Дифференциал. Как работает дифференциал?
Дифференциал. Как работает дифференциал?
Он есть в каждой машине, и без него невозможно безопасно повернуть – дифференциальный механизм, о котором многие знают, но не многие способны объяснить, как он работает.
Зачем вообще нужен дифференциал?
Дифференциал позволяет колесам, прикрепленным к одной оси, вращаться с разной скоростью. Это используется на каждом повороте, когда внутренние колеса поворачиваются медленнее, чем внешние. Если бы они были жестко соединены друг с другом, внутреннее колесо должно было бы все время скользить, чтобы не отставать от внешнего.
Дифференциал — принцип работы
Дифференциал состоит из набора шестерен, управление которыми в движении может показаться сложным, но на самом деле это не так уж и трудно. На концах карданного вала находятся вышеупомянутые шестерни, которые, когда начинают двигаться, приводят в движение и колеса транспортного средства. Они соединены с зубчатым венцом, который распределяет крутящий момент от двигателя.
Однако это не прямая связь – между шестернями на полуосях и ведущим колесом. На элементе, называемом крестом, размещены дополнительные колеса, так называемые сателлиты. При движении прямо и в условиях хорошего сцепления они двигаются с одинаковой скоростью. Когда вы входите в угол и есть разница в скорости вращения колес транспортного средства, сателлиты также начинают вращаться на рычагах поперечины. Другими словами, часть крутящего момента не попадает в медленно движущееся колесо (то есть внутри дуги), заставляя его проскальзывать и нагружая всю систему, но плавно «используется» дифференциалом.
Дифференциал повышенного трения
Движение без дифференциала было бы невозможно, но его использование также имеет свои недостатки. Дифференциал не заставляет колеса вращаться с одинаковой скоростью, поэтому можно спокойно проходить поворот. Колеса также не вращаются плавно, когда у них разное сцепление с дорогой, что обычно бывает на скользкой поверхности или бездорожье.
При обычном использовании легкового автомобиля это не проблема, но есть автомобили (и водители), для которых это является серьезным неудобством. Например, речь идет о спорткарах, в которых очень важно по максимуму использовать доступное сцепление с дорогой. Для этого используются дифференциалы с повышенным внутренним трением, обычно называемые механизмами повышенного трения.
Фактически, дифференциалы с повышенным внутренним трением могут иметь различную структуру, но все они имеют одну и ту же задачу. Эта задача состоит в том, чтобы создать дополнительное трение в дифференциале, достигнув эффекта, при котором при свободном вращении (например, на льду) восстанавливается тяга так, что больше мощности может передаваться колесу, которое действительно имеет тягу.
В реальном дифференциале с повышенным внутренним трением, например, используются муфты, расположенные у шестерен на полуосях. Когда происходит проскальзывание, муфта начинает создавать дополнительное трение, которое помогает уравновесить мощность, воздействующую на колеса. Производители также все чаще используют так называемый электронный дифференциал, в котором используются элементы системы ABS. Когда система обнаруживает занос одного колеса, она замедляет его с помощью тормозов, в результате чего дифференциал направляет больше мощности на другое колесо.
Блокировка дифференциала
Дифференциальная передача также зависит от рельефа местности по причинам, указанным выше. Вот почему настоящие внедорожники используют его полную блокаду. Это означает, что колеса жестко связаны друг с другом и всегда вращаются с одинаковой скоростью. В некоторых автомобилях вы также можете найти центральную блокировку дифференциала, которая уравновешивает мощность, передаваемую на переднюю и заднюю оси.
Таким образом, автомобиль только с одним колесом, имеющим тягу, может продолжать движение, поскольку к нему может быть приложен достаточный крутящий момент, чтобы заставить транспортное средство двигаться. Это можно использовать только на скользком грунте, где колеса могут свободно катиться. В противном случае может быть поврежден дифференциал, который при блокировке заставит колеса вращаться с такой же скоростью, как если бы автомобиль был без него.
ЧТО ТАКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛ И КАК ОН РАБОТАЕТ?
Дифференциал в автомобиле работает с целью осуществления следующих трёх задач:
- Дифференциал передаёт мощность двигателя на колёса машины.
- Делает последний шаг в уменьшении числа оборотов к колёсам (мы ведь помним, что первый такой шаг делает коробка передач) и, следовательно, увеличивая крутящий момент, передаваемый тем же ведущим колёсам.
- Передавая мощность на ведущие колёса (всегда на чётное количество колёс на одной оси: на два или на все четыре), дифференциал позволяет каждому из них вращаться с разными скоростями (это именно то, от чего дифференциал заработал своё название).
В этой статье Вы узнаете, почему Ваш автомобиль нуждается в разных оборотах вращения колёс, как это обеспечивается, что такое дифференциал, как дифференциал работает и каковы его основные недостатки. Мы также рассмотрим несколько его типов.
Для чего нужен дифференциал?
Автомобильные колёса вращаются с разной скоростью, особенно это заметно при повороте. Вы можете видеть в анимации ниже, что каждое колесо проезжает очень разное расстояние, когда автомобиль поворачивает, и что внутренние колёса проезжают гораздо более короткое расстояние, чем внешние. Поскольку скорость равна расстоянию, поделённому на время, необходимое для проезда этого расстояния, то получается, что колёса, которые проезжают меньшее расстояние, вращаются с более низкой скоростью: так, при повороте налево левые колёса будут крутиться медленнее, чем правые, и наоборот. Также следует отметить, что передние колёса проезжают расстояние, отличающееся от того, которое проезжают задние колёса.
Для автомобилей с приводом только на одну ось колёс — будь то на задние колёса или же на передние — разность вращения передних колёс к задним это не проблема.
Именно с этой проблемой безукоризненно справляется дифференциал.
Что такое дифференциал?
Дифференциал — это устройство, которое разделяет крутящий момент двигателя на два пути с выходами, что позволяет каждому выходу вращаться с различной скоростью.
Дифференциал имеется на всех современных легковых и грузовых автомобилях, а также на многих полноприводных машинах. Причём, все полноприводные авто должны иметь дифференциал между каждым набором ведущих колёс на одной оси, и, кроме того, они нуждаются в дифференциале между парами передних и задних колёс (помните начало статьи — потому что передние колёса проходят другую дистанцию, в отличие от задних колёс при движении автомобиля по направлению, отличному от прямого?).
Тем не менее, некоторые полноприводные машины не имеют дифференциала между передними и задними колёсами, и, вместо этого, эти пары колёс тесно связаны между собой так, что передние и задние колёса должны крутиться с одной и той же скоростью. Вот почему на таких автомобилях производители не рекомендуют ездит по твёрдому покрытию в режиме полного привода, а включать его только на бездорожье.
А теперь давайте выясним, в каком месте автомобиля обычно располагается дифференциал в зависимости от типа привода автомобиля:
Как работает дифференциал?
Мы начнем с простейшего типа дифференциала, называемого открытым дифференциалом.
Но сначала мы должны изучить некоторые термины — посмотрите на рисунок ниже, там Вы найдёте основные компоненты работы дифференциала:
Таким образом, дифференциал состоит из следующих основных частей:
- Ведущий вал — передаёт крутящий момент, ведя его от коробки передач к началу дифференциала
- Ведущая шестерня ведущего вала — косозубая небольшая шестерня в форме конуса, которая используется для сцепки с механизмом дифференциала
- Коронная шестерня — ведомая шестерня также в форме конуса, которая приводится в движение (вращение) ведущей шестерней. Ведущая и ведомая шестерня, вместе взятые, называются главной передачей и именно они служат последним этапом уменьшения скорости вращения, которое в конечном счёте достигнет колёс (коронная шестерня всегда меньше ведущей, а, значит, ведущей шестерне придётся сделать намного больше оборотов, пока ведомая сделает всего один оборот вокруг себя).
- Шестерни полуосей — это последние шестерни на пути передачи вращения от ведущего вала к колёсам.
- Сателлиты — планетарный механизм, который как раз и осуществляет ключевую роль в обеспечении разности вращения колёс при повороте.
- Полуоси — валы, идущие от дифференциала непосредственно к колёсам.
А теперь давайте перейдём к ключевому и самому важному понимаю, как работает дифференциал, и посмотрим на анимации ниже, как вышеперечисленные компоненты открытого дифференциала работают в двух случаях:
- Когда автомобиль едет прямо.
- Когда автомобиль поворачивает.
Какой главный недостаток дифференциала?
Открытый дифференциал передаёт вращение тому или иному колесу практически в любом соотношении, в том числе и в соотношении 100%/0% — когда одно из ведущих колёс принимает весь крутящий момент на себя. В то же время распределение такого вращения между колёсами происходит при изменении нагрузки на эти колёса (а вместе с ними на полуоси) — то есть колесо с меньшей нагрузкой в повороте получает больше вращения. Но здесь кроется один существенный недостаток, который имеет место при определённых условиях, а именно, когда оба ведущих колеса находятся в грязи, снегу или на льду, и автомобиль начинает буксовать — в этом случае то колесо, которое имеет меньшее сцепление с поверхностью, будет получать львиную долю вращения.
Проще говоря, если Вы, к примеру, застряли в снегу, сев «на пузо» — когда одно колесо сцеплено с поверхностью снега, а второе вовсе висит в воздухе, то получать мощность за счёт соответствующего распределения по полуосям дифференциала будет как раз то колесо, которое находится на весу, и именно оно будет беспомощно крутиться в воздухе. Особенно остро данная проблема стоит у внедорожников и вездеходов.
Какие виды дифференциалов бывают?
Решением этих проблем является дифференциал повышенного трения (LSD, его ещё называют дифференциалом с ограниченным проскальзыванием). Дифференциалы повышенного трения используют различные механизмы для обеспечения нормального дифференциального действия в различных условиях езды. Когда колесо скользит, такой дифференциал позволяет передать больше крутящего момента как раз на нескользящее колесо.
На внедорожниках и вездеходах также применяются дифференциалы с ручным отключением, которые, впрочем, очень часто не защищены от случайного отключения или отключения не в то время по незнанию — дело в том, что возможность отключения дифференциала на ходу влечёт за собой возможную его поломку, и это распространённая проблема.
Что такое вискомуфта (вязкая муфта)?
Вискомуфта чаще всего встречается во всех полноприводных машинах. И, если Вы читали статью о принципе работы гидротрансформатора, то знайте, что вискомуфта имеет схожую с ним схему работы. Она широко используется для связи задних колёс с передними таким образом, что когда один набор колёс начинает проскальзывать, крутящий момент будет передан на другой набор, тем самым решая злободневную проблему буксующего колеса, описанную выше.
Вязкая муфта имеет два набора пластин внутри герметичного корпуса, который заполнен вязкой жидкостью (несколько более вязкой, чем трансмиссионное масло, к примеру). Один набор пластин соединён с каждым выходным валом. В нормальных условиях оба набора пластин и их порция вязкой жидкости движутся с одной и той же скоростью. Но когда одна ось пытается вращаться быстрее, возможно, потому что она проскальзывает, множество пластин, соответствующих колёсам этой оси, вращаются быстрее, чем другие. Вязкая жидкость, находящаяся между пластинами, пытается догнать более быстрые диски, тем самым ведя за собой к этому и медленные диски.
Это передает больший крутящий момент на медленнее вращающиеся колёса, которые как раз и не скользят.
Устройство вискомуфты
Когда автомобиль поворачивает, разница в скорости между колёсами на одной оси не так велика, как тогда, когда одно из колёс попросту проскальзывает. Чем быстрее пластины вращаются относительно друг друга, тем больше крутящего момента приходится на муфту. Муфта не мешает виткам крутиться, потому что величина крутящего момента, передаваемого во время поворота, мала.
Простой эксперимент с яйцом поможет объяснить поведение вискомуфты. Если Вы поставите яйцо на кухонный стол, скорлупа, белок и желток будут неподвижны. Но когда Вы начнёте раскручивать яйцо, скорлупа яйца будет двигаться с более высокой скоростью, чем белок, а белок немного быстрее, ем желток, но желток затем быстро наверстает упущенное. Кстати, чтобы убедиться в этих словах, проведите эксперимент, как только у Вас появится яйцо: раскрутите его достаточно быстро, а затем остановите его, потом просто отпустите яйцо, и оно начнёт снова вращаться (ну, или хотя бы дёрнется в сторону предыдущего вращения).
В этом эксперименте мы использовали трение между скорлупой, белком и желтком, применяя силу только на скорлупу. Сначала мы раскрутили фактически скорлупу, и с некоторой задержкой за скорлупой за счёт трения начали раскручиваться белок, а затем и желток. А когда мы остановили скорлупу, то то же трение — между всё еще движущимся желтком, белком и скорлупой — применило силу к скорлупе, заставляя его ускориться. Так и в случае вискомуфты, сила передаётся между жидкостью и наборами пластин таким же образом, как между желтком, белком и скорлупой.
Что такое дифференциал Torsen?
Дифференциал Torsen является чисто механическим устройством: он не завязан никакой электроникой, а также муфтами или вязкими жидкостями и по своей сути представляет собой довольно простой механизм, очень схожий с открытым дифференциалом.
Torsen работает также, как и открытый дифференциал, когда величина крутящего момента между двумя ведущими колёсами равная. Но как только одно из колёс начинает терять сцепление с дорогой, разница в крутящем моменте приводит к блокировке вместе шестерен в дифференциале Torsen.
Такой дифференциал часто используется в мощных и очень мощных полноприводных машинах. Как и вискомуфта, он часто используется для передачи мощности между передними и задними колёсами. И в этом применении дифференциал Torsen превосходит вискомусту, потому что передаёт крутящий момент на колёса стабильно перед тем, как фактически начинается скольжение. Однако, если один набор колёс теряет сцепление с дорогой полностью, то дифференциал Torsen будет не в состоянии перенести крутящий момент на другой набор колёс из-за своей конструкции и принципа работы такого дифференциала.
Так выглядит современный дифференциал Torsen
Кстати, почти все автомобили Hummer используют дифференциал Torsen между передней и задней осями. При этом, руководство пользователя для Hummer предлагает новое решение проблемы, когда одно колесо полностью теряет сцепление с дорогой: нажимайте на педаль тормоза. Применяя тормоз, крутящий момент подаётся на колёса, которые находятся в воздухе, а затем переходят к колёсам, которые смогут вытащить автомобиль из «каши».
: как это работает? | Блог
Что такое дифференциал? Зачем он нужен транспортному средству? И как это работает? Узнайте все, что вам нужно знать, прямо здесь.
Автомобиль состоит из сотен компонентов; один из них, о котором вы, возможно, слышали, — это дифференциал, или «диф», как его часто ласково называют.
Что такое дифференциал и для чего он нужен?Проще говоря, дифференциал — это компонент, который позволяет колесам вашего автомобиля вращаться с разной скоростью, чтобы он мог проходить повороты.
Говоря более технически, дифференциал представляет собой зубчатую передачу, которая используется в автомобилях, грузовиках и других современных транспортных средствах и позволяет приводной оси (обычно задней оси) вращаться независимо.
Кто изобрел дифференциал? Дифференциал был изобретен в 1827 году французом по имени Онесифор Пеккер. Впервые использованный в автомобилях с паровым двигателем, дифференциал стал стандартным компонентом автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, когда они были изобретены.
Когда мощность передается на пару колес, сила делится между ними поровну, но для поворота автомобиля внутренние и внешние колеса должны вращаться с разной скоростью, поскольку они проходят разное расстояние вокруг угла. Внутренние колеса проходят меньшее расстояние, чем внешние.
Если бы транспортное средство всегда двигалось только по прямой, в дифференциале не было бы необходимости. Но поскольку транспортное средство должно иметь возможность поворачивать, требуется дифференциал.
Транспортные средства могут иметь передние и/или задние дифференциалы в зависимости от привода колес вашего автомобиля. Например, у заднеприводного автомобиля будет только задний дифференциал, а у полноприводного — оба.
Как работает дифференциал?Дифференциал выполняет три основные функции:
- Для передачи мощности от двигателя автомобиля к колесам.
- Для замедления скорости вращения трансмиссии перед тем, как она перейдет на колеса.
- Для передачи мощности на колеса, позволяя им вращаться с разной скоростью.
Дифференциал представляет собой комбинацию шестерен, предназначенных для совместной работы, чтобы свести к минимуму потерю тяги с одной стороны автомобиля при повороте. Но чтобы понять, как шестерни работают вместе, чтобы создать разную скорость вращения колеса, лучше всего увидеть наглядный пример.
Один из лучших примеров того, как работает дифференциал, был произведен еще в 1937 году. Смотрите сейчас:
Разница становится меньше? В некоторых моделях автомобилей размеры дифференциала постепенно изменялись. Например, начиная с эпохи E30, за исключением дифференциала с регулируемой блокировкой M, размер дифференциала в BMW стал меньше.
Шестерня и ее роликовый подшипник стали меньше, а объем масла в дифференциале также стал меньше в каждом поколении автомобилей 3-й серии.
Компания BMW также отказалась от использования конических роликоподшипников в пользу устаревших шарикоподшипников. И теперь они используют пластиковые сепараторы подшипников.
Хороший ход? Время покажет.
Магазин автозапчастей Run Auto предлагает запасные части для всех типов европейских автомобилей. Нажмите здесь, чтобы увидеть весь ассортимент нашей продукции.
Конструкция и работа дифференциала в автомобиле — MechStuff
В моей предыдущей статье мы видели, как поезда поворачивают на кривых путях. Что ж, в автомобилях мы не можем использовать тот же принцип для поворота за угол, поскольку наши автомобили не ездят по гусеницам. Поэтому мы не можем проектировать наши шины как колеса поезда. На заре автомобильной промышленности двигатель приводил в движение только одно заднее колесо. Но если бы двигатель приводил в движение только одно колесо, ему приходилось бы всю работу, а также он не мог бы поддерживать хорошее сцепление с дорогой.
Итак, если мы ведем или подаем мощность на оба колеса, внешнему колесу приходится преодолевать большее расстояние, чем внутреннему, при выполнении поворота. Вот почему нам нужен дифференциал — чтобы оба колеса двигались с разной скоростью!
Конструкция дифференциала:
Стандартный дифференциал в основном состоит из 3 частей –
1. Шестерня
2. Зубчатый венец и
3. Шестерня крестовины
Шестерня передает мощность от двигателя к зубчатый венец. Шестерня крестовины находится на внутреннем краю зубчатого венца. Шестерня крестовины может свободно вращаться по 2 осям —
1. вместе с вращением зубчатого венца &
2. вокруг своей оси(вращения)
Также крестовина соединена еще с двумя боковыми шестернями.
Работа дифференциала: —
Итак, сначала мощность передается от приводного вала двигателя к ведущей шестерне, так как ведущая шестерня и зубчатый венец находятся в зацеплении, мощность передается на зубчатый венец.
зубчатый венец, мощность течет к нему. Наконец, от крестовины мощность передается на обе боковые шестерни.
– Когда автомобиль движется прямо , крестовина не вращается и заставит ОБЕ боковые шестерни вращаться с одинаковой скоростью.
– Когда транспортное средство движется по кривой дороге , сама крестовина вращается, и одна из боковых шестерен движется медленнее или быстрее, чем другая. Что будет быстрее, а что медленнее, решает поворот.
Обязательно посмотрите видео. Уверяю вас на 100% гарантию понимания всего этого.
Вот самая простая демонстрация…!
, вы можете перейти к 1:56, если хотите пропустить скучную часть.
[Источник]
Дифференциал повышенного трения —
Дифференциал повышенного трения или LSD — это самые современные и сложные дифференциалы, используемые сегодня в автомобилях.
Самым большим недостатком обычного дифференциала является то, что условие проскальзывания возникает только на одном колесе.