Межколесный дифференциал что это

Дифференциал — это важный узел в конструкции трансмиссии автомобиля. Назначение дифференциала — разделение мощности, поступающей от двигателя, на два отдельных потока.

Что такое дифференциал и для чего он нужен

При повороте колеса автомобиля проходят различный путь. Это приводит к сильному износу шин, пробуксовке и к ухудшению управляемости машины. Дифференциал нужен, чтобы компенсировать разность угловых скоростей колес.

На некоторых автомобилях этого узла нет. Зачем нужен дифференциал, если, например, каждое из ведущих колес на машине имеет отдельный двигатель? Если допустима пробуксовка колес (например, в раллийных автомобилях), узел заваривается.

Как работает дифференциал?

По принципу действия дифференциал прост. В основе лежит планетарная передача, которая состоит из шестерен-полуосей, шестерен-саттелитов, ведомой и ведущей шестерни (передача вращения выполняется через ведущую шестерню).

Как работает симметричный межколесный дифференциал

• Движение по прямой дороге. Колеса автомобиля встречают одинаковое сопротивление — из-за этого шестерни-саттелиты не приводятся в движение. Поэтому мощность распределяется в соотношении 50/50 — поровну на каждое колесо. При этом период вращения колес равен периоду вращения ведомой шестерни.
• Поворот. Иная ситуация возникает при повороте. Из-за разного сопротивления угловая скорость одного из колес уменьшается, в результате замедляется и шестерня полуосей. Она приводит в движение саттелиты. Их вращение обеспечивает увеличение частоты вращения второй шестерни полуосей. Именно поэтому меняется соотношение скоростей вращения колес (крутящий момент распределяется в равных пропорциях), а их проворачивание отсутствует.
• Пробуксовка. Если автомобиль застрял или попал на сколькое покрытие, может возникнуть пробуксовка одного из колес. Скользящее колесо почти не встречает сопротивления, а для застрявшего оно максимально. За счет дифференциала, находящегося в автомобиле, происходит перераспределение мощностей. Соотношение может доходить до 0/100 (одно колесо стоит, а второе вращается с удвоенной скоростью). Тогда машина встает и не может тронуться. Поэтому многие современные автомобили оснащены блокировкой дифференциала.

По виду зубчатой передачи типы автомобильных дифференциалов бывают такими: цилиндрические, конические и червячные. Наиболее универсальной является последняя разновидность — ее устанавливают как в системах полного привода, так и на автомобилях с 1‐й ведущей осью. Цилиндрический больше подходит для установки между мостами полноприводной машины. А передне‐ и заднеприводные авто оснащают коническими.

Блокировка дифференциала

Наиболее важна блокировка в авто с полным приводом. И причина не только в том, что их чаще эксплуатируют на бездорожье. Из‐за особенностей конструкции таких автомобилей при потере сцепления с дорогой одного колеса крутящий момент может сократиться и на трех остальных. Из‐за этого авто не будет ехать.

Зачем блокируют дифференциал на внедорожниках, и что это такое

Блокировка происходит за счет «отключения» шестерен‐саттелитов либо переноса мощности на загруженную полуось. В зависимости от способа перераспределения механизмы блокировки бывают полными или частичными. Распространены самоблокирующиеся дифференциалы — они устанавливаются на кроссоверы. Их работа позволяет оптимально распределить крутящий момент.

Наиболее сложным устройством обладает электронная блокировка. Она совмещён с системой курсовой устойчивости. Параметры движения автомобиля в этом случае определяют датчики. А за распределение мощности отвечает компьютер автомобиля.

Расположение

Существуют 2 вида дифференциалов: межосевой и межколесный (находится в корпусе ведущего моста). Эти типы дифференциалов имеют ряд отличий. Расположение узла зависит от типа привода автомобиля.

Популярные марки:

Межколесный ставится на автомобили как с одной, так и с двумя ведущими осями. На переднеприводных авто из-за отсутствия карданной передачи узел стоит сразу за КПП (либо они совмещены в одном корпусе). На машинах с задним приводом он устанавливается в редукторе.

Межосевой ставят на автомобили с полным приводом. Он распределяет мощность уже не между колесами, а между двумя осями. Данный узел задействует при подъёмах и спусках. Из‐за наклона авто масса перераспределяется и одна из осей нагружается больше.

Большинство полноприводных авто оборудовано сразу 3 дифференциалами (2 – межколесных и 1 — межосевой). В то же время для машины с одной ведущей осью достаточно всего 1‐го межколесного узла.

Виды автомобильных дифференциалов

Виды дифференциалов по принципу работы таковы:

С полной блокировкой. Блокировка выполняется водителем принудительно. Из‐за того, что угловая скорость колес становится равной, при поворотах ухудшается управляемость и увеличивается износ покрышек. Подобной блокировкой оснащались автомобили ВАЗ−2121.

Заключение

Автомобиль с дифференциалом безопаснее. Устройство позволяет не только комфортно ехать по трассе, но и выполнять сложные маневры. Однако при езде по бездорожью и скользкому покрытию управляемостью машины с дифференциалом может ухудшиться. В этом случае поможет блокировка компонента.

Большинство автомобилей оснащено автоматической блокировкой, поэтому сложностей с ее использованием не возникает. Если же она активируется вручную, включать ее следует только на особенно сложных участках дороги. В противном случае есть риск серьезно повредить покрышки.

Источник: ddcar.ru

Межколесный дифференциал: виды, устройство, принцип работы

Межколесный дифференциал относится к трансмиссионному механизму, который распределяет крутящий момент между валами привода. Кроме того, указанный механизм позволяет вращаться колесам с разными угловыми скоростями. Данный момент особо заметен при проходе поворотов. Кроме того, такая конструкция дает возможность безопасно и комфортно перемещаться по сухому твердому покрытию.

В некоторых случаях, при выезде на скользкую трассу или бездорожье, рассматриваемое приспособление может сыграть как стопор для автомобиля. Рассмотрим особенности строения и эксплуатации межколесных дифференциалов.

Описание

Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента от карданного вала к ведущим колесным мостам спереди или сзади, в зависимости от разновидности привода. В результате межколесный дифференциал дает возможность проворачиваться каждому колесу без пробуксовки. В этом и заключается прямое назначение механизма.

При прямолинейном перемещении транспорта, когда нагрузка на колеса равномерная с идентичными угловыми скоростями, рассматриваемый агрегат функционирует в роли передаточного отсека. В случае изменения условий движения (буксование, разворот, поворот) нагрузочный показатель изменяется. Полуоси стремятся вращаться с разными скоростными параметрами, возникает необходимость распределение крутящего момента между ними в определенном соотношении. На этом этапе межколесный дифференциал начинает выполнять свою основную функцию – гарантирование безопасности маневров транспортного средства.

Особенности

Схема размещения рассматриваемых автомобильных приспособлений зависит от рабочего ведущего моста:

1. На картере коробки переключения передач (передний привод).
2. На корпусе ведущего заднего моста.
3. Машины с полным приводом оснащаются межколесным дифференциалом на остовах обоих мостов или раздаточных коробках (осуществляют передачу рабочего момента между колесами или мостами, соответственно).

Стоит отметить, что дифференциал на машинах появился не так давно. На первых моделях «самодвижущиеся» экипажи имели плохую маневренность. Проворачивание колес с идентичным угловым параметром скорости приводило к пробуксовке одного из элементов либо потере сцепления с дорожным покрытием. Вскоре инженеры разработали усовершенствованную модификацию устройства, позволяющего нивелировать потерю управляемости.

Предпосылки для создания

Межколесные дифференциалы автомобилей изобрел французский конструктор О. Пеккер. В механизме, предназначенном для распределения вращающегося момента, присутствовали шестерни и рабочие валы. Они служили для трансформации момента кручения от двигателя к ведущим колесам.

Несмотря на все преимущества, данная конструкция полностью не решала проблемы с пробуксовкой колес на поворотах. Выражалось это в потере сцепления одного из элементов с покрытием. Особенно выражено момент проявлялся на обледенелых участках.

Буксование в подобных условиях приводило к неприятным происшествиям, что послужило дополнительным стимулом для разработки усовершенствованного приспособления, способного предотвратить занос транспортного средства. Техническое решение указанной проблемы разработал Ф. Порше, придумавший кулачковую конструкцию, ограничивающую проскальзывание колес. Первыми автомобилями, на которых применялась имитация межколесного дифференциала, стали «Фольксвагены».

Устройство

Ограничивающий узел работает по принципу планетарного редуктора. В стандартную конструкцию механизма входят следующие элементы:

• полуосевые шестеренки;
• сопутствующие сателлиты;
• рабочий корпус в виде чаши;
• основная передача.

Остов жестким способом соединен с ведомым зубчатым колесом, которое принимает момент кручения от аналога главной передачи. Чаша через сателлиты трансформирует вращение на ведущие колеса. Разность в скоростных режимах угловых параметров обеспечивается также при помощи сопровождающих шестерен. При этом величина рабочего момента остается стабильной.

Задний межколесный дифференциал ориентирован на передачу оборотов на ведущие колеса. Транспортные полноприводные средства оснащаются альтернативными механизмами, воздействующими на мосты.

Разновидности

Указанные виды механизмов разделяются по конструкционным признакам, а именно:

• конические версии;
• цилиндрические варианты;
• червячные приспособления.

Кроме того, дифференциалы разделяются по числу зубьев шестеренок полуосей на симметричные и несимметричные версии. По причине оптимальной возможности рассредоточения момента кручения, вторые модификации с цилиндрами монтируются на мосты автомобилей с полным приводом.

Машины с передним или задним ведущим мостом оборудуются симметричными коническими модификациями. Червячная передача универсальна и может агрегировать со всеми типами устройств. Конические агрегаты способны работать в трех конфигурациях: прямолинейным, поворотным и пробуксовочным способом.

Схема работы

При прямолинейном перемещении, электронная имитация блокировки межколесного дифференциала характеризуется равным рассредоточением нагрузки между колесами транспортного средства. При этом наблюдается идентичная угловая скорость, а корпусные сателлиты не вращаются вокруг собственных осей. Они трансформируют момент кручения на полуоси при помощи статичного зубчатого зацепа и ведомой шестеренки основной передачи.

На поворотах автомобиль испытывает переменчивое воздействие усилий сопротивления и нагрузки. Параметры распределяются следующим образом:

1. Внутреннее колесо меньшего радиуса получает увеличенное сопротивление, по сравнению с наружным аналогом. Повышенный показатель нагрузки обуславливает снижение скорости вращения.
2. Внешнее колесо перемещается по большей траектории. При этом увеличение угловой скорости способствует плавному повороту машины, без буксования.
3. С учетом указанных факторов, колеса должны обладать различными угловыми скоростями. Сателлиты внутреннего элемента замедляют вращение полуосей. Те же, в свою очередь, через конический зубчатый элемент, повышают интенсивность работы внешнего аналога. При этом момент кручения от основной передачи остается стабильным.

Пробуксовка и курсовая устойчивость

Автомобильные колеса могут получать разный параметр нагрузки, буксуя и теряя сцепление с дорожным покрытием. При этом на один элемент подается чрезмерное усилие, а второй работает «вхолостую». Из-за такой разницы движение автомобиля становится хаотичным или вообще прекращается. Чтобы устранить эти недостатки, используют систему курсовой устойчивости либо ручную блокировку.

Для того, чтобы момент кручения полуосей выровнялся, следует стопорить действие сателлитов и обеспечить трансформацию оборотов от чаши на нагруженную полуось. Это особенно актуально для межколесных дифференциалов МАЗа и прочих машин повышенной грузоподъемности с полным приводом. Подобная особенность связана с тем, что стоит потерять сцепление в одной из четырех точек, величина крутящего момента устремится к нулю, даже если машина оснащена двумя межколесными и одним межосевым дифференциалом.

Электронный самоблок

Избежать неприятностей, указанных выше, позволяет частичная или полная блокировка. Для этого и применяются самоблокирующиеся аналоги. Они распределяют кручение с учетом разности на полуосях и соответствующих скоростных режимов. Оптимальным способом решения проблемы является оборудование машины электронной блокировкой межколесного дифференциала.

Система оснащается датчиками, которые контролируют требуемые показатели во время движения транспортного средства. После обработки полученных данных, процессор выбирает оптимальный режим корректировки нагрузочных и прочих воздействий на колеса и мосты.

Принцип работы данного узла состоит из трех основных стадий:

1. В начале проскальзывания ведущего колеса, контрольный блок получает импульсы от индикаторов скорости вращения, после их анализа автоматически принимается решение о способе функционирования. Далее происходит замыкание клапана-переключателя и открывание аналога высокого давления. Помпа узла АБС создает давление в рабочем контуре тормозного цилиндра буксующего элемента. Торможение ведущего проскальзывающего колеса осуществляется за счет повышения давления тормозной жидкости.
2. На втором этапе система имитации самоблока удерживает тормозное усилие за счет сохранения давления. Действие насоса и пробуксовка колеса прекращается.
3. К третьей стадии работы указанного механизма относится завершение проскальзывания колеса с одновременным сбросом давления. Переключатель открывается, а клапан высокого давления закупоривается.

Межколесный дифференциал КамАЗа

Ниже приведена схема указанного механизма с описанием элементов:

1 — Основной вал.

4, 7 — Шайбы опорного типа.

5, 17 — Корпусные чаши.

8 — Индикатор блокировки.

9 — Заливная пробка.

13 — Муфта зубчатая.

14 — Блокировочная муфта.

15 — Сливная крышка.

16 — Шестеренка привода среднего моста.

19 — Зубчатая шестерня заднего моста.

20 — Крепежный болт.

21, 22 — Крышка и подшипник.

Безопасность

Межколесный дифференциал предназначен для обеспечения безопасной и комфортной езды на дорогах различного предназначения. Некоторые недостатки рассматриваемого механизма, указанные выше, проявляются при опасном и агрессивном маневрировании по бездорожью. Следовательно, если на машине предусмотрен привод ручного блокиратора, эксплуатировать ее необходимо исключительно в соответствующих условиях. Скоростные машины использовать без указанного механизма весьма затруднительно и небезопасно, особенно на высоких скоростях по шоссе.

Источник: fb.ru

Виды, устройство и принцип работы дифференциала

Дифференциал – это механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между приводными валами и позволяющий колесам вращаться с разными угловыми скоростями. Особенно это заметно, когда машина проходит поворот. Дифференциал обеспечивает безопасное и комфортное вождение на сухой дороге с твердым покрытием. Однако если автомобиль покинет ее пределы и продолжит двигаться по пересеченной местности, а также в случае гололеда (и других тяжелых погодных условий) этот механизм может лишить автомобиль возможности передвигаться. О том, что такое дифференциал, как он устроен, в чем его вред для внедорожников и как с этим бороться – пойдет речь ниже.

Дифференциал как часть трансмиссии

Дифференциал в автомобиле — это механизм, распределяющий крутящий момент карданного вала трансмиссии между ведущими колесами передней или задней оси (в зависимости от типа привода), позволяя каждому из них вращаться без пробуксовки. В этом заключается основное назначение дифференциала.

При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково и имеют равную угловую скорость вращения – механизм работает в качестве передаточного звена. Если условия движения изменяются (поворот, пробуксовка) – нагрузка становится неравномерной. У полуосей появляется необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие, становится необходимым распределить полученный крутящий момент между ними в определенном соотношении. Тогда узел выполняет вторую важную функцию: обеспечение безопасного маневрирования автомобиля.

Схема расположения дифференциала зависит от типа привода автомобиля:

1. Передний привод – картер коробки передач.
2. Задний привод – корпус ведущего моста.
3. Полный привод – корпусы переднего и заднего мостов (для передачи крутящего момента ведущим колесам) или раздаточная коробка (для передачи крутящего момента ведущим мостам).

Дифференциал на автомобилях появился не сразу. Конструкторы первых «самодвижущихся экипажей» были очень озадачены плохой маневренностью своих изобретений. Вращение колёс с одинаковой угловой скоростью во время прохождения поворота приводило к тому, что одно из них начинало буксовать или, наоборот, полностью теряло контакт с дорогой. Инженеры вспомнили, что на ранних прототипах первых автомобилей, снабжаемых паровыми двигателями, было устройство, позволявшее избежать потери управляемости.

Механизм распределения вращающего момента изобрёл француз Онесифор Пеккёр. В устройстве Пеккёра присутствовали валы и шестерни. Через них крутящий момент от мотора поступал к ведущим колёсам. Но даже после применения изобретения Пёккера проблема пробуксовки колёс на поворотах не решилась полностью. Выявились недостатки системы.

Например, одно из колес в какой-то момент терял сцепление с дорогой. Сильнее всего это проявлялось на обледенелых участках.

Пробуксовка в таких условиях часто приводила к авариям, поэтому конструкторы надолго задумались над тем, как предотвратить занос машины. Решение было найдено Фердинандом Порше. Он стал изобретателем кулачкового механизма, который ограничивал проскальзывание колёс ведущего моста. Немецкое устройство дифференциала нашло применение в автомобилях Volkswagen.

Как устроен дифференциал

Узел работает как планетарный редуктор. Принципиальное устройство дифференциала: шестерни полуосей (5) и сателлитов (4) размещены в чашке (3). Чашка (корпус) жестко соединена с ведомой шестерней (2), которая принимает крутящий момент от ведущей шестерни главной передачи (1). Корпус передает вращение посредством сателлитов полуосям, вращающим ведущие колеса.

Разные угловые скорости обеспечиваются благодаря работе сателлитов. Величина крутящего момента остается неизменной.

Применение дифференциалов в зависимости от их видов

Устройства используют для передачи крутящего момента ведущим колесам и ведущим мостам автомобиля .

Грузовики и легковые автомобили всех типов приводов имеют межколесный дифференциал, передающий вращение колесам. Межосевой дифференциал, распределяющий крутящий момент между мостами, применяют исключительно в полноприводных машинах.

По типу применяемой зубчатой передачи различают следующие виды механизмов:

1. конический;
2. цилиндрический;
3. червячный.

По количеству зубьев шестерен полуосей:

1. симметричный;
2. несимметричный.

Благодаря его свойству пропорционально распределять крутящий момент несимметричный дифференциал с цилиндрической передачей устанавливают между мостами полноприводных автомобилей.

Заднеприводные и переднеприводные автомобили оснащают коническим симметричным дифференциалом.

Червячная передача, являясь самой универсальной, используется во всех типах устройств со всеми приводами.

Схема работы дифференциала

Рассмотрим принцип, по которому работает симметричный межколесный конический дифференциал, распределяющий крутящий момент между колесами в трех различных условиях:

1. прямолинейное движение;
2. поворот;
3. пробуксовка.

При прямолинейном движении

Прямолинейное движение характеризуется равномерным распределением нагрузки между колесами автомобиля. Они имеют одинаковую угловую скорость. Сателлиты, размещенные в корпусе, не вращаются вокруг своих осей. Они передают крутящий момент от ведомой шестерни главной передачи к полуосям через неподвижное зубчатое зацепление.

При повороте

Когда транспортное средство поворачивает, силы сопротивления и нагрузки распределяются следующим образом:

• Внутреннее колесо, имеющее меньший радиус от центра поворота, испытывает сопротивление большей силы, чем наружное. Увеличенная нагрузка заставляет его снизить скорость вращения.
• Наружное колесо, двигаясь по большему радиусу (большей траектории), наоборот, должно увеличить угловую скорость, чтобы автомобиль мог повернуть плавно, без пробуксовки.

Таким образом, колеса должны иметь разные угловые скорости. Замедление вращения полуоси внутреннего колеса приводит сателлиты в движение. Они, в свою очередь, посредством конической зубчатой передачи увеличивают скорость вращения полуоси наружного колеса. Крутящий момент, получаемый от главной передачи, остается неизменным.

При пробуксовке

Колеса автомобиля, движущегося даже прямолинейно по скользкой дороге или бездорожью, могут испытывать различную нагрузку: одно из них пробуксовывает, теряя сцепление с дорогой; другое, становясь более нагруженным, замедляется. Повторяется схема поворота. Только теперь она приносит вред: буксующее колесо может получить 100% принятого дифференциалом крутящего момента, а нагруженное вообще перестанет вращаться. Движение автомобиля прекратится.

Эти недостатки работы узла решаются различными способами:

• ручной или автоматической блокировкой;
• внедрением системы курсовой устойчивости.

Блокировка дифференциала и система курсовой устойчивости

Чтобы крутящий момент полуосей снова стал одинаковым, нужно блокировать действие сателлитов или обеспечить его передачу от чашки на нагруженную полуось.

Это особенно актуально для машин повышенной проходимости, имеющих полный привод 4Х4. Не только потому что они предназначены для езды по местности с тяжелыми дорожными условиями. Стоит машине, оснащенной тремя дифференциалами (два межколесных, один межосевой), хотя бы в одной из четырех точек потерять сцепление – величина крутящего момента остальных колес устремится к нулевому значению, и машина откажется ехать.

Избежать неприятностей помогает блокировка, которая может быть либо частичной, либо полной (зависит от степени перераспределения усилий между полуосями), а также либо ручной, либо автоматической (зависит от степени контроля со стороны водителя).

Хорошо себя зарекомендовали самоблокирующиеся дифференциалы, распределяющие крутящий момент, учитывая его разность на полуосях или исходя из значений угловых скоростей.

Наиболее сложным совершенным способом устранить недостатки узла является электронная блокировка, реализуемая на базе системы курсовой устойчивости, датчики которой контролирует все необходимые параметры во время движения автомобиля. На основе полученных данных работа автомобиля корректируется автоматически.

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.

Источник: techautoport.ru

Межколесный дифференциал

Межколесный дифференциал — обязательная составная часть ведущего моста, располагающаяся после главной передачи. Назначение этого механизма — обеспечивать качение ведущих колес с разными угловыми скоростями при движении автомобиля (колесного трактора) на поворотах, когда колеса проходят разные по длине пути. Строго говоря, качение колес с разными угловыми скоростями может потребоваться даже при прямолинейном движении, так как радиусы колес могут сильно отличаться из-за разного давления в шинах, разной степени изношенности шин, различиях в нагрузках на колеса и др. Одновременно дифференциал выполняет функцию распределения крутящего момента на оба ведущих колеса, причем это распределение может быть симметричным (50 : 50), как это получается в случае применения простого симметричного дифференциала, или допускающим существенное различие в величине момента (в 2—4 раза) за счет применения дифференциала повышенного трения или самоблоки- рующегося дифференциала.

Если не обеспечить указанную дифференциальную связь между колесами ведущего моста, т. е. соединить их общим жестким валом, на повороте такой автомобиль не будет слушаться руля, так как ведущие колеса будут препятствовать движению с различной длиной траектории. Единственный способ повернуть автомобиль в этих условиях — заставить скользить шины по поверхности дороги, но это грозит потерей устойчивости и управляемости (возможен даже неконтролируемый занос автомобиля), приводит к усиленному износу шин, возможны поломки в трансмиссии.

Наиболее широко в ведущих мостах автомобилей используются шестеренчатые дифференциалы и среди них — конический симметричный дифференциал, составные части которого показаны на

Рис. 6.6. Составные части простого конического дифференциала:

/ — левая половина корпуса; 2 — опорная шайба; 3 — полуосевая шестерня; 4 — сателлиты; 5 — правая половина корпуса; 6 — болты крепления корпуса; 7 — опорные шайбы сателлитов; 8 — крестовина; 9 — подшипник

рис. 6.6. Он включает левую половину корпуса 1 дифференциала, опорную шайбу 2 полуосевой шестерни 3, четыре (или два) сателлита 4, крестовину 8, на которой расположены сателлиты 4, правую половину корпуса 5, конические подшипники 9, болты крепления корпуса 6 и опорные шайбы сателлитов 7. К корпусу дифференциала, сидящему на подшипниках 9 в картере главной передачи, крепится ведомая шестерня главной передачи. Она передает ему крутящий момент, который затем в виде сил передается крестовине 8 (или оси сателлитов, если их два). Воздействуя на центральное отверстие посаженных на нее и находящихся в зацеплении с полуосевыми шестернями 3 сателлитов 4, крестовина 8 передает это усилие полуосевым шестерням 3 и далее через полуоси — ведущим колесам. Особенность этой передачи: ввиду одинаковости плеча действия сателлита на правую и левую полуосевую шестерни силы этого воздействия также одинаковы, т. е. можно записать правило распределения крутящего момента для симметричного дифференциала в виде

Разница в величинах моментов 7лев и Тпряв равна моменту трения в дифференциале, который в такой конструкции обычно очень мал.

Кинематическая связь правого и левого ведущих колес осуществляется в коническом дифференциале через полуосевые шестерни 3 и сидящие на шипах крестовины сателлиты 4. Если одно из колес будет вынуждено ускорить свое вращение из-за большей длины пути, проходимого колесом в единицу времени (например, внешнее колесо на повороте), это вызовет проворачивание сателлитов в сторону ускоряющегося колеса, что приведет к некоторому снижению скорости вращения другого колеса, которое движется по более короткой траектории. Таким образом, устройство не препятствует повороту машины, как это происходило при жесткой связи между колесами. Изложенное полностью подтверждается уравнением кинематики дифференциального механизма

где о)ДНф — угловая скорость вращения корпуса дифференциала; солсв и шправ — угловая скорость вращения левого и правого колеса, соответственно.

Из выражения (6.2) следует, что если мдиф неизменна, а, например, солев возрастает (+Д), то для сохранения равенства в уравнении о)прав Д° лжна уменьшиться на эту же величину (-Д).

Если с точки зрения кинематики движения достоинства простого шестеренчатого дифференциала неоспоримы, то у свойства распределения крутящего момента поровну на левое и правое колеса есть свои положительные и отрицательные особенности. Равные крутящие моменты на полуосях гарантируют отсутствие перегрузки этих полуосей, что хорошо с точки зрения их прочности.

Но это равенство моментов приводит к ухудшению проходимости машины на дорогах с разными сцепными свойствами у левого и правого ведущих колес. Например, вполне реальна потеря возможности движения автомобиля, если одно из его ведущих колес находится на скользкой поверхности (на гладком льду), а второе в этот момент опирается на чистый асфальт. Дело в том, что тяговая сила на каждом из них не может быть больше тяговой силы находящегося на поверхности с малым коэффициентом сцепления ведущего колеса, а для рассматриваемого случая она практически близка к нулю. Попытка увеличить тяговую силу путем увеличения подачи топлива («жмем на газ») приведет лишь к интенсивному буксованию колеса, находящегося на скользкой поверхности, при этом тяговая сила на нем даже уменьшится (сила трения скольжения на 10—15 % меньше силы трения покоя), одновременно уменьшив, согласно выражению (6.1), силу тяги на втором ведущем колесе.

Выходов из подобной ситуации несколько. Первый (эксплуатационный) — надо увеличить сцепление колеса, находящегося на скользкой дороге, при этом возрастет сила тяги и на буксующем колесе, и на колесе с хорошим сцеплением.

Лед посыпают песком, подкладывают под буксующее колесо специальные противобуксовочные ленты, надевают на колеса цепи и т. п. Второй выход (конструктивный) — надо избавиться от свойства дифференциала делить момент пополам. Для этого предусматривают блокировку дифференциала (рис. 6.7), т. е. включение жесткой связи между левым и правым колесами, чтобы они вращались с одинаковой угловой скоростью, тогда тяговая сила на каждом из них будет пропорциональна их сцеплению с дорожной поверхностью (нужно только не забыть выключить блокировку при выезде на хорошую дорогу, иначе можно потерять управляемость автомобиля). Еще одно решение — применить дифференциал с увеличенным внутренним трением, что позволит иметь большую разницу в моментах Глев и 7’пра„, но надо быть осторожным, чтобы при слишком большом внутреннем трении не ухудшить серьезно управляемость автомобиля. Дифференциалов с повышенным внутренним трением существует несколько типов, наиболее часто применяе-

Рис. 6.7. Блокируемый дифференциал:

/ — муфта блокировки; 2 — блокирующие зубчатые венцы; 3 — пневмопривод; 4 — корпус дифференциала; 5 — полуось; 6 — сателлит

Рис. 6.8. Червячный дифференциал:

1 — левое полуосевое червячное колесо; 2 — червяк левой полуоси; 3 — червячный сателлит; 4 — червяк правой полуоси; 5 — правое полуосевое червячное колесо

мые — это червячные дифференциалы (рис. 6.8), кулачковые дифференциалы (рис. 6.9) и конические дифференциалы с фрикционными конусами или фрикционными шайбами (рис. 6.10).

Повышенное трение в червячных и кулачковых дифференциалах является результатом относительно низкого КПД этих механизмов. Повышенное трение при проворачивании сателлитов в дифференциалах, показанных на рис. 6.10, возникает за счет фрикционных конусов 2 или за счет большого количества фрикционных шайб 7 и 8, которые прижимаются к конической поверхности корпуса дифференциала (рис. 6.10, а) или друг к другу (рис. 6.10, б) за счет действующего при передаче крутящего момента усилия между коническими зубьями сателлита 4 и полуосевой шестерни 3.

Интересно, что можно повысить проходимость в подобных условиях еше одним способом — с помощью тормозной системы автомобиля. Для этого надо притормозить буксующее колесо, тогда переда-

Рис. 6.9. Кулачковый дифференциал:

1 — корпус дифференциала; 2 — кулачки (два ряда); 3 — наружная звездочка правой полуоси; 4 — внутренняя звездочка левой полуоси

Рис. 6.10. Дифференциалы повышенного трения: а — с фрикционными конусами; б — с фрикционными шайбами: / — крестовина; 2 — фрикционный конус; 3 — полуоссвая шестерня; 4 — сателлит; 5 — угловая выточка; 6 — схема действующих сил; 7,8— фрикционные шайбы ваемый ему дифференциалом крутящий момент увеличится и одновременно возрастет момент (и тяговая сила) на отстающем колесе. Такое подтормаживание может делать водитель заднеприводного автомобиля с помощью стояночного тормоза с раздельным приводом или, при наличии в автомобиле противобуксовочной системы, она это сделает автоматически с любым буксующим колесом.

Источник: studref.com

Как работает дифференциал

Статья для тех, кто вдруг (внезапно:)) заинтересовался тем, как работает дифференциал. Эта штуковина есть в любом современном автомобиле (да и в несовременных, наверное, тоже). Дело в том, что данное устройство необходимо для нормальной езды при прохождении поворотов.

Итак, начнём с того, что во время поворота колёса на одной оси проходят неодинаковое

расстояние. Внешнее от центра поворота колесо проходит большее расстояние, так как радиус описываемого им круга больше.

Если колёса не ведущие и находятся каждое на своей полуоси проблем нет. Они просто крутятся с разной скоростью, будучи никак не связаны между собой. Но с ведущими колёсами так не получается, ведь они связаны между собой трансмиссией (от лат. transmissio — пересылка, передача). То есть оба колеса на одной оси должны принимать крутящий момент от двигателя через трансмиссию, в которую обычно входит сцепление, коробка передач, главная передача с дифференциалом, ведущие полуоси и ШРУСы. В случае с задним приводом перед главной передачей добавляется кардан и убирается ШРУС.

На прямой оба (или сколько их там есть, неважно) ведущих колеса вращаются с одинаковой скоростью и друг дружке не мешают. Но если они продолжат вращаться с одинаковой скоростью в повороте, то внутреннее колесо всё время будет пробуксовывать, что очень плохо для управляемости и устойчивости машины. К тому же износ резины будет бешеный.

Теоретически возможно что и внешнее колесо будет как бы «тащиться» за внутренним, не успевая проворачиваться с нужной для нормального качения скоростью, но на практике во время поворота на него ложится больше «условной половины» веса автомобиля за счёт действия центробежной силы, поэтому внутреннему колесу провернуться легче.

Столкнулись с этой проблемой давно (изобретён дифференциал аж в 1825 году), но животрепещущей она стала с расцветом автомобилестроения , увеличения скорости движения и, соответственно, критичности проскальзывания колеса. Поначалу пытались делать привод на одно колесо, но это, конечно, не вариант для нормальной езды. Любой ребёнок катаясь на машинке с электроприводом может в этом убедиться, там как раз одно колесо ведущее:).

В общем, дифференциал нужен для того, чтобы ведущие колёса имели возможность вращаться с разной скоростью при этом оставаясь связанными с двигателем.

2. Принцип работы дифференциала.

За счёт чего же дифференциал может передавать разную скорость вращения на колёса? Признаюсь, в своё время в школе на Автоделе я, наверное, половину урока потратил, допытываясь у преподавателя, как же всё-таки он работает, пока наконец не понял:).

В общем, смотрим на рисунок (для простоты я взял задний привод, на переднем функционально то же самое, просто дифференциал спрятан внутри КПП):

1. Полуось с шестернёй.
2. Ведомая шестерня.
3. Сателлит.
4. Ведущая шестерня.

От двигателя усилие передаётся через ведущую шестерню на ведомую шестерню. Та жёстко соединена с крестовиком водила дифференциала, на котором находится сателлит. Сателлит может свободно вращаться в обе стороны вокруг своей оси, при этом находится в зацеплении с шестернями обеих полуосей, от которых вращение идёт на колёса.

При езде по прямой обе полуоси крутятся с одинаковой скоростью и сателлит вращается вместе с ведомой шестернёй, не вращаясь при этом вокруг своей оси. Вернее, если следовать последовательности действия силы, то ведомая шестерня вращается вместе с сателлитом, а он передаёт вращение на полуоси, распределяя крутящий момент пополам.

Но если возникает необходимость увеличения скорости одного из колёс (как при повороте), то сателлит начинает вращаться вокруг своей оси, добавляя ему скорости, и убавляя на то же значение скорость вращения другого колеса. Вот, в общем-то, и всё нехитрое, но гениальное в своей простоте решение. Для меня, помню, самым сложным было представить мысленно, как сателлит одновременно крутится по оси ведомой шестерни и своей собственной. Ниже есть видео, наглядно демонстрирующее весь процесс в движении. И да, сателлитов может быть не два, а четыре, расположенных крестом.

3. Межосевой и межколёсный дифференциал.

В полноприводном автомобиле усилие передаётся на все четыре колеса. Поэтому и решать проблему с разностью скоростей вращения приходится относительно всех четырёх колёс. В этом случае ставят межколёсные дифференциалы на каждую ось (т. е. дифференциал «разрешающий» разноскоростное вращение на одной оси, располагается между колёс этой самой одной оси) и ещё один дифференциал — межосевой, как явствует из названия, ставят между осями, обычно в раздаточной коробке («раздаёт» мощность с двигателя на две оси, если говорить о 4×4).

Выглядит примерно так:

Да, не всегда полный привод означает наличие межосевого дифференциала. В так называемых part-time (т. е. непостоянно, подключаемо) полноприводных машинах дифференциала может и не быть, поскольку в этом случае предусматривается, что полный привод будет подключаться там, где возможны проскальзывания колёс (грязь, снег, лёд). Преодолевая такие участки пути автомобиль будет двигаться недолго и небыстро, а значит, можно не усложнять конструкцию и смириться с некоторым проскальзыванием. Поэтому в таких машинах чётко прописано ограничение по подключению полного привода (скорость, время работы).

В случае, если полный привод постоянный (full time), там стопроцентно стоит межосевой дифференциал той или иной конструкции.

4. Зачем нужна блокировка дифференциала.

Наличие дифференциала не только решает одни проблемы, но и создаёт другие. Особенность его такова, что крутящий момент всегда будет передаваться по более лёгкому пути, т.е. на колесо, которое прокрутить легче. На практике это означает, что если вы одним ведущим колесом стоите на асфальте, а другим — на льду, то тронуться вам если и удастся, то с большим трудом, поскольку из-за наличия дифференциала всё усилие уйдёт на проскальзывающее на льду колесо. Оно будет вращаться с бешеной скоростью в то время как другое колесо будет стоять без движения. Думаю, каждый автоводитель сталкивался с такой ситуацией.

Помню мне как-то пришлось помогать вытолкнуть RangeRover Vogue (или Evoque, уже не помню), вставший во дворе одним колесом в ямку со льдом. За рулём сидела девушка, а её муж, матерясь на «очередное говно за два миллиона», вместе со мной враскачку выталкивал машину из ямки. Дело было давно, тогда такие машины ещё стоили два миллиона:)).

Чтобы решить эту проблему придумали блокировку дифференциала. То есть при определённых условиях работа дифференциала (условно, вращение сателлитов вокруг своей оси) может быть заблокировано. Иногда это можно сделать вручную. Например, на Ниве межосевой дифференциал блокируется специальным рычагом с места водителя. Есть машины, на которых все дифференциалы можно заблокировать с кнопки в салоне.

Схематически блокировка дифференциала выглядит таким образом: На одной из полуосей стоит кулачковый механизм, при включении блокировки входящий в жёсткое зацепление с ответной частью на ведомой шестерне/водиле. Таким образом блокируется возможность сателлита прокручиваться вокруг своей оси, так как усилие идёт уже не через него, а непосредственно с ведомой шестерни на полуось. А раз шестерня полуоси не даёт крутиться сателлиту, то и вторая полуось является как бы жёстко подключенной через неподвижный сателлит.

5. Дифференциал повышенного трения (самоблокирующийся дифференциал).

Помимо принудительной блокировки дифференциала на машины могут устанавливать самоблокирующиеся дифференциалы, или LSD (limited slip differential). Такие агрегаты могут блокироваться самостоятельно при достижении определённого условия, как правило, определённой разницы в скорости вращения полуосей. В принципе это оптимальный выбор для среднестатистического полноприводника, поскольку на хорошей дороге они ведут себя как обычные «открытые» дифференциалы, а в случае проскальзывания постепенно («мягко») блокируются и передают момент на колесо с более лучшим сцеплением.

Существует достаточно много разновидностей устройства таких дифференциалов, общим для всех является то, что работают (включаются) они за счёт повышения трения при пробуксовке одного из колёс.

6. Масло для дифференциала (заднего моста).

Поскольку дифференциал — это устройство с вращающимися и трущимися между собой деталями, в нём необходимо использовать смазочный материал. Как правило это специальное масло для мостов.

Специальность, впрочем, условная. В обычные задние мосты (где и стоит межколёсный дифференциал у обычных заднеприводных авто типа «классики») заливается трансмиссионное масло с допуском GL-5. По-другому его ещё называются маслом для гипоидных передач. Гипоидная (червячные) передача — самый тяжелонагруженный тип шестерёнчатой передачи в автомобиле, поэтому масло нужно наиболее износостойкое.

Дифференциалы переднеприводных авто смазываются маслом, заливаемым в КПП (поскольку конструктивно являются её частью). Это либо GL-4, либо универсальное GL-4/GL-5.

Для дифференциалов повышенного трения требуется особое масло с маркировкой LSD (т.е. для limited slip differential). Это объясняется тем, что принцип работы на трении учитывает в том числе свойства масла, которые должны отличаться от обычной трансмиссионки.

7. Наглядное видео о том, как работает дифференциал.

8. Итого.

Традиционное «итого» по вопросу о том, как работает дифференциал:

• Дифференциал нужен для того, чтобы ведущие колёса имели возможность вращаться с разной скоростью при этом оставаясь связанными с двигателем. Нужно это для устойчивого и безопасного прохождения поворотов.
• Возможность разноскоростного вращения полуосей достигается за счёт наличия в дифференциале сателлитов, которые вращаясь вокруг своей оси могут добавлять скорость одной полуоси на столько же убавляя при этом скорость другой.
• Помимо межколёсного дифференциала бывает межосевой. Устанавливают там, где больше одной ведущей оси (полноприводные легковушки, либо 4×6 и больше грузовики). В случае подключаемого полного привода межосевой дифференциал может и не стоять (как, например, на Suzuki Jimny).
• Проблемой дифференциала является его свойство передавать максимальное усилие на то колесо, которое легче вращать, в результате машина стоя одним колесом в грязи или на льду, этим колесом и будет буксовать. Чтобы этого избежать, существуют блокировки дифференциала. Они «выключают» дифференциал, заставляя мост передавать усилие на оба колеса в любом случае.
• Помимо дифференциалов с принудительной блокировкой есть самоблокирующиеся дифференциалы (так называемые «самоблоки»), или LSD (limited slip differential). В отличие от принудительных включаются сами в момент проскальзывания одного из колёс/осей (в случае межосевого дифференциала). Бывают различных конструкций, с различными долями передаваемого усилия.
• Для дифференциала, который располагается в мосте, используется трансмиссионное масло. Если есть гипоидная передача, то GL-5, если переднеприводной ширпотреб, то GL-4. Для дифференциалов LSD, нужно специальное масло с такой маркировкой.

Источник: masloteka.ru