Что такое дифференциал и как он работает
22 июня 2020
Авторамблер
Двигатель, коробка передач, рулевое управление, подвеска и, конечно, кузов — важнейшие составляющие конструкции автомобиля. Но не только. Не следует забывать про дифференциал, без которого ездить было бы очень сложно. Итак, что такое дифференциал?
Фото: АвторамблерАвторамблер
О дифференциале знают не все водители, но ощущают его работу постоянно. Дело в том, что при прохождении поворотов колеса автомобиля проходят разный по длине путь. Внешнее по отношению к центру поворота колесо преодолевает более длинное расстояние И разница между путем его и внутреннего колеса по мере увеличения крутизны поворота только увеличивается. Соответственно, каждое из колес вращается с разной скоростью.
Видео дня
Если между колесами существует жесткая связь, то в поворотах они будут проскальзывать и, как следствие, покрышки начнут быстро изнашиваться, расход топлива увеличится, а управляемость и курсовая устойчивость перейдут в разряд условных понятий.
На машине, у которой колеса одной оси зафиксированы друг относительно друга получится хорошо ездить боком — к слову, некоторые дрифтеры используют так называемую заварку, приваривая полуоси к сателлитам дифференциала. Но мы все-таки говорим о гражданской, а не спортивной эксплуатации.
Для чего нужен дифференциал
Данное устройство, будучи установленным между колесами (межколесный дифференциал) позволяет ведомым валам вращаться с разными угловыми скоростями. Кроме того, он участвует в передаче крутящего момента на колеса — распределяет тягу или, если речь идет о межосевом дифференциале, то делит ее между передними и задними колесами (ведущей передней и задней осью).
Как устроен дифференциал
Традиционный дифференциал устроен просто и гениально. Принципиальная схема его единая, но некоторые сопутствующие технические нюансы могут отличаться в зависимости от типа привода автомобиля.
Depositphotos
Наиболее распространенный конический симметричный дифференциал состоит из следующих основных компонентов — корпус, сателлиты (малые конические шестерни), ось сателлитов и полуосевые шестерни.
Ведущая шестерня ведущего вала имеет форму конуса и обеспечивает контакт с механизмом дифференциала, а ведомая шестерня приводится ведущей шестерней. Вместе они представляют собой главную передачу или главную пару.
Кстати, дифференциал называется симметричным, поскольку распределяет подводимую тягу поровну вне зависимости от соотношения угловых скоростей колес.
Как работает дифференциал
При прямолинейном движении сателлиты не вращаются относительно своей оси, при этом каждый из них поровну делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи между шестернями полуосей. Все меняется, когда автомобиль движется в повороте, а колесам приходится преодолевать разное расстояние и вращаться с различной скоростью (внешнее вращается быстрее, а внутреннее медленнее). Происходит вращение сателлитов — они обегают шестерни полуосей и делят крутящий момент пополам между колесами, перераспределяя при этом мощность.
Сколько дифференциалов применяется
Количество дифференциалов может отличаться в зависимости от типа привода.
На автомобилях, имеющих одну ведущую ось, присутствует один межколесный дифференциал, который объединен с главной передачей. На полноприводных автомобилях межколесные дифференциалы устанавливаются в каждой ведущей оси. Также устанавливается межосевой дифференциал — он распределяет мощность между ведущими осями в зависимости от длины пути, который проходят колеса.
В системе полного привода типа парт-тайм межосевой дифференциал не применяется — передняя ось подключается жестко и со всеми ведущими колесами эксплуатация допустима только в условиях, когда возможно их взаимное проскальзывание. То есть, в снегу, в грязи, в песке. На ровной твердой поверхности езда с подключенной передней осью провоцирует повышенный износ элементов системы полного привода типа парт-тайм.
Недостаток дифференциала
Применение блокировок, речь о которых пойдет ниже, обусловлено главным недостатком конструкции дифференциала. Дело в том, что дифференциал способен передавать до 100% мощности на одно из ведущих колес.
Соответственно, если колесо теряет сцепление с дорогой, то автомобиль не сможет тронуться с места, так как второе не вращается. Происходит это из-за того, что момент сопротивления вращению свободно вращающегося колеса минимален, а, соответственно минимален и крутящий момент, который к нему подводится. Значит, минимальна тяга и на противоположном колесе. И пусть вас это не удивляет, ведь крутящего момента без сопротивления не бывает.
Механизмы блокировки дифференциала
Наиболее простой считается так называемая ручная принудительная блокировка дифференциала, которую обычно можно увидеть на внедорожниках. Происходит блокировка сателлитов благодаря блокировочным муфтам. Система простая и надежная, от водителя требуется лишь не забывать ее отключать при движении по ровному твердому покрытию, иначе можно вывести из строя главную пару и мост.
Противоположностью ручной механической блокировке является электронная блокировка или электронная имитация. Применяется она на современных автомобилях, чьи вспомогательные системы позволяют реализовать данный принцип, собственно, без дополнительного механизма в дифференциале.
Одно из колес начинает «обгонять» другое, управляющий блок антипробуксовочной системы получает соответствующий сигнал и колесо замедляется тормозными механизмами. Так как у автомобилей с электронной имитацией блокировки применяется свободный дифференциал, то мощность передается на колесо, имеющее недостаточное сцепление с поверхностью. Электронная имитация позволяет преодолевать пересеченную местность и бороться с диагональным вывешиванием, но ее эффективность может снижать недостаточное быстродействие.
Вопросы касательно быстроты срабатывания есть и к вязкостной муфте (вискомуфте). Устроена она следующим образом. В корпус главной пары установлены два пакета дисков, соединенные с левой и правой полуосью, пространство между которыми заполнено вязкостной жидкостью. При нагреве она меняет свои свойства. Когда одна из полуосей начинает вращаться с более высокой угловой скоростью чем другая, вязкость жидкости прогрессивно возрастает. Она сцепляет диски и выравнивает угловые скорости.
Эффективными типами блокировок дифференциалов является Torsen (сложно устроенный механический самоблокирующийся дифференциал с набором червячных шестерен) и винтовые, дисковые, кулачковые и другие механизмы на основе планетарной передачи, которым мы посвятим отдельный материал.
Автоэксперт,Тест-драйвы,
Как работает дифференциал повышенного трения?
В процессе эксплуатации машины водители постоянно сталкиваются с необходимостью перераспределения крутящего момента между ведущими колёсами. В процессе движения машины колёса постоянно попадают на различные неровности. Одно из колёс движется, не отрываясь от дороги, а второе зависает в воздухе, соответственно, одно из колёс воспринимает большую нагрузку, другое – меньшую. Такой же эффект возникает при попадании одного из ведущих колёс на скользкую поверхность (лёд, грязь, снег…). При поворотах и разворотах внутренние колёса движутся по меньшему радиусу, внешние – по большему.
- Виды дифференциалов повышенного трения.
- Сравнение дифференциалов повышенного трения.
- Установка дифференциала повышенного трения.
Виды дифференциалов повышенного трения.
Все перечисленные примеры отрицательно сказываются на устойчивости и управляемости машины. Машину начинает водить, разворачивать, а при езде на большой скорости опрокидывать (особенно при езде по «стиральной доске»), выбрасывать за пределы дороги при выполнении поворотов.
Для устранения этих недостатков в трансмиссию машины был внедрён дифференциал, который также должен передавать на колёса все нагрузки, получаемые от двигателя. На машинах более ранних выпусков устанавливались планетарные дифференциалы классической конструкции с симметричной схемой распределения крутящего момента.
Данный дифференциал всего лишь частично устранял указанные недостатки. Начиная с 30-х годов прошлого столетия стали проводиться исследования применения дифференциалов повышенного трения. Они устанавливались сперва на спортивных автомобилях, а затем в серийных внедорожниках и дорожных авто. Наиболее широкое применение получили следующие дифференциалы повышенного трения:
ФРИКЦИОННЫЕ
— самоблокирующийся фрикционный многодисковый дифференциал. Состоит из корпуса, сателлитов, оси сателлитов, выходных полуосей, шестерен полуосей, пакетов дисков.
Диски поочередно связаны с корпусом дифференциала и шестернями полуосей. Диски подпружинены пружиной;
— самоблокирующийся героторный дифференциал. Конструкция подобна вышеописанному дифференциалу, только вместо пружин установлен поджимной поршень и гидронасос;
— кулачковый (зубчатый) дифференциал. Состоит из сепаратора, наружной звёздочки, внутренней звёздочки, сухарей, двух полуосей, ведомой шестерни главной передачи, корпуса;
— вискомуфта. Состоит из корпуса, ведущего вала, ведомого вала, пакета дисков (дисков ведущего и ведомого валов), ступицы, нажимного диска, 2-х кольцевых нагнетательных поршней, кольцевого рабочего поршня, балансировочной пружины.
ШЕСТЕРЁНЧАТЫЕ
— самоблокирующийся дифференциал (КВАЙФ). Состоит из корпуса, сателлитов левого и правого рядов, полуосевых шестерен (левой и правой), 2-х выходных валов;
— «торсен» первого типа. Состоит из корпуса, сателлитов левого и правого рядов, правой и левой шестерен полуосей, 2-х выходных валов;
— «торсен» второго типа.
Состоит из корпуса, сателлита, связанного с правой шестернёй полуоси, сателлита, связанного с левой шестернёй полуоси, правой и левой полуосевых шестерен, левого и правого выходных валов.
Сравнение дифференциалов повышенного трения.
Рассмотрим принцип работы некоторых (наиболее часто встречающихся) дифференциалов повышенного трения.
Самоблокирующийся фрикционный многодисковый дифференциал.
Работа основана на синхронном вращении полуосей с корпусом на прямом участке дороги и разности вращений при выполнении маневров. В этом случае, в работу вступает фрикцион и подаёт дополнительный крутящий момент на отстающую шестерню. Применяется, в основном, на спортивных машинах из-за повышенного износа трущихся дисков;
Самоблокирующийся героторный дифференциал.
Фрикционные диски сжимаются поршнем под давлением жидкости от одного или двух шестерёнчатых насосов. Недостатки примерно такие же, как и для подпружиненного фрикциона;
Кулачковый дифференциал.
Основан на применении кулачковых (зубчатых) пар вместо планетарного механизма. При небольшой разнице в угловых скоростях полуосей зубчатые пары взаимно проворачиваются, а при пробуксовке блокируют оси. Положительные стороны: простота конструкции, доступность монтажа, низкая стоимость. Отрицательные стороны: резкая работа, низкая эффективность, повышенный расход топлива.
Вискомуфта.
Принцип работы основан на заполнении междискового пространства фрикциона динатантной жидкостью, силиконовой, способной загустевать и увеличиваться в объёме при повышении температуры. С увеличением разности во вращении полуосей увеличивается температура от трения, соответственно, увеличивается вязкость жидкости и, как результат, сцепление дисков. Преимущества: простота конструкции и эксплуатации. Недостатки: малая эффективность, громоздкость конструкции, инертность в использовании.
В связи с массивностью, в основном применяются для межосевых дифференциалов;
Дифференциал фирмы «Квайф».
В данном дифференциале оси с сателлитами закрыты в корпусе (в специальных отверстиях), расположены в два ряда параллельно оси вращения корпуса. Сателлиты из разных рядов зацепляются между собой попарно винтовыми зубьями;
— «торсен» первого типа. Каждая полуось имеет свои сателлиты, попарно связанные с сателлитами другой полуоси. Зацепление прямозубое, ось сателлита перпендикулярна полуоси;
— «торсен» второго типа. Применяются косозубые шестерни полуосей и винтовые сателлитов. Оси сателлитов параллельны полуосям.
Принцип работы трёх последних видов основан на расклинивании гипоидных или винтовых пар.
Установка дифференциала повышенного трения.
Дифференциалы устанавливаются на всех типах автомобилей. На машинах с одной ведущей осью устанавливается один дифференциал на ведущей оси, между колёсами.
На автомобилях с подключаемой второй ведущей осью устанавливается два дифференциала, по одному на оси, также между колёсами.
Межколёсный дифференциал распределяет нагрузку между колёсами, в зависимости от условий их работы, а межосевой распределяет нагрузку между осями.
Все виды рассматриваемых дифференциалов могут устанавливаться между осями полноприводных автомашин, а также между полуосями (межколёсные) полноприводных и с одномостовым приводом. Вискомуфта, в связи со своей массивностью, устанавливается, в основном, между осей.
Для установки дифференциала необходимо досконально исследовать конструктивные особенности трансмиссии машины и определить, какой вид дифференциала подойдёт для установки (несмотря на универсальность изготовления дифференциалов, существуют отличия, не позволяющие произвести установку без выполнения доработок, замены деталей или агрегата).
Установку дифференциалов повышенного трения необходимо выполнять специалистам высокой квалификации.
При необходимости выполнения доработок может возникнуть потребность в токарных, фрезерных, шлифовальных и других станках.
Объяснение дифференциалов | CarExpert
При повороте автомобиля внутренние колеса проходят меньшее расстояние, чем внешние. Фундаментальная проблема, которую призван решить дифференциал, заключается в том, чтобы позволить внешним колесам вращаться быстрее, чем те, что находятся внутри, и предотвратить их волочение, чтобы не отставать.
Дифференциал состоит из ряда шестерен, соединяющих карданный вал автомобиля (вал, передающий мощность от двигателя) к разъемной оси. Помимо изменения скорости вращения колес, дифференциал также распределяет крутящий момент между ними.
В автомобильном контексте стандартный тип дифференциала известен как открытый дифференциал. Однако доступны и другие типы, включая блокируемые дифференциалы, дифференциалы повышенного трения (LSD) и дифференциалы с вектором крутящего момента, которые будут рассмотрены в отдельной статье.
Открытый дифференциал
Открытый дифференциал — это самый простой тип дифференциала, который сегодня можно найти на неэффективных автомобилях. Он состоит из трех ключевых компонентов, а именно внутренней шестерни 9.0014 , коронная шестерня и ведущая шестерня .
Внутренняя передача состоит из шестерен, позволяющих колесам автомобиля вращаться с разной скоростью. Вместо сплошной балки, соединяющей колеса, оси разделены на две половины, каждая из которых закрыта шестерней. Затем их соединяет другая шестерня, параллельная оси.
Зубчатый венец заключает в себе узел внутреннего зубчатого колеса и соединяет его с приводным валом через другую шестерню, известную как Шестерня .
Ищете автомобиль для буксировки или для тяжелого бездорожья? Вы можете рассмотреть его передаточное число .
Это отношение количества оборотов, которое должна сделать ведущая шестерня к каждому обороту зубчатого венца. Например, передаточное отношение оси , равное 3:1 , будет означать, что ведущая шестерня поворачивается 3 раза за 1 оборот зубчатого венца.
Транспортные средства, такие как Jeep Wrangler и некоторые легковые автомобили и пикапы (особенно американские варианты, такие как Chevrolet Silverado и Ram 1500), могут предлагать выбор передаточных чисел осей. Чем выше передаточное отношение оси, тем больше увеличение крутящего момента.
Как правило, это означает, что автомобили с более высоким передаточным числом осей (при условии, что все остальное одинаково) имеют больший крутящий момент на более низких скоростях и, следовательно, больше подходят для буксировки за счет худшей экономии топлива и более низкой максимальной скорости.
Наряду с возможностью обеспечения вращения колес с разной скоростью ключевые преимущества открытого дифференциала по сравнению с описанными ниже типами заключаются в его меньшем весе, простоте и стоимости изготовления.
Основным недостатком открытого дифференциала является то, что в любой момент времени он может распределять крутящий момент между колесами только 50/50. Это означает, что крутящий момент по-прежнему передается на колесо без сцепления с дорогой, заставляя его вращаться без движения автомобиля.
Блокировка дифференциала
Блокируемые дифференциалы способны «блокировать» внутреннюю передачу и другие компоненты дифференциального механизма, так что колеса вращаются с одинаковой скоростью на оси.
Блокируемые дифференциалы часто используются во внедорожниках, основное преимущество которых по сравнению с открытым аналогом заключается в том, что до 100 % доступного крутящего момента может быть направлено на колесо с тягой.
Для получения дополнительной информации о блокировке дифференциалов см. более раннюю статью Пола Марика здесь .
Дифференциал повышенного трения (LSD)
Дифференциал повышенного трения призван предложить лучшее из обоих миров, обеспечивая разную скорость вращения колес по оси, а также большую долю крутящего момента, передаваемую на колесо с большей тягой.
Три основных типа LSD: механические LSD (с сцеплением), вязкостные LSD и винтовые LSD /Torsen (с измерением крутящего момента) .
Механический LSD использует сцепление с несколькими дисками (также известное как многодисковое сцепление ) в сочетании с нажимными кольцами и ведущей шестерней. Если автомобиль ускоряется, ведущая шестерня оказывает усилие на нажимные кольца, которые заставляют их блокировать диски сцепления за счет трения, тем самым обеспечивая большее сцепление колес.
В двухстороннем механическом LSD давление также оказывается при торможении автомобиля, чтобы обеспечить большую стабильность торможения.
Электронный LSD (eLSD) — это тип механического LSD, в котором компьютеры (а не механическая сила от ведущей шестерни) могут управлять взаимодействием между сцеплением и нажимными кольцами для более быстрой реакции на движение автомобиля.
Как следует из названия, в вязкостных LSD используется вязкостная муфта, в которой многодисковая муфта омывается густым маслом (вязкой жидкостью).
Жидкость служит той же цели, что и прижимные кольца в механическом LSD. В случае, если колесо вращается быстрее своего аналога (например, на скользкой поверхности), жидкость действует как источник трения, уравнивая скорость вращения обоих колес и повторяя эффект заблокированного дифференциала.
Несмотря на то, что вязкий LSD работает более плавно и требует меньше обслуживания, чем его механический аналог, он не может полностью заблокироваться, чтобы направить 100% крутящего момента на колесо с тягой, поскольку для жидкость для работы.
Torsen/винтовой LSD — это еще один тип LSD, в котором вместо использования трения через нажимные кольца (которые в конечном итоге потребуют замены) используется набор червячных передач для обеспечения необходимого сопротивления для блокировки внутреннего зацепления и, таким образом, распределения крутящего момента между колеса.
Помимо обслуживания, основное преимущество дифференциала Torsen заключается в его отзывчивости. В отличие от механического LSD «включено-выключено», червячная передача всегда находится в зацеплении с внутренним дифференциалом, что значительно улучшает реакцию.
Некоторые примеры автомобилей, использующих различные типы LSD, включают Mazda MX-5 (механический LSD в ручном исполнении), Nissan 370Z (вязкий LSD) и Ford Mustang (Torsen LSD с 2,3-литровым высокопроизводительным вариантом).
Как работает дифференциал: определение и механизм
Чтобы понять как работает дифференциал , вы должны иметь четкое представление о его определении и его роли в функциях транспортного средства. Дифференциал помогает автомобилю проходить поворот, распределяя крутящий момент двигателя в двух направлениях, заставляя каждый выход вращаться с разной скоростью.
Что такое автомобильный дифференциал? Это компонент, который уравновешивает расстояние между внутренними и внешними колесами, когда автомобиль проходит поворот.
В переднеприводном автомобиле он размещается в одном корпусе с коробкой передач, в то время как в заднеприводном автомобиле компонент находится в отдельном корпусе.
Все легковые и грузовые автомобили в наши дни, включая множество полноприводных моделей, имеют дифференциал. Полноприводным автомобилям требуется более одного дифференциала. Вы найдете его между каждым набором ведущих колес и еще один между передними и задними колесами.
Дифференциал помогает при повороте. (Источник фото: keralapool) Что делает дифференциал?Автоматический дифференциал не нужен, если вы можете вести машину по дороге, не поворачивая. Но, это практически невозможно. Вы должны поворачивать машину на поворотах, и здесь в игру вступает дифференциал.
Колеса автомобиля при повороте вращаются с разной скоростью. Расстояние перемещения внутренней колесной пары короче, чем у внешней колесной пары во время выполнения поворота. Это означает, что внутренняя колесная пара движется медленнее, и машина вряд ли поедет в таком состоянии.
Дифференциал необходим, чтобы сбалансировать эту разницу в скорости.
Это не проблема для транспортных средств с неприводными колесами, потому что они вращаются независимо друг от друга, поскольку они не связаны друг с другом. Но автомобильный дифференциал играет жизненно важную роль, когда это ведущие колеса. Они соединены вместе, и оба находятся под управлением одного двигателя и трансмиссии. Без дифференциала их нужно было бы соединить вместе, чтобы они вращались с одинаковой скоростью и преодолевали одинаковое расстояние, что чрезвычайно затруднило бы поворот автомобиля.
Если вы хотите получить первичное предположение о том, как работает дифференциал , он выполняет три функции:
- Для передачи мощности двигателя на колеса
- Замедление скорости вращения трансмиссии перед выходом на колеса
- Распределяет мощность двигателя на колеса, позволяя им вращаться с двумя разными скоростями
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ
- Изучите историю Mercedes-Benz AMG!
- 4 простых приема для увеличения крутящего момента на низких оборотах
Механизм дифференциала включает распределение мощности между колесами и позволяет каждому из них вращаться независимо. Если одна колесная пара катится медленно; таким образом, преодолевая более короткое расстояние, дифференциал поможет другой колесной паре продолжать вращение без заноса. Это также предотвращает разрушение шин и потерю крутящего момента.
Как работает дифференциал ? Мы обсудим два наиболее распространенных типа — открытый дифференциал и дифференциал LSD — чтобы дать вам представление о механизме устройства.
Как работает дифференциал — открытый дифференциалОткрытый дифференциал — самый простой из всех доступных типов дифференциала. Когда автомобиль движется прямо по дороге, входная шестерня в дифференциале вращает зубчатый венец и клетку, но ни одна из шестерен внутри клетки не вращается. В это время боковые шестерни остаются прикрепленными к клетке.
Когда машина начинает поворачивать, колеса начинают вращаться с разной скоростью. В это время шестерни клетки начинают вращаться, позволяя колесам продолжать вращаться с двумя разными скоростями. Предположим, что если конечное передаточное число равно 5, зубья зубчатого венца будут в 5 раз больше, чем у входной шестерни из-за уникального механизма дифференциала. В результате автомобиль может легко совершать поворот, не заставляя колеса поддерживать одинаковую скорость.
Однако автомобили с открытым дифференциалом не подходят для движения по бездорожью и по тонкому льду. Дифференциал повышенного трения (LSD) может быть решением, а LSD муфтового типа может быть наиболее распространенным в этой категории.
Муфта имеет все компоненты открытого дифференциала в дополнение к комплекту сцепления и пакету пружин. Сцепления связаны с клеткой, и пакет пружин прижимает боковые шестерни к ним, когда автомобиль делает поворот.
Сцепления не включаются при прямолинейном движении автомобиля. Вращается только обойма и боковые шестерни вместе с ней.