О чем речь? Принцип работы дифференциала аналогичен планетарной передаче, разновидностью которой это устройство и является. Состоит из нескольких шестерней, которые приводятся в движение главной передачей, соединенной с двигателем.
На что обратить внимание? Виды дифференциалов различаются по количеству зубьев в шестернях и по типу зубчатой передачи. Однако у всех проявляется один недостаток – ненагруженное колесо начинает вращаться быстрее, чем нагруженное. Для устранения этого применяются блокировки.
В этой статье:
Устройство и принцип работы дифференциала в автомобиле
За счет дифференциала колеса машины могут вращаться с разными скоростями, что необходимо при повороте. Разберемся в устройстве и принципе работы дифференциала. Это специальный механизм, который обеспечивает передачу крутящего момента от коробки передач на колеса передней или задней оси. При этом соотношение скорости вращения может меняться от 50 на 50 до 100 на 0. То есть этот узел разделяет мощность мотора на два потока, идущие к правому и левому колесам, при этом частотою вращения вала в каждом из них может быть как одинаковой, так и различной.
Дифференциал позволяет обеспечить вращение колес одной оси с различной скоростью при непрерывной передаче мощности двигателя на трансмиссию. За счет этого, в частности, автомобиль способен проходить повороты, в которых путь колеса на внешней окружности виража больше. Это проще представить, если нарисовать две окружности с одинаковым центром, но с разным радиусом. При одинаковом градусе поворота (например, 90) длина границы внешнего круга будет больше, чем внутреннего.
Если колеса одной оси будут все время вращаться с неизменной частотой, то в повороте внутренне колесо натянет пробуксовывать. Для ТС с задним приводом это резко повысит опасность заноса, а на переднеприводных авто значительно ухудшаются показатели управляемости.
Проблема обеспечения различной скорости вращения колес на одной оси была оной из ключевых еще с момента появления первых автомобилей, и по прошествии лет она была успешно решена инженерами.
Принцип работы дифференциала автомобиля аналогичен планетарной передаче. В него, как правило, входят четыре шестерни, которые приводятся в движение пятой – ведомой шестерней главной передачи, единой с корпусом дифференциала, выполняющим функцию водила. Основная передача включает в себя две шестерни, из которых одна вращается непосредственно от КПП и передает вращение ведомой. Ведомая шестерня главной передачи сообщает вращение на шестерни-сателлиты, которые соединены с солнечными шестернями. Последние жестко сидят на приводных полуосях колес.
При перемещении автомобиля по прямолинейной траектории шестерни-сателлиты остаются в статичном положении, а шестерни главной передачи и солнечные вращаются с одинаковыми скоростями. Когда автомобиль начинает поворотный маневр, шестерни-сателлиты вращаются, изменяя скорость движения солнечных шестерней. В результате скорости правого и левого колес отличаются.
Устройство и принцип работы дифференциала в автомобиле
Виды дифференциалов
Дифференциал применяется для сообщения вращения от коробки переключения передач на ведущие мосты и колеса.
На легковых и грузовых авто с одним ведущим мостом используется межколесный дифференциал, то есть колеса одной оси с разной скоростью вращаются. Иной принцип работы имеет межосевой дифференциал, который обеспечивает разность частоты вращения между разными мостами. Такая конструкция применяется только на полноприводных ТС.
В зависимости от используемого типа зубчатой передачи дифференциал может быть трех видов:
- конический;
- цилиндрический;
- червячный.
В зависимости от числа зубьев полуоси различают:
- симметричный дифференциал;
- несимметричный дифференциал.
Несимметричный дифференциал с цилиндрической передачей способен пропорционально раздавать крутящий момент от КПП, из-за чего такой механизм используется на ТС с полным приводом.
На авто одним ведущим мостом (как задним, так и передним) применяется конический симметричный механизм.
Работа дифференциала в различных режимах
При движении по прямой траектории
Во время прямолинейного движения по ровной дороге оказывается одинаковая нагрузка на колеса одной оси, соответственно и их угловые скорости не отличаются. Расположенные в дифференциале шестерни сообщают крутящий момент на полуоси от ведомой шестерни при помощи неподвижной зубчатой передачи.
При вираже
При похождении виража нагрузка на колеса одной оси распределяется иначе, чем на прямой.
Колесо, которое обращено к центру окружности поворота, испытывает повышенное сопротивление, что требует снижения скорости его вращения.
Внешнее колесо должно крутиться быстрее, поскольку ему надо пройти больший путь, иначе оно будет буксовать.
При разной угловой скорости внутреннего и внешнего колеса при маневре начинают вращаться сателлиты, за счет чего увеличивается скорость внешних колес. Крутящий момент в это время все тот же.
Работа дифференциала в различных режимах
В случае пробуксовки
Если автомобиль движется по гололеду либо бездорожью, то колеса на одной оси также могут вращаться с разной частотой, например, одно колесо может увязнуть в грязи и от возросшего трения остановиться, хотя именно ему требуется наибольшее усилие. Весь крутящий момент при этом падает на свободное колесо. В результате управляемость значительно ухудшается, ТС останавливается.
Для борьбы с этим явлением используется блокировка дифференциала с разными принципами работы – автоматическая и ручная. Еще одним решением, позволяющим справиться с ситуацией, является установка системы курсовой устойчивости.
Недостатки дифференциала в автомобиле
Основным минусом традиционного дифференциала является пробуксовка колеса, которое не касается земли. В этом случае частота его вращения в два раза выше, чем скорость ведомой шестерни дифференциала при езде по ровной прямой. Это объясняется минимальным сопротивлением на вывешенном колесе, в результате чего на него передается минимум крутящего момента. Противоположное колесо при этом не крутится, на него тоже поступает незначительный крутящий момент.
Если машина застряла и буксует одним колесом, то оно испытывает сильное сопротивление, работая на повышенных оборотах. На оба колеса при этом передается минимальный крутящий момент, хотя второе не буксует. Автомобиль не теряет способности к движению, но скорость будем маленькой. В результате после застревания одного колеса в грязи, снегу и т. п. на него подается большая мощность при пробуксовке, которая фактически расходуется на нагрев шин.
Таким образом, в подобной ситуации принцип работы дифференциала приводит к тому, что проходимость в целом снижается. Для борьбы с данным эффектом инженеры придумали самоблокирующийся либо блокируемый вручную дифференциал.
Недостатки дифференциала в автомобиле
Блокировки дифференциала
Суть работы блокирующегося дифференциала в том, что он не позволяет сообщать повышенный крутящий момент на свободное, не застрявшее колесо, что исключает пробуксовку. Такой механизм может активироваться как вручную, так и без участия водителя (автоматическая блокировка дифференциала). Принцип работы самоблокирующегося дифференциала может основываться и на использовании вязкостной муфты или червячного узла типа торсен.
Механизм ручной блокировки дифференциала применяется на полноприводных ТС. В нем используется муфта, через которую полуоси колеса сопрягаются с корпусом дифференциала. Муфта активируется при помощи гидравлического, пневматического либо электрического привода. Водитель нажимает для этого специальную кнопку на приборной панели либо рычаг, после чего правое и левое колеса на оси начинают вращаться с совершенно одинаковой скоростью. Если одна полуось застревает, то скорость вращения второй снижается на ту же величину.
Вместе с тем после преодоления участка бездорожья необходимо дезактивировать систему блокировки дифференциала, иначе прохождение каждого поворота по ровному покрытию будет создавать избыточную нагрузку на внутреннее колесо. Трансмиссия станет изнашиваться значительно сильнее.
Вязкостные муфты находятся с двух сторон редуктора и соединены с обоими колесами ведущей оси. Их конструкция включает в себя два пакета дисков, из которых первый сопряжен с корпусом дифференциала, а второй – с фланцем приводного вала. Корпус муфты заливается силиконовым составом. Если оба колеса оси вращаются с одинаковой частотой, то силикон не перемешивается. Если же частота вращения колеса с меньшим внешним сопротивлением растет, что вызывает нагрев силикона и его переход в вязкое состояние, то в результате муфта блокируется, пока частота не выровняется.
Подобный механизм часто используется на межосевых дифференциалах полноприводных ТС, в частности на «Субару-Имперза» GG/G11. Тем не менее для систематической езды вне дороги он не подходит, поскольку силикон при постоянном нагреве и остывании теряет свои свойства. Для экстремальных условий эксплуатации требуются иные устройства.
Принцип работы дифференциала червячного типа иной. В нем к шестерням-сателлитам также ставятся пара червячных шестерен. В результате сателлит начинает крутиться от ведомой шестерни, но не сообщает крутящий момент на полуось. Когда правое и левое колеса вращаются со значительной разницей в скорости, червячный механизм останавливается, происходит блокировка дифференциала.
Блокировки дифференциала
Среди механизмов данного вида наиболее широко распространены дифференциалы типа торсен. На нем все шестерни имеют червячную передачу, сателлиты размещены параллельно корпусу дифференциала. Это касается современных моделей. Ранее червячным механизмом оснащались только сателлиты, расположенные под прямым углом к осям. Подобная конструкция отличается повышенной производительностью.
Дифференциалы червячного типа раньше использовались большинством производителей легковых авто, хотя, например, «Ауди» отказались от торсенов в 2016 году. Сегодня такой механизм встречается преимущественно на полноприводных внедорожниках для разделения крутящего момента как между полуосями, так и между мостами.
Современный электронный блок управления определяет колебания скорости вращения каждого из колес, повышает тормозное усилие с магистрали с соответствующей стороны, что приводит к передаче дифференциалом повышенного усилия на колесо, которое в этом нуждается.
Такие устройства, имитирующие работу блокировочного механизма, используются практически на всех современных моделях авто, имеющих вспомогательные электронные системы управления.
Часто задаваемые вопросы о принципе работы дифференциала
В каком году был разработан дифференциал для трансмиссии автомобиля?
Данный механизм был придуман в 1928 голу Оливером Пеккером, однако первоначально он использовался для паровых повозок. Автомобильные инженеры адаптировали работу устройства для ТС с двигателем внутреннего сгорания. Конструкция включала в себя несколько валов и шестерней, позволяющих сообщать крутящий момент от мотора на ведущие колеса.
В каких случаях нужно использовать блокировку?
Принцип работы блокировки дифференциала заднего или переднего моста таков, что польза от нее может быть получена только при езде по бездорожью. Если ТС эксплуатируется на качественном дорожном покрытии в городских условиях, то этот функционал оказывается не востребован. При этом оснащение трансмиссии самоблокирующимся дифференциалом значительно усложняет ее конструкцию и повышает стоимость авто, создавая трудности при обслуживании и ремонте.
Какие преимущества имеет использование самоблокирующегося дифференциала?
Автоматический червячный дифференциал с блокировкой позволяет успешно преодолевать препятствие при наезде одним колесом на скользкие покрытия. Это трудно сделать на авто со свободным дифференциалом.
Сегодня применяются разные дифференциалы, например такие, принцип работы которых основан на повышенном трении. За счет такого устройства значительно улучшается управляемость и снижается износ трансмиссии. Блокировка этого узла требуется только при езде по пересеченной местности, то есть используется ситуативно и в течение ограниченного периода времени. Если же скорость превышает 100 км/ч, то движение без дифференциала может создать реальную опасность аварии. Обслуживанию и своевременному ремонту данного механизма водитель должен уделять самое пристальное внимание.
