Принцип работы автомобильного дифференциала

Крутящий момент, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, передается колесам с помощью различных механизмов – валов, шлицевых и шестеренчатых передач, дифференциалов. Последние вызывают наибольший интерес у любителей экстремальной езды по бездорожью, поскольку принимают участие в распределении мощности. Многие автолюбители слабо представляют работу данного узла, поэтому стоит рассмотреть вопрос, что такое дифференциал в автомобиле, объяснить его устройство и принцип действия.

Назначение механизма

Чтобы понять роль дифференциала, применяющегося в транспортных средствах всех типов, нужно рассмотреть конструкцию обычного планетарного редуктора, передающего усилие от карданного вала двум полуосям. Алгоритм работы агрегата прост:

1. Кардан вращает хвостовик с косозубой шестеренкой на конце.
2. От хвостовика крутится большая планетарная шестерня, соединенная с двумя полуосями.
3. Крутящий момент передается от планетарной шестерни полуосям и закрепленным на концах колесам.

Без дифференциала редуктор поровну распределяет крутящий момент на 2 оси, в результате колеса вертятся с одинаковой скоростью. Такое разделение вполне годится для прямолинейного движения, которое в реальности встречается довольно редко – даже при езде по ровным участкам трассы автомобиль отклоняется от прямой линии.

Чтобы машина идеально прошла поворот, колеса одного моста должны вращаться с разными скоростями, поскольку внешнее катится по более широкой дуге. Простой редуктор, обеспечивающий одинаковое вращение обеих полуосей, на повороте заставит одну шину скользить, вторую – буксовать, что заметно ухудшает маневренность авто.

Справка. Проблема весьма актуальна для внедорожников с постоянным полным приводом. В данном случае крутящий момент делится не только между колесами, но и между осями, вращающими редукторы переднего и заднего моста.

Совмещенный с планетарным редуктором дифференциал нужен для изменения угловых скоростей правого и левого колеса в зависимости от крутизны поворота. Механизм автоматически распределяет крутящий момент на полуоси, позволяя колесным покрышкам совершать разное число оборотов при движении автомобиля по дуге. Без дифференциала нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна по таким причинам:

• недостаточная управляемость;
• быстрое истирание шин;
• ускоренный износ деталей редуктора, валов и полуосей.

Как работает свободный дифференциал?

Механизмами данного типа оснащается подавляющее большинство машин с приводом на переднюю либо заднюю ось. В первом случае узел размещается внутри коробки передач, во втором является частью планетарного редуктора заднего моста.

Конструкция планетарной передачи подразумевает использование шестеренок конической формы. Существуют и другие разновидности автомобильных редукторов – цилиндрические, конусно-цилиндрические и червячные.

Устройство дифференциала свободного типа предусматривает совмещение с главной передачей. Механизм заднего моста включает следующие детали:

• хвостовик с конической ведущей шестерней, соединенный с карданным валом;
• ведомая планетарная шестеренка;
• корпус ведомой шестерни оборудован двумя проушинами, куда вставляются оси сателлитов;
• сателлитные шестеренки конической формы;
• ведомые шестерни полуосей;
• подшипники;
• корпус редуктора.

В легковых авто устанавливается 2 сателлита, на грузовиках – четыре.

Изучить принцип работы свободного дифференциала предлагается на примере:

1. Пока машина едет прямо, колеса крутятся с одинаковой скоростью. Хвостовик вращает «планетарку» вместе с закрепленными на ней сателлитами, причем последние остаются неподвижными и передают равный крутящий момент обеим осям за счет давления на зубья.
2. Автомобиль входит в поворот. Крутящиеся вместе с большой шестерней сателлиты начинают вращаться вокруг собственной оси, причем в разные стороны.
3. Мощность на валу делится не пополам, а в зависимости от крутизны дуги. Благодаря комбинированному вращению сателлитов полуоси и колеса совершают разное число оборотов, машина успешно преодолевает поворот без проскальзывания и пробуксовки резины.

Дифференциал получил название свободного, поскольку передает больший крутящий момент на колесо, которое вращается легче. Понятно, что на повороте шина внутри дуги сопротивляется вращению, поэтому дифференциал отдает больше мощности другой оси – противоположное колесо крутится быстрее.

Примечание. Полноприводные авто и внедорожники оснащаются тремя дифференциальными разделителями мощности – межосевым (ставится в раздаточной коробке) и двумя межколесными.

Свободный механизм решает главную проблему, но создает побочную. Когда одна покрышка начинает контактировать со скользким покрытием – льдом, укатанным снегом, грязью, начинается пробуксовка. Причина – дифференциальный механизм, отдающий максимум мощности в сторону наименьшего сопротивления. Для предотвращения подобных ситуаций на многих автомобилях задействована временная блокировка дифференциала.

Разновидности механизмов

Чтобы избавиться от пробуксовок на скользком дорожном покрытии либо в условиях бездорожья, производители комплектуют транспортные средства дифференциальными устройствами следующих конструкций:

• механизм свободного типа с принудительной блокировкой от привода;
• частично блокирующийся дифференциал повышенного сопротивления;
• самоблокирующаяся червячная передача типа Torsen.

В первом варианте применяется рассмотренный выше шестеренчатый узел, дополнительно оснащенный блокировочным устройством. Система функционирует просто: в случае необходимости водитель активирует привод, фиксирующий сателлиты в неподвижном состоянии. Крутящий момент начинает делиться ровно пополам, оси вращаются с одинаковой скоростью и транспортное средство успешно преодолевает проблемное место.

Принудительная блокировка межосевого дифференциала включается с помощью различных приводов:

• механический – от рычага раздаточной коробки;
• электрический;
• пневматический;
• гидравлический.

Аналогичные приводные элементы применяются для остановки и удержания сателлитов переднего либо заднего моста.

Автомобили дорогой комплектации производители оснащают антипробуксовочной системой. Она «обманывает» дифференциальное устройство другим способом: по сигналу датчика, фиксирующего быстрое вращение одного колеса, электроника отдает команду его притормозить. Тогда сателлитные шестеренки начинают передавать больше мощности на другую ось и авто прекращает «грестись» на месте.

Устройство повышенного сопротивления

Помимо сателлитов, ведущих и ведомых шестерен, дифференциал повышенного трения включает такие элементы:

• корпус, жестко прикрепленный к планетарной шестеренке;
• пакет фрикционных дисков, установленных на каждой полуоси;
• стальные диски, чьи выступы зафиксированы в корпусе;
• распорная пружина, вставленная между коническими шестернями полуосей.

Стальные и фрикционные диски (похожие применяются в сцеплении) установлены поочередно, первые вращаются вместе с корпусом, вторые – с осями. Конусообразная шестеренка надета на шлицы оси и способна смещаться на определенное расстояние. Пружина поддавливает 2 противоположных осевых шестерни.

Частичная блокировка дифференциала происходит следующим образом:

1. На прямолинейном сухом участке дороги сателлиты неподвижны, а диски вращаются друг относительно друга.
2. При попадании одной шины на скользкий участок начинается пробуксовка. Благодаря конусной форме зубьев шестеренки со стороны остановившегося колеса начнут взаимно отталкиваться.
3. Шестерня полуоси сдвинется и сожмет пакет дисков. Возникнет сила трения, заставляющая ось вращаться вместе с корпусом напрямую от «планетарки» в обход сателлитов.

Подобное устройство самостоятельно регулирует степень блокировки – чем медленнее крутится покрышка с хорошим сцеплением, тем сильнее сжимаются диски и подается больше крутящего момента.

Самоблокирующиеся передачи Torsen

Принцип работы данных механизмов базируется на одной особенности червячной пары: шестеренка способна передавать вращение сателлиту, но обратное действие невозможно. Все шестерни, включая сателлитные, сделаны в виде цилиндров с косыми дугообразными зубьями. Всего в механизме применяется 3 пары червячных сателлитов, установленных вокруг шестеренок полуосей.

Самоблокирующийся дифференциал работает так:

1. Во время прямолинейного движения червячные сателлиты ведут себя аналогично конусным – не крутятся сами, но вращают оси от главной передачи.
2. На повороте число оборотов одной полуоси вырастет и она придаст вращение парам сателлитов – мощность начнет распределяться по-разному.
3. Поскольку каждая пара сателлитов связана между собой прямозубой передачей, пробуксовка одного колеса исключается. Ось способна крутить свой сателлит, тот вращает соседний, который уже не может поворачивать вторую полуось. Механизм блокируется автоматически.

Устройство Torsen – самое надежное и передовое, но слишком дорогое, поэтому ставится на машины максимальной комплектации. В остальных применяются более доступные механизмы повышенного трения.

В среде любителей экстремальной езды по бездорожью известен простейший способ избежать пробуксовок – блокировка заднего дифференциала с помощью сварки. Сателлиты намертво привариваются к осям и всегда находятся в неподвижном состоянии. Правда, подобные автомобили предназначены только для езды по грунту и снегу – эксплуатировать их на твердом покрытии чересчур неудобно и дорого.

Автомобильный дифференциал: устройство, неисправности и методика выбора

Дифференциал по праву называют одним из важнейших элементов автомобильной трансмиссии. Именно он может обеспечить вращение колес с различными угловыми скоростями. Энергия для вращения, как несложно догадаться, берется от двигателя. Ранее в разделе «Полезные советы» Avto.pro уже публиковал материал, посвященный редуктору заднего моста . Так вот, в этом материале дифференциал упоминался лишь вскользь, однако было сказано, что данное устройство является весьма сложным и требует комплексного разбора в рамках отдельной статьи. Что ж, вы читаете именно эту статью. Предлагаем ознакомиться с устройством дифференциала, принципом его работы, а также основными неисправностями.

Назначение дифференциала

Автомобильный дифференциал признав распределять крутящий момент, полученный от карданного вала, между колеса передний или же задней оси. Последнее зависит от типа привода. При этом обеспечивается вращение колес без пробуксовки – это очень важный момент, хотя его мы еще затронем. Может показаться, что с этой задачей отлично справится и обычный редуктор. На деле же оказывается, что редуктор оказывается абсолютно неэффективным в тех случаях, когда на каждое из ведущих колес оказывают неодинаковую нагрузку. Например, одно колеса наезжает на препятствие, тем временем как второе движется по ровной поверхности. Из этого следует вывод, что трансмиссия нуждается в специальном узле, который перераспределяет крутящий момент исходя из условий на дороге. Им и является дифференциал.

Как и в случае редукторов, дифференциалы могут располагаться в разных местах. В зависимости от привода транспортного средства выделяют следующие схемы расположения дифференциала:

• Передний привод – дифференциал монтируется в картере КП;
• Задний привод – механизм является частью ведущего моста (часто этот элемент называют просто редуктором);
• Полный привод – выделяют два варианта: расположение в корпусе одного из мостов или в раздатке.

При отсутствии дифференциала или полном выходе его из строя автомобиль резко теряет в маневренности. Автотранспорт начала прошлого века особенно страдал от этого – первые модели грузовиков и серийных легковые автомобили с трудом преодолевали препятствия или входили в неконтролируемый занос. Первые дифференциалы начали устанавливать на автомобили концерна Volkswagen . Они выгодно отличались от американских, английских, французских и итальянских автомобилей тем, что в их трансмиссии крутящий момент распределялся между колесами относительно равномерно.

Подробнее об устройстве

Запчасти на mazda 2

Запчасти на volkswagen sharan

Конструктивной основой дифференциала является планетарный редуктор . Напоминаем, что редуктор по своей сути является парой сцепленных шестерен – малого и большого диаметра с разным количеством зубьев. Когда быстро вращающаяся малая шестерня сцеплена с большей, последняя вращается с ощутимо меньшей скоростью. Например, если в первой шестерне 50 зубьев, а во второй целых 100, то вторая шестерня вращается вдвое медленнее первой. При вращении большая шестерня совершает один оборот тогда, когда первая совершает два оборота.

Планетарный редуктор, иначе называемый дифференциальным редуктором, выполняют лишь одну задачу – преобразования и передачи крутящего момента. В отличие об более привычной схемы «шестерня-шестерня», в планетарных редукторах передача основана на взаимодействии трех основных и еще нескольких вспомогательных элементов. Уникальность планетарных редукторов в том, что они позволяют выбирать между несколькими передаточными отношениями и имеют две степени свободы. Такая «вариативность» планетарных передач позволила использовать их в автомобильных редукторах.

Итак, мы разобрались с тем, что же представляет собой планетарный редуктор . Дифференциал использует достоинства такого механизма в полной мере. К основным элементам автомобильного дифференциала принято относить:

1. Полуосевую (солнечная) шестерню;
2. Чашку;
3. Ведомую шестерню и ведущаю шестерню главной передачи;
4. Сателлиты.

Чашку автомобильного дифференциала правильнее называть корпусом. Крутящий момент от силового агрегата через промежуточные узлы (в т.ч. через главную передачу) принимается корпусом. Далее момент передается полуосевым шестерням через сателлиты. Именно сателлиты играют роль планетарных шестерней – они передают момент и обеспечивают нормальное соединение корпуса с полуосевыми шестернями. Обычно сателлитов два (легковой транспорт) или четыре (грузовой, внедорожный и т.п.). Как вы уже догадались, полуосевые шестерни отвечают за передачу крутящего момента ведущим колесам через полуоси.

Многие автолюбители задаются вопросом: чем же отличается редуктор от дифференциала. Если ответить просто, редуктор является всего лишь зубчатой парой, которая изменяет (уменьшает) крутящий момент . Дифференциал является целым набором шестерней, которые, грубо говоря, делят крутящий момент в определенном соотношении двум потребителям. При этом понятие «редуктор заднего моста» охватывает как редуктор, так и дифференциал – оба этих механизма могут находятся в одном корпусе, однако они выполняют свои специфические задачи.

Режимы работы дифференциала

Нельзя не рассказать и режимах работы дифференциала. Сразу отметим, что дифференциалы делят на симметричные и несимметричные. Симметричный механизм способен передавать осям момент в равных соотношениях. Их работа не зависит от того, каковы угловые скорости ведущих колес. Несимметричный механизм может «делить» крутящий момент, вследствие чего он может устанавливаться между ведущими осями транспортного средства. Симметричный межколесный дифференциал работает в одном из трех режимов:

1. Прямолинейное движение;
2. Вхождение автомобиля в поворот;
3. Езда по нетипичным поверхностям, как-то скользким.

В первом режиме оба автомобильных колеса преодолевают одинаковое сопротивление дороги. От главной передачи крутящий момент передается на корпус (чашку) дифференциала. Сателлиты смещаются, не сцепляясь с полуосевыми шестернями, и передают момент ведущим колесам. Разницы в воспринимаемом колесами крутящем моменте нет. Во втором режиме наблюдается следующее: наружное колесо, т.е. отдаленное от центра поворота, встречает намного меньшее сопротивление, нежели внутреннее. Внутренняя полуосевая шестерня дифференциала при этом замедляется, что приводит ко вращению сателлитов против свое оси. Как результат, скорость вращения наружной полуосевой шестерни станет большей. Заметьте, что сумма частот вращения полуосевых шестерен всегда вдвое больше частоты, с которой вращается ведомая шестерня главной передачи.

Третий режим работы дифференциала особенно интересен. При движении по скользкой поверхности одно колеса автомобиля обычное встречает большое сопротивление, а второе и вовсе начинает пробуксовывать. При этом дифференциал будет наращивать частоту вращения буксующего колеса , а второго – понижать. Это приводит к патовой ситуации: одно колесо не имеет сцепления с дорогой и его крутящий момент наращивается дифференциалом, а второе колесо, имеющее сцепление с поверхностью, вообще не получает крутящего момента. Из-за этого автомобиль, попавший, к примеру, в топь не сдвинется – действительно быстро начнет вращаться только вывешенное колесо. Проблему позволяет решить блокировка дифференциала.

Подробнее о блокировке дифференциала

Выше была описана ситуация, в которой движение автомобиля становится невозможным – одно колесо вращается как бы вхолостую, а второе воспринимает слишком малый крутящий момент. Это серьезная проблема любых межосевых дифференциалов . Не подумайте, чтодело только в симметричных дифференциалах. Полезные во всех остальных случаях, такие механизмы оказываются вредными при попытке вывезти автомобиль из глубокого снега, грязи или при езде по льду. Решает проблему их блокировка, которая становится возможной если:

1. Чашка дифференциала соединена с одной из двух полуосей;
2. Вращение сателлитов ограничено.

Блокировка может быть полной или же частичной. При полной блокировке элементы дифференциала жестко соединяются, что обеспечивает полную передачу крутящего момента колесу с наилучшим сцеплением . При частичной блокировке на такое колесо передается лишь часть момента, тем временем как пробуксовывающее колесо продолжает вращаться. Разница между крутящими моментами определяется коэффициентом блокировки. В симметричном дифференциале в обычных условиях коэффициент блокировки равен единице, поскольку крутящие момента на каждом из колес всегда будут равны. А вот при его блокировке коэффициент будет варьироваться между 3 и 5-ю.

Блокировка дифференциала может быть как ручной, так и автоматической. Отлично себя зарекомендовали дифференциалы с электронной блокировкой. Она работает в тандеме с системой курсовой устойчивостью. Ее датчики отслеживают параметры движения автомобиля и, в случае необходимости, блок управления дает сигнал на блокировку дифференциала. Это позволяет эффективно управлять автомобилем как при повороте, так и на скользкой поверхности.

Неисправности дифференциалов

Так как любой дифференциал представляет собой совокупность осей и шестерен, нет ничего удивительного в факте относительно частого выхода этого узла из строя. Он эксплуатируется в очень жестких условиях , так что поломка может произойти в самый неожиданный момент. Впрочем, некоторые вещи укажут автолюбителю на необходимость прохождения техобслуживания. В частности:

• Повышенный шум;
• Появление стуков и ударов;
• Течь смазки.

Наиболее серьезной неисправностью является заклинивание моста. Такое случается лишь в тех случаях, когда автолюбитель игнорировал проблему повышенной шумности работы дифференциала, регулярных стуков и подтекания смазки . Зачастую на необходимость в осмотре со стороны специалиста в автосервисе указывает последнее. Мы рекомендуем замерять температуру тех элементов трансмиссии, которые включают в себя дифференциал. Например, картера – его температура должна находиться в пределах 50-60°C. Также рекомендовано проверять состояние смазочного материала и по необходимости доливать масло.

Подтекание масла может стать причин поломки дифференциал а. Обычно оно течет через сальники и специальные прокладки, которым требуется срочная замена. При недостатке или сильной загрязненности масла механизмы начинают шуметь и изнашиваться с высокой скоростью. Автолюбителю крайне важно избегать сухого трения – оно станет причиной повреждений сателлитов, подшипников, изнашивания зубьев шестерен. Часто неисправность дифференциала удается выявить еще до визита на СТО. Для этого вам понадобится напарник. Вот что нужно сделать:

1. Поставить автомобиль на нейтральную передачу;
2. Вывесить ведущий мост на домкрате;
3. Прокрутить колесо сначала одно, а потом в другое направление;
4. Попросить напарника сделать тоже самое с другим колесом;
5. Если колеса прокручиваются в обоих направлениях без шума – дифференциал исправен.

Даже после такой проверки автолюбителю стоит обратиться к специалисту для дальнейшей диагностики. Впрочем, часть проблем удается решить и при самостоятельном ремонте . Так, например, узел можно разобрать, промыть в бензине, после чего заменить изношенные подшипники, сателлиты и уплотнители – чаще всего выходят из строя именно они. А вот при повреждении чашки, шлицевых соединений и шестерен зачастую приходится менять весь узел и смежные с ним детали.

Поиск нового дифференциала

Спешим вас заверить: найти дифференциал очень просто. Но есть и печальный факт: стоит новый дифференциал немалых денег . Цена может варьироваться между 300 и 1000 долларами США. Хотя бы по этой причине игнорировать неисправность дифференциала категорически не рекомендуется – его дешевле отремонтировать. Однако и с некоторыми элементами дифференциала, как-то сателлитами, можно влететь в копеечку. Узел в сборе или отдельные его комплектующие ищут по:

• Параметрам вашего авто (с учетом года выпуска и параметров мотора);
• VIN-коду;
• Коду узла и деталей.

Обычно автолюбители не знают код нужной запчасти до непосредственного монтажа узла или отдельных его элементов. По этой причине мы рекомендуем начинать поиски по параметрам транспортного средства. Несмотря на то, что автомобильные дифференциалы создаются по примерно одинаковым схемам, их взаимозаменяемость находится под большим вопросом. Тот же редуктор заднего моста может иметь несколько исполнений для одной и той же модели авто, причем автолюбитель может установить даже редуктор с «неродным» передаточным числом. Правда, результат его наверняка не обрадует. Но вот рисковать с покупкой дифференциала для другого автомобиля не стоит. Также не рекомендуется брать б/у дифференциал, поскольку ключевые его элементы могут быть сильно изношены.

Вывод

Дифференциал – это важный узел автомобильной трансмиссии. Если КП получает, преобразует, а затем и передает крутящий автомобильным колесам, то такой узел как дифференциал обеспечивает нормальную передачу этого самого крутящего момента и отвечает за ходовые качества транспортного средства. Например, обеспечивает маневрирование на трассе и за ее пределами. Без дифференциала невозможно создать ни грузовой, ни легковой автомобиль. А если попытаться, то его эксплуатация станет очень опасной. По крайней мере, с того самого момента, как автомобиль разовьет высокую скорость или начнет входить в поворот.

Источник http://autochainik.ru/princip-raboty-differenciala.html
http://avto.pro/autonews/avtomobilniy_differencial_ustroystvo_neispravnosti_i-20190926/