Назначение устройство и работа дифференциала. Межосевой дифференциал с фрикционной муфтой. История создания и назначение дифференциала.

Дифференциал

К атегория:

Автомобили и трактора

Дифференциал

Главная передача служит для увеличения крутящего момента на ведущих колесах и передачи его от карданного вала к полуосям под прямым углом.

В настоящее время применяются шестеренные главные передачи как наиболее совершенные. Они разделяются на одинарные (с одной парой шестерен) и двойные (с двумя парами шестерен).

Одинарная главная передача состоит из одной пары конических шестерен, находящихся в постоянном зацеплении. Зубья конических шестерен делают спиральными, чтобы повысить их прочность, долговечность и бесшумность работы главной передачи.

Рис. 1. Карданная передача автомобиля

Крутящий момент от карданной передачи передается через ведущую коническую шестерню на ведомую. Оси этих шестерен могут пересекаться или быть смещенными. В последнем случае передача называется гипоидной. Преимуществами гипоидных передач являются высокая прочность и долговечность шестерен благодаря увеличению толщины и длины зубьев, большая плавность зацепления и бесшумность работы. При установке гипоидной передачи карданную передачу можно расположить ниже, уменьшив тем самым высоту центра тяжести автомобиля и улучшив его устойчивость. Одинарные передачи применяются на легковых автомобилях и на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности.

В двойной главной передаче крутящий момент передается от ведущей конической шестерни к ведомой шестерне, установленной на одном валу с малой цилиндрической шестерней, которая передает крутящий момент на большую цилиндрическую шестерню. Цилиндрические шестерни могут быть с прямыми или косыми зубьями. Валы главной передачи устанавливаются в радиально-упорных подшипниках (шариковых или конических роликовых), затяжку которых можно регулировать.

Двойные главные передачи применяются в тех случаях, когда необходимо получить большое передаточное число при небольших габаритах ведущего моста. Двойные главные передачи устанавливаются на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и на автобусах.

Передаточные числа главных передач грузовых автомобилей находятся в пределах 5-9.

При движении по неровной дороге и при повороте ведущие колеса автомобиля в одинаковые отрезки времени проходят различные по величине пути. Если бы ведущие колеса были соединены между собой общим валом, то они во всех случаях движения вращались с одинаковой частотой вращения, что неизбежно приводило бы к проскальзыванию и пробуксовке колес относительно дороги. Проскальзывание вызывает повышенный износ шин, увеличивает затрату мощности, приводит к увеличению расхода топлива и затрудняет поворот.

Чтобы избежать указанных недостатков, ведущие мосты снабжают дифференциалом, который дает возможность ведущим колесам вращаться с различной частотой вращения друг относительно друга. Дифференциал может быть осевым и межосевым.

Осевой дифференциал устанавливается между левым и правым колесами одного моста. Межосевой дифференциал располагается обычно в раздаточной коробке или в одном из ведущих мостов и позволяет вращаться с различной частотой вращения колесам переднего, среднего и заднего мостов автомобилей повышенной проходимости.

По конструкции дифференциалы бывают шестеренные и кулачковые, шестеренные дифференциалы бывают с коническими и цилиндрическими шестернями. По принципу работы дифференциалы разделяются на простые (без блокировки) и блокирующиеся. По принципу действия механизмы блокировки делятся на принудительные и самоблокирующиеся. При принудительной блокировке полуоси заднего моста соединяются в единую жесткую систему, вращающуюся как одно целое совместно с дифференциалом.

Рис. 2. Главные передачи:

Наибольшее распространение получили шестеренные дифференциалы с коническими шестернями. На рис. 3, а представлен такой дифференциал с одинарной главной передачей. Он состоит из коробки, в которой установлена крестовина. На цилиндрических шинах крестовины свободно посажены четыре конические шестерни (сателлиты), находящиеся в постоянном зацеплении с правой и левой полуосевыми шестернями, жестко связанными с полуосями. К коробке дифференциала болтами или заклепками крепится ведомая шестерня главной передачи, получающая вращение от ведущего вала. Коробка дифференциала вращается в подшипниках.

Пока оба ведущих колеса испытывают одинаковое сопротивление качению (движению по прямой), сателлиты, вращаясь вместе с корпусом, сообщают обеим полуосевым шестерням одинаковую частоту вращения. Сателлиты в этом случае будут действовать как клинья, заклинивающие полуосевые шестерни и как бы соединяющие обе полуоси в одну ось.

Если одно из ведущих колес вращается медленнее другого (движение на повороте), то произойдет расклинивание полуосевых шестерен. Сателлиты начнут поворачиваться на шипах, перекатываясь по полуосевои шестерне, которая замедлила свое вращение. При этом частота вращения другой полуосевой шестерни увеличивается. При повороте частота вращения внешнего колеса повышается настолько, насколько уменьшается частота вращения внутреннего колеса; при этом сумма частот вращения ведущих колес всегда равна удвоенной частоте вращения корпуса дифференциала.

Для улучшения проходимости автомобиля применяют кулачковый дифференциал, который передает больший крутящий момент на то колесо, которое вращается медленнее, вследствие чего уменьшается возможность пробуксовки колес.

Кулачковый дифференциал повышенного трения, устанавливаемый на автомобилях ГАЗ -66, показан на рис. 3, б. В радиальные прорези ведущей обоймы, соединенной с ведомой шестерней главной передачи, свободно вставлены сухари. Обоймы и имеют кулачки (выступы) и соединяются с полуосями. Вращение от обоймы передается через сухари и кулачки обойм и на полуоси. Полуоси могут вращаться с разной частотой за счет радиального перемещения сухарей по кулачкам обойм. Однако вследствие повышенного трения между сухарями и обоймами для проворачивания полуосей требуется значительная разница в величине сопротивлений на колесах. В результате на обе полуоси передается крутящий момент, достаточный для движения автомобиля, и при пробуксовке одного из колес полная остановка другого колеса, испытывающего большее сопротивление дороги, происходит реже.

Рис. 3. Дифференциалы:
а - с коническими шестернями: б - кулачковый

На автомобилях повышенной проходимости с колесной формулой 6×4 и 6×6 ведущие мосты могут работать в разных по сцеплению колес с дорогой условиях, перекатываться через неровности, проходя в один и тот же момент разный по длине путь. Это означает, что возможно вращение колес одного ведущего моста относительно колес другого и их пробуксовка. Следовательно, в трансмиссию таких автомобилей необходимо включать дифференциал между ведущими мостами и по тем же причинам предусмотреть устройство для их блокирования.

На двух- и трехосных автомобилях в большинстве случаев применяется один межосевой дифференциал.

Межосевые дифференциалы автомобилей ЗИЛ -133Г1 и КамАЭ-5320 разные по конструкции, но одинаковые по принципиальному решению. У обоих автомобилей ведущими являются два задних моста. От коробки передач крутящий момент поступает к среднему ведущему мосту, в котором находится симметричный блокируемый конический межосевой дифференциал.

Дифференциал автомобиля КамАЗ-5320 показан на рис. 4. Крутящий момент поступает на ведущий вал (составляющий одно целое с передней половиной коробки межосевого дифференциала); далее через крестовину и сателлиты он распределяется между дифференциальными шестернями. Первая из них соединена шлицами с хвостовиком ведущей конической шестерни в главной передаче среднего ведущего моста. К межколесному дифференциалу и полуосям вращение передается от главной передачи через цилиндрический редуктор. На задний же ведущий мост вращение от шестерни передается соединяемым с ней шлицами валом.

Блокируется межосевой дифференциал смещением влево зубчатой муфты. Надеваясь на зубчатый венец коробки дифференциала, муфта замыкает ее с дифференциальной шестерней и передает крутящий момент на задний ведущий мост, минуя межосевой дифференциал,

Применение межосевого дифференциала позволяет улучшить условия работы ведущих мостов, уменьшить износ покрышек, обеспечить более высокие тяговые качества и повысить проходимость.

Общие сведения. При повороте автомобиля его внешние и внутренние колеса за один и тот же отрезок времени проходят разные пути. Колесо, катящееся по внутренней кривой, проходит меньший путь, чем колесо, катящееся по внешней кривой. Следовательно, внешнее колесо автомобиля должно вращаться несколько быстрее внутреннего. Аналогичное явление происходит и при прямолинейном движении, если задние колеса автомобиля имеют неодинаковые диаметры, что вполне возможно при неравномерном распределении нагрузки в кузове, неодинаковом износе шин, различном внутреннем давлении в шинах или при движении по неровной дороге.

Чтобы ведущие колеса автомобиля могли вращаться с различной частотой вращения, их крепят не на одном общем валу, а на двух, называемых полуосями и соединенных друг с другом специальным механизмом - дифференциалом, подводящим к этим полуосям крутящий момент от главной передачи.

В основном применяют дифференциалы трех типов: шестеренные, кулачковые и червячные. Дифференциал может быть простым или с самоблокировкой (дифференциал повышенного трения или с механизмом свободного хода). Шестеренные дифференциалы относятся к простым, а кулачковые и червячные - к дифференциалам повышенного трения.

Дифференциал, распределяющий крутящий момент между полуосями, называют симметричным или несимметричным, в зависимости от того, распределяет он крутящий момент между полуосями поровну или непоровну.

Шестеренный симметричный дифференциал. На рис. 5 показаны детали наиболее широко применяемого на автомобилях шестеренного конического дифференциала, устанавливаемого между полуосями ведущих колес. Две чашки коробки дифференциала стянуты болтами. На коробке болтами укреплена ведомая шестерня главной передачи, приводящая коробку во вращение. Между чашками дифференциала зажата крестовина, на шипах которой свободно посажены и могут вращаться малые прямозубые конические шестерни, так называемые сателлиты, находящиеся в зацеплении с двумя коническими полуосевыми шестернями. Эти шестерни внутренними шлицами соединены со шлицевыми концами полуосей, свободно проходящих через отверстия в коробке дифференциала. На наружных концах полуосей установлены колеса. Для уменьшения трения под торцовые поверхности сателлитов и полуосевых шестерен подложены шайбы.

При вращении коробки дифференциала она через сателлиты полуосевые шестерни вращает полуоси. Передача крутящего момента происходит в следующем порядке: ведомая шестерня главной передачи - коробка дифференциала - ось сателлитов - сателлиты - полуосевые шестерни - полуоси. Сателлиты, кроме того, могут вращаться на своих осях, поэтому они могут изменять частоту вращения полуосевых шестерен относительно коробки дифференциала.

Рис. 5. Детали дифференциала

Если сателлиты не вращаются на осях, то обе полуоси вращаются с одинаковой частотой вращения. Это происходит при движении автомобиля по прямой и ровной дороге, когда задние колеса, встречая одинаковое сопротивление качению, проходят одинаковый путь и имеют, следовательно, одинаковую частоту вращения. При повороте автомобиля, например вправо, сателлиты, вращаясь на своих осях, обкатываются по полуосевым шестерням полуоси и колеса. Одновременно частота вращения полуосевой шестерни уменьшается. При этом понижается частота вращения полуоси и колеса, связанных с шестерней. Частота вращения коробки дифференциала всегда остается равной полусумме частот вращения левой и правой полуосей.

Рис. 6. Схема работы дифференциала: а - при движении автомобиля по прямой; 6 - при движении автомобиля на повороте; 1 и 8 полуоси; 2 - коробка дифференциала; 3 и 7 - полуосевые шестерни; 4 и 9 - сателлиты; 5 - ось сателлитов; 6 - ведомая шестерня главной передачи

Наличие дифференциала в приводе к ведущим колесам автомобиля иногда отрицательно влияет на его проходимость. Если одно из ведущих колес автомобиля попадает на скользкий участок дороги, а другое катится по сухому участку, то из-за наличия дифференциала через колесо, движущееся по сухому участку, нельзя передать значительный крутящий момент. Колесо, находящееся на скользком участке, будет буксовать, а другое стоять неподвижно. Это происходит вследствие того, что каждый сателлит представляет собой как бы равноплечую балку, распределяющую действующую на него силу между полуосевыми шестернями поровну. Если одно колесо попадает на скользкий участок дороги, то соединенная с ним полуосевая шестерня оказывает сателлиту меньшее сопротивление и другое колесо стоит неподвижно.

В заднем ведущем мосту автомобиля ГАЗ -53А установлен симметричный конический дифференциал, коробка которого состоит из двух чашек. Как уже указывалось, ведомая шестерня главной передачи прикреплена к фланцу коробки дифференциала, вращающейся на двух роликоподшипниках. Чтобы конструкция была прочной и имела малые габаритные размеры, число сателлитов доведено до четырех. Полуосевые шестерни надеты на шлицы полуосей, которые центрированы в гнездах, расточенных в коробке дифференциала.

Детали дифференциала необходимо смазывать, так как они нагружаются значительными силами. Для улучшения подвода смазки к этим деталям и повышения износостойкости опорных шайб сателлитов в автомобилях ГАЗ -53А на коробке дифференциала установлен маслоуловитель. Дифференциалы легковых автомобилей имеют обычно два сателлита, а грузовых и автобусов - четыре или (иногда) три.

Кулачковый дифференциал повышенного трения. На автомобилях ГАЗ -66 устанавливают кулачковый дифференциал повышенного трения. Сепаратор имеет два ряда отверстий, в которые в шахматном порядке свободно вставлены сухаря.

Рис. 7. Кулачковый дифференциал повышенного трения автомобиля ГАЗ -66:
а - общий вид; б - детали; в - обоймы; 1 - сепаратор; 2 - сухари; 3 - наружная звездочка, соединенная с правой полуосью; 4 - внутренняя звездочка, соединенная с левой полуосью; 5 - ведомая шестерня главной передачи

Сепаратор, являясь ведущим элементом, связан через сухари со звездочками и при прямолинейном движении вращается вместе с ними. Полуоси могут иметь и разные частоты вращения вследствие радиального перемещения сухарей. Под действием кулачков одной из звездочек и соответствующего воздействия на кулачки другой звездочки. Однако при этом из-за повышенного трения между сухарями и звездочками для провертывания полуосей необходимо наличие значительной разницы в сопротивлении колес. Следовательно, в случае буксования одного из колес полная остановка другого колеса происходит реже. Звездочки и сухари изготовляют из легированных сталей. Их трущиеся поверхности имеют высокую твердость.

Дифференциал повышенного трения автомобилей МАЗ от обычного конического дифференциала отличается тем, что у него сателлиты прижимаются к вкладышам через опорные шайбы силой, создаваемой пружинами. Вкладыши неподвижны относительно корпуса дифференциала, поэтому между ними и опорными шайбами, вращающимися вместе с сателлитами, возникает повышенное трение. В результате этого свободное провертывание одной полуоси относительно другой затрудняется, т. е. уменьшается буксование одного из колес, и проходимость автомобиля повышается.

У автомобилей с двумя ведущими задними мостами применен межосевой дифференциал. В качестве примера рассмотрим межосевой дифференциал автомобиля КамАЗ-5320. Картер межосевого дифференциала прикреплен к картеру главной передачи среднего моста. Передняя чашка межосевого дифференциала болтами скреплена с задней чашкой, внутри помещен дифференциальный механизм, в который входят сателлиты с крестовиной, конические шестерни привода среднего моста и привода заднего моста.

Шестерня шлицами постоянно сцеплена с ведущей конической шестерней главной передачи среднего моста, а шестерня --с валом, передающим вращение на главную передачу заднего моста. Шестерня имеет наружные зубья, с которыми в постоянном зацеплении находится внутренняя зубчатая муфта и муфта блокировки дифференциала. При передвижении вилкой муфты вперед она скользит по наружным зубьям внутренней муфты и входит в зацепление с наружными зубьями правой чашки дифференциала, соединяя шестерню с корпусом дифференциала, т. е. проводя блокировку межосевого дифференциала.

Для предотвращения выключения механизма блокировки внутренняя зубчатая муфта имеет снаружи два зубчатых венца, причем толщина зубьев наружного венца на 0,4 мм больше толщины зубьев внутреннего венца. Для включения механизма блокировки водитель, открывая кран, направляет сжатый воздух между крышкой и диафрагмой механизма блокировки. Диафрагма, прогибаясь и преодолевая сопротивление пружины, воздействует на стакан через пружину и передвигает шток, а вместе с ним и вилку. При этом замыкаются контакты микровыключателя, включающие контрольную лампочку на щитке приборов. Принудительную блокировку дифференциала выполняют при движении по скользким и размокшим грунтовым дорогам.

Рис. 8. Дифференциал повышенного трения автомобиля МАЗ : 1 - пружина; 2 и 8 - полуосевые шестерни; 3 - вкладыш; 4 - крестовина дифференциала; 5 - сателлит; 6 - опорная шайба; 7 -. ведомая шестерня главной передачи

Рис. 9. Главная передача среднего

К атегория: - Автомобили и трактора

Дифференциал – это устройство, которое управляет распределением вращательного момента от входного вала к выходным, при этом скорость каждого отдельного элемента может отличаться. Механизм широко применяется в автомобильной индустрии.

Дифференциалы различаются согласно месту установки, предназначению и особенностям конструкции:

В автомобилях с приводом на одну ось используется лишь один дифференциал, называемый межколесным. Его необходимость вызвана тем, что внешние и внутренние колеса проходят разное расстояние при повороте транспорта.
Автомобили с приводами 6×6 или 8×8 содержат в конструкции дополнительный межтележечный дифференциал.
В полноприводных же моделях устанавливается целых три дифференциала: два межколесных и один межосевой.

О том, как работает межосевой дифференциал, и какие межосевые дифференциалы вообще могут быть мы поговорим более подробно далее.

Предназначение межосевого дифференциала

Межосевой дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между ведущими осями автомобиля и дает им возможность вращаться с разными угловыми скоростями. Такая потребность вызвана простым условием движения транспорта по неровным поверхностям, когда собственная масса конструкции давит на ось, находящуюся в более низком положении. Так, при езде под горку значительная часть момента подается на задние колеса. И, наоборот, в случае спуска.

Устройство межосевого дифференциала устанавливается, как правило, в раздаточной коробке автомобиля. Межосевой дифференциал может быть симметричным и несимметричным. Первый распределяет крутящий момент между осями поровну, а второй – в определенном соотношении.

Кроме того, существует межосевой дифференциал без механизма блокировки, который позволяет осям вращаться с различной скоростью, а также дифференциал самоблокируемый либо с механизмом ручной блокировки, который принудительно распределяет вращающий момент между приводными полуосями в зависимости от дорожных условий. При этом принудительная блокировка межосевого дифференциала подразумевает полное или частичное выключение дифференциала, обеспечивающее жесткое соединение передней и задней полуосей между собой.

Чаще всего для полной реализации полноприводных возможностей автомобиля применяется самоблокируемый дифференциал, который может иметь три вида конструкций и разные принципы работы соответственно.

Конструкции и принцип работы самоблокирующегося межосевого дифференциала

Итак, существует три вида самоблокирующегося межосевого дифференциала:

вязкостная муфта;
блокировка типа Torsen;
фрикционная муфта.

Межосевой дифференциал с вискомуфтой

Схема межосевого дифференциала с вискомуфтой представляет собой планетарную симметричную схему на конических шестернях. Данная конструкция предполагает наличие управляющего элемента вязкостной муфты, которая состоит из следующих элементов:

корпус;
вал корпуса;
ведущий вал;
ведомый вал;
диски;
боковая шестерня;
уплотнения.

Муфта в своей конструкции имеет герметично закрытую полость, наполненную воздушно-силиконовой масляной смесью. Полость кинетически связана с двумя пакетами дисков, которые соединены с обеими полуосями.

Принцип работы:

При прямолинейном движении по ровной поверхности и с постоянной скоростью межосевой дифференциал передает крутящий момент двигателя на переднюю и заднюю ведущую ось в соотношении 50 на 50. В случае если один из пакетов дисков начинает вращаться быстрее другого, то в герметической полости муфты повышается давление, и она начинает механически тормозить (т.е. блокировать) этот пакет, тем самым уравнивая угловые скорости вращения.

Следующие примеры могут легко объяснить, зачем нужен межосевой дифференциал с вязкостной муфтой:

В случае выезда транспортного средства на скользкую поверхность, что приводит к сильной пробуксовке передних колес, из-за значительно повышается давления в муфте. Как следствие, на задние колеса подается гораздо больший крутящий момент.
Распределение момента в пользу переднего привода происходит в случае резкого разгона автомобиля на скользкой поверхности. В такой ситуации происходит смещение центра тяжести вперед, и передняя ось становится ведущей.

Широкое распространение конструкция с вискомуфтой получила благодаря простоте конструкции и ее дешевизне. К недочетам можно отнести отсутствие функции ручной блокировки, возможность перегрева при долговременной работе, неполное автоматическое блокирование, преобразование значительной части кинетической энергии в тепловую.

Межосевой дифференциал с блокировкой типа Torsen

Конструкция рабочего привода данной системы состоит из следующих единиц:

корпус;
правая полуосевая шестерня;
левая полуосевая шестерня;
сателлиты правой и левой полуосевых шестерен;
выходные валы.

Стоит отметить, что дифференциал Torsen имеет наиболее совершенную конструкцию.

Принцип работы:

Межосевой блокируемый дифференциал Torsen состоит из ведомых и ведущих червячных колес, иначе называемых полуосевыми и саттелитами. В такой системе блокировка случается вследствие особенностей функционирования шестерен данного типа. В нормальном состоянии им задается определенное передаточное число. Если колеса имеют хорошее сцепление с поверхностью и движутся плавно, работа дифференциала происходит точно так же, как и у симметричного. Но как только происходит резкое увеличение момента, саттелит пытается начать движение в обратную сторону. Полуосевая червячная шестерня перегружается, и происходит блокировка выходных валов. При этом лишний крутящий момент двигателя переходит на другую ось. Максимальная степень перераспределения момента для дифференциалов Torsen – 75 на 25.

Наиболее известной разновидностью данной системы является Torsen Audi Quattro. Это один из самых популярных механизмов в конструкциях современных полноприводных автомобилей. Его неоспоримыми преимуществами являются широкий спектр переброса вращающего момента, мгновенная скорость срабатывания и отсутствие негативного влияния на тормозную систему. А вот к недостаткам можно отнести сложность конструкции со всеми сопутствующими последствиями.

Межосевой дифференциал с фрикционной муфтой

Блокировка на базе фрикционной муфты серьезно превосходит описанные выше конструкции, потому что имеется возможность и автоматической, и ручной блокировки дифференциала. Конструктивно она очень схожа с вискомуфтой и отличается лишь основными рабочими элементами.

корпус;
вал корпуса;
ведущий вал;
ведомый вал;
фрикционные диски;
уплотнения.

Принцип работы:

Принцип работы межосевого дифференциала такого рода достаточно прост. При однообразном плавном движении угловые скорости распределяются между осями поровну. Если одна из полуосей начинает вращаться с увеличенной скоростью, фрикционные диски сближаются и притормаживают ее за счет сил трения.

Однако из-за сложности конструкции и особенностей обслуживания фрикционные дифференциалы не используются производителями серийных автомобилей, несмотря на свои очевидные преимущества. Кроме того, ощутимый минус такой системы – быстрый износ рабочих элементов, а значит малый ресурс ее работы.

Система блокировки Haldex

Но стоит сказать, что на базе конструкции межосевого дифференциала с фрикционной муфтой еще в 1998 году шведским заводом Haldex была выпущена собственная альтернативная система. Она основывалась на работе электрогидравлической связки элементов. Та старая версия системы была скорей провальной, чем удачной, но породило несколько модификаций, последняя из которых стала довольно востребованной.

Haldex 4 поколения, вышедший в 2007 году стал настоящим прорывом. Основными рабочими плоскостями системы являются фрикционные диски. Через них крутящий момент от двигателя передается на полуоси. Одним из новшеств стал полный отказ производителя от использования в качестве рабочего привода гидравлического насоса. Ему на смену пришел мощный полностью электрический насос.

А вот самым интересным изменением стало превращение системы в полностью электронную. Так, включение муфты и блокировка полуосей больше не зависит от скорости вращение отдельного колеса. Управление работой системы ведется через электронный блок управления, который получает всю необходимую информацию от датчиков движения. Кроме того, одним из главных сигналов включения муфты в работу является нажатие педали газа. Ускорения почти всегда сопровождается определенной пробуксовкой, поэтому блокировка как нельзя кстати.

Haldex 4 многими называется самой современной системой для автомобилей с подключаемым полным приводом. Особенно часто Haldex устанавливают на современные внедорожники с межосевым дифференциалом азиатского производства. Ее главными преимуществами являются простота конструкции, надежность и работа на протяжении всего времени езды. А вот главный недостаток – невозможность переноса более 50% мощности на заднюю ось вращения.

Начнем с того, что означает сам этот автомобильный технический термин на доступном для обычного человека языке. Автомобильный дифференциал - это то, из чего состоит трансмиссия и то, что дает возможность колесам крутится асинхронно, то есть каждые колеса не зависят друг от друга и вращаются отдельно.

Научным языком, (от лат. differentia - разность, различие) дифференциал автомобиля - это устройство, которое разделяет входящую энергию (момент), поступаемую на входной вал между выходными валами. Простое и понятное объяснение расширяет горизонты. Интересуются работой механизмов машин еще и девушки .

Причина использования в конструкциях автомобилей

Во время поворота машины, ведущие приводные колеса вращаются с одинаковой частотой вращения и так, как одно колеса авто совершает поворот по длинной дуге, а другое по короткой, происходит пробуксовка, что плохо сказывается и сопровождается износом шин и доставляет дискомфорт водителю из-за уменьшения качества динамики автомобиля.

Назначение дифференциала

дает возможность приводным (ведущим) колесам вращаться с разными угловыми скоростями
служит отдельной доп.передачей в паре с главной передачей. Главная передача - это зубчатый механизм трансмиссии автомобиля, который передает крутящий момент ведущим колесам.
непрерывно передает крутящий момент, исходящий от двигателя к ведущим колесам.

У переднеприводных авто главная передача и differencial расположены непосредственно в коробке переключения передач.

Если на транспортном средстве установлены более одного двигателя, на каждое колесо один двигатель, то дифференциал не требуется. Но так обычно не делают. Устанавливают 4 двигателя, по одному на каждое колесо, только на самосвалы Белаз. Двигатели эти электрические.

В устройстве гоночных картингов также дифференциал не устанавливают, так как конструкция рамы гибкая, что позволяет слегка приподнимать ведущее заднее колесо с внутренней стороны поворота не приподнимая передние колеса.

на рисунке а) - колеса вращаются с одинаковой частотой, на рисунке б) - движение колес на повороте
1 - ось сателлитов, 2 – ведомая шестерня, 3 - полуосевые шестерни, 4 - сателлит,
5 - ведущая шестерня, 6 - полуоси.

На гоночных автомобилях ралли differencial обычно заваривают сваркой, жестко блокируют и намертво связывают колеса на ведущей оси. Это применяется потому, что такие машины при езде, все повороты проходят с заносом.

Как работает дифференциал

Принцип действия. Главная передача посредством шестерни передает крутящую энергию на корпус и сателлиты, которые сцеплены с шестернями полуосей.

Когда скорость вращения колес одинакова, сателлиты сидят неподвижно (см. рисунки ниже).

При изменении угловых скоростей колес, например, при повороте или пробуксовке из-за неровностей дорог и так далее, происходит вращение сателлитов. Сателлиты служат для компенсации разницы частот вращения колес.

Рассмотрим на примере - автомобиль буксует на льду. Здесь одно колесо буксует, потому что нет сцепления со льдом, а значит и нет крутящего момента. А так как свободное блокирующее устройство распределяет тягу поровну на колеса, то раз нет крутящей силы на одном колесе, значит оно исчезает и на втором.

Выход из такой ситуации - создать противодействующую силу на противоположном колесе. А это делает блокировка. Необходимо заблокировать буксующее противоположное колесо и тогда появится противодействующая сила для противоположного колеса.

Как работает дифференциал на полноприводном автомобиле

На джипах, седанах, хэтбчеках и универсалах 4х4, если установлен свободный симметричный дифференциал, происходит следующая ситуация. Во время движения без пробуксовок на каждое колесо распределяется по 25% энергии кр.момента поровну.

Но если одно колесо буксует, например на льду, крутящая энергия снижается до нуля, так как колесо не может сцепиться с гладкой поверхностью льда. В такой ситуации, если одно колесо осталось без вращения, то и на противоположном соседнем колесе исчезает энергия вращения, потому что в данном примере установлен симметричный межосевой.

Получается одна ось осталась без вращения, поэтому и пропадает крутящий момент и на второй оси, так как differencial межосевой симметричный. Результат - на всех 4 ведущих колесах нет вращения.

Далее, что мы делаем. Мы блокируем межосевой симметричный дифференциал, при этом получается между осями жесткая связь. Так как передние колеса стоят без вращения, энергия вращения распределяется пополам на задние колеса по 50%.

Чертеж-differential в разрезе. Главная передача и дифференциал заднеприводного автомобиля:
1 - картер; 2 - крышка; 3 - защитный чехол; 4 - стопорное кольцо; 5 - полуось; 6 - сальник подшипника; 7 - регулировочная гайка; 8 - стакан подшипника; 9 - полуосевая шестерня; 10 - крышка коробки дифференциала; 11 - ведомая шестерня главной передачи; 12 - стопорное кольцо пальца сателлитов; 13 - палец сателлитов; 14 - сателлит; 15 - коробка устройства

Симметричные конические дифференциалы наиболее широко применяются в трансмиссии автомобилей в качестве межколесных дифференциалов благодаря простоте конструкции, надежности работы, небольших габаритов и массы. Они применяются как на грузовых, так и на легковых автомобилях.
Дифференциалы, применяемые в автомобильных трансмиссиях, представляют собой трехзвенные планетарные механизмы с двумя степенями свободы (рис. 1 ).
Звеньями дифференциала являются: крестовина 3 , связанная с корпусом 1 дифференциала, полуосевые зубчатые колеса 2, 5 и сателлиты 4, 6 .

При заданной угловой скорости вращения корпуса дифференциала угловые скорости двух выходных валов 8 и 9 , связанных с полуосевыми зубчатыми колесами 2 и 5 , могут принимать разные значения в зависимости от условий движения машины. В первую очередь угловые скорости выходных валов зависят от сопротивления вращению со стороны каждого ведущего колеса, оказываемого соответствующему приводному валу.

Между угловыми скоростями трех звеньев механизма существует определенная зависимость, которую называют уравнением кинематики дифференциала:

ω 1 + ω 2 = 2ω 0 ,

где ω 1 – угловая скорость левого полуосевого колеса; ω 2 – угловая скорость правого полуосевого колеса; ω 0 – угловая скорость корпуса дифференциала.

Из приведенного уравнения следует, что при постоянной скорости корпуса дифференциала (ω 0 = const ) уменьшение частоты вращения любого из зубчатых колес на некоторую величину вызывает увеличение частоты вращения другого зубчатого колеса на эту же величину, т. е. сумма угловых скоростей колес остается постоянной при неизменной частоте вращения корпуса дифференциала.

При прямолинейном движении автомобиля по ровной поверхности (рис. 1,б ) корпус 1 дифференциала через крестовину 3 и сателлиты 4 и 6 увлекает левое 2 и правое 5 полуосевые зубчатые колеса, заставляя их вращаться с одинаковой угловой скоростью. Сателлиты при этом не вращаются вокруг своих осей.

При повороте, например, направо (рис. 1, в ) правое полуосевое зубчатое колесо 5 будет вращаться медленнее корпуса дифференциала, при этом левое зубчатое колесо 2 благодаря вращению сателлитов вокруг своих осей ускорится, и будет вращаться быстрее корпуса дифференциала 1 .

Если одно зубчатое колесо остановить, то другое будет вращаться в два раза быстрее корпуса дифференциала.
Такое явление наблюдается при буксовании одного из ведущих колес автомобиля – если одно колесо застрянет, например, в трясине, второе колесо, стоящее на скользкой поверхности, будет быстро вращаться при неподвижном первом.

Остановка корпуса дифференциала с помощью трансмиссионной стояночной тормозной системы или в результате заклинивания главной передачи при движении автомобиля может привести к тому, что ведущие колеса, находящиеся на поверхностях с различными сцепными условиями, станут вращаться в разные стороны, и автомобиль занесет. Поэтому использование трансмиссионной стояночной тормозной системы для экстренной остановки автомобиля не рекомендуется.

Основным динамическим свойством симметричного дифференциала является то, что при отсутствии потерь в зацеплении и опорах моменты на полуосях распределяются поровну:

М 1 = М 2 = 0,5 М 0 ,

где М 1 и М 2 – моменты на полуосевых зубчатых колесах; М 0 – момент на корпусе дифференциала.

Распределение крутящего момента поровну между колесами одного моста благоприятно при движении автомобиля по дороге с твердым покрытием, когда сцепление всех колес с дорогой одинаково.
Однако если одно из колес движется по скользкому грунту, то, как это описывалось выше, автомобиль может забуксовать. При этом на застрявшем колесе реализуется незначительный крутящий момент.
По этой причине симметричный дифференциал ухудшает проходимость автомобиля, что является одним из основных недостатков дифференциалов данного типа.

Более подробно устройство межколесного симметричного конического дифференциала показано на рисунке 2 .

Особенности устройства и работы симметричного конического дифференциала

Механизм симметричного конического дифференциала, который наиболее широко используется в качестве межколесного дифференциала, включает в себя корпус, состоящий из двух чашек 1 и 8 , стянутых болтами, к которым крепится ведомое цилиндрическое зубчатое колесо главной передачи. Между чашками зажата крестовина 9 , на шипах которой свободно установлены четыре сателлита 5 . В отверстия сателлитов запрессованы бронзовые втулки.

Полуосевые зубчатые колеса 3 и 6 расположены на внутренних шлицованных концах полуосей и находятся в постоянном зацеплении с сателлитами.
Для сборки дифференциала в корпусе выполняют окна. Для уменьшения трения и повышения срока службы дифференциала между торцами сателлитов и полуосевых зубчатых колес устанавливают бронзовые шайбы 2, 4, 7 .

Торцевые поверхности сателлитов, так же, как и внутренние поверхности корпуса, выполнены сферическими, что способствует их лучшему центрированию на шипах крестовины. Сателлиты и полуосевые зубчатые колеса имеют прямые зубья.

Устранение отрицательного свойства дифференциала, ухудшающего проходимость автомобиля, может достигаться принудительной блокировкой дифференциала, что приводит к образованию жесткой связи между правым и левым ведущими колесами. Принудительное блокирование дифференциалов используют для повышения проходимости полноприводных автомобилей. Блокирование дифференциала может осуществляться различными способами, например, путем соединения одной из полуосей с помощью зубчатой муфты 1 с зубчатым венцом 2 , выполненной на удлиненной части чашки дифференциала, при этом все элементы дифференциала вращаются как одно целое (рис. 3 ).

Принудительное блокирование дифференциала осуществляют с места водителя с помощью дистанционного привода, который может быть механическим, пневматическим, электропневматическим и т. п.
После прохождения сложного участка дороги блокировку необходимо выключить, чтобы избежать интенсивного изнашивания шин, потери устойчивости автомобиля и повышенного расхода топлива.

Неумелое использование принудительной блокировки дифференциала может повредить трансмиссию. Поэтому при включении блокировки полуосей следует применять следующие меры:

включать жесткие блокировки можно только при полностью остановленном автомобиле;
включать блокировку следует осторожно, так как усилия двигателя вполне достаточно чтобы сорвать сам механизм блокировки или поломать полуось;
не следует забывать, что включенная блокировка (особенно на ведущем переднем мосту) отрицательно сказывается на управляемости автомобиля;
не рекомендуется использовать жесткую блокировку дифференциала на твердом покрытии.
при включенной блокировке необходимо придерживаться скоростных ограничений, рекомендованных производителем.

Из-за описанного недостатка симметричных конических дифференциалов, ухудшающего проходимость автомобиля и требующего применения специальных блокирующих устройств, в конструкции автомобилей, особенно предназначенных для работы в сложных дорожных условиях, иногда применяют дифференциалы других типов, обладающих свойством самоблокирования – так называемые самоблокирующиеся дифференциалы .
К такому типу дифференциалов относятся, например, кулачковые дифференциалы повышенного трения.