Складається диференціал. Як працюють різні типи диференціалів?

Диференціал – механізм, який розподіляє крутний момент між вихідними валами, причому швидкості окремо взятих елементів можуть бути різними. Цей пристрій застосовується у конструкціях приводів автомобілів. Момент, що отримується від карданного валу (або коробки передач) розподіляється між лівою і правою піввіссю. Також застосовується для поділу моменту між осями (провідними), якщо мова йдепро повнопривідні автомобілі.

Диференціал є дуже важливою складовою, і входить до числа основних елементів трансмісії. Варіанти розташування даного пристрою в автомобілі:

• передньопривідні автомобілі – коробка передач;
• задньопривідні автомобілі – картер заднього моста;
• повнопривідний автомобіль – задній та передній картер;
• повнопривідний автомобіль - роздавальна коробка (привід мостів);
• у випадку з автомобілями, що мають привід 8×8 або 6×6, встановлюються додаткові міжвізкові диференціали;

Інформацію щодо роботи та різновиду міжосьових диференціалів ми наведемо нижче.

Коли відбувається прямолінійний рухрівною дорогою, шлях пройдений провідними колесами буде рівним (однакова кутова швидкість). Під час такого руху обертання всіх сателіт, шестерень і корпусу диференціала є синхронним. Обертальний момент цьому механізму передає шестерня (5, рис. б). Також варто відзначити, що під час такого руху, момент кожного колеса, що крутить, однаковий, а шестерні (напівосьові) заклинюються сателітами (4), які знаходяться в статичному стані по відношенню до своєї осі.

а – конструкція;

б – робочий процес (прямолінійний рух);

в – робочий процес (поворот);

1. чаша (корпус);
2. напівосьова шестерня;
3. хрестовина;
4. сателіти;
5. ведена шестерня (головна передача);
6. провідний вал (головна передача);
7. піввісь.

Під час входження в поворот (мал. «в»), шлях пройдений колесом, що йде по «внутрішньому» радіусу, менший, ніж у протилежного колеса, а значить і повинна зміняться його швидкість. Напівсівна шестерня (2) повинна уповільнюватися, а корпус і сателіти при цьому повинні впертися в осьову півшестю зліва. Завдяки початку обертання сателітів навколо власної осі, збільшуватиметься швидкість обертання правої півосьової шестерні, що дозволяє провідним колесам мати різні швидкості обертання, і при цьому виключати буксування та прослизання. Варто відзначити, що колесом, що мають велику швидкість обертання, має менший крутний момент.

Якщо розглядати диференціал, що має класичну конструкцію, то найголовнішим недоліком можна назвати пробуксування одного з коліс, у момент втрати контакту з дорожньою поверхнею. Справа в тому, що швидкість обертання колеса в «підвішеному» стані майже вдвічі перевищує швидкість обертання того ж колеса при повному контакті з дорогою (рух по прямій) та однаковій кількості обертів шестерні (відомої) диференціала. Друге колесо залишається у статичному стані. Причиною є дуже маленьке значеннякрутного моменту, який до нього підводиться, оскільки під час обертання «підвішеного» колеса значення моменту опору обертанню теж досить незначне. Відповідно, момент, що крутить, протилежного колеса також малий, тому воно і знаходиться в статичному стані. У випадку, коли під час пробуксовки і при підвищених оборотах, існує значний опір (бруд, пісок і т.д.), момент, що крутить, буде більше, ніж у ситуації з прослизанням, а значить і більший момент передається на інше колесо. Завдяки цьому стає можливим повільний рух автомобіля. Колесо, яке буксує, «споживає» більше потужності, яка витрачається на нагрівання покришок, дорожнього полотна тощо. Взагалі, пробуксовка знижує прохідність машини, що має вільний диференціал. Щоб унеможливити таку проблему, на машини механізми блокування диференціала, які бувають як ручними, так і автоматичними.

В основному, роздавальна коробка автомобіля є місцем встановлення механізму міжосьового диференціала. Він буває несиметричним та симетричним. У першому випадку, розподіл моменту, що крутить, відбувається в необхідному співвідношенні, а у випадку з симетричним диференціалом, момент розподіляється порівну.

Міжосьовий диференціал може бути без блокувального механізму, завдяки чому осі можуть обертатися з різними швидкостями. Також диференціали можуть бути з ручним блокуванням та самоблоковані. У першому варіанті крутний момент примусово розподіляється між півосями. Результатом примусового блокування є часткове або повне вимкнення диференціала, через що відбувається жорстке з'єднання задньої та передньої півосей.

В основному, щоб повністю реалізувати можливості повнопривідних автомобілів, використовуються диференціали, що самоблокуються, що мають кілька різновидів конструкцій, кожна з яких відрізняється за принципом роботи.

> Диференціал

Трансмісія

Призначення, принцип дії диференціалу

Диференціал призначений для передачі крутного моменту від головної передачідо півосей і дозволяє їм обертатися з різною швидкістю при повороті автомобіля та на нерівностях дороги.

На автомобілях застосовують шестерні конічні диференціали (рис. а), які складаються з півосьових шестерень 3, сателітів 4 і об'єднує їх корпусу, прикріпленого до веденої шестерні головної передачі.

а - колеса обертаються з однаковою частотою; б - рух коліс на повороті
1 - вісь сателітів, 2 - ведена шестерня, 3 - півосьові шестерні, 4 - сателіт,
5 – провідна шестерня, 6 – півосі.

Диференціали такого типу використовують між колесами провідних мостів як міжколісні. Для різних автомобілів вони відрізняються конструкцією корпусу та числом сателітів. Конічні диференціали використовують також і як міжосьові. У цьому випадку вони розподіляють момент, що крутить, між головними передачами провідних мостів.

На малюнку для спрощення не показаний корпус диференціала, для розгляду принципу дії вважатимемо, що вісь 1 сателітів встановлена ​​в корпусі. При обертанні провідної шестерні 5 і веденої шестерні 2 головної передачі крутний момент передається на вісь сателітів 1, далі через сателіти 4 на півосьові шестерні 3 і на півосі 6.

При русі автомобіля по прямій та рівною дорогою задні колесазустрічають однаковий опір та обертаються з однаковою частотою (рис. а). Сателіти навколо своєї осі не обертаються і на обидва колеса передаються однакові моменти, що крутять. Як тільки умови руху змінюються, наприклад, на повороті (рис. б), ліва піввісь починає обертатися повільніше, оскільки колесо з яким вона пов'язана, зустрічає великий опір. Сателіти приходять у обертання навколо своєї осі, обкочуючись по східній шестерні, що уповільнюється (лівої) і збільшуючи частоту обертання правої півосі. В результаті праве колесо прискорює своє обертання і проходить великий шлях дугою зовнішнього радіусу.

Одночасно зі зміною швидкостей напівосьових шестерень відбувається зміна крутного моменту на колесах - на колесі, що прискорюється, момент падає. Так як диференціал розподіляє моменти на колеса порівну, то в цьому випадку на колесі, що уповільнюється, відбувається також зменшення моменту. В результаті сумарний момент на колесах падає, і тягові властивості автомобіля знижуються. Це позначається негативно на прохідності автомобіля під час руху бездоріжжям і слизькими дорогами, тобто. одне з коліс стоїть на місці (припустимо, в ямі), а інше в цей час буксує (по сирій землі, глині, снігу). Але на дорогах з гарним зчепленням шестерний конічний диференціал забезпечує кращу стійкість і керованість, а водієві не доводиться міняти щодня геть зношені шини.

1 – фланець; 2 – вал провідної шестерні; 3 – провідна шестерня; 4 – ведена шестерня;
5 – провідні (задні) колеса; 6 – півосі; 7 – картер головної передачі.

Типи диференціалів.

Для підвищення прохідності автомобіля при русі по бездоріжжю застосовують диференціали з примусовим блокуванням або диференціал, що самоблокується.

Сутність примусового блокування полягає в тому, що провідний елемент (корпус) диференціала в момент включення блокування жорстко з'єднується з шестернею півосьової. Для цього передбачено спеціальний дистанційний пристрій із зубчастою муфтою.

Самоблокований диференціал підвищеного тертя (кулачковий), показаний на рис. а, б. Він складається з внутрішньої 5 і зовнішньої 6 зірочок, між кулачками яких закладені сухарі 3 4 сепаратора. Сепаратор виконаний за одне ціле з лівою чашкою диференціала і з'єднаний з веденою шестернею головної передачі. Права чашка (на кресленні не показана) вільно охоплює зовнішню зірочку і в зборі з лівою чашкою утворює корпус диференціала. Зірочки диференціала своїми внутрішніми шлицами з'єднуються у півосями 1.

При обертанні веденої шестірні головної передачі та рух автомобіля по прямій сухарі чинять однаковий тиск на кулачки обох зірочок і змушують їх обертатися з однією швидкістю.

Якщо одне з коліс потрапляє на поверхню дороги з великим опором руху, пов'язана з ним зірочка починає обертатися з меншою частотою, ніж сепаратор. Сухарі, перебуваючи в сепараторі, чинять більший тиск на кулачки зірочки, що сповільнюється, і прискорюють її обертання.

Таким чином, у місцях контакту сухарів з кулачками зірочок виникає підвищене тертя, яке перешкоджає сильній зміні відносних швидкостей обох зірочок, і колеса обертаються приблизно з однією кутовою швидкістю. Через сили тертя сухарів по кулачках відбувається перерозподіл моментів. На зірочці, що прискорюється, сили тертя спрямовані проти обертання, на відстаючій - у напрямку обертання. Крутний момент на зірочці, що відстає, зростає, а на прискорюючій зменшується на момент сил тертя, в результаті пробуксовування коліс виключається.

Основні несправності головної передачі та диференціала

Шум («виття» головної передачі) при русі на великій швидкості виникає через знос шестерень, неправильне їх регулювання або у разі відсутності масла в картері головної передачі. Для усунення несправності необхідно відрегулювати зачеплення шестерень, замінити зношені деталі, відновити рівень оливи.

Підтікання олії може бути через сальники та нещільні сполуки. Для усунення несправності слід замінити сальники, підтягнути кріплення.

Експлуатація головної передачі та диференціала.

Як і будь-які шестерні – шестерні головної передачі та диференціала вимагають «мастила та ласки». Щодо «ласки». Хоча всі деталі головної передачі та диференціала і виглядають масивними «залізяками», але вони теж мають запас міцності. Тому рекомендації щодо різких стартів та гальмування, грубих включень зчеплення та іншого перевантаження машини залишаються в силі. Делі, що труться, і зуби шестерень, у тому числі, повинні постійно змащуватися - це ми вже знаємо. Тому в картер заднього моста (у задньопривідних автомобілів) або картер блоку - коробка передач, головна передача, диференціал (у передньопривідних автомобілів), заливається масло, рівень якого необхідно періодично контролювати. Олія, в якій працюють шестірні, має схильність до «витікання» через нещільність у з'єднаннях і через зношені маслоутримуючі сальники. А ще будь-який картер повинен мати постійний зв'язок з атмосферою. Коли в закритій «наглухо» коробці з шестеренками та олією виділяється тепло, що неминуче при роботі механізмів, тиск усередині різко збільшується і тоді олія обов'язково знайде якусь дірочку. Для того щоб не доливати масло по два рази на день, слід знати про маленьку деталь будь-якого картера - сапуні. Це пружний ковпачок, що прикриває вентиляційний отвір або трубку. Згодом він «залипає» і можлива втрата зв'язку картера з атмосферою. При черговій плановій заміні олії або раніше, у разі потреби, переверніть ковпачки та відновіть працездатність пружин усіх сапунів на агрегатах вашого автомобіля. В результаті цієї нескладної операції, невеликі витоку олії можуть припинитися.

Зазвичай середньостатистичного водія важко розібратися в тій гамі звуків, які видає його «захворілий» автомобіль. Мало мати хорошим слухом, Треба ще й розуміти, що означають ці «завивання», «хрумкання» та інші «скрипування», що доносяться з певних зон автомобіля. Однак можна трохи звузити район пошуку несправності. При виникненні підозри на якусь неприємність з трансмісією, підніміть домкратом одне з провідних коліс автомобіля (і обов'язково опустіть на козла - стійку підставку). Запустіть двигун і, увімкнувши передачу, змусіть обертатися колесо. Перегляньте все, що крутиться, прослухайте все, що видає підозрілі звуки. Потім підніміть колесо домкратом з іншого боку. При підвищеному шумі, вібраціях і підтікання масла - починайте пошук свого майстра, якому з гордістю можете сказати, що проблеми у вашого автомобіля ліворуч, а не праворуч.

Багато хто, хто зібрався купувати позашляховик, при виборі певної моделі, звичайно, могли зіткнутися з терміном «блокування диференціала». Але що ж це? Як це? І який принцип роботи та потреба цього самого диференціала? Як показує практика, знають не всі майбутні потенційні «джипівники».

У цій статті ми розповімо про те, що собою являє диференціалі навіщо він у автомобілі. Яких різновидів він буває і на які автомобілі передбачено його встановлення?

Історія диференціалу

Поява диференціала в автомобільному світі не забарилася. Тільки через кілька років, після того, як з конвеєра стали сходити перші автомобілі з двигуном внутрішнього згоряння (ДВС). Адже давно було не так солодко, як зараз і перші автомобільні зразки, які працювали за допомогою двигуна, дуже погано справлялися.

Колеса, розташовані на одній осі, під час повороту оберталися з однаковою кутовою швидкістю, а це вже призводило до того, що колесо, що йде зовнішнім діаметром, сильно пробуксовувало. Вирішили цю проблему досить просто: запозичення диференціала у парових возів.

Цей механізм був винайдений у Франції 1828 рокуінженером Олівер Пекке-Ром.Це був пристрій, що складався з валів та шестерень. Через нього крутний момент від ДВС передавався на провідні колеса. Але ось трапилася ще одна невдача - стали пробуксовувати колеса, які втрачали зчеплення з дорожнім покриттям. Найчастіше це виявлялося під час руху дорогою з обмерзлими ділянками.

Колесо, яке знаходилося на льоду, оберталося з більшою швидкістю, ніж колесо, що залишалося більш придатною для руху поверхні. Це й призводило до занесення. Після цього конструктори і почали думати про те, як налаштувати диференціал, щоб колеса оберталися з однаковою швидкістю, щоб перешкодити появі заметів.

Першою людиною, яка проводила експерименти над диференціалом з мінімальним ковзанням, став ні хто інший як Фердінанд Порше.Для того, щоб ринок побачив кулачковий диференціал – «дітище» Порше з обмеженим ковзанням, знадобилося не менше трьох років. Їм оснащували перші моделі автомобілів марки. У наступні десятиліття інженерами були розроблені різноманітні види диференціалів, про які ми розповімо далі.

Принцип роботи та пристрій

Давайте, мабуть, почнемо з типу диференціала, який є найпростішим для розгляду – відкритого диференціалу. Ми почнемо з найпростішого типу диференціалу, що називається відкритим диференціалом. Отже, конструкція диференціала включає наступні частини:

- Ведучий вал.Його завдання полягає у передачі крутного моменту. Вал веде його від трансмісії до початку диференціала.

- Провідна шестерня провідного валу.Шестерня у формі косозубого конуса, необхідна для зчеплення диференціальних механізмів.

- Коронна шестерня.Елемент, що є веденим. Також має форму конуса і обертається провідною шестернею. Система разом узятих провідною та веденою шестернею називається головною передачею. Вона служить на завершальному етапі зменшення швидкості обертання, яке досягає коліс в кінцевому рахунку. Ведуча шестерня у своїх розмірах значно поступається короннійтому для здійснення одного обороту веденою, першою необхідно здійснити не один оборот навколо своєї осі.

- Шестерні півосей.Є останнім рубежемпередачі обертання провідного валу коліс.

- Сателіти- Це планетарний механізм, що здійснює ключову роль у забезпеченні різної кутової швидкості коліс при здійсненні повороту.

Коли Ви рухаєтеся прямою на своєму автомобілі, весь диференціальний механізм обертається з єдиною швидкістю: вхідний вал обертається з ідентичною швидкістю, що і півосі, відповідно, з тією ж швидкістю відбувається і обертання самих коліс. Але тільки Ви повернете кермо, ситуація моментально докорінно змінюється. Головними гравцями тепер виступають сателіти, які розблоковуються під впливом різниці навантажень на колесаколи, наприклад, одне колесо починає пробуксовувати і тому рухається швидше.

Вся потужність двигуна проходить безпосередньо через них. А в результаті того, що сателіти являють собою дві шестерні, які незалежні, то відбувається передача різної частоти обертання двом півосям. Але потужність не поділяється порівну, а передається на колесо, що рухається у зовнішньому краї повороту машини. Отже воно і починає крутитися набагато швидше за рахунок кількісного збільшення оборотів. І різниця в розподілі потужностей між колесами тим більше, чим менше радіус повороту автомобіля, тобто чим сильніше Ви вивертаєте кермо.

Що таке блокування диференціалу і як воно працює

Блокування диференціалу- це один з найефективніших способівпідвищення позашляхових характеристик автомобіля Будь-який автомобіль, який призначається безпосередньо чи опосередковано для бездоріжжя, оснащується конструкторами на заводі механізмом, який блокує міжосьовий диференціал. Також автомобілі оснащують механізмами, що блокують передній і задній мости.

Блокування даного механізму, як і будь-яке технологічне рішення, має свої переваги і недоліки. Щоб зрозуміти, коли необхідно використовувати блокування диференціалів, а які випадки просто забороняють її використання, потрібно розібратися в принципах, на яких його дія ґрунтується.

Спробуйте в зимовий засніжений час зробити з місця стрибок у довжину. Ага. А ось і не виходить, а все тому, що одна нога у вас опинилася на слизькій заледенілій поверхні, а друга на сухому асфальті. Ось через це й не вдалося зробити чемпіонський стрибок. Одна нога вислизнула з-під Вас, а мозок не зорієнтувався вчасно і не дав команду вкласти всю силу для поштовху в іншу ногу. Підсумок цього експерименту досить веселий і комічний: ноги роз'їхалися і Ви мало не звалилися на п'яту точку.

Так що ж зробити в даному випадку, щоб обидві ноги мали змогу чудово відштовхнутися від землі? А все дуже просто. Необхідно просто дві поштовхові ноги перетворити на одну, зв'язавши їх міцно між собою міцним ременем або джгутом.Тепер вони будуть працювати як одне ціле і використовуватиметься максимальна сила поштовху від однієї стабільної опорної поверхні з гарним зчепленням. Аналогічний процес відбувається і в автомобілі в момент взаємодії його провідних коліс із дорогою.

Давайте уявимо ситуацію, при якій задньопривідний автомобіль зупинився випадковим чином так, що його ліве колесо опинилося на слизькій поверхні, а праве на асфальті. Як Вам відомо, стандартний міжосьовий диференціал малого тертя, який знаходиться на задньому мостуавтомобіля, що завжди надає колесам рівну окружну силу. Ліве колесо, що знаходиться на льоду, не в змозі зрушити зі слизької поверхні із застосуванням великих зусиль через недостатність зчеплення.

Через це диференціал неспроможна надати йому величезне зусилля, оскільки це неможливо фізично. А в цьому випадку аналогічна сила підведеться і до колеса, що знаходиться на асфальтовій поверхні. Він вирівнює зусилля, розподілені між колесами, орієнтуючись на ліве колесо.

В результаті машина зрушить з місця з пробуксовкою, але повільно. Його колеса не зможуть використовувати достатню для поштовху силу, яка була б необхідна для зчеплення правого колеса, яка в цих умовах буде ні багато, ні мало, а в сім разів перевищує ніж у лівого. Через таку властивість розподіляти тягову силу порівну, праве колесо використовуватиме лише сьому частину його можливостей зчеплення з асфальтом. Простіше кажучи, поштовх міг би статися в сім разів потужнішим, але диференціалом не було підведено до нього достатньої кількості сили для здійснення цього маневру.

Отже необхідно здійснити такий зв'язок між колесами, для забезпечення спільного обертання або пробуксовування, ніби єдиного колеса. Для вирішення даної задачі використовується спеціальний механізм, що блокує обертання шестерень диференціала і зв'язує два колеса між собою умовним жорстким зв'язком з постійним обертанням і однаковою швидкістю. Такий механізм називається "механізм блокування (відключення) диференціала", або в народі - блокуванням.

Диференціал, що заблокований неспроможна вирівнювати міжколесне зусилля, цим роблячи їх пов'язаними єдиною віссю. Внаслідок чого кожне колесо отримує максимально можливу силу, яка потрібна для найкращого зчеплення коліс. Отже, де краще зчеплення коліс із дорожньою поверхнею, туди і додаватиметься велика сила.

Які бувають диференціали

Основою диференціалу є планетарний редуктор. Вид зубчастої передачі, який використовується, умовно може розділити диференціал на тривиду:

- черв'ячний;

Циліндричний;

Конічний.

Черв'яковий диференціал є найуніверсальнішим і встановлюється як між осями, так і між колесами. Циліндричний тип, найчастіше, розташовується у позашляховиках між осями. Конічний тип переважно застосовується як межколесного диференціала.

Виділяють так само симетричнийі несиметричнийдиференціали. Несиметрична конструкція диференціала встановлюється в повно приводних автомобілях між осями, розподіляючи момент, що крутить, в різних пропорціях. Симетричний тип передає на вісь між двома колесами рівний момент, що крутить. Також диференціали поділяють за видом блокування:ручне блокування та електронне блокування.

Ручне блокування диференціалу

Виходячи з назви, блокування осі диференціала включається з ініціативи водія за допомогою натискання кнопки або перемикання певного тумблера. В даному випадку відбувається блокування шестерен-сателітів, в результаті чого провідні колеса починають обертатися з однаковою швидкістю. Найчастіше ручним блокуванням диференціала оснащуються позашляховики. Включати її рекомендується для подолання важкого бездоріжжя, а відключення проводити при виїзді на асфальтовану дорогу.

Електронне або автоматичне блокування диференціалу

Автоматичне блокування диференціала здійснюється шляхом команд електронного блоку управління, який аналізує стан, в якому знаходиться дорожнє покриття, використовуючи ABS та ESP. Потім ЕБУ самостійно блокує шестерні-сателіти. За ступенем блокування цей пристрій можна умовно поділити на диференціал з повним і частковим блокуванням.

Повне блокування диференціалу

Включення такого блокування має на увазі під собою той факт, що шестерні-сателіти зупиняються повністю, а механізм береться за виконання функцій звичайної муфти, тим самим передаючи рівноважний момент, що крутить, на дві півосі. Внаслідок цього обидва колеса обертаються з однаковою кутовою швидкістю. Якщо трапиться те, що хоча б одне колесо втратить зчеплення з поверхнею, то момент, що крутить, з нього повною мірою передається на інше колесо, яке залишилося форсувати бездоріжжя. Такий диференціальний пристрій успішно реалізовано на Toyota Land Cruiser, Mercedes-Benz G-Classта інших.

Часткове блокування диференціалу

Увімкнення цього блокування не повністю зупиняє шестерні-сателіти, а дозволяє їм прослизати. Такий ефект доступний завдяки диференціалам, що самоблокуються. Залежно від типу спрацьовування даного механізму ділять його на два види: Speed ​​sensitive(задіюється, коли помічається різниця в кутових швидкостях обертання півосей) та Torque sensitive(задіяний у разі зменшення крутного моменту однієї півосі). Такий тип спрацьовування диференціального пристрою можна зустріти на позашляховиках Mitsubishi Pajero, Audi Q-серії та BMW X-серії.

Група диференціалів Speed ​​sensitiveвідрізняється будовою конструкції. Одним з таких механізмів є той, у якому диференціальну функціювиконує віскомуфта. Віскомуфта відрізняється від фрикційного диференціала своєю меншою надійністю. Саме тому вона має місце встановлюватися на автомобілі, які не призначені для подолання непролазних нетрів і глибоких бродів або на автомобілі зі спортивним характером.

Ще один механізм, що представляє групу Speed ​​sensitive, називається героторний диференціал. Роль блокуючих елементів тут відіграють масляний насос і фрикційні пластини, що монтуються між корпусом диференціалу та шестернями-сателітами півосей. Хоча за принципом дії він схожий на вискомуфту.

Диференціали, що належать до групи Torque sensitive, також різні за своєю конструкцією. Наприклад, є механізм з використанням фрикційного диференціала. Особливість його полягає в різниці кутових швидкостей коліс в поворотах і під час руху по прямій. Коли автомобіль рухається по прямій, кутова швидкість обертання обох коліс однакова, а під час проходження повороту, момент, що крутить, для коліс різний.

Черговий тип диференціалів - з гіпоїдним та косозубим зачепленням. Вони умовно поділяються на три групи.

Перша – з гіпоїдним зачепленням

Тут кожна піввісь має свої власні шестерні-сателіти. Кріпляться вони між собою шляхом прямозубого зачеплення, розташовуючись перпендикулярно один щодо одного. У разі виникнення різниці кутових швидкостей провідних коліс відбувається розклинювання шестерень півосей. Внаслідок чого шестерні труться об корпус диференціала. Диференціал частково блокується і відбувається перерозподіл моменту, що крутить, на вісь, з меншою швидкістю кутового обертання. Після вирівнювання півосьових швидкостей блокування деактивується.

Друга – з косозубим зачепленням

Аналогічна перша, але розташування шестерень-сателітів паралельно щодо півосей. Ці агрегати кріпляться між собою шляхом косозубого зачеплення. Сателіти цього механізму вмонтовані в спеціальні ніші на корпусі диференціала. Відбувається часткове блокування. Напрямок моменту, що крутить, визначається на вісь з меншою швидкістю обертання.

Третя – з косозубими шестернями півосей та гвинтовими шестернями сателітів

Використовується у міжосьових диференціалах. Принцип той самий – зміщення моменту, що крутить, на вісь з меншим обертанням. Діапазон усунення цього виду досить великий – від 65/35 до 35/65. Коли кутова швидкість колісного обертання обох осей стабілізується та вирівнюється, диференціал розблоковується. Ці диференціальні групи широко застосовують у автомобілебудуванні як у звичайних моделях, і на спортивних.

Переваги та недоліки блокування диференціалів

+ можливість колісного блокування до 70%;

Мінімальне обслуговування;

Відсутність ривків на кермі;

КПП не вимагає заливання спеціальної олії;

Установка не спричиняє жодних складнощів;

Забезпечення найкращих позашляхових характеристик автомобіля;

Більше тривалий термін роботи конструкції;

Найкраща керованість автомобіля;

Здатність проходження поворотів більш високих швидкостях;

Автомобіль легше виводиться із замету.

Після закінчення часу падає преднатяг;

Потрібна заміна регулювальних елементів кожні 40 тисяч кілометрів для кращої працездатності конструкції;

Чи не своєчасне або запізнене проведення регулювальних робіт призведуть до того, що система працюватиме не коректно.

Підписуйтесь на наші стрічки в

Багато покупців при виборі позашляховика, напевно, стикалися в описі тієї чи іншої моделі з терміном «електронне блокування диференціала». Але що це таке, і як працює цей диференціал, знають далеко не всі потенційні власники автомобілів цього класу. У нашому сьогоднішньому матеріалі ми докладно розповімо, навіщо машині диференціал, які його різновиди та на які автомобілі він встановлюється.

Історія створення та призначення диференціала

На автомобілях, оснащених двигуном внутрішнього згоряння, диференціал з'явився за кілька років після їх винаходу. Справа в тому, що перші екземпляри машин, що приводяться в дію двигуном, мали дуже погану керованість. Обидва колеса на одній осі при повороті оберталися з однаковою кутовою швидкістю, що призводило до пробуксовування колеса, що йде по зовнішньому, більшому, ніж внутрішній діаметру. Вирішення проблеми було знайдено просто: конструктори перших автомобілів із ДВС запозичили у парових возів диференціал – механізм, винайдений у 1828 році французьким інженером Олівером Пекке-Ром. Він являв собою пристрій, що складається з валів і шестерень, через які момент, що крутить, від двигуна передається на провідні колеса. Але після установки на автомобіль диференціала виявилася ще одна проблема - пробуксовування колеса, що втратило зчеплення з дорогою.

Зазвичай це виявлялося, коли автомобіль рухався дорогою, покритою ділянками льоду. Тоді колесо, що потрапило на лід, починало обертатися з більшою швидкістю, ніж те, що знаходилося на грунті або бетоні, що призводило до занесення автомобіля. Тоді конструктори задумалися про вдосконалення диференціала для того, щоб за подібних умов обидва колеса оберталися з однаковою швидкістю і автомобіль не заносило. Першим, хто проводив експерименти зі створенням диференціалу з обмеженим ковзанням, став Фердинанд Порше.

Йому знадобилося три роки, щоб розробити, протестувати та випустити на ринок так званий кулачковий диференціал – перший механізм з обмеженим ковзанням, який встановлювався на перші моделі марки Volkswagen. Згодом інженери розробили різні видидиференціалів, про які йтиметься нижче.

В автомобілі диференціал виконує три функції: 1) передає від двигуна до провідних колес, 2) задає колесам різні кутові швидкості; 3) служить у поєднанні з головною передачею.

Пристрій диференціалу

Удосконалений автомобільними конструкторами диференціал влаштований у вигляді планетарної передачі, де момент, що крутить, від двигуна передається через карданний вал і конічну зубчасту передачу на корпус диференціала. Той, у свою чергу, спрямовує момент, що крутить, на дві шестерні, а вже вони розподіляють момент між півосями. Зчеплення між шестернями-сателітами та півосями має два ступені свободи, що дозволяє їм обертатися з різними кутовими швидкостями.

Таким чином, диференціал забезпечує різну швидкість обертання коліс, розташованих на одній осі, що запобігає пробуксовці при повороті. Після того, як був винайдений, у автомобіля з'явилося два, а згодом і три (з міжосьовим) диференціала, які розподіляли момент, що крутить, між провідними осями.

Вже зрозуміло, що без диференціалу не обходиться жоден автомобіль. У передньо- та задньопривідних автомобілях він розташований на провідній осі. Якщо у автомобіля здвоєна провідна вісь, то тут у конструкції трансмісії застосовують два диференціали - по одному на кожну вісь. У повнопривідних машинах диференціалів два (для моделей з підключається) повним приводом– по одному на кожну вісь) або три (для моделей з постійним повним приводом – по одному на кожну вісь плюс міжосьовий диференціал, який розподіляє крутний момент між осями). Крім кількості механізмів, що встановлюються на автомобілі з різними типами приводів, диференціали розрізняють за блокуванням.

Різновиди диференціалів

По виду блокування диференціали діляться на два – ручне та електронне блокування. Ручна, як випливає з назви, виконується водієм вручну за допомогою кнопки або тумблера. В цьому випадку шестерні-сателіти механізму блокуються, провідні колеса рухаються з однаковою швидкістю. Зазвичай ручне блокування диференціала передбачено на позашляховиках.

Електронне або автоматичне блокування диференціала здійснюється за допомогою електронного блоку управління, який, аналізуючи стан дорожнього покриття (використовується інформація з датчиків та антипробуксової системи), сам блокує шестерні-сателіти.

Задній диференціал з електронним керуванням Range Rover Sport

За ступенем блокування цей пристрій ділиться на диференціал з повним блокуванням і диференціал з частковим блокуванням шестерень-сателітів.

Повне блокування диференціала передбачає 100% зупинку обертання шестерен-сателітів, при якій сам механізм починає виконувати функцію звичайної муфти, передаючи рівнозначний крутний момент на обидві півосі. Внаслідок цього обидва колеса обертаються з однаковою кутовою швидкістю. Якщо ж одне з коліс втрачає зчеплення з дорогою, весь момент, що крутить, передається на колесо з кращим зчепленням, що дозволить подолати бездоріжжя. Такий пристрій диференціала використовується на позашляховиках та інших.

Часткове блокування диференціала передбачає неповну зупинку обертання шестерень-сателітів, тобто з ковзанням. Досягається такий ефект за рахунок так званих диференціалів, що самоблокуються. Залежно від того, яким чином спрацьовує цей механізм, їх ділять на два види: Speed ​​sensitive (функціонують при різниці в кутових швидкостях обертання півосей) та Torque sensitive (функціонують при зменшенні моменту, що крутить, на одній з півосей). Такий пристрій диференціала використовується на позашляховиках Mitsubishi Pajero, Audi з , BMW з системою X-Drive і так далі.

Диференціали, що належать до групи Speed ​​sensitive, мають різну конструкцію. Існує механізм, у якому роль диференціала відіграє віскомуфта. Вона являє собою резервуар, розташований між піввіссю та ротором карданного валу, заповнений спеціальною в'язкою рідиною, в яку, у свою чергу, занурені диски, зчленовані з піввіссю та ротором. Коли кутова швидкість обертання коліс відрізняється (одне колесо обертається швидше за інше), диски в резервуарі теж починають обертатися з різними швидкостями, але в'язка рідина поступово вирівнює їх швидкість, і, відповідно, момент, що крутить. Як тільки кутові швидкості обох коліс зрівняються, віскомуфта вимикається. За своїми характеристиками віскомуфта менш надійна, ніж фрикційний диференціал, тому встановлюють її на машини, призначені для подолання бездоріжжя середнього ступеня або спортивні модифікації автомобілів.

Ще один механізм диференціалу, що відноситься до групи Speed ​​sensitive – героторний диференціал. Тут роль блокування, на відміну від вискомуфти, відіграє масляний насос і фрикційні пластини, які монтуються між корпусом диференціалу та шестернею-сателітом півосей. Але принцип дії багато в чому схожий на такий у вискомуфти: при виникненні різниці в кутових швидкостях провідних коліс насос нагнітає масло на фрикційні пластини, які під тиском блокують корпус диференціала і шестерню півосі до тих пір, поки швидкості обертання коліс не зрівняються. Як тільки це відбувається, насос перестає працювати і блокування вимикається.

Диференціали, які стосуються групи Torque sensitive, теж мають різну конструкцію. Наприклад, є механізм, у якому використовується фрикційний диференціал. Його особливістю є різниця кутових швидкостей обертання коліс при русі автомобіля на прямій та в повороті. При їзді прямою дорогою кутова швидкість обох коліс однакова, а при проходженні повороту її значення різне для кожного колеса. Це досягається за рахунок установки між корпусом диференціала і шестернею-сателітом фрикціону, який сприяє поліпшенню передачі моменту, що крутить, на колесо, що втратило зчеплення з дорогою.

Ще один тип диференціалів - з гіпоїдним (черв'ячним або гвинтовим) та косозубим зачепленням. Їх умовно поділяють на три групи.

Перша – з гіпоїдним зачепленням, у якій кожна півосі має власні шестерні-сателіти. Вони поєднуються між собою за допомогою прямозубого зачеплення, причому вісь шестерні розташовується по відношенню до півосі перпендикулярно. При виникненні різниці в кутових швидкостях провідних коліс шестерні півосей розклинюються, утворюється тертя між корпусом диференціалу та шестернями. Відбувається часткове блокування диференціала і момент, що крутить, передається на ту вісь, кутова швидкість обертання якої менше. Як тільки кутові швидкості коліс вирівняються, відбувається деактивація блокування.

Друга – з косозубим зачепленням, в якій кожна півосі також має свої шестерні-сателіти (вони гвинтові), але їх осі розташовуються паралельно півосям. А об'єднуються ці агрегати між собою за допомогою косозубого зачеплення. Сателіти у цій механізмі встановлені у спеціальних нішах на корпусі диференціала. Коли кутова швидкість обертання коліс відрізняється, відбувається розклинювання шестерень, і вони, сполучаючись із шестернями в нішах корпусу диференціала, частково блокують його. При цьому крутний момент прямує на ту піввісь, швидкість обертання якої менша.

Третя – з косозубими шестернями півосей та гвинтовими шестернями сателітів, які розташовуються паралельно один до одного. Такий тип використовується у конструкції міжосьового диференціалу. Завдяки планетарній конструкції диференціала, є можливість за допомогою часткового блокування зміщувати момент, що крутить, на ту вісь, кутова швидкість обертання коліс якої менше. Діапазон такого усунення досить широкий – від 65/35 до 35/65. При встановленні рівнозначної кутової швидкості обертання коліс передньої та задньої осі диференціал розблоковується.

Ці групи диференціалів отримали найширше застосування в автомобілебудуванні: їх встановлюють як на «цивільні» моделі, так і на спортивні.

Його основне призначення полягає у розподілі, зміні та передачі крутного моменту, а при необхідності, для забезпечення обертання двох споживачів з різними кутовими швидкостями.

Міжколісний диференціал - це диференціал, призначений для приводу провідних коліс, якщо він встановлений між провідними мостами в повнопривідному автомобілі - міжосьовий інтервал.

Як правило, диференціал автомобіля розташовується в наступних місцях:

• Привід провідних мостів у повнопривідному автомобілі – у роздавальній коробці
• Привід провідних коліс у повнопривідному автомобілі – у картері заднього та переднього мосту
• Привід провідних коліс у передньопривідному автомобілі – у коробці передач
• Привід провідних коліс у задньопривідному автомобілі – картер заднього мосту

В основі диференціалу лежить планетарний редуктор. Використовуваний у редукторі вид зубчастої передачі умовно поділяє диференціал на три наступні види:

• Черв'яковий
• Циліндричний
• Конічний

Черв'ячний – найуніверсальніший диференціал і може бути встановлений як між осями, так між колесами. Циліндричний тип, як правило, розташовується в автомобілях між осями. Конічний тип застосовується переважно як міжколісний.

Розрізняють також несиметричний та симетричний диференціали автомобіля. Несиметричний тип встановлюється між двома приводними осями і дозволяє передавати момент, що крутить, в різних пропорціях. Симетричний тип, як правило, встановлюється на головних передачах і дозволяє передавати на два колеса рівний за значенням момент, що крутить.

Влаштування автомобільного диференціала

Основними елементами диференціалу є:

• Напівосьові шестерні
• Шестерні сателітів
• Корпус

Схема диференціалу передньопривідного автомобіля:
1 - ведена шестерня головної передачі; 2 - фрагмент провідної шестерні головної передачі; 3 - вісь сателітів; 4 - сателіт; 5 - корпус диференціала; 6 - правий фланцевий вал; 7 - сальник; 8 - конічний роликовий підшипник; 9 - півосьова шестерня; 10 - лівий фланцевий вал; 11 - фрагмент картера коробки передач.

Шестерні сателітів за своїм принципом роботи нагадують планетарний редуктор і служать для з'єднання між собою корпусу та півосьової шестерні. Останні своєю чергою з'єднуються з допомогою шліців з провідними колесами. У різних конструкціях використовуються чотири або два сателіти, легкових автомобілівНайчастіше використовується другий варіант.

Чашка диференціала або корпус – її основне призначення полягає в тому, щоб передавати через сателіти момент, що крутить, від головної передачі до півосьових шестерень. Усередині нього розміщуються осі для обертання сателіт.

Сонячні або півосьові шестірні – призначені для передачі моменту, що крутить, за допомогою півосей на провідні колеса. Ліва та права шестерні можуть мати як однакову, так і різну між собою кількість зубців. У свою чергу шестерні з різним числоЗубів використовуються для утворення несиметричного диференціала, а з однаковою кількістю – для симетричного.

Принцип роботи автомобільного диференціалу

Працює диференціал так: обертаючи одне з провідних коліс автомобіля, друге почне обертатися в протилежному напрямку, але при цьому має виконуватися умова нерухомості карданного валу. У цьому випадку стеліти обертаються у своїх осях, граючи роль шестерні.

Якщо завести двигун і включити зчеплення і будь-яку з передач, почне обертання карданний вал, що передає свій крутний момент через циліндричні і конічні шестерні коробці диференціала.

Таким чином, під час руху автомобіля по кривій траєкторії одне колесо уповільнює свій хід, друге навпаки збільшує його. В результаті усувається пробуксовування та ковзання коліс і кожне з них обертається з тією швидкістю, яка необхідна для безпечного руху.

Під час руху автомобіля по прямій, нічого особливого не відбувайся і диференціал передає крутний момент на обидва колеса в однаковому співвідношенні. Шестерні півосьові обертаються з однаковою кутовою швидкістю, оскільки сателіти в цьому випадку перебувають у нерухомому стані.

При русі на слизьких покриттях диференціал має один істотний недолік - він може викликати бічний замет машини, так як на буксирному колесі низька сила зчеплення з покриттям і воно починає обертатися в холосту.

Найпростіші диференціали автомобіля мають ще один недолік. При попаданні бруду або інших сторонніх елементів між шліцами момент, що крутить, може передаватися в різному співвідношенні, навіть 0 до 100. Таким чином, одне колесо залишиться в абсолютно статичному положенні.

Сучасні моделі практично позбавлені цього недоліку. Їх пристрій відрізняється ручним або автоматичним жорсткішим. Більш того, у багатьох легкових сучасних машинах встановлюються системи стабілізації та курсової стійкості, що дозволяють оптимізувати залежно від траєкторії руху автомобіля розподіл крутного моменту.

Як працює диференціал - відео: