Межколесный дифференциал относится к трансмиссионному механизму, который распределяет крутящий момент между валами привода. Кроме того, указанный механизм позволяет вращаться колесам с разными угловыми скоростями. Данный момент особо заметен при проходе поворотов. Кроме того, такая конструкция дает возможность безопасно и комфортно перемещаться по сухому твердому покрытию. В некоторых случаях, при выезде на скользкую трассу или бездорожье, рассматриваемое приспособление может сыграть как стопор для автомобиля. Рассмотрим особенности строения и эксплуатации межколесных дифференциалов.
Описание
Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента от карданного вала к ведущим колесным мостам спереди или сзади, в зависимости от разновидности привода. В результате межколесный дифференциал дает возможность проворачиваться каждому колесу без пробуксовки. В этом и заключается прямое назначение механизма.
При прямолинейном перемещении транспорта, когда нагрузка на колеса равномерная с идентичными угловыми скоростями, рассматриваемый агрегат функционирует в роли передаточного отсека. В случае изменения условий движения (буксование, разворот, поворот) нагрузочный показатель изменяется. Полуоси стремятся вращаться с разными скоростными параметрами, возникает необходимость распределение крутящего момента между ними в определенном соотношении. На этом этапе межколесный дифференциал начинает выполнять свою основную функцию – гарантирование безопасности маневров транспортного средства.
Виды, устройство и принцип работы дифференциала
Дифференциал – это механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между приводными валами и позволяющий колесам вращаться с разными угловыми скоростями. Особенно это заметно, когда машина проходит поворот. Дифференциал обеспечивает безопасное и комфортное вождение на сухой дороге с твердым покрытием. Однако если автомобиль покинет ее пределы и продолжит двигаться по пересеченной местности, а также в случае гололеда (и других тяжелых погодных условий) этот механизм может лишить автомобиль возможности передвигаться. О том, что такое дифференциал, как он устроен, в чем его вред для внедорожников и как с этим бороться — пойдет речь ниже.
Дифференциал как часть трансмиссии
Ведуший мост с дифференциалом в разрезе
Дифференциал в автомобиле — это механизм, распределяющий крутящий момент карданного вала трансмиссии между ведущими колесами передней или задней оси (в зависимости от типа привода), позволяя каждому из них вращаться без пробуксовки. В этом заключается основное назначение дифференциала.
При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково и имеют равную угловую скорость вращения — механизм работает в качестве передаточного звена. Если условия движения изменяются (поворот, пробуксовка) — нагрузка становится неравномерной. У полуосей появляется необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие, становится необходимым распределить полученный крутящий момент между ними в определенном соотношении. Тогда узел выполняет вторую важную функцию: обеспечение безопасного маневрирования автомобиля.
Схема расположения дифференциала зависит от типа привода автомобиля:
- Передний привод – картер коробки передач
- Задний привод – корпус ведущего моста
- Полный привод – корпусы переднего и заднего мостов (для передачи крутящего момента ведущим колесам) или раздаточная коробка (для передачи крутящего момента ведущим мостам)
Дифференциал на автомобилях появился не сразу. Конструкторы первых «самодвижущихся экипажей» были очень озадачены плохой маневренностью своих изобретений. Вращение колёс с одинаковой угловой скоростью во время прохождения поворота приводило к тому, что одно из них начинало буксовать или, наоборот, полностью теряло контакт с дорогой. Инженеры вспомнили, что на ранних прототипах первых автомобилей, снабжаемых паровыми двигателями, было устройство, позволявшее избежать потери управляемости.
Механизм распределения вращающего момента изобрёл француз Онесифор Пеккёр. В устройстве Пеккёра присутствовали валы и шестерни. Через них крутящий момент от мотора поступал к ведущим колёсам. Но даже после применения изобретения Пёккера проблема пробуксовки колёс на поворотах не решилась полностью. Выявились недостатки системы. Например, одно из колес в какой-то момент терял сцепление с дорогой. Сильнее всего это проявлялось на обледенелых участках.
Особенности
Схема размещения рассматриваемых автомобильных приспособлений зависит от рабочего ведущего моста:
- На картере коробки переключения передач (передний привод).
- На корпусе ведущего заднего моста.
- Машины с полным приводом оснащаются межколесным дифференциалом на остовах обоих мостов или раздаточных коробках (осуществляют передачу рабочего момента между колесами или мостами, соответственно).
Стоит отметить, что дифференциал на машинах появился не так давно. На первых моделях «самодвижущиеся» экипажи имели плохую маневренность. Проворачивание колес с идентичным угловым параметром скорости приводило к пробуксовке одного из элементов либо потере сцепления с дорожным покрытием. Вскоре инженеры разработали усовершенствованную модификацию устройства, позволяющего нивелировать потерю управляемости.
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.
Предпосылки для создания
Межколесные дифференциалы автомобилей изобрел французский конструктор О. Пеккер. В механизме, предназначенном для распределения вращающегося момента, присутствовали шестерни и рабочие валы. Они служили для трансформации момента кручения от двигателя к ведущим колесам. Несмотря на все преимущества, данная конструкция полностью не решала проблемы с пробуксовкой колес на поворотах. Выражалось это в потере сцепления одного из элементов с покрытием. Особенно выражено момент проявлялся на обледенелых участках.
Буксование в подобных условиях приводило к неприятным происшествиям, что послужило дополнительным стимулом для разработки усовершенствованного приспособления, способного предотвратить занос транспортного средства. Техническое решение указанной проблемы разработал Ф. Порше, придумавший кулачковую конструкцию, ограничивающую проскальзывание колес. Первыми автомобилями, на которых применялась имитация межколесного дифференциала, стали «Фольксвагены».
Работа дифференциала
Работа межколесного дифференциала характеризуюется тремя режимами:
- движение по прямой;
- работа в поворотах;
- в условиях скользкой дороги.
При движении прямо, силы распределяются поровну на каждое колесо, крутящий момент через корпус передается на сателлиты. Сателлиты не вращаются на своих осях, соответственно полуоси вращаются с равными угловыми скоростями.
В повороте же начинает работать дифференциал, то есть выполнять работу, для которой он и был создан. Внутренне колесо начинает бежать по меньшему радиусу, а внешнее по большому, угловые скорости на полуосевых шестернях начинают меняться. Сателлиты начинают вращаться вокруг своих осей, которые увеличивают скорость внешней шестерни полуоси, бегущего по внешнему радиусу колеса и уменьшать угловую скорость внутренней шестерни, полуось и колесо, бегущего по внутреннему радиусу.
Суммы частот вращения полуосевых шестерен всегда соответствуют частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Поэтому при повороте тяга на колеса всегда одинаковая и никогда не происходит пробуксовки внутреннего колеса, при условии равного сцепления колес с дорогой.
Если же автомобиль попадает в условия скользкой дороги, то колесо у которого меньшее сцепление начинает пробуксовавать, вращаться быстрее, а то колесо у которого сцепление с дорогой больше, просто перестает вращаться и по сути дела автомобиль просто будет стоять на месте с одним вращающемся колесом. Это тот минус дифференциала, который обусловлен его конструкцией.
Бороться с таким явление можно, и конструкторы придумали блокировку дифференциала. Но об этом в другой статье.
Спасибо за внимание! Переходите в другую статью, там наверняка вы найдете много для себя полезного. И поделитесь с друзьями в соц.сетях.
Честный полный привод является залогом высокой проходимости автомобиля или другой техники. Но вот реализуется он практически всегда с применением межосевых и межколесных дифференциалов, а на кроссоверах так вообще используются вискомуфты, которые не подходят для полного бездорожья. Принцип работы дифференциала упрощенно выглядит так: крутящий момент передается туда, где легче провернуть ось или колесо. Сделано это преимущественно для улучшения управляемости, особенно в поворотах, когда колеса вынуждены вращаться с разными угловыми скоростями. Но вот на бездорожье наличие дифференциала способствует ухудшению проходимости из-за того, что крутящий момент передается колесу, имеющему наихудшее сцепление с поверхностью. И если межосевой дифференциал часто имеет возможность блокировки, как на той же Ниве, то межколесный редко отличается такой полезной функцией, за исключением, разве что, некоторых дорогих внедорожников.
«Электродуговая» блокировка дифференциала
Почти на любой внедорожник в продаже можно найти самоблокирующиеся и принудительно блокирующиеся дифференциалы. Их конструкция может быть различной, соответственно выбор довольно разнообразным, особенно на массовые внедорожники, такие как Нива, УАЗ, Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero и прочие. Но самым бюджетным и простым способом заблокировать любой дифференциал является его заварка. Просто с помощью сварочного аппарата привариваем сателлиты к осевым шестерням и получаем постоянно заблокированный дифференциал.
Устройство
Ограничивающий узел работает по принципу планетарного редуктора. В стандартную конструкцию механизма входят следующие элементы:
- полуосевые шестеренки;
- сопутствующие сателлиты;
- рабочий корпус в виде чаши;
- основная передача.
Остов жестким способом соединен с ведомым зубчатым колесом, которое принимает момент кручения от аналога главной передачи. Чаша через сателлиты трансформирует вращение на ведущие колеса. Разность в скоростных режимах угловых параметров обеспечивается также при помощи сопровождающих шестерен. При этом величина рабочего момента остается стабильной. Задний межколесный дифференциал ориентирован на передачу оборотов на ведущие колеса. Транспортные полноприводные средства оснащаются альтернативными механизмами, воздействующими на мосты.
Разновидности
Указанные виды механизмов разделяются по конструкционным признакам, а именно:
- конические версии;
- цилиндрические варианты;
- червячные приспособления.
Кроме того, дифференциалы разделяются по числу зубьев шестеренок полуосей на симметричные и несимметричные версии. По причине оптимальной возможности рассредоточения момента кручения, вторые модификации с цилиндрами монтируются на мосты автомобилей с полным приводом.
Машины с передним или задним ведущим мостом оборудуются симметричными коническими модификациями. Червячная передача универсальна и может агрегировать со всеми типами устройств. Конические агрегаты способны работать в трех конфигурациях: прямолинейным, поворотным и пробуксовочным способом.
Схема работы
При прямолинейном перемещении, электронная имитация блокировки межколесного дифференциала характеризуется равным рассредоточением нагрузки между колесами транспортного средства. При этом наблюдается идентичная угловая скорость, а корпусные сателлиты не вращаются вокруг собственных осей. Они трансформируют момент кручения на полуоси при помощи статичного зубчатого зацепа и ведомой шестеренки основной передачи.
На поворотах автомобиль испытывает переменчивое воздействие усилий сопротивления и нагрузки. Параметры распределяются следующим образом:
- Внутреннее колесо меньшего радиуса получает увеличенное сопротивление, по сравнению с наружным аналогом. Повышенный показатель нагрузки обуславливает снижение скорости вращения.
- Внешнее колесо перемещается по большей траектории. При этом увеличение угловой скорости способствует плавному повороту машины, без буксования.
- С учетом указанных факторов, колеса должны обладать различными угловыми скоростями. Сателлиты внутреннего элемента замедляют вращение полуосей. Те же, в свою очередь, через конический зубчатый элемент, повышают интенсивность работы внешнего аналога. При этом момент кручения от основной передачи остается стабильным.
Устройство и принцип работы
С технической точки зрения дифференциал устроен достаточно просто, но при этом он способен выдерживать огромные нагрузки. Что внутри этого узла и как он работает?
Устройство типового дифференциала
По своему типу это планетарный редуктор со всеми необходимыми элементами.
- Шестерня главной передачи – подает вращение от КПП на дифференциал.
- Ведомая шестерня связана и с главной передачей, и с шестернями-сателлитами.
- Сателлиты – закреплены в «чашке» ведомой шестерни, так что вращаются вместе с ней.
- Шестерни полуосей – соединены с сателлитами и не контактируют с остальными элементами дифференциала.
Как это работает?
Детально показано на видео-ролике, ниже.
- От КПП выходит вал главной передачи, от которого вращение передается на ведомую шестерню.
- Ведомая шестерня и скрепленная с ней «чашка» (водило) принимают крутящий момент.
- Вращаясь, ведомая шестерня и чашка приводят в движение шестерни-сателлиты.
- Сателлиты, в свою очередь, передают вращение на полуоси.
- При равной нагрузке на полуоси (когда автомобиль движется по прямой дороге с равномерным покрытием) сателлиты не вращаются. Работает только ведомая шестерня, в чашке которой закреплены сателлиты, и они описывают обороты вместе с ней, при этом не совершая вращения вокруг своей оси. Таким образом, момент вращения распределяется на полуоси поровну, 50:50.
- Когда автомобиль поворачивает и одно из колес должно замедлить, а второе – ускорить движение, сателлиты приходят в движение. За счет конической зубчатой передачи они, вращаясь, замедляют одну полуось и ускоряют вторую. Другими словами, перераспределяют момент вращения в нужной пропорции, вплоть до 0:100 без потери усилия.
- При пробуксовке одного колеса включается механизм блокировки, без которого на то колесо, которое вращается быстрее, ушел бы весь момент вращения. Без блокировки автомобиль останавливается при попадании хотя бы одного колеса на скользкую поверхность.
Пробуксовка и курсовая устойчивость
Автомобильные колеса могут получать разный параметр нагрузки, буксуя и теряя сцепление с дорожным покрытием. При этом на один элемент подается чрезмерное усилие, а второй работает «вхолостую». Из-за такой разницы движение автомобиля становится хаотичным или вообще прекращается. Чтобы устранить эти недостатки, используют систему курсовой устойчивости либо ручную блокировку.
Для того, чтобы момент кручения полуосей выровнялся, следует стопорить действие сателлитов и обеспечить трансформацию оборотов от чаши на нагруженную полуось. Это особенно актуально для межколесных дифференциалов МАЗа и прочих машин повышенной грузоподъемности с полным приводом. Подобная особенность связана с тем, что стоит потерять сцепление в одной из четырех точек, величина крутящего момента устремится к нулю, даже если машина оснащена двумя межколесными и одним межосевым дифференциалом.
Что такое блокировка дифференциала?
Блокировка дифференциала предназначена для увеличения крутящего момента на колесе (оси) с лучшим сцеплением.
Для того, чтобы заблокировать дифференциал необходимо выполнить одно из двух действий.
Блокировка должна быть частичной или полной, это зависит от характера блокировки.
Что значит частичная блокировка? Это когда свободно-вращающая полуось притормаживается, передавая таким образом момент на другое колесо.
Блокировка дифференциала — механизм скрепления корпуса дифференциала с одной из полуосей или блокировка и затруднение вращения сателлитов.
Соотношение величин крутящего момента на колесах оценивается коэффициентом блокировки. Или так можно выразить, отношение величины момента на свободном (отстающем) колесе к величине буксующего (забегающего) колеса.
При симметричной работе свободного дифференциала моменты сил на колеса колёса равны, коэффициент равен 1. При заблокированном дифференциале моменты сил не должны превышать значений от 3 до 5, иначе поломка обеспечена.
Автомобили с блокировкой межколёсного дифференциала, а так же межосевого сейчас встретить не редкость. Полноприводных автомобилей навыпускали уже достаточное количество.
Но чаще используют блокировки межосевого дифференциала, межколесного реже, чтобы не ухудшать управляемость автомобиля.
Само действие блокировки может быть автоматическим, с помощью следящей электроники или чисто механических самоблокирующих дифференциалов, и принудительной, то есть водитель сам принимает решение и включает блокировку.
Электронный самоблок
Избежать неприятностей, указанных выше, позволяет частичная или полная блокировка. Для этого и применяются самоблокирующиеся аналоги. Они распределяют кручение с учетом разности на полуосях и соответствующих скоростных режимов. Оптимальным способом решения проблемы является оборудование машины электронной блокировкой межколесного дифференциала. Система оснащается датчиками, которые контролируют требуемые показатели во время движения транспортного средства. После обработки полученных данных, процессор выбирает оптимальный режим корректировки нагрузочных и прочих воздействий на колеса и мосты.
Принцип работы данного узла состоит из трех основных стадий:
- В начале проскальзывания ведущего колеса, контрольный блок получает импульсы от индикаторов скорости вращения, после их анализа автоматически принимается решение о способе функционирования. Далее происходит замыкание клапана-переключателя и открывание аналога высокого давления. Помпа узла АБС создает давление в рабочем контуре тормозного цилиндра буксующего элемента. Торможение ведущего проскальзывающего колеса осуществляется за счет повышения давления тормозной жидкости.
- На втором этапе система имитации самоблока удерживает тормозное усилие за счет сохранения давления. Действие насоса и пробуксовка колеса прекращается.
- К третьей стадии работы указанного механизма относится завершение проскальзывания колеса с одновременным сбросом давления. Переключатель открывается, а клапан высокого давления закупоривается.
Безопасность
Межколесный дифференциал предназначен для обеспечения безопасной и комфортной езды на дорогах различного предназначения. Некоторые недостатки рассматриваемого механизма, указанные выше, проявляются при опасном и агрессивном маневрировании по бездорожью. Следовательно, если на машине предусмотрен привод ручного блокиратора, эксплуатировать ее необходимо исключительно в соответствующих условиях. Скоростные машины использовать без указанного механизма весьма затруднительно и небезопасно, особенно на высоких скоростях по шоссе.
