Что такое дифференциал: устройство, принцип действия и 3 типа блокировки

Что такое дифференциал и для чего нужны блокировки.

Дифференциал — это механическое устройство, которое передает крутящий момент с одного источника на два независимых потребителя таким образом, что угловые скорости вращения источника и обоих потребителей могут быть разными относительно друг друга. Такая передача момента возможна благодаря применению так называемого планетарного механизма. В автомобилестроении, дифференциал является одной из ключевых деталей трансмиссии. В первую очередь он служит для передачи момента от коробки передач к колёсам ведущего моста.

Почему для этого нужен дифференциал ? В любом повороте, путь колеса оси, двигающегося по короткому (внутреннему) радиусу, меньше, чем путь другого колеса той же оси, которое проходит по длинному (внешнему) радиусу. В результате этого, угловая скорость вращения внутреннего колёса должна быть меньше угловой скорости вращения внешнего колеса. В случае с не ведущим мостом, выполнить это условие достаточно просто, так как оба колеса могут не быть связанными друг с другом и вращаться независимо. Но если мост ведущий, то необходимо передавать крутящий момент одновременно на оба колеса (если передавать момент только на одно колесо, то возможность управления автомобилем по современным понятиям будет очень плохой). При жесткой же связи колёс ведущего моста и передачи момента на единую ось обоих колёс, автомобиль не мог бы нормально поворачивать, так как колеса, имея равную угловую скорость, стремились бы пройти один и тот же путь в повороте. Дифференциал позволяет решить эту проблему: он передаёт крутящий момент на раздельные оси обоих колёс (полуоси) через свой планетарный механизм с любым соотношением угловых скоростей вращения полуосей. В результате этого, автомобиль может нормально двигаться и управляться как на прямом пути, так и в повороте.

Однако, ввиду физики устройства, у планетарного механизма есть очень нехорошее свойство: он стремится передать полученный крутящий момент туда, куда легче. Например, если оба колеса моста имеют одинаковое сцепление с дорогой и усилие, необходимое для раскручивания каждого из колёс одинаковое, дифференциал будет распределять крутящий момент равномерно между колёсами. Но стоит только появится ощутимой разнице в сцеплении колёс с дорогой (например, одно колесо попало на лёд, а другое осталось на асфальте), как дифференциал тут же начнёт перераспределять момент на то колесо, усилие для раскрутки которого наименьшее (то есть на то, которое находится на льду). В результате, колесо, находящееся на асфальте перестанет получать крутящий момент и остановится, а колесо, находящееся на льду примет на себя весь момент и будет вращаться с увеличенной угловой скоростью, причем планетарный механизм будет играть роль редуктора, повышающего скорость вращения этого колеса. Естественно, это явление сильно ухудшает проходимость и управляемость автомобиля. Ведь по логике вещей, в рассмотренной ситуации момент желательно передавать на колесо, расположенное на асфальте, чтобы автомобиль мог продолжить движение.

В полноприводных автомобилях дифференциалом обычно оборудованы два моста, а зачастую дифференциал можно обнаружить еще и между мостами (межосевой дифференциал). Таким образом, мы получаем схему трансмиссии, в которой присутствуют целых три дифференциала: два мостовых и один межосевой. Последний необходим для постоянного движения с полным приводом и передачей момента на все четыре колеса. Ведь в повороте колёса рулевого моста (обычно переднего) имеют совсем другие угловые скорости, нежели чем колёса заднего моста. Межосевой дифференциал призван передавать крутящий момент от коробки передач к обоим ведущим мостам с разным соотношением угловых скоростей. Такая схема с тремя дифференциалами является одной из самых распространённых схем для постоянного полного привода (Full time 4WD).

Однако, это уже тема другого раздела. В данном разделе нас интересует дифференциал и его свойства. Возвращаясь к вышеописанному проблемному свойству планетарного механизма, интересно рассмотреть ситуацию, когда полноприводный автомобиль с межосевым дифференциалом одним из четырёх колёс попал на тот же лёд (или в скользкую яму). Что тогда произойдёт ? Дифференциал моста, колесо которого находится на льду, отдаст весь полученный крутящий момент на это колесо. Межосевой дифференциал, в свою очередь, тоже стремится передать крутящий момент туда, куда легче. Естественно, межосевому дифференциалу легче отдать момент на мост с прокручивающимся на льду колесом, нежели чем на мост, колёса которого имеют хорошее сцепление с дорогой и могут двигать автомобиль. В результате, весь крутящий момент от двигателя и коробки передач пойдёт на раскручивание единственного колеса, находящегося на льду. Остальные три колеса остановятся и не будут получать никакого крутящего момента от дифференциалов. Итог: из четырёх ведущих колёс осталось только одно, которое проскальзывает на льду — полноприводный автомобиль «застрял». Как же заставить дифференциалы передавать крутящий момент на колёса с более хорошим дорожным сцеплением ? Для этого были разработаны различные способы частичной и полной, ручной и автоматической блокировки дифференциалов, которые будут рассмотрены ниже.

Основной целью блокировки дифференциала является передача необходимого крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам). Существуют принципиально разные методы решения данной задачи.

При таком типе блокировки, дифференциал фактически перестаёт выполнять свои функции и превращается в простую муфту, жестко связывающую полуоси (или карданы) между собой и передающую им одинаковый крутящий момент с одинаковой угловой скоростью. Для того, чтобы полностью заблокировать классический дифференциал, достаточно либо заблокировать возможность вращения сателлитов, либо жестко соединить между собой чашку дифференциала с одной из полуосей. Такая блокировка как правило реализована при помощи пневматического, электрического или гидравлического привода, управляемого водителем из салона автомобиля. Применяется как для мостовых, так и для межосевых дифференциалов. На картинке изображена схема блокировки компании ARB для мостового дифференциала, в которой блокируются сателлиты.

Включать подобного рода блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле. Пользоваться ими надо крайне аккуратно, так как усилия мотора вполне достаточно чтобы «сорвать» механизм блокировки или поломать полуось. Применять такие блокировки желательно только на небольших скоростях для передвижения по труднопроходимой местности, так как при их применении в мостах (особенно в рулевых), автомобиль очень сильно теряет в управляемости. Как правило, жесткими блокировками мостовых и межосевых дифференциалов оборудуются полноценные рамные внедорожники, такие как Toyota Land Cruiser, 4Runner (Hilux Surf), Mercedes G-Class и. т. п.

Читайте также:  Что означают цветные полосы на шинах - Автожурнал MyDucato

Limited Slip Differentials — дифференциалы с ограниченным «проскальзыванием» (одной полуоси относительно другой).

В этом случае применяется блокировка одной из полуосей с чашкой дифференциала. Вискомуфта монтируется соосно полуоси таким образом, что один её привод жестко крепится к чашке дифференциала, а другой — к полуоси. При нормальном движении угловые скорости вращения чашки и полуоси одинаковые, либо незначительно отличаются (в повороте). Соответственно, рабочие плоскости вискомуфты имеют такое же небольшое расхождение в угловых скоростях и муфта остаётся разомкнутой. Как только одна из осей начинает получать ощутимо больший момент и более высокую угловую скорость вращения относительно другой, в вискомуфте появляется трение и она начинает блокироваться. Причем, чем больше разница в скоростях, тем сильнее трение внутри вискомуфты и степень её блокировки. По мере увеличения степени блокировки вискомуфты и выравнивания угловых скоростей чашки и полуоси, трение внутри вискомуфты начинает падать, что ведёт к плавному размыканию вискомуфты и отключению блокировки. Данная схема применяется для межосевых дифференциалов, так как её конструкция слишком массивна для установки на мостовой редуктор. (Схема на картинке) Подобный механизм блокировки хорошо подходит для эксплуатации в условиях плохого дорожного покрытия, однако, в условиях настоящего бездорожья его способности далеко не выдающиеся: вискомуфта не справляется с постоянными сменами состояний сцепления мостов с грунтом, запаздывает при включении, перегревается и выходит из строя. Данный тип блокировки межосевого дифференциала можно встретить на «паркетных» внедорожниках: Toyota Rav4, Lexus RX300 и. т. п.

Принцип работы этих блокировок достаточно прост. Вместо классического шестеренчатого планетарного механизма используются кулачковые или зубчатые пары, которые при небольшой разнице в угловых скоростях полуосей имеют возможность взаимно проворачиваться (перескакивать), а при пробуксовке заклиниваются и блокируют полуоси друг с другом. Нетрудно себе представить, что происходит с автомобилем при срабатывании такой блокировки в повороте.

Некоторые экземпляры просто отключают одну из полуосей в момент возникновения небольшой разницы скоростей. Именно поэтому, штатно такими блокировками оборудуются только дифференциалы военной и специальной техники (БТР и. т. п.)

Устройство таких дифференциалов довольно простое и принципиально ни чем не отличается от устройства обычного открытого дифференциала. Между полуосями и чашкой дифференциала добавлены комплекты блоков фрикционных пластин (которые помечены на картинке справа красными точками). Именно поэтому, подобные дифференциалы часто именуют «friction based LSD». Когда дифференциал пытается перераспределить крутящий момент на одну из полуосей и начинает возникать разница в угловых скоростях полуосей и чашки, пластины под действием силы трения сдерживают возникновение этой разницы. Разумеется, когда величина крутящего момента превосходит силу трения пластин, всё вращение передаётся на более легко вращаемую полуось. Такие блокировки работают в сравнительно небольшом диапазоне отношения моментов.

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.

Это одна из самых интересных, эффективных, технологичных и практически применяемых форм блокировки дифференциалов. Принцип работы основан на свойстве гипоидной пары «расклиниваться». В связи с этим, основные (или все) зацепления в таких дифференциалах гипоидные (червячные, или в простонародье — винтовые). Разновидностей конструкций не так уж и много — можно выделить три основных типа.

Первый тип производит компания Zexel Torsen. (T-1) Гипоидными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, гипоидные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте.

Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то гипоидную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента — от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.

Автором второго типа является англичанин Rod Quaife. В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют не прямозубое зацепление, а образуют между собой еще одну гипоидную пару, которая расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки (на второй картинке). Подобное устройство имеет и дифференциал True Trac компании Tractech. Даже у нас в России появилось производство аналогичных дифференциалов под отечественные автомобили УАЗ и. т. д.

А вот компания Zexel Torsen в своём дифференциале T-2 предложила немного другую компоновку по сути, того же устройства (на картинке справа). Благодаря своей необычной конструкции, парные сателлиты соединены между собой со внешней стороны солнечных шестерней. По сравнению с первым типом, эти дифференциалы имеют меньший диапазон работы блокировки, однако они более чувствительны к разнице передаваемого момента и срабатывают раньше (начиная от 1.4/1). Компания Tractech недавно выпустила мостовой torque sensitive дифференциал Electrac, снабженный принудительной электроприводной блокировкой.

Читайте также:  Ваз 2107 замена глушителя - Автожурнал MyDucato

Третий тип производится компанией Zexel Torsen (Т-3) и используется в основном для межосевых дифференциалов. Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Например, используемый на 4Раннере 4-го поколения дифференциал Т-3 имеет номинальное распределение момента 40/60 в пользу задней оси. Соответственно, смещен и весь диапазон работы частичной блокировки: от (front/rear) 53/47 до 29/71.
В целом, смещение номинального распределения момента между осями возможно в диапазоне от 65/35 до 35/65. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30% разнице в передаваемых на оси моментах. Так же, подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.
Вышеописанные torque sensitive дифференциалы очень популярны в автоспорте. Более того, многие производители устанавливают такие дифференциалы на свои модели штатно, как в качестве межосевых, так и межколёсных дифференциалов. Например, Тойота устанавливает такие дифференциалы как на легковые автомобили (Supra, Celica, Rav4, Lexus IS300, RX300 и. т. д), так и на внедорожники (4Runner / Hilux Surf, Land-Cruiser, Mega-Cruiser, Lexus GX470) и автобусы (Coaster Mini-Bus). Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличии от friction-based дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.

Управление работой дифференциалов при помощи электронных систем контроля тормозных усилий (Traction Control и т. п.)

В современном автомобилестроении применяется всё больше и больше электронных систем контроля за движением автомобиля. Уже редко можно встретить автомобили, не оснащенные системой ABS (не дающей колёсам заблокироваться при торможении). Более того, уже с конца 80-х годов прошлого века передовые производители стали комплектовать свои флагманские модели системами контроля тяги и сцепления колёс — Traction Control. Например, Тойота установила систему Traction Control на Lexus LS400 в 1989 (90) году. Принцип работы такой системы прост: универсальные (так же обслуживают ABS) датчики вращения, установленные на контролируемых колёсах, фиксируют начало пробуксовки одного колеса оси относительно другого и система автоматически притормаживает забуксовавшее колесо, тем самым увеличивая на него нагрузку и вынуждая дифференциал отдать момент на колесо с хорошим сцеплением. При сильной пробуксовке, система так же может ограничивать подачу топлива в цилиндры. Работа такой системы очень эффективна, особенно на заднеприводных автомобилях. Как правило, при желании такую систему можно принудительно деактивировать кнопкой на приборной панели.

Дифференциал подробно

Дифференциал – механизм распределения крутящего момента входного вала между двумя выходными полуосями ведущих колес или, на автомобилях повышенной проходимости,для распределения крутящего момента между передней и задней ведущими осями.
Это часть трансмиссии, которая на автомобилях классической и переднеприводной компоновки обычно выполняется в виде единого блока с главной передачей,а на внедорожниках встраивается в раздаточную коробку
Свободный дифференциал всегда делит поступающий на него крутящий момент поровну – не зависимо от того, с равными или с разными скоростями вращаются ведущие колеса (или ведущие оси).

Содержание

Назначение дифференциала

При движении автомобиля по криволинейным участкам дороги – например, в поворотах – колеса ведущей оси катятся по окружностям разной длины. Внешнее (по отношению к центру поворота автомобиля) колесо проходит больший путь, чем внутреннее. Эта разница тем больше, чем круче поворот. Аналогичная проблема возникает и в движении по прямой, если используются ведущие колеса разной размерности и т.п. Если в этих ситуациях колеса соединить жесткой осью,окажется, что одно колесо вращается быстрей, чем нужно для прохождения заданной траектории,а другое медленней. Значит, оба колеса будут пробуксовывать, испытывать повышенные нагрузки, сильней нагреваться и изнашиваться. Увеличится и расход топлива. Наконец, это нарушает курсовую устойчивость автомобиля и ведет к его заносу или сносу – особенно, на скользких дорогах.
Для компенсации разницы проходимого ведущими колесами пути используется особый механизм – дифференциал. Простейший, свободный дифференциал уравнивает крутящие моменты (или тяговые силы) обоих ведущих колес, и если скорости их вращения (или линейного движения) разные, то и мощности на них пропорциональны этой разнице. Колесо, вращающееся быстрей, тратит на это несколько большую мощность, чем то, которое вращается медленней.
Таким образом дифференциал предназначен для обеспечения вращения ведущих колес с разными угловыми скоростями при постоянно передаче крутящего момента на оба колеса ведущей оси. Эта же логика присутствует и в работе межосевого дифференциала.

Устройство и принцип действия

Дифференциал классической конструкции устроен просто. Например, на заднеприводном автомобиле вращение от ведомого вала коробки передач передается через карданный вал на ведущую коническую шестерню главной передачи, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней главной передачи. Ведомая шестерня является одновременно корпусом дифференциала, в котором перпендикулярно оси ведомой шестерни закреплена ось сателлитов – малых конических шестерен. Последние вращаются вместе с корпусом дифференциала относительно оси ведомой шестерней главной передачи. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с коническими шестернями левой и правой полуосей ведущих колес.
При прямолинейном движении автомобиля сателлиты относительно собственной оси не вращаются. Но каждый, подобно равноплечему рычагу, делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи поровну между шестернями полуосей.
Когда автомобиль движется по криволинейной траектории, внутреннее по отношению к центру описываемой автомобилем окружности колесо вращается медленней,наружное быстрей – при этом сателлиты вращаются вокруг своей оси, обегая шестерни полуосей. Но принцип деления момента поровну между колесами – сохраняется. Мощность же, подаваемая на колеса, перераспределяется,- ведь она равна произведению крутящего момента на угловую скорость колеса. Если радиус поворота настолько мал, что внутреннее колесо останавливается, тогда внешнее вращается с вдвое большей скоростью, чем при движении автомобиля по прямолинейной траектории. Итак, дифференциал не меняет крутящий момент, но перераспределяет между колесами мощность. Последняя всегда больше на том колесе, которое вращается быстрее.

Применение дифференциалов

В автомобилях с одной ведущей осью устанавливается один дифференциал, объединенный с главной передачей. В автомобилях с двумя и более ведущими осями дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (например, в трехосном грузовике или автобусе с двумя задними ведущими осями дифференциалы установлены в среднюю и заднюю оси). В автомобилях с подключаемым полным приводом дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (у двухосного полноприводного джипа с подключаемым передним ведущим мостом два дифференциала – по одному в каждой ведущей оси), но эксплуатация этих машин с постоянно подключенной передней осью не рекомендуется по причине повышенного износа главных передач и колес из-за неравномерно распределяемой мощности между осями. В свою очередь в автомобилях повышенной проходимости с постоянно подключенными ведущими осями применяют три дифференциала – по одному в каждой ведущей оси и один межосевой, установленный в раздаточной коробке. Межосевой дифференциал распределяет мощность между ведущими осями в зависимости от длины проходимого колесами оси пути. К примеру, передние колеса могут преодолевать возвышение, задние еще двигаться по прямой – передние колеса описывают более длинный путь, чем задние, соответственно, межосевой дифференциал обеспечивает передачу большей части мощности двигателя на переднюю ось, чем на заднюю. На многоосных транспортных средствах с несколькими ведущими осями применяют межтележечный дифференциал.
Дифференциал не применяется на транспортных средствах с одним ведущим колесом – в частности, на мотоциклах и трициклах с двумя передними управляемыми колесами. Если трицикл построен по схеме с одним передним управляемым колесом и двумя ведущими задними, то на нем применяют автомобильный ведущий мост с дифференциалом. Обычно подобные трициклы строят по индивидуальным заказам на базе популярных тяжелых моделей (пример – кастомные трициклы на базе «Харлей-Дэвидсон»).
На гоночных автомобилях на основе серийных моделей (например, на раллийных или для кольцевых гонок) дифференциал перед гонками блокируют, поскольку повороты такие машины проходят на большой скорости и с заносом. В данном случае склонность автомобиля к заносу из-за отсутствия дифференциала считается преимуществом.

Читайте также:  Toyota Raize 2020 - фото и цена, характеристики новой Тойота Райз

Недостаток дифференциала

Главным недостатком дифференциала классической конструкции является проблема пробуксовки колеса, потерявшего контакт с поверхностью дорожного полотна. Когда одно из ведущих колес вращается в вывешенном состоянии его скорость вдвое больше, чем была бы при этих же оборотах ведомой шестерни дифференциала при нормальном движении по прямой. Зато второе колесо вообще не вращается. Причина проста. Момент сопротивления вращению вывешенного колеса ничтожен, соответственно мал и подводимый к нему крутящий момент. Значит, столь же мал крутящий момент и на противоположном колесе – оно стоит. Если же одно из колес буксует – с повышенными оборотами, но с существенным сопротивлением (например, в грязи, песке и т.п.), то такой же крутящий момент поступает и на другое, не буксующее, колесо. В результате автомобиль может двигаться с небольшой скоростью. При этом на буксующее колесо подается более высокая мощность – она тратится на нагрев шины, дороги и т.д. Эффект пробуксовки снижает проходимость автомобиля со свободным дифференциалом. Для решения этой проблемы автомобили оснащают механизмами блокировки дифференциала – ручной или автоматической – различной конструкции.

Механизмы блокировки дифференциала

    Ручная блокировка дифференциала

    Блокировка дифференциала с электронным управлением

    Автоматическая блокировка с применением фрикционной муфты

* Дифференциал с вязкостной муфтой (вискомуфтой)

Вискомуфта работает подобно фрикционной муфте самоблокирующегося дифференциала, но имеет упрощенную конструкцию. В корпус главной передачи ведущего моста устанавливается вискомуфта, состоящая из двух пакетов перемежающихся перфорированных дисков, вращающихся в вязкой среде на основе силикона. Каждый пакет соединен с левой и правой полуосью. Когда угловая скорость полуосей одинакова, скорость вращения дисков пакета тоже одинакова. Как только один из пакетов, связанный с полуосью, начинает вращаться быстрей другого, вискомуфта начинает притормаживать этот пакет, стремясь выровнять угловые скорости дисков (и, соответственно, полуосей). За счет этого возникает эффект автоматической блокировки свободного колеса.
Этот тип автоматической блокировки имеет ряд недостатков. Во-первых, вискомуфта увеличивает размеры картера ведущего моста. Во-вторых, вискомуфта не отличается высокой эффективностью и не срабатывает при большой разнице угловых скоростей, то есть в условиях тяжелого бездорожья.
К преимуществам вискомуфты относят простоту конструкции. Иногда она применяется вместо дифференциала шестеренчатой конструкции – в паре с конической главной передачей. В большинстве случаев вискомуфта в ведущих мостах не применяется. Ее устанавливают в качестве механизма автоматической блокировки межосевого дифференциала в легковых автомобилях повышенной проходимости (в комфортабельных «паркетниках», не предназначенных для интенсивной эксплуатации в условиях бездорожья).

Другие типы самоблокирующихся дифференциалов

Помимо описанных механизмов автоматической блокировки дифференциала в автомобилях используются и другие типы блокировочных систем.
В военной технике получили распространение зубчатые или кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы.
Существует конструкция гидророторного самоблокирующегося дифференциала, в котором использован принцип фрикционной муфты с гидроприводом. При возникновении разницы в угловых скоростях полуосей, муфта тормозит вращение одной из полуосей под воздействием поршня, сжимающего пакет фрикционных дисков. Поршень перемещается давлением масла, нагнетаемого гидронасосом.
На полноприводные автомобили Honda устанавливают блокировку дифференциала с двумя гидронасосами.
На современных легковых автомобилях повышенной проходимости и гоночных машинах все большее применение находят шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы (осевые и межосевые), в которых использован эффект заклинивания червячной или косозубой передачи при достижении порогового значения разницы мощностей.

Виды блокировок дифференциала

Блокировка дифференциала – это дополнительное конструктивное решение, позволяющее компенсировать его основные недостатки. Если на сухой ровной дороге дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт, то при выезде на пересеченную местность или во время движения по скользкому дорожному покрытию он может вообще лишить автомобиль возможности передвигаться. Чтобы этого не происходило, необходимо ограничить функциональность узла или полностью отключить его на некоторое время. Но методы блокировки дифференциала настолько разнообразны, что нужно рассмотреть основные из них по отдельности.

  1. Главный недостаток дифференциала
  2. Типы блокировки
  3. Виды блокирующих устройств
  4. Кулачковое блокирующее устройство
  5. Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности
  6. Дисковый механизм
  7. Червячный механизм
  8. Вискомуфта
  9. Электронная блокировка
  10. Подведем итог

Главный недостаток дифференциала

Дифференциал служит для распределения крутящего момента, поступающего от главной передачи, между полуосями ведущих колес. Крутящий момент постоянен, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть различным.

Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо движется по большему радиусу и, соответственно, проходит за равный промежуток времени больший путь, чем внутреннее колесо. Чтобы «успеть» это сделать, угловая скорость внешнего колеса на время прохождения поворота должна повышаться.

Из-за смены направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате увеличивается сила сопротивления качению, и внутреннее колесо оказывается под большей нагрузкой, чем внешнее. Оно снижает скорость, дополнительно нагружая свою полуось.

На этом этапе в корпусе дифференциала из-за снижения угловой скорости более нагруженной полуоси внутреннего колеса начинают вращаться сателлиты. Они сообщают больший крутящий момент второй полуоси. Внешнее колесо повышает угловую скорость пропорционально тому, насколько ее снизило внутреннее колесо. Благодаря точному соотношению угловых скоростей машина проходит поворот плавно, без прыжков и пробуксовки.

Тот же принцип распределения крутящего момента действует в ситуации, когда одно из колес буксует в грязи, на льду или попадает на ухаб. Оно получает больший крутящий момент, ослабляя тяговую мощность колеса, находящегося в хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении в процентном соотношении 0% к 100%: автомобиль перестанет двигаться.

Чтобы машина сдвинулась с места, необходимо перераспределить крутящий момент, сообщив большее его значение нагруженному колесу. При работающем дифференциале сделать это невозможно. Поэтому его частично или полностью блокируют.

Типы блокировки

Блокировать работу механизма можно методом прямого соединения его корпуса с нагруженной полуосью или ограничив возможность сателлитов вращаться.

Блокировка имеет следующие виды:

  1. Полная: величина передаваемого крутящего момента достигает 100 %. Детали узла соединяются жестко, лишая его возможности выполнять свои функции.
  2. Частичная: крутящий момент в определенном соотношении распределяется дифференциалом принудительно и за счет ограничения работы его составных частей.

Ручная блокировка дифференциала полноприводного автомобиля

В зависимости от степени участия водителя, блокировка дифференциала может производиться в ручном или автоматическом режиме:

  1. Принудительную блокировку выполняет водитель по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используют кулачковый дифференциал.
  2. Самоблокирующийся дифференциал накладывает ограничения на работу автоматически (автоматическая блокировка). Необходимость блокировки и ее степень определяются разностью крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловых скоростей. Некоторые разновидности таких систем используют датчик блокировки дифференциала.

Виды блокирующих устройств

Устройство блокировки узла зависит от его типа и применяемого механизма. Различный функционал накладывает ограничения и определяет возможность использования в межколесных или межосевых дифференциалах.

Кулачковое блокирующее устройство

Принудительная блокировка ручным способом осуществляется кулачковой муфтой (на рис. выделена желтой окружностью). Муфта выполняет полную блокировку механизма, жестко соединяя его корпус с нагруженной полуосью.

Кулачковый дифференциал приводят в действие следующие виды приводов:

  1. механический;
  2. гидравлический;
  3. пневматический;
  4. электрический.

Они включаются с помощью рычажного механизма или специальной кнопки на приборной панели (для электропривода).

Благодаря универсальности кулачковый дифференциал применяют на межосевых межколесных механизмов.

Самоблокирующийся дифференциал и его разновидности

Устройство самоблокирующегося (автоматического) дифференциала использует принцип повышения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Поэтому его другое название – “дифференциал повышенного трения” или LSD (Limited Slip Differential).

Червячный дифференциал повышенного трения Torsen

Самоблокирующийся дифференциал имеет четыре основные разновидности, зависящие от способа увеличения трения:

  1. дисковый;
  2. червячный;
  3. вискомуфта;
  4. электронная блокировка.
Дисковый механизм

Дифференциал повышенного трения, в котором применяется дисковая муфта, использует принцип автоматической блокировки при изменении угловых скоростей полуосей: чем больше их разность, тем выше степень перераспределения крутящего момента.

Дисковый дифференциал

В LSD этого вида трение создается между пакетами фрикционных дисков. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие – с полуосями.

При равных скоростях вращения ведущих колес фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью. Когда угловая скорость меняется, диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на другую полуось (частичная блокировка) за счет увеличивающейся силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашки).

Степень сжатия в дисковом дифференциале бывает постоянная (осуществляемая пружинами) или переменная (регулируемая гидроприводом).

Червячный механизм

Сателлиты и полуоси, имеющие в качестве привода червячную передачу, нашли широкое применение для создания LSD, который блокируется за счет разности крутящих моментов.

Такая система LSD с червячным приводом называется Torque Sensing (чувствительность к крутящему моменту) или сокращенно – Torsen. Принцип работы червячного механизма предельно прост: повышение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. При этом никаких дополнительных систем или узлов не требуется: червячный узел является изначально самоблокирующимся за счет свойств привода, в котором червячную шестерню не могут приводить в движение другие шестерни.

Червячный привод используют в межколесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.

Вискомуфта

Вискомуфта состоит из набора близко размещенных между собой перфорированных дисков, помещенных в герметичный корпус с силиконовой жидкостью, которые соединены с чашкой и приводным валом.

Вискомуфта

При равенстве угловых скоростей узел работает в обычном режиме. Его блокировка происходит, когда скорость вращения вала увеличивается: диски, расположенные на нем, увеличивают скорость вращения и, перемешивая силикон, приводят к его затвердеванию. Диски чашки принимают и передают крутящий момент на другой вал, усиливая его тяговую мощность.

LSD, функции блокировки в котором выполняет вискомуфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Также вискомуфта может работать в полноприводном автомобиле в качестве дифференциала, полностью выполняя его функционал.

Но у нее есть серьезный недостаток: возможный перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что в современных автомобилях вискомуфта используется крайне редко.

Электронная блокировка

Дифференциал повышенного трения, в котором используется система электронной блокировки, реагирует на изменение угловых скоростей ведущих колес.

Управление дифференциалом производится с помощью программного обеспечения. В случае увеличения скорости вращения одного колеса в тормозной системе создается давление, и его скорость снижается. При этом тяговая мощность становится выше, а крутящий момент передается на другое колесо.

Таким образом,дифференциал не оснащается дополнительными элементами и не блокируется, то есть не является LSD по сути. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей производится под действием тормозной системы, которая программно управляется антипробуксовочной системой.

Подведем итог

Блокировка дифференциала – важная функция, обеспечивающая безопасность движения и улучшающая управляемость автомобиля в критических ситуациях. Возможность автоматически заблокировать буксующее колесо или ось освобождает водителя от дополнительных действий при смене дорожного покрытия.

Что такое дифференциал автомобиля? Его устройство и 3 основных типа по способу блокировки

Дифференциал — это часть трансмиссии автомобиля, которая передает крутящий момент от двигателя и коробки передач к колесам. В основе этого важного автомобильного узла лежит планетарный механизм, благодаря которому скорость вращения разных колес может различаться.

В современном автомобилестроении существует множество технических решений реализации дифференциала. В зависимости от привода автомобиля используют различные типы узлов: для заднеприводных, переднеприводных и дифференциальные устройства для внедорожников. Кроме того этот узел трансмиссии классифицируют по внутреннему устройству (конический, цилиндрический, червячный) и способу блокировки.

Предназначение дифференциала в автомобиле

Основная задача дифференциала — обеспечивать колёсам разную скорость вращения. Такой способ вращательного движения необходим для правильного вхождения машины в повороты, при пробуксовке колес и в другие моменты. Когда машина поворачивает, то разные колёса описывают разные траектории. Если ведущие колеса будут двигаться с одинаковой скоростью, то выполнить поворот на такой машине будет очень сложно. Распределение моментов между приводимыми в движение колёсами происходит при помощи дифференциала.

Во время пробуксовки одного из колёс, обычный планетарный механизм начнёт работать в сторону увеличения крутящего момента. Колесо начинает буксовать ещё сильнее. Колесо, находящееся на твёрдой поверхности, перестанет крутиться. Для решения таких проблем дифференциальные устройства обеспечиваются блокировочными механизмами различных типов: ручными или автоматическими. Блокировка дифференциала значительно повышает проходимость полноприводного автомобиля. Пока хотя бы одно колесо цепляет дорогу, машина двигается.

Классификация дифференциалов

Различают два основных вида дифференциальных механизмов: межколёсный и межосевой. Межколёсный предназначается для различных автомобилей с приводом на два колеса. Межосевой делит крутящий момент на все четыре. В зависимости от модели дифференциала, используются различные конструктивные решения механизма. В переднеприводных машинах этот узел обычно помещают в картере коробки передач. У заднепрводных раздаточные шестерни размещают в корпусе заднего моста.

Полноприводные внедорожники используют для размещения дифференциального механизма чаще всего отдельную раздаточную коробку («Land Cruiser», «Нива»). Некоторые производители используют конструкцию с двумя раздельными дифференциалами (Jeep «Cherokee», UAZ «Hunter»), размещёнными в переднем и заднем мостах.

Устройство и схема работы дифференциала на примере свободного дифференциала

Самым простым устройством на базе планетарного редуктора является свободный дифференциал. Рассмотрим вкратце принцип его действия. Вращение от двигателя передаётся на механизм шестернёй главной передачи. Зубья жёстко передают движение на ведомую шестерню большого размера, находящуюся в корпусе дифференциала.

На ведомой шестерёнке закреплены два конических сателлита с двумя степенями свободы: они вращаются вместе с ведомой шестернёй, и одновременно могут вращаться вдоль своей оси. Когда автомобиль едет прямо, сателлит бежит по большому кругу и передаёт одинаковое вращательное движение на обе полуоси. Как только машина поворачивает, сателлиты совершают вращательные движения вокруг своей оси, и скорость вращения полуосей изменяется. В результате одно из колёс движется медленнее, а другое, описывающее больший поворотный радиус, быстрее.

Зачем необходима блокировка дифференциала?

У свободного дифференциала есть один большой недостаток. В момент пробуксовки одного из колёс, сателлит начинает прокручиваться и передавать весь импульс движения на него. Буксующее колесо крутится с большой скоростью, в то время как стоящее на твёрдой почве второе колесо, бездействует. Особенно опасно, когда такие процессы происходят на большой скорости.

Если на дороге попадается участок с неравномерной обледенелой поверхностью, то машина со свободным дифференциалом может уйти в неуправляемый занос. Для решения этой проблемы используется блокировка дифференциала.

Типы дифференциалов по способу блокировки

Естественным решением предотвращения пробуксовки является временная приостановка одного из компонентов механизма. Существует несколько решений этой задачи: можно временно блокировать одно из колёс, полуось, сам дифференциальный узел или даже двигатель. По способу реализации разделяют блокировки следующих типов: ручная, самоблокирующаяся, электронная.

Дифференциалы с ручной блокировкой

Самым простым вариантом блокирования дифференциального механизма является его ручное отключение. Обычно такая функция реализуется с помощью специального рычага или кнопки в салоне внедорожника. Движением рычага блокируется возможность вращения сателлитов вдоль своей оси, и планетарка становится обычной муфтой. Выполнять подобную операцию следует только во время полной остановки автомобиля с выжатым сцеплением.

Использовать блокировку следует при движении на малых скоростях по сложнопроходимым дорогам. При отключенном дифференциале, автомобиль становится трудноуправляемым и стремится ехать по прямой.

Поэтому ручное управление механизмом раздачи мощности по колёсам требует определённых навыков водительского мастерства. Ручной блокировкой дифференциала оборудуются внедорожники с жёсткой рамой: «Land Cruiser», «Hilux», «Нива» и другие.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Для увеличения проходимости автомобиля и упрощения управлением в трудных условиях были созданы несколько моделей самоблокирующихся дифференциалов. Принцип работы этих узлов основан на возникновении блокировки работы узла при определённых обстоятельствах.

Дифференциалы Speed sensitive

Рассмотрим подробнее дифференциалы Speed sensitive, которые срабатывают, если полуоси начинают вращаться на различных угловых скоростях.

Примером автомобиля, где установлен такой тип дифференциала, может служить Toyota «Rav4» с вискомуфтой. Одна часть этого узла закреплена на чашке дифференциала, другая часть на полуоси. В режиме обычного движения или небольшом расхождении в повороте, рабочие поверхности муфты двигаются независимо и не мешают вращению полуосей. Вращение одной из осей, с заметно большей скоростью, приводит к тому, что вискомуфта срабатывает и начинает тормозить движение.

При падении скорости, сила трения уменьшается, и части узла вновь становятся независимыми. Такой дифференциал вполне подходит для автовладельцев, которые не стремятся покорить все вершины бездорожья. В городском режиме и на грунтовых дорогах машины с такими дифференциалами прекрасно себя зарекомендовали. Но у вискомуфты есть проблемные места — в сложной ситуации она не тянет нагрузками, начинает греться, запаздывает со включением и может прийти в нерабочее состояние.

На спецтехнике устанавливают другой тип самоблокирующихся дифференциальных механизмов — кулачковые пары. Примером реализации служит «ГАЗ-66». Данная конструкция узла позволяет в разы повысить проходимость машины, но чревата опасными ситуациями, когда дифференциал самопроизвольно заклинивает. Схема действия проста, как всё гениальное. Вместо планетарки в механизме применяются зубчатые пары. Они свободно поворачиваются при малейших расхождениях в скоростях колёс, а при значительном расхождении заклинивают.

Интересный вариант конструкторского решения самоблокирующегося дифференциала реализован в Kia «Sportage». Основанный на похожих методах, что и вискомуфта, этот тип использует пластины для торможения нежелательных вращений. Принципиальным отличием или существенным усовершенствованием является использование гидравлической системы для сближения фрикционных пластин.

При возникновении большой разницы в скоростях полуосей срабатывает насос, который нагнетает давление масла в системе фрикционов и заставляет пластины сближаться. Таким образом, скорость вращения пробуксовывающего колеса начинает снижаться, и происходит перераспределение крутящего момента.

Дифференциалы Torque sensitive

Более современным и эффективным можно назвать дифферинциалы Torque sensitive, приходящие в рабочее состояние при снижении скорости вращения на одной из полуосей. Такой узел осуществляет контроль за показателями скоростей вращения и снижает их в автоматическом режиме.

Конструктивно такие дифференциальные устройства представляют собой обычный свободный дифференциал с комплектом подпружиненных фрикционных гасителей скорости, размещённых между полуосями и чашкой дифференциала. Принцип действия основан на свойствах гипоидных передач, которые могут самопроизвольно разблокироваться. Различают три основных конструктивных реализации этого типа дифференциалов.

Первый тип использовался на внедорожнике Toyota «Celica GT-4» и назывался Т-1. Каждая полуось в этом узле имеет свои сателлиты, связанные между собой. Таким образом, как только возникает разница в крутящих моментах сателлитов, червяк синхронизирует их, и колёса будут крутиться с одной и той же скоростью. Диапазон их разницы определяется углом наклона зубчиков межсателлитового вала.

Такой механизм приводит к тому, что колёса либо движутся с одной скоростью (при езде по прямой), либо благодаря синхронизированным сателлитам делают обороты с различными скоростями (при повороте). Никаких пробуксовок не возникает. Модель узла трансмиссии с такими характеристиками стала популярна не только среди внедорожников, её установили на спортивную машину Mazda «RX-7» (1991 г.).

В продолжение серии была выпущена модель T-2, более чувствительная к разнице в скоростях. Как и аналогичный механизм Rod Quaife, эта конструкция отличается наличием более сложной передачи между сателлитами вместо червяка. Эта модель приобрела ещё большую популярность и применима для большого количества машин: BMW «Z3», Audi «A4», «A6», «A8», родстеры Honda «S2000», Volkswagen «Passat» (B6), Mazda «MX-5», внедорожники «Range Rover», Hummer.

Третья разновидность дифференциалов модели Torque sensitive называется Т-3 и используется чаще всего в качестве межосевых узлов. Это более совершенная конструкция позволяет автоматически распределять нагрузку между задней и передней осями в определенном промежутке. Обычно это происходит в диапазоне 65 на 35. Если на пути Lexus «GX 470», оснащенного таким дифференциалом, выступает препятствие, то сила тяги у него будет подаваться на те колёса, которые ещё могут зацепить дорожное покрытие.

Дифференциалы с электронным управлением

Механический способ блокировки дифференциала не стоит рассматривать, как единственную разработку, направленную на улучшение проходимости и повышение контроля за автомобилем. Примером может служить система управления трансмиссией с помощью электроники — Traction Control (TRAC) — схема контролирования за тягой и сцеплением колёс. В основе TRAC лежит простой принцип: отслеживание и коррекция частоты оборотов колёс при помощи специальных датчиков.

Как только колесо начинает буксовать, в это время включается тормоз и крутящий момент уходит на другую полуось. На первый взгляд машина будет вести себя, как будто у неё блокировали дифференциал. На самом деле эта система даже эффективнее механической блокировки, проще в исполнении и надежнее. Кроме того, TRAC не создает помех в работе механизмов любых дифференциалов, а является их удачным дополнением. Именно поэтому современные внедорожники, такие как «Hilux», Lexus, «Prado» оборудованы электронным управлением Traction Control.

Активные дифференциалы

Наиболее популярным и современным решением в области конструирования дифференциального узла стало изобретение активного дифференциала. Идея этого механизма в том, чтобы не тормозить полуоси и колёса, а напротив, разгонять их до большей скорости. С помощью электроники и фрикционных сцеплений колесо, бегущее по внешнему кругу, получает в разы больший момент, чем внутреннее.

Благодаря этому техническому решению прохождение крутых поворотов отличается легкостью и устойчивостью. Это обстоятельство сразу же взяли на вооружение производители спортивных автомобилей. Но до выхода в широкое производство этому типу дифференциалов ещё далеко.

Заключение

Дифференциал за годы своего существования прошёл большой путь эволюционного развития и это не удивительно. Конструкторы автомобилей сделали всё возможное, чтобы этот узел стал надёжным и обеспечивал комфортное и беспрепятственное движение автомобиля. Если задаваться вопросом, с каким дифференциалом выбрать машину, то это наиболее улучшенная модель из разряда Torque sensitive, с дополнением в виде электронного управления Traction Control.

Устройство блокировки дифференциала — принцип работы, типы

Дифференциал, слово знакомое со школьной скамьи. Правда в устройстве автомобиля оно имеет иное определение. Дифференциал (разность, если покопаться в латинском словаре), является сложным механизмом, который распределяет или изменяет крутящий момент среди полуосей приводных колес, тем самым обеспечивая их работу с разной угловой скоростью. Но если к нему добавить устройство блокировки, то можно самому распределить крутящий момент, и скорректировать соотношение угловых скоростей, в зависимости от дорожных обстоятельствах.

Установка блокирующего механизма дает массу преимуществ, но необходимо разобраться, что он из себя представляет, и принцип его работы.

  1. Назначение и устройство дифференциала
  2. Принцип работы блокировки дифференциала
  3. Виды блокировок дифференциала
  4. Самоблокирующийся дифференциал
  5. Плюсы и минусы самоблокирующегося дифференциала

Назначение и устройство дифференциала

Ниже разберем назначение и устройство агрегата. При движении прямо, колеса движутся ровно, прилагая одинаковые усилия, и не отставая друг от друга. На деле это выглядит как колеса вращаются с одинаковыми угловыми скоростями.

Но, когда машина собирается повернуть, оказывается, что радиус пути внешнего колеса и внутреннего отличается значительно и внешнему колесу нужно пройти больше расстояние. А значит, крутящий момент должен распределяться не в одинаковых пропорциях на каждую ось колеса. Благодаря усилиям планетарного механизма — внутренняя шестерня одной полуоси замедляет ход, из-за чего сателлиты начинают прокручиваться вокруг себя, увеличивая тем самым скорость вращения шестерни другой полуоси. Т.е. автомобиль может спокойно и без усилий совершить маневр.

Дифференциал — это и есть элемент трансмиссии. Чтобы полностью понять, принцип его работы, разберемся, как он устроен. Изучают в учебниках, обычно, по схемам конического дифференциала. Хотя, есть более сложные разновидности, но примерный набор составляющих все же един.

Итак, основа — планетарный редуктор. Главные его рабочие элементы — центральные полуосевые шестерни (солнечные) и промежуточные, называемые сателлитами. Все это скрыто в чашке или корпусе агрегата.

От двигателя крутящий момент поступает через коробку передач и главную передачу на полуоси, а точнее на жестко зафиксированные на них солнечные шестерни, через промежуточные (сателлиты). Т.е. чтобы машина начала движение, шестерни полуосей должны довести крутящий момент до ведущих колес.

Видео-урок принципа работы дифференциала

Куда именно установить блокирующийся дифференциал, зависит от привода автомобиля:
• в раздатку, в передний и задний мост для полноприводных;
• в коробку переключения передач для переднеприводных;
• в задний мост для заднеприводных.

Принцип работы блокировки дифференциала

Автомобили, в большинстве своем, перемещаются по дороге прямолинейно либо поворачивает. Но бывает едет по бездорожью или попадает одним колесом в болото или лед, тогда дифференциал сыграет не в пользу автомобиля. Он попросту отправит весь крутящий момент на колесо с меньшим сопротивлением. И сила тяги будет стихать, приводя крутящий момент к абсолютному нулю.

Вот для чего придумали блокировку дифференциала, — ради абсолютного контроля над «ходовой», чтобы проехать там, куда обычный внедорожник даже не посмотрит. Установив блокировку, появиться возможность контролировать и распределять крутящий момент, передаваемый к полуосям и приводным колесам.

Как же возможно, все таки, блокировать дифференциал. Ну для начала, стоит предупредить, если у вас ручная блокировка, то задействовать такой механизм можно исключительно в состоянии покоя автомобиля. Иначе поломанная полуось и «сорванный» дифференциал обеспечены. Принцип сводится к тому, что блокируя дифференциал, мы распределяем крутящий момент поровну между колесами автомобиля — и тем колесом, что стоит хорошо на поверхности и тем, что попало, например, в болото, скользкий участок или висит в воздухе. И то колесо, которое не двигалось, начинает крутится, машина выезжает с проблемной зоны.

Виды блокировок дифференциала

Есть несколько видов блокировки:

  • Полная. Напрямую подсоединить корпус к полуоси, которая получает основную нагрузку и жестко его закрепить. Т.е. передать крутящий момент, как он есть, на колеса.
  • Частичная. Ограничить в планетарном механизме вращение сателлитов. При этом заблокировать дифференциал получиться частично, а значит и крутящий момент перераспределить также частично, но большую его часть перенаправить на колесо со сцеплением.

По способу включения бывают:

  • ручной блокировки;
  • автоматической (самоблокирующей).

Привод ручной блокировки может быть:

  • механический;
  • электрический;
  • гидравлический;
  • пневматический.

Как правило ручная блокировка происходит за счет кулачкового механизма. Он приводит в действие принудительную блокировку дифференциала, с помощью переключателя на приборной панели или рычажного механизма. Т.е. водитель вручную должен активировать блок. Никаких датчиков и напоминаний. Механизм универсален для применения. Водитель, включая специальную муфту, соединяет полуось с корпусом дифференциала, и момент передается на прямую без участия сателлитов.

Если Вы купили автомобиль со значком «полный привод», это еще вовсе не значит, что на нем установлена блокировка дифференциала. К сожалению, не все любители 4Х4 об этом знают. Поэтому внедорожник, повисший в диагональном вывешивание в колее грунтовой дороги, совсем не редкость. В этой ситуации колеса, находящие в воздухе, энергично крутятся, а те, что плотно прижаты к земле, стоят без участия. Почему же так происходит?

Для городских автомобилей, вполне достаточно штатного дифференциала. Если на заснеженной трассе встретился участок со льдом, они передадут большую часть крутящего момента колесу, оставшемуся на твердой поверхности. Но для поездок по сложному бездорожью, или размытой грунтовке, этого мало.

Поэтому изобрели механизмы, которые по ситуации, или по желанию водителя, могут осуществить блокировку, у полноприводных монстров даже на выбор, заднего или переднего дифференциала и блокировку межосевого дифференциала.

Самоблокирующийся дифференциал

Как понятно из названия, решает когда «прийти на помощь», сам. Он имеет разновидности конструкции, разберем его отдельно.

Дифференциал повышенного трения или еще можно услышать — LSD, но все это названия одного механизма. В зависимости от ситуации и необходимости, может работать, как обычный дифференциал, а может жестко себя блокировать, если появиться разность в:

  • угловых скоростей;
  • разность в крутящем моменте.

Вот по этому принципу и различают особенности его конструкции.

1. Дисковый механизм

Разновидностей имеет массу, но принцип работы один — обеспечить блокировку во время плохого сцепления, на льду или яме, одного из колес, по средствам фрикционных дисков. Таких дисков целый пакет, одни крепятся к полуоси, а другие к корпусу дифференциала. Во время обычной поездки диски разжаты и на движение колес не влияют.

1 — корпус; 2,4 — шестерни полуосей; 3,5 — наборы фрикционных дисков; 6 — ось блока сателлитов; 7 — раздвижные полукольца.

При потере сцепления — фрикционные диски полуосей, и дифференциала сжимаются и крутящий момент передается от дифференциала на полуось напрямую, без участия сателлитов. Т.е. крутящий момент в основном перейдет на ту полуось, которая вращается медленнее. А все, благодаря силе трения, происходящей между фрикционными дисками.

Если в машине предусмотрен гидравлический привод, то степень сжатия будет переменной, а если установлен пружинный механизм — регулярная. Применяется как в качестве межколесного дифференциала, в основном в спортивных авто, либо между осями у полноприводных внедорожников.

Видео-урок по принципу работы блокировки дифференциала

2. Вязкостная муфта (вискомуфта)

Используется крайне редко, из-за своих ощутимых недостатков:

  • несовместимость с некоторыми ABS;
  • частые случаи перегрева.

Т.к. вискомуфта имеет внушительные размеры, то и применяется лишь между осями. Правда, случаются прецеденты, установки ее место дифференциала при полном автоматическом приводе. Название она свое получила из-за особенности работы.

Набор перфорированных дисков, помещен в супер вязкую жидкость (силикон), и запечатан в герметичный контейнер. Так же как и в случае с дисковым дифференциалом, пакет дисков поделен на две части, одни на ведущем вале, другие на ведомом. Если ведущий вал набирает обороты, прикрепленные к нему диски, также ускоряются. При этом они взбивают силикон, который затвердевает и блокируется с дисками ведомого, происходит блокировка дифференциал. Когда скорость вращения стабилизируется — жидкость вернется к исходному состоянию.

3. Червячный (винтовой) механизм

Имеет свойство частично блокировать дифференциал в зависимости от величины крутящего момента. Внутри механизма, вместо привычных сателлитов, располагается червячная передача, замысловатой конструкции. Придумали её еще в 1958 году, а актуальна она и по сей день. Самые популярные Torsen T-1, Torsen T-2 и Quaife.

Особенность данного типа блокировки в том, что процесс переноса крутящего момента возможен лишь от ведущей шестерни (самого червяка) к ведомой (полуосевой), из-за больших сил трения. Как это работает? В разных конструкциях T-1 или T-2, особенности построения червячного механизма, отличаются только расположением сателлитов. В Т-1 поперечно корпусу, а в Т-2 — продольно. Конструкция Torsen обоих поколений настолько чувствительна, что колесо, попавшее на лёд, не успевает физически пробуксовать. Широкое применение они нашли как в межосевых так и в межколесных дифференциалах.

4. Электронная блокировка

По сути, данный вид не является дополнительным конструктивным элементом дифференциала и не блокирует его. Всю работу на себя берет тормозная система, под управлением антипробуксовочной системы и запускается по средствам датчика. Реагирует электронная блокировка на изменение в угловой скорости ведущей оси.

Принцип действия основывается на управлении дифференциалом по средствам программного обеспечения. Если колесо теряет сцепление, возникает в тормозной системе давление, и оно замедляется, увеличивая тем самым тяговую мощность. Крутящий момент, в этом случае, перераспределяется на другое колесо.

Плюсы и минусы самоблокирующегося дифференциала

Как и, любое устройство, самоблок имеет свои преимущества и недостатки.

Плюсы:

  • повышение проходимость и управляемости автомобиля;
  • автоматизация всего процесса;
  • улучшение динамики при разгоне;
  • устранение, хоть и частичное, пробуксовки одного из колес.

Минусы:

  • главный недостаток в том, что часто механизм включает блокировку тогда когда это не нужно, что может ухудшить управляемость авто.

Подводя итог, нужно подчеркнуть важность блокировки дифференциала. В сложных дорожных ситуациях она просто необходима для обеспечения высокого уровня безопасности и управляемости. И жизненно важна, для прохождения сложных трасс, горных местностей, размытого бездорожья. А способность самоблокирующегося дифференциала к полной автоматизации всех процессов еще и поднимает уровень комфорта автовладельца.

Что такое дифференциал автомобиля? Его устройство и 3 основных типа по способу блокировки

Дифференциал — это часть трансмиссии автомобиля, которая передает крутящий момент от двигателя и коробки передач к колесам. В основе этого важного автомобильного узла лежит планетарный механизм, благодаря которому скорость вращения разных колес может различаться.

В современном автомобилестроении существует множество технических решений реализации дифференциала. В зависимости от привода автомобиля используют различные типы узлов: для заднеприводных, переднеприводных и дифференциальные устройства для внедорожников. Кроме того этот узел трансмиссии классифицируют по внутреннему устройству (конический, цилиндрический, червячный) и способу блокировки.

Дополнительно рекомендуем прочитать статью нашего специалиста, в которой подробно рассказывается о том, что такое трансмиссия.

Также советуем изучить материал нашего эксперта, посвящённый тому, что такое главная передача и каково её устройство.

Предназначение дифференциала в автомобиле

Основная задача дифференциала — обеспечивать колёсам разную скорость вращения. Такой способ вращательного движения необходим для правильного вхождения машины в повороты, при пробуксовке колес и в другие моменты. Когда машина поворачивает, то разные колёса описывают разные траектории. Если ведущие колеса будут двигаться с одинаковой скоростью, то выполнить поворот на такой машине будет очень сложно. Распределение моментов между приводимыми в движение колёсами происходит при помощи дифференциала.

Во время пробуксовки одного из колёс, обычный планетарный механизм начнёт работать в сторону увеличения крутящего момента. Колесо начинает буксовать ещё сильнее. Колесо, находящееся на твёрдой поверхности, перестанет крутиться. Для решения таких проблем дифференциальные устройства обеспечиваются блокировочными механизмами различных типов: ручными или автоматическими. Блокировка дифференциала значительно повышает проходимость полноприводного автомобиля. Пока хотя бы одно колесо цепляет дорогу, машина двигается.

Классификация дифференциалов

Различают два основных вида дифференциальных механизмов: межколёсный и межосевой. Межколёсный предназначается для различных автомобилей с приводом на два колеса. Межосевой делит крутящий момент на все четыре. В зависимости от модели дифференциала, используются различные конструктивные решения механизма. В переднеприводных машинах этот узел обычно помещают в картере коробки передач. У заднепрводных раздаточные шестерни размещают в корпусе заднего моста.

Устройство и схема работы дифференциала на примере свободного дифференциала

Самым простым устройством на базе планетарного редуктора является свободный дифференциал. Рассмотрим вкратце принцип его действия. Вращение от двигателя передаётся на механизм шестернёй главной передачи. Зубья жёстко передают движение на ведомую шестерню большого размера, находящуюся в корпусе дифференциала.

На ведомой шестерёнке закреплены два конических сателлита с двумя степенями свободы: они вращаются вместе с ведомой шестернёй, и одновременно могут вращаться вдоль своей оси. Когда автомобиль едет прямо, сателлит бежит по большому кругу и передаёт одинаковое вращательное движение на обе полуоси. Как только машина поворачивает, сателлиты совершают вращательные движения вокруг своей оси, и скорость вращения полуосей изменяется. В результате одно из колёс движется медленнее, а другое, описывающее больший поворотный радиус, быстрее.

Зачем необходима блокировка дифференциала?

У свободного дифференциала есть один большой недостаток. В момент пробуксовки одного из колёс, сателлит начинает прокручиваться и передавать весь импульс движения на него. Буксующее колесо крутится с большой скоростью, в то время как стоящее на твёрдой почве второе колесо, бездействует. Особенно опасно, когда такие процессы происходят на большой скорости.

Типы дифференциалов по способу блокировки

Естественным решением предотвращения пробуксовки является временная приостановка одного из компонентов механизма. Существует несколько решений этой задачи: можно временно блокировать одно из колёс, полуось, сам дифференциальный узел или даже двигатель. По способу реализации разделяют блокировки следующих типов: ручная, самоблокирующаяся, электронная.

Дифференциалы с ручной блокировкой

Самым простым вариантом блокирования дифференциального механизма является его ручное отключение. Обычно такая функция реализуется с помощью специального рычага или кнопки в салоне внедорожника. Движением рычага блокируется возможность вращения сателлитов вдоль своей оси, и планетарка становится обычной муфтой. Выполнять подобную операцию следует только во время полной остановки автомобиля с выжатым сцеплением.

Поэтому ручное управление механизмом раздачи мощности по колёсам требует определённых навыков водительского мастерства. Ручной блокировкой дифференциала оборудуются внедорожники с жёсткой рамой: «Land Cruiser», «Hilux», «Нива» и другие.

Самоблокирующиеся дифференциалы

Для увеличения проходимости автомобиля и упрощения управлением в трудных условиях были созданы несколько моделей самоблокирующихся дифференциалов. Принцип работы этих узлов основан на возникновении блокировки работы узла при определённых обстоятельствах.

Дифференциалы Speed sensitive

Рассмотрим подробнее дифференциалы Speed sensitive, которые срабатывают, если полуоси начинают вращаться на различных угловых скоростях.

Примером автомобиля, где установлен такой тип дифференциала, может служить Toyota «Rav4» с вискомуфтой. Одна часть этого узла закреплена на чашке дифференциала, другая часть на полуоси. В режиме обычного движения или небольшом расхождении в повороте, рабочие поверхности муфты двигаются независимо и не мешают вращению полуосей. Вращение одной из осей, с заметно большей скоростью, приводит к тому, что вискомуфта срабатывает и начинает тормозить движение.

При падении скорости, сила трения уменьшается, и части узла вновь становятся независимыми. Такой дифференциал вполне подходит для автовладельцев, которые не стремятся покорить все вершины бездорожья. В городском режиме и на грунтовых дорогах машины с такими дифференциалами прекрасно себя зарекомендовали. Но у вискомуфты есть проблемные места — в сложной ситуации она не тянет нагрузками, начинает греться, запаздывает со включением и может прийти в нерабочее состояние.

На спецтехнике устанавливают другой тип самоблокирующихся дифференциальных механизмов — кулачковые пары. Примером реализации служит «ГАЗ-66». Данная конструкция узла позволяет в разы повысить проходимость машины, но чревата опасными ситуациями, когда дифференциал самопроизвольно заклинивает. Схема действия проста, как всё гениальное. Вместо планетарки в механизме применяются зубчатые пары. Они свободно поворачиваются при малейших расхождениях в скоростях колёс, а при значительном расхождении заклинивают.

Интересный вариант конструкторского решения самоблокирующегося дифференциала реализован в Kia «Sportage». Основанный на похожих методах, что и вискомуфта, этот тип использует пластины для торможения нежелательных вращений. Принципиальным отличием или существенным усовершенствованием является использование гидравлической системы для сближения фрикционных пластин.

Дифференциалы Torque sensitive

Более современным и эффективным можно назвать дифферинциалы Torque sensitive, приходящие в рабочее состояние при снижении скорости вращения на одной из полуосей. Такой узел осуществляет контроль за показателями скоростей вращения и снижает их в автоматическом режиме.

Конструктивно такие дифференциальные устройства представляют собой обычный свободный дифференциал с комплектом подпружиненных фрикционных гасителей скорости, размещённых между полуосями и чашкой дифференциала. Принцип действия основан на свойствах гипоидных передач, которые могут самопроизвольно разблокироваться. Различают три основных конструктивных реализации этого типа дифференциалов.

Первый тип использовался на внедорожнике Toyota «Celica GT-4» и назывался Т-1. Каждая полуось в этом узле имеет свои сателлиты, связанные между собой. Таким образом, как только возникает разница в крутящих моментах сателлитов, червяк синхронизирует их, и колёса будут крутиться с одной и той же скоростью. Диапазон их разницы определяется углом наклона зубчиков межсателлитового вала.

Такой механизм приводит к тому, что колёса либо движутся с одной скоростью (при езде по прямой), либо благодаря синхронизированным сателлитам делают обороты с различными скоростями (при повороте). Никаких пробуксовок не возникает. Модель узла трансмиссии с такими характеристиками стала популярна не только среди внедорожников, её установили на спортивную машину Mazda «RX-7» (1991 г.).

В продолжение серии была выпущена модель T-2, более чувствительная к разнице в скоростях. Как и аналогичный механизм Rod Quaife, эта конструкция отличается наличием более сложной передачи между сателлитами вместо червяка. Эта модель приобрела ещё большую популярность и применима для большого количества машин: BMW «Z3», Audi «A4», «A6», «A8», родстеры Honda «S2000», Volkswagen «Passat» (B6), Mazda «MX-5», внедорожники «Range Rover», Hummer.

Третья разновидность дифференциалов модели Torque sensitive называется Т-3 и используется чаще всего в качестве межосевых узлов. Это более совершенная конструкция позволяет автоматически распределять нагрузку между задней и передней осями в определенном промежутке. Обычно это происходит в диапазоне 65 на 35. Если на пути Lexus «GX 470», оснащенного таким дифференциалом, выступает препятствие, то сила тяги у него будет подаваться на те колёса, которые ещё могут зацепить дорожное покрытие.

Дифференциалы с электронным управлением

Механический способ блокировки дифференциала не стоит рассматривать, как единственную разработку, направленную на улучшение проходимости и повышение контроля за автомобилем. Примером может служить система управления трансмиссией с помощью электроники — Traction Control (TRAC) — схема контролирования за тягой и сцеплением колёс. В основе TRAC лежит простой принцип: отслеживание и коррекция частоты оборотов колёс при помощи специальных датчиков.

Как только колесо начинает буксовать, в это время включается тормоз и крутящий момент уходит на другую полуось. На первый взгляд машина будет вести себя, как будто у неё блокировали дифференциал. На самом деле эта система даже эффективнее механической блокировки, проще в исполнении и надежнее. Кроме того, TRAC не создает помех в работе механизмов любых дифференциалов, а является их удачным дополнением. Именно поэтому современные внедорожники, такие как «Hilux», Lexus, «Prado» оборудованы электронным управлением Traction Control.

Активные дифференциалы

Наиболее популярным и современным решением в области конструирования дифференциального узла стало изобретение активного дифференциала. Идея этого механизма в том, чтобы не тормозить полуоси и колёса, а напротив, разгонять их до большей скорости. С помощью электроники и фрикционных сцеплений колесо, бегущее по внешнему кругу, получает в разы больший момент, чем внутреннее.

Благодаря этому техническому решению прохождение крутых поворотов отличается легкостью и устойчивостью. Это обстоятельство сразу же взяли на вооружение производители спортивных автомобилей. Но до выхода в широкое производство этому типу дифференциалов ещё далеко.

Заключение

Дифференциал за годы своего существования прошёл большой путь эволюционного развития и это не удивительно. Конструкторы автомобилей сделали всё возможное, чтобы этот узел стал надёжным и обеспечивал комфортное и беспрепятственное движение автомобиля. Если задаваться вопросом, с каким дифференциалом выбрать машину, то это наиболее улучшенная модель из разряда Torque sensitive, с дополнением в виде электронного управления Traction Control.

Дифференциал. Назначение и основные типы

Видео: Как работает дифференциал? Как работает дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (ДПВС)? Типы дифференциалов. Как устроен дифференциал? Дифференциал автоматический Нестерова (ДАН)

Назначение дифференциала

Дифференциал служит для распределения подводимого к нему вращающего момента между выходными валами и обеспечивает возможность их вращения с неодинаковыми угловыми скоростями.

При движении колесного ТС на повороте внутреннее колесо каждой оси проходит меньшее расстояние, чем ее наружное колесо, а колеса одной оси проходят разные пути по сравнению с колесами других осей.

Неодинаковые пути проходят колеса ТС при движении по неровностям на прямолинейных участках и на повороте, а также в случае прямолинейного движения по ровной дороге при разных радиусах качения колес, например при неодинаковом давлении воздуха в шинах и износе шин или неравномерном распределении груза на ТС.

Если бы все колеса вращались с одинаковой скоростью, это неизбежно приводило бы к их проскальзыванию и пробуксовыванию относительно опорной поверхности, следствием чего явились бы повышенный износ шин, увеличение нагрузок в механизмах трансмиссии, затраты мощности двигателя на работу скольжения и буксования, повышение расхода топлива, а также трудность поворота транспортной машины. Таким образом, колеса ТС должны иметь возможность вращаться с неодинаковыми угловыми скоростями относительно друг друга. У неведущих колес это обеспечивается тем, что они установлены свободно на своих осях и каждое из них вращается независимо друг от друга. У ведущих колес это обеспечивается установкой в их приводе дифференциалов.

Основные типы дифференциалов

По месту расположения дифференциалы подразделяют на:

  • межколесные (распределяющие вращающий момент между ведущими колесами одной оси)
  • межосевые (распределяющие момент между главными передачами двух ведущих мостов)
  • центральные (распределяющие момент между группой ведущих мостов)

По соотношению вращающих моментов на ведомых валах дифференциалы могут быть:

  • симметричными (моменты на ведомых валах всегда равны между собой)
  • несимметричные (отношение моментов на ведомых валах не равно единице)

Различают также дифференциалы:

  • неблокируемые
  • блокируемые принудительно
  • самоблокирующиеся

По конструкции дифференциалы подразделяют на:

  • конические
  • цилиндрические
  • кулачковые
  • червячные

В некоторых случаях вместо дифференциалов устанавливают механизмы типа муфт свободного хода.

В настоящее время на колесных ТС наиболее широкое распространение получили конические симметричные неблокируемые дифференциалы.

Видео: Как работает дифференциал?

Схемы дифференциалов

Рис. Схемы простых дифференциалов с постоянным соотношением моментов на ведомых валах: а — симметричного конического; б — симметричного цилиндрического; в — несимметричного цилиндрического; г — несимметричного конического; 1, 8 — левая и правая полуоси дифференциала; 2, 6 — левая и правая полуосевые шестерни; 3 — сателлит; 4 — корпус дифференциала; 5 — ведомое колесо главной передачи; 7 — ось вращения сателлитов; 9 — солнечная шестерня; 10 — эпициклическая шестерня

Рис. Межколесный симметричный конический дифференциал: 1, 8 — чашки дифференциала; 2, 7 — опорные шайбы полу осевых зубчатых колес; 3, 6 — полу осевые зубчатые колеса; 4 — опорная шайба сателлита; 5 — сателлиты; 9 — крестовина

Рис. Схемы несимметричных дифференциалов: а — конический; б — цилиндрический

Рис. Кулачковый дифференциал автомобиля ГАЗ-66-11 (а) и схема его работы (б): 1 — внутренняя звездочка; 2 — сепаратор; 3 — наружная звездочка; 4 — чашка дифференциала; 5 — сухарь

Рис. Блокируемый межколесный дифференциал: 1 — муфта; 2 — зубчатый венец

Рис. Межосевой дифференциал автомобиля КамАЗ-5320: 1 — ведущий вал; 2 — уплотнительная манжета; 3 — картер дифференциала; 4, 7 — опорные шайбы; 5, 17 — чашки дифференциала; 6 — сателлит: 8 — датчик блокировки; 9 — пробка заливного отверстия; 10 — пневматическая камера блокировки; 11 — вилка; 12 — стопорное кольцо; 13 — зубчатая муфта; 14 — муфта блокировки; 15 — сливная пробка; 16 — зубчатое колесо привода среднего моста; 18 — крестовина; 19 — зубчатое колесо привода заднего моста; 20 — болт крепления чашек; 21 — подшипник; 22 — крышка подшипника

Рис. Работа межколесного дифференциала: а — общая схема; б — при движении прямо; в — при повороте; 1 — корпус дифференциала; 2, 5 — полуосевые зубчатые колеса; 3 — крестовина: 4, 6 — сателлиты; 7 — ведущее зубчатое колесо главной передачи; 8, 9 — полуоси; 10 — ведомое зубчатое колесо главной передачи

Рис. Межосевой дифференциал Torsen: 1, 3 — правая и левая полуосевые шестерни; 2 — корпус дифференциала; 4 — сателлит, связанный с правой полуосевой шестерней; 5, 7 — выходные валы дифференциала; 6 — сателлит, связанный с левой полуосевой шестерней

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: