Служить для розподілу моменту, що підводиться до нього, між вихідними валами і забезпечує можливість їх обертання з неоднаковими кутовими швидкостями.
При русі колісного ТС на повороті внутрішнє колесо кожної осі проходить меншу відстань, ніж її зовнішнє колесо, а колеса однієї осі проходять різні шляхи порівняно з іншими осями.
Неоднакові шляхи проходять колеса ТС під час руху по нерівностях на прямолінійних ділянках і повороті, і навіть у разі прямолінійного руху рівною дорозі при різних радіусахкочення коліс, наприклад, при неоднаковому тиску повітря в шинах і зносі шин або нерівномірному розподілі вантажу на ТЗ.
Якби всі колеса оберталися з однаковою швидкістю, це неминуче призводило б до їх прослизання та пробуксовування щодо опорної поверхні, наслідком чого з'явилися б підвищений зносшин, збільшення навантажень у механізмах трансмісії, витрати потужності двигуна на роботу ковзання та буксування, підвищення витрати палива, а також труднощі повороту транспортної машини. Таким чином, колеса ТС повинні мати можливість обертатися з різними кутовими швидкостями щодо один одного. У неведучих коліс це забезпечується тим, що вони встановлені вільно на своїх осях і кожне обертається незалежно один від одного. У провідних коліс це забезпечується установкою у їхньому приводі диференціалів.
Основні типи диференціалів
За місцем розташування диференціали поділяють на:
- міжколісні (розподільні крутний момент між провідними колесами однієї осі)
- міжосьові (розподільні момент між головними передачами двох провідних мостів)
- центральні (розподільні момент між групою провідних мостів)
За співвідношенням крутних моментів на ведених валах диференціали можуть бути:
- симетричними (моменти на ведених валах завжди рівні між собою)
- несиметричні (відношення моментів на ведених валах не дорівнює одиниці)
Розрізняють також диференціали:
- неблоковані
- блоковані примусово
- самоблокуються
За конструкцією диференціали поділяють на:
- конічні
- циліндричні
- кулачкові
- черв'якові
У деяких випадках замість диференціалів встановлюють механізми типу муфт вільного ходу.
В даний час на колісних ТС найбільшого поширення набули конічні симетричні неблоковані диференціали.
Відео: Як працює диференціал?
Схеми диференціалів
Мал. Схеми простих диференціалів із постійним співвідношенням моментів на ведених валах: а - симетричного конічного; б - симетричного циліндричного; в - несиметричного циліндричного; г - несиметричного конічного; 1, 8 - ліва та права півосі диференціала; 2, 6 - ліва та права півосьові шестерні; 3 - сателіт; 4 - корпус диференціала; 5 - ведене колесо головної передачі; 7 - вісь обертання сателітів; 9 - сонячна шестерня; 10 - епіциклічна шестерня
Мал. Міжколісний симетричний конічний диференціал: 1, 8 чашки диференціала; 2, 7 - опорні шайби підлозі осьових зубчастих коліс; 3, 6 - підлозі осьові зубчасті колеса; 4 - опорна шайба сателіту; 5 - сателіти; 9 - хрестовина
Мал. Схеми несиметричних диференціалів: а – конічний; б - циліндричний
Мал. Кулачковий диференціал автомобіля ГАЗ-66-11 (а) та схема його роботи (б): 1 – внутрішня зірочка; 2 – сепаратор; 3 - зовнішня зірочка; 4 – чашка диференціала; 5 - сухар
Мал. Блокований міжколісний диференціал: 1 – муфта; 2 - зубчастий вінець
Мал. Міжосьовий диференціал автомобіля КамАЗ-5320: 1 – провідний вал; 2 - ущільнювальна манжета; 3 – картер диференціала; 4, 7 – опорні шайби; 5, 17 – чашки диференціала; 6 – сателіт: 8 – датчик блокування; 9 – пробка заливного отвору; 10 – пневматична камера блокування; 11 - виделка; 12 - стопорне кільце; 13 - зубчаста муфта; 14 - муфта блокування; 15 - зливний затор; 16 - зубчасте колесо приводу середнього моста; 18 - хрестовина; 19 - зубчасте колесо приводу заднього моста; 20 - болт кріплення чашок; 21 - підшипник; 22 - кришка підшипника
Мал. Робота міжколісного диференціалу: а – загальна схема; б - під час руху прямо; в – при повороті; 1 – корпус диференціала; 2, 5 - напівосьові зубчасті колеса; 3 – хрестовина: 4, 6 – сателіти; 7 - провідне зубчасте колесо головної передачі; 8, 9 – півосі; 10 - ведене зубчасте колесо головної передачі
Мал. Міжосьовий диференціал Torsen: 1, 3 - права та ліва півосьові шестерні; 2 - корпус диференціала; 4 - сателіт, пов'язаний з правою півосьовою шестернею; 5, 7 - вихідні вали диференціала; 6 - сателіт, пов'язаний з лівою півосьовою шестернею
Термін «блокування диференціала», або «диференціал, що самоблокується» (самоблок), чули багато автомобілістів, а ось як цей процес виглядає на практиці, знають лише деякі. І якщо раніше такою «опцією» автовиробники обладнали переважно позашляховики, то зараз її можна зустріти і на міському автомобілі. Крім того, найчастіше власники машин, не обладнаних самоблоками, зрозумівши, яку користь вони приносять, встановлюють їх самостійно.
Але перш ніж розбиратися з тим, як працює диференціал, що самоблокується, потрібно зрозуміти, як він функціонує без блокування.
Що таке диференціал
Диференціал (дифф) можна вважати одним з головних елементів конструкції трансмісії автомобіля. З його допомогою відбувається передача, зміна, а також розподіл видається двигуном крутного моменту між парою споживачів: колесами, розташованими на одній осі машини або між її мостами. Причому сила потоку енергії, що розподіляється, при необхідності може бути різною, а значить, і швидкість обертання коліс - різною.
У трансмісії автомобіля дифф може бути встановлений: в картері КПП і роздавальної коробки, залежно від пристрою приводу(ів).
Ті диффи, які встановлені в мосту або КПП, називаються міжколісними, а який знаходиться між осями машини, відповідно - міжосьовим.
Призначення диференціалу
Як відомо, автомобіль під час руху робить різні маневри: повороти, перебудови, обгони і т. д. Крім того, поверхня дороги може містити нерівності, а це означає, що колеса автомобіля, залежно від ситуації, одночасно можуть проходити різну відстань. Тому, наприклад, при повороті, якщо швидкість обертання коліс на осі буде однаковою, то одне з них неминуче пробуксовуватиме, що приведе до прискореного зносу покришок. Але це не найстрашніше. Набагато гірше те, що транспортний засіб значно знижує керованість.
Ось для вирішення подібних проблем і придумали диференціал - механізм, який перерозподілятиме енергію, що надходить від двигуна, між осями автомобіля відповідно до величини опору коченню: чим воно менше, тим більше буде швидкість обертання колеса, і навпаки.
Механізм диференціалу
На сьогоднішній день існує безліч різновидів диффів, і їх пристрій досить складний. Однак принцип роботи в цілому однаковий, тому буде простіше для розуміння розглянути найпростіший тип. відкритий диференціал, Що складається з наступних елементів:
- Шестереня, закріплених на півосях.
- Веденої (коронної) шестерні, виконаної у вигляді усіченого конуса.
- Ведучою шестірні, закріпленої на кінці провідного валу, яка разом з коронною утворює головну передачу. Так як ведена шестерня за розмірами більше ведучої, то останній доведеться зробити кілька обертів навколо своєї осі, перш ніж коронна виконає лише один. Отже, саме ці два елементи диференціала знижують величину енергії (швидкості), яка дійде до коліс.
- Сателітів, які утворюють граючий ключову рольу забезпеченні необхідної різниці у швидкості обертання коліс.
- Корпуси.
Як працює диференціал
Під час прямолінійного руху автомобіля його півосі, а значить і колеса, обертаються з такою ж швидкістю, як і провідний вал зі своєю косозубою шестернею. Але під час повороту навантаження на колеса, що впливає, стає різним (одне з них намагається крутитися швидше), і за рахунок цієї різниці звільняються сателіти. Тепер енергія двигуна проходить через них, а оскільки пара сателітів - це дві окремі, незалежні шестерні, то півосям передається різна за величиною частота обертання. Таким чином, потужність, що виробляється двигуном, розподіляється між колесами, але нерівномірно, а залежно від навантаження, що діє на них: те, що рухається по зовнішньому радіусу, відчуває менший опір коченню, тому дифф передає на нього більше енергії, розкручуючи швидше.
Різниці в тому, як працює міжосьовий і міжколісний диференціал, немає: принцип дії аналогічний, тільки в першому випадку розподілений крутний момент спрямований до осей автомобіля, а в другому - до його коліс, розташованим на одній осі.
Потреба міжосьового диффе особливо стає помітна під час руху машини по пересіченій місцевості, коли її вага тисне на ту вісь, яка знаходиться нижче іншої, наприклад, на підйомі або спуску.
Проблема диференціалу
Незважаючи на те, що диференціал, безумовно, відіграє велику роль у конструкції автомобіля, його робота іноді створює проблеми для водія. А саме: коли одне з коліс виявляється на слизькій ділянці дороги (бруду, льоду або снігу), то інше, що знаходиться на більш твердому ґрунті, починає відчувати підвищене навантаження, дифф намагається це виправити, перенаправляє енергію двигуна на колесо, що ковзає. Таким чином, виходить, що воно отримує максимальне обертання, тоді як інше, що має щільне зчеплення з ґрунтом, залишається нерухомим.
Саме для вирішення подібних проблем було придумано блокування (відключення) диференціала.
Принцип блокування та її види
Зрозумівши принцип роботи диференціала, можна зробити висновок, що якщо заблокувати його, то збільшиться момент, що крутить, на тому колесі або осі, яке має краще зчеплення. Це можна зробити, якщо з'єднати його корпус з однією з двох півосей або зупинити обертання сателітів.
Блокування може бути повним - коли частини диференціала з'єднуються жорстко. Здійснюється, як правило, за допомогою кулачкової муфти та керується водієм через спеціальний привід із кабіни автомобіля. Або ж вона може бути частковою, в цьому випадку на колеса передається лише обмежене зусилля - так працює диференціал, що самоблокується, якому участь людини не потрібна.
Як працює диференціал, що самоблокується
Самоблокований диференціал, по суті, є компромісом між повним блокомі вільним диффом і дозволяє знизити пробуксовування коліс машини у разі виникнення між ними різниці у коефіцієнті зчеплення з ґрунтом. Таким чином, значно підвищується прохідність, керованість на бездоріжжі, динаміка розгону автомобіля, причому незалежно від якості дороги.
Самоблок виключає повне блокуванняколіс, що захищає півосі від критичних навантажень, які можуть виникнути на диференціалах із примусовим вимкненням.
Блокування з півосей знімається автоматично, якщо при прямолінійному русі швидкість обертання коліс вирівнюється.
Найпоширеніші типи самоблоків
Дисковий самоблок - це набір фрикційних дисків, що труться, встановлених між корпусом диффа і шестернею півосі.
Зрозуміти, як працює диференціал з таким блоком, нескладно: поки машина їде по прямій, корпус диффа та обидві півосі крутяться разом, як тільки в швидкостях обертання з'являється різниця (колесо потрапило на слизька ділянка), між дисками виникає тертя, що знижує її. Тобто колесо, що залишилося на твердому ґрунті, продовжить обертатися, а не зупиниться, як у разі вільного диференціалу.
Віскомуфта, або інакше муфта в'язка, так само як і попередній дифф, містить два пакети дисків, тільки цього разу перфорованих, встановлених між собою з невеликим зазором. Одна частина дисків має зчеплення з корпусом, інша – з валом приводу.
Диски, поміщені в ємність, заповнену кремнійорганічною рідиною, яка при їх рівномірному обертанні залишається в незмінному стані. Як тільки між пакетами з'являється відмінність у швидкості, рідина починає швидко і сильно густіти. Між перфорованими поверхнями виникає опір. Надто пакет, що розкрутився, таким чином пригальмовується, і швидкість обертання вирівнюється.
Зубчастий (гвинтовий, черв'ячний) самоблок. Його робота базується на можливості черв'ячної пари розклинюватися і тим самим блокувати півосі у разі виникнення на них різниці в крутних моментах.
Кулачковий самоблок. Щоб зрозуміти, як працює диференціал такого типу, достатньо уявити відкритий дифф, у якому замість планетарного шестерного механізму встановлені зубчасті (кулачкові) пари. Кулачки провертаються (перескакують), коли швидкості обертання коліс практично однакові, і жорстко блокуються (заклинюються), як тільки якесь із них починає пробуксовувати.
Різниці в тому, як працює блокування міжосьового диференціалаі міжколісного, ні - принцип дії однаковий, відмінності лише в кінцевих точках: у першому випадку - два мости, у другому - два колеса, встановлені на одній осі.
Вітчизняна «Нива» та її диференціали
У лінійці вітчизняних ВАЗів «Нива» займає особливе місце: на відміну від своїх «родичів» по конвеєру, ця машина обладнана повним приводом, що не вимикається.
У трансмісії ВАЗівського позашляховика встановлено три диференціали: міжколісні – у кожному мосту, та міжосьовий – у роздаванні. Незважаючи на таку кількість, розбиратися наново в тому, як працюють диференціали на «Ниві», не доведеться. Все так само, як описувалося вище. Тобто, під час прямолінійного руху машини, за умови відсутності пробуксувань на колесах, тягове зусилляміж ними розподілено рівномірно та має однакову величину. Коли якесь із коліс починає буксувати, то вся енергія від двигуна, пройшовши через диффи, прямує до цього колеса.
Блокування диференціалів «Ниви»
Перш ніж говорити про те, як працює блокування диференціалів на «Ниві», слід зазначити один момент, а саме уточнити призначення передньої (маленької) ручки роздавальної коробки.
Деякі водії вважають, що з її допомогою у машини вмикається передній привід- це не так: і передній, і задній приводиу «Ниви» завжди задіяні, а цією ручкою здійснюється керування диференціалом роздатки. Тобто поки вона встановлена в положенні "вперед", дифф працює в штатному режимі, а коли "назад" - вимикається.
А тепер безпосередньо про блокування: при виключенні диференціала вали роздавальної коробки замикаються між собою муфтою, тим самим примусово вирівнюючи швидкості обертання, тобто сумарна швидкість коліс передньої осі прирівнюється до сумарної швидкості задньої. Розподіл тяги відбувається у бік більшого опору. Припустимо, буксує заднє колесо, якщо увімкнути блокування, тягове зусилля піде на передню вісь, колеса якої витягнуть машину, але якщо одночасно із заднім забуксує і переднє колесо, то самостійно «Нива» вже не вибереться.
Щоб такого не траплялося, автолюбителі в мости встановлюють самоблоки, які допоможуть витягнути машину, що застрягла. Сьогодні найпопулярнішим серед власників «Ниви» є диференціал Нестерова.
Самоблок Нестерова
Саме в тому, як працює диференціал Нестерова, і полягає секрет його популярності.
Конструкція дифа дозволяє не тільки оптимально регулювати коліс машини при здійсненні маневрів, але й у разі пробуксування або вивішування колеса пристрій віддає йому мінімальну кількість енергії від двигуна. Причому реакція самоблоку зміну дорожньої ситуаціїпрактично миттєва. Крім того, диференціал Нестерова значно покращує керованість машини навіть на слизьких поворотах. курсову стійкість, Підвищує динаміку розгону (особливо в зимовий період), знижує витрату пального. А монтаж пристрою не вимагає жодних змін у конструкції трансмісії і встановлюється так само, як класичний дифф.
Диференціал знайшов застосування не тільки в автомобільної технікиВін виявився дуже корисним і на мотоблоках, значно полегшивши життя його власникам.
Диференціал для мотоблоку
Мотоблок - агрегат досить важкий, і щоб його просто повернути, потрібно чимало зусиль, а при нерегульованій кутовій швидкості обертання коліс це стає ще складніше. Тому власники цих машин, якщо дифи не передбачалися спочатку конструкцією, купують та встановлюють їх самостійно.
Як працює диференціал мотоблоку? По суті він лише забезпечує легкий розворот машини, зупиняючи одне з коліс.
Інша його функція не пов'язана з перерозподілом потужності - це збільшення бази коліс. Конструкція диференціала передбачає його використання як подовжувача осей, що робить мотоблок більш маневреним та стійким до перекидань, особливо на поворотах.
Словом, диференціал - річ дуже корисна та незамінна, а його блокування в рази підвищує прохідність автомобіля.
У конструкції сучасних автомобілівє ряд вузлів та агрегатів, які є обов'язковими для всіх їх марок, моделей, видів та типів. До таких відносяться, перш за все, двигун, коробка перемикання передач, гальмівна система. До цього ж списку входить і диференціал.
Диференціал є у будь-якій машині, причому у деяких машинах цих вузлів встановлено кілька. Про те, що таке диференціал в автомобілі, яку роль він грає та яких різновидів буває, добре відомо досвідченим автомобілістам. Тим же людям, які є поки що лише автолюбиками-початківцями, напевно буде корисно про це дізнатися.
Конічний диференціал автомобіля: 1 – карданний вал; 2 – піввісь ведучого колеса;
Диференціал являє собою механізм, за допомогою якого до колес однієї осі, що обертається з різною швидкістю, транслюється однаковий момент, що крутить. Крім того, диференціал використовується для того, щоб порівну розподіляти крутний момент між кількома провідними осями.
В основу конструкції будь-якого автомобільного диференціалупокладено принцип роботи планетарного редуктора. Залежно від цього, який саме тип передачі обертального руху використовується, розрізняють такі види диференціалів, як:
- Конічний;
- Циліндричний;
- Черв'яковий.
Між колесами, встановленими однією і тієї ж осі, практично завжди встановлюється конічний диференціал. Диференціал циліндричний використовується зазвичай як міжосьовий, а черв'ячний відрізняється універсальністю свого застосування. Найбільш широкого поширення набули диференціали конічного типу, які встановлені практично на всіх автомобілях як міжколісні. Усі їх основні елементи є також у циліндричному та черв'ячному диференціалах.
Корпус конічного диференціалу (його часто іменовану чашею) від головної передачі приймає момент, що крутить, і транслює його на шестірні півосей за допомогою так званих сателітів. Вони виконують функції планетарних шестерень, а щодо їх кількості, то, залежно від особливостей конструкції конкретного конічного диференціала їх може бути від двох до чотирьох.
Якщо автомобіль рухається прямолінійною траєкторією опір кожного з коліс дорозі однаковий. При цьому обертання сателітів не відбувається, а обертання напівосьових шестерень здійснюється з рівними кутовими швидкостями. У момент повороту одне з коліс, те, що знаходиться на внутрішній стороніповороту, зустрічає більший опір дороги, обертання її півосьової шестерні стає повільнішим, сателіти починають обертатися. В результаті цього швидкість обертання зовнішнього колеса зростає, але крутний момент залишається таким же, як і на внутрішньому колесі.
При русі слизькою дорогою, коли одне колесо пробуксовує і рухається з меншою швидкістю, ситуація аналогічна ситуації з поворотом, внаслідок чого автомобіль часто просто не може зрушити з місця. Щоб крутний момент одному або іншому колесі був вище, використовується блокування диференціала.
Різновиди автомобільних диференціалів
Крім конічного, циліндричного та черв'ячного, існують і успішно використовуються наступні різновиди диференціалів: диференціал з повним блокуванням, диференціал Торсен, диференціал Квайф, віскомуфта.
Диференціал з повним блокуванням
Диференціали цього типу найчастіше використовуються на вантажівках та позашляховиках. Їхнє блокування включається і відключається безпосередньо із салону за допомогою спеціальної клавіші водієм. Вони використовуються підвищення прохідності автомобілів.
Диференціали Торсен
Конструкція диференціалів Торсен була розроблена німецькою компанією Siemens. Насправді, вони є комбінації конічних і черв'ячних диференціалів. Диференціали Торсен відрізняються високою ефективністюОднак вони досить складні у виготовленні та обслуговуванні.
Диференціали Квайф
Відмінною особливістю диференціалів цього є те, що сателіти в них розташовуються паралельно осі обертання корпусу (чаші), причому в два ряди. Крім того, при функціонуванні цих агрегатів утворюються сили тертя, які при необхідності автоматично здійснюють блокування, підвищують прохідність та силу тяги автомобіля. Найчастіше диференціали Квайф використовуються для тюнінгу легкових автомобілів та позашляховиків.
Віскомуфта
Функціонування цього типу диференціала засноване на тому самому принципі, що і робота гідротрансформатора. Найчастіше вискомуфти використовуються в автомобілях з повним приводом і використовуються для того, щоб забезпечувати зв'язок передніх коліс із задніми за таким принципом: якщо одні з них прослизають, то момент, що крутить, транслюється на інші, за рахунок чого і вирішується проблема пробуксовки. Конструктивно вискомуфта являє собою циліндр, в якій знаходиться занурений у в'язку рідину пакет металевих дисків, що мають перфорацію, і з'єднаних з валами (як ведучим, так і веденим). Залежно від температури в'язкість рідини змінюється, на чому ґрунтується принцип роботи цього агрегату.
Застосування диференціалів, їх переваги та недоліки
У тих автомобілях, які мають лише одну провідну вісь, встановлюється один диференціал. p align="justify"> Транспортні засоби з двома і більше провідними осями оснащуються диференціалами, що встановлюються в кожну з них. В автомобілях з підвищеною прохідністю, що мають дві провідні осі, встановлюється три диференціали: по одному на кожну з осей і один - між ними. У тих же транспортних засобах, які мають понад дві провідні осі, використовуються так звані міжтелечкові диференціали.
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.
На фото диференціали, що самоблокуються.
Історія створення та призначення диференціала
На автомобілях, оснащених двигуном внутрішнього згоряння, диференціал з'явився через кілька років після їхнього 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 в результаті призводило до занесення автомобіля. Тоді конструктори задумалися про вдосконалення диференціала для того, щоб при подібних умовобидва 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 коліс; 2) задає колеса різні кутові швидкості 3) служить у поєднанні з головною передачею.
Пристрій диференціалу
Удосконалений автомобільними конструкторамидиференціал влаштований у вигляді планетарної передачі, де крутний момент від двигуна передається через карданний вал та конічну зубчасту передачуна корпус диференціалу. 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 машинахдиференціалів два (для моделей з повним приводом, що підключається - 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 типамиприводів, диференціали розрізняють у вигляді блокування.
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 блокууправління, який, аналізуючи стан дорожнього покриття(використовується інформація з датчиків та антипробукувальної системи), сам блокує шестерні-сателіти.
Задній диференціалз 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 найкращим 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-Driveі 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 і ротором. Коли кутова швидкість обертання коліс відрізняється (одне колесо обертається швидше за інше), диски в резервуарі теж починають обертатися з різними швидкостямиале в'язка рідина поступово вирівнює їх швидкість, і, відповідно, крутний момент. Як тільки кутові швидкості обох коліс зрівняються, віскомуфта вимикається. За своїми характеристиками віскомуфта менш надійна, ніж фрикційний диференціал, тому її встановлюють на машини, призначені для подолання бездоріжжя середнього ступеня або спортивні модифікаціїавтомобілів.
Ще один механізм диференціалу, що відноситься до групи Speed sensitive – героторний диференціал. Тут роль блокування, на відміну від віскомуфти, відіграє масляний насоста 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 осідиференціал розблоковується.
Ці групи диференціалів отримали найширше застосування в автомобілебудуванні: їх встановлюють як на «цивільні» моделі, так і на спортивні.
Що таке диференціал
Диференціал - це пристрій, що розподіляє потік потужності двигуна до інших елементів трансмісії. В автомобілі з приводом на одну вісь використовується тільки один диференціал, міжколісний, у повнопривідному їх цілих три — два міжколісні та міжосьові.
Розглянемо приклад класичний диференціал (на відміну блокованих, його називають «відкритим» чи «вільним»). Він встановлюється в картері головної передачі і отримує момент, що крутить, від її веденої шестерні. У коробці диференціалу розташовані конічні шестерні-сателіти. Вони входять у зачеплення із шестернями, закріпленими на півосях, а ті, у свою чергу, обертають провідні колеса. При русі рівною і прямою дорогою кутові швидкості коліс однакові, і сателіти не обертаються навколо своєї осі. Під час повороту або руху по нерівностях, коли колеса правого та лівого борту проходять різний шлях, сателіти починають обертатися і перерозподіляти крутний момент.
Головна передача заднього мосту ВАЗ-2101: 1 – фланець карданного валу; 2 – сальник; 3 – масловідбивне кільце; 4 – передній підшипникпровідної шестерні; 5 – задній підшипникпровідної шестерні; 6 – регулювальне кільце; 7 – опорне кільце шестерні півосі; 8 – шестерня півосі; 9 – сателіт; 10 – палець сателітів; 11 - ведена шестерня головної передачі; 12 – коробка диференціала; 13 - болт кріплення стопора регулювальної гайки; 14 – стопор регулювальної гайки; 15 - підшипник коробки диференціала; 16 - регулювальна гайка веденої шестерні; 17 - болт кріплення веденої шестерні до фланця коробки диференціала; 18 - провідна шестерня головної передачі; 19 - картер редуктора головної передачі; 20 - розпірна втулка; 21 - шайба; 22 – гайка провідної шестерні заднього моста.
Існує проста формула, що відображає зв'язок між частотами обертання коробки диференціалу та півосьових шестерень. Якщо через а1і а2позначити частоти обертання напівосьових шестерень, а через а- Частоту обертання коробки диференціала, то: а = (а1+а2)/2. Формула показує, що якщо одне з коліс автомобіля нерухоме, то інше колесо обертається з подвоєною частотою. Якщо одне з двох провідних коліс потрапляє на слизьку поверхню дороги ( мокрий асфальт, масляні плями, лід), опір його обертанню різко падає, зменшується і зчеплення з дорогою, а значить, колесо не в змозі мати необхідну силу тяги. Таке колесо почне швидше обертатися та пробуксовувати. До іншого ведучого колеса, що має достатнє зчеплення з дорогою, буде підводитися такий же момент, що крутить, як і до буксуючого. Маючи можливість утворити велику силу тяги, друге колесо не зможе цього зробити тому, що диференціал передасть йому лише половину моменту, що крутить, від головної передачі.
Якщо опір руху автомобіля перевищить силу тяги у колеса, що не буксує, то машина не зможе рухатися. Частота обертання колеса, що буксує, різко зросте, а друге колесо зупиниться. Виникне буксування автомобіля. Спроба водія підвищити силу тяги на колесах за рахунок збільшення подачі палива призведе до збільшення частоти обертання одного з коліс. У такій ситуації проявляється істотний недолікзвичайного диференціала, що знижує прохідність автомобіля як на слизьких дорогах, і на грунтах, які чинять велике опір коченню коліс (пісок, сніг, бездоріжжя).
Примусове блокування
На автомобілях, призначених для руху бездоріжжям, доводиться встановлювати диференціали спеціальних конструкцій. Часто застосовують диференціали з примусовим блокуванням. У них водій за допомогою спеціального приводу (найчастіше пневматичного) зупиняє на час обертання сателітів, і колеса автомобіля починають обертатися з однаковою швидкістю. Слід врахувати, що автомобіль із заблокованим диференціалом на звивистій дорозі витрачає більше палива і у нього відбувається інтенсивне зношування шин, а отже, збільшується ціна експлуатації автомобіля.
Як тільки взаємний поворот коліс на загальній осі із заблокованим диференціалом буде більше, ніж це допускає пружна деформація шин, відбудеться буксування коліс, що триває доти, доки якесь колесо на нерівності не відірветься від дороги. Це говорить про те, що водій не повинен забувати вимикати блокування диференціала після подолання важкої ділянки. У ряді конструкцій передбачено його автоматичне розблокуванняабо обмеження можливості увімкнення блокування за швидкістю.
Самоблоковані диференціали
Для спрощення процесу управління застосовуються так звані диференціали, що самоблокуються. В даний час, в основному, використовують чотири види блокувань: дискова (фрикційна, підвищеного тертя, LSD), в'язкісна (вискомуфти) та гвинтова (черв'ячна). У найсучасніших розробках використовуються електронні системиконтролю прослизання коліс, засновані на застосуванні датчиків обертання та використанні штатних гальм(як правило, ці системи поєднуються з антиблокувальними та протипробуксівними).
Дискове блокування
Існують дві найбільш характерні конструкції диференціалів із фрикційними муфтами. У першому застосовують одну, у другому - дві муфти. У першому випадку фрикційна муфта дискова 1 введена між однією з півосей і коробкою диференціала. Бронзові диски встановлені в шліцях гільзи 2, пов'язаної з коробкою диференціала, сталеві диски сидять на шліцях півосі 3. Диски притискаються один до одного пружинами 4. Коли обидва колеса відчувають однаковий опір, весь диференціал обертається як одне ціле і тертя в му.
Друга конструкція являє собою диференціал підвищеного тертя з подвійними фрикційними муфтами, що набув широкого поширення на американських автомобілях. У цій конструкції хрестовина замінена двома окремими осями, що перетинаються під прямим кутом 5 сателітів 6. Осі 5 мають можливість переміщатися одна відносно іншої як в осьовому, так і в кутовому напрямку, для чого їх кінці мають скоси відповідно А і Б, якими вони спираються на коробку 9 диференціала. Крім того, диференціал введені проміжні чашки 7, так само як і півосьові шестерні, надіті на шліци півосей.
При сателітах, що не обертаються, зусилля до півосей передається як і в простому диференціалі. При обертанні сателітів останні зрушуватимуть кінцеві скоси осей 5 так, що зусилля на фрикційну муфту 8, що передається через чашку 7, буде збільшуватися для півосі, що відстає, і зменшуватися для осі, що обертається швидше. При цьому величина моменту, що підгальмовує, не буде постійною, як у диференціалі з однією дисковою муфтою, а буде пропорційна моменту, що передається колесами.
Для нормальної роботитакого диференціала потрібно використання спеціальної трансмісійної олії для LSD або відповідних присадок до звичайної олії. Крім того, згодом виникає необхідність регулювання через знос дисків.
В'язке блокування
Принцип її дії такий самий, як у дискової. Гідравлічна муфта складається з великої кількості дисків з липкими робочими поверхнями. Завдяки властивостям особливої в'язкої рідини на силіконовій основі твердіти при нагріванні диски передають момент, що крутить, залежно від різниці частот обертання вхідних і вихідних валів. Нагрів відбувається, коли одна піввісь починає обертатися швидше за іншу.
Характерною особливістю конструкції є те, що у разі тривалого буксування коліс блокуюча муфта з в'язкою рідиною працює спочатку м'яко, а потім відбувається значне зростання ефективності блокування. У силіконі, що затвердів, диски отримують жорстке зачеплення і півосі блокуються. Віскомуфти не вимагають обслуговування і вважаються дуже надійними, проте для їхньої тривалої роботи необхідне збереження повної герметичності пристрою.
Гвинтове блокування
Принцип її дії такий: у звичайному режимі гвинти (або черв'яки, як їх називають через характерну форму) вільно обкатуються навколо центральної шестерні. У разі зміни моменту гвинти прослизають у крайнє становищета фіксуються в ексцентричних пазах. Коли момент вирівнюється, гвинти повертаються у вихідне положення. Момент спрацьовування гвинтових блокувань визначається профілем гвинтів. Такі диференціали мало схильні до зносу (термін служби можна порівняти з терміном коробки або класичного диференціала), а масло використовується звичайне трансмісійне.
Кулачкове блокування
Таке блокування спрацьовує у разі виникнення різниці у швидкостях обертання коліс. Розглянемо приклад реалізації диференціалу компанії Tractech. У корпусі диференціалу між парами корончастих шестерень встановлені поворотні кулачки. У звичайних умовах вони не беруть участь у роботі, але, як тільки одне їх коліс починає пробуксовувати (тобто обертатися істотно швидше за інше), кулачки повертаються і пари шестерень входять у зачеплення, забезпечуючи тим самим повне блокування. Блокування вимикається, коли колесо, що буксує, припинить прослизання. Цей тип диференціалів також досить довговічний і вимагає спеціальних масел.
Особливості управління
Управління автомобілем, обладнаним міжколісним диференціалом, що самоблокується, має деякі особливості. Зокрема, автомобіль у повороті на слизькому покритті може мати надмірну повертаність, при занадто інтенсивному розгоні на змішаному покритті можливе відведення в бік від передбачуваної траєкторії і т.д. Особливо це стосується розробок, які пропонуються як додаткового обладнаннятреті фірми. Проте грамотне використання властивостей таких диференціалів дозволяє впевнено переміщатися до складних. дорожніх умовах, І значно підвищує прохідність поза дорогами.
М єжосовий диференціал та його блокування
За відсутності міжосьового поділу потужності (міжосьового диференціалу або механізму, що відключає) необхідно відключити передній міст, щоб стало можливе обертання передніх і задніх коліс з різними кутовими швидкостями. За умовами руху потрібно, щоб колеса як переднього та заднього мостів, так і колеса одного мосту могли обертатися з різною частотою та проходити різні шляхи. Особливо це для поворотів: передні колеса при повороті проходять більшу відстань, ніж задні.
На зміну колісних шляхів впливають різні фактори: ковзання шин, їх кути відведення, тиск повітря, навантаження на колеса, кінематика підвіски. При цьому очевидно, що співвідношення між коліями, що проходять колесами переднього і заднього мостів, також змінюється під час руху. Ця обставина виключає можливість застосування різних передавальних чиселв головних передачах мостів для компенсації різниці шляхів, що проходять.
Колеса різних осей автомобіля, кінематично жорстко пов'язані одна з одною, мають при обертанні однакові кутові швидкості. На твердій поверхні дороги при русі автомобіля з приводом на всі колеса (за відсутності міжосьового диференціала) можуть виникнути умови, за яких колеса різних осей намагатимуться рухатися з різними лінійними швидкостями, а жорсткий механічний зв'язок між ними стане перешкодою для досягнення цього. При прямолінійному русі описане явище може бути викликане, наприклад, різницею радіусів кочення пов'язаних між собою коліс. Кочення коліс у цьому випадку має супроводжуватися відносним переміщенням точок майданчика контакту шини поверхнею дороги (зі ковзанням або буксуванням).
Подібне можливо і при однакових радіусах кочення, але при русі по дорозі з нерівною поверхнею або на повороті. Виникаюче в цих умовах ковзання або 6уксування шин супроводжується збільшеним їх зносом, зносом механізмів трансмісії і непродуктивною витратою енергії двигуна на рух автомобіля. Для того щоб колеса котилися без шкідливих супроводжуючих явищ у трансмісії, крім межколесных диференціалів встановлюють міжосьові диференціали.
Однак, в умовах позашляхового руху автомобіль може втратити рухливість у той момент, коли колеса одного з мостів втратять зчеплення з дорогою і почнуть буксувати. У такій ситуації диференціал звичайного типу не зможе передати необхідну для руху величину крутного моменту заднім колесам, що спираються на твердий грунт. Для уникнення цього на позашляховиках встановлюють міжосьові диференціали з примусовим блокуванням. Прикладом подібного конструктивного рішенняможе служити "Нива" ВА3-2121, оснащена роздавальною коробкоюіз примусово блокованим міжосьовим диференціалом.
Блокуванням користується водій автомобіля для подолання важкопрохідної ділянки дороги. При поверненні на шосе міжосьовий диференціал необхідно розблокувати. У сучасних конструкціях, крім механічного, застосовуються інші приводи (пневматичний, гідравлічний, електричний), при цьому сам процес включення зводиться до простого натискання кнопки на панелі.
Наступним кроком стала поява самоблокованих міжосьових диференціалів. Принципи їх роботи подібні до міжколісних, але умови та завдання дещо інші. Так, при поворотах машини забігаючим щодо корпусу диференціала завжди буде вал, що передає момент на керовану вісьщо визначається кінематикою повороту машини з колісною формулою 4х4. Виходячи з цього, при забіганні приводного валукерованого моста коефіцієнт блокування бажано мати невисоким, а при забіганні (буксуванні) некерованого моста – дещо більшим. Такий диференціал називають самоблокуючим з несиметричними блокуючими властивостями.
В даний час на легкових позашляховикахшироко використовуються міжосьові диференціали з автоматичним блокуванням за допомогою гідравлічної муфти з в'язкою рідиною. Вони забезпечують оптимальну силутяги в усіх умовах руху, у зв'язку з чим відпадає необхідність у примусового блокування. Є й інші переваги. Цей вузол оберігає трансмісію від навантаження, яке може виникнути, наприклад, при раптовому ударі колеса.
Диференціал, що автоматично блокується гідравлічною муфтоюз в'язкою рідиною, чуйно реагує на стан дорожньої поверхні та забезпечує більш рівномірну швидкість автомобіля, а також зменшує ймовірність його застрягання. При гальмуванні міжосьовий диференціал такого типу запобігає блокуванню колеса одного моста щодо колеса іншого, що призводить до втрати стійкості. До того ж, перерозподіл надмірної гальмівної сили з однієї пари коліс на іншу значно скорочує. гальмівний шляхта зберігає повний контроль над машиною.
Розглянемо, як працює міжосьовий диференціал фірми GKN з гідравлічною муфтою, що автоматично блокується. Зміна моменту тертя у ній розраховано те щоб при маневруванні лежить на поверхні з хорошими зчіпними властивостями (асфальт, бетон тощо.) був малий момент тертя між вихідними валами. Зі зростанням різниці частот їх обертання тертя між ланками муфти значно зростає. Блокування за допомогою муфти з в'язкою рідиною відбувається точно відповідно до розподілу моменту, що крутить, в міжосьовому диференціалі.
Випробування підтвердили, що розподіл моментів між передніми та задніми колесами забезпечує майже нейтральну обертання автомобіля. За легкістю водіння та безпеки повнопривідні автомобіліз таким приводом перевершують навіть передньопривідні легкові автомобілі. Однак, при всіх перевагах такого роду блокування, необхідно відзначити, що фактичне включення блокування після початку пробуксовування коліс, характерне для вискомуфти, істотно знижує шанси на успішне подолання серйозних позашляхових перешкод у вигляді слабкого ґрунту, бруду або снігу, оскільки колесо, що буксує, здатне швидко зариватися. Внаслідок можливостей автомобіля навіть із заблокованим міжосьовим диференціалом може виявитися недостатньо для самостійного виїзду.
Передній міст, що підключається
Дуже багато виробників позашляховиків використовують схему з переднім мостом, що підключається (так званий part time 4WD). У цьому випадку міжосьовий диференціал, як правило, відсутній, і в режимі повного приводуміж мостами встановлюється жорсткий кінематичний зв'язок. Виробники рекомендують підключати передній міст лише у складних дорожніх умовах, коли колеса схильні до пробуксування.
Тривалий рух у такому режимі по дорогах з твердою поверхнею викликає підвищене зношування шин і трансмісії (зокрема, у роздатках з ланцюговою передачею перевантажується ланцюг), підвищена витрата палива, а також погіршує керованість на високих швидкостях. Для уникнення цих негативних наслідків багато контрукцій передбачають не лише відключення переднього мосту, а й від'єднання передніх коліс від півосей.
Для цього застосовуються колісні хаби (муфти вільного ходу), які можуть бути автоматичними та ручними, роз'єднання півосей за допомогою електричного чи пневматичного приводу тощо.
Про автора: admin
