2017-10-24 Дифференциал

2017-10-24 Дифференциал

Трансмиссия автомобиля включает такое важное механическое устройство как дифференциал. Этот узел используется для передачи определенного крутящего момента от силового агрегата на ведущие колеса, причем задавая при этом для каждого из колес различную угловую скорость. Также дифференциал, наряду с главной, исполняет роль понижающей передачи.

Главное назначение механизма – предотвращение пробуксовки ведущих колес при вхождении в поворот, когда колесо по определенному внешнему радиусу проходит значительно большее расстояние, чем колесо, проходящее по внутреннему радиусу. Поэтому угловая скорость колеса, проходящего по внутреннему радиусу, должна быть меньше. Иначе возникнет пробуксовка. Реализуется эта схема путем использования планетарного механизма и изменения крутящего момента.

Дифференциал – классическое решение, присутствует на преобладающем количестве легковых автомобилей. Ставится на ведущую ось (переднюю в переднеприводных моделях или заднюю, в заднеприводных моделях, где есть карданный вал ). Это так называемый межколесный дифференциал. Если обе оси ведущие, речь идет о полном приводе, то межколесных дифференциалов соответственно два. И это не все. Полный привод реализуется по двум схемам – подключаемый автоматически или вручную и постоянный. В машинах с полным постоянным типом привода ставится и третий дифференциал, межосевой. Он уже перераспределяет определенный крутящий момент между двумя ведущими осями. Есть и четвертый, но на легковых автомобилях большая редкость, называется межтележечным, это когда осей больше двух и три из них ведущие, схемы 6х6, такие легковые автомобили, а среди них только полноразмерные внедорожники и пикапы, в мире на пальцах руки можно пересчитать, или совсем уж экзотика 8х8. Например, у серийного трехосного Mercedes-Benz Gelandewagen (G 63 AMG 6×6) дифференциалов пять.

Конструкция

Дифференциал в каноническом его понимании это планетарная передача, шестеренчатый планетарный механизм, где необходимый крутящий момент, за величину которого отвечает коробка передач и сцепление, передается через коническую зубчатую передачу (в ряде случаев и карданный вал, редуктор, если привод задний) на корпус. Он направляет определенный крутящий момент прямо на шестерни, а шестерни затем крутящий момент симметрично или несимметрично перераспределяют между двумя полуосями. Другие типы дифференциалов, например, отметим такие как с кулачковыми или зубчатыми парами, на легковых автомобилях большая редкость. Основные элементы это ведущий вал, на него коробка передач подает крутящий момент, шестерни (коронная, ведущая и полуосей), сателлиты, а также полуоси.

Любой дифференциал на современной легковой машине оборудуется блокировкой. Это обусловлено спецификой работы. В чистом виде он передает больший крутящий момент на то колесо, которое имеет наименьшее сопротивление усилию. Например, если одно колесо располагается на льду, а другое на асфальте, то практически весь крутящий момент пойдет на колесо, расположенное на льду. Это же утверждение касается и осей, если привод постоянный полный. Чтобы этого избежать дополнительно устанавливается блокировка дифференциала межколесного или межосевого.

Классификация

Начнем с такого элемента как блокировка дифференциала , она устанавливается двух основных типов:

• ручная, приводится в действие при помощи специального тумблера или кнопочки, электро-, пневмо- или гидропривода, заключается в блокировке шестерен-сателлитов, активно применяется на «брутальных проходимцах» при езде по бездорожью;
• электронная, она же автоматическая, есть датчики определенных систем, классический уже вариант ABS, есть исполнительные механизмы, которые блокируют по команде ЭБУ шестерни-сателлиты.

Отдельно выделим дифференциалы с системой DPS.

Второй важный момент. Блокировка дифференциала бывает полной или частичной, неполной с проскальзыванием (она же Limited Slip Differentials). Самоблокирующийся дифференциал – основной элемент систем с частичной блокировкой. Отметим два типа:

• Speed sensitive, включается тогда, когда полуоси имеют различную угловую скорость;
• Torque sensitive, включается тогда, когда на одной из осей снижается величина крутящего момента, к ним относится и фрикционный дифференциал гоночных моделей.

Схема Speed sensitive реализовывается по-разному, в том числе с установкой вискомуфты и героторного дифференциала.

По конструкции еще отметим три вида дифференциалов с:

• гипоидным типом зацепления шестерен;
• косозубым типом зацепления шестерен;
• шестернями различного вида, полуосей косозубыми и сателлитов винтовыми.

Это далеко не все конструкционные решения, применяемые на дифференциалах в текущий момент. Поэтому прежде чем купить дифференциал, нужно знать, какой тип механизма ставится на определенной модели, марке и поколении машины и где установлен. Если это модель с передним привод, то это коробка передач, если привод полный или задний, то межколесный дифференциал располагается в мосте, а межосевой у полноприводных в раздаточной коробке. Это учитывается когда выполняется замена дифференциала.

И еще отметим, что дифференциалы бывают как симметричными, так и несимметричными.

Неисправности

В процессе эксплуатации трансмиссия подвергается значительным нагрузкам. Поэтому коробка передач, сцепление , редуктор, в заднеприводных моделях карданный вал, и дифференциал подвержены определенному износу. Иные причины поломок – ухудшение смазки, нагрев, механическая деформация.

Основные признаки неисправностей – повышенный уровень шума, подтекание рабочей жидкости, удары и стуки в передаче, клин моста и другие.

Для определения неисправностей необходима диагностика, возможно, потребуется замена дифференциала.

Диагностика

Выявление неисправностей самого дифференциала проводится при помощи визуального осмотра на подъемнике с использованием определенных диагностических методик. Также обращается внимание на наличие следов подтекания рабочей жидкости. Если используется электронная блокировка дифференциала (на большинстве автомобилей), то проводится компьютерная диагностика с помощью сканера. В ряде случаев выполняется демонтаж и дефектовка узла.

Ремонт и замена

После проведения диагностики принимается решение о выполнении ремонта или восстановления. Характерные неисправности это износ зубцов шестерен, опорных шайб и нарушение целостности подшипников. Если это возможно производится восстановление или замена отдельных элементов. В случае когда ремонт невозможен проводится замена дифференциала в сборе. Для этого необходимо, предварительно посоветовавшись с мастерами техцентра, купить дифференциал .

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.

Ведуший мост с дифференциалом в разрезе

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.

Конструкция кулачкового дифференциала повышенного трения автомобиля ГАЗ-66

• корпуса дифференциала, состоящего из левой и правой чашек;
• наружной звездочки с внутренним кулачковым профилем, которая передает крутящий момент на правую полуось;
• внутренней звездочки с двумя рядами кулачковых профилей на наружной поверхности, которая передает крутящий момент на левую полуось;
• сепаратора, выполненного как одно целое с левой чашкой коробки дифференциала, с двумя рядами отверстий под сухари;
• двадцати четырех сухарей, расположенных в шахматном порядке в отверстиях сепаратора.

Крутящий момент передается через сепаратор сухарям, которые своими торцами взаимодействуют с кулачками. Крутящий момент от сепаратора к кулачкам передают только сухари, находящиеся в сужающихся участках канавки, образованной профилями кулачков, и упирающихся в кулачки, другие сухари в этот момент не работают.
Если полуоси вращаются с разными скоростями, то профили кулачков смещаются относительно друг друга, а работающие сухари, оказавшись в расширяющейся части канавки, работают вхолостую, и вместо них в работу вступают сухари, которые до этого не были задействованы.

Типи диференціалів

Розрізняють два диференціала: міжколісний і міжосьовий. Перший знаходиться в корпусі заднього моста (на ТЗ з заднім приводом) або в картері коробки передач (на передньопривідних машинах), другий — між осями повнопривідних авто.

Існує три типи конструкції вузла:

• конічний — найпоширеніший тип, що розділяє швидкість обертання коліс однієї осі і сполучений з головною передачею;
• черв’ячний — механізм, монтується між осями або колесами;
• циліндричний вузол, який встановлюється для розв’язки осей в повнопривідній машині.

Конічний (звичайний) — найбільш простий, надійний і дешевий тип. Циліндричний і черв’ячний складніше у виконанні, Це самоблокуються диференціали з підвищеним тертям.

В залежності від вимог до прохідності ТЗ, трансмісія обладнується трьома різновидами диференціалів:

• звичайний (симетричний);
• диференціал;
• блокується.

Что такое дифференциал машины

Что это такое

Дифференциал — механизм, позволяющий колёсам ведущей оси вращаться с разными скоростями и одинаковым, подводящимся к ним, крутящим моментом. В трансмиссии с одной ведущей осью дифференциал устанавливается между приводами колёс (межколёсный). В полноприводных авто он может находиться между ведущими осями (межосевой).

Произведение силы тяги на радиус колеса даёт тот крутящий момент, который дифференциал должен передать на колёса. Когда сцепление с дорогой слабое или одно колесо вывешено, крутящий момент и сила тяги на колесе очень малы или отсутствуют, автомобиль не сможет продолжить движение. Это особенность дифференциала с коническими шестернями, получившего широкое распространение. Этот вид дифференциала называют симметричным, так как он поровну распределяет крутящий момент между колёсами.

Это происходит потому, что сателлит работает как равноплечий рычаг и передаёт только равные усилия к шестерням полуоси, а соответственно и к ведущим колёсам. Если одно из колёс имеет малое сцепление с дорожным покрытием, то эффективный крутящий момент на нём небольшой, соответственно симметричный дифференциал подведёт такое же усилие к другому колесу. То есть, если одно колесо буксует, сила тяги на втором равна нулю, что отрицательно сказывается на проходимости.

Коэффициент блокировки (Кб) — соотношение крутящего момента на отстающем колесе к моменту на забегающем колесе. Его величина для симметричного дифференциала всегда равна 1, для дифференциалов повышенного трения от 1 до 5. Чем больше Кб, тем лучше проходимость автомобиля. То есть, при Кб = 3 момент на отстающем колесе будет в три раза больше, чем на буксующем. Но момент на колесе в эту секунду будет возможным от 20 до 70%, в зависимости от возможности блокирующего механизма.

Существует несколько видов дифференциалов.

Дифференциал с полной блокировкой

Принудительная блокировка дифференциала используется в основном на внедорожниках и грузовых машинах, для улучшения проходимости на бездорожье. Включается с помощью клавиши в салоне, по мере необходимости. Очень важно отключить блокировку при выезде на сухой грунт, во избежании поломки полуосей.

Пример — блокировка межосевого дифференциала на ВАЗ-2121. Приводится в действие водителем принудительно. Угловые скорости колёс здесь всегда равны, что противоречит условиям движения автомобиля по кривой, приводит к износу резины и ухудшению управляемости по твёрдому покрытию.

Вискомуфта

Вискомуфта – многодисковая муфта, в которой передаваемый момент возрастает с увеличением разности скоростей ведущего и ведомого валов. Используется в упрощенных системах постоянного полного привода и в качестве блокирующего механизма дифференциалов.

Принцип работы вискомуфты основан на особых свойствах специальной силиконовой жидкости: при повышении температуры ее вязкость не понижается, как, например, у масла, а повышается. Вискомуфта представляет собой цилиндр, заполненный силиконовой жидкостью. Внутри его находится пакет из перфорированных дисков, соединенных через один соответственно с ведущим и ведомым валами.

В полноприводной трансмиссии при нормальных условиях движения валы вращаются примерно с одинаковой скоростью: входной – под действием крутящего момента от основного ведущего моста, а выходной вращают колеса, с которыми он соединен. При буксовании колес основного ведущего моста входной вал вращается быстрее выходного (машина практически стоит), жидкость нагревается от трения о диски, и муфта начинает передавать больший момент на выходной вал.

Торсен

От англ. TORQUE — крутящий момент и «SENSING» — чувствительный, то есть чувствительный к крутящему моменту. Сателлиты расположены в корпусе перпендикулярно его оси, объединены между собой попарно с помощью прямозубого зацепления, а с полуосевыми шестернями связаны червячным зацеплением. В повороте полуосевая шестерня, связанная с отстающим колесом, поворачивает входящий с ней в зацепление сателлит, он, в свою очередь, вращает второй сателлит и шестерню полуоси.

Такой жесткой кинематической связью колёсам автомобиля обеспечивается возможность вращаться с разной скоростью. Силы трения, возникающие в червячном зацеплении от разности моментов на колёсах, осуществляют блокировку дифференциала. Недостаток конструкции – сложность изготовления, сборки агрегата в целом и ремонта.

Квайф

Сателлиты расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса. Причём они крепятся не на осях, а находятся в закрытых с обеих сторон отверстиях корпуса. Правый ряд сателлитов (их может быть от 3 до 5) входит в зацепление с правой шестерней полуоси, левый — с левой. Кроме того, сателлиты из разных рядов зацепляются между собой через один.

Когда одно из колёс начинает отставать, связанная с ним полуосевая шестерня начинает вращаться медленнее корпуса дифференциала и поворачивать входящий с ней в зацепление сателлит. Он передаёт движение связанному с ним сателлиту, а тот в свою очередь, на полуосевую шестерню. Так обеспечиваются разные обороты колёс в повороте.

Подробнее о блокировке дифференциала

Любой межколесный дифференциал имеет существенный недостаток – крутящий момент автоматически подается на колесо, которое вращается сильнее. Из-за этого второе колесо, которое имеет достаточное сцепление с дорогой, теряет тягу. По этой причине такой редуктор не даст возможности самостоятельно выбраться из грязи или сугроба.

Как уже было сказано раньше, проблема решается блокировкой сателлитов. Существует два режима блокировки:

• Полная блокировка осуществляется благодаря тому, что все элементы редуктора имеют жесткую сцепку. Благодаря этому колесо с наилучшим сцеплением с дорогой получает достаточный крутящий момент;
• Частичная блокировка возможна благодаря изменению коэффициента блокировки. Когда автомобиль едет по прямой, этот коэффициент равняется 1. Как только в симметричном дифференциале происходит блокировка сателлитов, этот коэффициент меняется на значение от 3 до 5. В этом случае пробуксовывающее колесо продолжает вращаться, но на него поступает уже меньший крутящий момент.

Вот видео о том, зачем блокируют дифференциал:

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.