Дифференциал (на английском differential) — это механизм в системе привода автомобиля, который отвечает за вращение колес одной оси с разными скоростями, что необходимо при прохождении поворотов.
фотогалерея:
Зачем нужен дифференциал
Дифференциал в автомобиле применяется в трех случаях.
Благодаря своей конструкции, он передает крутящий момент двигателя так, что колеса могут крутиться с разной скоростью. Это нужно при входе автомобиля в поворот, ведь “внешнее” колесо движется по более широкой траектории чем “внутреннее”, а соответственно колеса будут двигаться с разной скоростью. Если бы не было такого механизма, то внутреннее колесо буксовало бы.
Вторая функция дифференциала — передача крутящего момента на полуоси под углом 90 градусов. Это необходимо, когда мотор установлен не на одной стороне с ведущей осью (например, мотор спереди, а привод задний).
Третья функция дифференциала — это распределение крутящего момента и работа в системах полного привода и антипробуксовочной системы Traction control system (TCS).
Назначение и требования к дифференциалам. Типы дифференциалов
Дифференциалом называется механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему момент между ведущими колесами одного моста или между ведущими мостами и позволяющий ведомым валам вращаться с неодинаковой угловой скоростью.
По месту расположения и выполняемым функциям дифференциалы подразделяются на межколесные и межосевые. Межколесный дифференциал устанавливается в ведущем мосту, обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью при движении автомобиля на повороте или неровных дорогах и исключает при этом их скольжение и буксование. Межосевой дифференциал устанавливается в раздаточной коробке, распределяет момент между ведущими мостами полноприводного автомобиля и предотвращает циркуляцию мощности в трансмиссии.
К дифференциалу, как механизму трансмиссии, кроме общих требований предъявляются дополнительные требования, обусловленные его назначением, в соответствии с которыми он должен:
• распределять крутящий момент между ведущими колесами и мостами пропорционально нагрузке, действующей на них, и обеспечивать автомобилю наилучшие тягово-скоростные свойства, проходимость, управляемость и устойчивость;
• иметь минимальные габаритные размеры;
•. Иметь высокое значение КПД.
Типы дифференциалов по расположению, внутреннему трению, по распределению крутящего момента и по конструкции приведены на рис. 5.12…5.16.
|
Как работает дифференциал
Внутри корпуса дифференциала используется принцип планетарной передачи. На корпусе (чашке) дифференциала неподвижно закреплена ведомая шестерня, которая получает крутящий момент от шестерни главной передачи. Внутри корпуса есть оси, на которых установлены шестерни-сателлиты. Они и передают мощность на шестерни полуосей колес.
При прямолинейном движении шестерни-сателлиты не вращаются и передают крутящий момент в равной мере на обе полуоси. Но в повороте, когда внутреннее колесо встречает большее сопротивление и замедляется, его полуось тоже начинает вращаться медленнее. В таком случае сателлиты начинают вращаться и крутящий момент перераспределяется пропорционально на вторую полуось, которая начинает двигаться быстрее. Таким образом колеса вращаются с разной скоростью.
Еще один режим работы дифференциала — пробуксовка одного из колес (например, при движении по обледенелой поверхности). Принцип работы дифференциала такой, что он будет отправлять весь крутящий момент на то колесо, которое вращается легче. Возникает парадоксальная ситуация — вся мощность отправляется на колесо, которое пробуксовывает, а второе колесо почти не вращается. Чтобы выйти из ситуации нужна блокировка дифференциала. Инженеры придумали несколько вариантов как это можно сделать, поэтому появились различные виды дифференциалов.
Схема работы дифференциала
Рассмотрим принцип, по которому работает симметричный межколесный конический дифференциал, распределяющий крутящий момент между колесами в трех различных условиях:
- прямолинейное движение;
- поворот;
- пробуксовка.
При прямолинейном движении
Прямолинейное движение характеризуется равномерным распределением нагрузки между колесами автомобиля. Они имеют одинаковую угловую скорость. Сателлиты, размещенные в корпусе, не вращаются вокруг своих осей. Они передают крутящий момент от ведомой шестерни главной передачи к полуосям через неподвижное зубчатое зацепление.
Работа дифференциала при повороте и прямолинейном движении
При повороте
Когда транспортное средство поворачивает, силы сопротивления и нагрузки распределяются следующим образом:
- Внутреннее колесо, имеющее меньший радиус от центра поворота, испытывает сопротивление большей силы, чем наружное. Увеличенная нагрузка заставляет его снизить скорость вращения.
- Наружное колесо, двигаясь по большему радиусу (большей траектории), наоборот, должно увеличить угловую скорость, чтобы автомобиль мог повернуть плавно, без пробуксовки.
Таким образом, колеса должны иметь разные угловые скорости. Замедление вращения полуоси внутреннего колеса приводит сателлиты в движение. Они, в свою очередь, посредством конической зубчатой передачи увеличивают скорость вращения полуоси наружного колеса. Крутящий момент, получаемый от главной передачи, остается неизменным.
При пробуксовке
Колеса автомобиля, движущегося даже прямолинейно по скользкой дороге или бездорожью, могут испытывать различную нагрузку: одно из них пробуксовывает, теряя сцепление с дорогой; другое, становясь более нагруженным, замедляется. Повторяется схема поворота. Только теперь она приносит вред: буксующее колесо может получить 100% принятого дифференциалом крутящего момента, а нагруженное вообще перестанет вращаться. Движение автомобиля прекратится.
Эти недостатки работы узла решаются различными способами:
- ручной или автоматической блокировкой;
- внедрением системы курсовой устойчивости.
Виды дифференциалов
Дифференциалы отличают по месту установки, виду зубчатой передачи и по принципу блокировки.
По месту установки
По расположению их делят на межколесные и межосевые. Межколесные устанавливаются в картере моста автомобиля и перераспределяют крутящий момент между полуосями колес. Межосевые устанавливаются в раздаточной коробке и перераспределяют крутящий момент между осями полноприводного автомобиля.
По виду зубчатой передачи
По типу конструкции и виду зубчатой передачи отличают конические, цилиндрические и червячные дифференциалы. Конические более распространены как межколесные дифференциалы, цилиндрические — как межосевые, а червячные более универсальные и используются во всех конструкциях.
По принципу блокировки
Дифференциалы могут блокироваться принудительно или автоматически. С полной принудительной блокировкой используются на внедорожниках и блокируются по команде водителя причем только во время полной остановки автомобиля. Блокирование происходит с помощью кулачковой муфты, которая может иметь разные типы привода (механический, электронный, гидравлический, пневматический).
Это помогает преодолеть особенно сложные участки покрытия. Но при выезде на покрытие с нормальным сцепление такую блокировку нужно отключать, иначе можно вывести из строя систему привода!
Дифференциалы с автоматической блокировкой называют еще самоблокирующимися и они могут иметь 4 вида конструкции.
Дисковый самоблокирующийся дифференциал
К обычной конструкции дифференциала добавлены пакеты фрикционных дисков. Одни закреплены на корпусе дифференциала, другие — на полуоси. Когда одна из полуосей начинает вращаться быстрее, это вращение замедляется силой трения между пакетами дисков. Прижимная сила фрикционов может быть как постоянной, так и регулируемой.
Червячный самоблокирующийся дифференциал
Такой тип дифференциалов блокируется благодаря свойству червячных передач заклинивать при достижении сильной разницы крутящих моментов. При этом блокировка всегда будет частичной. За такими дифференциалами закрепились названия компаний, которые их создали и выпускают — Torsen (сокращенно от Torque sensitive — чувствительные к крутящему моменту) и Quaife. Плюсы этой конструкции — в простоте и отсутствии электроники. Минусы — в дороговизне, сложности ремонта и обслуживании.
Электронно блокирующийся дифференциал
Электронная блокировка дифференциала применяется в антипробуксовочных система TCS (Traction Control System). В таком случае колесо, которое слишком быстро вращается, просто замедляется с помощью деталей тормозной системы. В результате часть крутящего момента перераспределяется на колесо с лучшим сцеплением.
Вискомуфта или вязкостная муфта
Такой дифференциал использует свойства жидкости. В конструкции используются дополнительные перфорированные диски, закрепленные на дифференциале и полуосях, но находящиеся в герметичном корпусе с силиконовой жидкостью. Когда полуось начинает вращаться с отличной скоростью, ее диски начинают перемешивать силиконовую жидкость и она становится гуще, блокируя дифференциал. Сейчас такие варианты используются редко, потому что они слишком большие, перегреваются и реагируют с опозданием.
Устройство коробки дифференциала
Полуоси (5) имеют на концах обращенных друг к другу конические шестерни (3). Такие же шестерни (4), но меньшего диаметра (сателлиты), установлены между ними в коробке дифференциала. Когда на одно колесо начинают действовать силы торможения, его вращение замедляется. Второй диск продолжает вращаться с той же скоростью. Если бы колесная пара была жестко соединена, на ось бы действовали большие силы скручивания.
Здесь и начинают действовать сателлиты. Они просто прокручиваются, позволяя одной полуоси вращаться относительно другой. Механизм действует одинаково, независимо от того находится ли дифференциал в раздаточной коробке, картере моста или КПП. То есть одно колесо может оставаться неподвижным и даже вращаться в другую сторону.
- Ведущая шестерня
- Ведомая шестерня
- Шестерня полуосей
- Сателлиты дифференциала
- Полуоси колёс
Для движения в сложных дорожных условиях обычные редукторы малоэффективны. На джипах дифференциалы устанавливаются в раздаточных коробках, и имеют принудительную или автоматическую блокировку. Это нужно, чтобы, когда одно колесо попадет на поверхность с плохим сцеплением, на него не передавался весь крутящий момент.
Например, дифференциал раздаточной коробки «Нива» семейства «Лада» блокируется механически. Этот узел распределяет усилие между передним и задним мостом. Межосевые дифференциалы блокировки не имеют. То есть одна ось не пробуксовывает относительно другой, но колеса всегда вращаются независимо.
На автомобилях «Шевроле Нива» блокирующимися являются все три дифференциала: в раздаточной коробке и между полуосями на каждом мосту. Кроме того на Niva Chevrolet можно отключать один мост. Например, если пробуксовывают задние колеса, можно переключить автомобиль в переднеприводной режим. В этом случае весь крутящий момент от двигателя передается на передний мост, который и вытянет машину.
Неисправности дифференциала
Износ внутренних компонентов дифференциала
Проблема в дифференциале может быть только одна — износ металлических компонентов конструкции. В целом ломаться там нечему — это одна из самых надежных конструкций в автомобиле и при должном обслуживании он может отслужить без проблем всю жизнь автомобиля. Все неисправности дифференциала могут возникать только при ненадлежащем обслуживании и эксплуатации автомобиля.
Причины проблем с дифференциалом
- Недостаточное количество смазки внутри узла из-за течей масла через некачественные или изношенные сальники и прокладки.
- Масло внутри дифференциала давно не менялось и не выполняет качественно задачу смазывания трущихся деталей.
- Естественный износ со временем при очень больших пробегах.
- Работа в очень тяжелых условиях, при постоянном использовании дифференциала, что приводит к его перегреву.
Признаки проблем с дифференциалом
О том, что в дифференциале что-то не так говорят следующие факторы:
- наличие подтеков смазывающих материалов;
- сильный шум со стороны дифференциала;
- стуки и удары в дифференциале во время движения автомобиля.
Четвертый, последний признак — результат игнорирования первых трех. Сначала в дифференциале начинает подтекать масло, потом начинает что-то шуметь и стучать и если не обращать на это внимание, мост может заклинить.
Проверка дифференциала
Есть один метод проверки дифференциала, который поможет определить действительно ли проблема в нем, если у вас есть сомнения. Для этого понадобится помощник и возможность вывесить ось автомобиля, чтобы свободно крутить колеса. При нейтральном положении выбора передач начинайте крутить колесо в одну сторону и попросите помощника держать свое колесо на месте или крутить его в другую сторону от вашего. Если это происходит без шумов и стуков — значит проблема не в дифференциале.
Обслуживание дифференциала
В дифференциале все процедуры обслуживания заключаются лишь в замене трансмиссионного масла внутри узла. Регламент замены зависит исключительно от используемого в вашем автомобиле механизма дифференциала и типа смазочной жидкости. Периодичность замены масла в дифференциале указан в руководстве по эксплуатации автомобиля. Среднее значение — около 50 000 километров, но у некоторых автомобилей это нужно делать существенно чаще.
Подбор и покупка дифференциала
Купить дифференциал можно как целый в сборе, так и отдельные его компоненты. При мелких повреждениях деталей дифференциала проблему можно исправить обработкой наждачной бумагой, но при сильном износе или повреждениях — детали подлежат замене.
Стоимость серьезно отличается в зависимости от машины. Дифференциалы на ВАЗ в сборе стоят в среднем от 4000 рублей. Замена дифференциалов на неродные для тюнинга автомобиля или улучшения его внедорожных свойств может обойтись вам от $1000 и больше.
Связанные термины
- Полуось (приводной вал)
- Карданный вал (кардан)
- Задний мост
