Какую функцию выполняет межколесный дифференциал в трансмиссии переднеприводного автомобиля
Что такое дифференциал, для чего он нужен, и как устроен
Дифференциал как автомобильный механизм скоро отметит двухвековой юбилей, однако его конструкция за эти долгие годы хоть и совершенствовалась, но сохранила ключевые особенности. Что же такое дифференциал, и какую роль он выполняет в автомобиле?
1. ЧТО ТАКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛ?
Дифференциал в автомобиле – это механизм, который позволяет передавать мощность и, следовательно, вращение от коробки передач к колесам, разделяя поток этой мощности на два, для каждого из колес одной оси, с возможностью изменять соотношение передаваемой к ним мощности, и, следовательно, позволяя колесам вращаться с разной скоростью. Проще говоря, дифференциал разделяет 100% мощности, передаваемой коробкой передач, на два потока для каждого из колес на одной оси, и эти потоки могут перераспределяться в зависимости от условий движений от 50:50 до 100:0.
2. ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ДИФФЕРЕНЦИАЛ?
Основное предназначение дифференциала – обеспечить возможность вращения колес на одной оси с разной скоростью с сохранением неразрывного потока крутящего момента. Для автомобиля это важно прежде всего в поворотах: ведь при движении по дуге колеса на внешней стороне поворота проходят больший путь, чем колеса на внутренней, а значит, должны вращаться с большей скоростью для сохранения стабильности машины.
Если же колеса на оси будут соединены жестко, то внутреннее колесо в повороте будет пробуксовывать. Для заднеприводного автомобиля это повышает риск заноса, а для переднеприводного радикально ухудшает управляемость и контроль автомобиля в повороте. Таким образом, обеспечение свободного и независимого вращения колес на одной оси с сохранением постоянства передачи на них крутящего момента от двигателя было одной из принципиальных задач с момента создания автомобиля – и это задача была успешно решена.
3. КАК УСТРОЕН ДИФФЕРЕНЦИАЛ?
Дифференциал являет собой частный случай планетарной передачи. Физически он обычно представляет собой набор из четырех шестерней, вращение к которым передается пятой – ведомой шестерней главной передачи, объединенной с корпусом дифференциала, выполняющим роль водила. Главная передача – это набор из двух шестерней: ведущая получает вращение от КПП и передает его ведомой. Ведомая же шестерня главной передачи передает вращение через корпус на шестерни-сателлиты, а они, в свою очередь, находятся в зацеплении с солнечными шестернями, жестко закрепленными на приводных полуосях колес.
Когда автомобиль движется по прямой, шестерни-сателлиты неподвижны, и скорость вращения шестерни главной передачи равна скоростям вращения солнечных шестерней: колеса вращаются с одинаковой скоростью. В повороте же шестерни-сателлиты начинают вращаться, обеспечивая разницу скоростей солнечных шестерней и, следовательно, колес на внешней и внутренней стороне поворота.
4. КАКОВЫ НЕДОСТАТКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА?
Главным недостатком дифференциала одновременно является его главное преимущество – возможность передавать до 100% мощности на одно из колес. Исходя из этого, в условиях, когда одно колесо имеет недостаточное сцепление с поверхностью, основная часть мощности будет передаваться именно на него. Таким образом, порой даже имея одно колесо на поверхности с достаточным сцеплением, автомобиль не может тронуться с места.
Для устранения этой проблемы были разработаны разнообразные конструкции – дифференциалы с повышенным внутренним сопротивлением (так называемые самоблоки) и дифференциалы с принудительной блокировкой, ручной или автоматизированной. В зависимости от конструкции и назначения они могут как изменять перераспределение потока мощности в пользу колеса с хорошим сцеплением с поверхностью, так и полностью замыкать дифференциал, заставляя колеса на оси вращаться с одинаковой скоростью. Разные типы таких дифференциалов мы рассмотрим в отдельных материалах.
Дифференциал автомобиля: принцип работы
Дифференциал является главным элементом трансмиссии любого транспортного средства. Без него невозможно привести в движение ни легковой автомобиль, ни крупногабаритную спецтехнику. О том, что представляет собой этот механизм, каковы его особенности и выполняемые функции, пойдет речь в нашем сегодняшнем материале.
Что такое дифференциал, его функции
Итак, дифференциал автомобиля – это важнейший механизм трансмиссии, главная задача которого сводится к распределению поступающего на него крутящего момента между приводными валами, что обеспечивает возможность вращения колес с разной угловой скоростью.
Ключевую роль дифференциал играет во время вхождения машины в поворот, но выполнять возложенную на него миссию он способен лишь при условии хорошего сцепления колес с дорожным покрытием.
При езде по сухой и ровной дороге эта деталь гарантирует комфорт и безопасность вождения, однако при плохой погоде, когда качество полотна оставляет желать лучшего (в дождь, снег и гололед), он способен сыграть с водителем злую шутку и лишить авто возможности перемещаться. В таком случае необходима блокировка дифференциала.
Говоря иными словами, дифференциал распределяет крутящий момент от карданного вала между ведущими колесами таким образом, чтобы каждое из них вращалось без пробуксовки. Именно это является основной задачей детали, ставшей темой нашей беседы.
Когда машина движется прямолинейно, а колеса нагружены равномерно, их угловая скорость вращения одинакова, механизм функционирует по типу передаточного вала. Однако когда начнется поворот, или авто станет буксовать, нагрузка окажется неравномерной.
Возникнет необходимость того, чтобы полуоси вращались с разной скоростью, следовательно, крутящий момент между ними необходимо будет распределять в определенном, четко просчитанном соотношении. В таких ситуациях на передний план выходит вторая, не менее важная функция дифференциала – обеспечение автомобилю возможности выполнять маневр безопасно.
Устройство и расположение дифференциала
Узел устроен по принципу планетарного редуктора. В зависимости от вида и места расположения дифференциалы могут несколько розниться, но принципиальная их схема всегда одинакова: шестерни полуосей и сателлитов находятся в чашке, которая фактически и является корпусом детали.
Она жестко соединена с одной из шестерней (ведомой), принимающей на себя крутящий момент, который поступает с ведущей шестеренки главной передачи. С корпуса вращение поступает на полуоси, для этого привлекаются сателлиты. Сами же полуоси обеспечивают возможность вращения ведущих колес. Крутящий момент при этом не претерпевает никаких изменений.
Что касается места размещения узла в трансмиссии, то оно зависит от привода транспортного средства, в частности:
Дифференциалы, задействованные для обеспечения привода передней пары колес, называют межколесными. Когда говорят «межосевой дифференциал», имеют в виду узел, расположенный во внедорожниках с полным приводом между ведущими мостами. В зависимости от вида используемой в редукторе зубчатой передачи дифференциалы бывают коническими, червячными и цилиндрическими.
Первые в подавляющем большинстве случаев выполняют функции межколесных. Цилиндрические обычно используются в полноприводных автомобилях, их устанавливают там между осями, а червячные можно считать универсальными, они бывают и межколесными, и межосевыми.
Работа дифференциала
Не смотря на то, что принцип, лежащей в основе любого из рассматриваемых нами узлов – как заднего дифференциала, так и дифференциала моста, остается неизменным, их работа напрямую зависит от условий эксплуатации.
Рассмотрим особенности выполнения деталью возложенных на нее функций на примере симметричного конического межколесного дифференциала.
При прямолинейном движении
В процессе движения прямо по дорожному полотну хорошего качества нагрузка между колесами распределяется равномерно, а их угловая скорость одинакова. Сателлиты, установленные в корпусе, вокруг собственных осей не вращаются, крутящий момент ими передается на полуоси от ведомой шестерни посредством зубчатого зацепления, которое является неподвижным.
При повороте
Когда автомобиль входит в поворот, распределение нагрузки и сил сопротивления происходит следующим образом:
Выходит, что угловые скорости наружных и внутренних колес разные, а вследствие замедления вращения полуосей внутренних колес начинают двигаться сателлиты, которые приводят к повышению скорости вращения наружных колес. Как уже говорилось выше, крутящий момент при этом остается без изменений.
В случае пробуксовки
Нагрузка на колеса машины, которая едет по скользкой дороге или по бездорожью, неодинакова. Одно в таких условиях может пробуксовывать, утрачивая сцепление с покрытием, а на второе при этом приходится более внушительная нагрузка, поэтому оно начинает вращаться медленнее.
Происходит то же самое, что и при вхождении в поворот, но теперь такое поведение авто несет в себе больше вреда, чем пользы. На колесо, которое забуксовало, может прийтись весь крутящий момент, который принял на себя дифференциал, а второе колесо (именно оно сейчас испытывает максимальную нагрузку) останавливается.
Как результат – транспортное средство прекратит движение. Чтобы избежать описанной ситуации, внедряются разные конструктивные решения, такие как блокировка дифференциала (ручная либо автоматическая), а также использование системы курсовой устойчивости.
Для чего нужна блокировка дифференциала
Для выравнивания, уравновешивания крутящего момента полуосей необходимо нивелировать действие сателлитов либо добиться передачи его на ту полуось, которая является нагруженной – только так можно избежать остановки автомобиля. Особенно остро такая задача стоит перед полноприводными авто с колесной формулой 4Х4.
Во-первых, они разработаны для езды в сложных дорожных условиях и по бездорожью, а во-вторых, стоит такой машине (которая, к слову, оборудована 3 дифференциалами) потерять сцепление с дорогой хотя бы в одной точке, крутящий момент на остальных трех колесах стазу же станет нулевым, и автомобиль тут же остановится.
Как уже говорилось выше, во избежание описанной ситуации используют блокировку (полную либо частичную, ручную или автоматическую).
Отличным решением стали также самоблокирующиеся дифференциалы, которые автоматически распределяют крутящий момент с учетом угловых скоростей и значения этого самого крутящего момента на каждом из колес.
Самым сложным с технической точки зрения, однако и самым эффективным вариантом решения описанной выше проблемы является блокировка, внедренная в новейшее на сегодняшний день изобретение – систему курсовой устойчивости.
Специальный датчик контролирует необходимые параметры в процессе движения транспортного средства и корректирует его работу автоматически на основе полученных данных. Какое-либо участие водителя в этом процессе не требуется.
Заключение
Подводя итог, необходимо отметить, что главная задача дифференциала – обеспечение безопасности езды и создание условий для комфортного совершения маневров. Единственный недостаток – остановка машины в результате неравномерного распределения крутящего момента при движении в экстремальных условиях. Однако для решения данной проблемы были изобретены современные системы и конструктивные решения.
Так, если авто оснащено приводом ручной блокировки, привлекать его нужно лишь в соответствующей дорожной ситуации, а вот обычные, так называемые шоссейные машины эксплуатировать без дифференциала крайне опасно.
Как работает дифференциал
Дифференциал автомобиля
Дифференциал – один из важнейших элементов трансмиссии автомобиля. Его основное предназначение заключается в распределении, изменении и передачи крутящего момента, а при необходимости, для обеспечения вращения двух потребителей с различными угловыми скоростями.
Межколесный дифференциал – это дифференциал, предназначенный для привода ведущих колес, если же он установлен между ведущими мостами в полноприводном автомобиле – межосевой интервал.
Как правило, дифференциал автомобиля располагается в следующим местах:
В основе дифференциала лежит планетарный редуктор. Используемый в редукторе вид зубчатой передачи условно делит дифференциал на три следующих вида:
Червячный – самый универсальный дифференциал и может быть установлен как между осями, так и между колесами. Цилиндрический тип, как правило, располагается в полноприводных автомобилях между осями. Конический тип применяется в основном как межколесный.
Различают также несимметричный и симметричный дифференциалы автомобиля. Несимметричный тип устанавливается между двумя приводными осями и позволяет передавать крутящий момент в различных пропорциях. Симметричный тип, как правило, устанавливается на главных передачах и позволяет передает на два колеса равный по значению крутящий момент.
Устройство автомобильного дифференциала
Основными элементами дифференциала являются:
Схема дифференциала переднеприводного автомобиля: 1 — ведомая шестерня главной передачи; 2 — фрагмент ведущей шестерни главной передачи; 3 — ось сателлитов; 4 — сателлит; 5 — корпус дифференциала; 6 — правый фланцевый вал; 7 — сальник; 8 — конический роликовый подшипник; 9 — полуосевая шестерня; 10 — левый фланцевый вал; 11 — фрагмент картера коробки передач.
Шестерни сателлитов по своему принципу работы напоминают планетарный редуктор и служат для соединения между собой корпуса и полуосевой шестерни. Последние в свою очередь соединяются с помощью шлицов с ведущими колесами. В различных конструкциях используются четыре или два сателлита, в легковых автомобилей чаще используется второй вариант.
Чашка дифференциала или корпус – ее основное предназначение заключается в том, чтобы передавать через сателлиты крутящий момент от главной передачи к полуосевым шестерням. Внутри него располагаются оси для вращения сателлит.
Солнечные или полуосевые шестерни – предназначены для передачи крутящего момента с помощью полуосей на ведущие колеса. Левая и правая шестерни могут иметь как одинаковое, так и различное между собой число зубцов. В свою очередь шестерни с различным число зубов используются для образование несимметричного дифференциала, а с одинаковым количеством – для симметричного.
Принцип работы автомобильного дифференциала
Работает дифференциал следующим образом: вращая одно из ведущих колес автомобиля, второе начнет вращаться в противоположном направлении, но при этом должно выполняться условие неподвижности карданного вала. В данном случае стеллиты вращаются в свих осях, играя роль шестерни.
Если завести двигатель и включить сцепление и любую из передач, начнет свое вращение карданный вал, передающий свой крутящий момент через цилиндрические и конические шестерни коробке дифференциала.
Таким образом, во время движения автомобиля по кривой траектории одно колесо замедляет свой ход, второе наоборот увеличивает его. В результате устраняется пробуксовка и скольжение колес и каждое из них вращается с той скоростью, которая необходима для безопасного движения.
Устройство дифференциала автомобиля
Рассмотрим устройство дифференциала автомобиля. Все дифференциалы имеют один и тот же принцип – принцип планетарного редуктора. То есть имеют полуосевые шестерни и бегущие по ним, шестерни – сателлиты.
Корпус (чашка дифференциала) принимает крутящий момент от шестерни главной передачи, чарез оси сателлитов и сами шестерни-сателлиты и передает на полуосевые шестерни.
Сателлитов может быть два или четыре в коническом дифференциале, это зависит от мощности автомобиля.
В конических и червячных дифференциалах из ровно в два раза больше, это связано с конструктивной особенности такого типа дифференциалов. Пары сателитов распределяется каждый на свою полуосевую шестерню.
Принцип работы трансмиссии
На видео, выше, можно наглядно отследить, как трансмиссия автомобиля передает вращение коленвала двигателя на колёса ведущей оси. Пошагово этот процесс можно представить так.
Работа дифференциала
Работа межколесного дифференциала характеризуюется тремя режимами:
При движении прямо, силы распределяются поровну на каждое колесо, крутящий момент через корпус передается на сателлиты. Сателлиты не вращаются на своих осях, соответственно полуоси вращаются с равными угловыми скоростями.
В повороте же начинает работать дифференциал, то есть выполнять работу, для которой он и был создан. Внутренне колесо начинает бежать по меньшему радиусу, а внешнее по большому, угловые скорости на полуосевых шестернях начинают меняться. Сателлиты начинают вращаться вокруг своих осей, которые увеличивают скорость внешней шестерни полуоси, бегущего по внешнему радиусу колеса и уменьшать угловую скорость внутренней шестерни, полуось и колесо, бегущего по внутреннему радиусу.
Суммы частот вращения полуосевых шестерен всегда соответствуют частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Поэтому при повороте тяга на колеса всегда одинаковая и никогда не происходит пробуксовки внутреннего колеса, при условии равного сцепления колес с дорогой.
Если же автомобиль попадает в условия скользкой дороги, то колесо у которого меньшее сцепление начинает пробуксовавать, вращаться быстрее, а то колесо у которого сцепление с дорогой больше, просто перестает вращаться и по сути дела автомобиль просто будет стоять на месте с одним вращающемся колесом. Это тот минус дифференциала, который обусловлен его конструкцией.
Бороться с таким явление можно, и конструкторы придумали блокировку дифференциала. Но об этом в другой статье.
Спасибо за внимание! Переходите в другую статью, там наверняка вы найдете много для себя полезного. И поделитесь с друзьями в соц.сетях.
Честный полный привод является залогом высокой проходимости автомобиля или другой техники. Но вот реализуется он практически всегда с применением межосевых и межколесных дифференциалов, а на кроссоверах так вообще используются вискомуфты, которые не подходят для полного бездорожья. Принцип работы дифференциала упрощенно выглядит так: крутящий момент передается туда, где легче провернуть ось или колесо. Сделано это преимущественно для улучшения управляемости, особенно в поворотах, когда колеса вынуждены вращаться с разными угловыми скоростями. Но вот на бездорожье наличие дифференциала способствует ухудшению проходимости из-за того, что крутящий момент передается колесу, имеющему наихудшее сцепление с поверхностью. И если межосевой дифференциал часто имеет возможность блокировки, как на той же Ниве, то межколесный редко отличается такой полезной функцией, за исключением, разве что, некоторых дорогих внедорожников.
«Электродуговая» блокировка дифференциала
Почти на любой внедорожник в продаже можно найти самоблокирующиеся и принудительно блокирующиеся дифференциалы. Их конструкция может быть различной, соответственно выбор довольно разнообразным, особенно на массовые внедорожники, такие как Нива, УАЗ, Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero и прочие. Но самым бюджетным и простым способом заблокировать любой дифференциал является его заварка. Просто с помощью сварочного аппарата привариваем сателлиты к осевым шестерням и получаем постоянно заблокированный дифференциал.
Главная передача автомобиля — её назначение, типы передач, устройство и работа
Современные автомобили могут иметь несколько типов двигателей: бензиновый или дизельный. А они в свою очередь отличаются по величине крутящего момента, мощности, объему и частоте вращения коленчатого вала. Помимо двигателей в автомобиле может отличаться и коробка передач, которая в свою очередь может быть четырех типов:
А для того чтобы адаптировать коробку передач к определенному типу двигателя и к автомобилю, важную роль играет главная передача. Она имеет определенное передаточное число.
Главная передача автомобиля представляет собой механизм зубчатого или цепного типа трансмиссии легкового автомобиля, а также всех самоходных машин. Этот механизм предназначен для передачи крутящего момента непосредственно к ведущим колесам.
Главная передача с дифференциалом: 1 — полуоси; 2 — ведомая шестерня; 3 — ведущая шестерня; 4 — шестерни полуосей; 5 — шестерни-сателлиты.
Где находится главная передача?
Главной задачей зубчатого редуктора является увеличение крутящего момента двигателя и уменьшение частоты вращения ведущих колес. Если автомобиль переднеприводный, то данный механизм расположен в коробке передач непосредственно возле дифференциала.
Если автомобиль имеет задние ведущие колеса, то местом расположения передачи служит картер ведущего моста. В этом же также находится и дифференциал. В случае полноприводного автомобиля главная передача расположена в зависимости от типа привода. В любом случае она будет расположена либо в коробке передач, либо в картере ведущего моста.
Классификация
Главная передача может отличаться в зависимости от числа ступеней редуктора. Так различают: 1. Одинарная передача, состоящая из ведомой и ведущей шестерен. 2. Двойная передача имеет две пары шестерен. Такой тип встречается чаще всего в грузовых автомобилях, ведь им требуется увеличенное передаточное число.
В свою очередь, двойная главная передача автомобиля может быть центральной и раздельной. Первый тип расположен в картере моста ведущей пары колес, а передача второго типа разделена. Одна часть ступени редуктора находится в ступице ведущей пары колес, а вторая — в едущем мосту.
Главная передача может отличаться также по виду зубчатого соединения: 1 — цилиндрическая; 2 — гипоидная; 3 — червячная; 4 — каноническая.
Передача цилиндрического типа
Она встречается в автомобилях с передним приводом, у которых в поперечном положении находится двигатель и коробка передач. В этом случае используются шестерни, имеющие шевронные и косые зубья. Передаточное число такой передачи имеет пределы от 3,5 до 4,2.. Если это значение будет увеличиваться, то произойдет соответствующее увеличение уровня и частоты шума, а также габаритов.
Современные автомобили, имеющие коробку передач механического типа, могут содержать не один вторичный вал, а два или три. В этом случае каждый такой вал будет иметь свою ведущую шестерню. В свою очередь все шестерни будут зацеплены с одной ведомой. Такую же схему главной передачи имеет коробка передач DSG роботизированного типа.
На автомобилях с передним приводом возможна замена главной передачи. Такое изменение является тюнингом трансмиссии, позволяющим увеличивать динамику разгона авто и при этом снизить нагрузку, которая передается на коробку передач и сцепление.
Передача заднеприводных авто
Все остальные типы главной передачи встречаются в автомобилях, имеющих задний привод. Ведь в данной ситуации двигатель с коробкой передач находятся параллельно движению и поэтому крутящий момент передается на ведущую ось перпендикулярно.
Если говорить о главной передаче заднеприводных автомобилей, то самой популярной считается передача гипоидная. Она имеет самую низкую нагрузку на зуб, а также обеспечивает меньший уровень шума. При работе гипоидной передачи снижается КПД, так как имеющееся смещение в зацеплении зубчатых колес увеличивает трение скольжения.
У легкового автомобиля с гипоидной передачей передаточное число составляет 3,5-4,5, а у грузовых авто — от 5 до 7. Такая передача отличается от цилиндрической тем, что ось вала не пересекается с шестерней, поскольку с такой конструкцией имеется возможность опускать карданную передачу и снижать расположение кузова, что приведет к большей устойчивости самого автомобиля.
Если не важны габариты и уровень шума, то в этом случае применяется главная передача канонического типа. Червячная передача практически не встречается, поскольку ее изготовление требует больших финансовых и трудовых затрат.
Видео:
Для работы любых трущихся деталей и зубьев шестерен необходима смазка. Поэтому в зависимости от месторасположения главной передачи, в картер блока или заднего моста заливается масло. И его уровень важно контролировать, чтобы обеспечивать правильную работу соответствующих деталей автомобиля.
Плюсы и минусы заваренного редуктора на бездорожье
В статье про трицикл из мотоцикла Урал я говорил, что дифференциал в жигулевском мосту заварен. Но позже туда был установлен обычный дифференциал. Разница почувствовалась сразу.
Перевернутый жигулевский мост на трицикле
Итак, перечислим основные достоинства заваренного дифференциала на бездорожье:
На этом достоинства «электродуговой» блокировки моста заканчиваются, а недостатков у нее не меньше.
Вывод
Заметного ухудшения проходимости после установки на трицикл обычного дифференциала не наблюдалось. Даже на скользкой поверхности «гребут» обычно два колеса. Только если сцепление с поверхностью у колес заметно различается, тогда блокировки действительно не хватает. Зато управляемость заметно улучшилась, что позволило виртуозно маневрировать в сложных ситуациях. А это, как я считаю, гораздо важнее. Конечно, блокировка бы не помешала, но только автоматическая или подключаемая вручную. Но не постоянная.
Еще нужно учесть, что перечисленные плюсы и минусы заваренного моста ярко проявляются при использовании его на трицикле. Т.е. если, скажем поставить заваренный мост на автомобиль, у которого база гораздо больше, то управляемость ухудшится не так сильно. А если он еще и полноприводный, то этот эффект будет еще менее заметен. Но лучше все таки потратиться на самоблоки или принудительные блокировки, если речь идет об автомобиле, который будет использоваться не только для бездорожья, но и для повседневных поездок по городу.