28Апр

Что такое сателлит в автомобиле: Сателлиты КПП — изучаем их устройство

28 Апр 2023 alexxlab Комментировать

Содержание

Что такое дифференциал в автомобиле

Содержание

Дифференциал является неотъемлемой частью любого четырехколесного транспортного средства. Если говорить коротко, то этот узел позволяет ведущим колесам одновременно вращаться с разной скоростью. Зачем это нужно и почему на многих автомобилях требуется устанавливать блокиратор для этого важного узла, рассмотрим подробно.

Немного теории

Двигатель передает свою мощность через карданный вал на ведущие колеса. Если рассматривать траекторию, по которой проходят колеса во время поворота, несложно заметить, что внутреннее колесо проходит меньший путь, чем внешнее. Это значит, что скорость внутреннего колеса всегда меньше, чем внешнего. Если бы колеса были жестко соединены с полуосью, автомобиль бы всегда поворачивал со значительными пробуксовками, и чтобы этого не происходило, требуется дифференциал. Его главное назначение — обеспечить ведущим колесам различную частоту вращений при переводе мощности от ДВС.

По своим конструкциям, узлы относятся к двум классам:

  • простой;
  • ДПВС (дифф. с повышенным внутренним сопротивлением).

Последние классифицируются на узлы с большой чувствительностью к разрыву, или момента, или угловых скоростей. По конструктивному типу блокиратора дифференциал с высоким внутренним трением разделяется на узел с блокиратором:

  • винтовым;• червячным;• дисковым;

    • шариковым;

    • вискомуфта;

    • насос героторный.

Особенности конструктивного типа и принцип работы свободного дифференциала

Это самый простой тип дифференциала, где не установлены никакие блокираторы. Конструкция позволяет изменять скорость ведущих колес при передаче мощности на оба колеса.

Свободный тип дифференциала

Рассмотрим подробно схему работы свободного агрегата. Мощность двигателя передается с ведущей шестерни вала карданного на ведомую шестеренку дифференциала. Ведомая шестерня стоит на жесткой сцепке с сателлитом, который расположен внутри дифференциала. Для легковых машин, седанов, хетчбеков, кроссоверов устанавливают два сателлита. Для грузового транспорта, на некоторых внедорожниках можно встреть четыре, иногда шесть, десять шестерен.

Сателлиты выполняют движение двух типов, крутятся на пару с ведомой шестерней и вокруг своей оси. Далее сателлиты соединены через передачу зубчатую с двумя полуосевыми шестернями. Это позволяет передать мощность от мотора на оба колеса.

Если автомобиль движется строго прямо, сателлит крутится только совместно с ведомой шестеренкой и неподвижен по своей оси. Во время такого хода сателлит и полуосевая шестерня работают совместно, аналогично жесткому соединению. Но такие ситуации занимают всего 5% от времени движения транспортного средства. Даже при езде на шоссе водитель корректирует поведение машины и осуществляет пусть и небольшие, в 3-5 градусов, но повороты.

Во время поворота шестерни-сателлиты начинают оборачиваться по своей оси, передавая различную угловую скорость на полуосевые шестерни, разрешая таким образом колесам во время поворота вращаться по-разному. Поворачивая направо, правое колесо будет крутиться со скоростью меньшей, чем левое, и наоборот. Это позволит автомобилю не буксовать и не «рвать дифференциал».

Кроме главной функции передачи разных скоростей, дифференциал выполняет еще две работы:

  1. Ведомая шестерня понижает частоту вращений карданной шестерни, увеличивая таким образом момент.
  2. Конструкция дифференциала позволяет передать мощностной параметр на ведущие колеса под прямым углом.

У свободного дифференциала есть один главный недостаток — он перестает работать, если ведущие колеса имеют разный показатель давления во время сцеплении с дорожным полотном. Простой дифференциал всегда передает большую силу на колесо с низким показателем — например, если оно попало на лед, второе колесо, стоящее на ровном участке, получит минимальную мощность, и автомобиль начнет буксовать. Для решения этой проблемы в технологии дифференциала используются либо блокираторы, либо другой конструктивный тип узла — ДПВС.

Особенности конструкции ДПВС

В свободном или простом дифференциале правая и левая полуось не связаны жестко между собой. Дифференциал с увеличенным внутренним трением позволит ограничить независимость полуосей относительно друг друга. Одна из главных и часто встречающихся схем ограничения вращения — это принцип на основе блокировки через диски (дифференциал высокого трения).

ДПВС версия

В конструкции ДПВС, кроме главных узлов свободного дифференциала, встроен комплект фрикционных и стальных шайб, которые расположены между полуосевой и корпусом. Фрикционные диски соединяются с полуосевой, стальные шайбы соединяются с корпусом узла.

Полуосевая шестерня и диски фрикционные всегда вращаются вместе, стальные же диски вращаются только с блоком корпуса. Если пакет дисков сжать, то вся конструкция начнет двигаться как единое целое, и мощность будет передаваться на ось напрямую, замедлив или остановив вращение сателлита.

В пространство между полуосевыми шестернями устанавливается пружина преднатяга, которая оказывает постоянное давление на диски сцепления, слегка их сжимая. Кроме этого, особая конструкция шестерни сателлита и люфт, который есть между полуосью и полуосевой шестерней, увеличивают отталкивающую силу, которая будет сжимать диски на той оси, колесо которой имеет лучшее сцепление. Это позволит распределить мощность на буксующее колесо, которое находится на льду, и на то, которое находится на ровном месте равномерно, и проскальзывание прекращается.

Червячный блокиратор

Дифференциал с червячным блокиратором

В конструктивной схеме дифференциала с данным типом блокировки используется планетарная передача шестеренок и сателлитов на перекрещенных осях. Пары соединяются на оси по принципу червячной передачи. Ярким типом такого агрегата остается технология компании Torsen NA Inc дифференциал Торсен. Основная функция узла такая, как и у любого другого — распределение мощности между мостами или по осям колес. Агрегат относится к классу дифференциалов, реагирующих на момент.

Технология позволяет автоматически заблокировать необходимый сателлит (или серию сателлитов) при сравнительно небольшом различии момента. В конструкции «Торсен 1» используются ведомая полуосевая червячная шестеренка, ведущий червячный сателлит. В основе лежит принцип: движущаяся червячная шестерня может поворачивать червячный сателлит, вращение же наоборот невозможно.

Червячные пары устанавливаются в корпус дифференциала. Мощность распространяется на сателлиты, которые соединяются с прямозубыми шестернями. При езде прямо шестерни-сателлиты толкают, не крутят червячные шестерни, момент и мощность передаются на ведущие колеса пропорционально. При повороте, например, направо червячная шестерня левой полуоси заставит сателлит начать вращение вокруг своей оси. При этом правый сателлит начнет вращение в противоположную сторону, обеспечивая правому колесу меньшую скорость. Зацеп прямозубых шестерен на концах сателлитов обеспечит их равную скорость вращения.

При варианте, когда колеса имеют разное сцепление с дорогой, в дифференциале Torsen произойдет передача избыточной скорости буксующего колеса на червячный сателлит, который через планетарную передачу передает избыточную скорость смежному сателлиту второй полуоси. Поскольку сателлит не может вращать соответствующую полуосевую шестерню, происходит абсолютная блокировка дифференциала. Это позволяет распределить момент и мощность равномерно на две полуоси.

Дифференциал с винтовым блокиратором

Узел с винтовой блокировкой имеет в конструкции простейшие рядные или двухрядные планетарные передачи. В конструкции винтовая передача в классическом виде не применяется. Название произошло от того, что шестерня-сателлит похожа на винт. Главная особенность винтового дифференциала — это использование цилиндрических шестерен с косыми зубьями на всех зацепляющих парах.

Самоблокирующийся дифференциал

Сателлиты производят вращение не по своей оси, а в цилиндрическом блоке. Блокировка происходит в то время, когда при косом зацеплении значительно увеличивается осевая сила, которая при проскальзывании колеса расклинивает сателлиты в своих блоках. Шестерни-сателлиты давят на корпус узла, одновременно выравнивая угловые скорости ведомых шестерен. В конструкции винтовых дифференциалов используются до семи пар сателлитов.

Межосевой дифференциал

Аналогичный узел, который устанавливается не между колесами, а между передней и задней осью. Межосевой дифференциал распределяет мощность и момент на четыре колеса в автомобилях с полным приводом. В конструкции межосевых дифференциалов также есть простые (свободные) конструкции, с коэффициентом повышенного внутреннего сопротивления, с возможностью полной или частичной блокировки.

Расположен узел чаще всего в раздаточной коробке и разделяется на симметричный и несимметричный.

Симметричный межосевой узел распределяет момент на оси 50/50. Несимметричный узел может распределять мощность и момент в разных пропорциях, в зависимости от конструкции и условий езды.

Вискомуфта

В современных конструкциях для блокировки главных деталей простого дифференциала используют вискомуфту и героторный насос. Это позволяет снизить трение внутренних шестерен дифференциала, как шестерен-сателлитов, так и ведомых полуосевых, за счет использования силы вращения плотной среды в конструкции.

Дифференциал на автомобиле — ПРАВИЛЬНОЕ СТРОЕНИЕ МАШИН


Всем механикам с юности памятна картинка со схемой движения автомобиля по кривой, когда его внешние колеса проходят больший путь, чем внутренние. С ее помощью во многих учебниках для водителей разъясняются назначение и принцип действия дифференциала. Часто все сводится к тому, что дифференциал позволяет ведущим колесам вращаться с различными скоростями и, таким образом, обеспечивает нормальное движение автомобиля на поворотах.

Такие разъяснения не то чтобы совсем неправильны, но слишком упрощены и сути работы дифференциала не раскрывают.  Конечно, в серьезных книгах все изложено правильно. Там сказано, что назначение межколесного дифференциала на автомобиле состоит в распределении крутящего момента строго поровну между ведущими колесами одного моста, а межмостового дифференциала – в распределении крутящего момента между ведущими мостами, — поровну или в оптимальной пропорции (несимметричный дифференциал).

Эту ситуацию можно считать вполне допустимой для водительских учебников и для популярной литературы, пока объяснения просто не полны и ограничиваются фразами типа:

«Дифференциал – это механизм, у которого ведущие колеса вращаются независимо друг от дружки».

Строго говоря, вращаются они «зависимо», ну да ладно, — что-то похожее на правду сказано, а об остальном ни слова, чтобы не забивать голову людям без специальной подготовки.

 

Хуже, когда авторы, тиражируют свое неправильное понимание сути работы механизма, как это сделано, например, в книге:

Зеленин С.Ф., Молоков В.А. Учебник по устройству автомобиля, М., «Русьавтокнига», 2000 г., 80 с. Тираж 15000 экз.

Цитата из этой книги:

 

«Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между полуосями ведущих колес при повороте автомобиля и при движении по неровностям дороги. Дифференциал позволяет колесам вращаться с разной угловой скоростью и проходить неодинаковый путь без проскальзывания относительно покрытия дороги.

Иными словами 100% крутящего момента, который приходит на дифференциал, могут распределяться между ведущими колесами как 50 х 50, так и в другой пропорции (например, 60 х 40). К сожалению, пропорция может быть и 100 х 0. Это означает, что одно из колес стоит на месте (в яме), а другое в это время буксует (по сырой земле, глине, снегу).

Что поделаешь! Ничто не бывает абсолютно правильным и идеальным, зато данная конструкция позволяет автомобилю поворачивать без заноса, а водителю не менять каждый день напрочь изношенные шины.

Рис. 38 Главная передача с дифференциалом

1 — полуоси; 2 — ведомая шестерня; 3 — ведущая шестерня; 4 — шестерни полуосей; 5 — шестерни-сателиты

 

Это уже не упрощение, а просто введение в заблуждение читателей. Здесь, кроме второго предложения и иллюстрации, все неправда (в первом предложении нужно вставить слово «поровну», а точку поставить после слова «колес» и т.д.).

Только однажды в учебнике для профтехобразования мне довелось встретить правильное и при этом простое и наглядное разъяснение сути работы дифференциала. Было это давно и помню только, что это был учебник для водителей зерновых комбайнов.

Там читателю предлагалось вообразить, что две полуосевые конические шестерни «развернуты» в две зубчатые рейки, эти рейки лежат на воображаемом столе, а между ними помещен сателлит  в виде прямозубой шестерни. Выглядит это примерно так:

Объяснение сути работы дифференциала основано на его конструкции и на третьем законе Ньютона, который гласит: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. На следующем рисунке показано силовое взаимодействие сателлита с рейками, когда движущая сила Д приложена к оси сателлита и этот сателлит толкает обе рейки по столу, причем силы сопротивления движению левой и правой реек Слев  и Справ одинаковы (силы трения реек о поверхность воображаемого стола) и каждая из них равна половине общей силы сопротивления С. Силы со стороны сателлита передаются на рейки в точках зацепления зубьев сателлита с зубьями реек. Благодаря равенству сил сопротивления движению Слев  и Справ, равны между собой и движущие силы на зубьях сателлита, каждая из которых равна половине движущей силы Д. Поскольку равные силы приложены к двум зубьям сателлита, находящимся на равных расстояниях от его оси, сателлит находится в равновесии и не вращается. Поэтому все три детали движутся прямолинейно в одну сторону и с равными скоростями, а именно с той скоростью, с какой движется ось сателлита и которая задана двигателем.

Эта ситуация соответствует установившемуся движению автомобиля по дороге с хорошим сцеплением с дорогой.

Теперь представим, что при своем движении по столу, левая рейка «наехала» на пятно масла. При этом сила сопротивления ее движению (сила трения о стол) уменьшилась, а сила сопротивления движению правой рейки осталась прежней. На какой-то момент равновесие сил на зубьях сателлита нарушается: нагрузка на левый его зуб  становится меньше нагрузки, действующей на его правый зуб. Иначе говоря, сателлиту стало легче толкать левую рейку, чем правую. Поэтому он начинает вращаться по часовой стрелке, как это показано на следующем рисунке.

вращению сателлита движение правой рейки замедляется, а левая рейка наоборот ускоряется. Затем правая рейка полностью останавливается, а сателлит продолжает вращаться. Его ось продолжает двигаться с той же скоростью, что и прежде, так как эта скорость задана двигателем. Но поскольку правая рейка стоит, вращающийся сателлит обкатывается по ней. В момент, показанный на рисунке правый зуб сателлита стоит на месте, так как «упирается» в зуб неподвижной рейки. Но противоположный, левый зуб сателлита движется в два раза быстрее, чем ось самого сателлита. Все это соответствует ситуации, когда одно из ведущих колес медленно движущегося автомобиля наезжает, например, на обширное пятно льда, а второе остается на сухом покрытии с хорошим сцеплением. То есть машина останавливается и колесо, находящееся на льду, буксует, вращаясь в два раза быстрее, чем прежде, когда оба колеса катились с одинаковой скоростью.

Строго говоря, о нарушении равновесия сил на зубьях сателлита выше сказано некорректно и  только потому, что, как мне кажется, так проще понять происходящее. На самом деле равновесие сил сохраняется всегда, только для его рассмотрения нужно еще учитывать силы, вызывающие ускорение левой рейки и замедление правой. Эти не рассматриваемые нами силы, исчезают с момента полной остановки правой рейки. В этот же момент удвоенная скорость движения левой рейки становится постоянной. И тогда ситуация полностью соответствует следующему рисунку.


Здесь равновесие сил восстановилось, точнее, — исчезли динамические силовые составляющие (те, что вызывали ускорение одной рейки и замедление другой). Правая рейка стоит, сателлит вращается, а левая рейка движется равномерно с удвоенной скоростью. Очень важно отметить что, равновесие сил перешло на новый уровень. Теперь равные силы на левом и правом зубьях сателлита  стали существенно меньше прежних. В силу третьего закона Ньютона эти силы не могут превысить движущую силу, которую можно приложить к рейке, находящейся на пятне масла, или к колесу, находящемуся на пятне льда. Иными словами, если одно колесо стоит на сухой дороге, а противоположное буксует на льду или в грязи, это вовсе не означает, что 100% крутящего момента передается от двигателя на буксующее колесо, как сказано в упомянутой выше книге. Этот момент всегда и во всех условиях делится дифференциалом поровну между колесами, но он не может быть больше, чем позволяет сцепление одного из колес с дорогой, причем  именно того колеса, у которого это сцепление меньше.

Только если в этих условиях заблокировать дифференциал, то есть выключить его из работы, тем или иным способом жестко соединив между собой полуоси, можно передать на колесо, стоящее на сухой дороге, подавляющую часть крутящего момента, который может развить двигатель. При этом буксование прекратится, оба колеса будут вращаться с одинаковой скоростью, но подавляющую часть суммарной силы тяги будет обеспечивать только одно из этих колес.

Мне кажется, что с помощью модели с зубчатыми рейками можно наглядно объяснить и все прочие режимы работы межколесного дифференциала. Например, ситуацию, иногда возникающую при торможении двигателем. Представим, что автомобиль движется под уклон на сухой дороге с пятнами льда. Водитель тормозит двигателем.  В этом случае движущая сила, это сила инерции массы машины. А сила сопротивления движению, это сила, приложенная к осям сателлитов дифференциала со стороны двигателя. Одно из колес наезжает на пятно льда. Сила сцепления этого колеса с дорогой резко уменьшается, и оно начинает вращаться в обратную сторону. Здесь происходит то же самое, что произойдет с рейками если ось сателлита сделать неподвижной, но оставить ему свободу вращения вокруг этой оси, то есть имитировать ситуацию, когда ось сателлита тормозится или удерживается двигателем. Если теперь двинуть вперед одну из зубчатых реек, то сателлит начнет вращаться и заставит вторую рейку двигаться назад. Здесь рейка, движимая вперед, соответствует колесу на сухой дороге, а рейка, движущаяся назад, — колесу, находящемуся на льду и вращающемуся в обратную сторону. На мой взгляд, вращение буксующего колеса в обратную сторону очень наглядно демонстрирует «стремление» дифференциала выполнить свое предназначение и выровнять силы на двух колесах ведущего моста. В данном случае это силы торможения. Благодаря их выравниваю исключается или сильно снижается вероятность заноса автомобиля при таком режиме торможения.

 

Можно рассматривать еще многие ситуации, возникающие при работе дифференциала. Но полагаю, что и сказанного достаточно, чтобы убедиться: — межколесный дифференциал всегда делит получаемый от двигателя крутящий момент поровну между двумя колесами одного ведущего моста.

 

А теперь вернемся к упомянутой в самом начале картинке с автомобилем, движущемся по кривой. Если автомобиль заднеприводной, то получающие одинаковый крутящий момент два задних колеса преобразуют эти крутящие моменты в две одинаковые силы тяги (если шины колес имеют одинаковый диаметр, одинаковое давление накачки и несут одинаковые части  веса автомобиля). А две одинаковые силы тяги стремятся толкать автомобиль по прямой. Именно поэтому, водителю при прохождении поворота приходится твердо удерживать рулевое колесо.  Строго говоря, дифференциал на таком автомобиле не столько помогает, сколько мешает прохождению поворота. Зато он прямо способствует устойчивости движения по прямой (вместе с углами установки передних колес).

У переднеприводного автомобиля ситуация несколько иная. Здесь силы тяги также одинаковы на двух колесах, но они «поворачиваются» вместе с поворачиваемыми колесами. Поэтому, например, переднеприводной машине легче выйти из глубокой скользкой колеи: повернутые передние ведущие колеса активно тянут куда нужно. А у заднеприводного, задние ведущие колеса активно толкают машину вдоль колеи.

Здесь рассмотрена лишь малая часть того, что следовало бы водителям знать о работе дифференциала и на это потребовалось много слов и картинок. Так может быть правы те, кто ограничивается пресловутой картинкой с разным пробегом у разных колес на повороте? Может быть. Но полагаю, что следует, если и не вдаваться в пространные разъяснения, то хотя бы просто написать, для чего действительно предназначен этот механизм. А кто захочет дойти до сути, найдет, где об этом  почитать. И уж совсем ни к чему пропагандировать собственное неверное понимание этой сути.

Д.Д.

Как работают спутниковые трекеры для транспортных средств?