшие (или «паук») шестерни начинают приводить в движение боковые шестерни. Это то, что затем заставит колеса автомобиля двигаться. Вы можете попросить своего механика осмотреть дифференциал вашего автомобиля, когда он выполняет другие автосервисы, чтобы убедиться, что все работает правильно.
Какие существуют 4 типа дифференциалов? Теперь, когда вы знаете, что такое дифференциал в автомобиле, следующим шагом будет понимание типов дифференциалов.
Существует четыре основных типа дифференциала транспортных средств: открытый, блокируемый, самоблокирующийся и дифференциал с вектором крутящего момента.
Открытый дифференциал
Открытые дифференциалы широко распространены из-за их надежности. В дифференциале этого типа ведущая шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом для передачи мощности на обе оси. Открытые дифференциалы не лучший вариант для автомобилей, которые участвуют в гонках или на бездорожье, потому что шины могут проскальзывать.
Блокируемый дифференциал
Для сравнения, блокируемый дифференциал чаще всего встречается на внедорожниках. Это связано с тем, что в нем используются как муфты, так и пружины, которые активируют замки. Это позволяет каждому колесу иметь одинаковую мощность независимо от тяги.
Дифференциал повышенного трения
Дифференциал повышенного трения удобен в случае, если одно колесо теряет сцепление с дорогой. Он блокирует правую и левую стороны осей вместе, передавая мощность на оба колеса, если одно из них теряет сцепление с дорогой.
Дифференциал вектора крутящего момента
Дифференциал вектора крутящего момента вычисляет данные системы рулевого управления с помощью сложных датчиков и другой электроники. Этот автомобильный дифференциал является новейшей технологией и использует собираемые данные для улучшения распределения мощности на каждое колесо автомобиля. Дифференциалы с вектором крутящего момента также отлично подходят для достижения максимальной производительности.
Признаки неисправности дифференциалаПонимание признаков неисправности переднего дифференциала важно для обеспечения оптимальной работы вашего автомобиля. Это также важно для обеспечения безопасности на дороге. Если вы начинаете замечать какие-либо из этих симптомов, как можно скорее доставьте свой автомобиль в местный магазин трансмиссий. Некоторые плохие симптомы дифференциала, которые могут означать, что ваш дифференциал сломан, включают:
- Скрежет шестерен
- Утечка масла
- Воющий шум
- Вибрация карданного вала при ускорении
- Трудности при поворотах
- Необычное повреждение шины на боковине или внешней поверхности протектора
Хотя вы можете ездить с поврежденным автомобильным дифференциалом, это не самый безопасный вариант.
До тех пор, пока вы не закончите ремонт, другие части вашего автомобиля могут быть повреждены. Это может значительно повредить ваш автомобиль и сделать простой ремонт намного дороже. Сломанный автомобильный дифференциал также может стать причиной потери контроля над автомобилем из-за плохой управляемости, что очень опасно. Как только вы заметите симптомы неисправного переднего или заднего дифференциала, запишитесь на прием в местный автомагазин.
Автомобильный дифференциал — уникальный и полезный компонент вашего автомобиля. Однако знать, что такое автомобильный дифференциал, и ремонтировать дифференциал — две большие разницы. Если вы испытываете плохие симптомы заднего дифференциала, найдите эксперта по автомобильным дифференциалам. Этот эксперт может диагностировать проблему и предоставить дифференциальные услуги, необходимые для ее устранения. Квалифицированный ремонт позволит вам безопасно вернуться на дорогу и гарантирует, что в будущем у вас не будет больше плохих дифференциальных симптомов.